KR20120027863A - 진공력을 이용한 가공용 콜렛 척 - Google Patents

진공력을 이용한 가공용 콜렛 척 Download PDF

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Abstract

가공용 공작물을 고정하기 위한 콜렛 척이 개시된다. 본 발명과 관련된 가공용 콜렛 척은, 진공실린더가 형성된 콜렛 척 몸체; 상기 진공실린더의 진공도 상태에 따라 축방향으로 이동 가능하게 형성된 피스톤; 상기 피스톤에 구속되며, 상기 콜렛 척 몸체의 외면을 따라 축방향으로 이동 가능하게 형성되는 조임링; 및 상기 조임링의 이동에 의하여 반경방향으로 조여짐으로써 가공물을 고정할 수 있게 형성된 콜렛을 포함하여 구성된다. 가공물을 고정시키는 콜렛의 조임력은 기본적으로 진공력으로부터 얻어지는 것이므로, 항상 일정한 힘으로 공작물 고정이 가능하다. 따라서, 콜렛의 과도한 조임력을 원천적으로 차단하여 공작물의 변형 또는 파손 우려가 없어 가공 중 공작물 파손에 의한 이탈 현상을 방지하여 가공안전성과 가공정밀도를 향상시킬 수 있다. 기계적 콜렛척 고정방법에서 발생할 수 있는 공작물의 과도한 변형은 진공력 미세조절에 의한 콜렛척 조임력 조절을 통해 해결할 수 있으며, 진공력 고정방법에서 발생되는 진공력에 의한 고정력 부족 현상과 이에 따른 공작물 이탈 현상은 콜렛 척 내부로 공작물이 설치되고 진공력이 콜렛척의 기계적 조임력으로 변환되어 공작물을 고정시키기 때문에 고정력 부족으로 인한 공작물 이탈 현상을 방지할 수 있다.

Description

진공력을 이용한 가공용 콜렛 척{VACUUM COLLET CHUCK}
본 발명은 가공용 공작물을 고정하기 위한 콜렛 척에 관한 것이다.
공작물을 가공하기 위해서는 가해지는 절삭력으로부터 공작물을 고정시킬 수 있는 고정력이 필요하다. 가공 중 공작물을 고정하는 대표적인 방법으로는 도 1, 도 2 및 도 3과 같이 콜렛 몸체(2)에 결합된 너트(3)가 체결되면 그 나사체결력에 의하여 콜렛(4)이 조여짐으로써 공작물에 고정력을 발생시키는 방법으로, 일반적으로 재료강도가 높은 금속재료 고정에 많이 적용된다.
이러한 기계적 콜렛 척(1)에 의하여 공작물 고정방법을 금속재료에 사용할 경우 금속재료는 높은 강도를 갖고 있기 때문에 변형이 발생되지 않거나 미소한 변형이 발생된다. 이에 반하여 기계적 콜렛 척을 고분자 물질과 같은 저강도 재료 고정에 적용할 경우, 금속재료에 비하여 낮은 재료 강도로 인하여 많은 변형이 발생되며 심한 경우 재료가 파손될 가능성도 존재한다. 따라서 고분자 재료를 기계적 콜렛척으로 고정시키는 경우는 매우 제한적으로 사용된다.
저강도 재료를 가공하기 위하여 공작물을 고정하는 다른 방법으로 진공력을 이용하는 방법이 있다. 진공력을 이용한 고정방법은 고정하려는 공작물의 단면에 진공력을 작용시켜 고정하는 방법으로서, 단면적이 넓거나 진공도가 높을수록 큰 힘의 고정력이 가공물에 적용될 수 있으나 진공력에 의한 고정력의 한계로 인하여 비교적 무게가 가벼운 고분자 재료에 많이 적용되고 있다. 저강도 재료에 진공력을 이용한 고정방법을 사용하면 변형 발생은 최소화할 수 있으나 진공력으로부터 생성되는 낮은 고정력으로 인하여 단면 직경이 작은 공작물, 직경에 비하여 길이가 긴 공작물, 단면 형상이 균일하지 않은 공작물의 경우에는 적용하기 어려우며 적용시 가공 중 공작물이 이탈될 수 있는 가능성이 매우 높다.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안한 것으로, 공작물을 고정하는 방법 중 기존의 한계점을 극복하고 가공 정밀도 및 안전성을 증대시킨 진공력을 이용한 가공용 콜렛 척을 제시하는데 그 목적이 있다.
상기한 과제를 해결하기 위해, 본 발명과 관련된 가공용 콜렛 척은, 진공실린더가 형성된 콜렛 척 몸체(11); 상기 진공실린더의 진공도 상태에 따라 축방향으로 이동 가능하게 형성된 피스톤(17); 상기 피스톤에 구속되며, 상기 콜렛 척 몸체의 외면을 따라 축방향으로 이동 가능하게 형성되는 조임링(12); 및 상기 조임링의 이동에 의하여 반경방향으로 조여짐으로써 가공물을 고정할 수 있게 형성된 콜렛(14)을 포함하여 구성된다.
상기 가공물의 재질에 따라 고정력을 조절할 수 있도록 상기 진공실린더의 진공도는 조절 가능하게 형성될 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 가공물은 고정력의 증대에 따라 변형이 수반되는 화약 또는 고분자 물질과 같은 저강도 재료에 적용될 수 있다.
상기 진공실린더는 회전축 하부구조에 결합할 수 있게 형성되며, 상기 진공실린더의 하부에는 밀봉캡(15)이 체결될 수 있다.
상기 밀봉캡에 상기 진공실린더 내의 공기를 제거할 수 있도록 관통홀(16)이 형성될 수 있다.
상기 진공실린더의 진공해제시 상기 피스톤을 복귀시킬 수 있도록 상기 피스톤의 밑면과 상기 밀봉캡 사이에 압축스프링(19)이 더 구비될 수 있다.
상기 피스톤의 상단과 상기 조임링(12)은 핀(13)에 의하여 결합될 수 있다. 이 경우, 상기 콜렛척 몸체의 상단은 상기 핀이 이동될 수 있도록 장공(26)이 형성될 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 콜렛 척 몸체 내부에 가공물의 기준위치 조절이 가능하게 조절봉(21)을 더 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 조절봉의 회전에 의하여 상기 기준면을 조절할 수 있도록 상기 조절봉의 하단부 외면과 상기 콜렛 척 몸체의 상단 내면은 각각 나사산을 포함할 수 있다. 또한, 상기 조절봉(21)의 하단부는 수평형태의 슬롯(22)이 형성되고, 상기 조절봉의 위치 고정을 위하여 상기 슬롯을 수직으로 통과하는 조절볼트(23)가 체결될 수 있다.
본 발명과 관련된 진공력을 이용한 가공용 콜렛 척에 의하면, 가공물을 고정시키는 콜렛의 조임력은 기본적으로 진공력으로부터 얻어지는 것이므로, 가공물의 형상 및 재질에 관계없이 항상 일정한 힘으로 공작물 고정이 가능하다. 따라서, 콜렛의 과도한 조임력을 원천적으로 차단하여 공작물의 변형 또는 파손 우려가 없어 가공 중 공작물 파손 및 변형에 의한 이탈 현상을 방지하여 가공안전성과 가공정밀도를 향상시킬 수 있다. 특히, 고폭화약이나 고분자재료와 같이 무른 재질의 공작물을 가공하는 경우 변형이나 파손을 최소화시키고, 안정적인 작업을 수행하는데 활용성이 높다.
또한, 본 발명과 관련된 진공력을 이용한 가공용 콜렛 척은 기존의 기계적 콜렛 척 방법과 진공력에 의한 방법을 결합한 방식으로서 각각의 방법들이 갖고 있는 문제점을 해결할 수 있다. 즉, 기계적 콜렛척 고정방법에서 발생할 수 있는 공작물의 과도한 변형은 진공력 미세조절에 의한 콜렛척 조임력의 조절을 통해 해결할 수 있으며, 진공력 고정방법에서 발생되는 진공력에 의한 고정력 부족 현상과 이에 따른 공작물 이탈 현상은 콜렛 척 내부로 공작물이 설치되고 진공력이 콜렛척의 기계적 조임력으로 변환되어 공작물을 고정시키기 때문에 고정력 부족으로 인한 공작물 이탈 현상을 방지할 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 진공력을 미세 조절이 가능하도록 함으로써, 다양한 재질 또는 형상에 적합한 가공을 가능하게 한다. 예를 들어, 예로 테이퍼 및 굴곡형태의 공작물 그리고 단면 형상이 불균일한 공작물도 일정한 조임력으로 고정이 가능하다.
본 발명과 관련된 일 예에 의하면, 진공을 제거하면 압축스프링에 의해 피스톤(17)이 상승하므로 공작물의 분리가 매우 용이하다.
또한, 본 발명과 관련된 일 예에 의하면, 조절봉(21)을 둠으로써, 가공물마다의 고정위치를 항상 일정하게 관리할 수 있다.
이러한 본 발명과 관련된 콜렛 척은 화약, 고분자 재료 이외에 일반 금속재료에도 적용 가능하다.
도 1은 종래의 기술에 따른 가공용 콜렛 척의 정면도
도 2는 도 1의 종래 기술에 따른 콜렛 척의 A-A 단면도
도 3은 도 1의 콜렛 척의 사시도
도 4는 본 발명과 관련된 진공력을 이용한 가공용 콜렛 척의 정면도
도 5는 도 4의 진공력을 이용한 가공용 콜렛 척의 분해 사시도
도 6은 도 4의 진공력을 이용한 가공용 콜렛 척의 B-B 단면도
도 7은 도 4의 진공력을 이용한 가공용 콜렛 척을 가공장비의 회전면판 에 설치하고 가공물이 콜렛척에 고정된 상태를 보인 정면도
도 8은 도 7의 진공력을 이용한 가공용 콜렛 척을 가공장비의 회전면판에 설치하고 가공물이 콜렛척에 고정된 상태를 보인 정면도의 C-C 단면도
이하, 본 발명과 관련된 진공력을 이용한 가공용 콜렛 척을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 4는 본 발명과 관련된 진공력을 이용한 가공용 콜렛 척의 정면도이고, 도 5는 도 4, 콜렛 척의 분해 사시도이며, 도 6은 도 4의 진공력을 이용한 가공용 콜렛 척의 B-B 단면도 이다.
이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 도시의 콜렛 척(10)은 진공 실린더(11a)가 구비된 콜렛 몸체(11)를 포함하고 있다. 진공 실린더(11a)는 회전축 하부구조(40)에 결합될 수 있게 형성되어 있으며, 진공 실린더(11a)의 하단부에는 관통홀(16)이 형성되어 있는 밀봉캡(15)이 체결되어 있다.
진공 실린더(11a)의 내부에는 관통홀(16)을 통하여 공기가 제거됨에 따라 발생되는 진공력에 의하여 축방향으로 이동될 수 있는 피스톤(17)이 구비된다. 이동시 피스톤(17)의 밀폐작용을 위하여 피스톤(17)의 외면에는 오링(18)이 설치된다. 따라서, 밀봉캡(15)과 피스톤(17) 사이의 공기가 제거되면 피스톤(17)은 하부방향으로 이동하게 된다. 진공의 해제시 피스톤(17)이 다시 상부방향으로 위치를 복원하도록 피스톤(17)과 밀봉캡(15)의 사이에 압축스프링(19)이 구비될 수 있다.
콜렛 몸체(11)의 상단부는 조임링(12), 콜렛(14), 조절봉(21) 등이 조립된다. 이하, 이들의 구성 및 작용을 차례로 설명한다.
조임링(12)은 콜렛 몸체(11)의 상단부를 싸고 있는 형태로서, 콜렛 몸체(11)의 상단부 외면을 따라 축방향으로 이동될 수 있게 형성된다. 조임링(12)의 상단부의 내면은 조임링(12)이 하부방향으로 이동하는 과정에서 콜렛(14)을 조일 수 있도록 경사면을 포함하고 있다.
진공 실린더(11a) 및 피스톤(17)에 발생된 진공력에 의하여 조임링(12)의 이동을 제어할 수 있도록 조임링(12)은 피스톤(17)에 핀(13)에 의하여 연결된다. 조임링(12)의 이동이 제한되지 않도록 콜렛 몸체(11)에는 핀(13)의 이동을 가이드하는 장공(26)이 형성되어 있다. 따라서, 피스톤(17)의 이동에 의하여 조임링(12)도 함께 축방향으로 이동될 수 있게 된다.
콜렛(14)은 조임링(12)의 하부방향 이동에 의하여 반경방향으로 조여질 수 있게 형성되어 있다. 이를 위하여, 콜렛(14)은 방사상으로 형성된 복수의 슬롯(24)을 포함하고 있으며, 변형이 용이하도록 각 슬롯(24)의 단부에는 개방홀(25)이 형성되어 있다. 조임링(12)이 하방으로 이동되는 동안 조임링으로부터 반경방향의 힘을 받기 위해 콜렛(14)의 외면은 테이퍼 형태로 형성된다.
조절봉(21)은 콜렛(14)에 의하여 고정될 가공물의 고정 위치를 조절할 수 있게 형성된다. 즉, 조절봉(21)의 상단면은 가공물이 접촉하는 위치가 되며, 조절봉(21)의 하부는 콜렛 몸체(11)에 대하여 회전에 의하여 위치를 조절할 수 있게 형성된다. 이를 위하여, 조절봉(21)의 하단의 외면과 콜렛 몸체(11)의 상단부의 내면은 각각 나사산이 형성된다. 조절봉(21)이 콜렛 몸체(11) 내에서 특정 위치에 셋팅된 상태에서 조절봉(21)이 임의로 회전되지 않도록 조절봉(21)의 하단부는 수평한 형태의 슬롯(22)이 형성될 수 있으며, 슬롯(22)을 중심으로 조절봉(21)의 상부와 하부는 조절볼트(23)에 의하여 체결된다. 조절볼트(23)를 조이면 조절봉(21)의 외면에 형성된 나사산에 강력한 마찰력을 제공하므로 조절봉(21)은 회전이 제한된다.
진공이 제거되었을 때 피스톤(17)이 원래의 위치로 복귀될 수 있도록 피스톤(17)과 밀봉캡(15) 사이에는 압축스프링(19)이 구비될 수 있다. 다만, 압축스프링(19)은 일 예시로서, 이와 유사한 탄성력을 제공할 수 있는 다른 형태도 가능함은 물론이다.
이하, 이와 같은 구성에 의한 콜렛 척의 작용을 설명한다. 도 7은 도 4의 진공력을 이용한 가공용 콜렛 척을 가공장비의 회전면판에 설치하고 가공물이 콜렛척에 고정된 상태를 보인 정면도이고, 도 8은 도 7의 진공력을 이용한 가공용 콜렛 척을 가공장비의 회전면판에 설치하고 가공물이 콜렛척에 고정된 상태를 보인 정면도의 C-C 단면도이다.
이들 도면에 도시된 바와 같이, 진공력을 이용한 가공용 콜렛 척을 가공장비의 회전면판(40)의 상부에 면판의 T 슬롯과 콜렛 몸체(11)의 측면 홀(28)을 이용, 보울트 체결하여 설치하고, 가공물(30)을 콜렛(14)의 내부에 위치시키고 진공 실린더(11a)에 진공을 형성하면, 피스톤(17)이 진공에 의하여 하부방향으로 이동된다. 핀(13)에 의하여 구속되어 있는 조임링(12) 역시 피스톤(17)과 함께 하방으로 이동되며, 조임링(12)에 접촉되어 있는 콜렛(14)은 반경방향으로 변형되어 가공물(30)에 고정력을 가한다. 이 때, 기본적으로 조임링(12)이 하부방향으로 이동되는 힘 및 조임링(12)의 조임력은 모두 진공 실린더(11a)의 진공력에 의하여 비롯되는 것으로서, 가공물(30)의 형상 여하에 관계없이 진공 실린더(11a)의 진공력에 대응하는 조임력이 지속적으로 가해지는 반면, 가공물을 고정하는 힘은 진공력을 초과하지 않는다. 따라서, 이러한 특징은 가공물(30)의 고정 또는 가공물(30)을 가공하는 동안 가공물(30)에 가해지는 절삭저항 등에 의하여 가공물(30)이 변형이나 파손되는 것으로부터 보호될 수 있다. 한편, 진공 실린더(11a)의 진공력은 최종적으로 쐐기작용을 이용하는 기계적 조임력으로 변환되는 것이므로, 가공물(30)을 고정하기 위하여 필요한 고정력이 확보되며, 가공물이 고정력 부족으로 이탈되는 현상을 방지할 수 있다.
진공 실린더(11a) 내의 진공은 밀봉캡(15)의 관통홀(16)과 회전면판의 축 중심에 형성된 홀, 로타리 조인트의 홀(42)이 연결되는 공간을 통하여 공기를 제거하여 진공이 행하여진다. 이에 따라서, 진공도를 조절함으로써 다양한 재료나 형상에 맞는 가공이 가능하다.
가공물(30)이 콜렛(14) 내에 위치된 상태에서 진공 실린더(11a)에 진공을 가하면 가공물(30)은 설정된 조절봉(21)의 상면에 자동적으로 위치된다. 즉, 진공에 의하여 콜렛(14)의 상단부가 중심방향으로 모여지도록 변형되는 과정은 콜렛에 고정되어 있는 가공물(30)을 중심방향으로 가압하는 것과 아울러 하부방향으로도 미세하게 이동시킨다. 하부방향으로 이동된 가공물(30)은 위치가 고정되어 있는 조절봉(21)의 상면에 접촉하여 멈추게 되고, 따라서, 반복적이고 계속적인 작업에서 매 가공물(30)의 고정 위치는 항상 일정하게 유지될 수 있다.
진공이 제거되면, 압축스프링(19)의 작용에 의하여 피스톤(17)은 상부방향으로 복원된다. 이에 따라, 조임링(12)도 상부방향으로 이동되고, 조임링(12)에 의하여 눌려져 있는 콜렛(14)의 조임도 풀어지게 되어 가공물(30)이 분리되기 용이한 상태가 된다.
상기와 같이 설명된 진공력을 이용한 가공용 콜렛 척은 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용되지 않는다. 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (11)

  1. 진공실린더가 형성된 콜렛 척 몸체;
    상기 진공실린더의 진공도 상태에 따라 축방향으로 이동 가능하게 형성된 피스톤;
    상기 피스톤에 구속되며, 상기 콜렛 척 몸체의 외면을 따라 축방향으로 이동 가능하게 형성되는 조임링; 및
    상기 조임링의 이동에 의하여 반경방향으로 조여짐으로써 가공물을 고정할 수 있게 형성된 콜렛을 포함하여 구성된 진공력을 이용한 가공용 콜렛 척.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가공물의 재질에 따라 고정력을 조절할 수 있도록 상기 진공실린더의 진공도는 조절 가능하게 형성되는 것을 특징으로 하는 진공력을 이용한 가공용 콜렛 척.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 진공실린더는 회전축 하부구조에 결합할 수 있게 형성되며, 상기 진공실린더의 단부에는 밀봉캡이 체결된 것을 특징으로 하는 진공력을 이용한 가공용 콜렛 척.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 밀봉캡에 상기 진공실린더 내의 공기를 제거할 수 있도록 관통홀이 형성된 것을 특징으로 하는 진공력을 이용한 가공용 콜렛 척.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 진공실린더의 진공해제시 상기 피스톤을 복귀시킬 수 있도록 상기 피스톤의 밑면과 상기 밀봉캡 사이에 압축스프링이 더 구비된 것을 특징으로 하는 진공력을 이용한 가공용 콜렛 척.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 피스톤의 상단과 상기 조임링은 핀에 의하여 결합된 것을 특징으로 하는 진공력을 이용한 가공용 콜렛 척.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 콜렛척 몸체의 상단은 상기 핀이 이동될 수 있도록 장공이 형성된 것을 특징으로 하는 진공력을 이용한 가공용 콜렛 척.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 콜렛 척 몸체에 대하여 위치이동 가능하게 결합되며, 상기 가공물의 기준위치를 제공할 수 있게 형성되는 조절봉을 더 포함하는 진공력을 이용한 가공용 콜렛 척.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 조절봉의 회전에 의하여 상기 기준면을 조절할 수 있도록 상기 조절봉의 하단부 외면과 상기 콜렛 척 몸체의 상단 내면은 각각 나사산을 포함한 것을 특징으로 하는 진공력을 이용한 가공용 콜렛 척.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 조절봉의 하단부는 수평형태의 슬롯이 형성되고, 상기 조절봉의 위치 고정을 위하여 상기 슬롯을 수직으로 통과하는 조절볼트가 체결된 것을 특징으로 하는 진공력을 이용한 가공용 콜렛 척.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 하나의 항의 콜렛 척을 포함하는 가공장치.
KR1020100089672A 2010-09-13 2010-09-13 진공력을 이용한 가공용 콜렛 척 및 이를 포함하는 가공장치 KR101224859B1 (ko)

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