KR20120071434A - 클러치 샤프트의 축심 불일치 보상구조를 갖는 회전공구장치 - Google Patents

클러치 샤프트의 축심 불일치 보상구조를 갖는 회전공구장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 터닝센터의 공구대에 적용되어 있는 회전공구 홀더의 동력전달 계통에 있어서, 스핀들 모터에서 발생된 동력의 소음 및 발열을 최소화하여 회전공구 홀더로 전달하는 것을 특징으로 하는 클러치 샤프트의 축심 불일치 보상구조를 갖는 회전공구장치에 관한 것으로,
제 2 베벨기어에 축 결합되어 제 2 베벨기어의 유동에 상응하여 회전하는 제 1 클러치 샤프트와; 상기 제 1 클러치 샤프트의 하부에 결합되며 제 1 클러치 샤프트의 회전에 따라서 수직축을 중심으로 회전하는 커플러와; 상기 커플러의 하부에 결합되며 커플러의 회전에 상응하여 수직축을 중심으로 회전하는 제 2 클러치 샤프트와; 상기 제 2 클러치 샤프트의 하부에 결합되며 제 2 클러치 샤프트의 회전에 따라서 공구를 회전시키는 회전공구 홀더를 포함하여 구성함이 특징이다.

Description

클러치 샤프트의 축심 불일치 보상구조를 갖는 회전공구장치{A Rotating Tool Having Compensation Structure of Clutch Shaft}
본 발명은 클러치 샤프트의 축심 불일치 보상구조를 갖는 회전공구장치에 관한 것으로, 특히 터닝센터의 공구대에 적용되어 있는 회전공구 홀더의 동력전달 계통에 있어서, 스핀들 모터에서 발생된 동력의 소음 및 발열을 최소화하여 회전공구 홀더로 전달하는 것을 특징으로 하는 클러치 샤프트의 축심 불일치 보상구조를 갖는 회전공구장치에 관한 것이다.
일반적으로 공작기계, 즉 NC 선반은 스핀들모터의 고속회전으로 축이 연동하고 그 축에 공작물을 클램핑할 수 있는 척이 끼워져 있는 스핀들 유니트와, 공작물의 고속회전에 의한 원심력으로 중심을 벗어나는 것을 방지하고자 상기 스핀들 유니트의 구동축과 동일 중심선상에 위치하여 공작물의 중심을 지지하도록 하는 심압대 유니트와, 상기 스핀들 유니트 상부의 베드상에 설치되고 수평 및 수직운동을 하는 볼스크류 유니트와, 상기 볼스크류 유니트의 이송대 상부에 설치되고 공작물에 접근하여 선삭작업이나 밀링 및 드릴작업을 할 수 있게 다양한 공구가 구비된 공구대로 구성되어 있다.
상기 공구대는 터렛의 외측에 방사형으로 공구가 구비되어 원하는 가공에 따른 분할회전으로 공작물을 가공하게 되는 터렛형이 있고, 공구가 일직선으로 구비되어 1상, 하의 승강작동에 의해 원하는 가공을 이루도록 하는 갱(gang)타입이 있다.
상기 터렛형 공구대에 대해 종래에는 도 1 에 도시된 바와 같이 공구대(10)의 내부에는 모터(11)에 축결합된 축기어(12)와 치합되는 스퍼어기어(12')가 제 1 구동력전달축(13)에 압입된 상태에서 베어링(14)지지되어 있고, 상기 제 1 구동력전달축(13)의 끝단에는 베벨기어(15)가 축결합되어 있다.
한편, 상기 베벨기어(15)와 직교되게 치합된 다른 베벨기어(16')가 축 결합된 제 2 구동력전달축(16)이 회전되게 축설되는 한편, 상기 제 2 구동력전달축(16)의 끝단에는 회전공구(도시하지 않음)가 회전되게 기어결합하는 별도의 베벨기어(17')가 형성된 연장축(17)이 키이결합되어 있고, 또한 상기 연장축(17)에는 방사형으로 구비된 다수의 다른 회전공구를 연동시키기 위한 연동축(18)과 베벨기어(18a)(18b)에 의해 치합되도록 구성되어 있다.
그러나, 이와같은 종래의 터렛형 공구대는 특정 회전공구를 이용하여 공작물을 가공하고자 하는 경우 해당공구뿐만 아니라 다른 회전공구도 같이 회전되는 구조이기 때문에 기어결합에 따른 회전마찰소음이 대단히 클 뿐 아니라 베벨기어의 마모의 원인이 되며 무엇보다 큰 문제점으로는 모터에 과부하가 걸리는 것과 회전공구에 걸리는 회전스트로크가 저하되어 공작물의 가공에 정밀성이 저하된다는 지적이 있어왔다.
따라서, 이를 해결하기 위해 터렛의 회전공구를 이용하여 공작물을 가공함에 있어서 가공해당 회전공구만을 구동시켜 모터의 부하를 최소화하는 한편 회전하는 여러 부품들의 수명을 연장시키도록 하는 터렛형 공구대의 회전공구장치가 제안되었는바, 도 2에 도시한 바와 같이 스핀들 모터(100)의 회전력을 제 1 타이밍풀리(200)와, 타이밍 벨트(300)와, 제 2 타이밍 풀리(400)와, 드라이빙 샤프트(500)와, 제 1 베벨기어(600)와, 제 2 베벨기어(700)와, 클러치 샤프트(800)를 거쳐서 회전공구 홀더(900)를 동작시키는 구조로 되어 있다.
그러나, 이러한 동력전달 과정에서 고속회전에 의한 베벨기어의 발열이 클러치 샤프트에 전달됨으로써 클러치 샤프트의 축심과 회전공구 홀더 샤프트의 축심이 불일치하게 되며, 따라서 두 부품간의 회전 중심이 불일치하게 되고 회전공구 홀더 내부의 베벨기어에 편하중을 가하게 되어 고속회전시 소음 및 발열의 원인으로 작용하는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결코자 하는 것으로, 공구대의 스핀들 모터가 고속으로 회전시, 베벨기어에서 발생되는 발열의 영향으로 클러치 샤프트와 회전공구 홀더의 샤프트 축심이 불일치하게 되는 현상을 보상토록 하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 수단으로,
전기적 에너지를 기계적 에너지로 전환하여 고속의 회전력을 제공하는 스핀들 모터와; 상기 스핀들 모터의 축에 결합되어 스핀들 모터의 회전력을 외부에 전달하기 위한 제 1 타이밍 풀리와; 상기 제 1 타이밍 풀리에 일측이 결합되어 타이밍 풀리의 회전력을 외부로 중계하는 타이밍 벨트와; 상기 타이밍 벨트의 타측에 결합되어 타이밍 벨트의 회전에 상응하여 회전하는 제 2 타이밍 풀리와; 상기 제 2 타이밍 풀리와 축 연결되어 제 2 타이밍 풀리가 회전함에 따라서 그 속도로 자유 회전하는 드라이빙 샤프트와; 상기 드라이빙 샤프트의 타측에 결합되며 드라이빙 샤프트의 회전에 상응한 속도로 회전하는 제 1 베벨기어와; 상기 제 1 베벨기어와 직교되게 치합되도록 배열되며 제 1 베벨기어의 회전에 상응하여 회전하는 제 2 베벨기어와; 상기 제 2 베벨기어에 축 결합되어 제 2 베벨기어의 유동에 상응하여 회전하는 제 1 클러치 샤프트와; 상기 제 1 클러치 샤프트의 하부에 결합되며 제 1 클러치 샤프트의 회전에 따라서 수직축을 중심으로 회전하는 커플러와; 상기 커플러의 하부에 결합되며 커플러의 회전에 상응하여 수직축을 중심으로 회전하는 제 2 클러치 샤프트와; 상기 제 2 클러치 샤프트의 하부에 결합되며 제 2 클러치 샤프트의 회전에 따라서 공구를 회전시키는 회전공구 홀더를 포함하여 구성함이 특징이다.
상술한 바와 같이 본 발명은 본 발명은 소음과 발열의 원인으로 작용하였던 클러치 샤프트와 회전공구 홀더의 샤프트 축심 불일치를 커플러로 하여금 흡수하여 보정토록 설계하였으며, 이에 따라서 소음 및 발열이 최소화되어 생산성을 증개시키는 효과가 있다.
더 구체적으로 본 발명은 종래 기술과 비교하여 클러치 샤프트를 제1 클러치 샤프트와 제2 클러치 샤프트로 분리하고, 제1 클러치 샤프트와 제2 클러치 샤프트 사이에 커플러를 추가함으로써 고속회전시 발열에 의한 제2 클러치 샤프트와 회전공구홀더 사이의 샤프트 축심 불일치 문제를 커플러가 보상하도록 하였다.
도 1은 종래의 회전공구 장치의 구성을 도시한 측단면도.
도 2는 또다른 종래의 회전 공구대 동력 전달 구조를 나타낸 단면도.
도 3은 본 발명의 회전 공구대 동력 전달 구조를 나타낸 단면도.
이하 첨부된 도면과 설명을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 동작 원리를 상세히 설명한다. 다만, 하기에 도시되는 도면과 후술되는 설명은 본 발명의 특징을 효과적으로 설명하기 위한 여러 가지 방법 중에서 바람직한 실시 방법에 대한 것이며, 본 발명이 하기의 도면과 설명만으로 한정되는 것은 아니다.
또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명에서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
또한, 이하 실시되는 본 발명의 바람직한 실시예는 본 발명을 이루는 기술적 구성요소를 효율적으로 설명하기 위해 각각의 시스템 기능구성에 이미 구비되어 있거나, 또는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적으로 구비되는 시스템 기능구성은 가능한 생략하고, 본 발명을 위해 추가적으로 구비되어야 하는 기능구성을 위주로 설명한다.
만약 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 하기에 도시하지 않고 생략된 기능구성 중에서 종래에 이미 사용되고 있는 구성요소의 기능을 용이하게 이해할 수 있을 것이며, 또한 상기와 같이 생략된 구성요소와 본 발명을 위해 추가된 구성요소 사이의 관계도 명백하게 이해할 수 있을 것이다.
또한, 이하 실시예는 본 발명의 핵심적인 기술적 특징을 효율적으로 설명하기 위해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 명백하게 이해할 수 있도록 용어를 적절하게 변형하여 사용할 것이나, 이에 의해 본 발명이 한정되는 것은 결코 아니다.
도 3은 본 발명의 회전 공구대 동력 전달 구조를 나타낸 단면도로서,
본 발명의 구성은 크게 스핀들 모터(100)와, 제 1 타이밍 풀리(200)와, 타이밍 벨트(300)와, 제 2 타이밍 풀리(400)와, 드라이빙 샤프트(500)와, 제 1 베벨기어(600)와, 제 2 베벨기어(700)와, 제 1 클러치 샤프트(800a)와, 커플러(800b)와, 제 2 클러치 샤프트(800c)와, 회전공구 홀더(900)로 이루어진다.
상기 스핀들 모터(100)는 전기적 에너지를 기계적 에너지로 전환하여 고속의 회전력을 제공하는 구성수단이다.
상기 제 1 타이밍 풀리(200)는 스핀들 모터(100)의 축에 결합되어 스핀들 모터의 회전력을 외부에 전달하기 위한 구성수단이다.
상기 타이밍 벨트(300)는 일측이 제 1 타이밍 풀리(200)에 결합되어 타이밍 풀리(200)의 회전력을 외부로 중계한다.
상기 제 2 타이밍 풀리(400)는 타이밍 벨트(300)의 타측에 결합되어 타이밍 벨트(300)의 회전에 상응하여 회전한다.
상기 드라이빙 샤프트(500)는 제 2 타이밍 풀리(400)와 축 연결되어 제 2 타이밍 풀리(400)가 회전함에 따라서 그 속도로 자유 회전한다.
상기 제 1 베벨기어(600)는 드라이빙 샤프트(500)의 타측에 결합되며 드라이빙 샤프트(500)의 회전에 상응한 속도로 회전한다.
상기 제 2 베벨기어(700)는 제 1 베벨기어(600)와 직교되게 치합되도록 배열되며 제 1 베벨기어(600)의 회전에 상응하여 회전한다.
상기 제 1 클러치 샤프트(800a)는 제 2 베벨기어(700)에 축 결합되어 제 2 베벨기어(700)의 유동에 상응하여 회전한다.
상기 커플러(800b)는 제 1 클러치 샤프트(800a)의 하부에 결합되며 제 1 클러치 샤프트(800a)의 회전에 따라서 수직축을 중심으로 회전한다.
상기 제 2 클러치 샤프트(800c)는 커플러(800b)의 하부에 결합되며 커플러(800b)의 회전에 상응하여 수직축을 중심으로 회전한다.
상기 회전공구 홀더(900)는 제 2 클러치 샤프트(800c)의 하부에 결합되며 제 2 클러치 샤프트(800c)의 회전에 따라서 공구를 회전시킨다.
이하에서 본 발명의 동작을 살펴보면 다음과 같다.
상기와 같이 이루어지는 본 발명은 스핀들 모터(100)에 전원이 인가되면 모터축에 결합된 제 1 타이밍 풀리(200)가 회전하게 되고, 상기 제 1 타이밍 풀리(200)의 회전에 따라 타이밍 벨트(300)가 회전하여 드라이빙 샤프트(500)의 결합된 제 2 타이밍 풀리(400)가 회전한다.
상기 제 2 타이밍 풀리(400)의 회전에 따라서 드라이빙 샤프트(500)가 회전하게 되고, 이에 따라 드라이빙 샤프트(500)의 타측 끝단에 결합된 제 1 베벨기어(600)와 제 2 베벨기어(700)가 연동하여 회전한다.
상기 제 2 베벨기어(700)가 회전하면 제 1 클러치 샤프트(800a)가 회전하게 되고, 이어 커플러(800b)가 회전하게 되며, 이어 커플러(800b)에 결합된 제 2 클러치 샤프트(800c)가 회전하게 되어, 제 2 클러치 샤프트(800c)에 결합된 공구회전 홀더(900)가 회전하게 되는 것이다.
따라서 본 발명을 이용하게 되면 커플러(800b)에 의해서 제 1 클러치 샤프트(800a)와 제 2 클러치 샤프트(800c)가 연결되는 구성이기 때문에 회전공구 홀더(900)에 결합된 제 2 클러치 샤프트(800c)의 축심이 불일치 하더라도 커플러(800b)가 이를 보정하면서 회전하게 되므로 고속회전시 소음 및 발열이 발생하는 것을 최소화 할 수 있게 된다.
즉, 종래기술과 비교하여 클러치 샤프트를 제 1 클러치 샤프트(800a)와 제 2 클러치 샤프트(800c)로 분리하였으며, 상기 제 1 클러치 샤프트(800a) 및 제 2 클러치 샤프트(800c) 사이에 커플러(800b)를 추가하여 상기 커플러(800b)로 하여금 제 1 클러치 샤프트(800a) 및 제 2 클러치 샤프트(800c)간의 축심 불일치를 보정토록 함으로서 비록 제 1 클러치 샤프트(800a) 및 제 2 클러치 샤프트(800c)에서 축심 불일치가 나타나더라도 커플러(800b)에 의해서 적절히 보정되면서 회전력이 회전공구 홀더(900)에 전달되게 되어 고속회전시 소음이나 발열이 발생하는 것을 최소화 할 수 있는 것이다.
이상의 설명은 본 발명의 기술사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
즉, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술사상을 한정하는 것이 아니라 설명하기 위한 것이기 때문에 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술사상의 범위가 한정되는 것은 아니다.
따라서, 본 발명의 보호범위는 아래 청구범위의 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위내에 있는 모든 기술사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 스핀들 모터
200: 제 1 타이밍 풀리
300: 타이밍 벨트
400: 제 2 타이밍 풀리
500: 드라이빙 샤프트
600: 제 1 베벨기어
700: 제 2 베벨기어
800a: 제 1 클러치 샤프트
800b: 커플러
800c: 제 2 클러치 샤프트
900: 회전공구 홀더

Claims (3)

  1. 전기적 에너지를 기계적 에너지로 전환하여 회전력을 제공하는 스핀들 모터(100)와;
    상기 스핀들 모터의 축에 결합되어 스핀들 모터의 회전력을 외부에 전달하기 위한 제 1 타이밍 풀리(200)와;
    상기 제 1 타이밍 풀리에 일측이 결합되어 타이밍 풀리의 회전력을 외부로 중계하는 타이밍 벨트(300)와;
    상기 타이밍 벨트의 타측에 결합되어 타이밍 벨트의 회전에 상응하여 회전하는 제 2 타이밍 풀리(400)와;
    상기 제 2 타이밍 풀리와 축 연결되어 제 2 타이밍 풀리가 회전함에 따라 함께 회전하는 드라이빙 샤프트(500)와;
    상기 드라이빙 샤프트의 타측에 결합되어 드라이빙 샤프트의 회전력을 전달받아 회전하는 기어 어셈블리;
    상기 기어 어셈블리에 축 결합되어 회전하는 클러치 샤프트 결합체;
    상기 클러치 샤프트 결합체에 결합되며 클러치 샤프트 결합체의 회전에 따라서 공구를 회전시키는 회전공구 홀더(900)를 포함하여 구성함을 특징으로 하는 클러치 샤프트의 축심 불일치 보상구조를 갖는 회전공구장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기어 어셈블리는 상기 드라이빙 샤프트의 타측에 결합되며 드라이빙 샤프트의 회전에 상응한 속도로 회전하는 제 1 베벨기어(600)와;
    상기 제 1 베벨기어와 직교되게 치합되도록 배열되며 제 1 베벨기어의 회전에 상응하여 회전하는 제 2 베벨기어(700)를 포함하여 구성함을 특징으로 하는 클러치 샤프트의 축심 불일치 보상구조를 갖는 회전공구장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 클러치 샤프트 결합체는
    상기 제 2 베벨기어에 축 결합되어 제 2 베벨기어의 유동에 상응하여 회전하는 제 1 클러치 샤프트(800a)와;
    상기 제 1 클러치 샤프트의 하부에 결합되며 제 1 클러치 샤프트의 회전에 따라서 수직축을 중심으로 회전하는 커플러(800b)와;
    상기 커플러의 하부에 결합되며 커플러의 회전에 상응하여 수직축을 중심으로 회전하는 제 2 클러치 샤프트(800c)를 포함하여 구성되며
    상기 회전공구 홀더(900)는 상기 제 2 클러치 샤프트의 하부에 결합되어 제 2 클러치 샤프트의 회전에 따라서 공구를 회전시키는 것을 특징으로 하는 클러치 샤프트의 축심 불일치 보상구조를 갖는 회전공구장치.
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