KR20120072358A - 공구 또는 공작물을 클램핑하는 방법과 상기 방법을 실행하는 기구 - Google Patents

공구 또는 공작물을 클램핑하는 방법과 상기 방법을 실행하는 기구 Download PDF

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Abstract

공구 또는 공작물을 고정하는 본 발명의 방법은, 공작기계의 작업 스핀들에 부착된 하우징을 구비한 전동구동기와, 축방향으로 이동할 수 있고 하우징에서 척의 죠를 움직이기 위한 나사 스핀들, 그리고 나사 스핀들의 스핀들 너트를 이동시키는 드라이브 휠과 연결된 회전자를 갖는 전동 서보모터, 축의 위치를 탐지하는 나사 스핀들에 연결된 제 1 센서, 및 축의 위치를 탐지하는 스핀들 너트에 연결된 제 2센서를 사용하고, 공구 또는 공작물과 클램핑 죠의 접촉으로 인하여 약한 축력이 발생한 경우, 제 1센서를 이용하여 나사 스핀들의 위치를 결정하는 단계와, 그리고 제 2 센서에 의해 제 1 센서와 제 2 센서 간의 특정 센서 차이가 결정될 때까지 스핀들 너트가 계속 움직이는 단계를 포함한다. 본 발명은 또한 상기 방법을 실행하는 기구에 관한 것도 포함한다.

Description

공구 또는 공작물을 클램핑하는 방법과 상기 방법을 실행하는 기구{METHOD OF CLAMPING A TOOL OR A WORKPIECE, AND APPARATUS FOR CARRYING OUT THE METHOD}
공구 또는 공작물을 클램핑하는 본 발명의 방법은, 공작기계의 작업 스핀들(work spimdle of a machine tool)에 부착된 하우징(housing)을 구비한 전동구동기(electric atuator)와, 축방향으로 이동할 수 있고 하우징에서 척의 죠(jaw of a chuck)를 움직이기 위한 나사 스핀들(threaded spindle), 그리고 나사 스핀들의 스핀들 너트(spindle nut)를 이동시키는 드라이브 휠(drive wheel)과 구동접속된 회전자(rotor)를 갖는 전동 서보모터(electic servomotor), 축의 위치를 탐지하기 위해 나사 스핀들에 연결된 제 1 센서, 및 축의 위치를 탐지하기 위해 스핀들 너트에 연결된 제 2 센서를 사용하고, 공구 또는 공작물과 클램핑 죠(clamping jaw)의 접촉으로 인하여 약한 축력(axial force)이 발생한 경우, 제 1 센서를 이용하여 나사 스핀들의 위치를 결정하는 단계와, 그리고 제 2 센서에 의해 제 1 센서와 제 2 센서 간의 특정 센서 차이(specified sensor difference)가 결정될 때까지 스핀들 너트가 계속 움직이는 단계를 포함한다. 본 발명은 또한 상기 방법을 실행하는 기구에 관한 것도 포함한다.
DE 10 2006 050 980[US 20100072713]에 전동구동기가 개시되는데, 전동구동기의 전동 모터는 공작 기계와 결합된 척을 작동시키기 위해, 즉 클램핑 죠를 이동시키기 위해 사용된다. 실제로, DE 10 2006 015 918 에 개시된 전동구동기의 사용은, 구식 센서를 통한 아날로그식 길이 측정이 상대적으로 부정확했기 때문에, 스트로크 제어에 관한 개선이 필요하다는 문제점을 남겼다. 또한, 상기 전동구동기구의 사용은 발생한 체결력(clamping force)의 제어를 위한 모터토크(motor torque)로부터 만들어져야만 하는 문제점이 있었고, 마찬가지로 매우 부정확했다. 결국, 클램핑 작업 속도가 매우 느렸다.
본 발명의 목적은, 상기에 기술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 방법을 제시하는 것이다. 또한, 본 발명의 클램핑 방법을 실행하기 위한 기구도 발명의 목적에 포함된다.
발명의 목적은 상기 방법을 사용하여 달성할 수 있다. 본 발명 클램핑 방법의 가장 큰 장점은 체결력을 얻기 위해 토크 제어(torque control)를 사용할 필요가 없다는 것이다; 더구나, 특정 센서 차이가 발생할 때까지 나사 스핀들의 움직임이 계속되므로 경로 의존적 제어(path-dependent control)가 유지된다. 클램핑 작업이 보다 빨리 진행된다.
발명의 범위 내에서, 특정 센서 차이가 발생할 때, 반대편 단부 면에서 압축된 스프링 집합체(spring assemblies)가 스핀들 너트에 결합된다. 상기와 같은 설계는 스프링 집합체가 에너지 저장수단으로 사용되고 나사 스핀들의 빠른 위치 변환에 대응하기 때문에, 클램핑의 안전성이 증가하는 장점을 갖는다. 양 측면에 위치한 스프링 집합체로 인해, 나사 스핀들은 양 측면에서 같은 움직임을 갖는다.
안전성 측면에서, 공구 또는 공작물을 클램핑하는 총 시간에 동안 안전에 관하여 클램핑 상태를 관찰하는 것이 가능하기 때문에, 클램프 상태에서 센서 차이를 관찰하는 것이 바람직하고, 특히 센서 차이는 체결력을 자동으로 유지하는 통제변수(control variable)로 사용된다. 그래서 특정 센서 차이의 편차(deviation)는 전형적으로 척으로 사용되는 스트로크 제어장치(stroke control system)에 보고되고 안전 클램핑 상태(safety clamped state)에서의 편차는 정보 전달 또는 척이 멈출 때까지의 감속을 유발하는데 사용될 수 있다.
본 발명의 목적은, 공작기계의 작업 스핀들에 부착될 수 있는 하우징을 갖는 전동구동기를 구비하고 상기 하우징에서 척의 클램핑 죠를 움직이기 위한 나사 스핀들이 축방향에서 이동할 수 있도록 장착되며, 상기 나사 스핀들은 스핀들 너트를 구동시키는 회전자를 갖는 전동 서보모터에 의해 움직이는 스핀들 너트에 의해 이동할 수 있고, 스핀들 너트는 2개의 스프링 집합체에 의해 축방향에서 측면에 위치하며, 그리고 위치 감지용 제 1 센서는 나사 스핀들에 결속되고, 위치 감지용 제 2 센서는 스핀들 너트에 결속되는 것을 특징으로 하는 기구에 의해 달성된다. 상기 기구는, 종래 기술과 비교할 때, 제 2 센서와 스프링 집합체가 추가된 것으로, 제 1 센서와의 센서차이를 결정하는데 사용되는 제 2 센서의 신호가 존재하는 구조적으로 간단한 설계에 따른 특징을 갖는다.
간단한 설계에 대해 재차 살피면, 상기와 같은 설계는 종래 스트로크 제어 시스템으로부터 얻은 경험과, 본 발명의 구성요소를 사용할 수 있도록 하므로, 스핀들 너트가 지지핀을 통해 하우징에서 외측으로 미끄러질 수 있는 구동기 링에 연결되는 것이 바람직하다.
클램핑 상태의 관찰에 있어서 하우징 내에서 스핀들 너트의 큰 스트로크를 유지할 필요는 없다; 즉, 하우징 내에서, 1.5mm 내지 5.0mm, 바람직하게는 2.0 내지 3.5mm인 스트로크는 스핀들 너트에 대해 충분하기 때문에 하우징의 총 길이는 기본적으로 불변상태로 유지될 수 있다.
발명 기구에 대해 필요한 공간은 스프링 집합체를 수용하는 스핀들 너트 내의 리쎄스된 시트(recessed seat)를 제공함으로써 제한될 수 있고, 동시에 리쎄스된 시트는 스프링 집합체에 대한 가이드 역할을 한다.
본 발명은 하우징을 구비한 전동구동기와 척의 죠를 움직이기 위한 나사 스핀들, 스핀들 너트를 이동시키는 전동 서보모터, 위치 탐지용 제 1 센서 및 제 2 센서에 의한 단계를 포함하는 클램핑 방법 및 이를 실행하는 기구를 통해
특정 센서 차이를 통해 경로 의존적 제어가 이루어져 클램핑 작업이 보다 빨리 진행될 수 있고, 스프링 집합체를 통해 클램핑의 안전성의 증가를 도모할 수 있어 상기에 기술한 종래 기술의 문제점을 개선한 효과가 있다.
본 발명에 대한 자세한 기술은 이하 도시된 도면을 통해 설명한다:
도 1은 전동구동기의 투시도로서, 하우징의 측면에 부착된 서보모터뿐 아니라 나사 스핀들과 스핀들 너트를 수용하는 하우징을 나타낸다;
도 2는 도 1에 나타난 전동구동기의 다른 투시도이다;
도 3은 도 1에 나타난 전동 구동기의 단면도이다;
도 4는 도 1에 나타난 전동구동기에 대한 종단면도이다;
도 5는 도 3에 나타난 VBV 부분이다;
도 6은 전동구동기 하우징의 하층부에 대한 종단면도로, 도 5에 나타난 부분에 대해 회전하는 평면부가 나타난다;
도 7은 나사 스핀들과 스핀들 너트의 이상적 상태를 도시한다;
도 8은 도 7과 같이 클램핑 상태에 있는 전동구동기에서의 센서차이를 도시한다.
공작기계에 부착된 척의 죠를 움직이고, 클램핑 작업중에 계속해서 안전하게 공작물 또는 공구를 클램핑하는데 사용되는 전동구동기(1)가 도면에 나타난다. 상기 전동구동기(1)는 공작 기계의 작업 스핀들에 부착된 하우징(2)을 갖고 상기 하우징에서 척의 죠를 움직이고 축방향으로 이동할 수 있는 나사 스핀들이 장착된다. 전동구동기(1)는 또한 하우징(2)의 측면에 장착된 전동 서보모터(4)를 포함한다. 기어형의 하모닉 드라이브(gear-type harmonic drive)는 전동 서보모터(4)와 나사 스핀들(3) 사이에 연결되고, 서보모터(4)의 회전자는 벨트(5)를 통해 하모닉 드라이브의 파 발생기(wave generator)에 결속된 드라이브 풀리(6)에 연결된다. 하모닉 드라이브의 플렉스플라인(flexspline)이 나사 스핀들(3)을 구동하는 동안, 하모닉 드라이브의 환형 스플라인(spline)은 하우징(2)에 연결된다. 도면의 실시 예에서, 균일하게 주변부에 분포된 다수의 스프링 집합체(8)가 사용될 수 있으나, 나사 스핀들(3)은 스핀들 너트(7)의 리쎄스된 시트(9) 각각에 연결된 2개의 스프링 더미(stack) 사이에서 축 방향으로 결합 된 스핀들 너트(7)에 의해 이동된다.
스핀들 너트(7)는 2X 하우징(2) 내부에 최소 1.5mm인 스트로크를 갖는다; 또한, 스핀들 너트(7)는 지지핀(10)을 통해 하우징에서 외측으로 미끄러질 수 있는 구동기 링(11)에 연결된다. 스핀들 너트(7)의 위치탐지용 제 2 센서는 상기 구동기 링(11)에 결합되고, 위치 탐지용 제 1 센서는 나사 스핀들(3)에 결합된다.
상기 전동구동기(1)를 사용하여, 공작물 또는 공구는 척의 죠 사이에서 공작물 또는 공구의 위치선정에 의해 쉽게 클램핑되고, 이후 축 방향으로 나사 스핀들(3)을 옮기는 전동 서보모터(4)에 의해 죠의 움직임이 시작된다. 도 7은 전동 구동기(1)의 보통 상태를 나타내는데, 상기의 경우 양 센서는 센서 차이가 0인 상태에서 출발점에 위치한다. 클램핑 죠가 처음으로 공작물 또는 공구와 접촉할 때, 나사 스핀들(3)의 계속된 움직임을 위해 필요한 힘의 증가가 발생하고, 그래서, 상기 힘의 증가에 기초하여, 공구와 클램핑 죠의 첫 번째 접촉에 관한 결과가 그려지고 제 1센서를 통해 나사 스핀들의 위치로부터 결과가 만들어진다. 센서 차이의 존재는 물체가 클램핑 되었다거나 또는 나사 스핀들(3)이 저항력을 받고 있음을 나타낸다. 도 7 및 도 8 처럼, 클램핑 작업 동안 스핀들 너트(7)는 제 2 센서가 센서 차이(12)를 결정할 수 있을 때까지 계속 움직이는데, 센서 차이는 전동 서보모터(4)에 의한 스핀들 너트(7)의 계속된 운동으로부터 기인한다. 스프링 집합체는 고정되어 둘러싸인 통로로 인해 체결력을 수정하기 위해 미리 압축된다. 그래서, 본 발명의 전동구동기(1)를 위해 클램핑 작업의 제어는 토크 의존적 제어(torque-dependent control)로부터 경로 의존적 제어(path-dependent control)로 변화하며, 경로로 의존적 제어는 충분한 인장력을 공급하기 위해 알려진 방법으로 평가될 수 있다.
또한, 센서차이(12)는 클램핑 상태의 총 기간 동안 이용할 수 있고, 자동으로 체결력을 유지하는 제어 변수로 사용될 수 있다.
1. 전동구동기 2. 하우징
3. 나사 스핀들 4. 서보모터
5. 벨트 드라이브 6. 드라이브 휠
7. 스핀들 너트 8. 스프링 집합체
9. 리쎄스(recess) 10. 지지핀
11. 구동기 링 12. 센서 차이

Claims (9)

  1. 공작기계의 작업 스핀들(work spimdle of a machine tool)에 부착된 하우징(2)을 구비한 전동구동기(1)와, 축방향으로 이동할 수 있고 하우징에서 척의 죠를 움직이기 위한 나사 스핀들(3), 그리고 나사 스핀들(3)의 너트(7)를 이동시키는 드라이브 휠(6)과 연결된 회전자를 갖는 전동 서보모터(4), 축의 위치를 탐지하기 위해 나사 스핀들(3)에 연결된 제 1 센서, 및 축의 위치를 탐지하기 위해 스핀들 너트(7)에 연결된 제 2 센서를 사용하고, 공구 또는 공작물과 클램핑 죠의 접촉으로 인하여 약한 축력(axial force)이 발생한 경우, 제 1 센서를 이용하여 나사 스핀들(3)의 위치를 결정하는 단계와, 그리고 제 2 센서에 의해 제 1 센서와 제 2 센서 간의 특정 센서 차이(12)가 결정될 때까지 스핀들 너트가 계속 움직이는 단계를 포함하는 공구 또는 공작물의 클램핑 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 특정 센서 차이가 발생할 때, 양 측면에 위치한 압축된 스프링 집합체(spring assemblies)가 스핀들 너트에 결합되는 것을 특징으로 하는 공구 또는 공작물의 클램핑 방법.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 클램핑 상태에서 센서차이(12)가 관찰되는 것을 특징으로 하는 공구 또는 공작물의 클램핑 방법.
  4. 제 3항에 있어서, 센서 차이(12)는 체결력을 자동으로 유지하는 제어 변수로 사용되는 것을 특징으로 하는 공구 또는 공작물의 클램핑 방법.
  5. 제 3항 또는 제 4항에 있어서, 특정 센서 차이(12)의 편차는 스트로크 제어장치에 보고되는 것을 특징으로 하는 공구 또는 공작물의 클램핑 방법.
  6. 제 1항 내지 제 5항에 따른 클램핑 방법을 실행하는 기구에 있어서,
    공작기계의 작업 스핀들에 부착될 수 있는 하우징(2)을 구비한 전동구동기(2)가 제공되고 하우징에서 척의 죠를 움직이기 위한 나사 스핀들(3)이 축방향에서 이동할 수 있도록 장착되며, 상기 나사 스핀들은 스핀들 너트와 구동접속한 회전자를 갖는 전동 서보모터(4)에 의해 움직이는 스핀들 너트(7)에 의해 이동할 수 있고,
    스핀들 너트는 2개의 스프링 집합체(8)에 의해 축방향에서 측면에 위치하며,
    위치 감지용 제 1 센서는 나사 스핀들(3)에 결속되고, 위치 감지용 제 2 센서는 스핀들 너트(7)에 결속되는 것을 특징으로 하는 공구 또는 공작물의 클램핑을 실행하는 기구.
  7. 제 6항에 있어서, 스핀들 너트(7)가 지지핀(10)을 통해 하우징(2)에서 외측으로 안내되는 구동기 링(11)에 연결되며 제 2 센서에 결합되는 것을 특징으로 하는 공구 또는 공작물의 클램핑을 실행하는 기구.
  8. 제 6항 또는 제 7항에 있어서, 스핀들 너트(7)는 1.5mm 내지 5.0mm, 바람직하게는 2.0mm 내지 3.5mm인 스트로크를 통해, 하우징(2)의 범위에서 이동할 수 있는 것을 특징으로 하는 공구 또는 공작물의 클램핑을 실행하는 기구.
  9. 제 6항 내지 8항 중 어느 한 항에 있어서, 스프링 집합체(8)를 수용하기 위해 리쎄스된 시트(9)가 스핀들 너트(7)에 제공되는 것을 특징으로 하는 공구 또는 공작물의 클램핑을 실행하는 기구.
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