KR20130089198A

KR20130089198A - 클램핑 척

Info

Publication number: KR20130089198A
Application number: KR1020130010942A
Authority: KR
Inventors: 요한 타클랑; 오이겐 항라이터
Original assignee: 룀 게엠베하
Priority date: 2012-02-01
Filing date: 2013-01-31
Publication date: 2013-08-09
Also published as: BR102013002522A2; US9186729B2; JP2013158905A; EP2623238A1; EP2623238B1; DE102012100821A1; ES2511021T3; US20130193654A1; JP6173699B2; CN103240432A; RU2013104215A

Abstract

본 발명은, 척 본체(1) 내에서 안내되며 축방향으로 조정될 수 있는 센터링 팁(2)과, 척 종축(3)에 대해 반경 방향으로 조정될 수 있는 클램핑 조오들(4)을 포함하는 클램핑 척, 특히 크랭크 샤프트를 클램핑하기 위한 클램핑 클로 타입 척에 관한 것이다. 센터링 팁(2)의 축방향 조정을 위해서 전동기(5)가 제공된다.

Description

클램핑 척{CLAMPING CHUCK}

본 발명은, 척 본체 내에서 안내되며 축방향으로 조정될 수 있는 센터링 팁(centering tip)과, 척 종축에 대해 반경 방향으로 조정될 수 있는 클램핑 조오들(chuck jaw)을 포함하는 클램핑 척, 특히 크랭크 샤프트를 클램핑하기 위한 클램핑 클로 타입(claimping claw-type) 척에 관한 것이다.

도입부에 언급한 유형의 클램핑 장치는 이미 DE 91 13 879 U1으로부터 공지되었다. 이런 경우에, 클램핑 조오들은 유압 가압식 피스톤을 통해 조정된다.

또한, 센터링 팁의 조정은 보통 유압 시스템 구조로 실현된다. 이 경우, 공간 절약형 이중 피스톤 구조를 제공하기 위해, 클램핑 조오들을 작동시키기 위한 피스톤 내에 팁을 조정하기 위한 피스톤 챔버가 제공될 수 있다.

크랭크 샤프트 제조 시, 크랭크 샤프트 블랭크의 단부면이 정면 밀링(face milling)된다. 이어서 각각의 단부면 상에는, 반경 방향에서 크랭크 샤프트의 후속 가공을 위해 크랭크 샤프트의 정확한 축방향 클램핑을 가능하게 해야 하는 센터링 보어가 세팅된다. 통상적으로 크랭크 샤프트는 2개의 센터링 팁에 의해 클램핑되며, 2개의 센터링 팁 중 하나는 고정 지지되고, 다른 하나는 축방향으로 조정 가능하게 지지된다. 센터링 팁을 조정하기 위한 유압 장치를 사용할 경우 에너지 소모가 적은 환경 친화적 기술에 따른 요건들이 제한적으로만 실현된다. 이에 근거하여 축방향 작동을 발생시키기 위한 새로운 방법을 찾아야 할 필요성이 대두된다.

그러므로 본 발명의 과제는, 클램핑 부재들이 유압 부품 없이 구현되는, 도입부에 언급한 유형의 클램핑 척 및 상기 클램핑 척을 작동하기 위한 방법을 제공하는 것이다.

상기 과제는 본 발명에 따르는 클램핑 척에서, 센터링 팁을 축방향으로 조정하기 위한 액추에이터로서 전동기가 제공됨으로써 달성된다.

본 발명에 따라, 전동기가 센터링 팁을 전기로 조정하는 장점이 제공된다. 그에 따라, 센터링 팁의 이중의 유압식 조정에 비해서, 센터링 팁에 대해 정밀하고 연속 조정이 가능하며 에너지 효율적인 축방향 조정이 가능해진다. 그에 상응하게 크랭크 샤프트 제조 시 크랭크 샤프트의 단부면에서 센터링 팁을 센터링하기 위해 전동기가 작동되며, 이어서 반경 방향으로 크랭크 샤프트를 고정하는 클램핑 조오들이 클램핑된다.

축방향 조정을 위해 스핀들 구동 장치(spindle drive)가 제공되는 것이 특히 바람직한 것으로 입증되었다. 그럼으로써, 센터링 팁을 조정하기 위해 전동기의 회전 운동을 병진 운동으로 전환하기 위한 간단한 방법이 제공된다.

스핀들 구동 장치는 전동기에 의해 구동될 수 있는 로드(rod)와 센터링 팁 사이에 형성되는 것이 적절하다. 이 경우 상기 로드는, 스핀들 구동 장치로 전동기를 직접 연결할 필요가 없도록 하기 위해 이용될 수 있다. 그럼으로써 전동기와 센터링 팁 사이의 거리가 극복될 수 있으며, 그에 따라 전동기는 클램핑 척의 작동 시 회전하는 척 본체의 부재들로부터 공간상 격리되어 배치될 수 있게 된다.

센터링 팁과 분리 가능하게 결합되는 스핀들 부재가 제공되는 것이 바람직한 것으로 입증되었다. 상기 스핀들 부재는 전동기 또는 로드의 회전 시 축방향으로 움직여 센터링 팁을 종동시킨다. 스핀들 구동 장치의 마모에 따라 관련 구성품들의 교환이 요구된다면, 센터링 팁 전체를 교환할 필요 없이 상기 스핀들 부재를 교환할 수 있다.

또한, 바람직하게는, 스핀들 부재와 센터링 팁 사이에 탄성 부재가 배치된다. 상기 탄성 부재는, 센터링 팁이 전동기의 전출력(full power)으로 블랭크의 단부면에 충돌함으로써 상기 블랭크를 손상시키는 점을 방지하기 위해 이용된다.

특히 바람직한 것으로서 입증된 점에 따라서, 로드는 척 본체 내에 형성된 로드 베어링 내에 지지된다. 로드로부터 전동기까지 연결할 거리가 너무 길면, 전동기의 회전 운동에서의 작은 불균형이 로드의 센터링 팁쪽 단부에서의 회전 운동에 큰 반경 방향 성분을 초래할 수 있다. 상기 반경 방향 성분을 보상하고 확실한 축방향 안내를 보장하기 위해, 로드는 로드 베어링 내에 지지된다.

또한, 바람직하게는, 전동기와 로드 사이에 기어 장치, 바람직하게는 유성 기어 장치가 형성된다. 그럼으로써 로드에 작용하는 증가된 토크가 인가될 수 있다.

또한, 바람직하게는, 클램핑 조오들의 작동을 위해, 전기 작동식 클램핑 모터로 구동될 수 있는 나사산 중공 로드(threaded hollow rod)가 제공된다. 그럼으로써 클램핑 조오 작동도 마찬가지로 유압 시스템 구성품들의 이용을 배제할 수 있다. 그에 상응하게 전기 작동식 센터링 팁은 먼저 크랭크 샤프트 블랭크를 축방향으로 센터링하며, 이어서 크랭크 샤프트 블랭크는 클램핑 조오들에 의해 반경 방향으로 고정된다.

특히 적합하게는, 나사산 중공 로드와 클램핑 모터의 회전자 사이에 하모닉 드라이브(harmonic drive)가 제공되며, 이 하모닉 드라이브는 회전하지 않는 링 기어와, 회전자 회전수를 검출하는 파동 발생기와, 토크 전달 방식으로 나사산 중공 로드와 연결된 강철 부싱을 포함한다. 그에 따라 모터의 높은 회전수를 나사산 슬리브의 더 낮은 회전수로 전달할 수 있고, 그럼으로써 클램핑 조오들은 매우 정밀하게 조정된다.

나사산 중공 로드에, 그리고 척 본체 내에서 안내되는, 클램핑 조오들의 조정 수단들에 스크류 구동 장치가 형성되는 것이 바람직한 것으로 입증되었다. 그럼으로써 척 본체 내에서 척 본체 종축에 대해 실질적으로 평행하게 배치되는, 클램핑 조오들의 조정 수단들이 축방향으로 조정될 수 있으며, 이때 클램핑 조오들로 향해 있는 또 다른 측면에는 클램핑 조오들을 반경 방향 내측 또는 외측으로 밀착시키는 클램핑 웨지가 배치될 수 있다.

그 외에도 바람직하게는, 로드는 비접촉 상태로 나사산 중공 로드를 관통한다. 그럼으로써 클램핑 척의 작동은 매우 공간 절약적으로 형성될 수 있다.

특히 바람직한 실시예는, 센터링 팁과 전동기 사이에 축방향으로 조정될 수 있으면서 마찰 결합을 통해 센터링 팁과 분리 가능하게 결합되는 스핀들 로드가 제공되는 것을 특징으로 한다. 그럼으로써 필요 시 센터링 팁으로부터 스핀들 로드를 분리할 수 있다. 전동기는 클램핑 척이 사용되는 동안 클램핑 척과 함께 회전하지 않아도 되며, 그럼에도 센터링 팁의 위치는 유지된다.

센터링 팁은 다수의 부재로, 즉 스핀들 로드 수용부와, 하나 이상의 스프링 부재와, 팁 부재로 형성되는 것이 개념적 측면에서 적합한 것으로 입증되었다. 그럼으로써 본 구성에서도, 스프링 팩에 의해, 센터링 팁이 고정할 공작물의 단부면에 전동기의 전출력으로 충돌하지 않는 점이 보장된다.

바람직하게는, 스핀들 로드와 전동기의 회전자 사이에 스핀들 구동 장치가 형성되고, 그에 따라 여기서도 마찬가지로 모터의 회전 운동을 스핀들 로드의 병진 운동으로 전환할 수 있는 적합한 방법이 제공된다.

특히 바람직하게는, 전동기를 조절하는 컨트롤 유닛이 제공된다. 그에 따라 센터링 팁은 전동기에 의해 클램핑 척과 동일한 회전수로 자체의 축을 중심으로 회전될 수 있으며, 그럼으로써 상기 센터링 팁은 클램핑 척의 작동 시 센터링된 위치에서 벗어나지 않는다.

본 발명의 범주에서, 척 본체 내에서 안내되며 축방향으로 조정될 수 있는 센터링 팁과, 스프링 부재를 통해 센터링 팁과 분리 가능하게 결합된 작동 부재와, 측정 장치를 포함하는 전동기와, 회전 운동을 병진 운동으로 전환하기 위한 수단들을 포함하는 클램핑 척을 작동시키기 위한 방법을 제공하며, 전동기의 회전을 통해회전 운동을 병진 운동으로 전환하기 위한 수단들은, 센터링 팁과 관련한 작동 부재의 상대 운동 시 스프링 부재 쪽으로 힘이 인가되어 그로 인해 실행되는 작업이 측정 장치에서 변경되는 측정값에 의해 검출될 때까지, 센터링 팁을 종동시키면서 작동 부재의 축방향 조정을 실현한다.

그럼으로써 측정값은, 가공할 공작물을 센터링하기 위해, 센터링 팁이 상기 공작물의 단부면에 도달하는 시점을 결정하기 위해 이용된다. 이 경우 바람직하게 측정 장치는 전류계로서 형성되어 전류 흐름을 측정한다. 전동기는 항상 동일한 회전수로 작동되며, 이때 전동기는 회전자에서 작용하는 저항에 따라 상이하게 많은 전류를 필요로 한다. 이처럼 필요한 전류의 변화는 스프링 부재 쪽으로 인가될 힘과 상관 관계가 있다. 전류 세기가 높아질수록, 결과적으로 센터링 팁이 더욱더 강하게 공작물에 접촉된다.

하기에서 본 발명은 도면에 도시된 실시예들에서 더욱 상세하게 설명된다.

도 1은 본 발명에 따르는 클램핑 척의 제1 실시예의 종단면도이다.
도 2는 종래 기술에 따라 공지된, 유압 시스템 구성품들을 포함하는 클램핑 척의 종단면도이다.
도 3은 본 발명에 따르는 또 다른 실시예의 종단면도이다.

도 2에는 크랭크 샤프트를 클램핑하기 위한 클램핑 클로 타입 척으로서 형성된, 종래 기술로부터 공지된 클램핑 척이 도시되어 있으며, 여기서 센터링 팁(2)과 클램핑 조오들(4)의 조정은 유압 시스템 구성품들(25)로 실현된다. 여기서 척 본체(1) 내에서 안내되는 센터링 팁(2)은 피스톤 챔버(26) 내에서 안내되는 칼라(collar) 형태의 피스톤(27)을 포함한다. 상기 피스톤 챔버(26)는, 클램핑 피스톤 챔버(29) 내에서 안내되는 클램핑 피스톤(28)의 후방에 위치한다. 클램핑 피스톤은 척 종축(3)에 대해 반경 방향으로 배향되는 방식으로 클램핑 조오들(4)을 조정하는 역할을 하고 유압으로 가압될 수 있다.

이 경우, 클램핑 과정에서는 먼저 센터링 팁(2)이 공작물의 단부면에 접촉할 때까지 축방향으로 조정된다. 이어서, 공작물에 클램핑 조오들(4)을 접촉시켜 공작물을 반경 방향으로 고정하기 위해, 클램핑 조오들(4)을 조정하기 위한 클램핑 피스톤(28)에 유압 매체가 공급된다. 공작물의 분리를 위해서는 클램핑 피스톤(28)을 피스톤(27)과 함께 동시에 작동시키거나, 먼저 센터링 팁(2)을 축방향으로 조정한 다음 클램핑 조오들(4)을 분리할 수 있다.

도 1에는 특히 크랭크 샤프트를 클램핑하기에 적합하고, 클램핑 클로 타입 척으로서도 형성되는 본 발명에 따른 클램핑 척의 일 실시예가 도시되어 있으며, 상기 클램핑 척은, 축방향으로 조정될 수 있으면서 척 본체(1) 내에서 안내되는 센터링 팁(2)과, 척 종축(3)에 대해 반경 방향으로 조정될 수 있는 클램핑 조오들(4)을 포함한다. 센터링 팁(2)의 축방향 조정을 위해 전동기(5)가 제공된다. 센터링 팁(2)에는, 로드(7)와 함께 센터링 팁(2)의 축방향 조정을 위한 스핀들 구동 장치(6)를 형성하는 스핀들 부재(8)가 할당된다. 스핀들 부재(8)와 센터링 팁(2) 사이에는 헬리컬 스프링 형태의 탄성 부재(9)가 제공된다. 상기 탄성 부재가 반드시 헬리컬 스프링일 필요는 없다. 예컨대 디스크 스프링, 벌류트 스프링(volute spring), 환형 스프링 등과 같은 다른 스프링 타입도 사용될 수 있다.

그 외에 척 본체(1) 내에는 로드 베어링(10)이 형성되고, 이 로드 베어링 내에서 로드(7)가 안내된다. 본 실시예에 따라서, 전동기(5)와 로드(7) 사이에 기어 장치(11)가 배치된다.

클램핑 조오들(4)의 작동을 위해, 전기 작동식 클램핑 모터(12)로 구동될 수 있는 나사산 중공 로드(13)가 제공된다. 로드(7)는 비접촉 상태로 나사산 중공 로드(13)를 관통한다.

나사산 중공 로드(13)와 클램핑 모터(12)의 회전자 사이에는 하모닉 드라이브(14)가 제공되며, 상기 하모닉 드라이브는 회전하지 않는 링 기어(15)와, 회전자 회전수를 검출하는 파동 발생기(16)와, 토크 전달 방식으로 나사산 중공 로드(13)와 연결된 강철 부싱(17)을 포함한다. 도시된 실시예에 따라서, 회전자는 벨트 구동 장치(30)를 통해 구동 기어(31)와 연결되고, 상기 구동 기어는 파동 발생기(16)를 구동한다. 강철 부싱(17)은 유성 롤러 기어(32)를 통해 나사산 중공 로드(13)를 구동한다. 본 실시예에 따라, 상기 유성 롤러 기어(32)는 척 종축(3)에 대해 동축으로 배치된 복수의 스프링(33)에 의해 고정되며, 이는 나사산 중공 로드(13)의 확실한 구동을 보장한다.

도시된 실시예에서 확인할 수 있듯이, 전동기(5)와 클램핑 모터(12)는 척 본체(1)와 함께 회전하지 않는 본 발명의 부품으로서 형성된다.

클램핑 조오들(4)의 조정을 위해, 나사산 중공 로드(13)와, 척 본체(1) 내에서 안내되는, 클램핑 조오들(4)의 조정 수단들(19) 사이에 클램핑 플레이트(18)가 형성된다. 클램핑 조오들(4)의 조정 수단들(19)은 클램핑 플레이트(18)의 반대 방향편 측면에 클램핑 웨지(34)를 포함한다.

전동기(5)에는 조절하는 컨트롤 유닛(24)이 할당된다. 바람직하게는 가공 시 로드(7)와 나사산 중공 로드(13)의 회전수가 상호 조정되며, 상기 회전수는 정확히 클램핑 척의 회전수와 일치한다. 이 경우 클램핑 척의 작동 동안 클램핑 조오들(4) 및 센터링 팁(2)이 자체의 고정 위치 및 센터링 위치를 유지하는 점이 보장된다.

도 3에는 본 발명에 따르는 클램핑 척의 또 다른 실시예가 도시되어 있으며, 여기서는 센터링 팁(2)과 전동기(5) 사이에 축방향으로 조정될 수 있으면서 마찰 결합을 통해 센터링 팁(2)과 분리 가능하게 결합되는 스핀들 로드(20)가 제공된다. 여기서 도시된 센터링 팁(2)은 다수의 부재로, 즉 스핀들 로드 수용부(21)와, 하나 이상의 스프링 부재(22)와, 팁 부재(23)로 형성된다. 본 실시예에서는 디스크 스프링이 스프링 부재(22)로서 제공된다.

스핀들 로드(20)의 축방향 조정을 위해 전동기(5)와 스핀들 로드(20) 사이에 스핀들 구동 장치(6)가 형성된다. 도시된 실시예에서 스핀들 로드(20)는 하우징(35) 내에서 축방향으로 안내된다.

1: 척 본체
2: 센터링 팁
3: 척 종축
4: 클램핑 조오
5: 전동기
6: 스핀들 구동 장치
7: 로드
8: 스핀들 부재
9: 탄성 부재
10: 로드 베어링
11: 기어 장치
12: 클램핑 모터
13: 나사산 중공 로드
14: 하모닉 드라이브
15: 링 기어
16: 파동 발생기
17: 강철 부싱
18: 클램핑 플레이트
19: 클램핑 조오들의 조정 수단
20: 스핀들 로드
21: 스핀들 로드 수용부
22: 스프링 부재
23: 팁 부재
24: 컨트롤 유닛
25: 유압 시스템 구성품
26: 피스톤 챔버
27: 피스톤
28: 클램핑 피스톤
29: 클램핑 피스톤 챔버
30: 벨트 구동 장치
31: 구동 기어
32: 유성 롤러 기어
33: 스프링
34: 클램핑 웨지
35: 하우징

Claims

클램핑 척, 특히 크랭크 샤프트를 클램핑하기 위한 클램핑 클로 타입 척이며, 축방향으로 조정될 수 있으면서 척 본체(1) 내에서 안내되는 센터링 팁(2)과, 척 종축(3)에 대해 반경 방향으로 조정될 수 있는 클램핑 조오들(4)을 포함하는, 클램핑 척에 있어서,
센터링 팁(2)의 축방향 조정을 위해 전동기(5)가 제공되는 것을 특징으로 하는, 클램핑 척.
제1항에 있어서, 센터링 팁(2)의 축방향 조정을 위해 스핀들 구동 장치(6)가 제공되는 것을 특징으로 하는, 클램핑 척.
제2항에 있어서, 스핀들 구동 장치(6)는 전동기(5)에 의해 구동될 수 있는 로드(7)와 센터링 팁(2) 사이에 형성되는 것을 특징으로 하는, 클램핑 척.
제3항에 있어서, 센터링 팁(2)과 분리 가능하게 결합되는 스핀들 부재(8)가 제공되는 것을 특징으로 하는, 클램핑 척.
제4항에 있어서, 스핀들 부재(8)와 센터링 팁(2) 사이에 탄성 부재(9)가 제공되는 것을 특징으로 하는, 클램핑 척.
제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 로드(7)는 척 본체(1) 내에 형성된 로드 베어링(10)에 지지되는 것을 특징으로 하는, 클램핑 척.
제3항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 전동기(5)와 로드(7) 사이에 기어 장치(11), 바람직하게는 유성 기어 장치가 형성되는 것을 특징으로 하는, 클램핑 척.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 클램핑 조오들(4)의 작동을 위해, 전기 작동식 클램핑 모터(12)로 구동될 수 있는 나사산 중공 로드(13)가 제공되는 것을 특징으로 하는, 클램핑 척.
제8항에 있어서, 나사산 중공 로드(13)와 클램핑 모터(12)의 회전자 사이에 하모닉 드라이브(14)가 제공되고, 상기 하모닉 드라이브는 회전하지 않는 링 기어(15)와, 회전자 회전수를 검출하는 파동 발생기(16)와, 토크 전달 방식으로 나사산 중공 로드(13)와 연결된 강철 부싱(17)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 클램핑 척.
제8항 또는 제9항에 있어서, 나사산 중공 로드(13)와, 척 본체(1) 내에서 안내되는, 클램핑 조오들(4)의 조정 수단들(19) 사이에 클램핑 플레이트(18)가 형성되는 것을 특징으로 하는, 클램핑 척.
제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 로드(7)는 비접촉 상태로 나사산 중공 로드(13)를 관통하는 것을 특징으로 하는, 클램핑 척.
제1항에 있어서, 센터링 팁(2)과 전동기(5) 사이에, 축방향으로 조정될 수 있으면서 마찰 결합을 통해 센터링 팁(2)과 분리 가능하게 결합되는 스핀들 로드(20)가 제공되는 것을 특징으로 하는, 클램핑 척.
제11항에 있어서, 센터링 팁(2)은 다수 부재로, 즉 스핀들 로드 수용부(21)와, 하나 이상의 스프링 부재(22)와, 팁 부재(23)로 형성되는 것을 특징으로 하는, 클램핑 척.
제11항 또는 제12항에 있어서, 스핀들 로드(20)와 전동기(5)의 회전자 사이에 스핀들 구동 장치(6)가 형성되는 것을 특징으로 하는, 클램핑 척.
제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 전동기(5)를 조절하는 컨트롤 유닛(24)이 제공되는 것을 특징으로 하는, 클램핑 척.
척 본체(1) 내에서 안내되며 축방향으로 조정될 수 있는 센터링 팁(2)과, 스프링 부재(22)를 통해 상기 센터링 팁(2)과 분리 가능하게 결합되는 작동 부재와, 측정 장치를 포함하는 전동기(5)와, 회전 운동을 병진 운동으로 전환하기 위한 수단들을 포함하는 클램핑 척, 특히 제5항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따르는 클램핑 척을 작동시키기 위한 방법에 있어서,
전동기(5)의 회전을 통한 회전 운동을 병진 운동으로 전환하기 위한 수단들은, 센터링 팁(2)과 관련하여 상기 작동 부재의 상대 운동 시 스프링 부재(22) 쪽으로 힘이 인가됨으로써 실행되는 작업이 측정 장치에서 변경되는 측정값에 의해 검출될 때까지, 센터링 팁(2)을 종동시키면서 상기 작동 부재의 축방향 조정을 실현하는 것을 특징으로 하는, 클램핑 척의 작동 방법.
제16항에 있어서, 상기 측정 장치는 전류계로서 형성되고 전류 흐름을 측정하는 것을 특징으로 하는, 클램핑 척의 작동 방법.