KR20150017773A

KR20150017773A - 자동으로 결합될 수 있는 척

Info

Publication number: KR20150017773A
Application number: KR1020157002030A
Authority: KR
Inventors: 울프강 티에펜복; 허버트 티펜복
Original assignee: 에베 그룹 게엠베하
Priority date: 2010-08-23
Filing date: 2011-08-12
Publication date: 2015-02-17
Also published as: KR101533513B1; CN103153507A; EP2608913A1; US9925597B2; KR20150014539A; US9555479B2; DE102010035150B4; JP2015120242A; EP2853326A2; US20170100780A1; WO2012025400A1; JP5759002B2; JP6021984B2; EP2853325B1; JP2013536096A; EP2608913B1; US20130154206A1; EP2853326B1; DE102010035150A1; KR20130061716A

Abstract

본 발명은 클램핑력(F)으로 클램핑 공간(21) 내에서 가공물 또는 공구를 클램핑하기 위한 척(1)에 관한 것으로,
-클램핑 공간(21)의 중심(Z)의 방향으로 하나의 클램핑 평면(E)을 따라 병진운동할 수 있는 둘 이상의 척 조우(2) - 클램핑 공간(21)은 척 조우(2)의 면(2s)에 의해 형성됨 - , 및
-척 조우(2)가 움직이도록 척 조우(2)에 대하여 기어 트레인의 커플링 수단에 의해 기어 트레인에 결합될 수 있는 구동 모터(20)의 구동 토크의 전달을 위해 척(1) 내에 적어도 위치되는 기계식, 바람직하게는 능동 기어 트레인 - 클램핑 공간(21)은 기어 트레인을 통하여 구동 모터(20)에 의해 수행되는 클램핑 공간(21)의 최대 크기로 클램핑 공간(21)의 최대 크기로부터의 움직임 및 구동 모터(20)에 의해 변경될 수 있고, 커플링 수단은 자동으로 구동 모터(20)의 해당 커플링 연결부에 결합될 수 있다.
게다가, 본 발명은 전항들 중 어느 한 항에 따르는 척(1)의 시스템에 관한 것으로, 구동 모터(20)는 척(1)을 교체하기 위한 교체 수단, 특히 로봇 팔과 구동 모터(20) 및/또는 척(1)을 수용하기 위한 척 리시버(13) 내에 제공된다.

Description

자동으로 결합될 수 있는 척{CHUCK THAT CAN BE COUPLED IN AN AUTOMATED MANNER}

본 발명은 청구항 제1항에서 청구된 바와 같이 클램핑력(F)으로 클램핑 공간 내에서 가공물 또는 공구를 클램핑고정하기 위한 척 및 청구항 제8항에서 청구된 바와 같이 구동 모터 및 상기 척으로 구성된 시스템에 관한 것이다.

척은 공구 기술, 특히 척의 조우에 의해 형성되는 클램핑 공간 내에서 다양한 가공물 또는 공구를 고정하기 위한 터닝(turning) 및 밀링(milling)에서 사용된다. 공구는 예를 들어, 동일한 구성요소 상에서 상이한 공정 단계를 수행할 수 있도록 컴퓨터 제어 방식으로 척 내에 클램핑고정되고 자동으로 각각의 메거진으로부터 제거되며 메거진 내에 저장된 밀링 헤드 또는 드릴일 수 있다.

특히, 유압 또는 공압식으로 구동되지 않는 척의 경우에, 척이 필수 정밀도에 따라 더 이상 작동되지 않거나 또는 척의 치수가 사용하기에 적합하지 않을 때 조절된 간격으로 척을 교체할 필요가 있다. 척 내에서, 공구 또는 머신 구성요소 또는 기계가공되는 가공물은 척 조우의 면에 의해 형성되는 클램핑 공간 내에서 척의 중심에 클램핑된다.

예를 들어, 유압식 및 공압식 척은 이들이 자동 및 신속하게 스위칭될 수 있는 이점을 갖는다. 유압 및 공압식 척으로 구현될 수 있는 척 조우의 척킹 이동(chucking travel)은 상대적으로 작고, 예를 들어 단지 +/- 10 mm이며, 이에 따라 척의 가변성에 대한 클램핑 공간의 가장 작은 및 가장 큰 직경이 제한된다. 임의의 경우에, 척은 척 조우를 교체 또는 재배치시킴으로써 가공물 또는 대형 공구를 수용할 수 있다.

이러한 이유로, 이들 척에 대해 수득가능한 클램핑력은 매우 크다. 따라서, 상이한 치수, 특히 상이한 직경 갖는 가공물 또는 공구를 수용할 수 있도록 척은 교체되어야 하거나 또는 척 조우가 이동되어야 한다.

척은 예를 들어, 헤드 척, 드릴 척, 선반 척(lathe chuck) 또는 쉬링크 척(shrink chuck)이다.

게다가, 척의 교체는 일반적으로 수동으로 수행되며, 기술자는 머신 공구를 중간 및 개방하고 척의 조우를 개방하며, 가공물을 제거하고 그 뒤 새로운 척으로 척을 교체한다.

따라서, 본 발명의 목적은 더욱 효율적으로 사용될 수 있으며, 특히 높은 클램핑 력에 도달되고 넓은 척 이동 및 동시에 가능한 콤팩트한 구조를 갖는 척을 제공하는 데 있다.

본 발명에 따른 기술적 문제점은 청구항 제1항 및 제8항의 특징에 따라 해결된다. 본 발명의 선호되는 개선점은 종속항에 제시된다. 명세서, 청구항 및/또는 도면에 제시된 둘 이상의 특징들의 모든 조합이 또한 본 발명의 범위 내에 있다. 주어진 범위에서, 제시된 한계값 내의 값이 임의의 조합으로 청구될 것이며 경계 값으로서 개시되는 것으로 고려될 것이다.

본 발명은 척을 설계하는 사상을 기초로 하는데, 특히, 척의 상태를 결정하는 다이나모미터 수단 및/또는 변위 수단 및/또는 그 외의 다른 전기적 구성요소를 제거함으로써 척이 자동 방식으로 교체될 수 있거나 또는 구동 토크를 구동 모터로부터 척 조우로 전달하기 위해 단독으로 사용될 수 있다. 또 다른 설계 해결방법은 클램핑 공간의 최대 크기로부터 클램핑 공간의 최소 크기로의 이동이 기어 트레인 및 구동 모터에 의해 수행될 수 있는 데 있으며, 이 기어 트레인은 척의 내부 내로 이동되고, 상기 구동 모터는 구동 모터에 의해 자동으로 기어 트레인에 연결될 수 있고, 척 조우의 이동은 기어 트레인을 통하여 구동 모터에 의해 수행된다. 따라서, 척은 더 많은 개수의 가공물에 대해 더욱 유연하게 사용될 수 있다.

특히, 구동 모터와 척 조우 사이의 기어 트레인은 척 조우를 직접 구동시키고, 특히 나선형 링은 단지 기계식 및/또는 단지 능동형이다. 추가로, 공압 또는 유압 구동장치가 각각의 척 조우 또는 척 조우의 정밀한 조절을 위해 척 조우 구동장치 상에 제공될 수 있다. 추가 구동장치는 척 조우의 작은 위치설정 이동에 대해 특히 선호되며, 이 척 조우 구동장치를 갖는 기어 트레인은 적어도 1 cm, 특히 적어도 2 cm, 바람직하게는 적어도 5 cm의 상대적으로 큰 위치설정 이동에 대한 것으로 의도된다.

클램핑 공간은 척 조우의 개수에 의해 정해지며, 공구/가공물의 클램핑 섹션 내에 상이한 외부 윤곽을 갖는 가공물 및/또는 공구를 수용하기 위해 사용된다. 일반적으로, 클램핑 섹션은 가공물/공구의 하나의 클램핑 단부 상의 다각형 실린더 섹션으로서 제공된다. 척 조우는 재킷 표면 상에서 적어도 두, 일반적으로 3 또는 4개의 측면으로부터 압축되는 구동 모터에 의해 제공된 클램핑 력(F)으로 척 조우에 의해 클램핑 섹션의 재킷 표면 상에서 공구/가공물을 클램핑 고정하고, 그 결과 척과 공구/가공물 사이에 부착이 야기된다.

본 발명에서 청구된 바와 같이, 척 조우는 각각의 척 조우, 특히 가이드 요홈 내에 일체로 제공되는 구동장치에 의해 각각의 척 상에서 척 조우의 최소 위치로 최대 위치로부터 클램핑 면(E)을 따라 병진운동할 수 있으며, 이에 따라 예를 들어, 유압식 또는 공압식으로 이동하는 척 조우에서 필요 시에 척 조우의 이동이 생략될 수 있다. 따라서, 척 조우는 각각의 척 상에서 척 조우에 의해 제공된 전체 척킹 이동(chucking travel)에 걸친 이동 없이 이동할 수 있다.

척 내의 데이트(date)로 함축되는 기능 부분을 제거함으로써, 척에 대한 비용이 감소할 뿐만 아니라 척의 작동이 실질적으로 감소될 수 있고, 특히 변위 및/또는 회전에 대해 척을 고정하기 위한 공구 또는 가공물의 정확한 클램핑 및 고정이 가능하다.

본 발명은 특히 선반 척 또는 밀링 척에 대해 특히 적합하다. 본 발명의 일 실시 형태에 따라서, 척은 단지 기계식으로 제조되는데, 이는 척의 내구성을 향상시키고 척의 제조를 단순화하기 때문이다.

서보모터와 같이 구성된 구동 모터에 의해 직접 조절가능한 클램핑 력(F)에 의해 및/또는 둘 이상의 척 조우들 사이에서 조절가능한 개방 폭(D)에 의해, 가공물 또는 공구를 클램핑 고정할 때 척의 제어/조절은 추가 센서 또는 감지 수단에 대한 필요 없이 구동 모터에 의해 직접 달성된다. 구동 모터는 특히 토크-제어식 및/또는 위치-제어식일 수 있으며, 각각의 척에 대해 서보모터 내에 존재하는 폐쇄된 제어 루프 및 서보모터의 교정이 필요하다. 이 방식으로, 특히 척의 단순하고, 효율적이며, 매우 높은 정확도의 제어/조절이 가능하다.

본 발명의 일 선호되는 실시 형태에 따라서, 척의 전방에는 클램핑 공간이 제공되고, 전방으로부터 이격되는 방향으로 대향하는 척의 후방에는 커플링 수단이 제공된다. 이 형상에 따라 척의 사용 및 교체가 용이해지고, 공간-절약식 구조가 가능하다.

커플링 수단은 후방에 배치되고 능동적으로 기능을 하는 커플링 요소, 특히 구동 모터의 모터 샤프트의 해당 커플링 요소와 능동적으로 결합하기 위한 구동 샤프트의 구동 측면에 제공되는 내부 톱니 시스템을 갖는 탄성적으로 장착된 구동 샤프트를 가지며, 커플링은 해당 커플링 요소 상에 척을 배치시킴으로써 가능하다.

본 발명의 또 다른 선호되는 실시 형태에 따라서, 커플링 수단은 척이 모터에 결합될 때 스플라인 샤프트를 둘러싸는 적어도 하나, 바람직하게는 하나의 주변 폐쇄 및/또는 링-형 어프로치 베벨의 형태인 자동 정렬을 위한 기계식 정렬 수단을 갖는다. 커플링 공정은 더욱 신뢰성이 있으며, 뿐만 아니라 커플링 요소 및 해당 커플링 요소는 이 수단에 의해 보호된다.

탄성적으로 장착된 구동 모터에 의해 커플링 요소가 해당 커플링 요소와 함께 이동될 때, 결합은 커플링 요소 사이의 이동에 의해 구동 모터가 개시된 후에 수행될 수 있으며, 해당 커플링 요소는 스프링력에 의해 커플링 요소와 결합되는 해당 커플링 요소 및 구동장치의 이동에 의해 해제된다.

본 발명에서 청구된 바와 같이, 일 실시 형태에 따라서, 기어 트레인이 제공되며, 기어 트레인은 각각 출력 측 및 하나의 구동 측면에 둘 이상의 샤프트를 갖는다. 게다가, 적어도 두개의 샤프트는 서로에 대해 상이하게 정렬되고, 특히 직교하는 하나의 회전 방향을 갖는다. 본 발명의 또 다른 실시 형태에 따라서, 적어도 하나의 샤프트, 특히 구동 샤프트는 척의 하나의 종방향 축(L)에 대해 평행하게 이어지며, 특히 이와 일치된다.

본 발명의 그 외의 다른 이점, 특징 및 세부사항은 도면을 사용하여 하기의 선호되는 예시적인 실시 형태로부터 명확해질 것이다.
도 1은 척 리시버 및 척의 제1 실시 형태의 단면도.
도 2는 척 리시버 및 척의 제2 실시 형태의 도면.

동일한 기능을 갖는 동일한 구성요소 또는 구성요소들은 도면에서 동일한 도면부호가 제공된다.

도 1은 샤프트에 연결된 구동 모터(20)에 척(chuck, 1)을 결합하기 위하여 하부에서 도시된 척 리시버(chuck receiver, 13) 상에 수용될 수 있는 척(1)의 상면도이다.

척의 전방(1v)에서 척(1)은 척 조우(chuck jaw, 2)의 아래에 배치되는 나선형 링(3)에 의해 클램핑 평면(E)을 따라 선형 이동 또는 병진운동할 수 있는 몇몇의 척 조우(2)를 갖는다. 표면(3o) 상에 배치되는 나선(3s)을 갖는 나선형 링(3)은 척 조우의 해당 가이드 요홈(2f)과 결합된다. 척 조우(2)는 선형 가이드(4)에 의해 선형 유도된다.

나선형 링(3)의 하부(3u)에는 나선형 링(3)의 전체 주변에 걸쳐서 연장되는 크라운 톱니 시스템(crown tooth system, 3k)이 제공된다. 나선형 링(3)의 크라운 톱니 시스템(3k)은 척 조우(2)에 대하여 기어 트레인에 결합될 수 있는 구동 모터(20)의 구동 토크의 전달을 위한 순수한 기계식 기어 트레인의 구성요소이다. 게다가, 기어 트레인의 구성요소는 나선형 링(3)을 회전시키기 위하여 나선형 링(3)의 크라운 톱니 시스템(3k)과 결합되고, 출력 샤프트와 같이 기능을 하는 스플라인 샤프트(splined shaft, 5)이다. 척 조우(2)는 스플라인 링(3)의 회전에 의해 균일하게 병진운동 방식으로 이동한다.

구동 측면 상에서 스플라인 샤프트(5)는 베벨 기어(7)를 가지며, 스플라인 샤프트(5)는 볼 베어링(6) 내에 장착되고, 이는 이상적인 장착 방식으로 구성된다. 베어링 또는 마찰 베어링과 같은 더 단순한 버젼이 있다. 스플라인 샤프트(5)의 회전 축(R)은 구동 샤프트(8)의 또 다른 베벨 기어(9)를 통하여 클램핑 평면(E)에 평행하고, 상기 기어는 스플라인 샤프트(5)의 베벨 기어(7)와 맞물리고 회전 구동 움직임은 척(1)의 종방향 축(L) 내에서 변환되며, 이 실시 형태에서 상기 축은 클램핑 공간(21)의 중심(Z)과 일치되는 척(1)의 중심 내에 놓이고 클램핑 평면(E) 또는 회전 축(R)에 직교한다. 구동 샤프트(8)의 회전축은 종방향 축(L)과 일치된다.

구동 샤프트(8)는 차례로 볼-장착식이고, 구동 측면에 척(1)의 내부에 배치되고 홀(12) 내에 제공되는 내부 톱니 시스템(11)을 갖는다.

구동 측면 상에서 구동 샤프트(8)는 척(1)이 구동 모터(20) 또는 척 리시버(13)에 결합될 때 자동 정렬을 위해 적어도 부분적으로 정렬 수단(22)으로서 사용되는 리세스(24) 내에서 말단을 이룬다. 이를 위해, 텅-요홈 연결(tongue-in-groove connection)의 형태로 돌출부(26)의 해당 링-형 어프로치 베벨(25)과 결합되는 동안 정렬 수단(22)으로서 기능을 하고 구동 샤프트(8)를 둘러싸는 링-형 어프로치 베벨(24)이 제공된다.

척(1)과 구동 모터(20) 또는 척 리시버(13) 사이의 커플링(10)은 홀(12) 내에 제공되는 내부 톱니 시스템(11)을 가지며 뿐만 아니라 하나의 커플링 요소(15) 상에 제공되는 헤드 톱니 시스템(16)을 가지며, 이 둘 모두는 모터 샤프트(14) 상에 제공된다. 게다가, 커플링 요소(15) 및 헤드 톱니 시스템(16)에 추가로 커플링 연결부로서의 모터 샤프트(14)는 커플링 요소(15)로서 사용되고 헤드 톱니 시스템(16)이 제공되는 슬리브(17)를 갖는다. 이 슬리브(17) 내에서 나선형 스프링(18)이 유도되며, 이의 스프링력에 대해 모터 샤프트(14)가 지지된다. 모터 샤프트(14)에 대한 슬리브(17)의 최대 움직임은 슬롯(27) 내에서 유도되는 핀(19)에 의해 제한된다.

모터 샤프트(14)는 서보모터(20)에 의해 구동된다.

따라서, 한편 서보모터(20)는 커플링(10), 구동 샤프트(8) 및 이에 결합된 스플라인 샤프트(5), 이에 따라 나선형 링(3)과 척 조우(2)를 통하여 모터 샤프트(14)를 구동한다. 다른 한편, 전류 및 전압은 서보모터에 의해 지속적으로 판독될 수 있으며, 이에 따라 가공물에 의해 척 조우(2) 상에서의 저항의 경우, 서보모터(20)의 출력 또는 전류 곡선 및/또는 전압 곡선의 변화를 통하여 클램핑 력(F)의 제어/조절이 척(1)에 대한 서보모터(20)의 사전 교정 이후에 가능하다. 서보모터(20) 대신에, 또한 기계식/전기식 피드백을 갖는 구동 모터가 사용될 수 있다.

도 2에는 가공물이 클램핑고정될 수 있는 클램핑 공간(21)이 형성되는 개구 폭(D) 및 면(2s')들 사이에 2개의 조우(2')를 갖는 바이스(vise)의 척(1')이 도시된다. 클림핑 평면(E)을 따라 조우(2')의 병진 운동은 스핀들(32)에 의해 수행되고, 출력 측면은 스핀들(32)이 회전하자마자 2개의 척 조우(2')들 중 하나의 척 조우를 병진 이동시킨다. 스핀들(32)의 회전은 스핀들(32)에 결합되는 체인 드라이브(chain drive, 31)에 의해 출력 측면 상에서 수행되고, 구동 측면 상의 체인 드라이브(31)는 샤프트(33)에 의해 구동된다. 샤프트(33)는 차례로 샤프트(33)의 기어(35) 상에서 베벨 기어(34)에 의해 구동된다. 베벨 기어(34)는 도 1에 도시된 실시 형태와 유사하게 구동 측면 상에 형성된 구동 샤프트(8') 상의 출력 측면 상에 배치된다.

척 리시버(13) 및 구동 모터(20)뿐만 아니라 커플링(10)은 제1 실시 형태와 유사하게 형성된다. 게다가, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 두 실시 형태에 대해 공통이며, 척(1) 및 척 리시버(13)의 외부 윤곽은 동일하고, 이에 따라 척(1)이 척 리시버(13) 상에 정확히 안착되지 않을 때 외부로부터 즉시 인식할 수 있다.

특히, 로봇 팔이 척(1)을 교체하기에 적합할 수 있다.

1, 1' 척
1v, 1v' 전방
1r, 1r' 후방
2, 2' 척 조우
2s, 2s' 면
2f 가이드 요홈
3 나선형 링
3o 상부
3k 크라운 톱니 시스템
3s 나선
4 선형 가이드
5 스플라인 샤프트
6 볼 베어링
7 베벨 기어
8, 8' 구동 샤프트
9 베벨 기어
10 커플링
11 내부 톱니 시스템
12 홀
13 척 리시버
14 모터 샤프트
15 커플링 요소
16 헤드 톱니 시스템
17 슬리브
18 스프링
19 핀
20 서보모터
21 클램핑 공간
22 정렬 수단
23 어프로치 베벨
24 리세스
25 어프로치 베벨
26 돌출부
27 슬롯
31 체인 드라이브
32 스피들
33 샤프트
34 베벨 기어
35 기어
E 클램핑 면
F 클램핑 력
D 개구 폭
Z 중심
R 회전축
L 종방향 축

Claims

클램핑력(F)으로 클램핑 공간(21) 내에서 가공물 또는 공구를 클램핑하기 위한 척(1)으로서,
클램핑 공간(21)의 중심(Z)의 방향으로 하나의 클램핑 평면(E)을 따라 병진운동할 수 있는 둘 이상의 척 조우(2) - 클램핑 공간(21)은 척 조우(2)의 면(2s)에 의해 형성됨 - , 및
척 조우(2)가 움직이는 동안 척 조우(2)에 대하여 기어 트레인의 커플링 수단에 의해 기어 트레인에 결합될 수 있는 구동 모터(20)의 구동 토크의 전달을 위해 척(1) 내에 위치되는 기어 트레인 - 클램핑 공간(21)은 구동 모터(20)에 의해 변경가능하고, 클램핑 공간(21)의 최대 크기로부터 클램핑 공간(21)의 최소 크기로의 움직임은 기어 트레인을 통하여 구동 모터(20)에 의해 수행됨 - 을 포함하고,
커플링 수단은 구동 모터(20)의 대응 커플링 연결부에 자동으로 결합될 수 있고, 둘 이상의 척 조우(2)들 사이의 개구 폭(D) 및/또는 클램핑력(F)은 구동 모터(20)에 의해 직접 조절될 수 있는 척.
제1항에 있어서, 기계식, 바람직하게는 능동 커플링 수단, 특히 척(1)은 단지 기계식인 척.
제1항 또는 제2항에 있어서, 구동 모터는 서보모터로서 형성되는 척.
제3항에 있어서, 전류 및 전압은 서보모터에 의해 지속적으로 판독될 수 있는 척.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 구동 모터는 토크-제어식 및/또는 위치-제어식인 척.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 척(1)의 전방(1v)에는 클램핑 공간(21)이 제공되고, 전방(1v)으로부터 이격되는 방향으로 대향하는 척(1)의 후방(1r)에는 커플링 수단이 제공되는 척.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 커플링 수단은 후방(1r)에 배치되고 능동적으로 기능을 하는 커플링 요소, 특히 구동 모터(20)의 모터 샤프트(14)의 해당 커플링 요소(15)와 능동적으로 결합하기 위한 구동 샤프트(8)의 구동 측면에 제공되는 내부 톱니 시스템(11)을 갖는 탄성적으로 장착된 구동 샤프트(8)를 갖는 척.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 커플링 수단은 척(1)이 구동 모터(20)에 결합될 때 구동 샤프트(8)를 둘러싸는 하나의 부분적으로 폐쇄된 및/또는 링-형 어프로치 베벨(23)의 형태인 자동 정렬을 위한 정렬 수단을 갖는 척.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따르는 척(1)의 시스템으로서, 구동 모터(20)는 척(1)을 교체하기 위한 교체 수단, 특히 로봇 팔과 구동 모터(20) 및/또는 척(1)을 수용하기 위한 척 리시버(13) 내에 제공되는 시스템.
제9항에 있어서, 모터 샤프트(14)는 탄성적으로 장착되는 시스템.