KR20150113542A

KR20150113542A - 회전 동력 전달 유닛 및 이를 구비한 회전형 공구 매거진

Info

Publication number: KR20150113542A
Application number: KR1020140037634A
Authority: KR
Inventors: 박동수
Original assignee: 주식회사 대영테크
Priority date: 2014-03-31
Filing date: 2014-03-31
Publication date: 2015-10-08

Abstract

회전 동력 전달을 위해 서로 접촉되는 부재들 사이의 마찰로 인한 마모나 과열 융착이 억제되고, 모터 동력의 손실도 저감해 주는 회전 동력 전달 유닛, 및 이를 구비한 회전형 공구 매거진이 개시된다. 개시된 회전 동력 전달 유닛은, 캠 샤프트(cam shaft)에 고정되어 캠 샤프트와 동축(同軸) 회전하는 캠 보디(cam body)와, 캠 보디의 외주면에 나선 경로를 따라 돌출된 스크루 트레드(screw thread)를 구비하는 캠(cam), 및 캠 샤프트의 회전축과 직교하는 회전축에 대해 회전 가능한 휠(wheel) 형태의 캠 팔로어 보디와, 캠 팔로어 보디의 회전축을 중심으로 한 원주 상에 등간격으로 이격되게 배열되고 캠 팔로어 보디에 회전 가능하게 결합되며, 캠이 회전할 때 스크루 트레드에 의해 순차적으로 원주에 접선(接線) 방향으로 가압되는 복수의 롤 베어링(roll bearing)을 구비하는 캠 팔로어(cam follower)를 구비한다. 캠의 표면에서 롤 베어링과 접촉되는 영역에는, 물결(wave) 모양으로 연장된 다수의 미세 홈(micro groove)로 이루어진 미세 물결 패턴(micro wave pattern)이 형성된다. 미세 물결 패턴의 점유 밀도는, 캠의 표면에서 롤 베어링과 접촉되는 영역의 면적의 10 내지 50% 이다.

Description

회전 동력 전달 유닛 및 이를 구비한 회전형 공구 매거진{Rotation power transmitting unit and rotary type tool magazine with the same}

본 발명은 머시닝 센터에 포함되는 회전형 공구 매거진에 관한 것으로, 보다 상세하게는 모터의 회전 동력을 휠(wheel) 형태의 매거진 프레임에 전달하는 회전 동력 전달 유닛과, 이를 구비한 회전형 공구 매거진에 관한 것이다.

머시닝 센터(machining center)는 예컨대, 보링(boring), 밀링(milling), 드릴링(drilling), 탭핑(tapping)와 같은 기계 가공들 중에서 적어도 한가지 이상의 기계 가공을 자동으로 수행하는 공작 기계를 일컫는다. 머시닝 센터는 공구를 이용해 재료에 가공을 수행하는 기계 본체와, 여러 개의 공구를 절삭 조건에 맞게 자동적으로 교환해주는 자동 공구 교환 장치(ATC: automatic tool changer)와, 수치 제어 장치를 구비한다. 통상적으로, 자동 공구 교환 장치는 공구가 거치되는 다수의 거치 셀(cell)을 갖는 공구 매거진과, 상기 거치 셀에서 공구를 빼내는 공구 픽업 장치(tool pick-up apparatus)를 구비한다.

예를 들어, 일본 등록특허공보 제4845484호 및 대한민국 등록특허공보 제10-0655300호를 참조하면, 종래의 머시닝 센터에는 공구가 거치되는 셀(cell)이 원주상에 배열된 휠(wheel) 형태의 매거진 프레임을 구비하는 회전형 공구 매거진이 구비될 수 있다. 상기 회전형 공구 매거진은, 예컨대, 체인, 스프로켓, 기어(gear) 등과 같은 회전 동력 전달 유닛에 의해 모터의 회전 동력을 전달받아 휠 형태의 매거진 프레임을 회전시킬 수 있게 구성된다.

그런데, 통상적으로 상기 매거진 프레임의 회전 동작은 고속 회전, 급가속, 및 급제동을 요구하고 있기 때문에 회전 동력 전달 유닛을 구성하는 부재들 사이에 마찰로 인해 과열 융착이 발생될 수 있고, 이를 방지하기 위하여 윤활 오일을 빈번하게 보충 또는 교체해주어야 한다. 또한, 모터 동력의 손실량도 커질 수 있다.

일본 등록특허공보 제4845484호 대한민국 등록특허공보 제10-0655300호

본 발명은, 회전 동력 전달을 위해 서로 접촉되는 부재들 사이의 마찰로 인한 마모나 과열 융착이 억제되고, 모터 동력의 손실도 저감해 주는 회전 동력 전달 유닛, 및 이를 구비한 회전형 공구 매거진을 제공한다.

본 발명은, 캠 샤프트(cam shaft)에 고정되어 상기 캠 샤프트와 동축(同軸) 회전하는 캠 보디(cam body)와, 상기 캠 보디의 외주면에 나선 경로를 따라 돌출된 스크루 트레드(screw thread)를 구비하는 캠(cam), 및 상기 캠 샤프트의 회전축과 직교하는 회전축에 대해 회전 가능한 휠(wheel) 형태의 캠 팔로어 보디와, 상기 캠 팔로어 보디의 회전축을 중심으로 한 원주 상에 등간격으로 이격되게 배열되고 상기 캠 팔로어 보디에 회전 가능하게 결합되며, 상기 캠이 회전할 때 상기 스크루 트레드에 의해 순차적으로 상기 원주에 접선(接線) 방향으로 가압되는 복수의 롤 베어링(roll bearing)을 구비하는 캠 팔로어(cam follower)를 구비하고, 상기 캠의 표면에서 상기 롤 베어링과 접촉되는 영역에는, 물결(wave) 모양으로 연장된 다수의 미세 홈(micro groove)로 이루어진 미세 물결 패턴(micro wave pattern)이 형성되고, 상기 미세 물결 패턴의 점유 밀도는, 상기 캠의 표면에서 상기 롤 베어링과 접촉되는 영역의 면적의 10 내지 50% 인 회전 동력 전달 유닛을 제공한다.

상기 미세 홈의 폭은 50 내지 200㎛이고, 깊이는 상기 폭의 0.05 내지 0.5배이며, 상기 물결 모양의 피치(pitch)는 0.8 내지 1.2mm 일 수 있다.

상기 다수의 미세 홈 중에서 임의의 인접한 한 쌍의 미세 홈 사이의 간격은 상기 미세 홈의 폭의 4 내지 6배일 수 있다.

상기 물결 모양은 마루와 골이 곡선으로 굽어진 삼각파 모양과 같을 수 있다.

본 발명의 회전 동력 전달 유닛은, 상기 캠과 상기 캠 팔로어를 내포하도록 에워싸는 하우징(housing), 및 상기 스크류 트레드와 상기 롤 베어링 사이를 윤활하기 위하여 상기 하우징 내부에 주입되는 윤활유를 더 구비하고, 상기 하우징 내부에서 상기 윤활유의 수위는 상기 캠 샤프트의 높이보다 낮을 수 있다.

또한 본 발명은, 상기한 본 발명의 회전 동력 전달 유닛, 상기 캠 샤프트를 회전시키는 동력을 제공하는 모터, 및 상기 캠 팔로어 보디와 동축(同軸) 회전하도록 상기 캠 팔로어 보디에 고정되는 것으로, 공구가 거치되는 복수의 셀(cell)이 상기 캠 팔로어 보디의 회전축을 중심으로 한 원주 상에 등간격으로 이격되게 배열된 휠(wheel) 형태의 매거진 프레임을 구비하는 회전형 공구 매거진을 제공한다.

본 발명에 의하면, 회전 동력 전달 유닛을 구성하는 캠(cam)의 표면에 다수의 물결 모양 미세 홈으로 이루어진 미세 물결 패턴(micro wave pattern)이 형성되어 윤활 오일의 흐름을 원활하게 해준다. 따라서, 회전 동력 전달 유닛의 서로 접촉되는 부재들 사이의 마찰로 인한 마모나 과열 융착이 억제되고, 모터 동력의 손실도 저감된다. 또한, 윤활 오일의 소모량도 감소하여 운영 비용을 줄일 수 있다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 회전형 공구 매거진을 도시한 정면도 및 측면도이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 회전 동력 전달 유닛을 도시한 도면으로, 도 3은 도 2를 III-III에 따라 절개 도시한 단면도이고, 도 4는 도 3을 IV-IV에 따라 절개 도시한 단면도이다.
도 5는 도 3 및 도 4의 캠(cam)의 일 부분(CS)을 확대 도시한 평면도이다.
도 6은 도 5의 VI-VI에 따른 단면도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 회전 동력 전달 유닛 및 이를 구비한 회전형 공구 매거진을 상세하게 설명한다. 본 명세서에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명의 바람직한 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자 또는 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 회전형 공구 매거진을 도시한 정면도 및 측면도이다. 도 1 및 도 2를 함께 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 회전형 공구 매거진(10)은 매거진 프레임(11), 모터(18), 및 회전 동력 전달 유닛(20)을 구비한다. 매거진 프레임(11)은 휠(wheel) 형태의 부재로서, 공구(미도시)가 거치되는 복수의 셀(cell)(13)이 외주변 상에 등간격으로 이격되게 배열된다. 부연하면, 상기 복수의 셀(13)은 회전축선(CL)을 중심으로 한 원주상에 배열되며, 회전축선(CL)은 Y축과 평행하고, 매거진 프레임(11)의 기하학적 중심을 관통하는 가상의 선이다.

모터(18)는 매거진 프레임(11)이 회전축선(CL)을 중심으로 고속 회전하도록 회전 동력을 제공한다. 회전 동력 전달 유닛(20)은 매거진 프레임(11)이 회전축선(CL)을 중심으로 고속 회전할 수 있도록 모터(18)에서 발생한 회전력을 매거진 프레임(11)에 전달한다. 회전 동력 전달 유닛(20)은 회전축선(CL)을 따라 연장된 매거진 프레임 샤프트(16)(도 3 참조)와 연결된다.

도 3 및 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 회전 동력 전달 유닛을 도시한 도면으로, 도 3은 도 2를 III-III에 따라 절개 도시한 단면도이고, 도 4는 도 3을 IV-IV에 따라 절개 도시한 단면도이다. 도 3 및 도 4를 함께 참조하면, 회전 동력 전달 유닛(20)은 캠(cam)(25), 캠 팔로어(cam follower)(30), 하우징(housing)(21), 윤활유(40)를 구비한다. 하우징(21)은 캠(25)과 캠 팔로어(30)가 그 내부에 배치되고 밀봉되도록 캠(25)과 캠 팔로어(30)를 에워싼다.

캠(25)은 일체로 형성된 캠 보디(cam body)(33)와 스크루 트레드(screw thread)(27)를 구비한다. 캠 보디(26)는 X축과 평행하게 하우징(21) 내부를 가로지르며 모터(18)(도 1 참조)의 회전 동력에 의해 X축과 평행한 캠 회전축선(PL)을 중심으로 회전하는 캠 샤프트(cam shaft)(24)에 고정되어 캠 샤프트(24)와 동축(同軸) 회전한다. 부연하면, 캠 보디(26)는 파이프(pipe) 형태로 캠 샤프트(24)에 끼워진다. 스크루 트레드(27)는 캠 보디(26)의 외주면에 나선 경로를 따라 돌출된다. 스크루 트레드(27)와 캠 보디(26)가 일체로 형성된 캠(25)은 웜 기어(worm gear)와 유사한 형태를 갖는다.

캠 팔로어(30)는 휠(wheel) 형태의 캠 팔로어 보디(cam follower body)(31)와 복수의 롤 베어링(roll bearing)(33)을 구비한다. 캠 팔로어 보디(31)는 기하학적 중심이 매거진 프레임 샤프트(16)에 체결 고정되어 매거진 프레임 샤프트(16)의 회전축선(CL)에 대해 회전 가능하다. 매거진 프레임 샤프트(16)의 회전축선(CL)은 캠 샤프트(24)의 회전축선(PL)과 직교한다.

복수의 롤 베어링(33)은 캠 팔로어 보디(31)의 회전축선(CL)을 중심으로 한 원주(S) 상에 등간격으로 이격되게 배열되며, 캠 팔로어 보디(31)에 회전 가능하게 결합된다. 따라서, 롤 베어링(33)에 가해지는 외력의 방향에 따라 롤 베어링(33)은 시계 방향 또는 반시계 방향으로 자유롭게 회전 가능하다. 복수의 롤 베어링(33)은 스크류 트레드(27)의 측면과 캠 보디(26)의 외주면에 의해 한정되는 골(28)에 끼워진다. 따라서, 캠(25)이 회전하면 상기 골(28)에 끼워진 롤 베어링(33)은 상기 원주(S)에 접선(接線) 방향으로 가압된다. 이로 인해 골(28)에 끼워졌던 롤 베어링(33)은 골(28)을 벗어나고, 인접한 다음 순서의 롤 베어링(33)이 골(28)에 새롭게 끼워져 상기 원주(S)에 접선 방향으로 가압된다.

이와 같이 캠(25)이 회전하면 복수의 롤 베어링(33)이 회전하는 스크루 트레드(27)에 의해 순차적으로 원주(S)에 접선 방향으로 가압되며, 이로 인해 캠 팔로어 보디(31)와 매거진 프레임(11)이 회전축선(CL)에 대해 회전한다. 스크루 트레드(27)와 접촉될 때 롤 베어링(33)이 스크루 트레드(27)에서 가해지는 외력의 방향에 순응하여 회전하게 되므로 스크루 트레드(27)와 롤 베어링(33) 사이의 마찰이 크게 저감된다.

윤활유(40)는 접촉되는 스크루 트레드(27)와 롤 베어링(33) 사이를 윤활하여 마찰 저항과 발열을 줄이기 위하여 하우징(21) 내부에 주입된다. 하우징(21) 내부에서 윤활유(40)의 수위(OIL)는 캠 샤프트(24)의 높이보다 낮다. 윤활유(40)의 수위(OIL)가 캠 샤프트(24)의 높이보다 높거나 같으면 캠 샤프트(24)를 통해 하우징(21) 외부로 누유(漏油) 가능성이 높다. 또한, 컴 팔로어 보디(30)가 회전함에 따라 롤 베어링(33)이 하우징(21) 내부에 고여있는 윤활유(40)를 강하게 때리면서 잠기고 연이어 윤활유(40)에서 솟아 오르면서 윤활유(40)가 하우징(21) 내에서 사방으로 튀게 된다. 따라서, 윤활유(40) 낭비가 심해지고, 윤활 성능도 나빠지게 된다.

도 5는 도 3 및 도 4의 캠(cam)의 일 부분(CS)을 확대 도시한 평면도이고, 도 6은 도 5의 VI-VI에 따른 단면도이다. 도 5 및 도 6을 함께 참조하면, 캠(25), 구체적으로는 스크루 트레드(27)의 표면에서 롤 베어링(33)과 접촉되는 영역에는, 물결(wave) 모양으로 연장된 다수의 미세 홈(micro groove)(29)로 이루어진 미세 물결 패턴(micro wave pattern)이 형성된다. 상기 미세 홈(29)의 물결 모양은, 삼각파와 유사하나 전형적인 삼각파처럼 마루와 골이 뾰족하지 않다. 부연하면, 상기 물결 모양은 마루(29a)와 골(29b)이 완곡하게 곡선으로 굽어진 삼각파 모양과 같다. 미세 홈(29)의 물결 모양은 윤활유(40)가 미세 홈(29)을 따라 원활히 흐르도록 유도하여 롤 베어링(33)과 접촉하는 스크루 트레드(27)의 표면에 윤활유(40)가 고르게 도포되고 적정 시간 동안 유지되도록 한다.

미세 홈(29)의 폭(WD)은 50 내지 200㎛ 이고, 그 깊이(DE)는 상기 폭(WD)의 0.05 내지 0.5배이며, 미세 홈(29)의 물결 모양의 피치(pitch)(PT)는 0.8 내지 1.2mm 이다. 더욱 바람직하게는 상기 폭(WD)은 100㎛(10% 오차 허용)이고, 그 깊이(DE)는 50㎛(10% 오차 허용)이며, 상기 피치(PT)는 1mm(10% 오차 허용)이다. 상기 깊이(DE), 폭(WD), 또는 피치(PT)가 상술한 각각의 범위의 하한보다 적으면 윤활유(40)가 미세 홈(29)에 충분하게 채워져 유지될 수 없다. 즉, 윤활유(40)가 채워지는 오일 포켓(oil pocket)의 기능을 하기에 미흡하다. 한편, 상기 깊이(DE), 폭(WD), 또는 피치(PT)가 상술한 각각의 범위의 상한보다 크면 가공 비용이 증대되고 생산성이 저하된다.

다수의 미세 홈(29)은 같은 방향으로 연장되고, 인접한 미세 홈(29)과는 서로 같은 간격으로 이격되거나, 교번하여 다른 간격으로 이격될 수 있다. 임의의 인접한 한 쌍의 미세 홈(29) 사이의 간격(GAP)은 미세 홈(29)의 폭(WD)의 4 내지 6배이다. 더욱 바람직하게는 상기 간격(GAP)은 500㎛(10% 오차 허용)이다. 다수의 미세 홈(29)으로 이루어진 미세 물결 패턴의 점유 밀도는, 캠(25)(도 3 및 도 4 참조)의 표면에서 롤 베어링(33)(도 3 및 도 4 참조)과 접촉되는 영역의 면적의 10 내지 50%이고, 더욱 바람직하게는 12 내지 18%이다. 상기 점유 밀도가 상술한 범위의 하한보다 적으면 캠(25)과 롤 베어링(33) 간의 마찰과 이로 인한 발열을 줄이기에 미흡하며, 상기 점유 밀도가 상술한 범위의 상한보다 크면 가공 비용이 증대될 뿐만 아니라 캠(25) 표면, 구체적으로는 스크루 트레드(27)(도 3 및 도 4 참조) 표면이 거칠어져 마찰이 오히려 커질 수도 있다.

미세 홈(29)은 캠(25)(도 3 및 도 4 참조)의 표면에 예컨대, CO₂ 레이저, 파이버 레이저(fiber laser)와 같은 비교적 파장과 출력이 큰 레이저를 조사(照射)하여 형성할 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

10: 회전형 공구 매거진 11: 매거진 프레임
13: 셀 18: 모터
20: 회전 동력 전달 유닛 21: 하우징
25: 캠 27: 스크루 트레드(screw thread)
29: 미세 홈 30: 캠 팔로어
31: 캠 팔로어 보디 33: 롤 베어링

Claims

캠 샤프트(cam shaft)에 고정되어 상기 캠 샤프트와 동축(同軸) 회전하는 캠 보디(cam body)와, 상기 캠 보디의 외주면에 나선 경로를 따라 돌출된 스크루 트레드(screw thread)를 구비하는 캠(cam); 및,
상기 캠 샤프트의 회전축과 직교하는 회전축에 대해 회전 가능한 휠(wheel) 형태의 캠 팔로어 보디와, 상기 캠 팔로어 보디의 회전축을 중심으로 한 원주 상에 등간격으로 이격되게 배열되고 상기 캠 팔로어 보디에 회전 가능하게 결합되며, 상기 캠이 회전할 때 상기 스크루 트레드에 의해 순차적으로 상기 원주에 접선(接線) 방향으로 가압되는 복수의 롤 베어링(roll bearing)을 구비하는 캠 팔로어(cam follower);를 구비하고,
상기 캠의 표면에서 상기 롤 베어링과 접촉되는 영역에는, 물결(wave) 모양으로 연장된 다수의 미세 홈(micro groove)로 이루어진 미세 물결 패턴(micro wave pattern)이 형성되고,
상기 미세 물결 패턴의 점유 밀도는, 상기 캠의 표면에서 상기 롤 베어링과 접촉되는 영역의 면적의 10 내지 50% 인 것을 특징으로 하는 회전 동력 전달 유닛.
제1 항에 있어서,
상기 미세 홈의 폭은 50 내지 200㎛이고, 깊이는 상기 폭의 0.05 내지 0.5배이며, 상기 물결 모양의 피치(pitch)는 0.8 내지 1.2mm 인 것을 특징으로 하는 회전 동력 전달 유닛.
제2 항에 있어서,
상기 다수의 미세 홈 중에서 임의의 인접한 한 쌍의 미세 홈 사이의 간격은 상기 미세 홈의 폭의 4 내지 6배인 것을 특징으로 하는 회전 동력 전달 유닛.
제1 항에 있어서,
상기 물결 모양은 마루와 골이 곡선으로 굽어진 삼각파 모양과 같은 것을 특징으로 하는 회전 동력 전달 유닛.
제1 항에 있어서,
상기 캠과 상기 캠 팔로어를 내포하도록 에워싸는 하우징(housing); 및,
상기 스크류 트레드와 상기 롤 베어링 사이를 윤활하기 위하여 상기 하우징 내부에 주입되는 윤활유;를 더 구비하고,
상기 하우징 내부에서 상기 윤활유의 수위는 상기 캠 샤프트의 높이보다 낮은 것을 특징으로 하는 회전 동력 전달 유닛.
제1 항 내지 제5 항 중 어느 한 항의 회전 동력 전달 유닛;
상기 캠 샤프트를 회전시키는 동력을 제공하는 모터; 및,
상기 캠 팔로어 보디와 동축(同軸) 회전하도록 상기 캠 팔로어 보디에 고정되는 것으로, 공구가 거치되는 복수의 셀(cell)이 상기 캠 팔로어 보디의 회전축을 중심으로 한 원주 상에 등간격으로 이격되게 배열된 휠(wheel) 형태의 매거진 프레임;을 구비하는 것을 특징으로 하는 회전형 공구 매거진.