KR20170121605A

KR20170121605A - 자동클러치 시스템을 포함한 전기구동 척킹시스템

Info

Publication number: KR20170121605A
Application number: KR1020160050311A
Authority: KR
Inventors: 장정환; 윤용선
Original assignee: 동아대학교 산학협력단; 칸워크홀딩 주식회사
Priority date: 2016-04-25
Filing date: 2016-04-25
Publication date: 2017-11-02
Also published as: KR101926656B1

Abstract

본 발명은 공작물을 가공하는 선반에서 스핀들을 구동하는 모터의 동력을 클러치 기구를 이용하여 척을 구동하기 위한 드로우바와 스핀들에 선택적으로 전달할 수 있도록 한 자동클러치 시스템을 포함한 전기구동 척킹시스템에 관한 것으로, 본 발명의 한 형태에 따른 전기 구동 척킹 시스템은, 공작기계의 본체에 고정되게 설치되는 하우징과; 하우징 내부에 하우징에 대해 회전 가능하게 설치된 중공관 형태의 스핀들과; 스핀들의 후방부 외측에 스핀들에 대해 상대 회전 가능하게 설치되는 구동부재와; 구동부재를 회전시키는 스핀들 모터와; 상기 구동부재와 상기 하우징의 일단부 사이에서 상기 스핀들의 외면에 축방향으로 선형 이동 가능하게 설치되며, 이동 방향에 따라 상기 구동부재와 결합되거나 상기 하우징과 결합되면서 스핀들을 구동부재와 하우징 중 어느 하나에 선택적으로 연결하는 클러치부재와; 상기 클러치부재를 작동시키는 클러치구동부와; 스핀들의 내측에 스핀들에 대해 축방향으로의 직선 운동은 가능하지만 상대 회전 운동은 불가능하게 설치되어, 스핀들의 구속조건에 따라 스핀들에 대해 축방향으로 직선 운동하거나 스핀들과 함께 회전하는 드로우바와; 상기 스핀들의 회전량을 측정하는 엔코더와; 상기 클러치부재 및 엔코더와 연결되어 클러치부재가 스핀들과 함께 회전할 때 클러치부재의 회전력을 엔코더에 전달하는 엔코더회전수단;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

자동클러치 시스템을 포함한 전기구동 척킹시스템{Electrically Driven Chucking System Containing Automatic Clutch System}

본 발명은 공작 기계에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 공작물을 가공하는 선반에서 스핀들을 구동하는 모터의 동력을 클러치 기구를 이용하여 척을 구동하기 위한 드로우바와 스핀들을 포함하는 회전시스템에 선택적으로 전달할 수 있도록 한 자동클러치 시스템을 포함한 전기구동 척킹시스템에 관한 것이다.

일반적으로 공작기계는 피가공물과 가공툴로 구성되어 둘 중 하나가 고정될 때, 다른 하나는 회전함으로써 피가공물의 형상을 가공하게 되는데, 회전부에 따라 선반과 밀링으로 구분할 수 있다.

상기 선반은 가공 툴은 정지된 상태에서 피가공물이 회전하는 방식으로 구성되는데, 통상적으로 피가공물을 고정되게 하는 척과 상기 척을 구동하기 위한 드로우바, 그리고 드로우바와 척, 피가공물을 회전시키는 스핀들로 구성되어 있다.

종래의 선반은 드로우바와 스핀들을 구동하기 위해 각각의 독립된 구동 시스템을 필요로 하는데, 주로 드로우바는 유압 시스템이, 스핀들은 전기시스템이 적용되어 왔다. 유압식으로 작동되는 종래의 드로우바는 구동부가 복잡하고, 척이 피가공물을 잡는 힘을 제어할 수 없을 뿐만 아니라 효율이 낮은 문제점이 있다. 이를 해결하기 위해 유압시스템을 전기 시스템으로 대체하기 위한 노력들이 지속되고 있다(미국 등록특허 US 4,573,379 등).

그럼에도 불구하고 드로우바와 스핀들의 구동을 위해서는 여전히 독립된 각각의 전기 구동 시스템을 필요로 하기 때문에 전체 선반 시스템의 구조가 복잡하고, 전기 시스템의 구동원인 모터가 각각 설치되어야 하므로 사이즈 및 비용이 증가하는 문제점이 있다.

미국 등록특허 US 4,573,379(1986년 3월 4일 등록) 대한민국 등록특허공보 제10-0732596호(2007년 06월 20일 등록) 대한민국 등록실용신안공보 제20-0243368호(2001년 8월 7일 등록)

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 클러치 기구를 이용하여 모터의 동력을 척을 구동하기 위한 드로우바와 스핀들에 선택적으로 전달함으로써 하나의 전기 구동부를 이용하여 선반 작업이 가능한 자동클러치 시스템을 포함한 전기구동 척킹시스템을 제공함에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 한 형태에 따른 전기 구동 척킹 시스템은, 공작기계의 본체에 고정되게 설치되는 하우징과; 상기 하우징 내부에 하우징에 대해 회전 가능하게 설치된 중공관 형태의 스핀들과; 상기 스핀들의 후방부 외측에 스핀들에 대해 상대 회전 가능하게 설치되는 구동부재와; 상기 구동부재를 회전시키는 스핀들 모터와; 상기 구동부재와 상기 하우징의 일단부 사이에서 상기 스핀들의 외면에 축방향으로 선형 이동 가능하게 설치되며, 이동 방향에 따라 상기 구동부재와 결합되거나 상기 하우징과 결합되면서 스핀들을 구동부재와 하우징 중 어느 하나에 선택적으로 연결하는 클러치부재와; 상기 클러치부재를 작동시키는 클러치구동부와; 상기 스핀들의 내측에 스핀들에 대해 축방향으로의 직선 운동은 가능하지만 상대 회전 운동은 불가능하게 설치되어, 상기 클러치부재에 의한 스핀들의 구속조건에 따라 스핀들에 대해 축방향으로 직선 운동하거나 스핀들과 함께 회전하는 드로우바와; 상기 스핀들의 회전량을 측정하는 엔코더와; 상기 클러치부재 및 엔코더와 연결되어 클러치부재가 스핀들과 함께 회전할 때 클러치부재의 회전력을 엔코더에 전달하는 엔코더회전수단;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 하나의 모터로 드로우바(50)의 축방향 이동과 스핀들(20)의 회전 운동을 선택적으로 발생시켜 피가공물을 가공할 수 있으므로 구동장치의 구성이 단순화되고, 장치의 전체 크기를 축소할 수 있는 이점이 있다.

도 1은 본 발명의 첫번째 실시예에 따른 전기 구동 척킹 시스템의 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 전기 구동 척킹 시스템의 주요 구성부를 분해하여 나타낸 분해 사시도이다.
도 3은 도 1에 도시된 전기 구동 척킹 시스템의 클러치부재를 나타낸 사시도이다.
도 4 및 도 5는 도 1에 도시된 전기 구동 척킹 시스템의 주요 부분(클러치부재와 클러치구동부 및 엔코더회전수단 등)의 확대도로서, 도 4는 클러치 온(on) 상태이고, 도 5는 클러치 오프(off) 상태를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전기 구동 척킹 시스템의 주요부분의 단면도이다.
도 7은 도 6의 전기 구동 척킹 시스템의 분해 사시도이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자동클러치 시스템을 포함한 전기구동 척킹시스템을 상세히 설명한다.

도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 첫번째 실시예에 따른 전기 구동 척킹 시스템은, 하우징(10)과, 상기 하우징(10) 내부에 하우징에 대해 회전 가능하게 설치된 중공관 형태의 스핀들(20)과, 상기 스핀들(20)의 후방부 외측에 스핀들(20)에 대해 상대 회전 가능하게 설치되는 구동부재(30)와, 상기 구동부재(30)를 회전시키는 스핀들 모터(미도시)와, 전방면(도면 상 오른쪽 면)이 상기 구동부재(30)에 고정되는 암나사커버(40)와, 상기 암나사커버(40)의 중앙부에 나선 결합된 원통관 형태의 운동변환어댑터(55)와, 상기 운동변환어댑터(55)와 고정되게 결합되어 상기 스핀들(20)의 내측에서 스핀들(20)에 대해 축방향으로 직선 운동하도록 설치된 드로우바(50)와, 상기 구동부재(30)와 상기 하우징(10)의 일단부 사이에서 상기 스핀들(20)의 외면에 스핀들(20)에 대해 축방향으로 선형 이동 가능하게 설치되어 상기 구동부재(30)와 결합되거나 상기 하우징(10)과 결합되면서 스핀들(20)을 구동부재(30)와 하우징(10) 중 어느 하나에 선택적으로 연결하는 클러치부재와, 상기 클러치부재를 작동시키는 클러치구동부와, 상기 스핀들의 회전량을 측정하는 엔코더(280) 및, 상기 클러치부재 및 엔코더(280)와 연결되어 클러치부재가 스핀들(20)과 함께 회전할 때 클러치부재의 회전력을 엔코더에 전달하는 엔코더회전수단을 포함한다.

이 실시예에서 상기 엔코더회전수단은, 상기 클러치부재에 결합되어 클러치부재와 함께 회전하는 스핀들엔코더풀리(281)와, 상기 엔코더(280)의 축에 연결되는 엔코더풀리(282)와, 상기 스핀들엔코더풀리(281)의 외면과 엔코더풀리(282)의 외면에 감겨져 스핀들엔코더풀리(281)의 회전력을 엔코더풀리(282)에 전달하는 벨트(283)를 포함한다.

그리고 상기 클러치부재는, 상기 스핀들엔코더풀리(281)의 전방에서 상기 캐리어(270)의 내측에 회전 운동 및 축방향 이동이 가능하게 설치되어, 클러치구동부를 구성하고 있는 캐리어(270)가 전방으로 이동함에 따라 전방면이 상기 하우징(10)의 후단부에 밀착되는 클램핑클러치(261)와, 상기 스핀들엔코더풀리(281)의 후방(도면 상 왼쪽)에서 상기 클램핑클러치(261)에 연결되어 캐리어(270)가 후방으로 이동함에 따라 후방면이 상기 구동부재(30)의 전방면에 밀착되는 스핀들회전클러치(262)를 포함한다.

상기 하우징(10)은 내부가 빈 원통형으로 이루어져 공작기계의 본체에 고정되게 설치된다. 이 실시예에서 상기 하우징(10)은 전방면과 후방면이 개방되게 형성된 통형상의 하우징본체(11)와, 상기 하우징본체(11)의 후방면에 결합되며 중앙부에 상기 스핀들(20)의 후방부가 통과하는 개구부가 형성된 링 형태를 갖는 후면커버(13)를 포함한다. 상기 후면커버(13)의 외주면에는 상기 캐리어(270)의 나사산(271)과 나선 결합되는 나사산(13a)이 형성되어 있다.

상기 하우징(10)의 전방부 외측에는 피가공물의 가공을 위한 척(C)이 구비되고, 상기 척(C)에는 피가공물을 파지하기 위한 조오(jaw)(J)가 반경 방향으로 이동 가능하게 설치된다. 상기 조오(J)는 상기 드로우바(50)의 전단부와 링크부재(미도시)를 통해 연결되어 드로우바(50)의 전후진 선형 운동에 의해 반경 방향으로 이동하면서 피공작물을 파지하거나 해제한다.

상기 스핀들(20)은 기다란 원통관 형태로 되어, 상기 하우징(10)의 내측 공간에 회전 가능하게 설치된다. 상기 스핀들(20)의 외면과 하우징(10)의 내면 사이에는 하우징(10)에 대해 스핀들(20)을 회전 가능하게 지지하는 복수개의 스핀들베어링(25)이 설치된다.

상기 스핀들(20)의 후방부 외주면에는 상기 클램핑클러치(261)의 축방향 이동은 허용하고 상대 회전은 허용하지 않게 하기 위한 스플라인 키홈(21)이 원주방향을 따라 일정 간격으로 배열되어 있다. 그리고, 상기 스핀들(20)의 후단부 내주면에는 상기 운동변환어댑터(55)의 축방향 이동은 가능하고 상대 회전 운동은 방지하기 위한 복수의 스플라인홈(22)이 축방향으로 연장되게 형성되어 있다. 상기 스플라인홈(22)은 스핀들(20)의 후단부 내주면에 원주방향을 따라 일정 간격으로 배열된다.

상기 구동부재(30)는 상기 스핀들(20)의 후단부에 스핀들(20)의 외면을 따라 회전 가능하게 설치된다. 이 실시예에서 상기 구동부재(30)는 벨트(미도시) 또는 기어 등의 동력전달부재를 매개로 상기 스핀들 모터(미도시)에 연결되는 풀리(pulley)에 의해 스핀들 모터로부터 동력을 전달받아 회전한다. 상기 구동부재(30)의 내면과 스핀들(20)의 외면 사이에는 스핀들(20)에 대해 구동부재(30)를 회전 가능하게 지지하는 풀리베어링(35)이 설치된다.

상기 암나사커버(40)는 중앙부에 상기 운동변환어댑터(55)가 통과하면서 결합되는 구멍이 형성되어 있는 원반형으로 이루어지며, 전방면이 구동부재(30)에 고정되게 결합되어 구동부재(30)와 함께 회전한다. 상기 암나사커버(40)의 중앙에 형성된 구멍의 내주면에는 암나사산(41)이 나선형으로 형성되어 있다.

상기 운동변환어댑터(55)는 외주면에 상기 암나사산(41)에 나선 결합되는 수나사산(56)이 형성되어 있는 원통관 형태로 되어, 상기 암나사커버(40)의 중앙부에 전후방향으로 직선 운동 가능하게 결합된다. 상기 운동변환어댑터(55)의 외주면 전방부에는 상기 스핀들(20)의 내주면에 형성되어 있는 스플라인홈(22)을 따라 슬라이딩하는 스플라인요철(57)이 형성되어, 스핀들(20)에 대해 회전 운동은 하지 못하고 축방향으로만 이동할 수 있다. 따라서 구동부재(30)의 회전에 의해 암나사커버(40)가 회전하게 되면, 암나사산(41)과 수나사산(56)의 작용에 의해 운동변환어댑터(55)가 암나사커버(40) 및 스핀들(20)에 대해 전후방향으로 직선 운동하게 된다.

상기 드로우바(50)는 후단부가 상기 운동변환어댑터(55)의 전단부에 끼워져 고정되어 운동변환어댑터(55)와 함께 스핀들(20)의 내측에서 전후 방향으로 직선 운동한다. 상기 드로우바(50)와 운동변환어댑터(55)는 개별체로 만들어진 후 상호 결합되어 사용되지만, 이와 다르게 드로우바(50)와 운동변환어댑터(55)가 일체형으로 만들어질 수도 있을 것이다.

상기 클러치구동부는 상기 하우징(10)에 고정되는 클러치구동모터(291)와, 상기 클러치구동모터(291)의 동력을 감속하여 전달하는 감속기(292)와, 상기 감속기(292)의 출력축에 결합되어 회전하는 피니언기어(293)와, 상기 피니언기어(293)로부터 클러치구동모터(291)의 동력을 전달받아 회전하여 스핀들(20)의 축방향으로 일정 거리 왕복 이동하면서 상기 클램핑클러치(261)를 스핀들(20)의 축방향으로 이동시키는 캐리어(270)를 포함한다.

상기 캐리어(270)는 링 형태를 가지며, 상기 캐리어(270)의 외주면에는 상기 피니언기어(293)와 치합되어 회전력을 전달받는 종동기어부(272)가 원주방향을 따라 형성되고, 내주면에는 상기 하우징(10)의 후단부에 고정된 후면커버(13)의 나사산(13a)과 나선 결합되는 나사산(271)이 형성되어 있다.

따라서, 상기 클러치구동모터(291)에 전원이 인가되어 클러치구동모터(291)가 시계방향 또는 반시계방향으로 작동하게 되면, 감속기(292)를 통해 피니언기어(293)에 큰 토오크로 클러치구동모터(291)의 회전력이 전달되어 피니언기어(293)가 회전하게 되며, 이에 따라 캐리어(270)가 후면커버(13)에 대해 회전하면서 후면커버(13)의 나사산(13a)과 캐리어(270)의 나사산(271) 간의 작용에 의해 캐리어(270)가 회전하면서 전후방향으로 직선 이동하게 된다.

한편, 상기 클러치부재를 구성하는 클램핑클러치(261) 및 스핀들회전클러치(262)는 상기 구동부재(30)의 전방부와 하우징(10)의 후방부 사이에서 상기 스핀들엔코더풀리(281)의 전방부와 후방부 각각에 배치되어 상기 스핀들(20)에 대해 축방향으로 슬라이딩하도록 설치되어, 이동 방향에 따라 상기 스핀들회전클러치(262)가 상기 구동부재(30)의 전방면과 결합되거나 상기 클램핑클러치(261)가 상기 하우징(10) 후단부의 후면커버(13)의 후방면과 결합되면서 스핀들(20)을 구동부재(30)와 하우징(10) 중 어느 하나에 선택적으로 연결하는 기능을 수행한다.

이 실시예에서 상기 클램핑클러치(261)는 중앙부에 상기 스핀들(20)이 통과하는 원형의 구멍이 형성되어 있는 링 형태로 이루어지며, 상기 스핀들엔코더풀리(281)에 형성되어 있는 복수의 관통공(281a)을 통해 상기 스핀들회전클러치(262)에 결합되는 복수의 결합돌기(261a)가 후방으로 돌출되게 형성된 구조를 갖는다. 상기 결합돌기(261a)는 곡면판 형태를 가지며, 복수개가 원주방향을 따라 일정 간격으로 배열된다. 상기 결합돌기(261a)는 나사(265)와 같은 체결수단에 의해 상기 스핀들회전클러치(262)에 결합된다.

상기 클램핑클러치(261)의 전방면에는 상기 후면커버(13)의 후방면에 밀착되면서 마찰력을 제공하는 복수의 제1마찰패드(263)가 설치된다.

상기 스핀들회전클러치(262)는 중앙에 스핀들(20)이 통과하는 개구부가 형성된 링 형태를 갖는다. 상기 스핀들회전클러치(262)의 후방면에는 상기 구동부재(30)의 전방면에 밀착되면서 마찰력을 제공하는 복수의 제2마찰패드(264)가 설치된다. 상기 스핀들회전클러치(262)의 개구부의 내주면은 상기 스핀들엔코더풀리(281)와 함께 상기 스핀들(20)의 스플라인 키홈(21)에 연결된 스플라인키(266)에 결합되어 클램핑클러치(261)와 함께 스핀들(20)에 대해 축방향으로 이동한다.

상기 스핀들회전클러치(262)와 스핀들엔코더풀리(281) 사이에는 스핀들엔코더풀리(281)에 대해 스핀들회전클러치(262)에 후방으로 탄성력을 가하는 압축스프링(273)이 설치된다. 상기 압축스프링(273)은 스핀들엔코더풀리(281)에 형성되어 있는 복수의 스프링삽입공(281b)의 내측에 설치된다.

상기 클램핑클러치(261)와 스핀들회전클러치(262)는 캐리어(270)와, 상기 스핀들회전클러치(262) 및 스핀들엔코더풀리(281) 사이에 설치되는 압축스프링(273)에 의해 스핀들(20)의 축방향으로 이동하게 된다. 좀 더 구체적으로 캐리어(270)가 클러치구동모터(291)로부터 동력을 전달받아 회전하면서 전방으로 이동하게 되면, 클램핑클러치(261)가 전방으로 끌려오게 되어 클램핑클러치(261)의 전방면이 후면커버(13)의 후방면에 밀착되고, 캐리어(270)가 후방으로 이동하게 되면 상기 압축스프링(273)의 탄성력에 의해 스핀들회전클러치(262)가 후방으로 가압되어 구동부재(30)의 전방면에 밀착된다.

상기 엔코더(280)는 스핀들(20)의 회전량을 측정하여 스핀들(20)의 위치를 검출하기 위한 구성요소로서, 엔코더(280)의 축에 연결된 엔코더풀리(282)가 벨트(283)를 통해 상기 스핀들엔코더풀리(281)와 연결되어 스핀들(20)의 회전력을 상기 스핀들엔코더풀리(281) 및 벨트(283)를 통해 기계적으로 전달받아 스핀들(20)의 회전량을 정확하게 검출한다. 이 실시예에서 상기 엔코더(280)는 상기 클러치구동부의 일측에 설치된다.

상기 스핀들엔코더풀리(281)는 상기 클램핑클러치(261)와 스핀들회전클러치(262) 사이에 설치되며, 그 내주면이 상기 스핀들회전클러치(262)가 결합되어 있는 스플라인키(266)에 결합되어 스핀들회전클러치(262)와 함께 회전 운동한다. 상기 스핀들엔코더풀리(281)는 상기 클램핑클러치(261)의 결합돌기(261a)와 대응하는 형태로 이루어져 상기 결합돌기(261a)가 통과하는 복수의 관통공(281a)이 원주방향을 따라 일정 간격으로 배열되고, 상기 압축스프링(273)이 삽입되어 설치되는 복수의 스프링삽입공(281b)이 형성된 링 형태로 되어 있다. 상기 스핀들엔코더풀리(281)는 전방면이 상기 하우징(10)의 후방부에 설치된 베어링로크너트(36)의 후방면에 연접하여 지지된다. 상기 베어링로크너트(36)는 스핀들베어링(25)에 예압을 주기 위해 사용되고 스핀들(20)과 스핀들베어링(25)과 베어링로크너트(36)는 스핀들(20)의 회전 시 함께 회전한다. 상기 스핀들(20)과 베어링로크너트(36)는 나사 등의 체결수단에 의해 체결된다.

도 1에서 미설명부호 15는 상기 암나사커버(40)의 후방에 결합되는 로터리샤프트이고, 미설명부호 18 및 19는 각각 상기 하우징(10)에 고정핀(16) 및 회전방지브라켓(17)에 의해 고정되는 로터리하우징 및 로터리하우징커버이다.

다음으로 상기한 실시예에 따른 전기 구동 척킹 시스템의 구동 방법을 상세히 설명한다.

먼저 도 4를 참조하면, 클러치구동부의 클러치구동모터(291)에 전원이 인가되어 클러치 온(on) 상태가 되면 캐리어(270)가 후면커버(13)에 대해 회전하면서 전방으로 일정 거리만큼 이동하게 된다. 이에 따라 클램핑클러치(261) 및 이에 결합된 스핀들회전클러치(262)가 전방으로 일정 거리만큼 이동하여 클램핑클러치(261)의 전방면이 후면커버(13)의 후방면에 밀착되면서 스핀들(20)이 하우징(10)에 결속되어 회전이 제한된다. 이 때 스핀들회전클러치(262)의 후방면은 구동부재(30)와 일정 거리 이격된다.

이 상태에서 스핀들 모터(미도시)가 작동하면 구동부재(30)가 모터로부터 동력을 전달받아 회전하게 되고, 구동부재(30)와 함께 암나사커버(40)가 회전하게 된다. 이 때, 운동변환어댑터(55)의 수나사산(56)이 암나사커버(40)와 나선 결합되어 있고, 운동변환어댑터(55)가 스플라인요철(57) 및 스플라인홈(22) 간의 작용에 의해 스핀들(20)에 대해 회전이 불가능하게 구속되어 있으므로 운동변환어댑터(55) 및 이에 고정된 드로우바(50)가 축방향으로 후진(도면상 좌측방향으로 선형 이동)하게 된다.

상기 드로우바(50)가 스핀들(20)에 대해 후방으로 선형 이동함에 따라 척(C)에 구비된 조오(J)가 오므려지면서 피가공물을 단단히 파지하게 된다. 물론 피가공물의 가공이 완료된 후에는 스핀들 모터(미도시)에 의해 구동부재(30)가 반대 방향으로 회전하여 운동변환어댑터(55) 및 드로우바(50)를 축방향으로 전진시켜 조오(J)가 파지하고 있던 피가공물을 놓게 한다.

한편, 상기와 같이 드로우바(50)가 후진하여 조오(J)가 피가공물을 단단히 파지한 상태에서, 클러치구동모터(291)에 전원이 인가되어 클러치 오프(off) 상태가 되면, 도 5에 도시한 것과 같이 캐리어(270)가 후면커버(13)에 대해 회전하면서 후방으로 일정 거리만큼 이동하게 된다. 이에 따라 클램핑클러치(261)를 전방으로 이동시키는 힘이 제거된다. 이 때 스핀들회전클러치(262)가 스핀들엔코더풀리(281) 내측에 설치된 압축스프링(273)에 의해 후방으로 강한 탄성력을 받기 때문에 스핀들회전클러치(262) 및 클램핑클러치(261)가 후방으로 일정 거리만큼 이동하여 클램핑클러치(261)가 후면커버(13)에서 분리됨과 동시에 스핀들회전클러치(262)의 후방면이 구동부재(30)의 전방면에 강하게 밀착된다.

이 상태에서 스핀들 모터(미도시)의 동력이 구동부재(30)로 전달되어 구동부재(30)가 고속으로 회전하게 되면, 스핀들회전클러치(262)와 클램핑클러치(261)가 고속으로 회전하게 되고, 스핀들회전클러치(262)와 결합되어 있는 스핀들(20)이 드로우바(50)와 함께 고속으로 회전하면서 피가공물의 가공이 이루어지게 된다. 이 때 스핀들회전클러치(262)와 함께 스핀들엔코더풀리(281)가 회전하게 되어 엔코더풀리(282)가 회전하게 되므로, 스핀들(20)의 회전량이 엔코더(280)에 실시간으로 측정될 수 있게 된다.

이와 같이 본 발명에 따르면, 하나의 스핀들 모터로 드로우바(50)의 축방향 이동과 스핀들(20)의 회전 운동을 선택적으로 발생시켜 피가공물을 가공할 수 있으므로 구동장치의 구성이 단순화되고, 장치의 전체 크기를 축소할 수 있는 이점이 있다.

또한 본 발명의 전기 구동 척킹 시스템은 드로우바(50)와 스핀들(20) 간에 상대속도가 발생하지 않기 때문에 스핀들(20)의 회전 중 원심력에 의해 드로우바(50)가 전진할 수 없으므로 클램핑력이 약화되는 현상은 발생하지 않는다. 다시 말해서, 스핀들(20)과 드로우바(50)가 고속으로 회전하면서 피가공물을 가공할 때 척에서 발생하는 원심력은 척의 조오(J)를 벌어지게 하여 클램핑력을 줄이게 되는데, 본 발명의 전기 구동 척킹시스템은 상기 조오(J)와 연결된 드로우바(50)가 스핀들(20)과 스플라인 구조로 연결되어 있고, 운동변환어댑터(55)의 수나사산(56)이 암나사커버(40)의 암나사산(41)에 나선 결합되어 동일한 속도로 회전하게 되므로 드로우바(50)가 원심력에 의해 도면상 우측으로(전방으로) 밀릴 수 없도록 구조적으로 잠금된(locked) 상태이다. 따라서, 드로우바(50)가 구조적으로 잠금되어 고속 회전에도 조오(J)가 벌어지지 않고 안정된 클램핑력을 제공할 수 있게 된다.

전술한 실시예에서 클램핑클러치(261)와 후면커버(13)와 스핀들회전클러치(262)가 구동부재(30)에 각각 밀착되면서 면접촉하여 마찰력에 의해 동력이 전달될 수 있는 것으로 설명하였으나, 상기 클램핑클러치(261)의 전방면과 후면커버(13)의 후방면에 기어이 형태의 요철을 구성하여 클램핑클러치(261)와 후면커버(13)가 요철 결합 구조로 맞물리면서 상호 결합되어 동력을 전달할 수도 있을 것이다.

또한 전술한 실시예에서 드로우바(50)의 선형이동을 위한 드로우바(50)의 후단에 수나사산(56)을 갖는 운동변환어댑터(55)가 구성되고, 암나사커버(40)에 상기 수나사산(56)과 나선 결합되는 암나사산(41)이 구성되어, 암나사산(41)과 수나사산(56)의 작용에 의해 운동변환어댑터(55) 및 드로우바(50)가 스핀들(20)에 대해 전후방향으로 직선 운동하게 되어 있지만, 이와 다르게 마찰저항을 최대한 적게 하여 드로우바(50)의 추력을 증가시킬 수 있도록 볼스크류(ball screw) 또는 롤러스크류(roller screw) 등을 이용하여 드로우바(50)를 스핀들(20)에 대해 직선 이동시킬 수도 있을 것이다.

도 6 및 도 7은 전술한 실시예의 변형례로서, 이 실시예의 전기 구동 척킹 시스템은 클러치부재 및 엔코더회전수단의 구성에 있어서 전술한 첫번째 실시예와 차이가 있다. 좀 더 구체적으로, 이 실시예의 클러치부재는, 캐리어(270)(도 1 및 도 2 참조)의 내측에 회전 운동 및 축방향 이동이 가능하게 설치되어, 캐리어(270)가 전방으로 이동함에 따라 전방면이 상기 하우징(10)의 후단부에 밀착되는 클램핑클러치(261)와, 상기 클램핑클러치(261)의 전방에 결합되어 클램핑클러치(261)와 함께 이동하면서 상기 구동부재(30)의 전방면에 밀착되는 스핀들회전클러치(262)와, 상기 클램핑클러치(261)의 내측에 배치되며 전단부가 하우징(10)의 후방부에 설치되는 베어링로크너트(36)(도 1 및 도 2참조)의 후단부에 연접하여 지지되는 스프링하우징(10)과, 상기 스프링하우징(10)에 대해 스핀들회전클러치(262)에 후방으로 탄성력을 가하는 압축스프링(273)을 포함한다.

그리고, 엔코더(280)에 스핀들(20)의 회전력을 전달하기 위한 엔코더회전수단이 상기 엔코더(280)의 축에 연결되는 엔코더풀리(282)와, 상기 스핀들회전클러치(262)의 외면과 엔코더풀리(282)의 외면에 감겨져 스핀들회전클러치(262)의 회전력을 엔코더풀리(282)에 전달하는 벨트(283)를 포함한 구성으로 이루어진다.

즉, 이 실시예의 전기 구동 척킹 시스템은 별도의 스핀들엔코더풀리(281)(도 2참조)가 구성되지 않고 엔코더(280)와 연결된 벨트(283)가 스핀들회전클러치(262)의 외면에 직접 연결된 구조를 갖는다.

이상에서 본 발명은 실시예를 참조하여 상세히 설명되었으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기에서 설명된 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 부가 및 변형이 가능할 것임은 당연하며, 이와 같은 변형된 실시 형태들 역시 아래에 첨부한 특허청구범위에 의하여 정하여지는 본 발명의 보호 범위에 속하는 것으로 이해되어야 할 것이다.

C : 척 J : 조우(jaw)
10 : 하우징 13 : 후면커버
13a : 나사산 20 : 스핀들
21 : 스플라인 키홈 22 : 스플라인홈
25 : 스핀들베어링 30 : 구동부재
32 : 제1록킹요철 40 : 암나사커버
41 : 암나사산 50 : 드로우바
55 : 운동변환어댑터 56 : 수나사산
57 : 스플라인요철 261 : 클램핑클러치
261a : 결합돌기 262 : 스핀들회전클러치
263 : 제1마찰패드 264 : 제2마찰패드
266 : 스플라인키 270 : 캐리어
271 : 나사산 272 : 종동기어부
273 : 압축스프링 281 : 스핀들엔코더풀리
282 : 엔코더풀리 283 : 벨트
291 : 클러치구동모터 292 : 감속기
293 : 피니언기어

Claims

공작기계의 본체에 고정되게 설치되는 하우징(10)과;
상기 하우징(10) 내부에 하우징에 대해 회전 가능하게 설치된 중공관 형태의 스핀들(20)과;
상기 스핀들(20)의 후방부 외측에 스핀들(20)에 대해 상대 회전 가능하게 설치되는 구동부재(30)와;
상기 구동부재(30)를 회전시키는 스핀들 모터와;
상기 구동부재(30)와 상기 하우징(10)의 일단부 사이에서 상기 스핀들(20)의 외면에 축방향으로 선형 이동 가능하게 설치되며, 이동 방향에 따라 상기 구동부재(30)와 결합되거나 상기 하우징(10)과 결합되면서 스핀들(20)을 구동부재(30)와 하우징(10) 중 어느 하나에 선택적으로 연결하는 클러치부재와;
상기 클러치부재를 작동시키는 클러치구동부와;
상기 스핀들(20)의 내측에 스핀들에 대해 축방향으로의 직선 운동은 가능하지만 상대 회전 운동은 불가능하게 설치되어, 상기 클러치부재에 의한 스핀들의 구속조건에 따라 스핀들에 대해 축방향으로 직선 운동하거나 스핀들과 함께 회전하는 드로우바(50)와;
상기 스핀들의 회전량을 측정하는 엔코더(280)와;
상기 클러치부재 및 엔코더(280)와 연결되어 클러치부재가 스핀들(20)과 함께 회전할 때 클러치부재의 회전력을 엔코더에 전달하는 엔코더회전수단;
을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동클러치 시스템을 포함한 전기구동 척킹시스템.
제1항에 있어서, 상기 엔코더회전수단은, 상기 클러치부재에 결합되어 클러치부재와 함께 회전하는 스핀들엔코더풀리(281)와, 상기 엔코더(280)의 축에 연결되는 엔코더풀리(282)와, 상기 스핀들엔코더풀리(281)의 외면과 엔코더풀리(282)의 외면에 감겨져 스핀들엔코더풀리(281)의 회전력을 엔코더풀리(282)에 전달하는 벨트(283)를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동클러치 시스템을 포함한 전기구동 척킹시스템.
제2항에 있어서, 상기 클러치부재는,
상기 스핀들엔코더풀리(281)의 전방에서 스핀들의 축방향을 중심으로 회전 운동 및 축방향 이동이 가능하게 설치되어, 상기 클러치구동부가 전방으로 이동함에 따라 전방으로 직선 이동하여 상기 하우징(10)의 후단부에 밀착되는 클램핑클러치(261)와;
상기 스핀들엔코더풀리(281)의 후방에서 상기 클램핑클러치(261)에 연결되어 클러치구동부에 의해 클램핑클러치(261)가 후방으로 이동함에 따라 함께 후방으로 이동하여 상기 구동부재(30)의 전방면에 밀착되는 스핀들회전클러치(262);
를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동클러치 시스템을 포함한 전기구동 척킹시스템.
제3항에 있어서, 상기 클러치구동부는,
상기 하우징(10)에 고정되는 클러치구동모터(291)와;
상기 클러치구동모터(291)로부터 동력을 전달받아 회전하는 피니언기어(293)와;
외주면에 상기 피니언기어(293)와 치합되어 회전력을 전달받는 종동기어부(272)가 원주방향을 따라 형성되고, 내주면에 상기 하우징(10)에 형성된 나사산과 나선 결합되는 나사산(271)이 형성되어, 상기 피니언기어(293)로부터 클러치구동모터(291)의 동력을 전달받아 회전하여 스핀들(20)의 축방향으로 일정 거리 왕복 이동하면서 상기 클램핑클러치(261)를 스핀들(20)의 축방향으로 이동시키는 캐리어(270)를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동클러치 시스템을 포함한 전기구동 척킹시스템.
제4항에 있어서, 상기 클러치구동부는, 상기 클러치구동모터(291)와 피니언기어(293) 사이에 설치되어 상기 클러치구동모터(291)의 동력을 감속하여 피니언기어(293)로 전달하는 감속기(292)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자동클러치 시스템을 포함한 전기구동 척킹시스템.
제3항에 있어서, 상기 클램핑클러치(261)의 전방면에는 상기 하우징(10)의 후단부에 밀착되면서 마찰력을 제공하는 제1마찰패드(263)가 설치된 것을 특징으로 하는 자동클러치 시스템을 포함한 전기구동 척킹시스템.
제3항에 있어서, 상기 스핀들회전클러치(262)의 후방면에는 상기 구동부재(30)의 전방면에 밀착되면서 마찰력을 제공하는 제2마찰패드(264)가 설치된 것을 특징으로 하는 자동클러치 시스템을 포함한 전기구동 척킹시스템.
제3항에 있어서, 상기 스핀들엔코더풀리(281)에는 복수의 관통공(281a)이 형성되고, 상기 클램핑클러치(261)에는 상기 관통공(281a)을 통과하여 상기 스핀들회전클러치(262)에 결합되는 복수개의 결합돌기(261a)가 형성된 것을 특징으로 하는 자동클러치 시스템을 포함한 전기구동 척킹시스템.
제3항에 있어서, 상기 스핀들엔코더풀리(281)는 전방면이 상기 하우징(10)의 후방부에 설치된 베어링로크너트(36)의 후방면에 연접하여 지지되며, 상기 스핀들엔코더풀리(281)에 복수의 스프링삽입공(281b)이 설치되고, 상기 스프링삽입공(281b)의 내측에 상기 스핀들회전클러치(262)에 후방으로 탄성력을 부여하는 압축스프링(273)이 설치되어, 상기 클러치구동부가 후방으로 이동하게 되면 상기 압축스프링(273)에 의해 스핀들회전클러치(262)가 후방으로 이동하여 구동부재(30)의 전방면에 밀착되는 것을 특징으로 하는 자동클러치 시스템을 포함한 전기구동 척킹시스템.
제3항에 있어서, 상기 스핀들회전클러치(262)는 스핀들(20)의 외주면에 축방향을 따라 형성된 스플라인 키홈(21)을 따라 슬라이딩하는 스플라인키(266)에 결합되어 스핀들(20)에 대해 축방향으로 슬라이딩하는 것을 특징으로 하는 자동클러치 시스템을 포함한 전기구동 척킹시스템.
제1항에 있어서, 상기 하우징(10)의 후단부에 상기 클램핑클러치(261)의 후방면과 밀착되며, 외주면에 클러치구동부와 나선 결합되는 나사산이 형성되어 있는 후면커버(13)가 설치된 것을 특징으로 하는 자동클러치 시스템을 포함한 전기구동 척킹시스템.
제1항에 있어서, 상기 클러치부재는,
상기 클러치구동부의 내측에 회전 운동 및 축방향 이동이 가능하게 설치되어, 클러치구동부가 전방으로 이동함에 따라 전방면이 상기 하우징(10)의 후단부에 밀착되는 클램핑클러치(261)와;
상기 클램핑클러치(261)의 전방에 결합되어 클램핑클러치(261)와 함께 이동하면서 상기 구동부재(30)의 전방면에 밀착되는 스핀들회전클러치(262)와;
상기 클램핑클러치(261)의 내측에 배치되며, 전단부가 하우징(10)의 후방부에 설치되는 베어링로크너트(36)의 후단부에 연접하여 지지되는 스프링하우징(10)과;
상기 스프링하우징(10)에 대해 스핀들회전클러치(262)에 후방으로 탄성력을 가하는 압축스프링(273)을 포함하며,
상기 엔코더회전수단은, 상기 엔코더(280)의 축에 연결되는 엔코더풀리(282)와, 상기 스핀들회전클러치(262)의 외면과 엔코더풀리(282)의 외면에 감겨져 스핀들회전클러치(262)의 회전력을 엔코더풀리(282)에 전달하는 벨트(283)를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동클러치 시스템을 포함한 전기구동 척킹시스템.
제1항에 있어서, 일측이 상기 구동부재(30)에 고정되며, 중앙부에 암나사산(41)이 형성되어 있는 원통형의 암나사커버(40)를 더 포함하며,
상기 드로우바(50)의 후단부에는 상기 암나사산(41)과 나선 결합되게 형성되어 있는 수나사산(56)이 형성된 것을 특징으로 하는 자동클러치 시스템을 포함한 전기구동 척킹시스템.
제13항에 있어서, 상기 드로우바(50)의 후단부에는 외주면 후방부에 상기 수나사산(56)이 형성되어 있고 외주면 전방부에는 상기 스핀들(20)의 내주면에 축방향으로 형성되어 있는 스플라인홈(22)을 따라 슬라이딩하는 스플라인요철(57)이 형성되어 있는 원통관 형태의 운동변환어댑터(55)가 결합된 것을 특징으로 하는 자동클러치 시스템을 포함한 전기구동 척킹시스템.