KR20180005123A - 조임장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 롤러들(9)이 배열된 기어박스와 전기 드라이브로 공작물을 조이는 조임장치(1)에 관한 것으로, 기어박스에 의해 회전운동이 작동요소의 병진운동으로 변환되고, 작동요소의 병진운동에 의해 죔쇠들(5)이 공작물을 조이는 조임위치와 공작물을 풀어주는 해제위치로 움직이는 것을 특징으로 한다.

Description

조임장치{CLAMPING UNIT}

본 발명은 조임장치에 관한 것이다.

이런 조임장치는 일반적으로 드릴이나 밀링 머신은 물론 머시닝센터에서 공작물을 조이는데 사용되고, 선반, 그라인딩, 인덱싱 머신들의 회전가공시 공작물의 척을 작동시키는데에도 사용된다.

이런 종류의 조임장치들은 공작물을 조이거나 푸는데 필요한 조임력을 일으키는데 유압 드라이브를 사용한다. 그러나, 이런 유압 드라이브는 높은 수준의 엔지니어링 효과 외에도, 스위칭신호에 대한 반응이 늦어 아주 신속하고 정확한 조임운동이 필요한 경우 생산성에 문제가 있다.

DE 20 2013 101 345 U1에 소개된 자기 조임장치에서는, 조임면에 공작물을 조이는데 적어도 하나의 전자기 조임수단을 이용하고, 공작물을 센터링하는 센터링 장치가 있는데, 이 센터링 장치에 있는 적어도 하나의 1차 클램핑조는 조임면 안에서 슬라이딩 운동한다. 1차 클램핑조와 관련된 클램핑조가 클램핑면에 대해 승강운동한다. 클램핑조는 별도의 공압, 유압, 기계식, 자기식, 전자기식, 기전식, 수동식 리프트 드라이브를 갖는데, 기전식 드라이브의 사용에 대해서만 약식으로 언급했다.

본 발명의 목적은 엔지니어링 효과를 거의 요하지 않으면서 고기능성을 갖는 조임장치를 제공하는데 있다.

이런 목적 달성을 위해, 본 발명은 청구항 1의 기술적 특징들을 제공한다. 본 발명의 다른 장점들에 대해서는 종속항들에 기재되어 있다.

본 발명은 다수의 롤러들이 배열되어 있는 기어박스와 전기 드라이브로 공작물을 조이는 조임장치에 관한 것이다. 기어박스에 의해 회전운동이 작동요소의 병진운동으로 변환된다. 작동요소의 병진운동을 이용해, 죔쇠들이 공작물을 조이는 조임위치와 공작물을 풀어주는 해제위치로 움직인다.

필요하다면, 작동요소가 회전운동을 하도록 조임장치가 구성될 수도 있다.

따라서, 본 발명에 의하면, 소형이고 경제적인 구조를 가지면서도 공작물을 반복적으로 정확히 조일 수 있는 전기기계식 조임장치가 구현되어, 유압식 드라이브와는 달리 조임장치의 전기 드라이브가 관성력이 작기 때문에 신속한 조임과정들을 정확히 실행할 수 있다.

본 발명은 롤러들이 배열된 기어박스와 전기 드라이브를 조합한데 특징이 있다. 기어박스는 구조가 소형이고 전기 드라이브 회전자의 회전운동을 조임을 일으키는 작동요소의 병진운동으로 정확하고 반복적으로 변환한다. 롤러들이 작동요소아 직접 맞물리고 작동요소가 죔쇠를 바로 충격해 조임과정을 실행하면서도, 회전운동을 공작물을 조이거나 불기위한 병진운동으로 변환하는데 필요한 요소의 수도 아주 적다. 이때문에, 조임장치가 소형화되고 경제적인 구조를 갖는다.

본 발명의 다른 장점은, 기어박스가 죔쇠에 대한 회전운동과 인장운동으로 공작물을 조이고, 특히 인장운동과 회전운동시 전기 드라이브에 의해 동일한 힘이 발생하여 조이고 푸는 동안 동일한 정확도를 얻을 수 있다는데 있다.

작동요소의 회전운동으로 조임과정이 이루어질 경우, 작동요소가 압력 슬리이브 등일 수 있다. 인장효과로 조임이 이루어질 경우, 작동요소가 풀로드(pull rod)인 것이 좋다.

본 발명의 조임장치는 조임과정 동안 공작물에 가해지는 조임력과 조임위치를 감시하는 제어수단을 더 포함할 수 있다.

이런 제어수단은 조임력과 조임위치 줄다를 전자적으로 제어하고 설정할 수 있다. 이때문에 공작물과 조임장치 부품들의 허용오차에서 생기는 치수편차를 보정하여 각각의 공작물에 대한 최적의 재생가능한 조임과정이 가능하다. 이렇게 되면 본 발명의 조임장치의 기능성이 크게 개선된다.

제어수단이 전기 드라이브에 연결되면 특히 유리하다.

제어수단은 컴퓨터의 소프트웨어 모듈로서 구현될 수 있다. 컴퓨터는 전기 드라이브에 통합되거나 별도로 구현될 수 있다. 조임력과 조임위치에 대한 표적값들을 정하면, 조임과정들을 각각의 공작물에 맞출 수 있다. 조임력 및/또는 조임위치를 제어하면 조임과정이 최적화된다.

컨트롤러가 전기 드라이브의 전류와 토크를 제어하데 이용될 수 있다.

이 경우, 제어과정이 전기 드라이브의 내부 인자들의 함수로만 실행되기 때문에 엔지니어링 효과가 극히 낮아도 된다. 이때, 전기 드라이브의 전류와 토크는 공작물 조임과정에 대한 특성인자를 대표한다.

또, 컨트롤러의 제어가 적어도 하나의 힘센서의 신호의 함수로 실행될 수도 있다.

이 경우, 힘센서가 직접적이고 즉각적으로 특히 간단한 제어과정을 실행할 수 있는 측정값으로서 널리 사용되는 조임력을 측정할 수 있다.

특히, 이런 센서가 근접센서나 선형 이동측정시스템일 수 있다.

이런 센서들은 공작물의 실제 크기가 표적치수를 벗어나 조임위치에 제대로 위치하지 못한다는 것을 감지한다. 특히, 공작물이 표적 크기보다 작을 경우 그렇다. 공작물이 해제위치에 있을 때도 마찬가지다. 잘못된 위치를 감지하면 공작물 위치를 조정해 수정할 수 있다.

본 발명은 접촉면에 대한 공작물의 위치를 제어하기 위한 공작물 시스템 제어수단도 제공한다.

이런 공작물 시스템 제어수단은 유도성이나 용량성 센서의 배열을 포함할 수 있다.

공작물의 조임과정을 최적화하는 다른 제어방법도 있다. 이런 공작물 시스템 제어수단에 의해, 각각의 공작물이 접촉면에 제대로 접촉하는지 여부를 감시할 수 있다. 이 경우, 유도성이나 용량성 센서들을 이용해 접촉면에서 공작물까지의 간격을 여러 측정위치에서 측정할 수 있다. 이때문에 공작물의 잘못된 위치를 정확히 감지해 수정할 수 있다.

또, 공작물을 조이는 조임력의 유지가 기어박스의 자기잠금에 의해 이루어질 수 있다.

조임력은 전기 드라이브가 정지된 경우에도 전기 드라이브의 자기잠금에 의해 견고히 유지된다. 따라서, 조임장치에서의 상황변화가 없는 한 전기 드라이브가 정지해도 되어, 상당한 에너지 절감이 가능하다.

또, 본 발명의 조임장치가 전기 드라이브, 기어박스 및 작동요소가 설치되는 베이스모듈과, 호환형 인서트를 더 포함할 수도 있다.

다른 조임시스템의 인서트를 베이스모듈에 설치할 수 있다.

이렇게 구성된 조임장치는 다른 여러가지 경우에 쉽고 유연하게 적용할 수 있는 모듈형 시스템을 형성한다. 모듈형 시스템은 전기 드라이브와 기어박스와 적동요소를 갖춘 베이스모듈이 범용적으로 다른 인서트들을 설치할 수 있다는 점에서 유리하다. 호환성 인서트들마다 다른 공작물에 맞는 죔쇠들을 각각 가지므로, 공작물의 내부조임용 인서트와 외부조임용 인서트를 제공할 수 있다.

특히, 베이스모듈과 인서트가 베이오넷락(bayonet lock)에 의해 가역적으로 풀릴 수 있게 서로 연결될 수 있어 유리하다.

이 경우, 베이스모듈에 호환성 인서트를 연결했다가 별도의 공구없이 쉽게 분리할 수 있다.

또, 베이스모듈이 인서트와의 조임연결을 형성하는 다수의 볼들을 포함할 수도 있고, 이런 볼들이 베이스모듈의 종축선에 대칭으로 환형으로 배열될 수 있다.

볼과 인서트가 맞무리는 것은 작동요소의 병진운동에 의해 이루어지고 제어된다.

호환성 인서트가 전기 드라이브로 제어되는 작동요소의 동작에 의해서만 베이스모듈에 단단히 결합되고 잠겨지며 풀릴 수 있어, 베이오넷락을 이용해 베이스모듈에서 인서트를 분리할 수 있다는 점이 본 발명의 기본 장점이다.

베이스모듈에 볼들이 특정 위치에 있으면, 조임장치가 작동요소에 의해 조임위치나 해제위치에 있을 때 이런 볼들이 인서트를 조여 인서트가 베이스모듈에서 풀리지 않게 할 수 있다.

작동요소가 전술한 앞의 2 위치와는 다른 세번째 위치에 올 때까지는 인서트를 베이스모듈에서 풀 수 없다. 이때문에 클램핑장치의 작동이 편리하고, 작동요소가 전기 드라이브로 제어되어 오작동을 없앨 수 있다.

도 1은 베이스모듈과 호환성 인서트가 달린 조임장치의 사시도로서, 1a는 인서트가 표적위치에서 베이스모듈에 단단히 결합된 상태, 1b는 인서트가 표적위치에 대해 회전한 상태, 1c는 인서트가 베이스모듈에서 분리된 상태를 보여줌;
도 2는 도 1의 조임장치의 단면도;
도 3은 풀로드의 전단부와 죔쇠로서의 볼을 갖춘 조임장치의 단면도로서, 3a는 공작물을 조인 상태, 3b는 공작물을 푼 상태, 3c는 인서트를 푼 상태를 보여준다.

도 1~2는 본 발명에 따라 공작물을 조이는 조임장치(1)의 일례를 보여준다.

도 1에서 보듯이, 조임장치(1)는 모듈형 구조를 가져, 베이스모듈(2)에 호환형 인서트(3)가 가역적으로 부착된다. 베이스모듈(2)은 여러가지 호환형 인서트들(3)을 부착할 수 있는 범용 모듈을 형성한다. 호환형 인서트(3)는 베이오넷락(bayonet lock)에 의해 베이스모듈(2)에 단단히 부착된다. 베이스모듈(2)에 이런 베이오넷락 형태의 잠금요소(4)가 있다(도 1c 참조).

호환헝 인서트(3)마다 공작물을 조이기 위한 다수의 죔쇠들(5)을 갖는데 인서트마다 죔쇠(5)의 구조가 다르다. 도 1의 죔쇠들(5)은 공작물을 바깥에서 죄는 조임헤드를 형성한다. 일반적으로 호환성 인서트(3)는 기능적으로나 디자인적으로 공작물을 안에서 조이기 위한 조임시스템을 받을 수도 있다.

도 1a의 인서트(3)는 베이스모듈(2)의 표적위치에 있다. 인서트(3)가 표적위치에서 베이스모듈(2)에 부착되면, 조입장치(1)가 공작물을 조이도록 완전히 설치된다. 인서트(3)를 풀려면 인서트를 베이스모듈(2)에 대해 풀고(도 1b) 분리한다(도 1c). 이때 베이스모듈(2)에 다른 인서트(3)를 연결할 수 있다.

도 2에서 보듯이, 서보모터일 수 잇는 전기 드라이브가 조임장치(1)의 베이스모듈(2)에 설치되어 도시되지 않은 컴퓨터의 제어를 받는다. 이 드라이브는 베이스모듈(2)에 고정된 고정자(6)와 회전자(7)를 갖고, 중공 실린더형 고정자(6) 안에, 베이스모듈(2)의 대칭축선에 일치하는 축선을 중심으로 회전자(7)가 회전하도록 지지된다.

조임과정을 진행하기 위해, 드라이브와 관련된 기어박스의 일부분인 풀로드(8; pull rod) 형태의 작동자가 배치된다. 풀로드(8)는 중공 실린더 형태로서, 확장 전단부가 인서트(3)와 관련된 베이스모듈(2)의 모서리보다 돌출한다.

기어박스는 풀로드(8)나 회전자(7)의 원주방향으로 배치된 롤러들(9)로 완성된다. 롤러들(9)은 한편으로는 회전자(7)와 맞물리고, 다른 한편으로는 풀로드(8)의 숫나사와 맞물린다. 롤러들(9)의 종축선들은 베이스모듈(2)의 대칭축선에 평행하다. 회전자(7)가 회전하면 롤러들(9)이 회전하고 풀로드(8)의 숫나사와의 결합을 통해 풀로드(8)의 병진운동을 일으키며, 이런 병진운동을 통해 조임헤드로 공작물을 조이거나 푼다.

도 2는 도 1a의 인서트(3)가 베이스모듈(2)의 표적위치에 지지되면서 베이스모듈(2)의 정면에 지지된 상태를 보여준다. 베이스모듈(2)의 후연부에 있는 베이스플레이트 스톱(10)의 평평한 윗면이 공작물을 놓는 접촉면(10a)을 형성하고 이때 공작물의 후단부는 풀로드(8)의 중앙 공간 안으로 뻗는다. 공작물 크기에 따라, 접촉면(10a)에 어댑터(도시 안됨)를 설치할 수 있는데, 이런 어댑터는 공작물의 후단부를 지지할 수 있다.

도 2에서 알 수 있듯이, 인서트(3)는 척(11)을 갖고, 척의 전연부로 트여있는 원추형 리세스가 있으며, 이 리세스가 조임헤드를 형성하는 죔쇠들(5)을 고정한다. 척(11)의 후연부에도 개구부가 있는데, 풀로드(8)의 확장 전단부가 이 개구부 안으로 뻗는다.

베이스모듈(2)은 인서트(3)와의 사이에 조임연결을 생성하는 죔쇠들을 형성하는 완전한 공모양의 다수의 볼(12)을 지지한다. 이들 볼(12)은 베이스모듈(2)의 원주를 따라 등간격으로 배열된다. 볼(12)의 수는 베이스모듈(2)의 크기에 따라 좌우된다.

볼(12)은 베이스모듈(2)의 각 구간과 척(11) 사이에 지지되고, 풀로드(8)의 원주면과도 접촉한다. 볼(12)을 제대로 정렬하기 위해 원추형 정렬기(13)가 배치된다.

이제 도 3을 참조하여 조임장치(1)의 기능에 대해 설명한다.

전기 드라이브에 의해 풀로드(8)가 움직여 조임헤드의 죔쇠들(5)이 조임위치와 해제위치 사이를 움직이고, 조임장치(1)가 이렇게 작동하는 동안 인서트(3)는 볼(12)의 조임효과에 의해 베이스모듈(2)의 표적위치에 단단히 고정된다.

도 3a의 죔쇠들(5)은 드라이브에 의해 풀로드(8)가 베이스모듈(2) 안으로 뻗어있는 제1 표적위치로 이동해 조임위치에 있고, 이때 풀로드(8)의 인장효과에 의해 죔쇠들(5)이 안쪽으로 좁혀지면서 공작물(도시 안됨)을 조인다. 이 위치에서, 풀로드(8)의 후면 플랭크와 베이스모듈(2)의 맞은편 벽면 사이의 간격 Δs는 최소로 된다.

볼(12)은 이때 베이스모듈(2)의 각 구간과 척(11)과 풀로드(8)와 접촉하여 베이스모듈(2)과 인서트(3) 사이를 조인다.

기어박스는 자기잠금식이어서, 전기 드라이브가 정지해도 조임위치를 견고히 유지한다.

도 3b의 죔쇠들(5)은 공작물을 조임헤드에서 풀어주는 해제위치에 있다. 이를 위해, 전기 드라이브에 의해, 풀로드(8)가 제1 표적위치보다 앞으로 더 전진한 제2 표적위치로 움직이면서, 간격 Δs가 길어진다. 제2 표적위치로 움직이는 풀로드(8) 때문에, 죔쇠들(5)이 바깥쪽으로 움직여 벌어지면서 공작물을 풀어준다.

볼(12)의 조임효과가 풀로드(8)의 제2 표적위치에서 유지되어, 인서트(3)는 계속 베이스모듈(2)에 단단히 연결된다.

마지막으로, 도 3c에서는, 전기 드라이브에 의해 풀로드(8)가 제3 표적위치로 더 전진하여 간격 Δs가 최대값으로 된다.

이때문에 베이스모듈(2)과 풀로드(8)의 마주보는 벽면들 사이에 간격 Δx가 생기고 볼(12)의 조임효과가 없어진다. 따라서, 인서트(3)가 베이스모듈(2)에서 풀리고, 베이오넷락(bayonet lock)의 작용과 베이스모듈(2)에 대한 트위스팅에 의해(도 1b 참조) 인서트가 회전한 다음 베이스모듈에서 분리된다(도 1c 참조).

본 발명에 의하면, 조임장치(1)의 작동, 특히 전기 드라이브의 작동이 제어수단에 의해 전자적으로 감시되고 제어된다. 이를 위해, 컴퓨터에 컨트롤러가 설치되고, 이런 컨트롤러를 통해 죔쇠(5)에 의해 생기는 조임력 및/또는 조임위치가 특정 표적값으로 설정된다.

이런 컨트롤러는 전기 드라이브이 전류/토크 제어를 할 수 있는바; 전기 드라이브의 내부 인자들인 전류와 토크를 이용해 제어과정을 위한 표적값들을 정할 수 있다.

조임력에 대한 표적값들을 정하기 위해, 힘 센서들을 척(11)에 배치할 수도 있다.

센서를 이용해 조임위치를 감시할 수도 있다. 이런 목적으로는 풀로드(8)의 한계정지위치에 있는 근접스위치가 적절하지만, 다른 선형 이동측정 시스템도 사용할 수 있다.

이런 센서들은 공작물을 조이고 푸는 동안의 오작동을 높은 신뢰도로 감지할 수 있다. 또, 오작동을 감지하거나 보정하기 위해 컨트롤러에 전류제한기를 배치할 수도 있다.

끝으로, 베이스플레이트 스톱(10)의 접촉면(10a)에서의 공작물의 올바른 접촉을 점검하기 위한 공작물 시스템제어 수단을 사용할 수도 있다. 이를 위해, 베이스플레이트 스톱(10)에 유도성이나 용량성 센서 배열들을 설치해, 접촉면(10a)과 공작물 표면 사이의 간격을 특정 위치에서 감지하도록 할 수 있다.

Claims (17)

1. 롤러들(9)이 배열된 기어박스와 전기 드라이브로 공작물을 조이는 조임장치(1)에 있어서:
   기어박스에 의해 회전운동이 작동요소의 병진운동으로 변환되고, 작동요소의 병진운동에 의해 죔쇠들(5)이 공작물을 조이는 조임위치와 공작물을 풀어주는 해제위치로 움직이는 것을 특징으로 하는 조임장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 작동요소가 풀로드(8)인 것을 특징으로 하는 조임장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 조임위치와 조임력을 감시하는 제어수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 조임장치.
4. 제3항에 있어서, 상기 제어수단이 전기 드라이브에 연결된 컨트롤러를 포함하는 것을 특징으로 하는 조임장치.
5. 제4항에 있어서, 상기 컨트롤러가 전기 드라이브의 전류와 토크를 제어하는 것을 특징으로 하는 조임장치.
6. 제4항에 있어서, 상기 컨트롤러의 제어가 적어도 하나의 힘센서의 신호의 함수로 실행되는 것을 특징으로 하는 조임장치.
7. 제3항 내지 제6항 중의 어느 하나에 있어서, 조임위치를 감시하기 위한 적어도 하나의 센서가 제공되는 것을 특징으로 하는 조임장치.
8. 제7항에 있어서, 상기 센서가 근접센서나 선형 이동측정시스템인 것을 특징으로 하는 조임장치.
9. 제1항 내지 제8항 중의 어느 하나에 있어서, 접촉면(10a)에 대한 공작물의 위치를 제어하기 위한 공작물 시스템 제어수단을 제공하는 것을 특징으로 하는 조임장치.
10. 제9항에 있어서, 상기 공작물 시스템 제어수단이 유도성이나 용량성 센서의 배열을 포함하는 것을 특징으로 하는 조임장치.
11. 제3항 내지 제8항 중의 어느 하나에 있어서, 공작물을 조이는 조임력의 유지가 기어박스의 자기잠금에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 조임장치.
12. 제1항 내지 제11항 중의 어느 하나에 있어서, 전기 드라이브, 기어박스 및 작동요소가 설치되는 베이스모듈(2)과, 호환형 인서트(3)를 더 포함하고, 상기 인서트에 죔쇠들(5)이 배열되는 것을 특징으로 하는 조임장치.
13. 제12항에 있어서, 상기 인서트마다 각각 다른 죔쇠들(5)을 갖고, 인서트가 베이스모듈(2)에 결합되는 것을 특징으로 하는 조임장치.
14. 제12항 또는 제13항에 있어서, 상기 베이스모듈(2)과 인서트(3)가 베이오넷락에 의해 가역적으로 풀릴 수 있게 서로 연결되는 것을 특징으로 하는 조임장치.
15. 제12항 내지 제14항 중의 어느 하나에 있어서, 상기 베이스모듈(2)이 인서트와의 조임연결을 형성하는 다수의 볼들(12)을 포함하는 것을 특징으로 하는 조임장치.
16. 제15항에 있어서, 상기 볼들(12)이 베이스모듈(2)의 종축선에 대칭으로 환형으로 배열되는 것을 특징으로 하는 조임장치.
17. 제15항 또는 제16항에 있어서, 작동요소의 병진운동이 인서트(3)와 볼들(12)의 맞물림을 일으키거나 없애는 것을 특징으로 하는 조임장치.

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