KR20200138107A - 디스크형 제품 고정용 콜렛 척 - Google Patents

디스크형 제품 고정용 콜렛 척 Download PDF

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KR20200138107A
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Abstract

중공이 형성된 디스크형 제품을 착탈 가능하게 고정하도록 선반에 설치된 디스크형 제품 고정용 콜렛 척이 개시된다. 개시된 디스크형 제품 고정용 콜렛 척은, 척 보디, 척 보디에 대해 전후 방향으로 이동 가능한 척 슬리브, 척 슬리브의 전방에 배치되고 척 슬리브에 고정 결합된 아버, 콜렛 베이스와, 콜렛 베이스에서 전방으로 돌출되어 아버의 외주면과 대면하는 복수의 콜렛 핑거를 구비한 콜렛, 척 보디에 고정되고, 복수의 핀 탑재 홈이 형성된 핀 홀더, 및 핀 홀더에 대해 전후 방향으로 이동 가능하게 복수의 핀 탑재 홈에 삽입 설치되며, 핀 홀더에 대해 전방으로 돌출되어 디스크형 제품의 외주부를 접촉 지지하는 복수의 외주부 지지 핀을 구비한다. 디스크형 제품의 중공에 복수의 콜렛 핑거의 전단부가 끼워진 상태로 척 슬리브 및 이에 고정된 아버가 척 보디에 대해 후진하면, 복수의 콜렛 핑거 전단부가 아버의 외주면에 밀려 벌어지면서 디스크형 제품의 중공의 내주면에 밀착되어 디스크형 제품이 콜렛에 고정된다.

Description

디스크형 제품 고정용 콜렛 척{Collet chuck for biting disk-type product}
본 발명은 선반(lathe)에 설치되어서 공작물을 물어 고정하는 척(chuck)에 관한 것으로, 보다 상세하게는 디스크형 제품의 중심부를 가공하기 위하여 디스크형 제품을 물어 고정하는 디스크형 제품 고정용 콜렛 척에 관한 것이다.
척(Chuck)은 선반(lathe)에 연결하여 공작물을 유지하는 부속 장치를 의미한다. 공개특허공보 제10-2013-0066564호 및 등록실용신안공보 제20-0411367호에는 알루미늄 휠(wheel)과 같은 디스크형 제품을 가공하기 위해 고정하는 척이 개시되어 있다. 그런데, 상기한 종래의 척은 디스크형 제품의 외주면만을 복수의 조(jaw)를 이용하여 물어서 고정하기 때문에, 디스크형 제품의 중심부에 가까운 지점에 절삭 공구를 접촉하면 상기 디스크형 제품의 중심부가 심하게 진동하여서 상기 디스크형 제품의 중심부를 정밀하게 가공할 수 없는 문제가 있다.
한편, 상기 복수의 조를 구비한 척 외에 척의 다른 종류로서 콜렛 척이 있다. 상기 콜렛 척은 직선 왕복하는 아버(arbor)와, 상기 직선 운동하는 아버에 의해 가압되어 벌어지거나 오므려지면서 공작물을 물어 고정하는 콜렛(collet)을 구비한다. 그런데, 종래의 콜렛 척은 반경이 비교적 짧은 관형(pipe type) 또는 봉형(rod type) 제품을 고정하기에는 적합하지만, 반경이 비교적 큰 디스크형 제품을 고정하기에는 부적합하다. 왜냐하면, 종래의 콜렛 척에 의해 디스크형 제품의 중심부는 고정되지만 외주부는 고정되지 않아서, 절삭 공구를 디스크형 제품에 접촉하면 디스크형 제품의 외주부가 심하게 진동하게 되고, 상기 외주부의 심한 진동이 디스크형 제품 중심부의 정밀한 가공을 방해하기 때문이다.
공개특허공보 제10-2013-0066564호 등록실용신안공보 제20-0411367호
본 발명은 디스크형 제품을 가공할 때 상기 디스크형 제품의 중심부를 고정할 뿐만 아니라 외주부도 진동하지 않게 지지하는 디스크형 제품 고정용 콜렛 척을 제공한다.
본 발명은, 중공(中孔)이 형성된 디스크형 제품을 착탈 가능하게 고정하도록 선반(lathe)에 설치된 것으로, 척 보디(chuck body), 상기 척 보디에 대해 전후 방향으로 이동 가능한 척 슬리브(chuck sleeve), 상기 척 슬리브의 전방에 배치되고 상기 척 슬리브에 고정 결합된 아버(arbor), 콜렛 베이스(base)와, 상기 콜렛 베이스에서 전방으로 돌출되어 상기 아버의 외주면과 대면(對面)하는 복수의 콜렛 핑거(finger)를 구비한 콜렛(collet), 상기 척 보디에 고정되고, 복수의 핀 탑재 홈(groove)이 형성된 핀 홀더(pin holder), 및 상기 핀 홀더에 대해 전후 방향으로 이동 가능하게 상기 복수의 핀 탑재 홈에 삽입 설치되며, 상기 핀 홀더에 대해 전방으로 돌출되어 상기 디스크형 제품의 외주부를 접촉 지지하는 복수의 외주부 지지 핀(pin)을 구비하고, 상기 디스크형 제품의 중공에 상기 복수의 콜렛 핑거의 전단부가 끼워진 상태로 상기 척 슬리브 및 이에 고정된 아버가 상기 척 보디에 대해 후진하면, 상기 복수의 콜렛 핑거 전단부가 상기 아버의 외주면에 밀려 벌어지면서 상기 디스크형 제품의 중공의 내주면에 밀착되어 상기 디스크형 제품이 상기 콜렛에 고정되는 디스크형 제품 고정용 콜렛 척(chuck)을 제공한다.
상기 아버는 전방으로 갈수록 직경이 커지도록 경사진 테이퍼 외주면(tapered circumferential outer surface)를 구비하고, 상기 복수의 콜렛 핑거는 각각, 상기 테이퍼 외주면에 밀착되도록 경사진 내측면과, 상기 디스크형 제품의 중공의 내주면을 가압하여 마찰 고정시키는 외측면을 구비할 수 있다.
본 발명의 디스크형 제품 고정용 콜렛 척은, 상기 디스크형 제품을 접촉 지지하는 것으로, 상기 핀 홀더에 고정 결합되고 상기 복수의 콜렛 핑거를 에워싸도록 배치된 로케이터(locator)를 더 구비하고, 상기 핀 홀더가 상기 로케이터를 에워싸도록 배치되어서, 상기 로케이터가 지지하는 디스크형 제품의 지점보다 상기 복수의 외주부 지지 핀이 지지하는 디스크형 제품의 지점이 상기 디스크형 제품의 중공에서 더 멀 수 있다.
또한 본 발명은, 중공(中孔)을 한정하며 후방으로 돌출된 중공 환부(環部)를 구비한 디스크형 제품을 착탈 가능하게 고정하도록 선반에 설치된 것으로, 척 보디(chuck body), 상기 척 보디에 대해 전후 방향으로 이동 가능한 척 슬리브(chuck sleeve), 상기 척 슬리브의 전방에 배치되며, 상기 척 슬리브에 고정 결합된 아버 베이스(base)와, 상기 아버 베이스에서 전방으로 돌출된 파이프(pipe) 형상의 아버 파이프를 구비한 아버(arbor), 콜렛 베이스와, 상기 콜렛 베이스에서 전방으로 돌출되어 상기 아버 파이프의 내주면과 대면(對面)하는 복수의 콜렛 핑거(finger)를 구비한 콜렛(collet), 상기 척 보디에 고정되고, 복수의 핀 탑재 홈(groove)이 형성된 핀 홀더(pin holder), 및 상기 핀 홀더에 대해 전후 방향으로 이동 가능하게 상기 복수의 핀 탑재 홈에 삽입 설치되며, 상기 핀 홀더에 대해 전방으로 돌출되어 상기 디스크형 제품의 외주부를 접촉 지지하는 복수의 외주부 지지 핀(pin)을 구비하고, 상기 복수의 콜렛 핑거의 전단부가 상기 디스크형 제품의 중공 환부를 에워싼 상태로 상기 척 슬리브 및 이에 고정된 아버가 상기 척 보디에 대해 전진하면, 상기 복수의 콜렛 핑거 전단부가 상기 아버 파이프의 내주면에 밀려 오므려지면서 상기 디스크형 제품의 중공 환부의 외주면에 밀착되어 상기 디스크형 제품이 상기 콜렛에 고정되는 디스크형 제품 고정용 콜렛 척을 제공한다.
상기 아버 파이프는 전방으로 갈수록 내경이 커지도록 경사진 테이퍼 내주면(tapered circumferential inner surface)를 구비하고, 상기 복수의 콜렛 핑거는 각각, 상기 테이퍼 내주면에 밀착되도록 경사진 외측면과, 상기 디스크형 제품의 중공 환부의 외주면을 가압하여 마찰 고정시키는 내측면을 구비할 수 있다.
본 발명의 디스크형 제품 고정용 콜렛 척은, 상기 복수의 콜렛 핑거에 의해 에워싸이도록 상기 콜렛의 내측에 삽입되고 상기 콜렛 베이스에 고정 결합된 칩 커버(chip cover)를 더 구비할 수 있다.
상기 척 보디는 상기 아버 파이프를 에워싸며 전방으로 돌출된 환형 돌기부를 구비하고, 본 발명의 디스크형 제품 고정용 콜렛 척은, 상기 디스크형 제품을 접촉 지지하는 것으로, 상기 환형 돌기부의 전단에 고정 결합되고 상기 복수의 콜렛 핑거의 외측에 배치된 로케이터를 더 구비하고, 상기 핀 홀더가 상기 환형 돌기부를 에워싸도록 배치되어서, 상기 로케이터가 지지하는 디스크형 제품의 지점보다 상기 복수의 외주부 지지 핀이 지지하는 디스크형 제품의 지점이 상기 디스크형 제품의 중공에서 더 멀 수 있다.
상기 복수의 외주부 지지 핀은 각각, 상기 핀 탑재 홈 내에서 전후 방향으로 이동 가능한 핀 피스톤(piston), 및 상기 핀 피스톤에서 전방으로 돌출 연장된 핀 로드(rod)를 구비하고, 본 발명의 디스크형 제품 고정용 콜렛 척은, 상기 핀 피스톤이 상기 핀 탑재 홈에서 이탈되지 않도록 가로막으며 상기 핀 홀더에 고정된 핀 스토퍼(pin stopper)를 더 구비하고, 상기 핀 탑재 홈에 가압된 공기가 공급되면 공압(air pressure)에 의해 상기 핀 로드의 말단이 전방으로 돌출되어 상기 디스크형 제품의 외주부를 접촉 지지할 수 있다.
본 발명의 디스크형 제품 고정용 콜렛 척은, 상기 외주부 지지 핀이 후퇴하는 방향으로 탄성 바이어스(elastic bias)되도록, 상기 핀 탑재 홈 내에서 상기 핀 피스톤과 상기 핀 스토퍼 사이에 개재되는 스프링(spring)을 더 구비할 수 있다.
상기 척 보디 및 상기 핀 홀더에 상기 디스크형 제품 고정용 콜렛 척의 외부에서 가압된 공기를 상기 핀 탑재 홈으로 유도하는 공기 유로가 형성될 수 있다.
본 발명의 디스크형 제품 고정용 콜렛 척은, 상기 디스크형 제품에서 상기 중공과 상기 복수의 외주부 지지 핀에 의해 지지되는 지점 사이의 지점을 접촉 지지하는 로케이터를 더 구비하고, 상기 디스크형 제품이 상기 로케이터의 전면(前面)에 정확히 접촉 지지되고 있는지 감지하기 위하여, 상기 로케이터의 전면에는 가압된 공기를 전방으로 토출하는 접촉 감지 홀(hole)이 형성될 수 있다.
상기 디스크형 제품 고정용 콜렛 척의 외부에서 가압된 공기가 상기 접촉 감지 홀로 유도되도록, 상기 가압된 공기를 상기 핀 탑재 홈으로 유도하는 공기 유로에서 분기(分岐)된 다른 공기 유로가 본 발명의 디스크형 제품 고정용 콜렛 척에 형성될 수 있다.
본 발명의 디스크형 제품 고정용 콜렛 척은, 디스크형 제품의 중공 주변의 중심부를 마찰 고정하는 콜렛 외에 상기 디스크형 제품의 외주부를 접촉 지지하는 복수의 외주부 지지 핀을 더 구비한다. 따라서, 디스크형 제품을 가공할 때 상기 디스크형 제품의 중심부를 고정할 뿐만 아니라 외주부도 진동하지 않게 안정적으로 지지되어서, 상기 디스크형 제품의 중심부뿐만 아니라 외주부와 외주 모서리까지도 고도로 정밀하게 가공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 디스크형 제품 고정용 콜렛 척을 도시한 사시도이다.
도 2 및 도 3은 도 1의 디스크형 제품 고정용 콜렛 척의 분해 사시도로서, 도 2는 앞에서 본 도면이고, 도 3은 뒤에서 본 도면이다.
도 4 및 도 5는 도 1의 디스크형 제품 고정용 콜렛 척에 디스크형 제품이 고정되기 직전 모습을 도시한 단면도로서, 도 4는 도 1을 IV-IV에 따라 절개 도시한 단면도이고, 도 5는 도 1을 V-V에 따라 절개 도시한 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 디스크형 제품 고정용 콜렛 척을 도시한 사시도이다.
도 7 및 도 8은 도 6의 디스크형 제품 고정용 콜렛 척의 분해 사시도로서, 도 7은 앞에서 본 도면이고, 도 8은 뒤에서 본 도면이다.
도 9 및 도 10은 도 6의 디스크형 제품 고정용 콜렛 척에 디스크형 제품이 고정되기 직전의 모습을 도시한 단면도로서, 도 9는 도 6을 IX-IX에 따라 절개 도시한 단면도이고, 도 10은 도 6을 X-X에 따라 절개 도시한 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 디스크형 제품 고정용 콜렛 척을 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 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 디스크형 제품 고정용 콜렛 척을 도시한 사시도이고, 도 2 및 도 3은 도 1의 디스크형 제품 고정용 콜렛 척의 분해 사시도로서, 도 2는 앞에서 본 도면이고, 도 3은 뒤에서 본 도면이고, 도 4 및 도 5는 도 1의 디스크형 제품 고정용 콜렛 척에 디스크형 제품이 고정되기 직전 모습을 도시한 단면도로서, 도 4는 도 1을 IV-IV에 따라 절개 도시한 단면도이고, 도 5는 도 1을 V-V에 따라 절개 도시한 단면도이다. 도 1 내지 도 5를 함께 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 디스크형 제품 고정용 콜렛 척(120)은 선반(lathe)에 설치되어 디스크형 제품(2)(도 4 참조)을 착탈 가능하게 고정하는 장치로서, 척 보디(chuck body)(135), 척 아답터(chuck adapter)(121), 척 슬리브(chuck sleeve)(130), 아버(arbor)(145), 콜렛(collet)(150), 핀 홀더(160), 복수의 외주부 지지 핀(157), 복수의 핀 스토퍼(pin stopper)(170), 복수의 스프링(spring)(172), 및 로케이터(locator)(173)를 구비한다.
도 4 및 도 5에서 디스크형 부재(2)는 디스크 형상의 피스톤(piston)이다. 상기 피스톤(2)은 피스톤 드라이브 플레이트(piston drive plate)(미도시) 및 복수의 리프 스프링(leaf spring)(미도시)과 함께 동력 전달계(power train)에 속하는 피스톤 어셈블리(piston assembly)를 구성하는 부재이다. 상기 피스톤(2)은 중앙에 중공(3)이 형성되어 있다. 상기 피스톤(2)은 상기 중공(3)을 한정하며 링(ring) 형상으로 일 방향으로 돌출된 중공 환부(環部)(4)와, 외주부(11)와, 상기 중공 환부(4)와 외주부(11) 사이에 상기 중공 환부(4)가 돌출된 방향으로 볼록하게 돌출된 중간 돌출부(16)를 구비한다. 다만, 상기 피스톤(2)은 본 발명의 제1 실시예에 따른 콜렛 척(120)이 착탈 가능하게 고정할 수 있는 디스크형 제품의 일 예에 불과하며, 다른 종류의 디스크형 제품이 본 발명의 다른 실시예에 따른 콜렛 척에 고정될 수 있다.
척 보디(135)는 X축과 평행한 가상의 축선(CX1)을 따라 중공(136)이 형성된 부재로서, 전면(前面)에 환형(環形)의 콜렛 지지면(141)과 핀 홀더 지지면(142)이 마련된다. 상기 콜렛 지지면(141)이 핀 홀더 지지면(142)보다 상기 축선(CX1)에 더 가깝게 형성된다. 척 보디(135)의 배면(背面)에는 환형의 척 슬리브 대면(對面)(138)과 척 아답터 결합면(140)이 마련된다. 상기 척 아답터 결합면(140)은 상기 척 슬리브 대면(138)보다 상기 축선(CX1)에서 더 멀게 형성되고, 상기 척 아답터 결합면(140)의 내측에는 단차지게 파여진 척 슬리브 삽입 홈(137)이 마련된다.
척 아답터(121)는 상기 축선(CX1)을 따라 중공(122)이 형성된 부재로서 척 보디(135) 후방에 배치되어서 척 보디(135)에 결합 고정된다. 척 아답터(121)의 전면(前面)에는 환형의 척 슬리브 대면(對面)(123)과, 상기 척 슬리브 대면(123)과 단차지며 상기 척 슬리브 대면(123)보다 상기 축선(CX1)에서 먼 환형의 척 보디 결합면(124)이 마련된다.
척 아답터(121)는 선반(미도시)의 스핀들(spindle)(미도시)에 고정 결합된다. 참조번호 125는 상기 척 아답터(121)를 상기 스핀들에 고정 결합하는 복수의 체결 스크류(미도시)가 관통하는 복수의 스크류 홀(screw hole)을 가리킨다. 또한, 척 아답터(121)는 외부 기압보다 가압된 고압의 공기를 공급하는 고압 공기 공급 유닛(unit)(미도시)에 연결된다. 디스크형 제품(2)이 콜렛 척(120)에 고정된 상태에서 상기 스핀들이 회전하면, 그 회전력에 의해 척 아답터(121) 및 이에 고정 결합된 척 보디(135)가 회전하여서, 상기 콜렛 척(120)과 이에 물려 고정된 디스크형 제품(2)이 상기 콜렛 척(120)의 축선(CX1)을 중심으로 회전한다. 상기 고압 공기 공급 유닛은 상기 척 아답터(121)가 회전할 때 함께 회전하지 않고 척 아답터(121)에 고압의 공기를 공급한다.
척 슬리브(130)는 상기 척 보디(135)의 척 슬리브 삽입 홈(137)에 삽입되는 디스크부(131)와, 상기 디스크부(131)의 전방으로 돌출되어 척 보디(135)의 중공(136)에 끼워지는 돌출 전단부(133)와, 상기 축선(CX1)을 따라 상기 디스크부(131)의 후방으로 돌출 연장된 결합 샤프트부(132)를 구비한다. 결합 샤프트부(132)의 외주면에는 수나사 패턴(male screw pattern)이 형성된다. 상기 결합 샤프트부(132) 외주면의 수나사 패턴을 이용하여, 상기 척 슬리브(130)가 상기 선반에 구비된 샤프트(미도시) 말단의 커넥터(connector)(미도시)에 연결된다. 따라서, 상기 선반의 샤프트가 전방 또는 후방으로 이동하면, 상기 척 슬리브(130)가 척 보디(135) 및 척 아답터(121)에 대해 전방 또는 후방으로 이동하게 된다. 부연하면, 척 보디(135)의 척 슬리브 대면(138)과 척 아답터(121)의 척 슬리브 대면(123) 사이의 이격 거리에서 척 슬리브(130)의 디스크부(131)의 두께를 뺀 간격(GP1)만큼 상기 척 슬리브(130)가 전후 방향으로 이동할 수 있다.
아버(145)는 척 슬리브(130)의 전방에 배치되고 척 슬리브(130)에 고정 결합된다. 구체적으로, 아버(145)는 원통형의 후단부(146)와, 상기 후단부(146)의 전단에서 돌출된 전단부(147)를 구비한다. 상기 아버(145)의 전단부(147)는 전방으로 갈수록 직경이 커지도록 경사진 테이퍼 외주면(tapered circumferential outer surface)(148)을 구비한다. 아버(145)는 체결 스크류(screw)에 의해 상기 척 슬리브(130)의 돌출 전단부(133)에 고정 결합된다.
콜렛(150)은 아버(145)와 척 슬리브(130)의 돌출 전단부(133)가 대면 접촉되도록 중공(中孔)이 형성된 디스크 형상의 콜렛 베이스(base)(151)와, 상기 콜렛 베이스(151)에서 전방으로 돌출되어 아버(145)의 외주면, 구체적으로는 상기 테이퍼 외주면(148)과 대면(對面)하는 복수의 콜렛 핑거(finger)(152)를 구비한다. 콜렛 베이스(151)는 체결 스크류(미도시)에 의해 척 보디(135)에 고정 결합되며, 콜렛 베이스(151)의 배면이 척 보디(135)의 콜렛 지지면(141)에 밀착된다.
복수의 콜렛 핑거(152)는 아버(145)를 에워싸도록 배치되며, 슬롯(152s)에 의해 인접한 콜렛 핑거(152)와 분리된다. 복수의 콜렛 핑거(152)는 각각, 콜렛 베이스(151)에서 전방으로 돌출 연장된 후단부(153)와 상기 후단부(153)에서 전방으로 돌출된 전단부(154)를 구비한다. 각각의 콜렛 핑거(152)의 전단부(154)는 아버(145)의 테이퍼 외주면(146)에 밀착되도록 경사진 내측면(155)과, 상기 디스크형 제품(2)의 중공(3)을 한정하는 내주면(5), 즉 피스톤(2)의 중공 환부(4)의 내주면(5)을 가압하여 마찰 고정시키는 외측면(156)을 구비한다.
핀 홀더(160)는 중공(161)이 형성된 링(ring) 형상의 부재로서, 척 보디(135)에 고정 지지된다. 상기 핀 홀더(160)의 중공(161) 주변의 핀 홀더(160)의 배면에는 척 보디(135)의 핀 홀더 지지면(142)에 체결 스크류(미도시)에 의해 결합 고정되는 척 보디 결합면(162)이 마련된다. 상기 핀 홀더(160)의 전면에는 환형의 로케이터 지지면(163)과, 상기 로케이터 지지면(163)과 단차지게 돌출된 환형의 핀 설치면(164)이 마련된다. 상기 로케이터 지지면(163)이 핀 설치면(164)보다 상기 축선(CX1)에 더 가깝게 형성된다.
상기 핀 설치면(164)에는 축선(CX1)과 평행하게 후방으로 파여진 단면이 원통형인 복수의 핀 탑재 홈(groove)(165)이 형성된다. 상기 복수의 핀 탑재 홈(165)은 축선(CX1)을 중심으로 등각도 간격으로 배치되고, 상기 축선(CX1)으로부터 등거리만큼 이격되게 배치된다.
복수의 외주부 지지 핀(157)은 핀 홀더(160)에 대해 전후 방향으로 이동 가능하게 복수의 핀 탑재 홈(165)에 삽입 설치된다. 복수의 외주부 지지 핀(157)과 복수의 핀 탑재 홈(165)은 일대일로 대응된다. 복수의 외주부 지지 핀(157)은 각각, 핀 탑재 홈(165) 내에서 전후 방향으로 이동 가능한 원통형의 핀 피스톤(pin piston)(159)과, 상기 핀 피스톤(159)에서 전방으로 돌출 연장된 핀 로드(pin rod)(158)를 구비한다.
복수의 핀 스토퍼(170)는 상기 복수의 외주부 지지 핀(157)과 일대일로 대응되는 디스크 형상의 부재이다. 각각의 핀 스토퍼(170)는 핀 피스톤(159)이 핀 탑재 홈(165)에서 이탈되지 않도록 가로막으며 핀 홀더(160)에 체결 스크류(미도시)에 의해 고정 결합된다. 각각의 핀 스토퍼(170)의 중앙에는 상기 핀 로드(158)가 통과할 수 있는 중공(171)이 형성된다. 복수의 외주부 지지 핀(157)은, 디스크형 제품(2)의 중공 환부(4), 즉 중심부가 콜렛(150)에 고정된 때에 상기 핀 홀더(160)에 대해 전방으로 돌출되어 상기 디스크형 제품(2)의 외주부(11)를 접촉 지지한다. 부연하면, 고압으로 가압된 공기가 상기 고압 공기 공급 유닛(미도시)을 통해 상기 콜렛 척(120)의 내부를 통과하여 각각의 핀 탑재 홈(165)에 공급되면, 공압(air pressure)에 의해 복수의 핀 로드(158)의 말단이 전방으로 돌출되어 디스크형 제품(2)의 외주부(11)를 접촉 지지하게 된다. 도면에 명확히 도시되진 않았지만, 핀 탑재 홈(165) 내에서 핀 피스톤(159)의 외주면과 핀 탑재 홈(165)의 내주면 사이로 공압이 유출되지 않도록 상기 핀 피스톤(159)의 외주면에는 밀봉을 위한 오링(O-ring)이 탑재된다.
복수의 스프링(172)은 코일 스프링으로서 복수의 외주부 지지 핀(157)과 일대일로 대응된다. 각각의 스프링(172)은 외주부 지지 핀(157)이 후퇴하는 방향, 즉 X축 음(-)의 방향과 평행하게 이동하는 방향으로 탄성 바이어스(elastic bias)되도록, 각각의 핀 탑재 홈(165) 내에서 핀 피스톤(159)과 핀 스토퍼(170) 사이에 개재된다.
로케이터(173)는 아버(145)와 복수의 콜렛 핑거(152)가 관통하는 중공(174)이 형성된 디스크 형상의 부재로서, 핀 홀더(160)에 체결 스크류(미도시)에 의해 고정 결합된다. 로케이터(173)의 배면에 마련된 환형의 핀 홀더 결합면(175)이 핀 홀더(160)의 로케이터 지지면(163)에 밀착 지지되어서, 상기 로케이터(173)는 복수의 콜렛 핑거(152)를 에워싸도록 배치된다. 도면에 명확히 도시되진 않았으나, 디스크형 제품(2)이 콜렛 척(120)에 고정된 채 가공될 때 복수의 콜렛 핑거(152)의 전단부(154)와 로케이터(173)의 중공(174)의 내주면 사이의 틈새로 절삭되어 디스크형 제품(2)에서 떨어져나간 칩(chip)이 침투하지 않도록, 상기 콜렛 핑거 전단부(154)의 외주면에는 밀봉을 위한 오링이 탑재된다.
로케이터(173)의 전면 외주부에는 환형의 제품 접촉 지지면(176)이 마련된다. 콜렛 척(120)에 디스크형 제품(2), 즉 피스톤이 고정된 때 상기 제품 접촉 지지면(176)에 피스톤(2)의 중간 돌출부(16)와 외주부(11) 사이의 경계 지점이 접촉 지지된다. 부연하면, 핀 홀더(160)는 로케이터(173)를 에워싸도록 배치된다. 이에 따라, 복수의 외주부 지지 핀(157)이 지지하는 디스크형 제품(2)의 지점은, 로케이터(173)의 제품 접촉 지지면(176)이 지지하는 디스크형 제품(2)의 지점보다 상기 중공(3)에서 더 먼 외주부(11)가 된다. 본 발명의 제1 실시예에 따른 콜렛 척(120)에 디스크형 제품(2)이 고정되면 중공(3)이 형성된 중심부, 즉 중공 환부(4)와, 외주부(11)와, 상기 중공 환부(4)와 외주부(11) 사이의 부분이 지지되므로, 디스크형 제품(2)이 더욱 안정적으로 고정되고, 디스크형 제품(2)의 가공 도중에 진동이 발생하지 않는다.
디스크형 제품(2)이 로케이터(173)의 제품 접촉 지지면(176)에 정확히 접촉 지지되고 있는지 감지하기 위하여, 상기 제품 접촉 지지면(176)에는 가압된 고압의 공기를 전방으로 토출하는 접촉 감지 홀(hole)(179)이 형성된다. 본 발명의 제1 실시예에 따른 콜렛 척(120)은 축선(CX1)을 기준으로 등각도 간격으로 배치된 3개의 접촉 감지 홀(179)을 구비한다. 디스크형 제품(2)이 상기 제품 접촉 지지면(176)에 근접한 상태에서 상기 복수의 접촉 감지 홀(179) 내부의 공기압이 미리 설정된 기준값보다 작으면 상기 디스크형 제품(2)이 제품 접촉 지지면(176)에 정확히 접촉되고 있지 않은 것으로 판정한다.
구체적으로, 상기 콜렛 척(120)은 각각의 접촉 감지 홀(179) 내부의 공기압을 측정하는 센서(sensor)(미도시)를 더 구비할 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이 디스크형 제품(2)의 중간 돌출부(16)와 외주부(11) 사이의 지점이 제품 접촉 지지면(176)에 정확히 접촉 지지되면 모든 접촉 감지 홀(179)의 전면 입구가 폐쇄된다. 한편, 디스크형 제품(2)이 상기 제품 접촉 지지면(176)에 정확히 접촉되지 않으면 3개의 접촉 감지 홀(176)의 전면 입구 중 적어도 하나를 통해 고압의 공기가 유출된다. 접촉 감지 홀(176)이 폐쇄된 경우에 접촉 감지 홀(176) 내부의 공기압의 크기가 접촉 감지 홀(176)을 통해 고압의 공기가 유출되는 경우에 접촉 감지 홀(176) 내부의 공기압의 크기보다 크게 된다.
접촉 감지 홀(176)이 폐쇄된 상태에서 접촉 감지 홀(176) 내부의 공기압을 미리 측정하여 공기압의 기준값을 설정한다. 디스크형 제품(2)의 중공 환부(4)가 복수의 콜렛 핑거(152)에 고정된 상태에서 상기 센서에 의해 측정된 접촉 감지 홀(176) 내부의 공기압이 상기 기준값보다 작으면 상기 디스크형 제품(2)이 상기 제품 접촉 지지면(176)에 정확히 접촉되고 있지 않은 것으로, 다시 말해 접촉 불량(error)으로 판정된다. 3개의 접촉 감지 홀(176) 중 하나의 접촉 감지 홀(176) 내부의 공기압이 상기 기준값보다 작은 경우에도 상기한 접촉 불량으로 판정된다. 이와 같이 접촉 불량이 발생한 경우에 선반(미도시)에 구비된 경고등이 점등되거나, 스피커를 통해 경고음이 울리거나, 상기 선반에 통신 가능하게 연결된 컴퓨터의 디스플레이 패널에 접촉 불량을 알리는 메시지가 표시될 수 있다.
척 아답터(121), 척 보디(135), 및 핀 홀더(160) 내부에는 상기 콜렛 척(120)의 외부에서 가압된 고압의 공기를 복수의 핀 탑재 홈(165)으로 유도하는 공기 유로(126, 139, 166)가 형성된다. 척 아답터(121) 내부에 형성된 척 아답터 공기 유로(126)와, 척 보디(135) 내부에 형성된 척 보디 공기 유로(139)와, 핀 홀더(160) 내부에 형성된 제1 핀 홀더 공기 유로(166)는 공기 유동 가능하게 서로 이어진다. 상기 제1 핀 홀더 공기 유로(166)는 복수의 핀 탑재 홈(165)의 바닥면 주변의 내주면까지 공기 유동 가능하게 연장된다. 척 아답터(121)의 배면에 마련된 척 아답터 공기 유로(126)의 입구를 통해 상기 고압 공기 공급 유닛(미도시)에서 공급되는 고압의 공기가 콜렛 척(120) 내부로 유입되고, 상기 공기 유로(126, 139, 166)를 통해 복수의 핀 탑재 홈(165)으로 배출된다.
콜렛 척(120)에는 상기 콜렛 척(120)의 외부에서 가압된 공기를 핀 탑재 홈(165)으로 유도하는 공기 유로(126, 139, 166) 중 일부에서 분기(分岐)된 다른 공기 유로(167, 177)가 형성된다. 구체적으로, 핀 홀더(160) 내부에는 제1 핀 홀더 공기 유로(166)에서 분기(分岐)되어 로케이터 지지면(163)까지 연장된 제2 핀 홀더 공기 유로(167)가 형성된다. 로케이터(173)의 내부에는 상기 제1 핀 홀더 공기 유로(167) 및 접촉 감지 홀(179)과 공기 유동 가능하게 이어지는 로케이터 공기 유로(177)가 형성된다. 참조 번호 168은 제1 핀 홀더 공기 유로(166)에서 제2 핀 홀더 공기 유로(167)가 분기되는 지점을 가리킨다. 따라서, 상기 고압 공기 공급 유닛에서 콜렛 척(120) 내부로 공급된 고압의 공기는 상기한 분기된 공기 유로(167, 177)과 3개의 접촉 감지 홀(176)을 통해 로케이터(173)의 제품 접촉 지지면(176) 전방으로 토출된다.
이하에서, 상기 콜렛 척(120)의 동작을 설명한다. 작업자 또는 자동화된 로봇(robot)의 암(arm)은 상기 중공 환부(4)의 돌출된 말단(7)이 전방을 향하도록 디스크형 제품(2)을 잡고, 디스크형 제품(2)의 중공(3)에 복수의 콜렛 핑거(152)의 전단부(154)가 끼워지도록 디스크형 제품(2)을 정렬하고 후방으로 민다. 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 디스크형 제품(2)의 중공 환부(4)와 외주부(11) 사이의 부분이 로케이터(173)의 제품 접촉 지지면(176)에 접촉된 상태에서, 선반(미도시)의 샤프트(미도시)가 후방으로 이동하여 이에 연결된 척 슬리브(130)와 상기 척 슬리브(130)에 고정 결합된 아버(145)가 척 아답터(121) 및 척 보디(135)에 대해 후진하면, 복수의 콜렛 핑거(152)의 전단부(154)가 아버(145)의 테이퍼 외주면(148)에 밀려 벌어지면서 복수의 콜렛 핑거(152)의 전단부(154)의 외측면(156)이 상기 중공 환부(4)의 내주면(5)에 마찰 밀착되어 디스크형 제품(2)이 콜렛(150)에 고정된다.
디스크형 제품(2)이 콜렛(150)에 고정된 직후 또는 이와 거의 동시에 상기 고압 공기 공급 유닛을 통해 콜렛 척(120) 내부의 공기 유로(126, 139, 166, 167, 177)로 고압의 공기가 유입되면 복수의 외주부 지지 핀(167)이 공압에 의해 복수의 핀 탑재 홈(165)으로부터 전방으로 돌출하여 복수의 핀 로드(158)의 말단이 디스크형 제품(2)의 외주부(11), 구체적으로는 중공 환부(4)가 돌출된 방향과 등지고 있는 외주부 내측면(13)을 지지한다. 이때, 복수의 스프링(172)은 복수의 외주부 지지 핀(167)이 너무 강하고 빠른 속도로 디스크형 제품(2)의 외주부 내측면(13)에 충돌하여 디스크형 제품(2) 또는 외주부 지지 핀(157)에 손상이 발생하지 않도록 상기 외주부 지지 핀(157)이 돌출되는 방향과 반대되는 방향으로 탄성력을 제공한다.
상기 로케이터(173)의 제품 접촉 지지면(176)에 디스크형 제품(2)이 정확하게 접촉 지지된 상태이면 상기 3개의 접촉 감지 홀(179)이 폐쇄되어서 상기 콜렛 척(120) 내부로 유입된 고압의 공기가 3개의 접촉 감지 홀(179) 중 적어도 하나를 통해서 전방으로 방출되지 않는다. 이 경우에는 접촉 양호인 것으로 판정되지만, 상기 3개의 접촉 감지 홀(179) 중 적어도 하나를 통해서 전방으로 고압의 공기가 유출되면 상술한 바와 같이 접촉 불량으로 판정된다.
콜렛(150)에 의해 중공 환부(4)가 고정되고, 복수의 외주부 지지 핀(157)에 의해 외주부(11)가 지지되며, 3개의 접촉 감지 홀(179) 중 어떤 것을 통해서도 전방으로 고압의 공기가 유출되지 않아서 접촉 양호로 판정되면, 콜렛 척(120)에 디스크형 제품(2)이 정확하게 척킹(chucking)된 것이다. 이처럼 디스크형 제품(2)이 콜렛 척(120)에 척킹되고, 고압 공기가 콜렛 척(120)의 내부로 계속 공급되는 상태에서 선반(미도시)의 스핀들(미도시)이 고속 회전하면, 그 회전력에 의해 척 아답터(121), 척 보디(135), 콜렛(150), 로케이터(173), 및 핀 홀더(160)가 고속 회전하고, 콜렛 척(120)에 척킹된 디스크형 제품(2)도 축선(CX1)을 중심으로 고속 회전한다.
상기 디스크형 제품(2)이 고속 회전하는 중에 적절한 공구(미도시)을 적용하여 중공 환부(4)의 돌출된 말단 모서리(7)와 외주면(6)을 절삭 가공하거나 연마 가공할 수 있다. 뿐만 아니라 또 다른 공구를 적용하여 상기 외주부 내측면(13)의 반대 측면인 외주부 외측면(12)과 외주부(11)의 외주 모서리(14)도 절삭 가공하거나 연마 가공할 수 있다. 상술한 바와 같이 콜렛 척(120)에 의해 디스크형 제품(2)의 중공 환부(4), 외주부(11), 및 상기 중공 환부(4)와 외주부(11) 사이의 부분이 지지되고 있어서, 디스크형 제품(2)이 절삭 가공이나 연마 가공 중에 진동하지 않는다. 따라서, 디스크형 제품(2)을 정밀하게 절삭 가공하거나 연마할 수 있다.
상기 콜렛 척(120)에 고정된 상태로 디스크형 제품(2)에 할 수 있는 가공을 다 마친 후에 선반의 스핀들의 회전이 정지되고, 콜렛 척(120) 내부로 고압 공기의 투입을 중단하면 복수의 스프링(172)의 탄성 복원력에 의해 복수의 외주부 지지 핀(157)이 디스크형 제품(2)의 외주부(11)에서 이격되는 방향으로 후퇴한다. 그리고, 상기 선반의 샤프트가 다시 전방으로 이동하여 이에 연결된 척 슬리브(130)가 도 4 및 도 5에 도시된 것처럼 다시 전방으로 이동하면, 복수의 콜렛 핑거(152)가 오므려지면서 상기 중공 환부(4)의 내주면(5)에서 이격된다. 이처럼 척킹(chucking)이 해제된 디스크형 제품(2)은 작업자의 손에 의해 또는 로봇에 의해 상기 콜렛 척(120)에서 빼내어져 소정의 장소에 적재된다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 디스크형 제품 고정용 콜렛 척을 도시한 사시도이고, 도 7 및 도 8은 도 6의 디스크형 제품 고정용 콜렛 척의 분해 사시도로서, 도 7은 앞에서 본 도면이고, 도 8은 뒤에서 본 도면이며, 도 9 및 도 10은 도 6의 디스크형 제품 고정용 콜렛 척에 디스크형 제품이 고정되기 직전의 모습을 도시한 단면도로서, 도 9는 도 6을 IX-IX에 따라 절개 도시한 단면도이고, 도 10은 도 6을 X-X에 따라 절개 도시한 단면도이다. 도 6 내지 도 10을 함께 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 디스크형 제품 고정용 콜렛 척(200)은 선반(lathe)에 설치되어 디스크형 제품(2)(도 9 참조)을 착탈 가능하게 고정하는 장치로서, 척 보디(chuck body)(220), 척 아답터(chuck adapter)(201), 척 슬리브(chuck sleeve)(210), 아버(arbor)(240), 콜렛(collet)(255), 핀 홀더(260), 복수의 외주부 지지 핀(270), 복수의 핀 스토퍼(pin stopper)(274), 복수의 스프링(spring)(275), 로케이터(locator)(280), 및 칩 커버(chip cover)(277)를 구비한다.
도 9 및 도 10에서 디스크형 부재(2)는 디스크 형상의 피스톤(piston)이다. 상기 피스톤(2)은 본 발명의 제1 실시예에 따른 콜렛 척(120)을 설명하면서 상세히 언급하였으므로 중복된 설명은 생략한다. 다만, 본 발명의 제1 실시예에 따른 콜렛 척(120)은 중공 환부(4)의 돌출된 말단 모서리(7)가 전방으로 향하는 자세로 피스톤(2)을 콜렛 척(120)에 고정할 때 사용하는 콜렛 척인데 반해서, 본 발명의 제2 실시예에 따른 콜렛 척(200)은 상기 중공 환부(4)의 돌출된 말단 모서리(7)가 후방을 향하는 자세로 피스톤(2)을 콜렛 척(200)에 고정할 때 사용하는 콜렛 척인 점에서 서로 구별된다.
척 보디(220)는 X축과 평행한 가상의 축선(CX2)을 따라 중공(221)이 형성된 원통형의 베이스부(222)와, 링(ring) 형상으로 상기 베이스부(222)의 전방으로 돌출된 환형 돌기부(226)를 구비한다. 척 보디(220)의 전면(前面)에는 환형 돌기부(226)의 내측에 아버 삽입 홈(groove)(228)이 마련되고, 환형 돌기부(226)의 외측에 환형의 핀 홀더 지지면(224)이 마련된다. 척 보디(220)의 배면(背面)에는 환형의 척 슬리브 대면(對面)(223)과 척 아답터 결합면(225)이 마련된다. 상기 척 아답터 결합면(225)은 상기 척 슬리브 대면(223)보다 상기 축선(CX2)에서 더 멀게 형성되고, 상기 척 아답터 결합면(225)의 내측에는 단차지게 파여진 척 슬리브 삽입 홈(223G)이 마련된다.
척 아답터(201)는 상기 축선(CX2)을 따라 중공(202)이 형성된 부재로서 척 보디(220) 후방에 배치되어서 척 보디(220)에 결합 고정된다. 척 아답터(201)의 전면(前面)에는 환형의 척 슬리브 대면(對面)(203)과, 상기 척 슬리브 대면(203)과 단차지며 상기 척 슬리브 대면(203)보다 상기 축선(CX2)에서 먼 환형의 척 보디 결합면(204)이 마련된다.
척 아답터(201)는 선반(미도시)의 스핀들(spindle)(미도시)에 고정 결합된다. 참조번호 205는 상기 척 아답터(201)를 상기 스핀들에 고정 결합하는 복수의 체결 스크류(미도시)가 관통하는 복수의 스크류 홀(screw hole)을 가리킨다. 또한, 척 아답터(201)는 외부 기압보다 가압된 고압의 공기를 공급하는 고압 공기 공급 유닛(unit)(미도시)에 연결된다. 디스크형 제품(2)이 콜렛 척(200)에 고정된 상태에서 상기 스핀들이 회전하면, 그 회전력에 의해 척 아답터(201) 및 이에 고정 결합된 척 보디(220)가 회전하여서, 상기 콜렛 척(200)과 이에 물려 고정된 디스크형 제품(2)이 상기 콜렛 척(200)의 축선(CX2)을 중심으로 회전한다. 상기 고압 공기 공급 유닛은 상기 척 아답터(201)가 회전할 때 함께 회전하지 않고 척 아답터(201)에 고압의 공기를 공급한다.
척 슬리브(210)는 중공이 형성된 슬리브 디스크(disk)(211)와, 상기 슬리브 디스크(211)의 중공을 관통하며 상기 슬리브 디스크(211)에 결합되는 슬리브 샤프트(216)를 구비한다. 슬리브 디스크(211)는 척 보디(220) 배면의 척 슬리브 삽입 홈(223G)에 삽입된다. 슬리브 디스크(211)는 전방으로 돌출되어 척 보디(220)의 중공(221)에 끼워지는 전단 돌출부(213)와, 후방으로 돌출되어 척 아답터(201)의 중공(202)에 끼워지는 후단 돌출부(213)를 구비한다. 슬리브 샤프트(216)의 후단부는 척 아답터(201)의 후방으로 돌출 연장된다.
슬리브 샤프트(216)의 외주면에는 수나사 패턴(male screw pattern)이 형성된다. 상기 슬리브 샤프트부(216) 외주면의 수나사 패턴을 이용하여, 상기 척 슬리브(210)가 상기 선반에 구비된 샤프트(미도시) 말단의 커넥터(connector)(미도시)에 연결된다. 따라서, 상기 선반의 샤프트가 전방 또는 후방으로 이동하면, 상기 척 슬리브(210)가 척 보디(220) 및 척 아답터(201)에 대해 전방 또는 후방으로 이동하게 된다. 부연하면, 척 보디(220)의 척 슬리브 대면(223)과 척 아답터(201)의 척 슬리브 대면(203) 사이의 이격 거리에서 척 슬리브 디스크(211)의 두께를 뺀 간격(GP2)만큼 상기 척 슬리브(210)가 전후 방향으로 이동할 수 있다.
아버(240)는 척 슬리브(210)의 전방에 배치된다. 아버(240)는 척 슬리브(210)에 복수의 체결 스크류에 의해 고정 결합된 아버 베이스(241)와, 아버 베이스(241)에서 전방으로 돌출된 파이프(pipe) 형상의 아버 파이프(246)를 구비한다. 참조번호 242는 상기 아버 베이스(241)를 척 슬리브(210)에 결합하는 복수의 아버-척 슬리브 체결 스크류가 관통하는, 아버 베이스(241)에 형성된 복수의 스크류 홀을 가리키고, 참조번호 214는 상기 복수의 아버-척 슬리브 체결 스크류가 끼워지는, 슬리브 디스크(211)에 형성된 복수의 스크류 홀을 가리킨다. 도면에 명확히 도시되진 않았으나, 상기 슬리브 디스크(211)에 형성된 복수의 스크류 홀(214)의 내주면에는 암나사 패턴(female screw pattern)이 형성된다. 한편, 참조번호 236은 상기 복수의 아버-척 슬리브 체결 스크류가 척 보디(220)에 체결되지 않고 관통하는, 척 보디(220)에 형성된 복수의 스크류 관통 홀을 가리킨다.
아버 파이프(246)는 자신의 전단부에 전방으로 갈수록 내경(inner diameter)이 커지도록 경사진 테이퍼 내주면(tapered circumferential inner surface)(247)을 구비한다. 아버 파이프(246)의 내측에는 콜렛 삽입 홈(groove)(248)이 마련된다. 아버(240)는 척 보디(220)의 아버 삽입 홈(228)에 삽입된다.
콜렛(250)은 상기 콜렛 삽입 홈(248)에 삽입되며, 콜렛 베이스(251)와, 콜렛 베이스(251)에서 전방으로 돌출되어 아버 파이프(246)의 내주면과 대면(對面)하는 복수의 콜렛 핑거(255)를 구비한다. 콜렛 베이스(251)는 복수의 체결 스크류(미도시)에 의해 척 보디(220)에 고정 결합된다. 참조번호 252는 상기 콜렛 베이스(251)를 척 보디(220)에 결합하는 복수의 콜렛-척 보디 체결 스크류가 관통하는, 콜렛 베이스(251)에 형성된 복수의 스크류 홀을 가리키고, 참조번호 235는 상기 복수의 콜렛-척 보디 체결 스크류가 끼워지는, 척 보디(220)에 형성된 복수의 스크류 홀을 가리킨다.
한편, 콜렛 베이스(251)와 척 보디(220) 사이에는 아버 베이스(241)가 개재된다. 아버 베이스(241)에 마련된 가이드 부시 끼움 홀(hole)(243)에 상기 복수의 콜렛-척 보디 체결 스크류가 관통하는 파이프(pipe) 형상의 복수의 가이드 부시(guide bush)(249)가 끼워진다. 상기 가이드 부시(249)는 아버 베이스(241)에 대해 전후 방향으로 슬라이딩(sliding) 가능하게 상기 가이드 부시 끼움 홀(243)에 끼워진다. X축과 평행한 방향으로 가이드 부시(249)의 길이는 아버 베이스(241)의 두께보다 크며, 그 차이는 상술한 척 슬리브(210)가 전후 방향으로 이동할 수 있는 거리(GP2)보다 약간 크거나 같다. 따라서, 척 슬리브(210)와 이에 고정 결합된 아버(240)가 전후 방향으로 함께 이동할 때, 척 보디(220)에 고정 결합된 콜렛(250)은 전후 방향으로 이동하지 않게 된다.
복수의 콜렛 핑거(255)는 각각, 콜렛 베이스(251)에서 전방으로 돌출 연장된 후단부(256)와, 상기 후단부(256)에서 전방으로 돌출된 전단부(257)을 구비한다. 인접한 콜렛 핑거(255)의 전단부(257)는 슬롯(255s)에 의해 서로 분리된다. 각각의 콜렛 핑거(255)의 전단부(257)는 아버(240)의 테이퍼 내주면(247)에 밀착되도록 경사진 외측면(259)과, 상기 디스크형 제품(2)의 중공 환부(4)의 외주면(6)(도 4 및 도 5 참조)을 가압하여 마찰 고정시키는 내측면(258)을 구비한다.
핀 홀더(260)는 중공(261)이 형성된 링(ring) 형상의 부재로서, 척 보디(220)에 고정 지지된다. 상기 핀 홀더(260)의 배면은 척 보디(220)의 핀 홀더 지지면(224)에 체결 스크류(미도시)에 의해 결합 고정된다. 상기 핀 홀더(260)의 전면에는 환형의 핀 설치면(263)이 마련되고, 상기 핀 설치면(263)에는 축선(CX2)과 평행하게 후방으로 파여진, 단면이 원통형인 복수의 핀 탑재 홈(groove)(264)이 형성된다. 상기 복수의 핀 탑재 홈(264)은 축선(CX2)을 중심으로 등각도 간격으로 배치되고, 상기 축선(CX2)으로부터 등거리만큼 이격되게 배치된다.
복수의 외주부 지지 핀(270)은 핀 홀더(260)에 대해 전후 방향으로 이동 가능하게 복수의 핀 탑재 홈(264)에 삽입 설치된다. 복수의 외주부 지지 핀(270)과 복수의 핀 탑재 홈(264)은 일대일로 대응된다. 복수의 외주부 지지 핀(270)은 각각, 핀 탑재 홈(264) 내에서 전후 방향으로 이동 가능한 원통형의 핀 피스톤(pin piston)(272)과, 상기 핀 피스톤(272)에서 전방으로 돌출 연장된 핀 로드(pin rod)(271)를 구비한다.
복수의 핀 스토퍼(274)는 상기 복수의 외주부 지지 핀(270)과 일대일로 대응되는 디스크 형상의 부재이다. 각각의 핀 스토퍼(274)는 핀 피스톤(272)이 핀 탑재 홈(264)에서 이탈되지 않도록 가로막으며 핀 홀더(260)에 체결 스크류(미도시)에 의해 고정 결합된다. 각각의 핀 스토퍼(274)의 중앙에는 상기 핀 로드(271)가 통과할 수 있는 중공(中孔)이 형성된다. 복수의 외주부 지지 핀(270)은, 디스크형 제품(2)의 중공 환부(4)가 콜렛(250)에 고정된 때에 상기 핀 홀더(260)에 대해 전방으로 돌출되어 상기 디스크형 제품(2)의 외주부(11)를 접촉 지지한다. 부연하면, 고압으로 가압된 공기가 상기 고압 공기 공급 유닛(미도시)을 통해 상기 콜렛 척(200)의 내부를 통과하여 각각의 핀 탑재 홈(264)에 공급되면, 공압(air pressure)에 의해 복수의 핀 로드(271)의 말단이 전방으로 돌출되어 디스크형 제품(2)의 외주부(11)를 접촉 지지하게 된다. 도면에 명확히 도시되진 않았지만, 핀 탑재 홈(264) 내에서 핀 피스톤(272)의 외주면과 핀 탑재 홈(264)의 내주면 사이로 공압이 유출되지 않도록 상기 핀 피스톤(272)의 외주면에는 밀봉을 위한 오링(O-ring)이 탑재된다.
복수의 스프링(275)은 코일 스프링으로서 복수의 외주부 지지 핀(270)과 일대일로 대응된다. 각각의 스프링(275)은 외주부 지지 핀(270)이 후퇴하는 방향, 즉 X축 음(-)의 방향과 평행하게 이동하는 방향으로 탄성 바이어스(elastic bias)되도록, 각각의 핀 탑재 홈(264) 내에서 핀 피스톤(272)과 핀 스토퍼(271) 사이에 개재된다.
로케이터(280)는 중공(281)이 형성된 링(ring) 형상의 부재로서, 복수의 체결 스크류에 의해 척 보디(220)의 환형 돌기부(226)의 전단에 고정 결합된다. 로케이터(280)는 복수의 콜렛 핑거(255)의 외측에, 즉 상기 축선(CX2)으로부터 상기 복수의 콜렛 핑거(255)보다 더 멀게 배치된다. 콜렛 척(200)에 디스크형 제품(2), 즉 피스톤이 고정된 때 상기 로케이터(280)의 전면(前面) 내주부에 상기 피스톤(2)의 중간 돌출부(16)(도 4 및 도 5 참조)가 접촉 지지된다.
핀 홀더(260)는 척 보디(220)의 환형 돌기부(226)를 에워싸도록 배치된다. 이에 따라, 복수의 외주부 지지 핀(270)이 지지하는 디스크형 제품(2)의 지점은, 로케이터(280)의 전면이 지지하는 중간 돌출부(16)보다 상기 중공(3)에서 더 먼 외주부(11)가 된다. 본 발명의 제2 실시예에 따른 콜렛 척(200)에 디스크형 제품(2)이 고정되면 중공 환부(4)와, 외주부(11)와, 상기 중공 환부(4)와 외주부(11) 사이의 중간 돌출부(16)가 지지되므로, 디스크형 제품(2)이 더욱 안정적으로 고정되고, 디스크형 제품(2)의 가공 도중에 진동이 발생하지 않는다.
디스크형 제품(2)이 로케이터(280)의 전면에 정확히 접촉 지지되고 있는지 감지하기 위하여, 상기 로케이터(280)의 전면에는 가압된 고압의 공기를 전방으로 토출하는 접촉 감지 홀(hole)(285)이 형성된다. 본 발명의 제2 실시예에 따른 콜렛 척(200)은 축선(CX2)을 기준으로 등각도 간격으로 배치된 3개의 접촉 감지 홀(285)을 구비한다. 디스크형 제품(2)이 상기 로케이터(280)의 전면에 근접한 상태에서 상기 복수의 접촉 감지 홀(285) 내부의 공기압이 미리 설정된 기준값보다 작으면 상기 디스크형 제품(2)이 제품 접촉 지지면(285)에 정확히 접촉되고 있지 않은 것으로 판정한다.
구체적으로, 상기 콜렛 척(200)은 각각의 접촉 감지 홀(285) 내부의 공기압을 측정하는 센서(sensor)(미도시)를 더 구비할 수 있다. 도 10에 도시된 바와 같이 디스크형 제품(2)의 중간 돌출부(16)가 로케이터(280)의 전면에 정확히 접촉 지지되면 모든 접촉 감지 홀(285)의 전면 입구가 폐쇄된다. 한편, 디스크형 제품(2)이 상기 로케이터(280)의 전면에 정확히 접촉되지 않으면 3개의 접촉 감지 홀(285)의 전면 입구 중 적어도 하나를 통해 고압의 공기가 유출된다. 접촉 감지 홀(285)이 폐쇄된 경우에 접촉 감지 홀(285) 내부의 공기압의 크기가, 접촉 감지 홀(285)을 통해 고압의 공기가 유출되는 경우에 접촉 감지 홀(285) 내부의 공기압의 크기보다 크게 된다.
접촉 감지 홀(285)이 폐쇄된 상태에서 접촉 감지 홀(285) 내부의 공기압을 미리 측정하여 공기압의 기준값을 설정한다. 디스크형 제품(2)의 중공 환부(4)가 복수의 콜렛 핑거(255)에 고정된 상태에서 상기 센서에 의해 측정된 접촉 감지 홀(285) 내부의 공기압이 상기 기준값보다 작으면 상기 디스크형 제품(2)이 상기 로케이터(280)의 전면에 정확히 접촉되고 있지 않은 것으로, 다시 말해 접촉 불량(error)으로 판정된다. 3개의 접촉 감지 홀(285) 중 하나의 접촉 감지 홀(285) 내부의 공기압이 상기 기준값보다 작은 경우에도 상기한 접촉 불량으로 판정된다. 이와 같이 접촉 불량이 발생한 경우에 선반(미도시)에 구비된 경고등이 점등되거나, 스피커를 통해 경고음이 울리거나, 상기 선반에 통신 가능하게 연결된 컴퓨터의 디스플레이 패널에 접촉 불량을 알리는 메시지가 표시될 수 있다.
칩 커버(277)는 디스크형 제품(2)이 콜렛 척(200)에 고정된 채 가공될 때 절삭되어 디스크형 제품(2)에서 떨어져나간 칩(chip)이 복수의 콜렛 핑거(255) 내측에 쌓이지 않도록 막는 원통형 부재이다. 칩 커버(277)는 복수의 콜렛 핑거(255)에 의해 에워싸이도록 콜렛(250)의 내측에 삽입되고 콜렛 베이스(251)에 복수의 체결 스크류에 의해 고정 결합된다. 참조번호 278은 상기 칩 커버(277)를 콜렛 베이스(251)에 결합하는 복수의 칩 커버-콜렛 체결 스크류가 관통하는, 칩 커버(277)에 형성된 복수의 스크류 홀을 가리키고, 참조번호 253은 상기 복수의 칩 커버-콜렛 체결 스크류가 끼워지는, 콜렛 베이스(251)에 형성된 복수의 스크류 홀을 가리킨다. 도면에 명확히 도시되진 않았으나, 상기 칩이 칩 커버(277)의 외주면과 복수의 콜렛 핑거(255)의 전단부(257) 사이의 틈새로 침투하지 않도록, 상기 칩 커버(277) 전단부의 외주면에는 밀봉을 위한 오링이 탑재된다.
칩 커버(277)에는 축선(CX2)을 따라 중공이 형성되어 있고, 상기 중공의 전단부 내주면에는 암형 스크류 패턴(279)이 형성되어 있다. 콜렛 척(200)을 작동하기 앞서서 상기 절삭된 칩이 칩 커버(277)의 중공을 통해 내부로 침투하지 않도록 상기 암형 스크류 패턴(279)에 무두 볼트(headless bolt)(미도시)가 체결된다. 콜렛 척(200)을 검사하거나 수리하기 위하여 칩 커버(277)를 복수의 콜렛 핑거(255) 내측에서 뽑아내고자 할 때 상기 무두 볼트를 대신하여 암형 스크류 패턴(279)에 칩 커버 분리용 결합 부재를 결합하고 X축 양(+)의 방향과 평행하게 잡아 당겨서 칩 커버(277)를 콜렛(250)에서 분리하여 빼낼 수 있다.
척 보디(220)의 중공(221)의 전단부 내주면에도 암형 스크류 패턴(239)이 형성되어 있다. 아버 베이스(240)와 콜렛 베이스(251)에는 상기 축선(CX2)을 따라 중공이 형성되어 있다. 칩 커버(277)가 콜렛(250)에 결합 고정되기 앞서서 상기 척 보디(220)의 암형 스크류 패턴(239)에도 무두 볼트(미도시)가 체결된다. 한편, 콜렛 척(200)을 분해할 때에는 상기 칩 커버(277)와 콜렛(250)을 X축 양(+)의 방향과 평행하게 당겨서 빼낸 후에, 상기 무두 볼트를 대신하여 암형 스크류 패턴(239)에 척 보디 분리용 결합 부재를 결합하고 X축 양(+)의 방향과 평행하게 잡아 당겨서 척 보디(220)를 척 슬리브(210)와 척 아답터(201)에서 분리할 수 있다.
척 아답터(201), 척 보디(220), 및 핀 홀더(260) 내부에는 상기 콜렛 척(200)의 외부에서 가압된 고압의 공기를 복수의 핀 탑재 홈(264)으로 유도하는 공기 유로(206, 230, 266, 267)가 형성된다. 척 아답터(201) 내부에 형성된 척 아답터 공기 유로(206)와, 척 보디(220) 내부에 형성된 제1 척 보디 공기 유로(230)와, 핀 홀더(260) 내부에 형성된 제1 및 제2 핀 홀더 공기 유로(266, 267)는 공기 유동 가능하게 서로 이어진다.
상기 제1 핀 홀더 공기 유로(266)는 12개의 핀 탑재 홈(264) 중에서 하나 건너 하나씩 6개의 핀 탑재 홈(264)의 바닥면까지 공기 유동 가능하게 연장된다. 상기 제2 핀 홀더 공기 유로(267)는 제1 핀 홀더 공기 유로(266)에서 분기(分岐)되어 상기 제1 핀 홀더 공기 유로(266)와 이어지지 않은 나머지 6개의 핀 탑재 홈(264)의 바닥면까지 공기 유동 가능하게 연장된다. 참조 번호 268은 제1 핀 홀더 공기 유로(266)에서 제2 핀 홀더 공기 유로(267)가 분기되는 지점을 가리킨다. 따라서, 척 아답터(201)의 배면에 마련된 척 아답터 공기 유로(206)의 입구를 통해 상기 고압 공기 공급 유닛(미도시)에서 공급되는 고압의 공기가 콜렛 척(200) 내부로 유입되고, 상기 공기 유로(206, 230, 266, 267)를 통해 12개의 핀 탑재 홈(264)으로 배출된다.
콜렛 척(200)에는 상기 콜렛 척(200)의 외부에서 가압된 공기를 핀 탑재 홈(264)으로 유도하는 공기 유로(206, 230, 266, 267) 중 일부에서 분기(分岐)된 다른 공기 유로(231, 283)가 형성된다. 구체적으로, 척 보디(220) 내부에는 제1 척 보디 공기 유로(230)에서 분기(分岐)되어 환형 돌기부(226)의 전단(前端)까지 연장된 제2 척 보디 공기 유로(231)가 형성된다. 로케이터(280)의 내부에는 상기 제2 척 보디 공기 유로(231) 및 접촉 감지 홀(285)과 공기 유동 가능하게 이어지는 로케이터 공기 유로(283)가 형성된다. 참조 번호 232은 제1 척 보디 공기 유로(230)에서 제2 척 보디 공기 유로(231)가 분기되는 지점을 가리킨다. 따라서, 상기 고압 공기 공급 유닛에서 콜렛 척(200) 내부로 공급된 고압의 공기는 상기한 분기된 공기 유로(231, 283)과 3개의 접촉 감지 홀(285)을 통해 로케이터(280)의 전방으로 토출된다.
이하에서, 상기 콜렛 척(200)의 동작을 설명한다. 작업자 또는 자동화된 로봇(robot)의 암(arm)은 상기 중공 환부(4)의 돌출된 말단(7)(도 4 참조)이 후방을 향하도록 디스크형 제품(2)을 잡고, 상기 중공 환부(4)가 복수의 콜렛 핑거(255)의 전단부(257) 내측에 끼워지도록 상기 디스크형 제품(2)을 정렬하고 후방으로 민다. 도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이 디스크형 제품(2)의 중간 돌출부(16)가 로케이터(280)의 전면에 접촉된 상태에서, 선반(미도시)의 샤프트(미도시)가 전방으로 이동하여 이에 연결된 척 슬리브(210)와 상기 척 슬리브(210)에 고정 결합된 아버(240)가 척 아답터(201) 및 척 보디(220)에 대해 전진하면, 복수의 콜렛 핑거(255)의 전단부(257)가 아버(240)의 테이퍼 내주면(247)에 밀려 오므려지면서 복수의 콜렛 핑거(255)의 전단부(257)의 내측면(258)이 상기 중공 환부(4)의 외주면(6)(도 4 참조)에 마찰 밀착되어 디스크형 제품(2)이 콜렛(250)에 고정된다.
디스크형 제품(2)이 콜렛(250)에 고정된 직후 또는 이와 거의 동시에 상기 고압 공기 공급 유닛을 통해 콜렛 척(200) 내부의 공기 유로(206, 230, 231, 266, 267, 283)로 고압의 공기가 유입되면 복수의 외주부 지지 핀(270)이 공압에 의해 복수의 핀 탑재 홈(264)으로부터 전방으로 돌출하여 복수의 핀 로드(271)의 말단이 디스크형 제품(2)의 외주부(11), 구체적으로는 중공 환부(4)가 돌출된 방향과 같은 방향을 보고 있는 외주부 외측면(12)을 지지한다. 이때, 복수의 스프링(275)은 복수의 외주부 지지 핀(270)이 너무 강하고 빠른 속도로 디스크형 제품(2)의 외주부 외측면(12)에 충돌하여 디스크형 제품(2) 또는 외주부 지지 핀(270)에 손상이 발생하지 않도록 상기 외주부 지지 핀(270)이 돌출되는 방향과 반대되는 방향으로 탄성력을 제공한다.
상기 로케이터(280)의 전면에 디스크형 제품(2)이 정확하게 접촉 지지된 상태이면 상기 3개의 접촉 감지 홀(285)이 폐쇄되어서 상기 콜렛 척(200) 내부로 유입된 고압의 공기가 3개의 접촉 감지 홀(285) 중 적어도 하나를 통해서 전방으로 방출되지 않는다. 이 경우에는 접촉 양호인 것으로 판정되지만, 상기 3개의 접촉 감지 홀(285) 중 적어도 하나를 통해서 전방으로 고압의 공기가 유출되면 상술한 바와 같이 접촉 불량으로 판정된다.
콜렛(200)에 의해 중공 환부(4)가 고정되고, 복수의 외주부 지지 핀(270)에 의해 외주부(11)가 지지되며, 3개의 접촉 감지 홀(285) 중 어떤 것을 통해서도 전방으로 고압의 공기가 유출되지 않아서 접촉 양호로 판정되면, 콜렛 척(200)에 디스크형 제품(2)이 정확하게 척킹(chucking)된 것이다. 이처럼 디스크형 제품(2)이 콜렛 척(200)에 척킹되고, 고압 공기가 콜렛 척(200)의 내부로 계속 공급되는 상태에서 선반(미도시)의 스핀들(미도시)이 고속 회전하면, 그 회전력에 의해 척 아답터(201), 척 보디(220), 콜렛(250), 핀 홀더(260), 로케이터(280), 및 칩 커버(277)가 고속 회전하고, 콜렛 척(200)에 척킹된 디스크형 제품(2)도 축선(CX2)을 중심으로 고속 회전한다.
상기 디스크형 제품(2)이 고속 회전하는 중에 적절한 공구(미도시)를 적용하여 중공 환부(4)의 내주면(5)을 절삭 가공하거나 연마 가공할 수 있다. 뿐만 아니라 또 다른 공구를 적용하여 상기 외주부 외측면(12)의 반대 측면인 외주부 내측면(13)과 외주부(11)의 외주 모서리(14)도 절삭 가공하거나 연마 가공할 수 있다. 상술한 바와 같이 콜렛 척(200)에 의해 디스크형 제품(2)의 중공 환부(4), 외주부(11), 및 상기 중간 돌출부(16)가 지지되고 있어서, 디스크형 제품(2)이 절삭 가공 또는 연마 가공 중에 진동하지 않는다. 따라서, 디스크형 제품(2)을 정밀하게 절삭 가공하거나 연마할 수 있다.
상기 콜렛 척(200)에 고정된 상태로 디스크형 제품(2)에 할 수 있는 가공을 다 마친 후에 선반의 스핀들의 회전이 정지되고, 콜렛 척(200) 내부로 고압 공기의 투입을 중단하면 복수의 스프링(275)의 탄성 복원력에 의해 복수의 외주부 지지 핀(270)이 디스크형 제품(2)의 외주부(11)에서 이격되는 방향으로 후퇴한다. 그리고, 상기 선반의 샤프트가 다시 후방으로 이동하여 이에 연결된 척 슬리브(210)가 도 9 및 도 10에 도시된 것처럼 다시 후방으로 이동하면, 복수의 콜렛 핑거(255)가 벌어지면서 상기 중공 환부(4)의 외주면(6)에서 이격된다. 이처럼 척킹(chucking)이 해제된 디스크형 제품(2)은 작업자의 손에 의해 또는 로봇에 의해 상기 콜렛 척(200)에서 빼내어져 소정의 장소에 적재된다.
이상에서 설명한 디스크형 제품 고정용 콜렛 척(120, 200)은, 디스크형 제품(2)의 중공(3) 주변의 중심부(4)를 마찰 고정하는 콜렛(150, 250) 외에 상기 디스크형 제품(2)의 외주부(11)를 접촉 지지하는 복수의 외주부 지지 핀(157, 270)을 더 구비한다. 따라서, 디스크형 제품(2)을 가공할 때 상기 디스크형 제품(2)의 중심부(4)를 고정할 뿐만 아니라 외주부(11)도 진동하지 않게 안정적으로 지지되어서, 상기 디스크형 제품(2)의 중심부(4)뿐만 아니라 외주부(11)와 외주 모서리(14)까지도 고도로 정밀하게 가공할 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.
2: 디스크형 제품 4: 중공 환부
120: 콜렛 척 121: 척 아답터
130: 척 슬리브 135: 척 보디
145: 아버 150: 콜렛
157: 외주부 지지 핀 160: 핀 홀더
170: 핀 스토퍼 173: 로케이터

Claims (1)

  1. 중공(中孔)이 형성된 디스크형 제품을 착탈 가능하게 고정하도록 선반(lathe)에 설치된 것으로,
    척 보디(chuck body); 상기 척 보디에 대해 전후 방향으로 이동 가능한 척 슬리브(chuck sleeve); 상기 척 슬리브의 전방에 배치되고 상기 척 슬리브에 고정 결합된 아버(arbor); 콜렛 베이스(base)와, 상기 콜렛 베이스에서 전방으로 돌출되어 상기 아버의 외주면과 대면(對面)하는 복수의 콜렛 핑거(finger)를 구비한 콜렛(collet); 상기 척 보디에 고정되고, 복수의 핀 탑재 홈(groove)이 형성된 핀 홀더(pin holder); 및, 상기 핀 홀더에 대해 전후 방향으로 이동 가능하게 상기 복수의 핀 탑재 홈에 삽입 설치되며, 상기 핀 홀더에 대해 전방으로 돌출되어 상기 디스크형 제품의 외주부를 접촉 지지하는 복수의 외주부 지지 핀(pin);을 구비하고,
    상기 디스크형 제품의 중공에 상기 복수의 콜렛 핑거의 전단부가 끼워진 상태로 상기 척 슬리브 및 이에 고정된 아버가 상기 척 보디에 대해 후진하면, 상기 복수의 콜렛 핑거 전단부가 상기 아버의 외주면에 밀려 벌어지면서 상기 디스크형 제품의 중공의 내주면에 밀착되어 상기 디스크형 제품이 상기 콜렛에 고정되는 것을 특징으로 하는 디스크형 제품 고정용 콜렛 척(chuck).
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