WO2016099119A1

WO2016099119A1 - 공작 기계의 전기 구동 장치 및 방법

Info

Publication number: WO2016099119A1
Application number: PCT/KR2015/013736
Authority: WO
Inventors: 장정환; 장대규
Original assignee: 동아대학교 산학협력단
Priority date: 2014-12-15
Filing date: 2015-12-15
Publication date: 2016-06-23
Also published as: KR101639688B1; KR20160072569A

Abstract

본 발명은 클러치와 감속 기어 유닛을 이용하여 모터의 동력을 실린더와 스핀들에 선택적으로 전달함으로써 하나의 전기 구동부를 이용하여 선반 작업이 가능한 공작 기계의 전기 구동 장치 및 방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 공작 기계의 전기 구동 장치는, 공작기계의 본체에 고정되게 설치되는 고정부(10)와, 모터(미도시)와 연결되어 회전력을 전달받는 구동축(20)과, 상기 고정부(10)에 회전 가능하게 설치되는 통형상의 스핀들(30)과, 상기 스핀들(30)의 내측에 설치되며 선기어(41)와 유성기어(42)와 링기어(43) 및 캐리어(44)로 구성된 감속기어유닛과, 상기 감속기어유닛 중 캐리어(44)의 중심부에 고정되게 설치되는 실린더(50)와, 상기 실린더(50)의 내측에 실린더(50)의 회전에 의해 축방향으로 직선 운동하도록 수용된 드로우바(60)와, 상기 스핀들(30)의 후방부에 스핀들(30)의 축방향을 따라 슬라이딩 가능하게 설치되어 스핀들(30)을 구동축(20)과 고정부(10) 중 어느 하나에 선택적으로 연결하는 클러치커플러(70)와, 상기 클러치커플러(70)를 스핀들(30)의 축방향으로 왕복 이동시키는 클러치구동부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

공작 기계의 전기 구동 장치 및 방법

본 발명은 공작 기계의 전기 구동 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 공작물을 가공하는 선반에서 모터의 동력을 클러치와 감속기어유닛을 이용하여 척을 구동하기 위한 실린더와 스핀들에 선택적으로 전달할 수 있도록 한 공작 기계의 전기 구동 장치 및 방법에 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 실린더, 그리고 실린더와 척, 피가공물을 회전시키는 스핀들로 구성되어 있다.

종래의 선반은 실린더와 스핀들을 구동하기 위해 각각의 독립된 구동 시스템을 필요로 하는데, 주로 실린더는 유압 시스템이, 스핀들은 전기시스템이 적용되어 왔다. 유압식으로 작동되는 종래의 실린더는 설치가 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 실린더와 스핀들은 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.

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 클러치와 감속 기어 유닛을 이용하여 모터의 동력을 실린더와 스핀들에 선택적으로 전달함으로써 하나의 전기 구동부를 이용하여 선반 작업이 가능한 공작 기계의 전기 구동 장치 및 방법을 제공함에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 공작 기계의 전기 구동 장치는, 공작기계의 본체에 고정되게 설치되는 고정부와; 모터와 연결되어 회전력을 전달받는 구동축과; 상기 고정부에 회전 가능하게 설치되는 통형상의 스핀들과; 상기 스핀들의 내측에서 상기 구동축에 결합되어 상기 구동축의 회전력을 감속하여 전달할 수 있도록 구성된 감속기어유닛과; 상기 감속기어유닛의 중심부에 고정되게 설치되어 감속기어유닛으로부터 회전력을 전달받으며, 내주면에 암나사산이 형성되어 있는 실린더와; 상기 실린더의 암나사산과 나선 결합되는 수나사산이 외주면에 형성되어 상기 실린더의 내측에 수용되게 설치되며, 상기 스핀들에 대해 축방향으로의 직선 운동은 가능하지만 상대 회전 운동은 불가능하게 연결되는 드로우바와; 상기 스핀들의 후방부에 스핀들의 축방향을 따라 슬라이딩 가능하게 설치되어 스핀들을 구동축과 고정부 중 어느 하나에 선택적으로 연결하는 클러치커플러와; 상기 클러치커플러를 스핀들의 축방향으로 왕복 이동시키는 클러치구동부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명의 전기 구동 장치를 이용한 공작 기계의 전기 구동 방법은, 클러치구동부가 클러치커플러를 일방향으로 이동시켜 클러치커플러가 스핀들과 고정부를 결속하는 단계; 상기 구동축이 모터로부터 동력을 전달받아 회전하여, 선기어와 유성기어 및 캐리어를 회전시켜 실린더를 회전시키는 단계; 상기 실린더의 회전에 의해 드로우바를 축방향으로 정해진 거리만큼 후진시키는 단계; 클러치구동부가 클러치커플러를 이전과는 반대 방향으로 이동시켜 클러치커플러가 스핀들과 구동축을 결속하는 단계; 구동축이 모터로부터 동력을 전달받아 회전하여, 스핀들과 드로우바를 회전시키면서 피가공물을 가공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 하나의 모터를 이용하여 실린더와 스핀들을 구동할 수 있으므로 구동 장치의 구조를 단순화할 수 있으며, 전체 크기를 축소할 수 있는 효과가 있다.

또한 실린더의 회전에 의해 드로우바의 축방향 이동 거리를 미세하게 조절할 수 있을 뿐만 아니라 클램핑력에 대한 정밀 제어가 용이한 효과도 있다.

그리고, 모터는 항상 최고 효율점에서 운전하게 되므로 시스템의 효율을 향상시킬 수 있다.

또한 드로우바와 실린더 간에 상대속도가 발생하지 않기 때문에 구조적인 잠금(locking) 기능으로 인해 스핀들의 회전 중 원심력에 의해 드로우바가 전진할 수 없으므로 클램핑력이 약화되지 않고 원심력과 무관하게 최초 클램핑력을 유지할 수 있는 효과도 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 공작 기계의 전기 구동 장치를 나타낸 절개 사시도이다.

도 2는 도 1의 전기 구동 장치의 단면도이다.

도 3은 도 1의 전기 구동 장치의 감속기어유닛을 나타낸 정면도이다.

도 4는 도 1의 전기 구동 장치의 스핀들과 드로우바를 나타낸 분해 사시도이다.

도 5는 도 1의 전기 구동 장치의 실린더와 드로우바를 나타낸 절개 사시도이다.

도 6 내지 도 8은 도 1의 전기 구동 장치의 클러치 커플러의 구성 및 작동을 나타낸 절개 사시도이다.

도 9는 도 1의 전기 구동 장치의 클러치 온(on) 상태를 나타낸 단면도이다.

도 10은 도 1의 전기 구동 장치의 클러치 오프(off) 상태를 나타낸 단면도이다.

도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 공작 기계의 전기 구동 장치를 나타낸 것으로, 실린더와 드로우바를 확대하여 나타낸 단면도이다.

도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 공작 기계의 전기 구동 장치를 나타낸 것으로, 감속기어유닛의 정면도이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 공작 기계의 전기 구동 장치 및 방법의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 1 내지 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 공작 기계의 전기 구동 장치를 나타낸 도면들이다.

먼저 도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 공작 기계의 전기 구동 장치는, 공작기계의 본체에 고정되게 설치되는 고정부(10)와, 모터(미도시)와 연결되어 회전력을 전달받는 구동축(20)과, 상기 고정부(10)에 회전 가능하게 설치되는 통형상의 스핀들(30)과, 상기 스핀들(30)의 내측에 설치된 감속기어유닛과, 상기 감속기어유닛 중 캐리어(44)의 중심부에 고정되게 설치되는 실린더(50)와, 상기 실린더(50)의 내측에 실린더(50)의 회전에 의해 축방향으로 직선 운동하도록 수용된 드로우바(60)와, 상기 스핀들(30)의 후방부에 스핀들(30)의 축방향을 따라 슬라이딩 가능하게 설치되어 스핀들(30)을 구동축(20)과 고정부(10) 중 어느 하나에 선택적으로 연결하는 클러치커플러(70)와, 상기 클러치커플러(70)를 스핀들(30)의 축방향으로 왕복 이동시키는 클러치구동부(미도시)를 포함한 구성으로 이루어진다.

도 2 및 도 3에 도시한 것과 같이, 상기 감속기어유닛은 유성기어세트를 이용하여 구성되는데, 상기 스핀들(30)의 내측에서 상기 구동축(20)에 결합되어 회전하는 선기어(41)와, 상기 스핀들(30)의 내측면에 고정되게 설치되는 링기어(43)와, 상기 선기어(41)와 링기어(43) 사이에서 선기어(41) 및 링기어(43)에 치합되게 설치되어 선기어(41)의 회전력을 전달받아 링기어(43)의 원주방향으로 회전 운동하는 복수개의 유성기어(42)와, 상기 복수개의 유성기어(42)에 연결되어 유성기어(42)와 함께 일방향으로 회전 운동하는 캐리어(44)를 포함한 구성으로 이루어진다.

상기 고정부(10)는 후단부 및 전단부가 개방된 원통형으로 되어 선반 기계 등의 공작기계 본체(미도시)에 고정되게 설치된다. 상기 고정부(10)의 후단부에는 상기 클러치커플러(70)에 형성된 제2커플링부(72)와 맞물리면서 결합되는 기어이 형태의 제2연결부(11)가 형성되어 있다.

상기 구동축(20)은 모터(미도시)와 직결되거나 동력전달기구를 통해 간접적으로 연결되어 모터의 동력을 전달받아 회전한다. 상기 구동축(20)의 외주부에는 상기 클러치커플러(70)에 형성된 제1커플링부(71)와 맞물리면서 결합되는 기어이 형태의 제1연결부(21)가 형성되어 있다. 상기 구동축(20)의 전방부는 상기 고정부(10) 및 스핀들(30)의 후방에 형성된 개구부를 통과하도록 설치되며, 구동축(20)의 전단부에는 감속기어유닛의 선기어(41)가 결합된다. 따라서 모터에 의해 구동축(20)이 회전하게 되면, 선기어(41)가 구동축(20)과 함께 회전하게 된다. 이 실시예에서 상기 구동축(20)은 속이 빈 중공의 원통체로 된 것으로 도시되었지만, 이와 다르게 속이 채워진 중실 구조의 원통체로 이루어질 수도 있다.

상기 스핀들(30)은 중공의 원통 형상으로 되어 상기 고정부(10)의 내측에 동축상으로 배치되며, 고정부(10)에 대해 회전 운동 가능하게 구성된다. 상기 고정부(10)의 내주면과 스핀들(30)의 외주면 사이에는 고정부(10)에 대해 스핀들(30)을 회전 가능하게 지지하기 위한 복수개의 베어링(33)이 설치된다. 상기 스핀들(30)의 내부에는 상기 감속기어유닛을 구성하는 선기어(41)와 유성기어(42)와 링기어(43) 및 캐리어(44)와, 실린더(50)가 설치된다. 상기 스핀들(30)의 전단부에는 피가공물을 고정하는 척이 설치되는 척 하우징(80)이 결합된다.

상기 실린더(50)는 중공의 원통형으로 되어 상기 스핀들(30)과 동축상으로 배치되며, 후단부가 상기 캐리어(44)의 중심부에 고정되게 설치되어 캐리어(44)와 함께 회전 운동한다. 상기 실린더(50)의 내주면에는 암나사산(51)이 형성되어 있다. 상기 실린더(50)의 전단부 외주면과 스핀들(30)의 전단부 내주면 사이에는 스핀들(30)에 대해 실린더(50)를 상대 회전 가능하게 지지하기 위한 베어링(55)이 설치되어 있다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 상기 드로우바(60)는 중공의 원통형으로 되어 상기 실린더(50)의 내부에 수용되도록 설치되며, 외주면에는 상기 실린더(50)의 암나사산(51)과 나선 결합되는 수나사산(61)이 형성되어 있다. 그리고, 상기 드로우바(60)는 전단부가 상기 스핀들(30)의 전단부를 통해 외부로 연장되게 설치되며, 스핀들(30)에 대해 축방향으로의 직선 운동은 가능하지만 상대 회전 운동은 불가능하게 연결된다. 이를 위해 상기 스핀들(30)의 전단부에 상기 드로우바(60)를 향해 돌출된 적어도 1개 이상의 스플라인돌기(32)가 형성되고, 상기 드로우바(60)에는 상기 스플라인돌기(32)가 삽입되는 스플라인홈(62)이 드로우바(60)의 축방향을 따라 연장되게 형성되어, 상기 스플라인돌기(32)와 스플라인홈(62)에 의해 드로우바(60)가 스핀들(30)에 대해 축방향으로의 직선 이동은 가능하고 상대 회전은 불가능하게 연결된다. 이 실시예에서 상기 드로우바(60)는 속이 빈 중공의 원통체로 된 것으로 도시되었지만, 이와 다르게 속이 채워진 중실 구조의 원통체로 이루어질 수도 있다.

상기 클러치커플러(70)는 상기 스핀들(30)의 후방부에 스핀들(30)의 축방향을 따라 슬라이딩 가능하게 설치되어 스핀들(30)을 구동축(20)과 고정부(10) 중 어느 하나에 선택적으로 연결하도록 구성된다. 도 6 내지 도 8을 참조하면, 상기 클러치커플러(70)는 링형태로 이루어지며, 후방부에는 상기 구동축(20)의 제1연결부(21)와 맞물리면서 결합되는 기어이 형태의 제1커플링부(71)가 형성되어 있고, 전방부에는 상기 고정부(10)의 제2연결부(11)와 맞물리면서 결합되는 기어이 형태의 제2커플링부(72)가 형성되어 있다.

그리고, 상기 스핀들(30)의 후단부 외주면에는 기어이 형태로 된 제1세레이션부(31)가 형성되고, 상기 클러치커플러(70)의 내주면에는 상기 제1세레이션부(31)와 치합되어 제1세레이션부(31)에 대해 축방향으로의 상대 이동은 허용하되 원주방향으로의 상대 회전은 허용하지 않는 기어이 형태의 제2세레이션부(73)가 형성된다. 따라서 클러치구동부(미도시)에 의해 클러치커플러(70)에 축방향으로 힘이 가해지면, 클러치커플러(70)의 제2세레이션부(73)가 스핀들(30)의 제1세레이션부(31)에 대해 슬라이딩하여 이동하게 되고, 제1세레이션부(31)와 제2세레이션부(73) 간의 결합에 의해 클러치커플러(70)와 스핀들(30)은 상대 회전 운동이 제한된다.

상기 클러치구동부는 도면에 도시하지는 않았으나 외부에서 전원이 인가됨에 따라 클러치커플러(70)에 축방향으로 힘을 가하여 클러치커플러(70)를 축방향으로 이동시킬 수 있는 솔레노이드 방식의 구동기, 또는 공압이나 유압의 인가에 따라 동작하는 공압실린더 또는, 전기력에 의해 선형 운동을 발생시키는 리니어모터 등 공지의 다양한 선형운동장치를 이용하여 구성될 수 있다.

다음으로 도 9 및 도 10을 참조하여 상기 실시예에 따른 전기 구동 장치의 구동 방법을 상세히 설명한다.

먼저 도 9를 참조하면, 클러치구동부(미도시)에 전원이 인가되거나 공압이 인가되어 클러치 온(on) 상태가 되면 클러치커플러(70)가 스핀들(30)의 후방에서 전방으로(도면상 우측으로) 이동하여 고정부(10)의 후방면에 연접하게 된다. 이 때 클러치커플러(70) 전방의 제2커플링부(72)가 상기 고정부(10)의 제2연결부(11)와 맞물리면서 결합되어, 스핀들(30)이 고정부(10)에 결속되어 회전이 제한된다.

이 상태에서 모터(미도시)가 작동하면 구동축(20)이 모터로부터 동력을 전달받아 회전하게 되고, 선기어(41)가 회전하게 된다. 이 때 스핀들(30)이 고정부(10)에 구속된 상태이므로 링기어(43)는 고정 상태에 있고, 유성기어(42)가 선기어(41)의 회전력을 전달받아 링기어(43)의 외주면을 따라 감속되어 회전하게 된다.

상기 유성기어(42)가 감속 회전함에 따라 유성기어(42)들과 결합되어 있는 캐리어(44)가 회전하게 되고, 실린더(50)가 회전하게 된다. 이 때, 상기 드로우바(60)는 외주면에 형성된 수나사산(61)이 실린더(50)의 암나사산(51)과 나선 결합되어 있고, 전단부가 고정 상태의 스핀들(30)에 상대 회전은 불가능하게 연결되어 있기 때문에 실린더(50)의 회전에 의해 드로우바(60)는 축방향으로 후진(도면상 좌측방향으로 선형 이동)하게 된다.

도면에 도시하지는 않았으나 상기 드로우바(60)는 척의 조(jaw)와 연결되어 드로우바(60)의 후진에 의해 척의 조(jaw)가 오므려지면서 피가공물을 파지하게 된다.

상기와 같이 스핀들(30)이 클러치커플러(70)에 의해 고정부(10)에 결속된 상태에서 실린더(50)가 회전하여 드로우바(60)가 후진하면서 피가공물을 파지하면, 도 10에 도시한 것과 같이 클러치 오프(off) 상태로 되어 클러치커플러(70)가 후방으로 이동하게 된다.

상기 클러치커플러(70)가 스핀들(30)의 후방부를 따라 후방으로 이동하여 제1커플링부(71)가 구동축(20)의 제1연결부(21)와 맞물리면서 결합되고, 고정부(10)와는 이격된다.

이 상태에서 모터가 작동하여 구동축(20)이 회전하게 되면, 구동축(20)과 스핀들(30)이 함께 회전하게 된다. 이 때 유성기어(42) 및 캐리어(44)는 스핀들(30)에 결합되어 있는 링기어(43)와 구동축(20)의 선기어(41)와 직결되므로 스핀들(30) 및 선기어(41)와 함께 동일한 회전속도로 고속 회전하게 된다.

그러므로 구동축(20)이 회전함에 따라 캐리어(44)와 연결된 실린더(50) 및 스핀들(30)의 전단부에 연결되어 있는 드로우바(60)와 척하우징(80)이 함께 고속으로 회전하면서 피가공물의 가공이 이루어지게 된다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 하나의 모터로 드로우바(60)의 축방향 이동과 스핀들(30)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 장치는 드로우바(60)와 실린더(50) 간에 상대속도가 발생하지 않기 때문에 스핀들(30)의 회전 중 원심력에 의해 드로우바(60)가 전진할 수 없으므로 클램핑력이 약화되는 현상은 발생하지 않는다. 다시 말해서, 스핀들(30)과 드로우바(60)가 고속으로 회전하면서 피가공물을 가공할 때 척의 조(jaw)에서 발생하는 원심력은 조(jaw)를 벌어지게 하여 클램핑력을 줄이게 되는데, 본 발명의 전기 구동 장치는 상기 조(jaw)와 연결된 드로우바(60)가 스핀들(30)과 스플라인 구조로 연결되어 링기어(43)와 동일한 속도로만 회전하게 되어 있고, 실린더(50)는 캐리어(44)의 중심에 연결되어 캐리어(44)와 동일한 속도로만 회전하게 되어 있다. 이 때 캐리어(44)는 유성기어(42)를 통해 링기어(43)와 직결되어 있으므로 동일한 속도로 회전하게 되므로 드로우바(60)가 원심력에 의해 도면상 우측으로(전방으로) 밀릴 수 없도록 구조적으로 잠금된(locked) 상태이다. 따라서, 드로우바(60)가 구조적으로 잠금되어 고속 회전에도 척의 조(jaw)가 벌어지지 않고 안정된 클램핑력을 제공할 수 있게 된다.

한편 전술한 실시예에서는 상기 실린더(50)의 내주면에 암나사산(51)이 형성되고, 드로우바(60)의 외주면에 암나사산(51)과 나선결합하는 수나사산(61)이 형성되어 실린더(50)의 회전에 의해 드로우바(60)가 축방향으로 이동할 수 있도록 구성되었는데, 상기 실린더(50)의 암나사산(51)과 드로우바(60)의 수나사산(61)의 골 사이에 다수개의 순환하는 볼(56)(recirculating ball)을 구성하여 실린더(50)의 회전에 의해 드로우바(60)가 더욱 부드럽고 원활하게 축방향으로 이동하게 할 수도 있을 것이다.

또한 전술한 실시예에서는 감속기어유닛으로 유성기어세트를 이용하였지만, 도 12에 도시된 것과 같은 하모닉 드라이브(harmonic drive)를 이용하여 구성할 수도 있다. 도 12에 도시한 것과 같이, 하모닉 드라이브(harmonic drive)를 이용하여 구성한 감속기어유닛은, 상기 스핀들(30)의 내측에서 상기 구동축(20)에 결합되어 회전하는 타원형의 캠(142)과 상기 캠(142)의 외주에 끼워지는 볼베어링(143)으로 이루어진 웨이브 제네레이터(141)(wave generator)와, 상기 스핀들(30)의 내측면에 고정되게 설치되며 내주면에 원주방향을 따라 기어이가 형성되어 있는 링형태의 서큘러 스플라인(144)(circular spline)과, 상기 웨이브 제네레이터(141)의 외면에 끼워지며 외주면에 상기 서큘러 스플라인(144)과 맞물리는 기어이가 형성되어 있고 중심부는 상기 실린더(50)와 결합되는 플렉스 스플라인(145)(flex. spline)을 포함한 구성으로 이루어진다.

따라서 클러치커플러(70)가 스핀들(30)의 후방에서 전방으로 이동하여 스핀들(30)과 고정부(10)를 결속한 상태에서 상기 구동축(2)과 연결된 캠(142)이 회전하게 되면 플렉스 스플라인(145)은 웨이브 제네레이터(141)의 회전에 의해 타원형으로 변형하여 타원의 장축 부분에서 서큘러 스플라인(144)의 기어이와 맞물리게 되고, 단축부분에서는 기어이가 서로 떨어진 상태를 유지하게 된다. 서큘러 스플라인(144)을 고정한 상태에서 웨이브 제네레이터(141)를 도면상 시계방향으로 회전시키면 플렉스 스플라인(145)은 탄성변형하게 되고, 서큘러 스플라인(144)과 맞물리는 기어이의 위치는 순차적으로 이동한다. 웨이브 제네레이터(141)가 완전히 일회전하게 되면 플렉스 스플라인(145)은 서큘러 스플라인(144)과의 잇수차이만큼 반대방향으로 서행회전하게 되므로 감속된 회전력을 얻을 수 있게 된다.

또한 클러치커플러(70)가 이전과는 반대로 이동하여 클러치커플러(70)가 스핀들(30)과 구동축(20)을 결속한 상태에서 구동축(20)이 스핀들(30)을 회전시키게 되면, 서큘러 스플라인(144)과 플렉스 스플라인(145)과 웨이브 제네레이터(141)가 서로 직결되어 구동축(20) 및 스핀들(30)과 함께 고속으로 회전하게 된다.

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.

본 발명은 공작물을 가공하는 공작기계에 적용할 수 있다.

Claims

공작기계의 본체에 고정되게 설치되는 고정부(10)와;

모터와 연결되어 회전력을 전달받는 구동축(20)과;

상기 고정부(10)에 회전 가능하게 설치되는 통형상의 스핀들(30)과;

상기 스핀들(30)의 내측에서 상기 구동축(20)에 결합되어 상기 구동축(20)의 회전력을 감속하여 전달할 수 있도록 구성된 감속기어유닛과;

상기 감속기어유닛의 중심부에 고정되게 설치되어 감속기어유닛으로부터 회전력을 전달받으며, 내주면에 암나사산(51)이 형성되어 있는 실린더(50)와;

상기 실린더(50)의 암나사산(51)과 나선 결합되는 수나사산(61)이 외주면에 형성되어 상기 실린더(50)의 내측에 수용되게 설치되며, 상기 스핀들(30)에 대해 축방향으로의 직선 운동은 가능하지만 상대 회전 운동은 불가능하게 연결되는 드로우바(60)와;

상기 스핀들(30)의 후방부에 스핀들(30)의 축방향을 따라 슬라이딩 가능하게 설치되어 스핀들(30)을 구동축(20)과 고정부(10) 중 어느 하나에 선택적으로 연결하는 클러치커플러(70)와;

상기 클러치커플러(70)를 스핀들(30)의 축방향으로 왕복 이동시키는 클러치구동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 공작 기계의 전기 구동 장치.
제1항에 있어서, 상기 감속기어유닛은, 상기 스핀들(30)의 내측에서 상기 구동축(20)에 결합되어 회전하는 선기어(41)와, 상기 스핀들(30)의 내측면에 고정되게 설치되는 링기어(43)와, 상기 선기어(41)와 링기어(43) 사이에서 선기어(41) 및 링기어(43)에 치합되게 설치되어 선기어(41)의 회전력을 전달받아 링기어(43)의 원주방향으로 회전 운동하는 복수개의 유성기어(42)와, 상기 복수개의 유성기어(42)에 연결되어 유성기어(42)와 함께 일방향으로 회전 운동하며 중심부에 상기 실린더(50)가 고정되게 설치된 캐리어(44)를 포함하는 유성기어세트인 것을 특징으로 하는 공작 기계의 전기 구동 장치.
제1항에 있어서, 상기 감속기어유닛은, 상기 스핀들(30)의 내측에서 상기 구동축(20)에 결합되어 회전하는 타원형의 캠(142)과 상기 캠(142)의 외주에 끼워지는 볼베어링(143)으로 이루어진 웨이브 제네레이터(141)(wave generator)과, 상기 스핀들(30)의 내측면에 고정되게 설치되며 내주면에 원주방향을 따라 기어이가 형성되어 있는 링형태의 서큘러 스플라인(144)(circular spline)과, 상기 웨이브 제네레이터(141)의 외면에 끼워지며 외주면에 상기 서큘러 스플라인(144)과 맞물리는 기어이가 형성되어 있고 중심부는 상기 실린더(50)와 결합되는 플렉스 스플라인(145)(flex. spline)을 포함하는 하모닉 드라이브(harmonic drive)인 것을 특징으로 하는 공작 기계의 전기 구동 장치.
제1항에 있어서, 상기 클러치커플러(70)의 후단부 및 전단부 각각 기어이 형태로 된 제1커플링부(71) 및 제2커플링부(72)가 형성되고,

상기 구동축(20)에는 상기 제1커플링부(71)와 맞물리면서 결합되는 기어이 형태의 제1연결부(21)가 형성되며,

상기 고정부(10)의 후단부에 상기 제2커플링부(72)와 맞물리면서 결합되는 기어이 형태의 제2연결부(11)가 형성된 것을 특징으로 하는 공작 기계의 전기 구동 장치.
제1항에 있어서, 상기 스핀들(30)의 후단부 외주면에 기어이 형태로 된 제1세레이션부(31)가 형성되고, 상기 클러치커플러(70)의 내주면에는 상기 제1세레이션부(31)와 치합되어 제1세레이션부(31)에 대해 축방향으로의 상대 이동은 허용하되 원주방향으로의 상대 회전은 허용하지 않는 기어이 형태의 제2세레이션부(73)가 형성된 것을 특징으로 하는 공작 기계의 전기 구동 장치.
제1항에 있어서, 상기 스핀들(30)의 전단부에 상기 드로우바(60)를 향해 돌출된 적어도 1개 이상의 스플라인돌기(32)가 형성되고, 상기 드로우바(60)에는 상기 스플라인돌기(32)가 삽입되는 스플라인홈(62)이 드로우바(60)의 축방향을 따라 연장되게 형성되어, 상기 스플라인돌기(32)와 스플라인홈(62)에 의해 드로우바(60)가 스핀들(30)에 대해 축방향으로의 직선 이동은 가능하고 상대 회전은 불가능하게 연결된 것을 특징으로 하는 공작 기계의 전기 구동 장치.
제1항에 있어서, 상기 실린더(50)의 암나사산(51)과 드로우바(60)의 수나사산(61)의 골 사이에 다수개의 순환하는 볼(56)(recirculating ball)이 설치된 것을 특징으로 하는 공작 기계의 전기 구동 장치.
제1항에 있어서, 상기 스핀들(30)의 전단부에 피가공물을 고정하는 척이 설치되는 척 하우징(80)이 결합되며, 상기 드로우바(60)는 피가공물을 파지하는 척의 조(jaw)와 연결되어 드로우바(60)의 후진에 의해 척의 조(jaw)가 오므려지면서 파지되는 것을 특징으로 하는 공작 기계의 전기 구동 장치.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 전기 구동 장치를 이용한 구동 방법으로서,

클러치구동부가 클러치커플러(70)를 일방향으로 이동시켜 클러치커플러(70)가 스핀들(30)과 고정부(10)를 결속하는 단계;

상기 구동축(20)이 모터로부터 동력을 전달받아 회전하여, 감속기어유닛을 감속 회전시키는 단계;

상기 실린더(50)의 감속 회전에 의해 드로우바(60)를 축방향으로 정해진 거리만큼 후진시키는 단계;

클러치구동부가 클러치커플러(70)를 이전과는 반대 방향으로 이동시켜 클러치커플러(70)가 스핀들(30)과 구동축(20)을 결속하는 단계;

구동축(20)이 모터로부터 동력을 전달받아 회전하여, 스핀들(30)과 드로우바(60)를 회전시키면서 피가공물을 가공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 공작 기계의 전기 구동 방법.