WO2017126748A1 - 자동클러치 시스템을 포함한 전기구동 척킹시스템 - Google Patents

자동클러치 시스템을 포함한 전기구동 척킹시스템 Download PDF

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WO2017126748A1
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spindle
clutch
housing
axial direction
coupled
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PCT/KR2016/005272
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장정환
윤용선
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동아대학교 산학협력단
칸워크홀딩 주식회사
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Definitions

  • the present invention relates to a machine tool, and more particularly, to an electric drive chucking to selectively transmit the power of a motor driving a spindle in a lathe for processing a workpiece to a drawbar and a spindle for driving the chuck using a clutch mechanism. It's about the system.
  • a machine tool is composed of a workpiece and a processing tool, when one of them is fixed, the other is rotated to process the shape of the workpiece, which can be divided into a lathe and a mill according to the rotation.
  • the lathe is configured in such a way that the workpiece is rotated while the machining tool is stationary.
  • the lathe is a chuck that fixes the workpiece, a drawbar for driving the chuck, and a drawbar, the chuck, and a spindle for rotating the workpiece. Consists of.
  • the present invention is to solve the above problems, an object of the present invention by using a clutch mechanism to selectively transfer the power of the motor to the drawbar and the spindle for driving the chuck lathe work using one electric drive unit It is possible to provide an electrically driven chucking system.
  • An electric drive chucking system for achieving the above object includes a housing fixedly installed to a main body of a machine tool; A spindle in the form of a hollow tube rotatably installed relative to the housing inside the housing; A drive member installed to be relatively rotatable relative to the spindle outside the rear portion of the spindle; A spindle motor for rotating the drive member; Any one of the drive member and the housing is installed between the drive member and one end of the housing to be linearly axially moved on the outer surface of the spindle in the axial direction and is coupled to the drive member or coupled to the housing according to the moving direction.
  • a clutch member selectively connected to the clutch member;
  • a linear movement in the axial direction with respect to the spindle is possible but a relative rotational movement is not possible inside the spindle, so that the linear movement in the axial direction with respect to the spindle or the rotation with the spindle is possible, depending on the constraint of the spindle by the clutch member.
  • Drawbars Characterized in that it comprises a.
  • An electric drive chucking system includes a housing fixedly installed to a main body of a machine tool; A spindle in the form of a hollow tube rotatably installed relative to the housing inside the housing; A drive member rotatably installed outside the rear portion of the spindle; A motor for rotating the drive member; A drive shaft rotatably installed on the inside of the spindle, the rear end being fixed to the drive member to rotate together with the drive member, and the first screw thread spirally formed at the front end portion; A spline key fixed to the front of the spindle and having a spline groove formed in the axial direction of the spindle; A motion conversion shaft having a second screw thread spirally coupled to the first screw thread at a rear portion thereof, and a spline unevenness coupled to the spline groove of the spline key at the front portion thereof and moving in an axial direction along the spline groove; A draw bar fixedly mounted to the motion conversion shaft; A clutch coupler installed on
  • An electric drive chucking system includes a housing fixedly installed to a main body of a machine tool; A spindle in the form of a hollow tube rotatably installed relative to the housing inside the housing; A drive member installed to be relatively rotatable relative to the spindle outside the rear portion of the spindle; A spindle motor for rotating the drive member; Any one of the drive member and the housing is installed between the drive member and one end of the housing to be linearly axially moved on the outer surface of the spindle in the axial direction and is coupled to the drive member or coupled to the housing according to the moving direction.
  • a clutch member selectively connected to the clutch member;
  • a clutch driving unit for operating the clutch member;
  • a linear movement in the axial direction with respect to the spindle is possible but a relative rotational movement is not possible inside the spindle, so that the linear movement in the axial direction with respect to the spindle or the rotation with the spindle is possible, depending on the constraint of the spindle by the clutch member.
  • a drawbar An encoder for measuring the amount of rotation of the spindle; And encoder rotation means connected to the clutch member and the encoder to transmit the rotational force of the clutch member to the encoder when the clutch member rotates together with the spindle.
  • the configuration of the driving apparatus is simplified, and the overall size of the apparatus can be reduced. There is this.
  • the electric drive chucking system of the present invention since the relative speed does not occur between the draw bar and the spindle, the electric drive chucking system of the present invention has an advantage in that the clamping force is not weakened because the draw bar cannot be advanced by the centrifugal force during the rotation of the spindle.
  • the drawbar connected to the jaw is connected to the spindle and the spline structure, and the drawbar is centrifugal force because the male thread of the motion conversion adapter is spirally coupled to the female thread of the female screw cover. It is structurally locked so that it cannot be pushed forward by the. Therefore, the draw bar is structurally locked to provide stable clamping force without causing jaws to open even at high speeds.
  • FIG. 1 is a side view of an electrically driven chucking system according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cutaway perspective view of the electrically driven chucking system shown in FIG. 1.
  • FIG. 2 is a cutaway perspective view of the electrically driven chucking system shown in FIG. 1.
  • FIG. 3 and 4 are cross-sectional views of the electric drive chucking system shown in FIG. 1, FIG. 3 is in a clutch on state, and FIG. 4 is in a clutch off state.
  • FIG. 5 is a cutaway perspective view of the main components of the electric drive chucking system shown in FIG. 1;
  • FIG. 6 is a cutaway perspective view of an electrically driven chucking system according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 and 8 are cross-sectional views of the electric drive chucking system shown in FIG. 6, where FIG. 7 is a clutch on state and FIG. 8 is a clutch off state.
  • FIG. 9 is a cutaway perspective view of the main components of the electric chucking system shown in FIG. 6;
  • FIG. 10 is a cross-sectional view of an electrically driven chucking system according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is an exploded perspective view showing the main components of the electric chucking system shown in FIG.
  • FIG. 12 is a perspective view illustrating the clutch member of the electric chucking system shown in FIG. 10.
  • FIG. 13 and 14 are enlarged views of main parts of the electric drive chucking system shown in FIG. 10 (clutch member, clutch drive unit and encoder rotating means, etc.), and FIG. 13 is a clutch on state, and FIG. 14 is a clutch Indicates an off state.
  • FIG. 15 is a cross sectional view of an essential part of an electrically driven chucking system according to a fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 16 is an exploded perspective view of the electrically driven chucking system of FIG. 15.
  • the electrically driven chucking system includes a housing 10 and a spindle 20 in the form of a hollow tube rotatably installed with respect to the housing inside the housing 10. ), A drive member 30 installed on the outside of the rear portion of the spindle 20 so as to be relatively rotatable with respect to the spindle 20, a spindle motor (not shown) for rotating the drive member 30, and one side.
  • the female screw cover 40 fixed to the driving member 30, the cylindrical cylindrical motion conversion adapter 55 is spirally coupled to the central portion of the female screw cover 40, and fixed to the motion conversion adapter 55
  • the draw bar 50 coupled to the inner side of the spindle 20 so as to linearly move in the axial direction with respect to the spindle 20, and between the driving member 30 and one end of the housing 10. It is installed on the outer surface of the (20) to be linearly moved in the axial direction,
  • a clutch member coupled to the driving member 30 or the housing 10 along the same direction and selectively connecting the spindle 20 to any one of the driving member 30 and the housing 10; And a clutch driving portion for operating the member.
  • the clutch member is composed of a clutch coupler 60 having a ring shape which is installed on the outer surface of the spindle 20 so as to be linearly moved in the axial direction with respect to the spindle 20.
  • the housing 10 has a hollow cylindrical shape and is fixed to the main body of the machine tool.
  • the housing 10 is coupled to the front housing and the front housing of the cylindrical housing main body 11 formed to open the front and rear surfaces, the front of the spindle 20 in the center
  • a disk-shaped front cover 12 having an opening through which an additional passage is formed, and an opening through which a rear portion of the spindle 20 passes through a central portion of the disk-shaped front cover 12 and a rear portion of the housing main body 11 are formed.
  • It includes a disk-shaped rear cover 13 is formed with a second locking concave-convex 14 for connecting to the coupler 60.
  • a chuck C for processing a workpiece is provided outside the front portion 12 of the front cover 12 of the housing 10, and a jaw J for holding the workpiece is provided at the chuck C. It is installed to be movable in the radial direction.
  • the jaw (J) is connected through the front end of the draw bar 50 and the connecting member (not shown) to hold or release the workpiece while moving in the radial direction by the forward and backward linear movement of the draw bar (50). .
  • the spindle 20 is in the form of an elongated cylindrical tube, rotatably installed in the inner space of the housing 10. Between the outer surface of the spindle 20 and the inner surface of the housing 10, a plurality of spindle bearings 25 for rotatably supporting the spindle 20 with respect to the housing 10 is provided.
  • spline keyways 21 are arranged at regular intervals along the circumferential direction to allow the clutch coupler 60 to move in the axial direction but not to allow relative rotation.
  • a plurality of spline grooves 22 are formed on the inner circumferential surface of the rear end of the spindle 20 to extend in the axial direction to allow axial movement of the motion conversion adapter 55 and to prevent relative rotational movement.
  • the spline grooves 22 are arranged at regular intervals along the circumferential direction on the inner circumferential surface of the rear end of the spindle 20.
  • the driving member 30 is rotatably installed along the outer surface of the spindle 20 at the rear end of the spindle 20.
  • the drive member 30 is rotated by receiving power from a spindle motor via a power transmission member (not shown) such as a belt (not shown) or a gear.
  • a pulley bearing 35 is rotatably supported between the inner surface of the drive member 30 and the outer surface of the spindle 20 so as to rotatably support the drive member 30 with respect to the spindle 20.
  • a first locking concave-convex 32 having a gear for connection with the clutch coupler 60 is formed on the front surface of the drive member 30, a first locking concave-convex 32 having a gear for connection with the clutch coupler 60 is formed.
  • the female screw cover 40 is formed in a disk shape in which a hole is coupled to the movement conversion adapter 55 at the center portion thereof, and the front surface is fixedly coupled to the driving member 30 and the driving member 30. Rotate together.
  • a female thread 41 is spirally formed on the inner circumferential surface of the hole formed in the center of the female screw cover 40.
  • the motion conversion adapter 55 is in the form of a cylindrical tube formed with a male thread 56 spirally coupled to the female thread 41 on an outer circumferential surface thereof, so that the linear motion of the female screw cover 40 can be linearly moved forward and backward.
  • the spline unevenness 57 sliding along the spline groove 22 formed on the inner circumferential surface of the spindle 20 is formed at the front of the outer circumferential surface of the motion conversion adapter 55, so that the rotational movement with respect to the spindle 20 is performed. It can only move in the axial direction. Therefore, when the female screw cover 40 is rotated by the rotation of the drive member 30, the motion conversion adapter 55 is the female screw cover 40 and the spindle (by the action of the female thread 41 and the male thread 56). 20) linear movement in the forward and backward directions.
  • the draw bar 50 is a component that linearly moves in the axial direction with respect to the spindle 20 or rotates with the spindle 20 according to the constraint of the spindle 20 by the clutch member. It is fitted into the front end of the adapter 55 and is fixed so as to linearly move in the front-rear direction inside the spindle 20 together with the motion conversion adapter 55.
  • the draw bar 50 and the motion conversion adapter 55 are made of an individual body and then coupled to each other. Alternatively, the draw bar 50 and the motion conversion adapter 55 may be integrally formed.
  • the clutch coupler 60 is a clutch member installed to axially slide with respect to the spindle 20 between the front portion of the driving member 30 and the rear portion of the housing 10. Coupled with the member 30 or coupled to the housing 10 performs a function of selectively connecting the spindle 20 to any one of the drive member 30 and the housing 10.
  • the clutch coupler 60 is formed in a ring shape in which a circular hole through which the spindle 20 passes is formed at a central portion thereof, and a spline keyway 21 at an outer circumferential surface of the spindle 20 is formed at an inner circumferential surface of the central portion.
  • the gear engaged to be movable only in the axial direction has a structure in which the clutch irregularities 61 are formed.
  • a first coupling concave-convex 62 having a gear engaged with the first locking concave-convex 32 of the driving member 30 is formed at the rear portion of the clutch coupler 60, and the front portion of the housing 10 is formed.
  • a second coupling concave-convex 63 having a gear engaged with the second locking concave-convex 14 is formed.
  • a clutch driving unit for operating the clutch coupler 60 moves the clutch coupler 60 in the axial direction by applying a force in the axial direction to the clutch coupler 60 as power is applied from the outside.
  • It can be configured using a variety of well-known linear motion device, such as a solenoid type actuator, or a pneumatic cylinder or hydraulic cylinder that operates according to the application of pneumatic or hydraulic pressure, or a linear motor that generates a linear motion by electric force.
  • the driving member 30 is rotated by receiving power from the spindle motor, and the female screw cover 40 is rotated together with the driving member 30.
  • the male screw thread 56 of the motion conversion adapter 55 is spirally coupled to the female thread cover 40, and the motion conversion adapter 55 is rotated by the action between the spline irregularities 57 and the spline groove 22. Since the rotation is impossible with respect to 20, the motion conversion adapter 55 and the draw bar 50 fixed thereto move backward in the axial direction (linear movement in the left direction on the drawing).
  • the jaws J provided in the chuck C are retracted to firmly grip the workpiece.
  • the drive member 30 is rotated in the opposite direction by the spindle motor, and the motion conversion adapter 55 and the draw bar 50 are advanced in the axial direction so that the jaws J are held. Let the workpiece go.
  • the configuration of the driving device is simplified, the device This has the advantage of reducing the overall size of the.
  • the draw bar 50 since the relative speed does not occur between the draw bar 50 and the spindle 20, the draw bar 50 cannot be advanced by the centrifugal force during the rotation of the spindle 20, and thus the clamping force is increased. Weakening does not occur. In other words, when the spindle 20 and the draw bar 50 rotate at a high speed, the centrifugal force generated in the chuck reduces the clamping force by opening the jaws of the chuck, thereby reducing the clamping force.
  • the draw bar 50 connected to the jaws J is connected to the spindle 20 in a spline structure, and the male thread 56 of the motion conversion adapter 55 is the female thread of the female thread cover 40.
  • the draw bar 50 is structurally locked so that it cannot be pushed to the right (forward) on the drawing by centrifugal force. Therefore, the draw bar 50 is structurally locked to provide a stable clamping force without causing jaws J to open even at a high speed rotation.
  • an electric drive chucking system includes a housing 20 and a spindle 20 in the form of a hollow tube rotatably installed with respect to the housing inside the housing 10. ), A drive member 30 installed on the outside of the rear side of the spindle 20 so as to be relatively rotatable with respect to the spindle 20, and rotatably installed on the spindle 20 inside the spindle 20.
  • a spline key 180 which is fixed to the drive shaft 140, a front part of the spindle 20, and a spline groove 181 is formed in the axial direction of the spindle, and a spline of the spline key 180 in the front part.
  • a clutch coupler 60 which is a clutch member installed to be linearly movable in the axial direction, and a clutch drive part for reciprocating the clutch coupler 60 in the axial direction of the spindle 20.
  • the housing 10 has a cylindrical housing body 11 formed to be open at the front and rear surfaces thereof and fixed to the machine tool body, and coupled to the rear surface of the housing body 11. And a disc-shaped rear cover 13 having an opening through which a rear portion of the spindle 20 passes through a central portion thereof, and a second locking concave and convex portion 14 formed on the rear surface thereof for connection with the clutch coupler 60. Include.
  • the spindle 20 is in the form of an elongated cylindrical tube, rotatably installed in the inner space of the housing 10. Between the outer surface of the spindle 20 and the inner surface of the housing 10, a plurality of spindle bearings 25 for rotatably supporting the spindle 20 with respect to the housing 10 is provided.
  • a spline keyway 21 having a gear shape for allowing axial movement of the clutch coupler 60 but not allowing relative rotation is formed.
  • the drive member 30 is rotatably installed outside the rear end of the spindle 20.
  • the drive member 30 is rotated by receiving power from the spindle motor via a power transmission member (not shown) such as a belt or gear.
  • the center of the drive member 30 is fixedly coupled to the rear end of the drive shaft 140, the drive shaft 140 is rotated together when the drive member 30 is rotated.
  • a first locking concave-convex 32 having a gear for connection with the clutch coupler 60 is formed on the front surface of the drive member 30, a first locking concave-convex 32 having a gear for connection with the clutch coupler 60 is formed.
  • the drive shaft 140 has an elongated cylindrical tube shape, the rear end is fixed to the center of the drive member (30).
  • the drive shaft 140 is rotatably installed with respect to the spindle 20 inside the spindle 20.
  • a plurality of shaft bearings 142 rotatably supporting the drive shaft 140 with respect to the spindle 20 are installed between the outer surface of the drive shaft 140 and the inner surface of the spindle 20.
  • a first screw thread 141 which is a female screw thread, is formed spirally.
  • the motion conversion shaft 170 is inserted into the front end of the drive shaft 140 and coupled to the linear movement in the axial direction with respect to the drive shaft 140, the first screw thread on the outer peripheral surface of the rear portion of the motion conversion shaft 170
  • a second screw thread 171 which is a male screw thread that is spirally coupled to 141, is formed, and is coupled to the spline groove 181 of the spline key 180 at the front part and moves axially along the spline groove 181.
  • Spline irregularities 172 are formed. Therefore, when the drive shaft 140 is rotated, the motion conversion shaft 170 is the shaft by the action between the first screw thread 141 and the second screw thread 171, the spline groove 181 and the spline irregularities 172. Forward and backward in the direction.
  • the draw bar 150 is coupled to the center of the motion conversion shaft 170 in front of the motion conversion shaft 170. Like the draw bar 150 of the first embodiment described above, the draw bar 150 is also connected to the jaw (J) of the chuck (C) through a connecting member (not shown), when the draw bar 150 is reversed ( J) moves radially inward to grip the workpiece, and when the draw bar 150 is advanced, jaws J move radially outward to place the workpiece.
  • the spline key 180 is a cylindrical body is installed to be fixed to the inside of the front end of the spindle 20, the spline groove is connected to the spline irregularities 172 of the movement conversion shaft 170 on the inner peripheral surface of the hole in the center ( 181 is formed so that the motion conversion axis 170 is not rotated with respect to the spline key 180 but linear movement is possible.
  • the driving member 30 When the spindle motor (not shown) operates in this state, the driving member 30 is rotated by receiving power from the spindle motor, and the driving shaft 140 rotates together with the driving member 30. At this time, the first screw thread 141 of the drive shaft 140 is spirally coupled to the second screw thread 171 of the motion conversion shaft 170, and the motion conversion shaft 170 cannot be rotated by the spline key 180. Since the motion conversion shaft 170 and the draw bar 150 fixed thereto are reversed in the axial direction (linear movement in the left direction on the drawing).
  • the chuck C is pinched and firmly grips the workpiece.
  • the clutch driving unit (not shown) or pneumatic pressure is applied to the clutch off state.
  • the clutch coupler 60 moves from the front of the spindle 20 to the rear (to the left in the drawing) so that the first coupling unevenness 162 of the rear face of the clutch coupler 60 is driven. It meshes with the 1st locking unevenness 32 of the front surface. Accordingly, the spindle 20 is connected to the driving member 30 via the clutch coupler 60 to rotate.
  • the clutch driving unit (not shown) for operating the clutch coupler 60 moves the clutch coupler 60 in the axial direction by applying a force in the axial direction to the clutch coupler 60 as power is applied from the outside.
  • It can be configured using a variety of well-known linear motion device, such as a solenoid type actuator, or a pneumatic cylinder or hydraulic cylinder that operates according to the application of pneumatic or hydraulic pressure, or a linear motor that generates a linear motion by electric force.
  • FIGS. 10-14 show a third embodiment of an electrically driven chucking system according to the present invention.
  • the housing 10 to 14 the electric drive chucking system according to the third embodiment of the present invention, similar to the first embodiment described above, the housing 10, the spindle 20, the drive member 30, the female screw cover 40, but includes a motion conversion adapter 55, the draw bar 50, and further includes an encoder 280 and the encoder rotation means for measuring the amount of rotation of the spindle, drive the spindle 20 to the drive member 30 And the clutch member for performing a function of selectively connecting to any one of the housing 10, the configuration of the clutch driving unit for operating the clutch member, and the like.
  • the encoder rotating means of the electric drive chucking system is connected to the clutch member and the encoder 280 to transfer the rotational force of the clutch member to the encoder 280 when the clutch member rotates with the spindle 20. It is configured to.
  • the encoder rotation means the spindle encoder pulley 281 coupled to the clutch member and rotates with the clutch member, the encoder pulley 282 connected to the shaft of the encoder 280, and the spindle encoder And a belt 283 wound around the outer surface of the pulley 281 and the outer surface of the encoder pulley 282 to transmit the rotational force of the spindle encoder pulley 281 to the encoder pulley 282.
  • the clutch member is installed in the front of the spindle encoder pulley 281 so as to enable rotational movement and axial movement inside the carrier 270, so that the carrier 270 constituting the clutch driving unit moves forward. Therefore, the front surface is connected to the clamping clutch 261 at the rear of the spindle encoder pulley 281 and the clamping clutch 261 which is in close contact with the rear end of the housing 10 is connected to the carrier 270
  • the rear surface includes a spindle rotation clutch 262 that is in close contact with the front surface of the drive member 30 as moving backward.
  • the clutch driving unit is coupled to a clutch driving motor 291 fixed to the housing 10, a reduction gear 292 for decelerating and transmitting power of the clutch driving motor 291, and an output shaft of the reduction gear 292.
  • the pinion gear 293 and the pinion gear 293 are rotated by the power of the clutch drive motor 291 from the pinion gear 293 to rotate the clamping clutch 261 while reciprocating a predetermined distance in the axial direction of the spindle 20.
  • a carrier 270 for moving in the axial direction of 20.
  • the carrier 270 has a ring shape, and a driven gear part 272 that is engaged with the pinion gear 293 and receives rotational force is formed on the outer circumferential surface of the carrier 270 along the circumferential direction, and the housing on the inner circumferential surface thereof.
  • a screw thread 271 is formed to be screwed to the screw thread 13a of the rear cover 13 fixed to the rear end of the screw 10.
  • the clamping clutch 261 and the spindle rotation clutch 262 constituting the clutch member is the front portion of the spindle encoder pulley 281 between the front portion of the drive member 30 and the rear portion of the housing 10.
  • the rear parts are installed to slide in the axial direction with respect to the spindle 20, the spindle rotation clutch 262 is coupled to the front surface of the drive member 30 or the clamping clutch ( 261 is coupled to the rear surface of the rear cover 13 of the rear end of the housing 10 to selectively connect the spindle 20 to any one of the driving member 30 and the housing 10.
  • the clamping clutch 261 is formed in a ring shape in which a circular hole through which the spindle 20 passes is formed in a central portion thereof, and a plurality of through holes formed in the spindle encoder pulley 281 ( A plurality of engaging projections 261a coupled to the spindle rotating clutch 262 through 281a may protrude rearward.
  • the coupling protrusion 261a has a curved plate shape and a plurality of coupling protrusions 261a are arranged at regular intervals along the circumferential direction.
  • the coupling protrusion 261a is coupled to the spindle rotation clutch 262 by a fastening means such as a screw 265.
  • a plurality of first friction pads 263 are provided on the front surface of the clamping clutch 261 to provide a frictional force while being in close contact with the rear surface of the rear cover 13.
  • the spindle rotating clutch 262 has a ring shape in which an opening through which the spindle 20 passes is formed.
  • a plurality of second friction pads 264 are provided on the rear surface of the spindle rotation clutch 262 to provide a frictional force while being in close contact with the front surface of the driving member 30.
  • the inner circumferential surface of the opening of the spindle rotating clutch 262 is coupled to the spline key 266 connected to the spline keyway 21 of the spindle 20 together with the spindle encoder pulley 281 and the spindle together with the clamping clutch 261. Move axially relative to (20).
  • a compression spring 273 is provided between the spindle rotation clutch 262 and the spindle encoder pulley 281 to apply an elastic force to the spindle rotation clutch 262 to the rear of the spindle encoder pulley 281.
  • the compression spring 273 is installed inside the plurality of spring insertion holes 281b formed in the spindle encoder pulley 281.
  • the clamping clutch 261 and the spindle rotational clutch 262 of the spindle 20 by the carrier 270 and the compression spring 273 is installed between the spindle rotational clutch 262 and the spindle encoder pulley 281. It moves in the axial direction. More specifically, when the carrier 270 receives power from the clutch driving motor 291 and moves forward while rotating, the clamping clutch 261 is dragged to the front so that the front surface of the clamping clutch 261 is the rear cover. When the carrier 270 is moved rearward, the spindle rotation clutch 262 is pushed backward by the elastic force of the compression spring 273 to the front surface of the driving member 30. Close contact.
  • the encoder 280 is a component for detecting the position of the spindle 20 by measuring the amount of rotation of the spindle 20, the encoder pulley 282 connected to the axis of the encoder 280 through the belt 283
  • the spindle encoder pulley 281 is connected to the rotational force of the spindle 20 is mechanically transmitted through the spindle encoder pulley 281 and the belt 283 to accurately detect the amount of rotation of the spindle (20).
  • the encoder 280 is installed on one side of the clutch driver.
  • the spindle encoder pulley 281 is installed between the clamping clutch 261 and the spindle rotation clutch 262, the inner circumferential surface thereof is coupled to the spline key 266 is coupled to the spindle rotation clutch 262, the spindle rotation Rotate with the clutch 262.
  • the spindle encoder pulley 281 has a shape corresponding to the engaging projection 261a of the clamping clutch 261, the plurality of through holes 281a through which the engaging projection 261a passes at regular intervals along the circumferential direction. It is arranged in the form of a ring formed with a plurality of spring insertion holes (281b) in which the compression spring (273) is inserted and installed.
  • the spindle encoder pulley 281 is supported by the front surface is in contact with the rear surface of the bearing lock nut 36 provided in the rear portion of the housing (10).
  • the bearing lock nut 36 is used to preload the spindle bearing 25 and the spindle 20 and the spindle bearing 25 and the bearing lock nut 36 rotate together when the spindle 20 rotates.
  • the spindle 20 and the bearing lock nut 36 are fastened by fastening means such as a screw.
  • reference numeral 15 denotes a rotary shaft coupled to the rear of the female screw cover 40
  • reference numerals 18 and 19 denote the fixing pin 16 and the anti-rotation bracket 17 on the housing 10, respectively.
  • the rotary housing and the rotary housing cover is fixed by.
  • the carrier 270 is rotated relative to the rear cover 13 to move forward by a predetermined distance. do. Accordingly, the clamping clutch 261 and the spindle rotation clutch 262 coupled thereto are moved forward by a predetermined distance so that the front surface of the clamping clutch 261 is in close contact with the rear surface of the rear cover 13 and the spindle 20 Bound to the housing 10 is limited in rotation. At this time, the rear surface of the spindle rotation clutch 262 is spaced apart from the driving member 30 by a predetermined distance.
  • the driving member 30 When the spindle motor (not shown) operates in this state, the driving member 30 is rotated by receiving power from the motor, and the female screw cover 40 is rotated together with the driving member 30. At this time, the male screw thread 56 of the motion conversion adapter 55 is spirally coupled to the female thread cover 40, and the motion conversion adapter 55 is rotated by the action between the spline irregularities 57 and the spline groove 22. Since the rotation is impossible with respect to 20, the motion conversion adapter 55 and the draw bar 50 fixed thereto move backward in the axial direction (linear movement in the left direction on the drawing).
  • the drive member 30 is rotated in the opposite direction by the spindle motor (not shown) to advance the motion conversion adapter 55 and the draw bar 50 in the axial direction. To let go of the workpiece being held.
  • the configuration of the driving device is simplified, the device This has the advantage of reducing the overall size of the.
  • the draw bar 50 since the relative speed does not occur between the draw bar 50 and the spindle 20, the draw bar 50 cannot be advanced by the centrifugal force during the rotation of the spindle 20, and thus the clamping force is increased. Weakening does not occur. In other words, when the spindle 20 and the draw bar 50 rotate at a high speed, the centrifugal force generated in the chuck reduces the clamping force by opening the jaws of the chuck, thereby reducing the clamping force.
  • the draw bar 50 connected to the jaws J is connected to the spindle 20 in a spline structure, and the male thread 56 of the motion conversion adapter 55 is the female thread of the female thread cover 40.
  • the draw bar 50 is structurally locked so that it cannot be pushed to the right (forward) on the drawing by centrifugal force. Therefore, the draw bar 50 is structurally locked to provide a stable clamping force without causing jaws J to open even at a high speed rotation.
  • the clamping clutch 261, the rear cover 13, and the spindle rotation clutch 262 are in close contact with the driving member 30, respectively.
  • Gears may be formed on the front surface of the clamping clutch 261 and the rear surface of the rear cover 13 so that the clamping clutch 261 and the rear cover 13 are engaged with each other by the concave-convex coupling structure to transmit power. will be.
  • a motion conversion adapter 55 having a male thread 56 at the rear end of the draw bar 50 for linear movement of the draw bar 50 is configured, and the male thread cover 40 is formed on the male thread cover 40.
  • a female thread thread 41 which is spirally coupled to the head 56 is constituted, and the motion conversion adapter 55 and the draw bar 50 are connected to the spindle 20 by the action of the female thread thread 41 and the male thread thread 56.
  • the clutch member of this embodiment is installed inside the carrier 270 (see FIGS. 10 and 11) to enable rotational movement and axial movement, so that the carrier 270 moves forward as the carrier 270 moves forward.
  • the clamping clutch 261 which is in close contact with the rear end of the housing 10, is coupled to the front of the clamping clutch 261 and moves together with the clamping clutch 261 to the front surface of the driving member 30.
  • the rear end of the spindle lock clutch 262 in close contact with the bearing lock nut 36 (see FIGS.
  • an encoder rotation means for transmitting the rotational force of the spindle 20 to the encoder 280 is connected to the shaft of the encoder 280, the pulley 282 and the outer surface of the spindle rotation clutch 262 and the encoder pulley
  • the belt 283 is wound around the outer surface of 282 to transmit the rotational force of the spindle rotation clutch 262 to the encoder pulley 282.
  • the electric drive chucking system of this embodiment has a structure in which a separate spindle encoder pulley 281 (see FIG. 11) is not configured and a belt 283 connected to the encoder 280 is directly connected to the outer surface of the spindle rotation clutch 262.
  • the present invention can be applied to the machine tool industry such as a lathe for processing a work piece.

Landscapes

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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; 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 모터와; 일측이 상기 구동부재에 고정되며, 중앙부에 암나사산이 형성되어 있는 암나사커버와; 상기 스핀들의 내측에 스핀들에 대해 축방향으로의 직선 운동은 가능하지만 상대 회전 운동은 불가능하게 설치되며, 후단부에 상기 암나사산과 나선 결합되는 수나사산이 외주면에 형성되어 있는 드로우바와; 상기 스핀들의 외면에 스핀들에 대해 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 스핀들의 축방향으로 왕복 이동시키는 클러치구동부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

자동클러치 시스템을 포함한 전기구동 척킹시스템
본 발명은 공작 기계에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 공작물을 가공하는 선반에서 스핀들을 구동하는 모터의 동력을 클러치 기구를 이용하여 척을 구동하기 위한 드로우바와 스핀들에 선택적으로 전달할 수 있도록 한 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 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 드로우바와 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 클러치 기구를 이용하여 모터의 동력을 척을 구동하기 위한 드로우바와 스핀들에 선택적으로 전달함으로써 하나의 전기 구동부를 이용하여 선반 작업이 가능한 전기 구동 척킹 시스템을 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 드로우바; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 한 형태에 따른 전기구동 척킹시스템은, 공작기계의 본체에 고정되게 설치되는 하우징과; 상기 하우징 내부에 하우징에 대해 회전 가능하게 설치된 중공관 형태의 스핀들과; 상기 스핀들의 후방부 외측에 회전 가능하게 설치되는 구동부재와; 상기 구동부재를 회전시키는 모터와; 상기 스핀들의 내측에 스핀들에 대해 회전 가능하게 설치되고, 후단부가 상기 구동부재에 고정되어 구동부재와 함께 회전하며, 전단부에 제1나사산이 나선형으로 형성되어 있는 구동축과; 상기 스핀들의 전방부에 고정되며 스핀들의 축방향으로 스플라인 홈이 형성되어 있는 스플라인 키와; 후방부에 상기 제1나사산에 나선 결합되는 제2나사산이 형성되고, 전방부에 상기 스플라인 키의 스플라인 홈에 결합되어 스플라인 홈을 따라 축방향으로 이동하는 스플라인 요철이 형성되어 있는 운동변환축과; 상기 운동변환축에 고정되게 설치되는 드로우바와; 상기 스핀들의 외면에 스핀들에 대해 축방향으로 선형 이동 가능하게 설치되며, 이동 방향에 따라 상기 구동부재와 결합되거나 상기 하우징과 결합되면서 스핀들을 구동부재와 하우징 중 어느 하나에 선택적으로 연결하는 클러치커플러와; 상기 클러치커플러를 스핀들의 축방향으로 왕복 이동시키는 클러치구동부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 한 형태에 따른 전기구동 척킹시스템은, 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 드로우바의 축방향 이동과 스핀들의 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 드로우바와 스핀들 간에 상대속도가 발생하지 않기 때문에 스핀들의 회전 중 원심력에 의해 드로우바가 전진할 수 없으므로 클램핑력이 약화되는 현상이 발생하지 않는 이점도 있다. 다시 말해서, 본 발명의 전기 구동 척킹시스템은 조오와 연결된 드로우바가 스핀들과 스플라인 구조로 연결되어 있고, 운동변환어댑터의 수나사산이 암나사커버의 암나사산에 나선 결합되어 동일한 속도로 회전하게 되므로 드로우바가 원심력에 의해 전방으로 밀릴 수 없도록 구조적으로 잠금된(locked) 상태이다. 따라서, 드로우바가 구조적으로 잠금되어 고속 회전에도 조오가 벌어지지 않고 안정된 클램핑력을 제공할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 첫번째 실시예에 따른 전기 구동 척킹 시스템의 측면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 전기 구동 척킹 시스템의 절개 사시도이다.
도 3 및 도 4는 도 1에 도시된 전기 구동 척킹 시스템의 단면도로, 도 3은 클러치 온(on) 상태이고, 도 4는 클러치 오프(off) 상태를 나타낸다.
도 5는 도 1에 도시된 전기 구동 척킹 시스템의 주요 구성부를 절개하여 나타낸 절개 사시도이다.
도 6은 본 발명의 두번째 실시예에 따른 전기 구동 척킹 시스템의 절개 사시도이다.
도 7 및 도 8은 도 6에 도시된 전기 구동 척킹 시스템의 단면도로, 도 7은 클러치 온(on) 상태이고, 도 8은 클러치 오프(off) 상태를 나타낸다.
도 9는 도 6에 도시된 전기 구동 척킹 시스템의 주요 구성부를 절개하여 나타낸 절개 사시도이다.
도 10은 본 발명의 세번째 실시예에 따른 전기 구동 척킹 시스템의 단면도이다.
도 11은 도 10에 도시된 전기 구동 척킹 시스템의 주요 구성부를 분해하여 나타낸 분해 사시도이다.
도 12는 도 10에 도시된 전기 구동 척킹 시스템의 클러치부재를 나타낸 사시도이다.
도 13 및 도 14는 도 10에 도시된 전기 구동 척킹 시스템의 주요 부분(클러치부재와 클러치구동부 및 엔코더회전수단 등)의 확대도로서, 도 13은 클러치 온(on) 상태이고, 도 14는 클러치 오프(off) 상태를 나타낸다.
도 15는 본 발명의 네번째 실시예에 따른 전기 구동 척킹 시스템의 주요 부분에 대한 단면도이다.
도 16은 도 15의 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, 일측이 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 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 클러치구동부를 포함한다.
이 실시예에서 상기 클러치부재는 상기 스핀들(20)의 외면에 스핀들(20)에 대해 축방향으로 선형 이동 가능하게 설치되는 링 형태의 클러치커플러(60)로 구성된다.
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 전방면에 결합되며 중앙부에 상기 스핀들(20)의 전방부가 통과하는 개구부가 형성되어 있는 원반형의 전면커버(12)와, 상기 하우징본체(11)의 후방면에 결합되며 중앙부에 상기 스핀들(20)의 후방부가 통과하는 개구부가 형성되어 있고 외면에 상기 클러치커플러(60)와의 연결을 위한 제2록킹요철(14)이 형성되어 있는 원반형의 후면커버(13)를 포함한다.
상기 하우징(10)의 전면커버(12)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 연결부재(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 클러치커플러(60)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. 상기 구동부재(30)는 벨트(미도시) 또는 기어 등의 동력전달부재(미도시)를 매개로 스핀들 모터로 부터 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 구동부재(30)의 전방면에는 상기 클러치커플러(60)와의 연결을 위한 기어이 형태의 제1록킹요철(32)이 형성되어 있다.
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 상기 클러치부재에 의한 스핀들(20)의 구속조건에 따라 스핀들(20)에 대해 축방향으로 직선 운동하거나 스핀들(20)과 함께 회전하는 구성요소로서, 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 일체로 만들어질 수도 있을 것이다.
상기 클러치커플러(60)는 상기 구동부재(30)의 전방부와 하우징(10)의 후방부 사이에서 상기 스핀들(20)에 대해 축방향으로 슬라이딩하도록 설치되는 클러치부재으로서, 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 기능을 수행한다.
이 실시예에서 상기 클러치커플러(60)는 중앙부에 상기 스핀들(20)이 통과하는 원형의 구멍이 형성되어 있는 링 형태로 이루어지며, 중앙부 내주면에는 상기 스핀들(20) 외주면의 스플라인 키홈(21)에 축방향으로만 이동 가능하게 치합된 기어이 형태의 클러치요철(61)이 형성되어 된 구조로 이루어진다. 또한 상기 클러치커플러(60)의 후방부에는 구동부재(30)의 제1록킹요철(32)과 치합되는 기어이 형태의 제1커플링요철(62)이 형성되며, 전방부에는 하우징(10)의 제2록킹요철(14)과 치합되는 기어이 형태의 제2커플링요철(63)이 형성되어 있다.
도면에 도시하지는 않았으나 상기 클러치커플러(60)를 동작시키는 클러치구동부(미도시)는 외부에서 전원이 인가됨에 따라 클러치커플러(60)에 축방향으로 힘을 가하여 클러치커플러(60)를 축방향으로 이동시킬 수 있는 솔레노이드 방식의 구동기, 또는 공압이나 유압의 인가에 따라 동작하는 공압실린더나 유압실린더 또는, 전기력에 의해 선형 운동을 발생시키는 리니어모터 등 공지의 다양한 선형운동장치를 이용하여 구성될 수 있다.
또한 상술한 것과 같이 클러치구동부(미도시)로서 클러치커플러(60)에 양방향으로 힘을 가하여 클러치커플러(60)를 전후진시키는 방식 외에도, 클러치커플러(60)에 일방향으로 탄성력을 가하는 탄성체(미도시)를 추가로 구성하여, 클러치구동부(미도시)가 클러치커플러(60)에 일방향으로 힘을 가하여 클러치커플러(60)를 전진 또는 후진시킨 다음, 클러치구동부에 의한 외력이 제거되면 탄성체의 탄성력에 의해 클러치커플러(60)가 다른 방향으로 선형 이동하게 할 수도 있을 것이다. 이러한 예에 대해서는 아래의 도 10 내지 도 14에 도시된 세번째 실시예를 참조하여 설명할 것이다.
다음으로 도 3 및 도 4를 참조하여 상기한 첫번째 실시예에 따른 전기 구동 척킹 시스템의 구동 방법을 상세히 설명한다.
먼저 도 3을 참조하면, 클러치구동부(미도시)에 전원이 인가되거나 공압이 인가되어 클러치 온(on) 상태가 되면 클러치커플러(60)가 스핀들(20)의 후방에서 전방으로(도면상 우측으로) 이동하여 클러치커플러(60) 전방면의 제2커플링요철(63)이 후면커버(13) 후방면의 제2록킹요철(14)과 치합된다. 이에 따라 스핀들(20)이 하우징(10)에 결속되어 회전이 제한된다.
이 상태에서 스핀들 모터(미도시)가 작동하면 구동부재(30)가 스핀들 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 모터에 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, 클러치구동부(미도시)에 전원이 인가되거나 공압이 인가되어 클러치 오프(off) 상태가 되면, 도 4에 도시한 것과 같이 클러치커플러(60)가 스핀들(20)의 전방에서 후방으로(도면상 좌측으로) 이동하여 클러치커플러(60) 후방면의 제1커플링요철(62)이 구동부재(30) 전방면의 제1록킹요철(32)과 치합된다. 이에 따라 스핀들(20)이 클러치커플러(60)를 매개로 구동부재(30)에 연결되어 회전할 수 있게 된다.
이 상태에서 스핀들 모터의 동력이 구동부재(30)로 전달되어 구동부재(30)가 회전하게 되면, 스핀들(20)과 함께 드로우바(50)가 고속으로 회전하면서 피가공물의 가공이 이루어지게 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.
도 6 내지 도 9를 참조하면, 본 발명의 두번째 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 스핀들(20)의 내측에 스핀들(20)에 대해 회전 가능하게 설치되는 구동축(140)과, 상기 스핀들(20)의 전방부에 고정되며 스핀들의 축방향으로 스플라인 홈(181)이 형성되어 있는 스플라인 키(180)와, 전방부에 상기 스플라인 키(180)의 스플라인 홈(181)에 결합되어 스플라인 홈(181)을 따라 축방향으로 이동하는 스플라인 요철(172)이 형성되어 있는 운동변환축(170)과, 상기 운동변환축(170)의 중심부에 고정되게 설치되는 드로우바(150)와, 상기 스핀들(20)의 외면에 스핀들(20)에 대해 축방향으로 선형 이동 가능하게 설치되는 클러치부재인 클러치커플러(60)와, 상기 클러치커플러(60)를 스핀들(20)의 축방향으로 왕복 이동시키는 클러치구동부를 포함한다.
전술한 실시예와 유사하게 상기 하우징(10)은 전방면과 후방면이 개방되게 형성되어 공작기계 본체에 고정되는 통형상의 하우징본체(11)와, 상기 하우징본체(11)의 후방면에 결합되며 중앙부에 상기 스핀들(20)의 후방부가 통과하는 개구부가 형성되어 있고 후방면에 상기 클러치커플러(60)와의 연결을 위한 제2록킹요철(14)이 형성되어 있는 원반형의 후면커버(13)를 포함한다.
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 후단부 외주면에는 상기 클러치커플러(60)의 축방향 이동은 허용하고 상대 회전은 허용하지 않게 하기 위한 기어이 형태의 스플라인 키홈(21)이 형성되어 있다.
상기 구동부재(30)는 상기 스핀들(20)의 후단부 외측에 회전 가능하게 설치된다. 상기 구동부재(30)는 벨트 또는 기어 등의 동력전달부재(미도시)를 매개로 스핀들 모터로 부터 동력을 전달받아 회전한다. 상기 구동부재(30)의 중심부는 상기 구동축(140)의 후단부와 고정되게 결합되어, 구동부재(30)가 회전하면 구동축(140)이 함께 회전하게 된다.
상기 구동부재(30)의 전방면에는 상기 클러치커플러(60)와의 연결을 위한 기어이 형태의 제1록킹요철(32)이 형성되어 있다.
상기 구동축(140)은 기다란 원통관 형태를 가지며, 후단부가 상기 구동부재(30)의 중심부에 고정된다. 상기 구동축(140)은 스핀들(20)의 내측에 스핀들(20)에 대해 회전 가능하게 설치된다. 상기 구동축(140)의 외면과 스핀들(20)의 내면 사이에는 스핀들(20)에 대해 구동축(140)을 회전 가능하게 지지하는 복수의 축베어링(142)이 설치된다.
상기 구동축(140)의 전단부 내주면에는 암나사산인 제1나사산(141)이 나선형으로 형성되어 있다.
상기 운동변환축(170)은 상기 구동축(140)의 전단부 내측에 삽입되어 구동축(140)에 대해 축방향으로 선형 운동하도록 결합되는데, 운동변환축(170)의 후방부 외주면에는 상기 제1나사산(141)에 나선 결합되는 수나사산인 제2나사산(171)이 형성되고, 전방부에 상기 스플라인 키(180)의 스플라인 홈(181)에 결합되어 스플라인 홈(181)을 따라 축방향으로 이동하는 스플라인 요철(172)이 형성되어 있다. 따라서, 구동축(140)이 회전하게 되면, 운동변환축(170)은 상기 제1나사산(141)과 제2나사산(171), 상기 스플라인 홈(181) 및 스플라인 요철(172) 간의 작용에 의해 축방향으로 전후진하게 된다.
상기 드로우바(150)는 상기 운동변환축(170)의 전방에서 운동변환축(170)의 중심부에 결합된다. 전술한 첫번째 실시예의 드로우바(150)와 마찬가지로 상기 드로우바(150)도 연결부재(미도시)를 통해 척(C)의 조오(J)와 연결되어, 드로우바(150)가 후진하면 조오(J)가 반경 방향 내측으로 이동하여 피가공물을 파지하고, 드로우바(150)가 전진하면 조오(J)가 반경 방향 외측으로 이동하여 피가공물을 놓게 된다.
상기 스플라인 키(180)는 원통체로 되어 상기 스핀들(20)의 전단부 내측에 고정되게 설치되며, 중앙부의 구멍의 내주면에 상기 운동변환축(170)의 스플라인 요철(172)에 연결되는 스플라인 홈(181)이 형성되어, 운동변환축(170)이 스플라인 키(180)에 대해 회전은 불가능하지만 선형 운동은 가능하게 연결된다.
도 7 및 도 8을 참조하여, 상기와 같이 구성된 본 발명의 두번째 실시예에 따른 전기 구동 척킹 시스템의 구동 방법을 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저 도 7을 참조하면, 클러치구동부(미도시)에 전원이 인가되거나 공압이 인가되어 클러치 온(on) 상태가 되면 클러치커플러(60)가 스핀들(20)의 후방에서 전방으로(도면상 우측으로) 이동하여 클러치커플러(60) 전방면의 제2커플링요철(63)이 후면커버(13) 후방의 제2록킹요철(14)과 치합된다. 이에 따라 스핀들(20)이 하우징(10)에 결속되어 회전이 제한된다.
이 상태에서 스핀들 모터(미도시)가 작동하면 구동부재(30)가 스핀들 모터로부터 동력을 전달받아 회전하게 되고, 구동부재(30)와 함께 구동축(140)이 회전하게 된다. 이 때, 구동축(140)의 제1나사산(141)이 운동변환축(170)의 제2나사산(171) 나선 결합되어 있고, 운동변환축(170)이 스플라인 키(180)에 의해 회전이 불가능하게 구속되어 있으므로 운동변환축(170) 및 이에 고정된 드로우바(150)가 축방향으로 후진(도면상 좌측방향으로 선형 이동)하게 된다.
상기 드로우바(150)가 스핀들(20)에 대해 후방으로 선형 이동함에 따라 척(C)이 오므려지면서 피가공물을 단단히 파지하게 된다.
이와 같이 드로우바(150)가 후진하여 척(C)이 피가공물을 단단히 파지한 상태에서, 클러치구동부(미도시)에 전원이 인가되거나 공압이 인가되어 클러치 오프(off) 상태가 되면, 도 8에 도시한 것과 같이 클러치커플러(60)가 스핀들(20)의 전방에서 후방으로(도면상 좌측으로) 이동하여 클러치커플러(60) 후방면의 제1커플링요철(162)이 구동부재(30) 전방면의 제1록킹요철(32)과 치합된다. 이에 따라 스핀들(20)이 클러치커플러(60)를 매개로 구동부재(30)에 연결되어 회전할 수 있게 된다.
이 상태에서 스핀들 모터의 동력이 구동부재(30)로 전달되어 구동부재(30)가 회전하게 되면, 스핀들(20)과 함께 구동축(140), 운동변환축(170) 및 드로우바(150)가 고속으로 회전하면서 피가공물의 가공이 이루어지게 된다.
한편 이 두번째 실시예에서도 클러치커플러(60)를 동작시키는 클러치구동부(미도시)는 외부에서 전원이 인가됨에 따라 클러치커플러(60)에 축방향으로 힘을 가하여 클러치커플러(60)를 축방향으로 이동시킬 수 있는 솔레노이드 방식의 구동기, 또는 공압이나 유압의 인가에 따라 동작하는 공압실린더나 유압실린더 또는, 전기력에 의해 선형 운동을 발생시키는 리니어모터 등 공지의 다양한 선형운동장치를 이용하여 구성될 수 있다.
그리고 도 10 내지 도 14는 본 발명에 따른 전기 구동 척킹 시스템의 세번째 실시예를 나타낸다.
도 10 내지 도 14를 참조하면, 본 발명의 세번째 실시예에 따른 전기 구동 척킹 시스템은, 전술한 첫번째 실시예와 유사하게 하우징(10)과, 스핀들(20), 구동부재(30), 암나사커버(40), 운동변환어댑터(55), 드로우바(50)를 포함하지만, 스핀들의 회전량을 측정하는 엔코더(280) 및 엔코더회전수단을 더 포함하며, 스핀들(20)을 구동부재(30)와 하우징(10) 중 어느 하나에 선택적으로 연결하는 기능을 수행하기 위한 클러치부재, 상기 클러치부재를 동작시키기 위한 클러치구동부의 구성 등에 있어서 차이가 있다.
상기 세번째 실시예에 따른 전기 구동 척킹 시스템의 엔코더회전수단은, 클러치부재 및 엔코더(280)와 연결되어 클러치부재가 스핀들(20)과 함께 회전할 때 클러치부재의 회전력을 상기 엔코더(280)에 전달하도록 구성된다. 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 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 10에서 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 13을 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 14에 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 15 및 도 16은 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 10 및 도 11 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 10 및 도 11 참조)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 11 참조)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.
본 발명은 공작물을 가공하는 선반 등의 공작 기계 산업에 적용될 수 있다.

Claims (20)

  1. 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);
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동클러치 시스템을 포함한 전기구동 척킹시스템.
  2. 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.
  3. 제2항에 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.
  4. 제1항에 있어서, 상기 클러치부재는, 상기 스핀들(20)의 외주면에 형성된 기어이 형태의 스플라인 키홈(21)에 축방향으로만 이동 가능하게 치합된 기어이 형태의 클러치요철(61)이 내주면에 형성되어 있고, 후방부에 구동부재(30)와의 결합을 위한 기어이 형태의 제1커플링요철(62)이 형성되며, 전방부에 하우징(10)과의 결합을 위한 기어이 형태의 제2커플링요철(63)이 형성되어 있는 링 형태로 이루어진 클러치커플러(60)이고;
    상기 구동부재에는 상기 제1커플링요철(62)과 치합되는 기어이 형태의 제1록킹요철(32)이 형성되고;
    상기 하우징(10)에 상기 제2커플링요철(63)과 치합되는 기어이 형태의 제2록킹요철(14)이 형성된 것을 특징으로 하는 자동클러치 시스템을 포함한 전기구동 척킹시스템.
  5. 제4항에 있어서, 상기 하우징(10)은 전방면과 후방면이 개방되게 형성된 통형상의 하우징본체(11)와, 상기 하우징본체(11)의 전방면에 결합되며 중앙부에 상기 스핀들(20)의 전방부가 통과하는 개구부가 형성되어 있는 전면커버(12)와, 상기 하우징본체(11)의 후방면에 결합되며 중앙부에 상기 스핀들(20)의 후방부가 통과하는 개구부가 형성되어 있고 외면에 상기 제2커플링요철(63)이 형성되어 있는 후면커버(13)를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동클러치 시스템을 포함한 전기구동 척킹시스템.
  6. 제4항에 있어서, 상기 클러치커플러(60)에 스핀들(20)의 축방향으로 탄성력을 가하는 탄성체를 더 포함하여, 클러치구동부에 의해 클러치커플러(60)에 작용하는 힘이 없어지면 클러치부재가 탄성체의 탄성력에 의해 스핀들(20)에 대해 축방향으로 슬라이딩하여 구동부재(30) 또는 하우징(10)에 결합되는 것을 특징으로 하는 자동클러치 시스템을 포함한 전기구동 척킹시스템.
  7. 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 회전 가능하게 설치되는 구동부재(30)와;
    상기 구동부재(30)를 회전시키는 모터와;
    상기 스핀들의 내측에 스핀들에 대해 회전 가능하게 설치되고, 후단부가 상기 구동부재(30)에 고정되어 구동부재(30)와 함께 회전하며, 전단부에 제1나사산(141)이 나선형으로 형성되어 있는 구동축(140)과;
    상기 스핀들(20)의 전방부에 고정되며 스핀들의 축방향으로 스플라인 홈(181)이 형성되어 있는 스플라인 키(180)와;
    후방부에 상기 제1나사산(141)에 나선 결합되는 제2나사산(171)이 형성되고, 전방부에 상기 스플라인 키(180)의 스플라인 홈(181)에 결합되어 스플라인 홈(181)을 따라 축방향으로 이동하는 스플라인 요철(172)이 형성되어 있는 운동변환축(170)과;
    상기 운동변환축(170)에 고정되게 설치되는 드로우바(150)와;
    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 클러치구동부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동클러치 시스템을 포함한 전기구동 척킹시스템.
  8. 제7항에 있어서, 상기 클러치부재는, 상기 스핀들(20)의 외주면에 형성된 기어이 형태의 스플라인 키홈(21)에 축방향으로만 이동 가능하게 치합된 기어이 형태의 클러치요철(61)이 내주면에 형성되어 있고, 후방부에 구동부재(30)와의 결합을 위한 기어이 형태의 제1커플링요철(62)이 형성되며, 전방부에 하우징(10)과의 결합을 위한 기어이 형태의 제2커플링요철(63)이 형성되어 있는 링 형태로 이루어진 클러치커플러(60)이고;
    상기 구동부재(30)에 상기 제1커플링요철(162)과 치합되는 기어이 형태의 제1록킹요철(132)이 형성되고;
    상기 하우징(10)에 상기 제2커플링요철(163)과 치합되는 기어이 형태의 제2록킹요철(14)이 형성된 것을 특징으로 하는 자동클러치 시스템을 포함한 전기구동 척킹시스템.
  9. 제7항에 있어서, 상기 구동축(140)의 제1나사산(141)은 구동축(140)의 전단부 내주면에 형성되는 암나사산이고, 상기 운동변환축(170)의 제2나사산(171)은 운동변환축(170)의 후방부 외면에 형성된 수나사산으로 이루어진 것을 특징으로 하는 자동클러치 시스템을 포함한 전기구동 척킹시스템.
  10. 제8항에 있어서, 상기 클러치커플러(60)에 스핀들(20)의 축방향으로 탄성력을 가하는 탄성체를 더 포함하여, 클러치구동부에 의해 클러치커플러(60)에 작용하는 힘이 없어지면 클러치부재가 탄성체의 탄성력에 의해 스핀들(20)에 대해 축방향으로 슬라이딩하여 구동부재(30) 또는 하우징(10)에 결합되는 것을 특징으로 하는 자동클러치 시스템을 포함한 전기구동 척킹시스템.
  11. 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.
  12. 제11항에 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.
  13. 제12항에 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.
  14. 제13항에 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)의 후단부에 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.
  15. 제13항에 있어서, 상기 클램핑클러치(261)의 전방면에는 상기 하우징(10)의 후단부에 밀착되면서 마찰력을 제공하는 제1마찰패드(263)가 설치되고, 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.
  16. 제13항에 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.
  17. 제13항에 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.
  18. 제13항에 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.
  19. 제11항에 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.
  20. 제11항에 있어서, 일측이 상기 구동부재(30)에 고정되며, 중앙부에 암나사산(41)이 형성되어 있는 원통형의 암나사커버(40)를 더 포함하며,
    상기 드로우바(50)의 후단부에는, 외주면 후방부에 상기 암나사산(41)과 나선 결합되는 수나사산(56)이 형성되어 있고 외주면 전방부에 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.
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