WO2020060201A1 - 공작기계의 전기 구동 시스템 - Google Patents

공작기계의 전기 구동 시스템 Download PDF

Info

Publication number
WO2020060201A1
WO2020060201A1 PCT/KR2019/012091 KR2019012091W WO2020060201A1 WO 2020060201 A1 WO2020060201 A1 WO 2020060201A1 KR 2019012091 W KR2019012091 W KR 2019012091W WO 2020060201 A1 WO2020060201 A1 WO 2020060201A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
clutch
spindle
pulley
housing
serration
Prior art date
Application number
PCT/KR2019/012091
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
윤용선
구본생
Original Assignee
칸워크홀딩 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 칸워크홀딩 주식회사 filed Critical 칸워크홀딩 주식회사
Priority to US17/274,662 priority Critical patent/US20210323107A1/en
Priority to EP19863681.3A priority patent/EP3854519B1/en
Priority to CN201980061392.3A priority patent/CN112703082B/zh
Publication of WO2020060201A1 publication Critical patent/WO2020060201A1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q5/00—Driving or feeding mechanisms; Control arrangements therefor
    • B23Q5/02—Driving main working members
    • B23Q5/04—Driving main working members rotary shafts, e.g. working-spindles
    • B23Q5/043—Accessories for spindle drives
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B31/00—Chucks; Expansion mandrels; Adaptations thereof for remote control
    • B23B31/02—Chucks
    • B23B31/10—Chucks characterised by the retaining or gripping devices or their immediate operating means
    • B23B31/12—Chucks with simultaneously-acting jaws, whether or not also individually adjustable
    • B23B31/16—Chucks with simultaneously-acting jaws, whether or not also individually adjustable moving radially
    • B23B31/16233—Jaws movement actuated by oblique surfaces of a coaxial control rod
    • B23B31/16266—Jaws movement actuated by oblique surfaces of a coaxial control rod using mechanical transmission through the spindle
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B31/00—Chucks; Expansion mandrels; Adaptations thereof for remote control
    • B23B31/02—Chucks
    • B23B31/24—Chucks characterised by features relating primarily to remote control of the gripping means
    • B23B31/26—Chucks characterised by features relating primarily to remote control of the gripping means using mechanical transmission through the working-spindle
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q5/00—Driving or feeding mechanisms; Control arrangements therefor
    • B23Q5/02—Driving main working members
    • B23Q5/04—Driving main working members rotary shafts, e.g. working-spindles
    • B23Q5/10—Driving main working members rotary shafts, e.g. working-spindles driven essentially by electrical means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B2260/00—Details of constructional elements
    • B23B2260/034—Drawbars
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B2260/00—Details of constructional elements
    • B23B2260/044—Clutches
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B2270/00—Details of turning, boring or drilling machines, processes or tools not otherwise provided for
    • B23B2270/48—Measuring or detecting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q2705/00—Driving working spindles or feeding members carrying tools or work
    • B23Q2705/005—General aspects of driving arrangements in a lathe, e.g. indexing the spindle, devices for keeping the cutting speed constant, braking or reversing devices

Definitions

  • the present invention relates to a machine tool, and more particularly, to selectively transmit power of a motor driving a spindle in a lathe for processing a workpiece to a rotating system including a drawbar and a spindle for driving a chuck using a clutch mechanism. It relates to the electric drive system of the machine tool to enable.
  • a machine tool is composed of a workpiece and a processing tool, and when one of the two is fixed, the other rotates to process the shape of the workpiece, which can be divided into lathe and milling according to the rotating portion.
  • the lathe is configured in such a way that the workpiece is rotated while the machining tool is stationary, and is typically a chuck for fixing the workpiece, a drawbar for driving the chuck, and a drawbar, chuck, and spindle for rotating the workpiece. Consists of.
  • the electric drive system of such a machine tool selectively connects a spindle to a housing and a driving element (for example, a drive pulley) through the operation of a clutch device, thereby clamping the workpiece (clamping operation mode) and machining the workpiece (spindle) Operation mode).
  • a driving element for example, a drive pulley
  • the present invention is to solve the above problems, the object of the present invention is to detect the position of the serration of the clutch unit in real time so that the switching between the serrations of the clutch device can be made accurately when switching the operation mode. It is to provide an electric drive system of a machine.
  • the housing is fixedly installed on the body of the machine tool; A hollow tube-shaped spindle rotatably installed within the housing; A drive pulley rotatably installed on the outside of the spindle; A spindle motor that rotates the drive pulley; A draw bar inside the spindle that is capable of linear motion in the axial direction with respect to the spindle, but is not capable of relative rotational motion; A motion conversion unit that converts the rotational motion of the drive pulley into a forward-backward linear motion of the drawbar; A clutch unit installed outside the spindle to selectively connect the spindle to a drive pulley and a housing; A first encoder pulley formed fixed to the drive pulley, a second encoder pulley installed in the housing, and wound around the first encoder pulley and the second encoder pulley to transmit rotational force of the first encoder pulley to the second encoder pulley A position
  • the control unit rotates the drive pulley based on the position information of the clutch unit detected by the position detection unit immediately before being switched from the spindle operation mode to the clamping operation mode to align the clutch unit to the initial origin position, and the clamping operation Just before switching from the mode to the spindle operation mode, the drive pulley is finely rotated in the clamping direction so that the serrations of the clutch units engage with each other based on the position information of the clutch unit detected by the position detection unit.
  • a clutch unit is fixed to the front surface of the drive pulley, a fixed clutch having a serrated fixed serration along a circumferential direction;
  • a movable clutch that is in the form of a ring and is axially slidable on the outer surface of the spindle, but not connected relative to each other;
  • a front coupler installed on a front surface of the movable clutch and having a front serration engaged with a serrated housing serration formed at a rear side of the housing;
  • a rear coupler installed on a rear surface of the movable clutch and having a rear serration engaged with a fixed serration of the fixed clutch; It may include; a clutch driving unit for linearly moving the movable clutch in the axial direction of the spindle.
  • the control unit rotates the drive pulley based on the position information detected by the position detection unit immediately before switching from the spindle operation mode to the clamping operation mode to align the position of the movable clutch to the initial origin position, and operates the spindle in the clamping operation mode.
  • the driving pulley is rotated in the clamping direction based on the position information detected by the position detecting unit immediately before switching to the mode to fine-adjust the position of the fixed clutch to align the fixed serration of the fixed clutch and the rear serration of the movable clutch.
  • the clutch driving unit is a spring mount member that is fixedly installed on the outer surface of the spindle between the front end of the movable clutch and the rear end of the housing, and a first elastic member installed on the spring mount member to apply elastic force to the movable clutch rearwardly
  • a clutch piston in the form of a ring that is movably installed in the housing and is formed to protrude radially inward with a traction protrusion that is connected to an outer circumferential surface of the movable clutch at a rear end, and the clutch with respect to a rear end of the housing It may include a second elastic member for applying an elastic force to the piston rearward, and a piston actuator for moving the clutch piston forward by applying an external force to the clutch piston.
  • a clutch key and a clutch key groove may be installed between the inner circumferential surface of the movable clutch and the outer surface of the spindle to move the movable clutch in the axial direction with respect to the spindle, but not rotate in the circumferential direction.
  • the motion conversion unit is fixed to the rear portion of the draw bar, the lead screw portion having a thread wound spirally on the outer surface; And a cylindrical carrier member coupled to the driving pulley and rotating together with the driving pulley, wherein a screw thread is formed on the inner circumferential surface to be spirally coupled to the lead screw portion. It may include.
  • the clutch unit is provided on the outer surface of the spindle between the front part of the drive pulley and the rear part of the housing so that relative rotation is impossible, and the first tooth of the serrated shape along the circumferential direction on the rear surface
  • a fixing member having a serration formed thereon
  • a pulley clutch installed movably in the front-rear direction of the front portion of the driving pulley and having a second serration engaged with the first serration when moving forward
  • a pulley clutch spring that applies an elastic force forward to the pulley clutch with respect to the driving pulley
  • a locking member for fixing or releasing the fixing member with respect to the housing
  • a clutch operation member for moving the pulley clutch to the rear;
  • the control unit rotates the driving pulley based on the position information detected by the position detection unit immediately before switching from the spindle operation mode to the clamping operation mode to align the position of the fixing member to the initial origin position, and the clamping operation From the mode to the spindle operation mode, the second
  • the clutch operation member is installed inside the piston receiving groove formed in the fixing member, the piston ring for pushing the pulley clutch backward while moving rearward by pneumatic pressure applied to the piston receiving groove, and between the pulley clutch and the piston ring It may be disposed on the piston ring to include a piston bearing rotatably supporting the pulley clutch.
  • the locking member is installed in a linear reciprocating motion toward the fixing member at the rear of the housing, and the fixing pin inserted into the locking groove formed at the outer circumferential surface of the fixing member; And a pin actuator for linearly reciprocating the fixing pin.
  • a pneumatic channel extending from the piston receiving groove to the locking groove is formed in the fixing member, and an air supply passage communicating with the pneumatic channel is formed on the fixing pin when the fixing pin is inserted into the locking groove, and the air
  • the supply passage may be connected to an external air supply means to supply air to the piston receiving groove through a pneumatic channel.
  • the position of the serration of the spindle and the clutch unit is accurately detected by the position detection unit, and when switching from the spindle operation mode to the clamping operation mode based on the detected position information, and the spindle operation mode in the clamping operation mode
  • the position of the serration of the clutch unit can be accurately aligned at the time of switching to the same, so that the serrations constituted by the clutch unit can always be accurately engaged, and it is possible to obtain the advantage of enabling precise driving control in each operation mode.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing the entire configuration of an electric drive system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cut-away perspective view of the electric drive system shown in FIG. 1 by cutting in the axial direction.
  • FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view showing an enlarged clutch unit configured in the electric drive system shown in FIG. 1.
  • FIG. 4 and 5 are enlarged cross-sectional views of a main part of the electric drive system shown in FIG. 1, FIG. 4 shows a clamping operation mode, and FIG. 5 shows a spindle operation mode.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view showing the overall configuration of an electric drive system according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a cut-away perspective view of the central portion of the electric drive system shown in FIG. 6 cut in an axial direction.
  • FIG. 8 is an enlarged cross-sectional view showing an enlarged clutch unit constituting the electric drive system shown in FIG. 6.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view seen from the front showing an enlarged portion of the clutch unit shown in FIG. 8.
  • FIG. 10 and 11 are enlarged cross-sectional views of main parts of the electric drive system shown in FIG. 6, FIG. 10 shows a clamping operation mode, and FIG. 11 shows a spindle operation mode.
  • the electric drive system includes a housing 10 fixedly installed in a main body of a machine tool, and a housing 10 inside the housing 10
  • Spindle 20 in the form of a hollow tube installed rotatably, a drive pulley 40 rotatably installed with respect to the spindle 20 on the outside of the spindle 20, and a spindle motor rotating the drive pulley 40 (Not shown), the inside of the spindle 20, the linear movement in the axial direction with respect to the spindle 20 or the draw bar 30 rotating with the spindle 20 and the rotational movement of the drive pulley 40
  • the linear movement in the axial direction is possible on the outer surface of the lead screw portion 35 and the carrier member 50, and the spindle 20, which are movement conversion units for converting the drawbar 30 into forward and backward linear motion
  • the spindle 20 is configured to be impossible to rotate relative to the outer surface of the spin From the clutch unit for selectively coupling the field 20 to the drive pulley 40 and the housing 10, a
  • the housing 10 is made of an empty cylinder inside and is fixedly installed to the body of the machine tool.
  • the rear end of the housing 10 is fixedly coupled to the rear cover 11 in the form of a ring in which an opening through which the rear part of the spindle 20 passes is formed.
  • the housing serration 11a for coupling with the front coupler 63 constituting the clutch unit is formed on the rear surface of the housing rear cover 11.
  • a chuck C for processing a workpiece is provided on the outside of the front portion of the housing 10, and a jaw J for clamping the workpiece is installed to be movable in the radial direction.
  • the jaw (J) is connected to the front end of the draw bar 30 through a link member (not shown) and clamps the workpiece while moving in the radial direction by linear movement of the draw bar 30 forward or backward. Unclamping.
  • the spindle 20 is in the form of an elongated cylindrical hollow tube, and is rotatably installed around an axis along the axial direction (front-to-back direction) 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 rotatably supporting the spindle 20 with respect to the housing 10 are installed.
  • the spindle bearing 25 is supported by a spring mount member 65a fixed to the spindle 20 and a bearing support ring 26 (see FIG. 3).
  • the draw bar 30 is installed in the hollow portion of the spindle 20 in the front-rear direction, that is, in the axial direction of the spindle 20, it is possible to move forward or backward, but the rotational movement of the spindle 20 is impossible.
  • a drawbar key groove 31 is formed to extend in the front-rear direction on the outer circumferential surface of the drawbar 30, and a drawbar key 32 inserted into the drawbar key groove 31 in the front portion of the spindle 20 is provided. It is fixed, the draw bar 30 is movable in the axial direction with respect to the spindle 20, but the rotational movement with respect to the spindle 20 is restrained.
  • a lead screw portion 35 having a spirally wound thread is formed on the outer surface of the rear portion of the draw bar 30, a lead screw portion 35 having a spirally wound thread is formed.
  • the lead screw portion 35 may be made integrally with the draw bar 30, or alternatively, may be made of an individual body with the draw bar 30 and then fixed to each other by separate fastening means.
  • the draw bar 30 and the lead screw unit 35 are shown as being made of a hollow hollow cylindrical body so as to constitute a device for blowing a chip and a device for pushing a work piece.
  • 30 and the lead screw portion 35 may be made of a solid solid cylinder.
  • the lead screw unit 35 functions as a motion conversion unit that receives and receives rotational force from the carrier member 50 coupled to the drive pulley 40 to move the draw bar 30 back and forth.
  • the spindle motor (not shown) is installed outside the housing 10 and is connected to the drive pulley 40 through a power transmission member such as a drive belt (not shown) to transmit rotational force to the drive pulley 40.
  • the spindle motor (not shown) may include a spindle encoder (not shown) for detecting the amount and position of rotation of the spindle 20.
  • the spindle motor is electrically connected to the control unit 90 and operates by receiving a control signal from the control unit 90.
  • the driving pulley 40 is rotatably installed relative to the spindle 20 outside the rear end of the spindle 20 to receive power from the spindle motor (not shown) to rotate. Between the inner circumferential surface of the drive pulley 40 and the spindle 20, a bearing 42 for rotatably supporting the drive pulley 40 with respect to the spindle 20 is installed.
  • the bearing 42 is fixed to the spindle 20 in front of the lock nut 43 by a lock nut 43 coupled to the rear end of the spindle 20.
  • the front part of the drive pulley 40 is coupled to the spindle 20 by the clutch unit or is separated from the spindle 20.
  • the carrier member 50 is fixedly coupled to the rear of the driving pulley 40 and rotates together with the driving pulley 40.
  • the carrier member 50 is formed of a cylindrical thread formed on the inner circumferential surface of the lead screw portion 35 and spirally coupled. Therefore, when the carrier member 50 is rotated, the lead screw unit 35 and the draw bar 30 are moved back and forth along the axial direction by the action between the thread of the carrier member 50 and the thread of the lead screw unit 35. . Since the carrier member 50 and the lead screw portion 35 are coupled to each other through a screw thread, they are self-locked, so that the thrust is not released when the clutch unit is operated, and thus, the spindle 20 is separately mounted. It is possible to remove structures, for example, air piston.
  • the position and displacement of the jaw (J) connected to the draw bar (30) are accurately detected by detecting the amount of forward and backward movement of the draw bar (30), thereby accurately grasping the clamped and unclamped states of the jaw (J).
  • one sensor dog 96 is mounted on the rear end of the draw bar 30, and the position sensor 95 for detecting the sensor dog 96 is fixed on the rear end of the housing 10. It is installed.
  • the clutch unit is installed to enable linear movement in the axial direction (in the front-rear direction) relative to the outer surface of the spindle 20 from the outside of the rear end of the housing 10, and the drive pulley 40 in accordance with the forward and backward movement direction While being coupled or coupled to the housing rear cover 11 fixed to the rear end of the housing 10, the spindle 20 functions to selectively engage or separate the drive pulley 40 and the housing 10.
  • the clutch unit of the first embodiment is fixed to the front surface of the drive pulley 40 and has a serrated fixed serration 61a formed in a circumferential direction along a fixed clutch 61, ring shape
  • the movable clutch 62 which is axially slidable to the outer surface of the spindle 20 but is not capable of relative rotation, is installed on the front surface of the movable clutch 62, and the rear of the housing at the rear of the housing 10
  • the front coupler (63) having a serrated front serration (63a) meshing with the housing serration (11a) formed on the cover (11) is installed on the rear surface of the movable clutch (62) and fixed.
  • a rear coupler 64 having a rear serration 64a engaged with a fixed serration 61a of the clutch 61, and a clutch driving unit for linearly moving the movable clutch 62 in the axial direction of the spindle 20 It includes.
  • the fixed clutch 61 has a circular ring shape and is fixedly installed at the front end of the driving pulley 40.
  • the fixed clutch 61 may be fixed by a bolt or the like in front of the driving pulley 40 after being made of an individual with the driving pulley 40, but unlike this, the fixing clutch 61 may be integrally made with the driving pulley 40. It might be.
  • the movable clutch 62 is disposed in front of the fixed clutch 61 and is installed to slide in the front-rear direction with respect to the outer surface of the spindle 20. Between the inner circumferential surface of the movable clutch 62 and the outer surface of the spindle 20, the movable clutch 62 is movable in the axial direction with respect to the spindle 20, but a plurality of clutch keys for restraining it from rotating in the circumferential direction ( 69a) and a clutch key groove 69b are formed.
  • the front coupler 63 is fixedly installed on the front surface of the movable clutch 62.
  • the front coupler 63 may be made of a movable clutch 62 and a separate body and then coupled to the movable clutch 62. Alternatively, the front coupler 63 may be integrally manufactured with the movable clutch 62.
  • a serrated front serration 63a meshing with the housing serration 11a formed on the rear surface of the housing rear cover 11 is formed along the circumferential direction.
  • the rear coupler 64 is installed to be fixed to the rear of the movable clutch 62, and the serrated rear serration 64a meshing with the fixed serration 61a of the fixed clutch 61 on the rear surface is circumferential. It is formed accordingly.
  • the rear coupler 64 may be fixedly coupled to the movable clutch 62 after being made of a movable clutch 62 and an individual body.
  • the rear coupler 64 and the movable clutch 62 may be integrally molded and manufactured. It might be.
  • the clutch driving unit is configured to act to move the movable clutch 62 back and forth according to the operation mode.
  • the clutch driving unit the spring mounting member (65a), which is fixedly installed on the outer surface of the spindle (20) between the front end of the movable clutch (62) and the rear end of the housing (10), the spring mounting member ( 65a) is installed on the movable clutch 62, the first elastic member 65 for applying an elastic force to the rear, the housing 10 is movably installed in the axial direction and the outer peripheral surface of the movable clutch 62 at the rear end
  • a traction projection (66a) in contact with the ring-shaped clutch piston 66 is formed to protrude radially inward, the rear end of the housing (10) is applied to the rear end of the clutch piston (66) elastic force 2 includes an elastic member (67) and a piston actuator (68) that moves the clutch piston (66) forward by applying an external force to the clutch piston (66).
  • the first elastic member 65 is composed of a plurality of compression coil springs installed inside the groove formed on the rear surface of the spring-mounted member 65a to exert elastic force to the movable clutch 62 in the rear.
  • the spring mount member 65a has a circular ring shape and is disposed between the movable clutch 62 and the housing rear cover 11, and a thread is formed on the inner circumferential surface to spiral to the thread formed on the outer surface of the spindle 20 It is fixed as it is combined.
  • the clutch piston 66 is in the form of a ring having an inner diameter larger than the outer diameter of the movable clutch 62, and is slidably installed in the housing rear cover 11 in the axial direction.
  • the clutch piston 66 is formed so that the traction protrusion 66a protrudes radially inward at the rear end when the inner circumference to act to pull the movable clutch 62 forward, so that the traction protrusion 66a is the outer circumferential surface of the movable clutch 62
  • the movable clutch 62 is moved forward by pulling the locking protrusion 62c formed at the front end forward.
  • the piston actuator 68 may be configured by applying a pneumatic cylinder or a hydraulic cylinder, an actuator of a solenoid (electrical) type, and serves to move the clutch piston 66 forward.
  • the piston actuator 68 is a pneumatic cylinder, and when air pressure is applied inside the piston actuator 68, pressure is applied forward to the rear of the clutch piston 66 so that the clutch piston 66 is the second elastic member 67 ) To overcome the elastic force and move forward.
  • the piston actuator 68 may be configured such that the pneumatic acts in both directions before and after.
  • the first encoder pulley 91 constituting the position detection unit is fixedly installed at the front end of the driving pulley 40, and the second encoder pulley 92 is rotatably installed at the rear of the housing 10.
  • the timing belt 93 for transmitting the rotational force of the first encoder pulley 91 to the second encoder pulley 92 is wound around the first encoder pulley 91 and the second encoder pulley 92.
  • the central portion of the second encoder pulley 92 is axially coupled to the encoder 94 to detect the amount of rotation.
  • the encoder 94 is electrically connected to the control unit 90 and transmits a signal for the detected location information to the control unit 90.
  • the first encoder pulley 91 rotates with the drive pulley 40, and the first encoder pulley The rotational force of 91 is transmitted to the encoder 94 through the timing belt 93 so that the control unit 90 can detect the rotational speed of the spindle 20 and the position of the front coupler 63.
  • the encoder 94 and the first encoder pulley 91 are forward of the front coupler 63 fixed to the movable clutch 62 just before the movable clutch 62 moves forward and the operation mode is switched to the clamping operating mode.
  • the rotational position of the movable clutch 62 is adjusted to the initial position so that the serration 62a can be accurately engaged with the housing serration 11a, and the movable clutch 62 moves rearward, the driving mode is clamped.
  • the position of the fixed clutch 61 is such that the fixed serration 61a of the fixed clutch 61 can accurately engage the rear serration 64a of the rear coupler 64. Used for fine tuning.
  • the position of the movable clutch 62 using the spindle encoder of the spindle motor connected to the drive pulley 40 and the drive belt (not shown) is used. It can also be detected and adjusted.
  • the front clutch 63a and the rear serration 64a which are formed on the front and rear surfaces of the movable clutch 62 by moving the movable clutch 62 back and forth at a predetermined stroke distance, respectively, provide housing tax.
  • a clutch sensor dog 98 is installed on the outer circumferential surface of the movable clutch 62 to ensure that the engagement 11a and the fixed serration 61a are correctly engaged, and the clutch is located at the rear lower side of the housing 10.
  • a clutch position sensor 97 for detecting the forward and backward displacement of the sensor dog 98 is installed.
  • the movable clutch 62 of the clutch unit moves forward so that the front serration 63a of the front coupler 63 moves to the rear cover 11 of the housing.
  • the spindle operation mode in which the spindle 20 rotates at a high speed while the jaw J of the machine tool clamps the workpiece,
  • the movable clutch 62 moves to the rear so that the rear serration 64a of the rear coupler 64 is engaged with the fixed serration 61a of the fixed clutch 61 (see Fig. 5).
  • the front serration 63a of the front coupler 63 must be able to accurately engage the housing serration 11a of the housing rear cover 11. Accordingly, when the clamping operation mode is started, the control unit 90 rotates the driving pulley 40 by a predetermined amount based on the position information of the movable clutch 62 received through the encoder 94 of the position detection unit to move the movable clutch 62 ) To the initial origin position. At this time, since the movable clutch 62 is engaged with the fixed clutch 61 via the rear coupler 64, it rotates together with the driving pulley 40.
  • the front clutch 63 of the front coupler 63 installed on the front surface of the movable clutch 62 is engaged with the housing serration 11a formed on the rear surface of the rear cover 11 of the housing, thereby moving the clutch.
  • the rotation of the 62 is limited, and the spindle 20 is fixed to the housing rear cover 11 to limit the rotation of the spindle 20.
  • the spindle 20 when the spindle 20 is operated by applying power to the spindle motor (not shown) while the spindle 20 is constrained to the housing rear cover 11 at the rear of the housing 10, the power of the spindle motor is driven pulley 40 ) And the driving pulley 40 rotates in the reverse direction (unclamping direction).
  • the carrier member 50 rotates along the periphery of the spindle 20 as the drive pulley 40 rotates in the reverse direction while the spindle 20 is fixed relative to the housing 10.
  • the relative rotation of the drawbar 30 with respect to the spindle 20 is restrained and the drawbar keyway allows only movement in the front-rear direction ( 31) and the drawbar key 32 is formed, so when the carrier member 50 rotates in the reverse direction with respect to the outer surface of the spindle 20, threads and lead screws formed on the inner circumferential surface of the carrier member 50 Due to the action between the threads formed on the outer circumferential surface of the portion 35, the lead screw portion 35 and the drawbar 30 coupled thereto are linearly moved forward. As the draw bar 30 moves linearly forward with respect to the spindle 20, the jaw J opens and unclamps the workpiece.
  • the workpiece is clamped by the reverse of the drawbar 30 and the clamping force is released by the advance, but on the contrary, the workpiece is clamped by the advance of the drawbar 30 and clamped by the reverse. It may be configured to release the force. That is, in this embodiment, the jaw J is clamped when the drive pulley 40 rotates in the forward direction and the jaw J unclamps the workpiece when rotated in the reverse direction. Conversely, depending on the machine tool, when the drive pulley 40 rotates in the reverse direction, the jaw J may clamp the workpiece, and when the drive pulley rotates in the forward direction, the jaw J may clamp the workpiece.
  • the control unit 90 detects the position of the fixed clutch 61 detected in the encoder 94. According to the position alignment state of the fixed serration 61 of the fixed clutch 61 and the rear serration 64a of the rear coupler 64 of the movable clutch 62, if there is a misalignment between the serrations The torque is further applied to the spindle motor (not shown) to finely rotate the drive pulley 40 in the forward direction, that is, in the direction (clamping direction) of clamping the work piece, thereby fixing the fixed serration 61a and the rear serration 64a. Adjust the position so that it is correctly engaged.
  • the clutch unit When the position adjustment is completed, the clutch unit is operated to move the movable clutch 62 to the rear so that the rear serration 64a of the movable clutch 62 engages with the fixed serration 61a of the fixed clutch 61.
  • the rotational force of the pulley 40 is switched to the spindle operation mode that can be transmitted to the spindle 20 through the movable clutch 62.
  • the spindle motor is operated at a high speed to rotate the spindle 20 at a high speed to process a workpiece.
  • the front coupler 63 of the front surface of the movable clutch 62 is separated from the rear cover 11 of the housing, and the rear serration 64a of the rear coupler 64 of the rear surface of the movable clutch 62 is fixed clutch ( While engaged with the fixed serration 61a of 61, the movable clutch 62 is coupled to the drive pulley 40 to receive the rotational force. Accordingly, the spindle 20, the relative rotation of which is movable relative to the movable clutch 62, receives the rotational force of the driving pulley 40.
  • the driving pulley 40 and the movable clutch 62 and the spindle 20 coupled thereto rotate at a predetermined rotational speed to process the workpiece.
  • the draw bar 30 has a lead screw portion 35 at the rear end, which is spirally coupled with the carrier member 50, so that the drive pulley 40, the carrier member 50, the lead screw portion 35, and the draw bar 30 ) Will rotate together.
  • the position of the spindle 20 and the fixed clutch 61 and / or movable clutch 62 of the spindle 20 and the clutch unit is detected by the position detection unit, and the spindle is operated based on the detected position information.
  • the position of the movable clutch 62 is aligned to the initial origin position, and the front serration 63a and the rear end of the housing 10 of the front coupler 63 configured in the movable clutch 62 are arranged. It is possible to accurately engage the negative housing serration 11a.
  • the position of the fixed clutch 61 is finely adjusted to fix the fixed serration 61a of the fixed clutch 61 and the rear serration 64a of the movable clutch 62.
  • FIG. 6 to 11 show another embodiment of the electric drive system of the machine tool according to the present invention
  • the electric drive system of the second embodiment selectively rotates the spindle 20 to the drive pulley 40 and the housing 10 Since the configuration of the electric drive system of the first embodiment described above is the same or similar, except for the configuration of the clutch unit for connection, detailed description of the same or similar components will be omitted.
  • the clutch unit of the electric drive system of this embodiment is installed on the outer surface of the spindle 20 between the front part of the drive pulley 40 and the rear part of the housing 10 so that relative rotation is impossible.
  • the front portion of the driving pulley 40 is installed to be movable in the front-rear direction, and the second serration 162a engaged with the first serration 161a when moved forward is formed along the circumferential direction.
  • Pulley clutch 162 A pulley clutch spring 163 which applies an elastic force forward to the pulley clutch 162 with respect to the driving pulley 40; A locking member for fixing or releasing the fixing member 161 with respect to the housing 10; And a clutch operation member for moving the pulley clutch 162 rearward.
  • the fixing member 161 is in the form of a circular ring and is installed directly behind the rear cover 11 of the housing.
  • the fixing member 161 is movable in the front-rear direction with respect to the spindle 20 by the spline key 167, but relative movement along the periphery of the spindle 20 is impossible.
  • a first serration 161a in a serrated shape is formed on the rear surface of the fixing member 161 along the circumferential direction.
  • On the outer circumferential surface of the fixing member 161, a plurality of locking grooves 161b for fixing and releasing with the locking member are arranged at predetermined intervals along the circumferential direction.
  • a piston receiving groove 161c for receiving the piston ring 164 constituting the clutch operation member is formed on the rear surface of the fixing member 161.
  • the pulley clutch 162 is movable in the front-rear direction inside the clutch receiving groove 43 formed on the front surface of the driving pulley 40, but the relative rotational movement is impossible.
  • a plurality of guide blocks 162b having a polygonal cross section such as a rectangle are formed to protrude rearward on the rear surface of the pulley clutch 162, and on the rear surface of the clutch receiving groove 43.
  • a rectangular guide groove 44 into which the guide block 162b is inserted is formed.
  • a pulley clutch spring 163 is installed between the rear surface of the pulley clutch 162 and the front surface of the driving pulley 40 to apply an elastic force to the pulley clutch 162 with respect to the driving pulley 40.
  • the pulley clutch 162 is pushed to the rear by the clutch operation member to overcome the elastic force of the pulley clutch spring 163 and moves to the rear.
  • the clutch operating member is installed inside the piston receiving groove 161c formed in the fixing member 161 and moves backwards by pneumatic pressure applied inside the piston receiving groove 161c to pulley clutch 162.
  • the piston bearing 165 serves to minimize frictional force between the pulley clutch 162 and the piston ring 164 when the pulley clutch 162 rotates.
  • the locking member is configured to perform a function of fixing or releasing the fixing member 161 to the rear portion of the housing 10.
  • the locking member is installed to linearly reciprocate toward the fixing member 161 at the rear of the housing 10 and the tip is inserted into the locking groove 161b formed on the outer circumferential surface of the fixing member 161.
  • the pin actuator 172 may be a pneumatic cylinder or a solenoid.
  • the fixing pin 171 is installed to be movable in the vertical direction inside the pin actuator 172, the front end is inserted into the locking groove 161b formed on the outer circumferential surface of the fixing member 161, the fixing member The 161 is fixed relative to the housing 10.
  • the pin actuator 172 is installed to be fixed to the rear of the housing 10, the first port 172a to which air pressure is applied to move the fixing pin 171 radially inward, and the fixing pin 171 It has a second port 172b to which pneumatic pressure is applied to move outward in the radial direction.
  • a pneumatic channel 161d communicating from the piston receiving groove 161c to the locking groove 161b is formed inside the fixing member 161, and the pin actuator 172 and the fixing pin 171 communicate with the fixing.
  • an air supply channel 171a communicating with the pneumatic channel 161d is formed, and an end portion of the air supply channel (not shown) formed in the pin actuator 172 is formed. Is connected to an external air supply means (not shown) to supply air to the pneumatic channel 161d to operate the piston ring 164.
  • the air supply passage 171a of the fixing pin 171 is an air supply passage (not shown) of the pin actuator 172 when the fixing pin 171 moves upward and is inserted into the locking groove 161b of the fixing member 161 Time), and when the fixing pin 171 moves downward and deviates outside of the locking groove 161b of the fixing member 161, the air of the air is displaced from the air supply passage (not shown) of the pin actuator 172. Supply is stopped.
  • An electric drive system having a clutch unit made of this configuration operates as follows.
  • the fixing member 161 In the clamping operation mode in which the jaw (J) of the machine tool clamps the workpiece, the fixing member 161 is fixed to the housing 10 by the locking member, so that the rotation of the spindle 20 is restricted, and the pulley clutch of the clutch unit (162) is moved to the rear and separated from the fixing member 161 (see FIG. 10). And in the spindle operation mode in which the spindle 20 rotates at a high speed while the jaw (J) of the machine tool clamps the workpiece, the coupling between the fixing member 161 and the locking member is released and the fixing member ( 161) and the spindle 20 are free to rotate, the pulley clutch 162 is moved to the front and is in a state of being engaged with the fixing member 161 (see FIG. 11).
  • the locking member When changing from the spindle operation mode to the clamping operation mode, the locking member must fix the fixing member 161 to constrain the rotational motion of the spindle 20. Accordingly, when the clamping operation mode is started, the control unit 90 sets the driving pulley 40 based on the position information of the driving pulley 40 and the pulley clutch 162 received through the encoder 94 of the position detection unit. By rotating, the position of the fixing member 161 is aligned to the initial origin position. At this time, since the second serration 162a of the pulley clutch 162 is engaged with the first serration 161a of the fixing member 161, the rotational movement of the driving pulley 40 is through the pulley clutch 162. It is transmitted to the fixing member 161 and the fixing member 161 is rotated.
  • the locking groove 161b of the fixing member 161 and the fixing pin 171 of the locking member are accurately aligned by the alignment operation.
  • the workpiece is clamped by the reverse of the drawbar 30 and the clamping force is released by advancement.
  • the workpiece is clamped by the advance of the drawbar 30 and clamped by reverse. It may be configured to release the force.
  • the control unit 90 detects the position information of the pulley clutch 162 detected in the encoder 94 According to the position alignment state of the second serration 162a of the pulley clutch 162 and the first serration 161a of the fixing member 161, the spindle motor (not shown)
  • the driving pulley 40 is finely rotated in the forward direction (clamping direction) to adjust the position so that the second serration 162a and the first serration 161a can be accurately engaged.
  • the air pressure applied to the air supply passage 171a of the fixing pin 171 is removed to move the piston ring 164 forward by the elastic force of the pulley clutch spring 163. If so, the pulley clutch 162 moves forward so that the second serration 162a is engaged with the first serration 161a of the fixing member 161 so that the rotational force of the driving pulley 40 is pulley clutch 162 ) And the spindle operation mode that can be transferred to the spindle 20 through the fixing member 161. Subsequently, the spindle motor is operated at a high speed to rotate the spindle 20 at a high speed to process a workpiece.
  • the clutch unit configured in the electric drive system of this second embodiment is driven by the component that constitutes the clutch unit without being swung against the outer surface of the spindle 20 by the component that performs the clutching operation, and the drive pulley 40 while the components constituting the clutch unit are fixed.
  • the pulley clutch 162 configured on the inside receives the pressing force in the front-rear direction, so that coupling and separation between serrations occur, and thus there is an advantage of obtaining greater precision.
  • the present invention can be applied to a machine tool for processing a workpiece.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Gripping On Spindles (AREA)

Abstract

본 발명은 공작물을 가공하는 선반에서 스핀들을 구동하는 모터의 동력을 클러치 기구를 이용하여 척을 구동하기 위한 드로우바 및 스핀들을 포함하는 회전시스템에 선택적으로 전달할 수 있도록 한 공작기계의 전기 구동 시스템에 관한 것으로, 본 발명에 따른 공작기계의 전기 구동 시스템은, 하우징; 상기 하우징 내부에 하우징에 대해 회전 가능하게 설치된 중공관 형태의 스핀들; 상기 스핀들의 외측에 스핀들에 대해 회전 가능하게 설치된 구동풀리; 상기 구동풀리를 회전시키는 스핀들 모터; 상기 스핀들의 내측에 스핀들에 대해 축방향으로의 직선 운동은 가능하지만 상대 회전 운동은 불가능하게 설치되어, 스핀들에 대해 축방향으로 직선 운동하거나 스핀들과 함께 회전하는 드로우바와; 상기 구동풀리의 회전 운동을 드로우바의 전후진 직선 운동으로 변환하는 운동변환유닛; 상기 스핀들의 외측에 설치되어 상기 스핀들을 구동풀리와 하우징에 선택적으로 연결하는 클러치유닛; 상기 구동풀리에 연결되어 구동풀리의 회전량 및 회전 위치를 검출하는 엔코더를 포함하는 위치검출유닛; 및, 상기 스핀들 운전모드 상태에서 클램핑 운전모드로 절환되기 직전과, 상기 클램핑 운전모드에서 스핀들 운전모드로 절환되기 직전에 상기 위치검출유닛에 의해 검출된 클러치유닛의 위치 정보에 근거하여 상기 구동풀리를 회전시켜 클러치유닛의 위치를 정렬하는 위치 조정 프로세스를 수행하는 제어부를 포함한다.

Description

공작기계의 전기 구동 시스템
본 발명은 공작 기계에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 공작물을 가공하는 선반에서 스핀들을 구동하는 모터의 동력을 클러치 기구를 이용하여 척을 구동하기 위한 드로우바 및 스핀들을 포함하는 회전시스템에 선택적으로 전달할 수 있도록 한 공작기계의 전기 구동 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 공작기계는 피가공물과 가공툴로 구성되어 둘 중 하나가 고정될 때, 다른 하나는 회전함으로써 피가공물의 형상을 가공하게 되는데, 회전부에 따라 선반과 밀링으로 구분할 수 있다.
상기 선반은 가공 툴은 정지된 상태에서 피가공물이 회전하는 방식으로 구성되는데, 통상적으로 피가공물을 고정되게 하는 척과 상기 척을 구동하기 위한 드로우바, 그리고 드로우바와 척, 피가공물을 회전시키는 스핀들로 구성되어 있다.
종래의 선반은 드로우바와 스핀들을 구동하기 위해 각각의 독립된 구동 시스템을 필요로 하는데, 주로 드로우바는 유압 시스템이, 스핀들은 전기시스템이 적용되어 왔다. 유압식으로 작동되는 종래의 드로우바는 구동부가 복잡하고, 척이 피가공물을 잡는 힘을 제어할 수 없을 뿐만 아니라 효율이 낮은 문제점이 있다. 이에 기존의 유압시스템을 전기 시스템으로 대체하기 위해 리드스크류를 적용하여 전동기의 회전력을 드로우바의 추력으로 변환하는 전기 구동 시스템 개발에 대한 노력들이 지속되고 있다.
이러한 공작 기계의 전기식 구동 시스템은 클러치장치의 작동을 통해 스핀들을 하우징과 구동요소(예를 들어 구동풀리)에 선택적으로 연결하여 피가공물의 클램핑 동작(클램핑 운전모드)과 피가공물의 가공 동작(스핀들 운전모드)을 수행하는 것이 일반적이다.
그런데 종래에는 어떤 한 피가공물에 대하여 스핀들 운전모드를 수행하여 피가공물을 가공한 후에 스핀들이 정지했을 때 스핀들의 위치를 정확하게 알 수 없기 때문에 스핀들과 물려있는 클러치장치의 구성요소를 직선 이동하여 클램핑 운전모드로 절환할 때 클러치장치에 구성된 톱니 형상의 세레이션이 정확하게 맞물리지 않는 경우가 발생하게 되고, 반대로 클램핑 운전모드에서 피가공물을 클램핑 후 스핀들 운전모드로 절환 할 때 또한 톱니 형상의 세레이션이 정확하게 맞물리지 않는 경우가 발생한다. 이 상태에서 스핀들이 고속으로 회전하게 되면 구동요소의 회전력이 클러치장치를 통해 스핀들에 정확하게 전달되지 않는 경우가 발생하여 진동이나 소음, 가공 불량이 발생하는 문제가 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 클러치유닛의 세레이션의 위치를 실시간으로 검출하여 운전모드를 절환할 때 클러치장치의 세레이션 간의 결합이 정확하게 이루어질 수 있도록 한 공작기계의 전기 구동 시스템을 제공함에 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 한 형태에 따른 공작기계의 전기 구동 시스템은, 공작기계의 본체에 고정되게 설치되는 하우징; 상기 하우징 내부에 하우징에 대해 회전 가능하게 설치된 중공관 형태의 스핀들; 상기 스핀들의 외측에 스핀들에 대해 회전 가능하게 설치된 구동풀리; 상기 구동풀리를 회전시키는 스핀들 모터; 상기 스핀들의 내측에 스핀들에 대해 축방향으로의 직선 운동은 가능하지만 상대 회전 운동은 불가능하게 설치되어, 스핀들에 대해 축방향으로 직선 운동하거나 스핀들과 함께 회전하는 드로우바와; 상기 구동풀리의 회전 운동을 드로우바의 전후진 직선 운동으로 변환하는 운동변환유닛; 상기 스핀들의 외측에 설치되어 상기 스핀들을 구동풀리와 하우징에 선택적으로 연결하는 클러치유닛; 상기 구동풀리에 고정되게 형성된 제1엔코더풀리와, 상기 하우징에 설치되는 제2엔코더풀리와, 상기 제1엔코더풀리와 제2엔코더풀리에 감겨져 제1엔코더풀리의 회전력을 제2엔코더풀리로 전달하는 타이밍벨트와, 상기 제2엔코더풀리와 축결합되어 회전량 및 회전 위치를 검출하는 엔코더를 포함하는 위치검출유닛; 및, 상기 클러치유닛에 의해 스핀들이 구동풀리에 연결된 스핀들 운전모드 상태에서 스핀들이 하우징에 연결되는 클램핑 운전모드로 절환되기 직전과, 상기 클램핑 운전모드에서 스핀들 운전모드로 절환되기 직전에 상기 위치검출유닛에 의해 검출된 클러치유닛의 위치 정보에 근거하여 상기 구동풀리를 회전시켜 클러치유닛의 위치에 정렬하는 위치 조정 프로세스를 수행하는 제어부;를 포함한다.
상기 제어부는 상기 스핀들 운전모드에서 클램핑 운전모드로 절환되기 직전에는 상기 위치검출유닛에 의해 검출된 클러치유닛의 위치 정보에 근거하여 구동풀리를 회전시켜 클러치유닛을 초기 원점 위치로 정렬하고, 상기 클램핑 운전모드에서 스핀들 운전모드로 절환되기 직전에는 상기 위치검출유닛에 의해 검출된 클러치유닛의 위치 정보에 근거하여 클러치유닛의 세레이션이 서로 맞물릴 정도로 구동풀리를 클램핑 방향으로 미세하게 회전시켜 조정한다.
본 발명의 한 실시형태에 따른 클러치유닛은, 상기 구동풀리의 전방면에 고정되며 원주방향을 따라 톱니 형상의 고정세레이션이 형성되어 있는 고정클러치; 링 형태로 되어 스핀들의 외면에 축방향으로 슬라이딩은 가능하지만 상대 회전은 불가능하게 연결되는 가동클러치; 상기 가동클러치의 전방면에 설치되며 하우징의 후방에 형성되는 톱니 형상의 하우징세레이션과 맞물리는 전방세레이션이 형성되어 있는 전방커플러; 상기 가동클러치의 후방면에 설치되며 상기 고정클러치의 고정세레이션과 맞물리는 후방세레이션이 형성되어 있는 후방커플러; 상기 가동클러치를 스핀들의 축방향으로 직선 이동시키는 클러치 구동부;를 포함할 수 있다.
상기 제어부는 스핀들 운전모드에서 클램핑 운전모드로 절환 직전에 위치검출유닛에 의해 검출된 위치 정보에 기반하여 상기 구동풀리를 회전시켜 가동클러치의 위치를 초기 원점 위치로 정렬하고, 클램핑 운전모드에서 스핀들 운전모드로 절환 직전에 위치검출유닛에 의해 검출된 위치 정보에 기반하여 구동풀리를 클램핑 방향으로 회전시켜 고정클러치의 위치를 미세 조정하여 고정클러치의 고정세레이션과 가동클러치의 후방세레이션을 정렬한다.
상기 클러치 구동부는, 상기 가동클러치의 전방과 상기 하우징의 후단부 사이에서 스핀들의 외면에 고정되게 설치되는 스프링마운트부재, 상기 스프링마운트부재에 설치되어 상기 가동클러치에 후방으로 탄성력을 가하는 제1탄성부재, 상기 하우징에 축방향으로 이동 가능하게 설치되며 후단부에 상기 가동클러치의 외주면에 연접하는 견인돌기가 반경방향 내측으로 돌출되게 형성되어 있는 링 형태의 클러치피스톤, 상기 하우징의 후단부에 대해 상기 클러치피스톤에 후방으로 탄성력을 가하는 제2탄성부재, 및 상기 클러치피스톤에 전방으로 외력을 가하여 클러치피스톤을 전방으로 이동시키는 피스톤액추에이터를 포함할 수 있다.
상기 가동클러치의 내주면과 스핀들의 외면 사이에는 가동클러치를 스핀들에 대해 축방향으로는 이동이 가능하지만 원주방향으로는 회전하지 않도록 구속하는 클러치 키 및 클러치 키홈이 설치될 수 있다.
상기 운동변환유닛은, 상기 드로우바의 후방부에 고정되며, 외면에 나선형으로 감겨진 나사산을 구비한 리드스크류부; 및, 상기 구동풀리에 결합되어 구동풀리와 함께 회전하며, 내주면에 상기 리드스크류부의 나사산과 나선결합되는 나사산이 형성되어 있는 원통형의 캐리어부재; 를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 한 실시형태에 따른 클러치유닛은, 상기 구동풀리의 전방부와 하우징의 후방부 사이에서 스핀들의 외면에 상대 회전이 불가능하게 설치되며, 후방면에 원주방향을 따라 톱니 형상의 제1세레이션이 형성되어 있는 고정부재; 상기 구동풀리의 전방부에 전후방향으로 이동 가능하게 설치되며, 전방으로 이동했을 때 상기 제1세레이션과 맞물리는 제2세레이션이 원주방향을 따라 형성되어 있는 풀리클러치; 상기 구동풀리에 대해 상기 풀리클러치에 전방으로 탄성력을 가하는 풀리클러치스프링; 상기 하우징에 대해 상기 고정부재를 고정 또는 해제하는 록킹부재; 및, 상기 풀리클러치를 후방으로 이동시키는 클러치작동부재; 를 포함하며, 상기 제어부는 스핀들 운전모드에서 클램핑 운전모드로 절환 직전에 위치검출유닛에 의해 검출된 위치 정보에 기반하여 상기 구동풀리를 회전시켜 고정부재의 위치를 초기 원점 위치로 정렬하고, 클램핑 운전모드에서 스핀들 운전모드로 절환 직전에 위치검출유닛에 의해 검출된 위치 정보에 기반하여 상기 구동풀리를 클램핑 방향으로 미세하게 회전시켜 풀리클러치의 제2세레이션과 고정부재의 제1세레이션의 위치를 정렬한다.
상기 클러치작동부재는, 상기 고정부재에 형성된 피스톤수용홈 내측에 설치되어 피스톤수용홈 내측으로 인가되는 공압에 의해 후방으로 이동하면서 풀리클러치를 후방으로 밀어내는 피스톤링과, 상기 풀리클러치와 피스톤링 사이에 배치되어 피스톤링에 대해 풀리클러치를 회전 가능하게 지지하는 피스톤베어링을 포함할 수 있다.
상기 록킹부재는, 상기 하우징의 후방에 고정부재 쪽으로 직선 왕복 운동하도록 설치되며, 선단부가 상기 고정부재의 외주면에 형성되는 록킹홈 내측으로 삽입되는 고정핀; 및, 상기 고정핀을 직선 왕복 운동시키는 핀액추에이터;를 포함한다.
상기 고정부재에는 피스톤수용홈에서부터 상기 록킹홈으로 연장되는 공압채널이 형성되고, 상기 고정핀에는 상기 고정핀이 록킹홈 내측으로 삽입되었을 때 상기 공압채널과 연통되는 공기공급유로가 형성되며, 상기 공기공급유로는 외부의 공기공급수단과 연결되어 공압채널을 통해 피스톤수용홈으로 공기를 공급할 수 있다.
본 발명에 따르면 위치검출유닛에 의해 스핀들 및 클러치유닛의 세레이션의 위치가 정확하게 검출되고, 검출된 위치 정보에 기반하여 스핀들 운전모드에서 클램핑 운전모드로 절환시에, 그리고 클램핑 운전모드에서 스핀들 운전모드로 절환시에 클러치유닛의 세레이션의 위치를 정확하게 정렬하여 클러치유닛에 구성되어 있는 세레이션이 항상 정확하게 맞물리게 할 수 있고, 각각의 운전모드에서 정확한 구동 제어가 가능하게 되는 이점을 얻을 수 있다.
또한 캐리어부재의 나사산과 나선 결합되는 리드스크류부의 셀프 록킹(self-locking) 기능에 의해, 드로우바의 후진에 의한 피가공물의 클램핑 동작으로부터 스핀들의 회전에 의한 피가공물의 가공이 이루어지는 스핀들 운전모드로 절환시에 최초의 클램핑력을 유지할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 구동 시스템의 전체 구성을 나타낸 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 전기 구동 시스템의 중심부를 축방향으로 절개하여 나타낸 절개 사시도이다.
도 3은 도 1에 도시된 전기 구동 시스템에 구성되는 클러치유닛을 확대하여 나타낸 확대 단면도이다.
도 4 및 도 5는 도 1에 도시된 전기 구동 시스템의 주요 부분을 확대하여 나타낸 단면도로, 도 4는 클램핑 운전모드를 나타내고, 도 5는 스핀들 운전모드를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전기 구동 시스템의 전체 구성을 나타낸 단면도이다.
도 7은 도 6에 도시된 전기 구동 시스템의 중심부를 축방향으로 절개하여 나타낸 절개 사시도이다.
도 8은 도 6에 도시된 전기 구동 시스템에 구성되는 클러치유닛을 확대하여 나타낸 확대 단면도이다.
도 9는 도 8에 도시된 클러치유닛의 일부분을 확대하여 나타낸 정면에서 본 단면도이다.
도 10 및 도 11은 도 6에 도시된 전기 구동 시스템의 주요 부분을 확대하여 나타낸 단면도로, 도 10은 클램핑 운전모드를 나타내고, 도 11은 스핀들 운전모드를 나타낸다.
본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 개시된 발명의 바람직한 일 예에 불과할 뿐이며, 본 출원의 출원시점에 있어서 본 명세서의 실시예와 도면을 대체할 수 있는 다양한 변형 예들이 있을 수 있다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 공작기계의 전기 구동 시스템 및 그 작동방법을 후술된 실시예에 따라 구체적으로 설명하도록 한다. 도면에서 동일한 부호는 동일한 구성 요소를 나타낸다.
제1실시예
도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 첫번째 실시예에 따른 전기 구동 시스템은, 공작기계의 본체에 고정되게 설치되는 하우징(10)과, 상기 하우징(10) 내부에 하우징(10)에 대해 회전 가능하게 설치된 중공관 형태의 스핀들(20)과, 상기 스핀들(20)의 외측에 스핀들(20)에 대해 회전 가능하게 설치된 구동풀리(40)와, 상기 구동풀리(40)를 회전시키는 스핀들 모터(미도시), 상기 스핀들(20)의 내측에 스핀들(20)에 대해 축방향으로 직선 운동하거나 스핀들(20)과 함께 회전하는 드로우바(30)와, 상기 구동풀리(40)의 회전 운동을 드로우바(30)의 전후진 직선 운동으로 변환하기 위한 운동변환유닛인 리드스크류부(35) 및 캐리어부재(50), 상기 스핀들(20)의 후방부 외면에 축방향으로 선형 이동은 가능하지만 스핀들(20)의 외면에 대해 상대 회전을 불가능하게 구성되어 스핀들(20)을 구동풀리(40)와 하우징(10)에 선택적으로 결합시키는 클러치유닛, 상기 구동풀리(40)와 연결되어 회전량 및 회전 위치를 검출하는 위치검출유닛, 및 상기 위치검출유닛으로부터 위치 정보를 전달받아 상기 스핀들 모터(미도시)의 작동을 제어하는 제어부(90)를 포함한다.
하우징(10)은 내부가 빈 통형태로 이루어져 공작기계의 본체에 고정되게 설치된다. 하우징(10)의 후단부에는 스핀들(20)의 후방부가 통과하는 개구부가 형성된 링 형태의 하우징 후면커버(11)가 고정되게 결합된다. 하우징 후면커버(11)의 후방면에는 상기 클러치유닛을 구성하는 전방커플러(63)와의 결합을 위한 하우징세레이션(11a)이 형성되어 있다.
하우징(10)의 전방부 외측에는 피가공물의 가공을 위한 척(C)이 구비되고, 척(C)에는 피가공물을 클램핑하기 위한 조오(jaw)(J)가 반경 방향으로 이동 가능하게 설치된다. 조오(J)는 상기 드로우바(30)의 전단부와 링크부재(미도시)를 통해 연결되어 드로우바(30)의 전후진 선형 운동에 의해 반경 방향으로 이동하면서 피가공물을 클램핑(clamping)하거나 해제(unclamping)한다.
스핀들(20)은 기다란 원통형의 중공관 형태로 되어, 하우징(10)의 내측 공간에 축방향(전후방향)을 따른 축을 중심으로 회전 가능하게 설치된다. 스핀들(20)의 외면과 하우징(10)의 내면 사이에는 하우징(10)에 대해 스핀들(20)을 회전 가능하게 지지하는 복수개의 스핀들베어링(25)이 설치된다. 스핀들베어링(25)은 스핀들(20)에 고정되는 스프링마운트부재(65a) 및 베어링 지지링(26)(도 3 참조)에 의해 지지된다.
드로우바(30)는 스핀들(20)의 중공부 내측에 전후방향으로, 즉 스핀들(20)의 축방향으로 전후진은 가능하지만 스핀들(20)에 대해 회전 운동은 불가능하게 설치된다. 드로우바(30)의 전방부 외주면에는 드로우바 키홈(31)이 전후방향으로 연장되게 형성되고, 상기 스핀들(20)의 전방부에 드로우바 키홈(31)에 삽입되는 드로우바 키(32)가 고정되어, 드로우바(30)가 스핀들(20)에 대해 축방향으로는 이동이 가능하지만 스핀들(20)에 대해 회전 운동은 불가능하게 구속되어 있다.
상기 드로우바(30)의 후방부 외면에는 나선형으로 감겨진 나사산을 구비한 리드스크류부(35)가 형성되어 있다. 상기 리드스크류부(35)는 드로우바(30)에 일체형으로 만들어질 수도 있으나, 이와 다르게 드로우바(30)와 개별체로 만들어진 후 별도의 체결수단에 의해 상호 고정될 수도 있다. 이 실시예에서 상기 드로우바(30)와 리드스크류부(35)는 칩을 불어내는 장치 및 공작물을 밀어내는 장치 등을 구성할 수 있도록 속이 빈 중공의 원통체로 이루어진 것으로 도시되었지만, 이와 다르게 드로우바(30)와 리드스크류부(35)는 속이 채워진 중실 구조의 원통체로 이루어질 수도 있을 것이다.
리드스크류부(35)는 구동풀리(40)에 결합된 캐리어부재(50)로부터 회전력을 전달받아 드로우바(30)를 전후진시키는 운동변환유닛의 기능을 한다.
상기 스핀들 모터(미도시)는 하우징(10)의 외부에 설치되며 구동벨트(미도시)와 같은 동력전달부재를 통해 구동풀리(40)와 연결되어 구동풀리(40)에 회전력을 전달한다. 스핀들 모터(미도시)는 스핀들(20)의 회전량과 위치를 검출하기 위한 스핀들엔코더(미도시)를 구비할 수 있다. 스핀들 모터는 상기 제어부(90)와 전기적으로 연결되어 제어부(90)로부터 제어신호를 수신하여 작동된다.
구동풀리(40)는 스핀들(20)의 후단부 외측에 스핀들(20)에 대해 상대 회전 가능하게 설치되어 상기 스핀들 모터(미도시)로부터 동력을 전달받아 회전한다. 구동풀리(40)의 내주면과 스핀들(20) 사이에는 스핀들(20)에 대해 구동풀리(40)를 회전 가능하게 지지하는 베어링(42)이 설치된다. 상기 베어링(42)은 스핀들(20)의 후단에 결합되는 잠금너트(43)에 의해 잠금너트(43)의 바로 전방에서 스핀들(20)에 고정된다. 구동풀리(40)의 전방부는 클러치유닛에 의해 스핀들(20)과 결합되거나 스핀들(20)에서 분리된다.
상기 캐리어부재(50)는 구동풀리(40)의 후방에 고정되게 결합되어 구동풀리(40)와 함께 회전한다. 캐리어부재(50)는 내주면에 상기 리드스크류부(35)의 나사산과 나선 결합되는 나사산이 형성된 원통형으로 이루어진다. 따라서 상기 캐리어부재(50)가 회전하면 캐리어부재(50)의 나사산과 리드스크류부(35)의 나사산 간의 작용에 의해 리드스크류부(35) 및 드로우바(30)가 축방향을 따라 전후진하게 된다. 상기 캐리어부재(50)와 리드스크류부(35)는 나사산을 통해 서로 결합되어 있기 때문에 셀프록킹(self-locking)되어 클러치유닛의 작동시 추력이 풀리지 않으며, 따라서 스핀들(20)을 고정하기 위한 별도의 구조물, 예를 들어 에어피스톤 등의 제거가 가능하다.
드로우바(30)의 전후진 이송량을 감지하여 드로우바(30)와 연결된 조오(J)의 위치와 변위를 정확하게 검출하고, 이를 통해 조오(J)의 피가공물 클램핑 상태와 언클램핑 상태를 정확하게 파악할 수 있도록 하기 위하여, 상기 드로우바(30)의 후단부에 한 센서도그(96)가 장착되고, 상기 하우징(10)의 후단부에 상기 센서도그(96)를 감지하는 위치센서(95)가 고정되게 설치된다.
상기 클러치유닛은 하우징(10)의 후단부 외측에서 스핀들(20)의 외면에 대해 축방향으로(전후방향으로) 선형 이동이 가능하게 설치되며, 전후진 이동 방향에 따라 상기 구동풀리(40)와 결합되거나 하우징(10) 후단부에 고정된 하우징 후면커버(11)에 결합되면서 스핀들(20)을 구동풀리(40)와 하우징(10)에 선택적으로 결합시키거나 분리시키는 기능을 한다.
도 3을 참조하면, 이 첫번째 실시예의 클러치유닛은, 구동풀리(40)의 전방면에 고정되며 원주방향을 따라 톱니 형상의 고정세레이션(61a)이 형성되어 있는 고정클러치(61), 링 형태로 되어 스핀들(20)의 외면에 축방향으로 슬라이딩은 가능하지만 상대 회전은 불가능하게 연결되는 가동클러치(62), 상기 가동클러치(62)의 전방면에 설치되며 하우징(10)의 후방의 하우징 후면커버(11)에 형성되어 있는 하우징세레이션(11a)과 맞물리는 톱니 형상의 전방세레이션(63a)이 형성되어 있는 전방커플러(63), 상기 가동클러치(62)의 후방면에 설치되며 상기 고정클러치(61)의 고정세레이션(61a)과 맞물리는 후방세레이션(64a)이 형성되어 있는 후방커플러(64), 상기 가동클러치(62)를 스핀들(20)의 축방향으로 직선 이동시키는 클러치 구동부를 포함한다.
상기 고정클러치(61)는 원형 링 형태로 되어 구동풀리(40)의 전단부에 고정되게 설치된다. 고정클러치(61)는 구동풀리(40)와 개별체로 만들어진 후 구동풀리(40)의 전방에 볼트 등에 의해 고정될 수 있으나, 이와 다르게 고정클러치(61)가 구동풀리(40)에 일체로 만들어질 수도 있을 것이다.
가동클러치(62)는 고정클러치(61)의 전방에 배치되어 스핀들(20)의 외면에 대해 전후방향으로 슬라이딩하도록 설치된다. 가동클러치(62)의 내주면과 스핀들(20)의 외면 사이에는 가동클러치(62)를 스핀들(20)에 대해 축방향으로는 이동이 가능하지만 원주방향으로는 회전하지 않도록 구속하는 복수의 클러치 키(69a) 및 클러치 키홈(69b)이 형성되어 있다.
전방커플러(63)는 가동클러치(62)의 전방면에 고정되게 설치된다. 전방커플러(63)는 가동클러치(62)와 개별체로 제작된 후 가동클러치(62)에 결합될 수 있으나, 이와 다르게 가동클러치(62)와 일체로 제작될 수도 있을 것이다. 전방커플러(63)의 전방면에는 하우징 후면커버(11)의 후방면에 형성되어 있는 하우징세레이션(11a)과 맞물리는 톱니 형상의 전방세레이션(63a)이 원주방향을 따라 형성되어 있다.
후방커플러(64)는 가동클러치(62)의 후방에 고정되게 설치되고, 후방면에 고정클러치(61)의 고정세레이션(61a)과 맞물리는 톱니 형상의 후방세레이션(64a)이 원주방향을 따라 형성되어 있다. 후방커플러(64)는 가동클러치(62)와 개별체로 제작된 후 가동클러치(62)에 고정되게 결합될 수 있지만, 이와 다르게 후방커플러(64)와 가동클러치(62)가 일체로 성형되어 제작될 수도 있다.
상기 클러치 구동부는 가동클러치(62)를 운전모드에 따라 전후진시키는 작용을 하도록 구성된다. 이 실시예에서 클러치 구동부는, 상기 가동클러치(62)의 전방과 상기 하우징(10)의 후단부 사이에서 스핀들(20)의 외면에 고정되게 설치되는 스프링마운트부재(65a), 상기 스프링마운트부재(65a)에 설치되어 상기 가동클러치(62)에 후방으로 탄성력을 가하는 제1탄성부재(65), 상기 하우징(10)에 축방향으로 이동 가능하게 설치되며 후단부에 상기 가동클러치(62)의 외주면에 연접하는 견인돌기(66a)가 반경방향 내측으로 돌출되게 형성되어 있는 링 형태의 클러치피스톤(66), 상기 하우징(10)의 후단부에 대해 상기 클러치피스톤(66)에 후방으로 탄성력을 가하는 제2탄성부재(67), 및 상기 클러치피스톤(66)에 전방으로 외력을 가하여 클러치피스톤(66)을 전방으로 이동시키는 피스톤액추에이터(68)를 포함한다.
상기 제1탄성부재(65)는 상기 스프링마운트부재(65a)의 후방면에 형성된 홈 내측에 설치되는 복수의 압축코일스프링으로 이루어져 가동클러치(62)에 후방으로 탄성력을 가한다.
상기 스프링마운트부재(65a)는 원형의 링 형태로 되어 가동클러치(62)와 하우징 후면커버(11) 사이에 배치되며, 내주면에 나사산이 형성되어 스핀들(20)의 외면에 형성되어 있는 나사산에 나선 결합되면서 고정된다.
클러치피스톤(66)은 가동클러치(62)의 외경보다 큰 내경을 갖는 링 형태로 되어 하우징 후면커버(11)에 축방향으로 슬라이딩 가능하게 설치된다. 클러치피스톤(66)은 가동클러치(62)를 전방으로 당기는 작용을 하도록 내주면 후단부에 견인돌기(66a)가 반경방향 내측으로 돌출되게 형성되어, 견인돌기(66a)가 가동클러치(62)의 외주면 전단부에 형성된 걸림돌기(62c)를 전방으로 당김으로써 가동클러치(62)를 전방으로 이동시킨다.
피스톤액추에이터(68)는 공압실린더 또는 유압실린더, 솔레노이드(전기식) 방식의 액추에이터를 적용하여 구성할 수 있으며, 클러치피스톤(66)을 전방으로 이동시키는 작용을 한다. 이 실시예에서 피스톤액추에이터(68)는 공압실린더로서, 피스톤액추에이터(68) 내측으로 공압이 인가되면 클러치피스톤(66)의 후방에 전방으로 압력이 가해져 클러치피스톤(66)이 제2탄성부재(67)의 탄성력을 이기고 전방으로 이동하게 된다. 이와 다르게 제2탄성부재(67)를 사용하지 않고 공압이 전후의 양방향이 작용하게 피스톤액추에이터(68)를 구성할 수도 있을 것이다.
한편 상기 구동풀리(40)의 전단부에는 위치검출유닛을 구성하는 제1엔코더풀리(91)가 고정되게 설치되고, 하우징(10)의 후방에 제2엔코더풀리(92)가 회전 가능하게 설치되며, 상기 제1엔코더풀리(91)와 제2엔코더풀리(92)에 제1엔코더풀리(91)의 회전력을 제2엔코더풀리(92)로 전달하는 타이밍벨트(93)가 감겨진다. 그리고, 상기 제2엔코더풀리(92)의 중심부는 엔코더(94)와 축결합되어 회전량을 검출한다. 엔코더(94)는 제어부(90)와 전기적으로 연결되어 검출된 위치 정보에 대한 신호를 제어부(90)로 전송한다.
따라서 구동풀리(40)가 클러치유닛의 후방커플러(64)와 결합되어 스핀들(20)과 함께 회전하게 되면 제1엔코더풀리(91)가 구동풀리(40)와 함께 회전하게 되고, 제1엔코더풀리(91)의 회전력이 타이밍벨트(93)를 통해 엔코더(94)에 전달되어 제어부(90)가 스핀들(20)의 회전수 및 전방커플러(63)의 위치가 검출될 수 있게 된다.
이러한 엔코더(94) 및 제1엔코더풀리(91)는 가동클러치(62)가 전방으로 이동하여 운전모드가 클램핑 운전모드로 전환되기 직전에 가동클러치(62)에 고정된 전방커플러(63)의 전방세레이션(62a)이 하우징세레이션(11a)과 정확하게 맞물릴 수 있도록 하기 위하여 가동클러치(62)의 회전 위치를 초기 위치로 조정할 때, 그리고 가동클러치(62)가 후방으로 이동하여 운전모드가 클램핑 운전모드에서 스핀들 운전모드로 전환되기 직전에 고정클러치(61)의 고정세레이션(61a)이 후방커플러(64)의 후방세레이션(64a)과 정확하게 맞물릴 수 있도록 고정클러치(61)의 위치를 미세 조정할 때 사용된다. 또한 이와 다르게 상기 엔코더(94) 및 엔코더풀리(91, 92)를 사용하지 않고 구동풀리(40) 및 구동벨트(미도시)와 연결된 스핀들 모터의 스핀들엔코더를 이용하여 가동클러치(62)의 위치를 검출하고 조정할 수도 있다.
또한 가동클러치(62)가 정해진 행정 거리(stroke)로 전후진 이동하여 가동클러치(62)의 전방면과 후방면에 형성되어 있는 전방세레이션(63a)과 후방세레이션(64a)이 각각 하우징세레이션(11a)과 고정세레이션(61a)과 정확하게 맞물렸는지를 확인할 수 있도록 하기 위하여 가동클러치(62)의 외주면에 클러치센서도그(98)가 설치되고, 하우징(10)의 후방부 하측에 상기 클러치센서도그(98)의 전후진 변위를 감지하는 클러치위치센서(97)가 설치된다.
이러한 구성으로 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 구동 시스템의 작동방법에 대해 도 4 및 도 5를 참조하여 좀 더 상세히 설명하면 다음과 같다.
공작 기계의 조오(J)가 피가공물을 클램핑하는 클램핑 운전모드에서는 클러치유닛의 가동클러치(62)가 전방으로 이동하여 전방커플러(63)의 전방세레이션(63a)이 하우징 후면커버(11)의 하우징세레이션(11a)과 맞물린 상태(도 4 참조)가 되며, 공작 기계의 조오(J)가 피가공물을 클램핑한 상태에서 스핀들(20)이 고속으로 회전하여 피가공물을 가공하는 스핀들 운전모드에서는 가동클러치(62)가 후방으로 이동하여 후방커플러(64)의 후방세레이션(64a)이 고정클러치(61)의 고정세레이션(61a)과 맞물린 상태(도 5 참조)가 된다.
먼저 클램핑 운전모드를 시작하기 위해서는 전방커플러(63)의 전방세레이션(63a)이 하우징 후면커버(11)의 하우징세레이션(11a)과 정확하게 맞물릴 수 있어야 한다. 따라서 클램핑 운전모드를 시작하게 되면, 제어부(90)가 위치검출유닛의 엔코더(94)를 통해 전달받은 가동클러치(62)의 위치 정보에 기반하여 구동풀리(40)를 일정량 회전시켜 가동클러치(62)의 위치를 초기 원점 위치로 정렬한다. 이 때 가동클러치(62)는 후방커플러(64)를 매개로 고정클러치(61)에 맞물려 있으므로 구동풀리(40)와 함께 회전한다.
이어서 클러치 구동부의 피스톤액추에이터(68)에 공압이 인가되고, 도 4에 도시된 것과 같이 클러치피스톤(66)이 제2탄성부재(67)의 탄성력을 이기고 전방으로 일정 거리만큼 이동하게 된다. 클러치피스톤(66)이 전방으로 이동하게 되면, 클러치피스톤(66) 후단의 견인돌기(66a)가 가동클러치(62)의 걸림돌기(62c)를 전방으로 끌어서 가동클러치(62)를 전진시키게 된다. 이에 따라 구동풀리(40) 후단부에 밀착되어 있던 후방커플러(64)가 구동풀리(40)에 고정된 고정클러치(61)와 분리된다. 그리고 가동클러치(62)의 전방면에 설치되어 있는 전방커플러(63)의 전방세레이션(63a)이 하우징 후면커버(11)의 후방면에 형성되어 있는 하우징세레이션(11a)과 맞물리게 되면서 가동클러치(62)의 회전이 제한되고, 스핀들(20)이 하우징 후면커버(11)에 고정되어 스핀들(20)의 회전이 제한된다.
이와 같이 스핀들(20)이 하우징(10) 후방의 하우징 후면커버(11)에 구속된 상태에서 스핀들 모터(미도시)에 전원을 인가하여 스핀들 모터를 동작시키면, 스핀들 모터의 동력이 구동풀리(40)에 전달되어 구동풀리(40)가 역방향(언클램핑 방향)으로 회전하게 된다.
상기 스핀들(20)이 하우징(10)에 대해 고정된 상태에서 구동풀리(40)가 역방향으로 회전함에 따라 캐리어부재(50)가 스핀들(20)의 주변을 따라 회전하게 된다. 상기 드로우바(30)의 전방부 외주면과 스핀들(20)의 전방부 외주면 사이에는 스핀들(20)에 대한 드로우바(30)의 상대 회전은 구속하고 전후방향으로의 이동만 허용하는 드로우바 키홈(31)과 드로우바 키(32)가 형성되어 있기 때문에, 상기 캐리어부재(50)가 스핀들(20)의 외면에 대해 역방향으로 회전하면, 캐리어부재(50)의 내주면에 형성되어 있는 나사산과 리드스크류부(35)의 외주면에 형성되어 있는 나사산 간의 작용에 의해 리드스크류부(35) 및 이에 결합된 드로우바(30)가 전방으로 선형 이동하게 된다. 상기 드로우바(30)가 스핀들(20)에 대해 전방으로 선형 이동함에 따라 조오(J)가 벌어져 피가공물을 언클램핑하게 된다.
이어서 스핀들 모터(미도시)가 이전과는 반대방향으로 작동하면 구동풀리(40)가 정방향으로 회전하게 되고, 캐리어부재(50)가 이전과는 반대로 회전하여 리드스크류부(35) 및 드로우바(30)가 축방향으로 후진하게 되고, 이에 따라 조오(J)가 오므려지면서 피가공물을 단단히 클램핑하게 된다.
물론 이 실시예에서는 드로우바(30)의 후진에 의해 피가공물이 클램핑되고 전진에 의해 클램핑력이 해제되는 것으로 설명하였지만 이와 반대로 드로우바(30)의 전진에 의해 피가공물이 클램핑되고 후진에 의해 클램핑력이 해제되게 구성될 수도 있을 것이다. 즉, 이 실시예에서는 구동풀리(40)가 정방향으로 회전할 때 조오(J)가 피가공물을 클램핑하고 역방향으로 회전할 때 조오(J)가 피가공물을 언클램핑(unclamping)하는 것으로 설명되었지만, 공작 기계에 따라서 이와 반대로 구동풀리(40)가 역방향으로 회전할 때 조오(J)가 피가공물을 클램핑하고 정방향으로 회전할 때 조오(J)가 피가공물을 클램핑할 수도 있을 것이다.
전술한 것과 같이 드로우바(30)가 후진하여 조오(J)가 피가공물을 단단히 클램핑하는 클램핑 운전모드가 완료되면, 제어부(90)는 엔코더(94)에 검출된 고정클러치(61)의 위치 정보에 따라 고정클러치(61)의 고정세레이션(61a)과 가동클러치(62)의 후방커플러(64)의 후방세레이션(64a)의 위치 정렬 상태를 파악하여, 만약 세레이션 간의 위치가 어긋나 있을 경우 스핀들 모터(미도시)에 토크를 더 인가하여 구동풀리(40)를 정방향으로, 즉 피가공물을 클램핑하는 방향(클램핑 방향)으로 미세하게 회전시켜 고정세레이션(61a)과 후방세레이션(64a)이 정확하게 맞물릴 수 있도록 위치를 조정한다.
위치 조정이 완료되면, 클러치유닛을 작동시켜 가동클러치(62)를 후방으로 이동시켜 가동클러치(62)의 후방세레이션(64a)이 고정클러치(61)의 고정세레이션(61a)과 맞물리게 하여 구동풀리(40)의 회전력이 가동클러치(62)를 통해 스핀들(20)로 전달될 수 있는 스핀들 운전모드로 절환한다. 이어서 스핀들 모터를 고속으로 운전하여 스핀들(20)을 고속 회전시킴으로써 피가공물의 가공 작업을 진행한다.
전술한 것과 같은 운전모드의 절환 시에 도 5에 도시한 것과 같이 피스톤액추에이터(68)의 공압을 해제하면, 클러치피스톤(66) 및 가동클러치(62)가 각각 제2탄성부재(67) 및 제1탄성부재(65)의 탄성력에 의해 후방으로 밀려서 이동하게 된다.
이에 따라 가동클러치(62) 전방면의 전방커플러(63)가 하우징 후면커버(11)에서 분리되고, 가동클러치(62) 후방면의 후방커플러(64)의 후방세레이션(64a)이 고정클러치(61)의 고정세레이션(61a)에 맞물리면서 가동클러치(62)가 구동풀리(40)에 결합되어 회전력을 전달받게 된다. 이에 따라 가동클러치(62)와의 상대 회전이 구속된 스핀들(20)이 구동풀리(40)의 회전력을 전달받게 된다.
이어서 스핀들 모터(미도시)에 전원을 인가하여 정해진 회전속도로 동작시키면, 구동풀리(40) 및 이에 결합된 가동클러치(62)와 스핀들(20)이 정해진 회전속도로 회전하면서 피가공물의 가공이 이루어진다. 이 때 드로우바(30)는 후단의 리드스크류부(35)가 캐리어부재(50)와 나선 결합되어 있으므로 구동풀리(40)와 캐리어부재(50)와 리드스크류부(35)와 드로우바(30)가 함께 회전하게 된다.
상술한 것과 같이, 본 발명에 따르면 위치검출유닛에 의해 스핀들(20) 및 클러치유닛의 고정클러치(61) 및/또는 가동클러치(62)의 위치가 검출되고, 검출된 위치 정보에 기반하여 스핀들 운전모드에서 클램핑 운전모드로 절환시에 가동클러치(62)의 위치를 초기 원점 위치로 정렬하여 가동클러치(62)에 구성되어 있는 전방커플러(63)의 전방세레이션(63a)과 하우징(10) 후단부의 하우징세레이션(11a)을 정확하게 맞물리게 할 수 있다. 그리고, 클램핑 운전모드에서 스핀들 운전모드로 절환할 때에는 고정클러치(61)의 위치를 미세 조정하여, 고정클러치(61)의 고정세레이션(61a)과 가동클러치(62)의 후방세레이션(64a)이 정확하게 맞물리게 함으로써 스핀들 운전모드에서 가공시에 정확한 스핀들(20)의 회전 제어가 가능하게 되는 이점을 얻을 수 있다.
또한 캐리어부재(50)의 나사산과 나선 결합되는 리드스크류부(35)의 셀프 록킹(self-locking) 기능에 의해, 드로우바(30)의 후진에 의한 피가공물의 클램핑 동작으로부터 스핀들(20)의 회전에 의한 피가공물의 가공이 이루어지는 스핀들 운전모드로 절환시에 최초의 클램핑력을 유지할 수 있는 이점이 있다.
제2실시예
도 6 내지 도 11은 본 발명에 따른 공작기계의 전기 구동 시스템의 다른 실시예를 나타낸 것으로, 이 두번째 실시예의 전기 구동 시스템은 스핀들(20)을 구동풀리(40)와 하우징(10)에 선택적으로 연결하기 위한 클러치유닛의 구성을 제외하고는 전술한 첫번째 실시예의 전기 구동 시스템의 구성과 동일 또는 유사하므로, 동일 또는 유사한 구성요소에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 8을 참조하면, 이 실시예의 전기 구동 시스템의 클러치유닛은 구동풀리(40)의 전방부와 하우징(10)의 후방부 사이에서 스핀들(20)의 외면에 상대 회전이 불가능하게 설치되며, 후방면에 원주방향을 따라 톱니 형상의 제1세레이션(161a)이 형성되어 있는 고정부재(161); 상기 구동풀리(40)의 전방부에 전후방향으로 이동 가능하게 설치되며, 전방으로 이동했을 때 상기 제1세레이션(161a)과 맞물리는 제2세레이션(162a)이 원주방향을 따라 형성되어 있는 풀리클러치(162); 상기 구동풀리(40)에 대해 상기 풀리클러치(162)에 전방으로 탄성력을 가하는 풀리클러치스프링(163); 상기 하우징(10)에 대해 상기 고정부재(161)를 고정 또는 해제하는 록킹부재; 및, 상기 풀리클러치(162)를 후방으로 이동시키는 클러치작동부재;를 포함한다.
상기 고정부재(161)는 원형의 링 형태로 되어 하우징 후면커버(11)의 바로 후방에 설치된다. 고정부재(161)는 스플라인 키(167)에 의해 스핀들(20)에 대해 전후방향으로는 이동이 가능하지만 스핀들(20)의 둘레를 따라 상대 이동은 불가능하게 설치된다. 고정부재(161)의 후방면에는 톱니 형상으로 된 제1세레이션(161a)이 원주방향을 따라 형성되어 있다. 상기 고정부재(161)의 외주면에는 상기 록킹부재와의 고정 및 해제를 위한 복수의 록킹홈(161b)이 원주방향을 따라 소정의 간격을 두고 배열된다. 또한 고정부재(161)의 후방면에는 클러치작동부재를 구성하고 있는 피스톤링(164)을 수용하기 위한 피스톤수용홈(161c)이 형성되어 있다.
풀리클러치(162)는 구동풀리(40)의 전방면에 형성되어 있는 클러치수용홈(43) 내측에 전후방향으로는 이동이 가능하지만 상대 회전운동은 불가능하게 설치된다. 이를 위해 도 9에 도시한 것과 같이 풀리클러치(162)의 후방면에 사각형 등의 다각형 단면을 갖는 복수의 가이드블록(162b)이 후방으로 돌출되게 형성되고, 클러치수용홈(43)의 후방면에 상기 가이드블록(162b)이 삽입되는 사각형의 가이드홈(44)이 형성된다.
풀리클러치(162)의 후방면과 구동풀리(40)의 전방면 사이에는 구동풀리(40)에 대해 상기 풀리클러치(162)에 전방으로 탄성력을 가하는 풀리클러치스프링(163)이 설치된다.
상기 풀리클러치(162)는 클러치작동부재에 의해 후방으로 압력을 받아 풀리클러치스프링(163)의 탄성력을 이기고 후방으로 이동한다. 이 실시예에서 클러치작동부재는, 상기 고정부재(161)에 형성된 피스톤수용홈(161c) 내측에 설치되어 피스톤수용홈(161c) 내측으로 인가되는 공압에 의해 후방으로 이동하면서 풀리클러치(162)를 후방으로 밀어내는 피스톤링(164)과, 상기 풀리클러치(162)와 피스톤링(164) 사이에 배치되어 피스톤링(164)에 대해 풀리클러치(162)를 회전 가능하게 지지하는 피스톤베어링(165)을 포함한다. 피스톤베어링(165)은 풀리클러치(162)가 회전할 때 풀리클러치(162)와 피스톤링(164) 사이의 마찰력을 최소화하는 작용을 한다.
상기 록킹부재는 상기 고정부재(161)를 하우징(10)의 후방부에 대해 고정 또는 해제하는 기능을 수행하도록 구성된다. 이 실시예에서 록킹부재는, 상기 하우징(10)의 후방에 고정부재(161) 쪽으로 직선 왕복 운동하도록 설치되며 선단부가 상기 고정부재(161)의 외주면에 형성되는 록킹홈(161b) 내측으로 삽입되는 고정핀(171); 및, 상기 고정핀(171)을 직선 왕복 운동시키는 핀액추에이터(172);를 포함한다. 상기 핀액추에이터(172)는 공압실린더 또는 솔레노이드 등을 적용할 수 있다.
상기 고정핀(171)은 상기 핀액추에이터(172)의 내부에 상하방향으로 이동이 가능하게 설치되어, 선단부가 상기 고정부재(161)의 외주면에 형성되는 록킹홈(161b) 내측으로 삽입되면서 고정부재(161)를 하우징(10)에 대해 고정시킨다.
상기 핀액추에이터(172)는 하우징(10)의 후방에 고정되게 설치되며, 고정핀(171)을 반경방향 내측으로 이동시키기 위한 공압이 인가되는 제1포트(172a)와, 고정핀(171)을 반경방향 외측으로 이동시키기 위한 공압이 인가되는 제2포트(172b)를 구비한다.
한편 상기 고정부재(161) 내부에는 상기 피스톤수용홈(161c)에서부터 상기 록킹홈(161b)으로 연통되는 공압채널(161d)이 형성되고, 상기 핀액추에이터(172) 및 고정핀(171)에는 상기 고정핀(171)이 록킹홈(161b) 내측으로 삽입되었을 때 상기 공압채널(161d)과 연통되는 공기공급유로(171a)가 형성되며, 핀액추에이터(172)에 형성된 공기공급유로(미도시)의 말단부는 외부의 공기공급수단(미도시)과 연결되어 공압채널(161d)로 공기를 공급하여 피스톤링(164)을 작동시킨다. 고정핀(171)의 공기공급유로(171a)는 고정핀(171)이 상측으로 이동하여 고정부재(161)의 록킹홈(161b) 내측으로 삽입될 때 핀액추에이터(172)의 공기공급유로(미도시)와 연통되고, 고정핀(171)이 하측으로 이동하여 고정부재(161)의 록킹홈(161b) 외측으로 이탈할 때 핀액추에이터(172)의 공기공급유로(미도시)와 어긋나면서 공기의 공급이 중단된다.
이러한 구성으로 이루어진 클러치유닛을 갖는 전기 구동 시스템은 다음과 같이 작동한다.
공작 기계의 조오(J)가 피가공물을 클램핑하는 클램핑 운전모드에서는 고정부재(161)가 록킹부재에 의해 하우징(10)에 대해 고정되어 스핀들(20)의 회전이 구속되고, 클러치유닛의 풀리클러치(162)는 후방으로 이동하여 고정부재(161)와 분리된 상태(도 10 참조)가 된다. 그리고 공작 기계의 조오(J)가 피가공물을 클램핑한 상태에서 스핀들(20)이 고속으로 회전하여 피가공물을 가공하는 스핀들 운전모드에서는 고정부재(161)와 록킹부재 간의 결합이 해제되어 고정부재(161)와 스핀들(20)이 회전이 자유로운 상태가 되고, 풀리클러치(162)는 전방으로 이동하여 고정부재(161)와 결합된 상태(도 11 참조)가 된다.
스핀들 운전모드에서 클램핑 운전모드로 절환시에 록킹부재가 고정부재(161)를 고정하여 스핀들(20)의 회전 운동을 구속해야 한다. 따라서 클램핑 운전모드를 시작하게 되면, 제어부(90)가 위치검출유닛의 엔코더(94)를 통해 전달받은 구동풀리(40) 및 풀리클러치(162)의 위치 정보에 기반하여 구동풀리(40)를 일정량 회전시켜 고정부재(161)의 위치를 초기 원점 위치로 정렬한다. 이 때 풀리클러치(162)의 제2세레이션(162a)은 고정부재(161)의 제1세레이션(161a)과 맞물려 있는 상태이므로 구동풀리(40)의 회전 운동은 풀리클러치(162)를 통해 고정부재(161)로 전달되어 고정부재(161)가 회전하게 되는 것이다.
이러한 위치 정렬 작업에 의해 고정부재(161)의 록킹홈(161b)과 록킹부재의 고정핀(171)이 정확하게 정렬된다.
위치 정렬 작업이 완료되면, 도 10에 도시한 것과 같이 록킹부재의 핀액추에이터(172)의 제1포트(172a)를 통해 공압이 인가되어 고정핀(171)이 상측으로 이동하고, 고정핀(171)의 선단부가 고정부재(161)의 록킹홈(161b) 내측으로 삽입되면서 고정부재(161)가 하우징(10)에 대해 고정된다.
이어서 핀액추에이터(172) 및 고정핀(171)의 공기공급유로(171a)를 통해 피스톤수용홈(161c) 내측으로 공기가 공급되면, 고정부재(161)에 설치되어 있는 피스톤링(164)이 후진하게 된다. 이에 따라 풀리클러치(162)가 후방으로 이동하여 고정부재(161)의 제1세레이션(161a)과 풀리클러치(162)의 제2세레이션(162a)이 분리되어 구동풀리(40)와 고정부재(161) 간의 구속 상태는 해제된다.
이어서 스핀들 모터(미도시)에 전원이 인가되어 구동풀리(40) 및 캐리어부재(50)가 역방향으로 회전한다. 이 때 상기 드로우바(30)의 전방부 외주면과 스핀들(20)의 전방부 외주면 사이에는 스핀들(20)에 대한 드로우바(30)의 상대 회전은 구속하고 전후방향으로의 이동만 허용하는 드로우바 키홈(31)과 드로우바 키(32)가 형성되어 있기 때문에, 캐리어부재(50)가 회전하게 되면 캐리어부재(50)의 내주면에 형성되어 있는 나사산과 리드스크류부(35)의 외주면에 형성되어 있는 나사산 간의 작용에 의해 리드스크류부(35) 및 이에 결합된 드로우바(30)는 전방으로 선형 이동하게 된다. 상기 드로우바(30)가 스핀들(20)에 대해 전방으로 선형 이동함에 따라 조오(J)가 벌어져 피가공물을 언클램핑하게 된다.
이어서 스핀들 모터(미도시)가 이전과는 반대방향으로 작동하면 구동풀리(40) 및 캐리어부재(50)가 정방향으로 회전하여 리드스크류부(35) 및 드로우바(30)가 축방향으로 후진하게 되고, 이에 따라 조오(J)가 오므려지면서 피가공물을 단단히 클램핑하게 된다.
물론 이 실시예에서도 드로우바(30)의 후진에 의해 피가공물이 클램핑되고 전진에 의해 클램핑력이 해제되는 것으로 설명하였지만 이와 반대로 드로우바(30)의 전진에 의해 피가공물이 클램핑되고 후진에 의해 클램핑력이 해제되게 구성될 수도 있을 것이다.
전술한 것과 같이 드로우바(30)가 후진하여 조오(J)가 피가공물을 단단히 클램핑하는 클램핑 운전모드가 완료되면, 제어부(90)는 엔코더(94)에 검출된 풀리클러치(162)의 위치 정보에 따라 풀리클러치(162)의 제2세레이션(162a)과 고정부재(161)의 제1세레이션(161a)의 위치 정렬 상태를 파악하여, 만약 세레이션 간의 위치가 어긋나 있을 경우 스핀들 모터(미도시)에 토크를 더 인가하여 구동풀리(40)를 정방향(클램핑 방향)으로 미세하게 회전시켜 제2세레이션(162a)과 제1세레이션(161a)이 정확하게 맞물릴 수 있도록 위치를 조정한다.
위치 조정이 완료되면, 고정핀(171)의 공기공급유로(171a)로 인가되는 공압을 제거하여 피스톤링(164)이 풀리클러치스프링(163)의 탄성력에 의해 전방으로 이동하게 한다. 그렇게 되면, 풀리클러치(162)가 전방으로 이동하여 제2세레이션(162a)이 고정부재(161)의 제1세레이션(161a)과 정확하게 맞물리게 되어 구동풀리(40)의 회전력이 풀리클러치(162) 및 고정부재(161)를 통해 스핀들(20)로 전달될 수 있는 스핀들 운전모드로 절환된다. 이어서 스핀들 모터를 고속으로 운전하여 스핀들(20)을 고속 회전시킴으로써 피가공물의 가공 작업을 진행한다.
이러한 운전모드의 절환 시에 도 11에 도시한 것과 같이 핀액추에이터(172) 및 고정핀(171)의 공기공급유로(171a)를 통한 공압 인가가 중단되어 클러치유닛의 피스톤링(164)에 후방으로 가해지던 외력을 제거한다. 이에 따라 풀리클러치(162) 및 피스톤링(164)이 풀리클러치스프링(163)의 탄성력에 의해 전진하여 풀리클러치(162)의 제2세레이션(162a)과 고정부재(161)의 제1세레이션(161a)이 서로 맞물려 구동풀리(40)와 고정부재(161)가 서로 구속된다.
이어서 핀액추에이터(172)의 제2포트(172b)를 통해 공압이 인가되어 고정핀(171)이 하측으로 이동하여 고정부재(161)의 고정 상태가 해제된다.
이 상태에서 스핀들 모터에 전원을 인가하여 구동풀리(40)를 정해진 속도로 고속으로 회전시키면, 구동풀리(40)와 함께 풀리클러치(162)와 고정부재(161)와 스핀들(20)이 함께 회전하여 피가공물의 가공이 이루어지게 된다.
이러한 두번째 실시예의 전기 구동 시스템에 구성된 클러치유닛은 클러칭 작동을 하는 구성부가 스핀들(20)의 외면에 대해 슬라이딩하여 선혀 운동하지 않고 클러치유닛을 구성하는 구성요소들이 고정된 상태에서 구동풀리(40) 내측에 구성된 풀리클러치(162)가 전후방향으로 가압력을 받아서 세레이션 간의 결합 및 분리가 발생하므로 더 큰 정밀도를 얻을 수 있는 이점이 있다.
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 공작 기계에 적용될 수 있다.

Claims (10)

  1. 공작기계의 본체에 고정되게 설치되는 하우징(10);
    상기 하우징(10) 내부에 하우징에 대해 회전 가능하게 설치된 중공관 형태의 스핀들(20);
    상기 스핀들(20)의 외측에 스핀들(20)에 대해 회전 가능하게 설치된 구동풀리(40);
    상기 구동풀리(40)를 회전시키는 스핀들 모터;
    상기 스핀들(20)의 내측에 스핀들에 대해 축방향으로의 직선 운동은 가능하지만 상대 회전 운동은 불가능하게 설치되어, 스핀들(20)에 대해 축방향으로 직선 운동하거나 스핀들과 함께 회전하는 드로우바(30)와;
    상기 구동풀리(40)의 회전 운동을 드로우바(30)의 전후진 직선 운동으로 변환하는 운동변환유닛;
    상기 스핀들(20)의 외측에 설치되어 상기 스핀들(20)을 구동풀리(40)와 하우징(10)에 선택적으로 연결하는 클러치유닛;
    상기 구동풀리(40)에 고정되게 형성된 제1엔코더풀리(91)와, 상기 하우징(10)에 설치되는 제2엔코더풀리(92)와, 상기 제1엔코더풀리(91)와 제2엔코더풀리(92)에 감겨져 제1엔코더풀리(91)의 회전력을 제2엔코더풀리(92)로 전달하는 타이밍벨트(93)와, 상기 제2엔코더풀리(92)와 축결합되어 회전량 및 회전 위치를 검출하는 엔코더(94)를 포함하는 위치검출유닛; 및,
    상기 클러치유닛에 의해 스핀들(20)이 구동풀리(40)에 연결된 스핀들 운전모드 상태에서 스핀들(20)이 하우징(10)에 연결되는 클램핑 운전모드로 절환되기 직전과, 상기 클램핑 운전모드에서 스핀들 운전모드로 절환되기 직전에 상기 위치검출유닛에 의해 검출된 클러치유닛의 위치 정보에 근거하여 상기 구동풀리(40)를 회전시켜 클러치유닛의 위치에 정렬하는 위치 조정 프로세스를 수행하는 제어부;
    를 포함하는 공작기계의 전기 구동 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제어부는, 상기 스핀들 운전모드에서 클램핑 운전모드로 절환되기 직전에 상기 위치검출유닛에 의해 검출된 클러치유닛의 위치 정보에 근거하여 구동풀리(40)를 회전시켜 클러치유닛을 초기 원점 위치로 정렬하고,
    상기 클램핑 운전모드에서 스핀들 운전모드로 절환되기 직전에 상기 위치검출유닛에 의해 검출된 클러치유닛의 위치 정보에 근거하여 클러치유닛의 세레이션이 서로 맞물릴 정도로 구동풀리(40)를 클램핑방향으로 미세하게 회전시켜 조정하는 공작기계의 전기 구동 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 클러치유닛은,
    상기 구동풀리(40)의 전방면에 고정되며 원주방향을 따라 톱니 형상의 고정세레이션(61a)이 형성되어 있는 고정클러치(61);
    링 형태로 되어 스핀들(20)의 외면에 축방향으로 슬라이딩은 가능하지만 상대 회전은 불가능하게 연결되는 가동클러치(62);
    상기 가동클러치(62)의 전방면에 설치되며 하우징(10)의 후방에 형성되는 톱니 형상의 하우징세레이션(11a)과 맞물리는 전방세레이션(63a)이 형성되어 있는 전방커플러(63);
    상기 가동클러치(62)의 후방면에 설치되며 상기 고정클러치(61)의 고정세레이션(61a)과 맞물리는 후방세레이션(64a)이 형성되어 있는 후방커플러(64);
    상기 가동클러치(62)를 스핀들(20)의 축방향으로 직선 이동시키는 클러치 구동부;
    를 포함하며,
    상기 제어부는 스핀들 운전모드에서 클램핑 운전모드로 절환 직전에 위치검출유닛에 의해 검출된 위치 정보에 기반하여 상기 구동풀리(40)를 회전시켜 가동클러치(62)의 위치를 초기 원점 위치로 정렬하고, 클램핑 운전모드에서 스핀들 운전모드로 절환 직전에 위치검출유닛에 의해 검출된 위치 정보에 기반하여 구동풀리(40)를 회전시켜 고정클러치(61)의 위치를 클램핑방향으로 미세 조정하여 고정클러치(61)의 고정세레이션(61a)과 가동클러치(62)의 후방세레이션(64a)을 정렬하는 공작기계의 전기 구동 시스템.
  4. 제3항에 있어서, 상기 클러치 구동부는, 상기 가동클러치(62)의 전방과 상기 하우징(10)의 후단부 사이에서 스핀들(20)의 외면에 고정되게 설치되는 스프링마운트부재(65a), 상기 스프링마운트부재(65a)에 설치되어 상기 가동클러치(62)에 후방으로 탄성력을 가하는 제1탄성부재(65), 상기 하우징(10)에 축방향으로 이동 가능하게 설치되며 후단부에 상기 가동클러치(62)의 외주면에 연접하는 견인돌기(66a)가 반경방향 내측으로 돌출되게 형성되어 있는 링 형태의 클러치피스톤(66), 상기 하우징(10)의 후단부에 대해 상기 클러치피스톤(66)에 후방으로 탄성력을 가하는 제2탄성부재(67), 및 상기 클러치피스톤(66)에 전방으로 외력을 가하여 클러치피스톤(66)을 전방으로 이동시키는 피스톤액추에이터를 포함하는 공작기계의 전기 구동 시스템.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 가동클러치(62)의 내주면과 스핀들(20)의 외면 사이에는 가동클러치(62)를 스핀들(20)에 대해 축방향으로는 이동이 가능하지만 원주방향으로는 회전하지 않도록 구속하는 클러치 키(69a) 및 클러치 키홈(69b)이 설치된 공작기계의 전기 구동 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 상기 운동변환유닛은,
    상기 드로우바(30)의 후방부에 고정되며, 외면에 나선형으로 감겨진 나사산을 구비한 리드스크류부(35); 및,
    상기 구동풀리(40)에 결합되어 구동풀리(40)와 함께 회전하며, 내주면에 상기 리드스크류부(35)의 나사산과 나선결합되는 나사산이 형성되어 있는 원통형의 캐리어부재(50);
    를 포함하는 공작기계의 전기 구동 시스템.
  7. 제1항에 있어서, 상기 클러치유닛은,
    상기 구동풀리(40)의 전방부와 하우징(10)의 후방부 사이에서 스핀들(20)의 외면에 상대 회전이 불가능하게 설치되며, 후방면에 원주방향을 따라 톱니 형상의 제1세레이션(161a)이 형성되어 있는 고정부재(161);
    상기 구동풀리(40)의 전방부에 전후방향으로 이동 가능하게 설치되며, 전방으로 이동했을 때 상기 제1세레이션(161a)과 맞물리는 제2세레이션(162a)이 원주방향을 따라 형성되어 있는 풀리클러치(162);
    상기 구동풀리(40)에 대해 상기 풀리클러치(162)에 전방으로 탄성력을 가하는 풀리클러치스프링(163);
    상기 하우징(10)에 대해 상기 고정부재(161)를 고정 또는 해제하는 록킹부재; 및,
    상기 풀리클러치(162)를 후방으로 이동시키는 클러치작동부재;
    를 포함하며,
    상기 제어부는, 스핀들 운전모드에서 클램핑 운전모드로 절환 직전에 위치검출유닛에 의해 검출된 위치 정보에 기반하여 상기 구동풀리(40)를 회전시켜 고정부재(161)의 위치를 초기 원점 위치로 정렬하고, 클램핑 운전모드에서 스핀들 운전모드로 절환 직전에 위치검출유닛에 의해 검출된 위치 정보에 기반하여 상기 구동풀리(40)를 클램핑방향으로 미세하게 회전시켜 풀리클러치(162)의 제2세레이션(162a)과 고정부재(161)의 제1세레이션(161a)의 위치를 정렬하는 공작기계의 전기 구동 시스템.
  8. 제7항에 있어서, 상기 클러치작동부재는,
    상기 고정부재(161)에 형성된 피스톤수용홈(161c) 내측에 설치되어 피스톤수용홈(161c) 내측으로 인가되는 공압에 의해 후방으로 이동하면서 풀리클러치(162)를 후방으로 밀어내는 피스톤링(164)과, 상기 풀리클러치(162)와 피스톤링(164) 사이에 배치되어 피스톤링(164)에 대해 풀리클러치(162)를 회전 가능하게 지지하는 피스톤베어링(165)을 포함하는 공작기계의 전기 구동 시스템.
  9. 제8항에 있어서, 상기 록킹부재는,
    상기 하우징(10)의 후방에 고정부재(161) 쪽으로 직선 왕복 운동하도록 설치되며, 선단부가 상기 고정부재(161)의 외주면에 형성되는 록킹홈(161b) 내측으로 삽입되는 고정핀(171); 및,
    상기 고정핀(171)을 직선 왕복 운동시키는 핀액추에이터(172);
    를 포함하는 공작기계의 전기 구동 시스템.
  10. 제9항에 있어서, 상기 고정부재(161)에는 피스톤수용홈(161c)에서부터 상기 록킹홈(161b)으로 연장되는 공압채널(161d)이 형성되고, 상기 고정핀(171)에는 상기 고정핀(171)이 록킹홈(161b) 내측으로 삽입되었을 때 상기 공압채널과 연통되는 공기공급유로(171a)가 형성되며, 상기 공기공급유로(171a)는 외부의 공기공급수단과 연결되어 공압채널(161d)을 통해 피스톤수용홈(161c)으로 공기를 공급하는 공작기계의 전기 구동 시스템.
PCT/KR2019/012091 2018-09-18 2019-09-18 공작기계의 전기 구동 시스템 WO2020060201A1 (ko)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US17/274,662 US20210323107A1 (en) 2018-09-18 2019-09-18 Electrical driving system for machine tool
EP19863681.3A EP3854519B1 (en) 2018-09-18 2019-09-18 Electrical driving system for machine tool
CN201980061392.3A CN112703082B (zh) 2018-09-18 2019-09-18 机床的电力驱动系统

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180111449A KR102069721B1 (ko) 2018-09-18 2018-09-18 공작기계의 전기 구동 시스템
KR10-2018-0111449 2018-09-18

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2020060201A1 true WO2020060201A1 (ko) 2020-03-26

Family

ID=69368866

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2019/012091 WO2020060201A1 (ko) 2018-09-18 2019-09-18 공작기계의 전기 구동 시스템

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20210323107A1 (ko)
EP (1) EP3854519B1 (ko)
KR (1) KR102069721B1 (ko)
CN (1) CN112703082B (ko)
WO (1) WO2020060201A1 (ko)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101999330B1 (ko) * 2018-02-01 2019-07-11 칸워크홀딩 주식회사 공작기계의 빌트인 타입 전기 구동 시스템 및 그 작동방법

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001009607A (ja) * 1999-06-24 2001-01-16 Hitachi Seiki Co Ltd 工作機械の電動チャックにおける潤滑油供給装置
KR20160072569A (ko) * 2014-12-15 2016-06-23 동아대학교 산학협력단 공작 기계의 전기 구동 장치 및 방법
US20170080539A1 (en) * 2015-09-18 2017-03-23 Fanuc Corporation Motor driving device of machine tool comprising plurality of switching elements
KR20170121605A (ko) * 2016-04-25 2017-11-02 동아대학교 산학협력단 자동클러치 시스템을 포함한 전기구동 척킹시스템
KR101825184B1 (ko) * 2017-04-13 2018-02-02 동아대학교 산학협력단 공작기계용 고효율 전기구동 척킹시스템

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3218083C2 (de) 1982-05-13 1986-11-27 Hubert Dipl.-Ing. 5920 Bad Berleburg Bald Vorrichtung zum Erzeugen eines Stelldrehmoments, insbesondere zum Verstellen der Position der Backen eines Futters oder der von ihnen ausgeübten Spannkraft
US4656708A (en) * 1985-10-29 1987-04-14 Hardinge Brothers, Inc. Live tooling turret
JP4344442B2 (ja) * 1999-12-17 2009-10-14 富士機械製造株式会社 チャック装置
GB0028931D0 (en) * 2000-11-28 2001-01-10 Pratt Burnerd Internat Ltd Actuator for workpiece holding device
KR200243368Y1 (ko) 2001-05-04 2001-10-12 주식회사 에스엠씨 씨엔씨 선반용 회전 유압 실린더
KR100732596B1 (ko) 2006-02-24 2007-06-27 허스키 인젝션 몰딩 시스템즈 리미티드 축을 회전하고 이동하기 위한 구동 조립체
WO2011121793A1 (ja) * 2010-03-30 2011-10-06 株式会社牧野フライス製作所 工作機械の主軸装置
JP2012051088A (ja) * 2010-09-03 2012-03-15 Sugino Machine Ltd タッピングユニット
EP3040144B1 (de) * 2015-01-05 2019-12-04 MTH GbR Markus und Thomas Hiestand Spanneinrichtung
WO2017126748A1 (ko) * 2016-01-19 2017-07-27 동아대학교 산학협력단 자동클러치 시스템을 포함한 전기구동 척킹시스템
EP3366398A1 (de) * 2017-02-28 2018-08-29 Step-Tec AG Spanneinheit für ein spannfutter einer werkzeugmaschinenspindel
KR101827434B1 (ko) * 2017-04-13 2018-02-08 동아대학교 산학협력단 공작기계의 고효율 전기구동 척킹시스템 및 그 작동방법
KR101999330B1 (ko) * 2018-02-01 2019-07-11 칸워크홀딩 주식회사 공작기계의 빌트인 타입 전기 구동 시스템 및 그 작동방법

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001009607A (ja) * 1999-06-24 2001-01-16 Hitachi Seiki Co Ltd 工作機械の電動チャックにおける潤滑油供給装置
KR20160072569A (ko) * 2014-12-15 2016-06-23 동아대학교 산학협력단 공작 기계의 전기 구동 장치 및 방법
US20170080539A1 (en) * 2015-09-18 2017-03-23 Fanuc Corporation Motor driving device of machine tool comprising plurality of switching elements
KR20170121605A (ko) * 2016-04-25 2017-11-02 동아대학교 산학협력단 자동클러치 시스템을 포함한 전기구동 척킹시스템
KR101825184B1 (ko) * 2017-04-13 2018-02-02 동아대학교 산학협력단 공작기계용 고효율 전기구동 척킹시스템

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP3854519A4 *

Also Published As

Publication number Publication date
EP3854519A4 (en) 2021-10-27
KR102069721B1 (ko) 2020-01-23
US20210323107A1 (en) 2021-10-21
EP3854519A1 (en) 2021-07-28
CN112703082A (zh) 2021-04-23
EP3854519B1 (en) 2024-05-15
CN112703082B (zh) 2022-08-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2018190532A1 (ko) 공작기계의 고효율 전기구동 척킹시스템 및 그 작동방법
US8382405B2 (en) Spindle device for machine tool
WO2017126748A1 (ko) 자동클러치 시스템을 포함한 전기구동 척킹시스템
WO2020060204A1 (ko) 공작기계의 전기 구동 시스템 및 그 작동방법
KR101926656B1 (ko) 자동클러치 시스템을 포함한 전기구동 척킹시스템
WO2020060201A1 (ko) 공작기계의 전기 구동 시스템
KR101825184B1 (ko) 공작기계용 고효율 전기구동 척킹시스템
WO2019151708A1 (ko) 공작기계의 빌트인 타입 전기 구동 시스템 및 그 작동방법
US4863324A (en) Quick change attachment for clamping chucks
US4819319A (en) Power chuck retainer for rotating spindle
US5443275A (en) Chuck
US4777714A (en) Quick-change mount for chucks
WO2018143606A2 (ko) 브로칭 머신 및 이를 포함하는 선반
US20040206193A1 (en) Thrust converter, and method and device for controlling thrust converter
US5127594A (en) Tool changing methods and apparatus for an armature winding machine
US5480164A (en) Dead length collet chuck holder
CN116100140A (zh) 一种轴类产品焊接装置
CN217315896U (zh) 一种机床电主轴
US4599023A (en) Device for mounting a tool-holder
KR101999324B1 (ko) 공작기계의 전기 구동 시스템 및 그 작동방법
JP3586381B2 (ja) アタッチメント主軸装置
WO2022203218A1 (ko) 공작기계의 공작물 반전장치
JPS60249515A (ja) 動力操作チヤツクの仮爪の迅速交換装置
WO2024025239A1 (ko) 부품 취급장치를 구비한 공작기계
JP3081223B2 (ja) チャックの迅速交換装置

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 19863681

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2019863681

Country of ref document: EP

Effective date: 20210419