KR100672098B1

KR100672098B1 - 공작기계의 주축 유니트

Info

Publication number: KR100672098B1
Application number: KR1020030053961A
Authority: KR
Inventors: 야마모토타츠야
Original assignee: 가부시키가이샤 모리 세이키 세이사쿠쇼
Priority date: 2002-08-09
Filing date: 2003-08-05
Publication date: 2007-01-19
Also published as: JP2004066440A; CN1485174A; KR20040014268A; EP1388385A1; TW200414954A; US20040028493A1; TWI264336B; US7037052B2

Abstract

본 발명에 따른 공작기계의 주축 유니트는 칼럼(4)에 해제장치(30)를 보지하기 위한 현수 지그(보지기구)(50)가 배치되며, 이 현수지그(50)로 해제장치(30)를 매달아 보지한 상태로 볼트(43)를 제거함으로써 주축헤드(15)가 자체로 상하 이동이 가능하게 되어 있다.

현수지그, 칼럼, 해제(unclamp), 클램프(clamp), 주축유니트, 벨빌 스프링, 드로우 바

Description

공작기계의 주축 유니트{SPINDLE UNIT OF MACHINE TOOL}

도 1은 본 발명에 따른 주축 유니트가 배치된 횡형 공작기계 센터부의 사시도.

도 2는 주축 유니트의 개략 구성을 나타내는 사시도.

도 3은 주축 유니트의 개략 구성을 나타내는 사시도.

도 4는 주축 헤드의 클램프 장치를 나타내는 단면도.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 주축 유니트로서, 그 개략 구성을 나타내는 사시도.

*도면의 주요부분에 대한 부호 설명*

1. 횡형 공작기계의 센터부

3. 주축 유니트

4. 칼럼

4b. 구멍

15. 주축 헤드

16. 공구주축

20. 드로우 바(draw bar)

21. 벨빌 스프링(belleville spring)

30. 해제장치

50. 현수 지그(보지기구)

55. 장착대(보지기구)

본 발명은 공구 주축으로부터 공구를 해제하기 위한 해제장치를 구비한 공작기계의 주축 유니트에 관한 것이다.

일반적으로, 공작기계의 주축 유니트는 주축의 관통구멍에 공구를 클램프하거나 해제(unclamp)하는 드로우 바(draw bar)를 축방향으로 이동가능하게 삽입배치하고, 이 드로우 바를 클램프 방향으로 가압하는 다수의 벨빌 스프링(belleville spring)을 이 드로우 바에 장착하고, 상기 주축에 클램프된 공구를 해제하기 위한 해제장치를 구비하고 있다. 이러한 종류의 해제장치로서 예를들면 유압에 의해 구동되는 피스톤을 갖는 실린더 블록을 주축 헤드의 반공구측의 후단벽에 고정하는 동시에 이 실린더 블록에 유압을 공급하는 유압배관, 냉매공급배관 및 전기배선을 접속한 구조의 것이 있다.

한편, 상기 주축 유니트에 있어서 공구주축의 유지보수나 벨빌 스프링의 교환을 행하는 경우, 종래 상기 해제장치 전체를 주축 헤드로부터 제거시켜 바닥에 두고, 이 상태에서 주축헤드로부터 공구주축, 드로우 바를 인출하는 것이 일반적이 다.

그러나, 상기 종래 해제장치를 제거하여 바닥에 내려 놓는 경우에는 실린더블록에 접속된 유압배관, 냉매공급배관 및 전기배선의 모두를 일단 제거할 필요가 있으므로 해제장치의 재부착시에는 각 배관, 배선을 다시 접속해야하는 등 매우 많은 노동력이 필요하게 되어 작업성이 저하되는 문제가 있다.

또, 상기 종래 구조에서는 중량물인 해제장치를 작업자가 손으로 지지한 상태에서 분리하거나 부착할 필요가 있어, 노동력의 부담이 커지는 문제가 있다.

본 발명은 상기 종래 기술의 문제점을 감안한 것으로서, 공구주축의 유지보수나 벨빌 스프링의 교환을 행할 때의 작업성을 향상시킬 수 있는 동시에 제거 및 부착 시의 노동력의 부담을 줄일 수 있는 공작기계의 주축 유니트를 제공하는 것을 목적으로 한다.

(1)이러한 목적을 실현하기 위해 본 발명의 제1구성특징에 따른 공작기계의 주축 유니트는 공구 주축이 회전가능하게 배치되는 주축 헤드와; 상하 방향으로 주축헤드를 이동가능하게 지지하는 칼럼과; 공구 주축의 관통공으로 삽입되며, 그 축방향으로 이동이 가능하여 부착 헤드를 클램프하거나 해제(unclamp)하는 드로우 바(draw bar)와; 클램프 방향으로 드로우 바를 가압하는 가압장치와; 해제방향으로 드로우 바를 이동시키는 해제장치와; 칼럼으로 해제장치를 보지하는 보지기구를; 구비하고, 해제장치는 칼럼에서 보지된 상태에서 주축헤드로부터 제거가능하고, 주축헤드는 해제장치 없이 상하 방향으로 이동가능한 것을 특징으로 한다.

(2) 제2구성특징은 제1구성특징을 전제로 보지기구가 주축헤드의 이동선과 실질적으로 일치하는 위치에서 상기 해제장치를 보지하는 것을 특징으로 한다.

(3) 제3구성특징은 제1구성특징을 전제로, 상기 보지기구가 현수지그를 포함하며, 이 현수지그는 해제장치를 매달아 보지하기 위해 칼럼의 상벽부에 형성된 구멍을 이용하여 부착되는 것을 특징으로 한다.

(4)제4구성특징은 제1 구성특징을 전제로, 상기 보지기구가 칼럼에 고정된 장착대에 해제장치를 장착하도록 구성된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 상기 구성특징에 따라서, 공구주축과 드로우 바가 제거될 때 해제(umclamp)장치가 주축헤드를 상하로 이동시켜 보지기구에 의해 보지되고, 이러한 상태에서 주축헤드로부터 해제장치가 제거된다. 이것에 의해 주축헤드는 해제장치로부터 분리되고 자체로 주축헤드에 의해 상하방향으로 이동한다. 다음에, 주축헤드는 상하방향으로 이동하여 동작위치로 가고 공구 주축과 드로우 바를 끌어당긴다. 또한 해제장치를 다시 결합하기 위해 주축헤드를 해제장치를 보지하는 위치로 이동시키고 해제장치를 주축헤드에 고정시킨다.

본 발명의 주축 유니트에 따르면, 해제장치를 보지하는 보지기구가 주축헤드를 상하방향으로 이동가능하게 지지하는 칼럼에 배치되고, 주축헤드는 보지기구에 의해 해제장치를 보지한 상태에서 주축헤드를 제거함으로써 이 주축헤드에 의해 상하방향으로 이동가능하다. 따라서 해제장치는 유압배관, 냉매배관, 전기배선과 접 속된 상태로 기기에 유지될 수 있으며, 그 결과 장치 전체를 제거하여 바닥에 내려놓는 종래의 기술에 비해 많은 동작단계를 줄일 수 있는 동시에 동작성능도 향상시킬 수 있다. 또한, 칼럼에 해제장치가 유지됨으로써 작업자의 노동력부담도 줄일 수 있다.

본 발명에 따르면, 주축헤드의 이동선과 실질적으로 일치하는 위치에서 해제장치가 유지되므로, 제거 및 부착동작에 있어서 해제장치의 이동량을 줄일 수 있고, 더욱이 주축헤드 및 해제장치의 위치조절을 쉽게 수행할 수 있어 동작성능을 더욱 개선할 수 있다.

본 발명에 따르면, 칼럼의 상벽부에 형성된 구멍을 이용하여 현수지그에 의해 해제 장치가 매달려 있으므로 비용을 증대시키지 않으면서도 간단한 구조로 해제장치를 보지할 수 있다.

본 발명에 따르면, 칼럼 내벽에 고정된 장착대에 해제장치가 장착되어 있으므로, 비용을 증대시키지 않고도 간단한 구조로 해제장치를 보지할 수 있다.

다음에 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시에에 대하여 설명한다.

도 1 내지 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 공작기계의 주축 유니트를 설명하는 도면으로서, 도 1은 본 실시예의 주축 유니트가 설치된 공작기계의 사시도, 도 2 및 도 3은 주축 유니트의 개략구성을 나타내는 사시도, 도 4는 주축 헤드의 클램프장치의 단면도이다.

도면에서, 1은 횡형 머시닝 센터부(공작기계)를 나타내고, 이것은 고정 헤드(2)의 후방부(2a)에 주축 유니트(3)가 배치된 칼럼(4)을 탑재하는 동시에 전방 부(2b)에 팔레트 교환장치(5)를 탑재한 구성으로 되어 있다. 이 팔레트 교환장치(5)는 선회 테이블(6)에 탑재된 팔레트(7)(7)를 가공위치A와 초기설치위치 사이에서 선회시킨다. 또, 8은 칩이나 냉매가 초기설치위치로 비산하는 것을 방지하는 격리판이며, 9는 칩이 이송기구 측으로 비산하는 것을 방지하는 셔터이다.

상기 머시닝 센터부(1)는 주축 유니트(3)에 장착된 공구(도시안됨)를 회전구동하면서 이 주축 유니트(3)를 X축, Y축, Z축 방향으로 상대이동시키는 것에 의해 가공위치A의 팔레트(7)에 배치된 피가공물의 가공을 행하는 거이다.

상기 칼럼(4)은 좌우의 측벽부(4a)(4a)의 상단부 끼리를 상벽부(4b)에 의해 일체로 결합하여 이루어지는 것으로서 정면으로 볼 때 도어 형상이 되며, 상기 고정헤드(2)에 배치된 리니어 안내부(10)(10)에 의해 X축 방향으로 이동가능하게 되어 있다. 상기 좌우측벽부(4a) 및 상벽부(4b)에는 경량화를 도모하기 위한 복수의 경량화구멍(4c)(4d)이 형성되어 있다.

상기 칼럼(4) 내에는 주축 유니트(3)가 축심을 Z축 방향으로 향한 상태로 배치되고, 이 주축 유니트(3)는 좌우측벽부(4a)의 앞면에 배치된 리니어 안내부(11)(11)에 의해 Y축 방향으로 이동가능하게 되어 있다. 또, 주축 유니트(3)의 우측부에는 볼 스크류(12)가 결합되고, 이 볼 스크류(12)의 상단부에 접속된 서보 모터(13)에 의해 주축 유니트(3)가 승강구동된다.

상기 주축 유니트(3)는 주로 도 4에 나타낸 바와 같이, 원통형의 주축 헤드(15) 내에 공구 주축(16)을 베어링(17)을 통해서 회전가능하게 삽입하고, 이 공구 주축(16)의 전단부에 공구를 파지하는 공구 홀더(도시안됨)를 탑재한 구조로 되어 있다.

상기 주축 헤드(15)에는 베어링(17)에 윤활유를 공급하는 오일 통로(15c)가 형성되고, 이 오일 통로(15c)에는 오일 공급관(19)이 접속되어 있다.

상기 주축 헤드(15) 내에는 공구 주축(16)을 회전구동하는 주축 모터(18)가 설치된다. 이 주축 모터(18)는 주축 헤드(15)의 내주면에 고정된 스테이터(18a)와, 이 스테이터(18a)에 대향하도록 상기 공구 주축(16)의 외주면에 고정된 로터(18b)를 가지고 있다. 또, 상기 주축 헤드(15)에는 스테이터(18a)를 둘러싸도록 냉각통로(15a)가 형성되고, 이 냉각통로(15a)에 냉각액을 흐르도록 함여 스테이터(18a)를 냉각하도록 되어 있다.

상기 공구 주축(16)의 축심에는 관통구멍(16a)이 형성되고, 이 관통구멍(16a) 내에는 드로우 바(draw bar)(20)가 축방향으로 이동가능하게 삽입 배치된다. 이 드로우 바(20)와 공구 주축(16) 사이에는 이 드로우 바(20)를 클램프 방향으로 가압하는 다수의 벨빌 스프링(belleville spring)(21)이 개재되어 있고, 공구는 드로우 바(20)를 벨빌 스프링(21)으로 후방(도 4 우측)에 가압하도록 하여 공구 주축(16)에 클램프된다. 또, 상기 드로우 바(20)의 축심에는 후술하는 밸브 기구(40)를 통해서 공구에 냉매를 공급하는 공급구멍(20a)이 형성되어 있다.

상기 공구 주축(16)의 후단부에는 이 공구주축(16)의 회전수를 검출하기 위한 회전수 검출부재(22)가 볼트로 체결되어 고정된다. 또, 드로우 바(20)의 후단부에는 엔드 너트(end nut)(23)가 결합되어 있으며, 이 엔드 너트(23)의 체결에 의해 드로우 바(20)는 회전수 검출부재(22)를 개재시켜 공구주축(16)에 고정된다.

상기 주축 헤드(15)의 후단부에는 이 주축 헤드(15)의 후단개구(15b)를 덮는 덮개부재(25)가 설치되고, 이 덮개부재(25)는 상기 회전수 검출부재(22)에 축방향 상대 이동 불능 상태로 배치된다.

상기 주축 헤드(15)의 후단에는 해제장치(30)가 배치된다. 이 해제장치(30)는 상기 주축 헤드(15)에 착탈가능하게 장착된 커버(31)에 의해 기밀하게 덮혀있다. 그리고, 도 4에서 해제장치(30)의 축선a 으로부터 상측부분은 해제(unclamp)상태를 나타내고, 하측부분은 클램프(clamp)상태를 나타낸다.

상기 해제 장치(30)는 덮개부재(25)에 대향하는 대략 사발형으로 형성된 실린더 블록(32)의 실린더 요부(32a)내에 링 형상의 피스톤(33)을 축방향으로 미끄럼 이동 가능하게 삽입하고, 실린더 요부(32a)의 전단개구에지에 상기 피스톤(33)이 당접하는 스토퍼 판(34)을 볼트로 체결 고정하고, 이 스토퍼 판(34)과 피스톤(33)과의 사이에 이 피스톤(33)을 후퇴방향(클램프방향)으로 가압하는 스프링(35)을 개재한 구조로 되어 있다.

실린더 블록(32)에는 이 실린더 블록(32)과 피스톤(33)으로 형성된 오일 챔버(37)에 유압을 공급하는 유압통로(32b)가 형성되고, 이 실린더블록(32)의 후단면에는 상기 유압통로(32b)에 연통하는 유압배관용 조인트(38)가 접속되어 있다. 이 유압배관용 조인트(38)에는 유압이 공급되면 피스톤(33)이 전진하여 드로우 바(20)를 해제(unclamp)방향(축방향 전방)으로 이동시키고, 이것에 의해 공구의 클램프가 해제된다. 상기 유압이 개방되면 스프링(35)에 의해 피스톤(33)이 후퇴하고, 드로우 바(20)가 벨빌 스프링(21)에 의해 클램프 방향으로 이동하여 공구를 클램프한 다.

상기 피스톤(33)내에서 또한 실린더 요부(32a)의 저벽에는 상기 밸브 구조(40)가 배치된다. 이 밸브 기구(40)는 드로우 바(20)가 클램프 위치에 후퇴하면 밸브 피스톤(40a)가 전진하여 실린더 블록(32)에 형성된 클램프 통로(32c)와 드로우 바의 공급구멍(20a)을 연통시키고, 해제위치로 전진하면 밸브 피스톤(40a)이 후퇴하여 클램프 통로(32c)를 폐쇄하도록 구성된다. 상기 실린더 블록(32)의 후단면에는 클램프 통로(32c)에 연통하는 냉매 배관 조인트(41)가 접속되어 있고, 이 조인트(41)에는 냉매 호스(41a)를 통해 냉매공급원이 접속된다.

실린더 블록(32)의 외주에는 플랜지부(32d)가 형성된다. 이 플랜지부(32d)에는 둘레방향으로 소정간격을 두고 볼 구멍(32e)이 형성되고, 각 볼 구멍(32e)에는 볼트(43)가 장착된다. 그리고, 실린더 블록(32)은 각 볼트(43)에 의해 상기 덮개부재(25)에 체결고정된다.

또, 상기 플랜지부(32d)에는 상기 볼트(43)와는 다른 구조의 고정볼트(45)가 장착된다. 이 고정볼트(45)는 덮개부재(25)를 관통하여 주축헤드(15)에 체결되어 있고, 이 고정 볼트(45)의 후단부에는 너트(46)가 접속된다. 상기 커버(31)를 제거하고, 각 볼트(43), 고정 볼트(45)의 너트(46)를 느슨하게 하여 제거함으로써 실린더 블록(32)을 주축 헤드(15)로부터 제거한다.

그리고, 본 실시장치에서는 해제장치(30)를 칼럼(4) 내에서 보지하는 보지기구로서의 현수 지그(50)를 구비하고 있다. 이 현수 지그(50)는 봉형상의 현수 부재(50a)의 상단에 상벽부(4b)를 구멍(4d)의 에지부에 결합하는 후크부(50b)를 형 성하는 동시에, 하단에 실린더 블록(32)이 부착고정되는 고정부(50c)를 일체 형성한 구성으로 되어 있다. 이 고정부(50c)의 선단에 나사부(도시안됨)가 설치되고, 이 나사부와 실린더 블록(32)의 외주상부의 나사부(도시안됨)을 결합함으로써 고정될 수 있도록 하고 있다. 또한, 상기 현수 지그(50)는 실린더 블록(32), 더나아가서는 해제장치(30)를 주축헤드(15)의 이동선에 일치하는 위치에 보지하도록 되어 있다.

다음에, 본 실시예의 작용효과에 대하여 설명한다.

공구주축(20)의 유지보수, 또는 벨빌 스프링(belleville spring)(21)의 교환을 행하는 경우에는 먼저 현수 지그(50)를 칼럼(4d)에 삽입하여 이 구멍(4d)의 에지부에 후크부(50b)를 계합시킨다. 주축헤드(15)를 해제장치(30)가 현수부재(50)의 고정부(50c)에 매달릴 수 있는 위치에 오도록 이동시키고, 커버(31)를 제거하고 실린더 블록(32)을 고정부(50c)에 부착하며, 이 상태에서 각 볼트(43), 너트(46)를 느슨하게 하여 제거한다. 이것에 의해 실린더 블록(32)은 현수 지그(50)에 의해 아래로 매달려 유지되고, 주축 헤드(15)로부터 분리된다. 다음에, 주축 헤드(15)를 작업위치까지 하강시키고, 이 상태에서 엔드 너트(23), 드로우 바(20) 및 벨빌 스프링(21)을 후방으로 잡아당기는 한편, 공구주축(20)을 전방으로 잡아당긴다. 또, 해제장치(30)를 다시 결합하기 위해서는 주축 헤드(15)를 실린더 블록(32)의 보지위치 까지 이동시키고, 벗겨진 각 볼트(43), 너트(46)에 의해 실린더 블록(32)을 주축 헤드(15)에 체결 고정하고, 이 실린더 블록(32)의 현수부재(50)와의 고정을 해제하고, 커버(31)를 부착한다.

이와 같이 본 발명의 실시에에 따르면, 주축 헤드(15)를 승강 가능하게 지지하는 칼럼(4)에 현수부재(50)를 설치하고, 이 현수부재(50)에 해제장치(30)의 실린더 블록(32)을 매달아 보지한 상태에서 각 볼트(43)를 느슨하게 하여 제거하고, 이것에 의해 주축 헤드(15)를 승강 가능하게 분리하므로, 상기 실린더 블록(32)에 유압 호스(38a), 냉매 호스(41a), 또는 전기배선을 접속한 상태 그대로 기기내에 보지할 수 있고, 종래 장치 전체를 제거하여 바닥에 내려놓는 경우에 비해 작업공정수를 줄일 수 있어 작업성이 향상된다.

또, 실린더 블록(32)이 현수 부재(50)의 고정부(50c)에 위치하도록 주축 헤드(15)를 이동시키고, 이 상태에서 실린더 블록(32)을 현수부재(50)에 부착하여 매달리게 하는 것만으로 작업이 완료되고, 작업자가 손으로 집어서 바닥에 하강하는 경우에 비해서 노동력 부담이 줄어든다.

본 실시예에서는 현수 부재(50)에 의해 실린더 블록(32)을 주축 헤드(15)의 이동선과 일치하는 위치에 보지하게 되므로 실린더 블록(32)을 제거하거나 제거할 때의 주축 헤드(15)와의 위치결합을 용이하게 할 수 있고, 보다 작업성을 향상시킬 수 있다.

또, 상기 칼럼(4)의 상벽부(4b)에 형성된 경량화 구멍(4d)을 이용하여 실린더 블록(32)을 현수부재(50)에 의해 매달아 유지하도록 되어 있으므로 비용상승을 억제하면서도 간단한 구조로 실린더 블록(32)을 보지할 수 있다.

현수부재로서 와이어를 사용하고, 이 와이어로 실린더 블록을 결박하여 고정하고 구멍으로부터 실린더 블록을 매달 수 있다.

또, 본발명의 실시예에서는 현수 지그(50)에 의해 실린더 블록(32)을 보지한 경우를 설명하였지만, 본 발명에서는 도 5에 나타낸 바와 같이, 칼럼(4)에 고정된 장착대(55)에 해제장치(30)를 배치하여 보지하도록 할 수도 있다.

상기 장착대(55)는 칼럼(4)의 측벽부(4a)의 내측에 볼트 체결로 고정되어 있다. 그리고, 유지보수를 행하는 경우에는 해제장치(30)를 주축헤드(15)로부터 제거하여 장착대(55)에 배치하고, 이 주축 헤드(15)를 작업위치까지 하강시키고, 드로우 바(20), 엔드 너트(23)를 잡아당긴다. 이와 같이 한 경우에도 비용상승을 억제하면서도 간단한 구조로 실린더 블록(32)을 유지할 수 있으며, 결과적으로 본 발명의 상기 실시예와 같은 형태의 효과를 얻을 수 있다.

Claims

공작기계의 주축 유니트로서,

공구 주축이 회전가능하게 배치되는 주축 헤드와;

상하 방향으로 주축 헤드를 이동가능하게 지지하는 칼럼과;

공구 주축의 관통구멍으로 삽입되며, 그 축방향으로 이동이 가능하여 부착 헤드를 클램프 하거나 해제(unclamp)하는 드로우 바(draw bar)와;

클램프 방향으로 드로우 바를 가압하는 가압장치와;

해제방향으로 드로우 바를 이동시키는 해제장치와;

칼럼으로 해제장치를 보지하는 보지기구를; 구비하고,

해제장치는 칼럼에서 보지된 상태에서 주축 헤드로부터 제거가능하고,

주축 헤드는 해제장치 없이 상하 방향으로 이동가능한 것을 특징으로 하는 주축 유니트.
제1항에 있어서,

보지기구는 주축 헤드의 이동선과 실질적으로 일치하는 위치에서 상기 해제장치를 보지하는 것을 특징으로 하는 주축 유니트.
제1항에 있어서,

상기 보지기구는 현수 지그를 포함하며, 이 현수 지그는 해제장치를 매달아 보지하기 위해 칼럼의 상벽부에 형성된 구멍을 이용하여 부착되는 것을 특징으로 하는 주축 유니트.
제1항에 있어서,

상기 보지기구는 칼럼에 고정된 장착대에 해제장치를 장착하도록 구성된 것을 특징으로 하는 주축 유니트.