KR101148181B1 - 공구홀더 장착시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 공구홀더 장착시스템은, 스핀들(20)의 칼라부(22)와 이에 장착되는 공구홀더(10)의 플랜지부(16) 사이에 개재되는 얇은 링형태로 이루어지는 스페이서(30)와, 스페이서를 스핀들의 칼라부에 분리 가능하게 고정하는 고정수단을 포함하여 이루어진다.
고정수단은 육면체 형태의 블록부(321)와, 블록부의 둘레에 형성된 압박날개부(322)로 구성되며, 스핀들의 칼라부에 분리 가능하게 결속되는 드라이브키(32)를 포함하여 이루어지고, 스핀들의 칼라부에는 드라이브키의 블록부가 삽입되는 키홈(22a)이 형성된다.
드라이브키의 블록부는 내부를 관통하는 볼트홀(32a)이 형성된 구조로 이루어지고, 드라이브키는 블록부의 볼트홀을 관통하여 스핀들에 나사결합되는 키볼트(34)에 의해 스핀들에 결속된다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 스핀들의 칼라부와 공구홀더의 플랜지부 사이에 허용간극을 상쇄하는 스페이서가 개재되는 특성상 스핀들과 공구홀더의 결합강도가 향상되기 때문에 가공작업의 안정성이 향상된다는 이점이 있다.

Description

공구홀더 장착시스템{Instrument holder mounting system}

본 발명은 절삭공구를 지지하는 공구홀더를 공작기계에 장착하기 위한 공구홀더 장착시스템에 관한 것이다.

일반적으로 절삭가공에 사용되는 공작기계는 가공하고자 하는 공작물의 가공방법 및 부위 또는 공작물의 표면 조도에 따라 척과 같은 절삭공구를 선택적으로 교체하여 사용할 수 있도록 구성되어 있으며, 이와 같은 절삭공구의 선택적인 사용을 위하여 절삭공구를 분리 가능하게 고정하는 공구홀더를 이용하고 있다.

도 1에 나타난 것과 같이 공구홀더(10)는 절삭공구를 고정하는 홀더부(12)와, 공작기계의 스핀들(20)에 결합되는 섕크부(14), 홀더부(12)와 섕크부(14) 사이에 구성된 플랜지부(16)로 이루어져 있다.

공구홀더(10)의 섕크부(14)는 선단측으로 가면서 외경이 작아지는 테이퍼(taper)형상으로 이루어지며, 플랜지부(16)에는 스핀들(20) 선단의 칼라부(22)에서 돌출된 드라이브돌기(221)가 끼워지기 위한 끼움홈(16a)이 형성되어 있으며, 섕크부(14)가 삽입되는 스핀들(20)의 장착홈(20a) 역시 섕크부(14)와 형합되는 테이퍼 형상으로 이루어져 있다.

여기서, 스핀들(20)의 드라이브돌기(221)는 공구홀더(10)가 스핀들(20)에 결합된 상태에서 스핀들(20)의 끼움홈(16a)에 끼워짐으로써 스핀들(20)의 회전력을 공구홀더(10)에 효과적으로 전달하는 역할을 하게 된다.

이와 같이 구성된 공구홀더(10)는 절삭공구의 스핀들(20)에 분리 가능하게 장착되는데, 종래 공구홀더(10)의 장착구조는 테이퍼 형상의 섕크부(14)가 스핀들(20)의 장착홈(20a)에 삽입되고, 스핀들(20)내의 드로우멤버(draw member)(24)와 섕크부(14) 선단의 풀스터드(pull-stud)(18)가 결속되어 공구홀더(10)가 장착홈(20a)의 안쪽으로 당겨짐으로써 테이퍼 구조상 섕크부(14)의 외면과 장착홈(20a)의 내면이 밀착되어 섕크부(14)가 장착홈(20a)에 형합되도록 하는 방식으로 이루어진다.

한편, 이와 같은 종래기술에 있어서, JIS 규격 또는 ISO 규격에 의하면 스핀들(20)에 공구홀더(10)가 장착된 상태에서 스핀들(20)의 칼라부(22)와 이에 대향되는 공구홀더(10)의 플랜지부(16) 사이에는 소정의 허용간극(D)을 유지하도록 규정되어 있는 바, 이에 따라 발생하는 몇 가지 문제점에 대해 설명하면 다음과 같다.

우선, 각 규격에 의하여 스핀들(20)의 칼라부(22)와 이에 대응되는 플랜지부(16) 사이에 허용간극이 형성되도록 하는 것은 전술한 바와 같이 스핀들(20)의 장착홈(20a)에 공구홀더(10)의 섕크부(14)가 형합되는 방식의 특성을 고려한 것이다.

즉, 허용간극(D)이 형성되지 않고, 스핀들(20)의 칼라부(22)와 플랜지부(16)가 밀착 구성되는 것으로 가정해보면, 공구홀더(10)의 장착시 드로우멤버(24)에 풀스터드(18)가 결합됨으로써 섕크부(14)가 장착홈(20a)의 안쪽으로 당겨진 상태에서는 칼라부(22)와 플랜지부(16) 뿐만 아니라 섕크부(14)의 외면과 장착홈(20a)의 내면 또한 밀착되어야 한다.

그러나, 스핀들(20) 내지는 공구홀더(10)의 제작과정에서 미세한 가공오차가 발생함으로써 스핀들(20) 장착홈(20a)의 직경과 테이퍼값에 대하여 생크부(14)의 직경과 테이퍼값이 정확히 일치하지 않고 미달되게 구성된다면, 스핀들(20)의 칼라부(22)와, 공구홀더(10)의 플랜지부(16)는 밀착되는 반면, 섕크부(14)의 외면과 장착홈(20a)의 내면간에는 오차간극이 형성됨으로써 섕크부(14)가 스핀들(20)에 견고하게 안착되지 않게 된다.

그리고, 이와 같은 공구홀더(10)의 불완전한 안착상태에서는 고속으로 회전하는 스핀들(20) 및 공구홀더(10)의 작동특성상 작동과정에서 진동이 발생할 우려가 있고 이로 인해 결과적으로 정밀한 가공작업을 행할 수 없다는 문제가 발생하게 되는 바, 이러한 문제를 방지하기 위하여 스핀들(20)의 칼라부(22)와 공구홀더(10)의 플랜지부(16) 사이에 허용간극이 형성되도록 하고 있는 것이다.

이에 따라 종래기술에 의하면, 공구홀더(10)의 제작과정에서 발생하는 가공오차가 스핀들(20)의 칼라부(22)와 공구홀더(10)의 플랜지부(16) 사이의 허용간극(D)에 미치지 않는 정도라면 공구홀더(10)의 장착이 정상적으로 이루어지기 때문에 가공오차가 발생하지 않을 정도로 매우 엄격한 제작정밀도를 적용하는 것에 비하여 제작에 따른 비용증가 요인이 발생하지 않는다는 특징이 있다.

그러나 이러한 종래기술에 의하면, 공구홀더(10)가 스핀들(20)에 장착되어 일정치 이상의 고속으로 회전 작동하는 경우에는 스핀들(20)의 장착홈(20a)이 원심력에 의해 확장되는 현상이 발생할 수 있으며, 장착홈이 확장되면 스핀들(20)의 칼라부(22)와 공구홀더(10)의 플랜지부(16) 사이에 허용간극(D)이 형성된 특성상, 공구홀더(10)에 대한 결속이 드로우멤버(24)와 풀스터드(18)에 의해서만 유지된다.

따라서, 작업시에 발생하는 이른바 절삭부하(cutting load)가 풀스터드(18)에만 집중됨으로써 결과적으로 공구홀더(10)에 대한 지지력이 약해지기 때문에 중절삭(heavy-duty cutting)과 같은 작업시의 안정성 및 정밀도가 저하된다는 문제점이 발생한다.

본 발명은 상기한 종래 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 스핀들의 칼라부와 공구홀더의 플랜지부 사이에 개재되어 허용간극을 상쇄하는 스페이서를 포함하여 이루어짐으로써 공구홀더의 작동안정성이 향상되도록 하는 공구홀더 장착시스템의 제공을 목적으로 한다.

본 발명에 따른 공구홀더 장착시스템은, 스핀들의 칼라부와 상기 스핀들에 장착되는 공구홀더의 플랜지부 사이에 개재되는 얇은 링형태로 이루어지는 스페이서와, 상기 스페이서를 스핀들의 칼라부에 분리 가능하게 고정하는 고정수단을 포함하여 이루어진다.

상기 고정수단은 육면체 형태의 블록부와, 상기 블록부의 둘레에 형성된 압박날개부로 구성되며, 상기 스핀들의 칼라부에 분리 가능하게 결속되는 드라이브키를 포함하여 이루어지고, 상기 스핀들의 칼라부에는 상기 드라이브키의 블록부가 삽입되는 키홈이 형성된다.

상기 드라이브키의 블록부는 내부를 관통하는 볼트홀이 형성된 구조로 이루어지고, 상기 드라이브키는 상기 블록부의 볼트홀을 관통하여 스핀들에 나사결합되는 키볼트에 의해 스핀들에 결속된다.

상기 스페이서는 상기 스핀들의 칼라부 선단면과 동일한 평면형태로 이루어지며, 상기 키홈에 삽입된 상기 드라이브키의 블록부와 간섭되지 않도록 하는 키슬롯이 갖추어진 구조로 이루어진다.

또한, 본 발명에 따른 공구홀더 장착시스템은, 상기 스핀들은 칼라부의 선단면에 다수개의 나사홀이 형성된 구조로 이루어지고, 상기 스페이서는 상기 나사홀에 대응되는 다수개의 관통홀이 형성된 구조로 이루어지며, 상기 고정수단은 상기 스페이서의 관통홀을 통과하여 상기 스핀들 칼라부의 나사홀에 결합됨으로써 스페이서를 압박 고정하는 다수개의 결합나사를 포함하여 이루어질 수 있다.

이상과 같은 본 발명에 따른 공구홀더 장착시스템에 의하면 스핀들의 칼라부와 공구홀더의 플랜지부 사이에 허용간극을 상쇄하는 스페이서가 개재되는 특성상 스핀들과 공구홀더의 결합강도가 향상되기 때문에 가공작업의 안정성 및 가공정밀도가 향상된다는 이점이 있다.

도 1은 종래기술에 따른 공구홀더 장착시스템을 나타난 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 공구홀더 장착시스템의 구성을 나타낸 분해사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 공구홀더 장착시스템의 구성을 나타낸 결합사시도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 공구홀더 장착시스템의 구성을 나타낸 분해사시도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 공구홀더 장착시스템의 구성을 나타낸 결합사시도이다.

이하, 본 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용을 첨부된 도 2 부터 도 5 까지 참조로 하여 상세하게 설명하며, 종래기술과 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호를 부여하고 그 설명을 생략한다.

본 발명에 따른 공구홀더 장착시스템은, 도 2에 나타난 것과 같이 상기 스핀들(20)의 칼라부(22)와, 상기 스핀들(20)에 장착되는 공구홀더(10)의 플랜지부(16) 사이에 개재되는 얇은 링형태의 스페이서(30)와, 상기 스페이서(30)를 스핀들(20)의 칼라부(22)에 분리 가능하게 고정하는 고정수단을 포함하여 이루어진다.

여기서, 상기 스페이서(30)는 상기 스핀들(20)의 칼라부(22) 선단면과 동일한 평면형태로 이루어지며, 스페이서(30)의 일단에는 후술된 드라이브키(32)의 블록부(321)와 간섭되지 않도록 하는 키슬롯(30a)이 갖추어진다.

상기 스페이서(30)의 두께는 공구홀더(10)가 스핀들(20)에 장착된 상태에서 스핀들(20)의 칼라부(22)와 공구홀더(10)의 플랜지부(16)사이에 형성되는 허용간극(D)(도 1 참조)과 동일하거나, 미세하게 작은 정도로 이루어진다.

상기 고정수단은 육면체 형태의 블록부(321)와, 상기 블록부(321)의 둘레에 형성된 압박날개부(322)로 구성되며, 스핀들(20)에 분리 가능하게 결속되는 드라이브키(32)를 포함하여 이루어진다.

상기 스핀들(20)의 칼라부(22)에는 상기 드라이브키(32)의 블록부(321)가 삽입되는 키홈(22a)이 형성되고, 상기 드라이브키(32)는 블록부(321)의 일단이 상기 칼라부(22)의 키홈(22a)에 삽입됨으로써 스핀들(20)과 결합되며, 결합된 상태에서 상기 압박날개부(322)가 상기 스페이서(30)의 일단을 상기 칼라부(22) 측으로 압박함으로써 스페이서(30)를 고정하게 된다.

여기서, 상기 드라이브키(32)의 블록부(321)는 그 내부를 관통하는 볼트홀(32a)이 형성된 구조로 이루어지고, 드라이브키(32)는 상기 블록부(321)의 볼트홀(32a)을 관통하여 스핀들(20)에 나사결합되는 키볼트(34)에 의해 스핀들(20)에 결속된다.

한편, 본 발명에 따른 공구홀더 장착시스템은 상기 고정수단의 구성에 있어서, 도 4에 나타난 것과 같이 스페이서(30')를 관통하여 스핀들(20)에 결합되는 다수개의 결합나사(36)를 더욱 포함하여 이루어질 수 있다.

결합나사(36)를 포함하여 고정수단이 구성되는 경우에는 스핀들(20)의 칼라부(22) 선단면에 다수개의 나사홀(22b)이 형성되고, 스페이서(30')에는 상기 나사홀(22b)에 대응되는 다수개의 관통홀(30b)이 형성되며, 상기 결합나사(36)는 상기 스페이서(30')의 관통홀(30b)을 통과하여 상기 스핀들(20) 칼라부(22)의 나사홀(22b)에 결합됨으로써 스페이서(30')를 압박 고정하게 된다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 공구홀더 장착시스템의 작용에 대하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 도 3에 나타난 것과 같이 스페이서(30)를 스핀들(20)에 장착하는 경우에는, 드라이브키(32)가 스핀들(20)에서 분리된 상태에서 스페이서(30)를 스핀들(20)의 칼라부(22) 선단면에 접하도록 한 다음, 드라이브키(32)를 칼라부(22)의 키홈에 끼워넣고, 상기 드라이브키(32)의 블록부(321)를 관통하여 키볼트(34)를 스핀들(20)에 고정하게 된다.

여기서, 상기 스페이서(30)는 키슬롯(30a)이 키홈(22a)과 대응되도록 배치되며, 드라이브키(32)는 키슬롯(30a)을 통과하여 키홈(22a)에 삽입되고, 고정된 드라이브키(32)의 압박날개부(322)가 스페이서(30)를 압박하게 되고, 이에 따라 스페이서(30)가 고정된다.

스페이서(30)를 장착한 다음에는 공구홀더(10)를 스핀들(20)과 결합하게 되는데, 공구홀더(10)와 스핀들(20)의 결합구조는 종래와 동일하게 이루어지며, 공구홀더(10)가 장착된 상태에서는 플랜지부(16)의 선단면이 스핀들(20)의 칼라부(22) 반대쪽에서 스페이서(30)와 밀착된다.

또한, 공구홀더(10)가 스핀들(20)과 장착된 상태에서 드라이브키(32)의 블록부(321)의 일단은 공구홀더(10)의 플랜지부(16)의 끼움홈(16a)에 끼워지게 됨으로써 상기 드라이브키(32)는 스페이서(30)를 고정하는 역할뿐만 아니라, 종래의 드라이브돌기(221)(도 1 참조)와 같이 스핀들(20)의 회전력을 공구홀더(10)에 효과적으로 전달하는 역할도 하게 된다.

고정수단의 구성에 있어서 다수개의 결합나사(36)를 더욱 포함하여 이루어지는 경우에는 도 5에 나타난 것과 같이 드라이브키(32)를 이용하여 스페이서(30')를 스핀들(20)에 고정한 다음, 스페이서(30')의 관통홀(30b)을 통과하여 각 결합나사(36)를 스핀들(20)에 장착하게 된다.

결합나사(36)는 스페이서(30')를 관통하여 스핀들(20)의 칼라부(22)에 고정되는 특성상 스페이서(30')의 고정상태를 더욱 견고히 하게 된다.

한편, 이와 같은 본 발명에 있어서, 상기 스페이서(30)(30')는 스핀들(20)과 공구홀더(10)의 형태에 따라서 그 평면모양이 다양하게 이루어질 뿐만 아니라, 키슬롯(30a)의 배치구조 등도 다양하게 이루어질 수 있다.

이와 같은 본 발명에 의하면, 스핀들(20)의 칼라부(22)와 공구홀더(10)의 플랜지부(16) 사이에 허용간극을 상쇄하는 스페이서(30)(30')가 개재됨으로써 스핀들(20)과 공구홀더(10)의 결합강도가 향상되기 때문에 공구홀더(10)를 이용한 작업의 안정성이 향상된다.

10: 공구홀더 12: 홀더부
14: 섕크부 16: 플랜지부
20: 스핀들 22: 칼라부
22a: 키홈 22b: 나사홀
30: 스페이서 30a: 키슬롯
30b: 관통홀 32: 드라이브키
321: 블록부 322: 압박날개부
34: 키볼트 36: 결합나사

Claims (5)

1. 공작기계의 스핀들 선단의 칼라부와 상기 스핀들에 장착되는 공구홀더의 플랜지부 사이에 일정치의 허용간극이 유지되는 공구홀더 장착시스템에 있어서;
   
   상기 스핀들의 칼라부와 상기 스핀들에 장착되는 공구홀더의 플랜지부 사이에 개재되는 얇은 링형태의 스페이서와, 상기 스페이서를 스핀들의 칼라부에 분리 가능하게 고정하는 고정수단을 포함하여 이루어지며,
   
   상기 고정수단은
   육면체 형태의 블록부와, 상기 블록부의 둘레에 형성된 압박날개부로 구성되며, 상기 스핀들의 칼라부에 분리 가능하게 결속되는 드라이브키를 포함하여 이루어지고,
   상기 스핀들의 칼라부에는 상기 드라이브키의 블록부가 삽입되는 키홈이 형성됨으로써,
   
   상기 드라이브키의 블록부가 상기 칼라부의 키홈에 삽입된 상태에서 상기 압박날개부가 상기 스페이서의 일단을 상기 칼라부 측으로 압박함으로써 스페이서를 고정함과 동시에 공구홀더가 스핀들에 결합됨에 따라 상기 블록부가 상기 공구홀더의 플랜지부의 끼움홈에 삽입되는 것
   을 특징으로 하는 공구홀더 장착시스템.
   
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 드라이브키의 블록부는 내부를 관통하는 볼트홀이 형성된 구조로 이루어지고,
   상기 드라이브키는 상기 블록부의 볼트홀을 관통하여 스핀들에 나사결합되는 키볼트에 의해 스핀들에 결속되는 것
   을 특징으로 하는 공구홀더 장착시스템.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 스페이서는
   평면모양이 스핀들의 칼라부 선단면과 동일하게 이루어지며,
   상기 키홈에 삽입된 상기 드라이브키의 블록부와 간섭되지 않도록 하는 키슬롯이 갖추어진 구조로 이루어지는 것
   을 특징으로 하는 공구홀더 장착시스템.
   
5. 제4항에 있어서,
   상기 스핀들은 칼라부의 선단면에 다수개의 나사홀이 형성된 구조로 이루어지고,
   상기 스페이서는 상기 나사홀에 대응되는 다수개의 관통홀이 형성된 구조로 이루어지며,
   상기 고정수단은 상기 스페이서의 관통홀을 통과하여 상기 스핀들 칼라부의 나사홀에 결합됨으로써 스페이서를 압박 고정하는 다수개의 결합나사
   를 포함하여 이루어지는 공구홀더 장착시스템.

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