KR101841185B1 - 공작 기계의 전기 구동 척킹 시스템 - Google Patents

공작 기계의 전기 구동 척킹 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 공작물을 가공하는 선반에서 스핀들을 구동하는 모터의 동력을 클러치 기구를 이용하여 척을 구동하기 위한 드로우바와 스핀들에 선택적으로 전달할 수 있도록 한 공작 기계의 전기 구동 척킹 시스템에 관한 것으로, 본 발명의 한 형태에 따른 전기 구동 척킹 시스템은, 공작기계의 본체에 고정되게 설치되는 하우징과; 상기 하우징 내부에 하우징에 대해 회전 가능하게 설치된 중공관 형태의 스핀들과; 상기 스핀들의 후방부 외측에 스핀들에 대해 상대 회전 가능하게 설치되는 구동부재와; 상기 구동부재를 회전시키는 모터와; 일측이 상기 구동부재에 고정되며, 중앙부에 암나사산이 형성되어 있는 암나사커버와; 상기 스핀들의 내측에 스핀들에 대해 축방향으로의 직선 운동은 가능하지만 상대 회전 운동은 불가능하게 설치되며, 후단부에 상기 암나사산과 나선 결합되는 수나사산이 외주면에 형성되어 있는 드로우바와; 상기 스핀들의 외면에 스핀들에 대해 축방향으로 선형 이동 가능하게 설치되며, 이동 방향에 따라 상기 구동부재와 결합되거나 상기 하우징과 결합되면서 스핀들을 구동부재와 하우징 중 어느 하나에 선택적으로 연결하는 클러치커플러와; 상기 클러치커플러를 스핀들의 축방향으로 왕복 이동시키는 클러치구동부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

공작 기계의 전기 구동 척킹 시스템{Electrically Driven Chucking System for Machine Tool}
본 발명은 공작 기계에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 공작물을 가공하는 선반에서 스핀들을 구동하는 모터의 동력을 클러치 기구를 이용하여 척을 구동하기 위한 드로우바와 스핀들에 선택적으로 전달할 수 있도록 한 공작 기계의 전기 구동 척킹 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 설치가 복잡하고, 척이 피가공물을 잡는 힘을 제어할 수 없을 뿐만 아니라 효율이 낮은 문제점이 있다. 이를 해결하기 위해 유압시스템을 전기 시스템으로 대체하기 위한 노력들이 지속되고 있다(미국 등록특허 US 4,573,379 등).
그럼에도 불구하고 드로우바와 스핀들은 여전히 독립된 각각의 전기 구동 시스템을 필요로 하기 때문에 전체 선반 시스템의 구조가 복잡하고, 전기 시스템의 구동원인 모터가 각각 설치되어야 하므로 사이즈 및 비용이 증가하는 문제점이 있다.
미국 등록특허 US 4,573,379(1986년 3월 4일 등록) 대한민국 등록특허공보 제10-0732596호(2007년 06월 20일 등록) 대한민국 등록실용신안공보 제20-0243368호(2001년 8월 7일 등록)
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 클러치 기구를 이용하여 모터의 동력을 척을 구동하기 위한 드로우바와 스핀들에 선택적으로 전달함으로써 하나의 전기 구동부를 이용하여 선반 작업이 가능한 공작 기계의 전기 구동 척킹 시스템을 제공함에 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 한 형태에 따른 전기 구동 척킹 시스템은, 공작기계의 본체에 고정되게 설치되는 하우징과; 상기 하우징 내부에 하우징에 대해 회전 가능하게 설치된 중공관 형태의 스핀들과; 상기 스핀들의 후방부 외측에 스핀들에 대해 상대 회전 가능하게 설치되는 구동부재와; 상기 구동부재를 회전시키는 모터와; 일측이 상기 구동부재에 고정되며, 중앙부에 암나사산이 형성되어 있는 암나사커버와; 상기 스핀들의 내측에 스핀들에 대해 축방향으로의 직선 운동은 가능하지만 상대 회전 운동은 불가능하게 설치되며, 후단부에 상기 암나사산과 나선 결합되는 수나사산이 외주면에 형성되어 있는 드로우바와; 상기 스핀들의 외면에 스핀들에 대해 축방향으로 선형 이동 가능하게 설치되며, 이동 방향에 따라 상기 구동부재와 결합되거나 상기 하우징과 결합되면서 스핀들을 구동부재와 하우징 중 어느 하나에 선택적으로 연결하는 클러치커플러와; 상기 클러치커플러를 스핀들의 축방향으로 왕복 이동시키는 클러치구동부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 한 형태에 따른 공작 기계의 전기 구동 척킹 시스템은, 공작기계의 본체에 고정되게 설치되는 하우징과; 상기 하우징 내부에 하우징에 대해 회전 가능하게 설치된 중공관 형태의 스핀들과; 상기 스핀들의 후방부 외측에 회전 가능하게 설치되는 구동부재와; 상기 구동부재를 회전시키는 모터와; 상기 스핀들의 내측에 스핀들에 대해 회전 가능하게 설치되고, 후단부가 상기 구동부재에 고정되어 구동부재와 함께 회전하며, 전단부에 제1나사산이 나선형으로 형성되어 있는 구동축과; 상기 스핀들의 전방부에 고정되며 스핀들의 축방향으로 스플라인 홈이 형성되어 있는 스플라인 키와; 후방부에 상기 제1나사산에 나선 결합되는 제2나사산이 형성되고, 전방부에 상기 스플라인 키의 스플라인 홈에 결합되어 스플라인 홈을 따라 축방향으로 이동하는 스플라인 요철이 형성되어 있는 운동변환축과; 상기 운동변환축에 고정되게 설치되는 드로우바와; 상기 스핀들의 외면에 스핀들에 대해 축방향으로 선형 이동 가능하게 설치되며, 이동 방향에 따라 상기 구동부재와 결합되거나 상기 하우징과 결합되면서 스핀들을 구동부재와 하우징 중 어느 하나에 선택적으로 연결하는 클러치커플러와; 상기 클러치커플러를 스핀들의 축방향으로 왕복 이동시키는 클러치구동부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 하나의 모터로 드로우바(50)의 축방향 이동과 스핀들(20)의 회전 운동을 선택적으로 발생시켜 피가공물을 가공할 수 있으므로 구동장치의 구성이 단순화되고, 장치의 전체 크기를 축소할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 첫번째 실시예에 따른 전기 구동 척킹 시스템의 측면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 전기 구동 척킹 시스템의 절개 사시도이다.
도 3 및 도 4는 도 1에 도시된 전기 구동 척킹 시스템의 단면도이다.
도 5는 도 1에 도시된 전기 구동 척킹 시스템의 주요 구성부를 절개하여 나타낸 절개 사시도이다.
도 6은 본 발명의 두번째 실시예에 따른 전기 구동 척킹 시스템의 절개 사시도이다.
도 7 및 도 8은 도 6에 도시된 전기 구동 척킹 시스템의 단면도이다.
도 9는 도 6에 도시된 전기 구동 척킹 시스템의 주요 구성부를 절개하여 나타낸 절개 사시도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 공작 기계의 전기 구동 척킹 시스템을 상세히 설명한다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 첫번째 실시예에 따른 전기 구동 척킹 시스템은, 하우징(10)과, 상기 하우징(10) 내부에 하우징에 대해 회전 가능하게 설치된 중공관 형태의 스핀들(20)과, 상기 스핀들(20)의 후방부 외측에 스핀들(20)에 대해 상대 회전 가능하게 설치되는 구동부재(30)와, 상기 구동부재(30)를 회전시키는 모터(미도시)와, 일측이 상기 구동부재(30)에 고정되는 암나사커버(40)와, 상기 암나사커버(40)의 중앙부에 나선 결합된 원통관 형태의 운동변환어댑터(55)와, 상기 운동변환어댑터(55)와 고정되게 결합되어 상기 스핀들(20)의 내측에서 스핀들(20)에 대해 축방향으로 직선 운동하도록 설치된 드로우바(50)와, 상기 스핀들(20)의 외면에 스핀들(20)에 대해 축방향으로 선형 이동 가능하게 설치되는 클러치커플러(60)와, 상기 클러치커플러(60)를 스핀들(20)의 축방향으로 왕복 이동시키는 클러치구동부를 포함한다.
상기 하우징(10)은 내부가 빈 원통형으로 이루어져 공작기계의 본체에 고정되게 설치된다. 이 실시예에서 상기 하우징(10)은 전방면과 후방면이 개방되게 형성된 통형상의 하우징본체(11)와, 상기 하우징본체(11)의 전방면에 결합되며 중앙부에 상기 스핀들(20)의 전방부가 통과하는 개구부가 형성되어 있는 원반형의 전면커버(12)와, 상기 하우징본체(11)의 후방면에 결합되며 중앙부에 상기 스핀들(20)의 후방부가 통과하는 개구부가 형성되어 있고 외면에 상기 클러치커플러(60)와의 연결을 위한 제2록킹요철(14)이 형성되어 있는 원반형의 후면커버(13)를 포함한다.
상기 하우징(10)의 전면커버(12)의 전방부 외측에는 피가공물의 가공을 위한 척(C)이 구비되고, 상기 척(C)에는 피가공물을 파지하기 위한 조오(jaw)(J)가 반경 방향으로 이동 가능하게 설치된다. 상기 조오(J)는 상기 드로우바(50)의 전단부와 연결부재(미도시)를 통해 연결되어 드로우바(50)의 전후진 선형 운동에 의해 반경 방향으로 이동하면서 피공작물을 파지하거나 해제한다.
상기 스핀들(20)은 기다란 원통관 형태로 되어, 상기 하우징(10)의 내측 공간에 회전 가능하게 설치된다. 상기 스핀들(20)의 외면과 하우징(10)의 내면 사이에는 하우징(10)에 대해 스핀들(20)을 회전 가능하게 지지하는 복수개의 스핀들베어링(25)이 설치된다.
상기 스핀들(20)의 후방부 외주면에는 상기 클러치커플러(60)의 축방향 이동은 허용하고 상대 회전은 허용하지 않게 하기 위한 클러치스플라인홈(21)이 원주방향을 따라 일정 간격으로 배열되어 있다. 그리고, 상기 스핀들(20)의 후단부 내주면에는 상기 운동변환어댑터(55)의 축방향 이동은 가능하고 상대 회전 운동은 방지하기 위한 복수의 스플라인홈(22)이 축방향으로 연장되게 형성되어 있다. 상기 스플라인홈(22)은 스핀들(20)의 후단부 내주면에 원주방향을 따라 일정 간격으로 배열된다.
상기 구동부재(30)는 상기 스핀들(20)의 후단부에 스핀들(20)의 외면을 따라 회전 가능하게 설치된다. 상기 구동부재(30)는 벨트(미도시) 또는 기어 등의 동력전달부재를 매개로 상기 모터(미도시)에 연결되는 풀리(pulley)로 되어 모터로부터 동력을 전달받아 회전한다. 상기 구동부재(30)의 내면과 스핀들(20)의 외면 사이에는 스핀들(20)에 대해 구동부재(30)를 회전 가능하게 지지하는 풀리베어링(35)이 설치된다.
상기 구동부재(30)의 전방면에는 상기 클러치커플러(60)와의 연결을 위한 기어이 형태의 제1록킹요철(32)이 형성되어 있다.
상기 암나사커버(40)는 중앙부에 상기 운동변환어댑터(55)가 통과하면서 결합되는 구멍이 형성되어 있는 원반형으로 이루어지며, 전방면이 구동부재(30)에 고정되게 결합되어 구동부재(30)와 함께 회전한다. 상기 암나사커버(40)의 중앙에 형성된 구멍의 내주면에는 암나사산(41)이 나선형으로 형성되어 있다.
상기 운동변환어댑터(55)는 외주면에 상기 암나사산(41)에 나선 결합되는 수나사산(56)이 형성되어 있는 원통관 형태로 되어, 상기 암나사커버(40)의 중앙부에 전후방향으로 직선 운동 가능하게 결합된다. 상기 운동변환어댑터(55)의 외주면 전방부에는 상기 스핀들(20)의 내주면에 형성되어 있는 스플라인홈(22)을 따라 슬라이딩하는 스플라인요철(57)이 형성되어, 스핀들(20)에 대해 회전 운동은 하지 못하고 축방향으로만 이동할 수 있다. 따라서 구동부재(30)의 회전에 의해 암나사커버(40)가 회전하게 되면, 암나사산(41)과 수나사산(56)의 작용에 의해 운동변환어댑터(55)가 암나사커버(40) 및 스핀들(20)에 대해 전후방향으로 직선 운동하게 된다.
상기 드로우바(50)는 후단부가 상기 운동변환어댑터(55)의 전단부에 끼워져 고정되어 운동변환어댑터(55)와 함께 스핀들(20)의 내측에서 전후 방향으로 직선 운동한다. 상기 드로우바(50)와 운동변환어댑터(55)는 개별체로 만들어진 후 상호 결합되어 사용되지만, 이와 다르게 드로우바(50)와 운동변환어댑터(55)가 일체로 만들어질 수도 있을 것이다.
상기 클러치커플러(60)는 상기 구동부재(30)의 전방부와 하우징(10)의 후방부 사이에서 상기 스핀들(20)에 대해 축방향으로 슬라이딩하도록 설치되어, 이동 방향에 따라 상기 구동부재(30)와 결합되거나 상기 하우징(10)과 결합되면서 스핀들(20)을 구동부재(30)와 하우징(10) 중 어느 하나에 선택적으로 연결하는 기능을 수행한다.
이 실시예에서 상기 클러치커플러(60)는 중앙부에 상기 스핀들(20)이 통과하는 원형의 구멍이 형성되어 있는 링 형태로 이루어지며, 중앙부 내주면에는 상기 스핀들(20) 외주면의 클러치스플라인홈(21)에 축방향으로만 이동 가능하게 치합된 기어이 형태의 클러치요철(61)이 형성되어 있고, 후방부에 구동부재(30)의 제1록킹요철(32)과 치합되는 기어이 형태의 제1커플링요철(62)이 형성되며, 전방부에 하우징(10)의 제2록킹요철(14)과 치합되는 기어이 형태의 제2커플링요철(63)이 형성되어 있다.
도면에 도시하지는 않았으나 상기 클러치커플러(60)를 동작시키는 클러치구동부(미도시)는 외부에서 전원이 인가됨에 따라 클러치커플러(60)에 축방향으로 힘을 가하여 클러치커플러(60)를 축방향으로 이동시킬 수 있는 솔레노이드 방식의 구동기, 또는 공압이나 유압의 인가에 따라 동작하는 공압실린더나 유압실린더 또는, 전기력에 의해 선형 운동을 발생시키는 리니어모터 등 공지의 다양한 선형운동장치를 이용하여 구성될 수 있다.
또한 상술한 것과 같이 클러치구동부(미도시)로서 클러치커플러(60)에 양방향으로 힘을 가하여 클러치커플러(60)를 전후진시키는 방식 외에도, 클러치커플러(60)에 일방향으로 탄성력을 가하는 탄성체(미도시)를 추가로 구성하여, 클러치구동부(미도시)가 클러치커플러(60)에 일방향으로 힘을 가하여 클러치커플러(60)를 전진 또는 후진시킨 다음, 클러치구동부에 의한 외력이 제거되면 탄성체의 탄성력에 의해 클러치커플러(60)가 다른 방향으로 선형 이동하게 할 수도 있을 것이다.
다음으로 도 3 및 도 4를 참조하여 상기한 첫번째 실시예에 따른 전기 구동 척킹 시스템의 구동 방법을 상세히 설명한다.
먼저 도 3을 참조하면, 클러치구동부(미도시)에 전원이 인가되거나 공압이 인가되어 클러치 온(on) 상태가 되면 클러치커플러(60)가 스핀들(20)의 후방에서 전방으로(도면상 우측으로) 이동하여 클러치커플러(60) 전방면의 제2커플링요철(63)이 후면커버(13) 후방면의 제2록킹요철(14)과 치합된다. 이에 따라 스핀들(20)이 하우징(10)에 결속되어 회전이 제한된다.
이 상태에서 모터(미도시)가 작동하면 구동부재(30)가 모터로부터 동력을 전달받아 회전하게 되고, 구동부재(30)와 함께 암나사커버(40)가 회전하게 된다. 이 때, 운동변환어댑터(55)의 수나사산(56)이 암나사커버(40)와 나선 결합되어 있고, 운동변환어댑터(55)가 스플라인요철(57) 및 스플라인홈(22) 간의 작용에 의해 스핀들(20)에 대해 회전이 불가능하게 구속되어 있으므로 운동변환어댑터(55) 및 이에 고정된 드로우바(50)가 축방향으로 후진(도면상 좌측방향으로 선형 이동)하게 된다.
상기 드로우바(50)가 스핀들(20)에 대해 후방으로 선형 이동함에 따라 척(C)에 구비된 조오(J)가 오므려지면서 피가공물을 단단히 파지하게 된다. 물론 피가공물의 가공이 완료된 후에는 모터에 의해 구동부재(30)가 반대 방향으로 회전하여 운동변환어댑터(55) 및 드로우바(50)를 축방향으로 전진시켜 조오(J)가 파지하고 있던 피가공물을 놓게 한다.
한편, 상기와 같이 드로우바(50)가 후진하여 조오(J)가 피가공물을 단단히 파지한 상태에서, 클러치구동부(미도시)에 전원이 인가되거나 공압이 인가되어 클러치 오프(off) 상태가 되면, 도 4에 도시한 것과 같이 클러치커플러(60)가 스핀들(20)의 전방에서 후방으로(도면상 좌측으로) 이동하여 클러치커플러(60) 후방면의 제1커플링요철(62)이 구동부재(30) 전방면의 제1록킹요철(32)과 치합된다. 이에 따라 스핀들(20)이 클러치커플러(60)를 매개로 구동부재(30)에 연결되어 회전할 수 있게 된다.
이 상태에서 모터의 동력이 구동부재(30)로 전달되어 구동부재(30)가 회전하게 되면, 스핀들(20)과 함께 드로우바(50)가 고속으로 회전하면서 피가공물의 가공이 이루어지게 된다.
이와 같이 본 발명에 따르면, 하나의 모터로 드로우바(50)의 축방향 이동과 스핀들(20)의 회전 운동을 선택적으로 발생시켜 피가공물을 가공할 수 있으므로 구동장치의 구성이 단순화되고, 장치의 전체 크기를 축소할 수 있는 이점이 있다.
또한 본 발명의 전기 구동 척킹 시스템은 드로우바(50)와 스핀들(20) 간에 상대속도가 발생하지 않기 때문에 스핀들(20)의 회전 중 원심력에 의해 드로우바(50)가 전진할 수 없으므로 클램핑력이 약화되는 현상은 발생하지 않는다. 다시 말해서, 스핀들(20)과 드로우바(50)가 고속으로 회전하면서 피가공물을 가공할 때 척에서 발생하는 원심력은 척의 조오(J)를 벌어지게 하여 클램핑력을 줄이게 되는데, 본 발명의 전기 구동 척킹시스템은 상기 조오(J)와 연결된 드로우바(50)가 스핀들(20)과 스플라인 구조로 연결되어 있고, 운동변환어댑터(55)의 수나사산(56)이 암나사커버(40)의 암나사산(41)에 나선 결합되어 동일한 속도로 회전하게 되므로 드로우바(50)가 원심력에 의해 도면상 우측으로(전방으로) 밀릴 수 없도록 구조적으로 잠금된(locked) 상태이다. 따라서, 드로우바(50)가 구조적으로 잠금되어 고속 회전에도 조오(J)가 벌어지지 않고 안정된 클램핑력을 제공할 수 있게 된다.
도 6 내지 도 9는 본 발명의 두번째 실시예에 따른 전기 구동 척킹 시스템은, 하우징(110)과, 상기 하우징(110) 내부에 하우징에 대해 회전 가능하게 설치된 중공관 형태의 스핀들(120)과, 상기 스핀들(120)의 후방부 외측에 스핀들(120)에 대해 상대 회전 가능하게 설치되는 구동부재(130)와, 상기 스핀들(120)의 내측에 스핀들(120)에 대해 회전 가능하게 설치되는 구동축(140)과, 상기 스핀들(20)의 전방부에 고정되며 스핀들의 축방향으로 스플라인 홈(181)이 형성되어 있는 스플라인 키(180)와, 전방부에 상기 스플라인 키(180)의 스플라인 홈(181)에 결합되어 스플라인 홈(181)을 따라 축방향으로 이동하는 스플라인 요철(172)이 형성되어 있는 운동변환축(170)과, 상기 운동변환축(170)의 중심부에 고정되게 설치되는 드로우바(150)와, 상기 스핀들(120)의 외면에 스핀들(120)에 대해 축방향으로 선형 이동 가능하게 설치되는 클러치커플러(160)와, 상기 클러치커플러(160)를 스핀들(120)의 축방향으로 왕복 이동시키는 클러치구동부를 포함한다.
전술한 실시예와 유사하게 상기 하우징(110)은 전방면과 후방면이 개방되게 형성되어 공작기계 본체에 고정되는 통형상의 하우징본체(111)와, 상기 하우징본체(111)의 후방면에 결합되며 중앙부에 상기 스핀들(120)의 후방부가 통과하는 개구부가 형성되어 있고 외면에 상기 클러치커플러(160)와의 연결을 위한 제2록킹요철(114)이 형성되어 있는 원반형의 후면커버(113)를 포함한다.
상기 스핀들(120)은 기다란 원통관 형태로 되어, 상기 하우징(110)의 내측 공간에 회전 가능하게 설치된다. 상기 스핀들(120)의 외면과 하우징(110)의 내면 사이에는 하우징(110)에 대해 스핀들(120)을 회전 가능하게 지지하는 복수개의 스핀들베어링(125)이 설치된다.
상기 스핀들(120)의 후단부 외주면에는 상기 클러치커플러(160)의 축방향 이동은 허용하고 상대 회전은 허용하지 않게 하기 위한 기어이 형태의 클러치스플라인홈(121)이 형성되어 있다.
상기 구동부재(130)는 상기 스핀들(120)의 후단부 외측에 회전 가능하게 설치된다. 상기 구동부재(130)는 벨트(미도시) 또는 기어 등의 동력전달부재를 매개로 상기 모터(미도시)에 연결되는 풀리(pulley)로 되어 모터로부터 동력을 전달받아 회전한다. 상기 구동부재(130)의 중심부는 상기 구동축(140)의 후단부와 고정되게 결합되어, 구동부재(130)가 회전하면 구동축(140)이 함께 회전하게 된다.
상기 구동부재(130)의 전방면에는 상기 클러치커플러(160)와의 연결을 위한 기어이 형태의 제1록킹요철(132)이 형성되어 있다.
상기 구동축(140)은 기다란 원통관 형태를 가지며, 후단부가 상기 구동부재(130)의 중심부에 고정된다. 상기 구동축(140)은 스핀들(120)의 내측에 스핀들(120)에 대해 회전 가능하게 설치된다. 상기 구동축(140)의 외면과 스핀들(120)의 내면 사이에는 스핀들(120)에 대해 구동축(140)을 회전 가능하게 지지하는 복수의 축베어링(142)이 설치된다.
상기 구동축(140)의 전단부 내주면에는 암나사산인 제1나사산(141)이 나선형으로 형성되어 있다.
상기 운동변환축(170)은 상기 구동축(140)의 전단부 내측에 삽입되어 구동축(140)에 대해 축방향으로 선형 운동하도록 결합되는데, 운동변환축(170)의 후방부 외주면에는 상기 제1나사산(141)에 나선 결합되는 수나사산인 제2나사산(171)이 형성되고, 전방부에 상기 스플라인 키(180)의 스플라인 홈(181)에 결합되어 스플라인 홈(181)을 따라 축방향으로 이동하는 스플라인 요철(172)이 형성되어 있다. 따라서, 구동축(140)이 회전하게 되면, 운동변환축(170)은 상기 제1나사산(141)과 제2나사산(171), 상기 스플라인 홈(181) 및 스플라인 요철(172) 간의 작용에 의해 축방향으로 전후진하게 된다.
상기 드로우바(150)는 상기 운동변환축(170)의 전방에서 운동변환축(170)의 중심부에 결합된다. 전술한 첫번째 실시예의 드로우바(150)와 마찬가지로 상기 드로우바(150)도 연결부재(미도시)를 통해 척(C)의 조오(J)와 연결되어, 드로우바(150)가 후진하면 조오(J)가 반경 방향 내측으로 이동하여 피가공물을 파지하고, 드로우바(150)가 전진하면 조오(J)가 반경 방향 외측으로 이동하여 피가공물을 놓게 된다.
상기 스플라인 키(180)는 원통체로 되어 상기 스핀들(120)의 전단부 내측에 고정되게 설치되며, 중앙부의 구멍의 내주면에 상기 운동변환축(170)의 스플라인 요철(172)에 연결되는 스플라인 홈(181)이 형성되어, 운동변환축(170)이 스플라인 키(180)에 대해 회전은 불가능하지만 선형 운동은 가능하게 연결된다.
도 7 및 도 8을 참조하여, 상기와 같이 구성된 본 발명의 두번째 실시예에 따른 전기 구동 척킹 시스템의 구동 방법을 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저 도 7을 참조하면, 클러치구동부(미도시)에 전원이 인가되거나 공압이 인가되어 클러치 온(on) 상태가 되면 클러치커플러(160)가 스핀들(120)의 후방에서 전방으로(도면상 우측으로) 이동하여 클러치커플러(160) 전방면의 제2커플링요철(163)이 후면커버(113) 후방의 제2록킹요철(114)과 치합된다. 이에 따라 스핀들(120)이 하우징(110)에 결속되어 회전이 제한된다.
이 상태에서 모터(미도시)가 작동하면 구동부재(130)가 모터로부터 동력을 전달받아 회전하게 되고, 구동부재(130)와 함께 구동축(140)이 회전하게 된다. 이 때, 구동축(140)의 제1나사산(141)이 운동변환축(170)의 제2나사산(171) 나선 결합되어 있고, 운동변환축(170)이 스플라인 키(180)에 의해 회전이 불가능하게 구속되어 있으므로 운동변환축(170) 및 이에 고정된 드로우바(150)가 축방향으로 후진(도면상 좌측방향으로 선형 이동)하게 된다.
상기 드로우바(150)가 스핀들(120)에 대해 후방으로 선형 이동함에 따라 척(C)이 오므려지면서 피가공물을 단단히 파지하게 된다.
이와 같이 드로우바(150)가 후진하여 척(C)이 피가공물을 단단히 파지한 상태에서, 클러치구동부(미도시)에 전원이 인가되거나 공압이 인가되어 클러치 오프(off) 상태가 되면, 도 8에 도시한 것과 같이 클러치커플러(160)가 스핀들(120)의 전방에서 후방으로(도면상 좌측으로) 이동하여 클러치커플러(160) 후방면의 제1커플링요철(162)이 구동부재(130) 전방면의 제1록킹요철(132)과 치합된다. 이에 따라 스핀들(120)이 클러치커플러(160)를 매개로 구동부재(130)에 연결되어 회전할 수 있게 된다.
이 상태에서 모터의 동력이 구동부재(130)로 전달되어 구동부재(130)가 회전하게 되면, 스핀들(120)과 함께 구동축(140), 운동변환축(170) 및 드로우바(150)가 고속으로 회전하면서 피가공물의 가공이 이루어지게 된다.
한편 이 두번째 실시예에서도 클러치커플러(160)를 동작시키는 클러치구동부(미도시)는 외부에서 전원이 인가됨에 따라 클러치커플러(160)에 축방향으로 힘을 가하여 클러치커플러(160)를 축방향으로 이동시킬 수 있는 솔레노이드 방식의 구동기, 또는 공압이나 유압의 인가에 따라 동작하는 공압실린더나 유압실린더 또는, 전기력에 의해 선형 운동을 발생시키는 리니어모터 등 공지의 다양한 선형운동장치를 이용하여 구성될 수 있다.
또한 이 경우에도 클러치구동부(미도시)로서 클러치커플러(160)에 양방향으로 힘을 가하여 클러치커플러(160)를 스핀들(120)에 대해 축방향으로 전후진시키는 방식 외에도, 클러치커플러(160)에 일방향으로 탄성력을 가하는 탄성체(미도시)를 추가로 구성하여, 클러치구동부(미도시)가 클러치커플러(160)에 일방향으로 힘을 가하여 클러치커플러(160)를 전진 또는 후진시킨 다음, 클러치구동부에 의한 외력이 제거되면 탄성체의 탄성력에 의해 클러치커플러(160)가 다른 방향으로 선형 이동하게 할 수도 있을 것이다.
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.
C : 척 J : 조우(jaw)
10 : 하우징 13 : 후면커버
14 : 제2록킹요철 20 : 스핀들
21 : 클러치스플라인홈 22 : 스플라인홈
25 : 스핀들베어링 30 : 구동부재
32 : 제1록킹요철 40 : 암나사커버
41 : 암나사산 50 : 드로우바
55 : 운동변환어댑터 56 : 수나사산
57 : 스플라인요철 60 : 클러치커플러
61 : 클러치요철 62 : 제1커플링요철
63 : 제2커플링요철 110 : 하우징
114 : 제2록킹요철 120 : 스핀들
121 : 클러치스플라인홈 125 : 스핀들베어링
130 : 구동부재 132 : 제1록킹요철
140 : 구동축 141 : 제1나사산
150 : 드로우바 160 : 클러치커플러
161 : 클러치요철 162 : 제1커플링요철
163 : 제2커플링요철 170 : 운동변환축
171 : 수나사산 172 : 스플라인 요철
180 : 스플라인 키 181 : 스플라인 홈

Claims (9)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 공작기계의 본체에 고정되게 설치되는 하우징(110)과;
    상기 하우징(110) 내부에 하우징에 대해 회전 가능하게 설치된 중공관 형태의 스핀들(120)과;
    상기 스핀들(120)의 후방부 외측에 회전 가능하게 설치되는 구동부재(130)와;
    상기 구동부재(130)를 회전시키는 모터와;
    상기 스핀들(120)의 내측에 스핀들(120)에 대해 회전 가능하게 설치되고, 후단부가 상기 구동부재(130)에 고정되어 구동부재(130)와 함께 회전하며, 전단부에 제1나사산(141)이 나선형으로 형성되어 있는 구동축(140)과;
    상기 구동축(140)의 전방에서 상기 스핀들(120)의 전방부에 고정되며, 스핀들의 축방향으로 스플라인 홈(181)이 형성되어 있는 스플라인 키(180)와;
    후방부에 상기 제1나사산(141)에 나선 결합되는 제2나사산(171)이 형성되고, 전방부에 상기 스플라인 키(180)의 스플라인 홈(181)에 결합되어 스플라인 홈(181)을 따라 축방향으로 이동하는 스플라인 요철(172)이 형성되어 있는 운동변환축(170)과;
    상기 운동변환축(170)의 전방에 고정되게 설치되는 드로우바(150)와;
    상기 스핀들(120)의 외면에 스핀들(120)에 대해 축방향으로 선형 이동 가능하게 설치되며, 이동 방향에 따라 상기 구동부재(130)와 결합되거나 상기 하우징(110)과 결합되면서 스핀들(120)을 구동부재(130)와 하우징(110) 중 어느 하나에 선택적으로 연결하는 클러치커플러(160)와;
    상기 클러치커플러(160)를 스핀들(120)의 축방향으로 왕복 이동시키는 클러치구동부;
    를 포함하고,
    상기 구동축(140)의 제1나사산(141)은 구동축(140)의 전단부 내주면에 형성되는 암나사산이고, 상기 운동변환축(170)의 제2나사산(171)은 운동변환축(170)의 후방부 외면에 형성된 수나사산으로 이루어진 것을 특징으로 하는 공작 기계의 전기 구동 척킹 시스템.
  7. 제6항에 있어서, 상기 클러치커플러(160)는, 스핀들(120)의 외주면에 형성된 기어이 형태의 클러치스플라인홈(121)에 축방향으로만 이동 가능하게 치합된 기어이 형태의 클러치요철(161)이 내주면에 형성되어 있고, 후방부에 구동부재(130)와의 결합을 위한 기어이 형태의 제1커플링요철(162)이 형성되며, 전방부에 하우징(110)과의 결합을 위한 기어이 형태의 제2커플링요철(163)이 형성되어 있는 링 형태로 이루어지고;
    상기 구동부재(130)에 상기 제1커플링요철(162)과 치합되는 기어이 형태의 제1록킹요철(132)이 형성되고;
    상기 하우징(110)에 상기 제2커플링요철(163)과 치합되는 기어이 형태의 제2록킹요철(114)이 형성된 것을 특징으로 하는 공작 기계의 전기 구동 척킹 시스템.
  8. 삭제
  9. 제6항에 있어서, 상기 클러치커플러(160)에 스핀들(120)의 축방향으로 탄성력을 가하는 탄성체를 더 포함하여, 클러치구동부에 의해 클러치커플러(160)에 작용하는 힘이 없어지면 클러치커플러(160)가 탄성체의 탄성력에 의해 스핀들(20)에 대해 축방향으로 슬라이딩하여 구동부재(130) 또는 하우징(110)에 결합되는 것을 특징으로 하는 공작 기계의 전기 구동 척킹 시스템.
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