KR101985974B1 - 공작기계의 클램핑 구동장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공작기계에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 선반과 같은 터닝 머신에 있어서 콜렛을 적용한 공작기계의 클램핑 구동장치에 관한 것으로서, 제조원가를 절감하기 위해 에어 실린더를 적용하면서도 척크 레버에 과도한 부하가 가해지는 것을 방지하여 발열을 제거하여 가공 정밀도를 향상시킬 수 있는 공작기계의 클램핑 구동장치를 제공하는 데 목적이 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 공작기계의 클램핑 구동장치는 공작물의 클램핑 압력이, 스핀들(100)의 일단에 회전 가능하도록 결합되고 외측이 토글에 접촉하는 척킹 슬리브(200)의 스트로크에 의해 가변되는 공작기계의 클램핑 시스템에 있어서, 상기 척킹 슬리브(200)의 일측에 일단이 결합하는 척킹 레버(300), 상기 척킹 레버(300)의 타단과 결합하여 상기 척킹 슬리브(200)의 스트로크를 구현하는 에어 실린더(410)를 포함하는 구동부(400), 상기 구동부(400)에 마련되고, 공작물의 클램핑 압력이 증가하는 방향으로의 상기 에어 실린더(410)의 동작을 제한하는 스토퍼(420) 및 상기 구동부(400)에 마련되고 상기 에어 실린더(410)의 상기 스토퍼(420)에서의 위치에서 상기 에어 실린더(410)를 공작물의 클램핑 압력이 감소하는 방향으로 탄성 지지하도록 제공되는 탄성체(430)를 포함한다.

Description

공작기계의 클램핑 구동장치{CLAMPING DRIVING APPARATUS FOR A MACHINE TOOL}

본 발명은 공작기계에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 선반과 같은 터닝 머신에 있어서 콜렛을 적용한 공작기계의 클램핑 구동장치에 관한 것이다.

일반적으로 공작기계에서 소형선반과 같은 터닝 머신은 콜렛(Collet) 방식의 척(Chuck)을 사용하여 비교적 간단한 구조로서 작은 치수의 소재를 효율적으로 클램핑하여 절삭 가공하는 구조를 갖는다.

도 1은 종래의 콜렛척을 사용하는 공작기계의 클램핑 장치를 도시한다. 도시되는 바와 같이, 종래의 소형 터닝 머신에 사용하는 콜렛(10)의 클램프방식은 액추에이터(Actuator)(20)에 의해 척크 레버(30)가 척크 시프터 또는 척크 슬리브 (Chuck Sleeve)(40)를 우측 방향으로 전진시키면, 토글(Toggle)(50)이 척크슬리브(40)의 경사면을 타고 움직이면서 푸시 파이프(60)의 끝단을 좌측으로 밀고 콜렛(10)의 외측 경사부에 콜렛 슬리브(70)를 밀착시켜 공작물을 클램핑(clamping)시키는 구조를 가진다.

또한, 액추 에이터(20)를 반대로 작동하면 척크 레버(30)가 척크슬리브(40)를 좌측 방향으로 이동시키면 토글(50)이 원상태로 복귀하며, 푸시 파이프(60)는 콜렛 스프링(80)에 의해 우측으로 이동하고 콜렛 슬리브(70)와 콜렛 척(10)이 이격되면서 공작물을 언클램핑(un-clamping)시키는 구조로 되어 있다.

상기 척크 슬리브(40)는 척크 레버(30)과 연결되어 토글(50)과 접촉하여 클램핑 또는 언클램핑을 구현하는 구성요소로서 일반적으로 고속으로 회전하는 스핀들 본체 또는 푸시 파이프(60)의 주위를 감싸는 형태로 제공된다.

또한, 상기 척크 슬리브(40)과 연결되는 척크 레버(30)는 서보 모터 및 에어 실린더(20)와 연결되어 척크 슬리브(40)를 스핀들 본체에 대하여 길이방향으로 움직이므로, 상기 척크 슬리브(40)와 척크 레버(30)은 베어링으로 연결되어 척크 슬리브(40)가 회전하면서도 척크 레버(30)에 의해 스핀들 본체 길이방향으로 척크 슬리브(40)가 이동할 수 있도록 구현될 수 있다.

이때, 상기 척크 레버(30)는 콜렛(10)이 공작물을 충분한 힘으로 클램핑하도록 척크 슬리브(40)에 비교적 많은 부하를 가하여 공작물을 클램핑하는 방향으로 밀게 되므로, 척크 레버(30)와 척크 슬리브(40)를 연결하는 베어링의 회전에 대하여 직각방향으로 과도한 힘이 가해진다.

따라서, 베어링에 대한 부하로 베어링의 회전이 지속되면 발열이 발생하게 되며 발생한 열에 의해 척크 슬리브(40)를 통해 스핀들의 변형이 초래되어 가공물의 정밀도에 나쁜 영향을 미치게 된다.

이러한 현상을 방지하기 위해서 상기 처크 레버(30)에 적정한 클램핑을 위한 부하를 초과하는 과도한 힘이 지속적으로 가해지는 것을 방지할 필요가 있다.

상기 처크 레버(30)를 구동하는 구동부를 서보 모터 및 액추에이터와 같이 전기제어가 가능한 구성으로 제공하는 경우, 서보 모터에서 클램핑되는 최대 부하를 설정하고 이러한 최대 부하에 도달하면 베어링에 무리가 가지 않도록 부하를 낮추도록 서보 모터를 제어할 수 있다.

그러나, 서보 모터 및 액추에이터와 같은 구동부는 비교적 고가의 구성으로 소형 터닝 머신의 경우 제조원가를 상승하는 주된 원인이 되고 있으며, 에어 실린더와 같은 유압을 활용한 구동부에 의해 척크 레버(30)를 움직이는 경우 베어링에 지속적으로 과도한 부하가 가해지므로 발열의 문제가 발생하는 어려움이 있다.

본 발명은 전술한 바와 같은 점을 감안하여 안출된 것으로서, 콜렛 척이 적용된 공작기계의 클램핑 시스템에 있어서 제조원가를 절감하기 위해 에어 실린더를 적용하면서도 척크 레버에 과도한 부하가 가해지는 것을 방지하여 발열을 제거하여 가공 정밀도를 향상시킬 수 있는 공작기계의 클램핑 구동장치를 제공하는 데 목적이 있다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 공작기계의 클램핑 구동장치는 공작물의 클램핑 압력이, 스핀들(100)의 일단에 회전 가능하도록 결합되고 외측이 토글에 접촉하는 척킹 슬리브(200)의 스트로크에 의해 가변되는 공작기계의 클램핑 시스템에 있어서, 상기 척킹 슬리브(200)의 일측에 일단이 결합하는 척킹 레버(300), 상기 척킹 레버(300)의 타단과 결합하여 상기 척킹 슬리브(200)의 스트로크를 구현하는 에어 실린더(410)를 포함하는 구동부(400), 상기 구동부(400)에 마련되고, 공작물의 클램핑 압력이 증가하는 방향으로의 상기 에어 실린더(410)의 동작을 제한하는 스토퍼(420) 및 상기 구동부(400)에 마련되고 상기 에어 실린더(410)의 상기 스토퍼(420)에서의 위치에서 상기 에어 실린더(410)를 공작물의 클램핑 압력이 감소하는 방향으로 탄성 지지하도록 제공되는 탄성체(430)를 포함한다.

또한, 상기 척킹 슬리브(200)는 상기 스핀들(100)의 일단에 내측이 결합되는 척킹 베어링(210)을 포함하며, 상기 척킹 레버(300)는 상기 척킹 베어링(210)의 외측에 결합하는 것을 특징으로 할 수 있다.

나아가, 상기 스토퍼(420)는 상기 구동부(400)에서 상기 에어 실린더(410)의 동작 범위를 조절할 수 있도록 위치를 가변할 수 있는 것을 특징으로 할 수 있다.

상기한 바와 같이 이루어진 본 발명에 따른 공작기계의 클램핑 구동장치는 척크 레버를 구동하는 에어 실린더에 스토퍼 및 탄성체를 마련하여 척크 레버에 과도한 부하가 가해지는 것을 방지하여 척크 레버의 발열을 방지한다.

또한, 척크 레버와 베어링의 연결을 베어링의 내주 및 외주에 의해 연결하여 베어링의 회전 및 척크 레버의 스트로크를 원활히 구현하는 장점이 있다.

나아가, 에어 실린더에 마련된 스토퍼의 위치를 가변할 수 있으므로 공작물의 형태 및 재질에 따라 적절한 클램핑 압력을 조절할 수 있다.

도 1은 종래의 콜렛척을 사용하는 공작기계의 클램핑 장치의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 클램핑 구동장치로서 에어 실린더가 적용된 구성을 도시한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 클램핑 구동장치의 구조를 도시한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 클램핑 구동장치에서 척킹 슬리브의 구조를 도시한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 클램핑 구동장치에서 구동부의 구조를 도시한다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술 되어있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 클램핑 구동장치에 대해서 설명한다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 기술적 과제를 달성하기 위한 공작기계의 클램핑 구동장치는 공작물의 클램핑 압력이 스핀들(100)의 일단에 회전 가능하도록 결합되고 외측이 토글에 접촉하는 척킹 슬리브(200)의 스트로크에 의해 가변되는 공작기계의 클램핑 시스템에 있어서, 상기 척킹 슬리브(200)의 일측에 일단이 결합하는 척킹 레버(300), 상기 척킹 레버(300)의 타단과 결합하고 상기 척킹 슬리브(200)의 스트로크를 구현하는 구동부(400)를 포함한다.

상기 척킹 슬리브(200)는 상기 스핀들(100)의 일단에 내측이 회전 가능하도록 결합하며 외측이 토글에 접촉하는 원통 형태로 제공될 수 있으며, 상기 스핀들(100)의 길이 방향으로의 스트로크에 따라 토글에 의한 클램핑 압력이 가변되는 구조를 가진다.

상기 척킹 슬리브(200)의 스트로크를 구현하기 위해서는 척킹 슬리브(200)에 결합하고 움직이게 하는 구성이 필요하며, 일반적으로 상기 척킹 슬리브(200)에 결합하는 척킹 레버(300)와 상기 척킹 레버(300)를 작동시키는 구동부(400)로 마련될 수 있다.

또한, 상기 척킹 레버(300)는 일단이 상기 척킹 슬리브(200)의 일측에 결합하고 타단이 상기 구동부(400)에 결합하는 구조로 제공될 수 있으며, 상기 구동부(400)의 움직임에 따라 상기 척킹 슬리브(200)의 스트로크를 구현할 수 있는 매개가 된다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 클램핑 구동장치에서 척킹 슬리브(200)의 구조를 도시한다. 도시된 바와 같이, 상기 척킹 슬리브(200)는 스핀들(100)의 일단에 내측이 결합되는 척킹 베어링(210)을 포함하고, 상기 척킹 레버(300)는 상기 척킹 베어링(210)의 외측에 결합하는 구조를 가질 수 있다.

따라서, 상기 척킹 슬리브(200)는 스핀들(100)과 상기 척킹 베어링(210)으로 연결되어 상기 척킹 슬리브(200)의 내측은 스핀들(100)과 회전하면서도 외측은 척킹 레버(300)에 의해 스핀들(100) 본체 길이방향으로 척킹 슬리브(200)가 이동할 수 있도록 제공될 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 클램핑 구동장치에서 구동부의 구조를 도시한다. 도시된 바와 같이, 상기 구동부(400)는 상기 척킹 레버(300)를 움직일 수 있는 다양한 구성으로 마련될 수 있으며, 비교적 간단한 구성으로 동작을 구현할 수 있는 에어 실린더(410)를 포함하여 제공될 수 있다.

따라서, 상기 에어 실린더(410)의 움직임에 따라 상기 척킹 레버(300)는 상기 척킹 슬리브(200)를 공작물의 클램핑 압력이 증가하는 방향 또는 클램핑 압력이 감소하는 방향으로 이동시킬 수 있다.

또한, 상기 구동부(400)에는 공작물의 클램핑 압력이 증가하는 방향으로의 상기 에어 실린더(410)의 동작을 제한하는 스토퍼(420)가 마련될 수 있으며, 상기 스토퍼(420)의 위치에 의해 공작물에 가해지는 클램핑 압력이 제한된다.

즉, 상기 에어 실린더(410)는 상기 스토퍼(420)에 의해 공작물의 클램핑 압력이 증가하는 방향으로의 동작이 제한되므로, 상기 에어 실린더(410)가 상기 스토퍼(420)에 의해 제한되는 위치에서 최대 클램핑 압력을 가하게 된다.

나아가, 상기 스토퍼(420)는 상기 구동부(400)에서 상기 에어 실린더(410)의 동작 범위를 조절할 수 있도록 위치를 가변할 수 있도록 마련되어, 공작물의 형태 및 재질에 따라 적절한 클램핑 압력을 조절할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

또한, 공작물의 클램핑 압력을 지속적으로 최대로 가해지게 되면 전술한 바와 같이 상기 척킹 레버(300)에 지속적으로 클램핑을 위한 부하를 초과하는 과도한 힘이 가해지므로, 이를 적절히 줄여주는 것이 필요하다.

따라서, 상기 구동부(400)는 상기 에어 실린더(410)의 상기 스토퍼(420)에서의 위치에서 상기 에어 실린더(410)를 공작물의 클램핑 압력이 감소하는 방향으로 탄성 지지하도록 제공되는 탄성체(430)를 더 포함할 수 있다.

상기 탄성체(430)는 상기 에어 실린더(410)의 상기 스토퍼(420)에서의 위치에서 상기 에어 실린더(410)를 공작물의 클램핑 압력이 감소하는 방향으로 밀게 되므로 상기 에어 실린더(410)에 의해 상기 척킹 레버(300)에 가해지는 부하를 그만큼 줄여주는 기능을 하게 된다.

상기 탄성체(430)는 일반적으로 스프링과 같은 탄성 부재로 제공될 수 있으며, 에어 실린더 및 구동부의 구조 및 형태에 따라 다양한 탄성 부재로 구성될 수 있다.

결론적으로, 상기와 같은 구동부(400)에 포함되는 상기 스토퍼(420) 및 탄성체(430)에 의해 상기 척킹 레버(300)에 지속적으로 가해지는 클램핑 부하를 감소시켜, 상기 스핀들(100)의 변형을 유발하는 상기 척킹 슬리브(200)의 발열을 방지하는 효과가 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

그러므로, 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명은 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100; 스핀들 200; 척킹 슬리브
300; 척킹 레버 400; 구동부
410; 에어 실린더 420; 스토퍼
430; 탄성체

Claims (3)

1. 공작물의 클램핑 압력이, 스핀들(100)의 일단에 회전 가능하도록 결합되고 외측이 토글에 접촉하는 척킹 슬리브(200)의 스트로크에 의해 가변되는 공작기계의 클램핑 시스템에 있어서,
   상기 척킹 슬리브(200)의 일측에 일단이 결합하는 척킹 레버(300);
   상기 척킹 레버(300)의 타단과 결합하고, 공압에 의한 피스톤의 이동을 통해상기 척킹 슬리브(200)의 스트로크를 구현하는 에어 실린더(410)를 포함하는 구동부(400);
   상기 구동부(400)에 마련되고, 공작물의 클램핑 압력이 증가하는 방향으로의 상기 에어 실린더(410)의 동작을 제한하는 스토퍼(420); 및
   상기 구동부(400)에 마련되고, 상기 에어 실린더(410)의 상기 스토퍼(420)에서의 위치에서 상기 에어 실린더(410)를 공작물의 클램핑 압력이 감소하는 방향으로 탄성 지지하도록 제공되는 탄성체(430);를 포함하고,
   상기 스토퍼는 상기 에어 실린더의 내부에 배치되어 상기 피스톤과 대향되는 대향면을 포함하고,
   상기 탄성체는 상기 스토퍼의 상기 대향면에 배치됨으로써 상기 피스톤이 상기 스토퍼의 대향면으로부터 일정 간격 이격되도록 탄성 지지하는 공작기계의 클램핑 구동장치.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 척킹 슬리브(200)는 상기 스핀들(100)의 일단에 내측이 결합되는 척킹 베어링(210)을 포함하며,
   상기 척킹 레버(300)는 상기 척킹 베어링(210)의 외측에 결합하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 클램핑 구동장치.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
   상기 스토퍼(420)는 상기 구동부(400)에서 상기 에어 실린더(410)의 동작 범위를 조절할 수 있도록 위치를 가변할 수 있는 것을 특징으로 하는 공작기계의 클램핑 구동장치.

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