KR102334184B1

KR102334184B1 - 터릿 공구대

Info

Publication number: KR102334184B1
Application number: KR1020200117068A
Authority: KR
Inventors: 정은식; 공덕근
Original assignee: 한화정밀기계 주식회사
Priority date: 2020-09-11
Filing date: 2020-09-11
Publication date: 2021-12-01

Abstract

본 발명은 다축 동시 제어를 필요로 하는 공작기계에 사용되는 터릿 공구대에 관한 것이다.
상기 터릿 공구대는, 공구대 본체와, 상기 공구대 본체에 제1축을 기준으로 인덱스 회전이 가능하게 지지되고 원주방향으로 복수의 포켓면을 갖는 터릿과. 상기 복수의 포켓면 중 하나의 포켓면에 착탈 가능하게 부착되는 고정부와, 상기 터릿의 반경방향을 향하는 제2축을 기준으로 상기 고정부에 선회 가능하게 지지되는 선회부를 포함하는 공구 장착대와, 상기 선회부에 장착되어 상기 제2축에 수직인 제3축을 기준으로 회전함으로써 가공물을 가공하는 공구와 상기 터릿 내에서 상기 터릿의 인덱스 회전과 상관없이 고정 배치된 구동 장치로 이루어진다.

Description

터릿 공구대{Turret Tool Holder}

본 발명은 터릿 공구대에 관한 것으로, 보다 상세하게는 다축 동시 제어를 필요로 하는 공작기계에 사용되는 터릿 공구대에 관한 것이다.

공작기계에서 다축 동시 제어를 제공하는 터릿 공구대는 터릿의 회전축과 별도의 축으로 선회할 수 있는 복수의 공구 장착대를 구비한다. 이러한 터릿 공구대는 소형 터빈 블레이드와 같이 복잡한 형상의 항공 부품, 터보 엔진용 공기 흡입 블레이드와 같은 자동차 부품, 또는 픽스처(fixture), 어버트먼트(abutment)와 같은 임플란트나 의료기 부품의 맞춤형 형상을 가공하는 데에 사용되고 있다.

도 1은 통상의 터릿 공구대를 구비한 공작 기계의 일례인 자동 선반의 주축 부근을 나타내는 개략 사시도이다. 이와 같이 자동 선반은, 주축(2)이 주축대(3)에 회전 구동 가능하게 지지되어 있다. 주축(2)의 선단부에는, 워크(W)가 주축 척(도시하지 않음)을 통해 착탈 가능하게 파지되어 있다. 주축(2) 부근에는, 터릿 공구대(5)가 설치되어 있다. 또한, 본 실시형태에서는, 주축 축선을 따르는 방향을 Z축 방향, Z축 방향에 직교하는 수평 방향을 X축 방향, Z축 방향 및 X축 방향에 직교하는 상하 방향을 Y축 방향으로 한다.

터릿 공구대(5)는, 공구대 본체(11)와, 이 공구대 본체(11)에 인덱싱 선회 가능하게 지지된 대략 다각 형상의 터릿(12)을 구비하고 있다. 터릿(12)의 둘레면 상의 복수의 포켓면(13)에는, 여러 가지 가공용의 공구(14)가 착탈 가능하게 장착되어 있다. 각 공구(14)는, 터릿 공구대(5)를 지지체로 하여, 터릿(12)에 의해 선회 이동 가능하게 터릿 공구대(5)에 지지되어 있다.

터릿(12)의 인덱싱 선회에 의해, 각 공구(14)는 선회 이동하여, 미리 정해진 공구(14)가 워크(W)에 대응하는 가공 위치에 선택적으로 배치된다. 또한, 공구대 본체(11)는, 도시하지 않는 터릿 공구대 이동 기구에 의해 X축 방향, Y축 방향, Z축 방향으로 이동 제어 가능하게 구성되어 있다. 터릿 공구대(5)의 이동에 따라, 터릿(12)의 인덱싱 선회에 의해 선택된 공구(14)로 워크(W)의 가공을 행할 수 있다.

이와 같은 통상의 터릿 공구대(5)는, 터릿 내부에 선회축(B axis) 제어가 가능한 구동부를 위치시켜 터릿에서 상기 선회축을 활용한 가공을 가능하게 하지만, 다수의 부품들을 통하여 구동부의 회전력이 종동부에 전달되며, 조립과 초기 위치를 설정하는 등의 난점이 있다.

또한, 모터와 상기 선회축 연결 구조에서, 상기 모터와 연결된 연결구를 통하여 상기 모터에서 발생된 동력을 상기 선회축에 전달하는 기술이 제시되어 있으나, 연결구의 탄성변형에 따라 상기 선회축의 움직임과 상기 모터의 움직임 간에 오차가 발생할 수 있다.

그리고, 모터 연결구의 강성에는 한계가 있으며, 상기 모터 연결구는 고정되어 있는 반면에 공구대는 회전해야 하기 때문에 높은 탄성력을 부여하기도 어렵다. 따라서, 상기 선회축의 선회를 제어하기 위해 기어열에 의하여 전달되는 구동력은, 모터의 크기나 출력에 의존하기 때문에, 가공물을 가공하는 도중에 지속적으로 부하를 유지하기에는 동역학적인 한계가 존재한다.

한국특허공개공보 2016-0137639호 (2016.11.30. 공개)

상기 문제를 해결하기 위한 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 구동부 연결구(클러치)를 제거하고 모터 축과 공구대를 직접적으로 연결/해제 가능하게 함과 동시에, 선회축 공구 장착대에 축방향으로 직결되는 감속기를 추가하여 모터와 선회축 공구 장착대에 대한 위치 오차를 충분히 상쇄하는 것이다.

또한, 본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 모터의 출력 토크에 대하여 충분히 상승된 토크로 공구의 회전 지지력을 효과적으로 확보할 수 있다.

또한, 본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 구동부로부터 공구 장착대의 선회를 위한 동력전달 계통을 단순화시켜, 기구적 회전 오차 및 부품수 등을 감소시키는 것이다.

본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 터릿 공구대는, 공구대 본체; 상기 공구대 본체에 제1축을 기준으로 인덱스 회전이 가능하게 지지되고 원주방향으로 복수의 포켓면을 갖는 터릿; 상기 복수의 포켓면 중 하나의 포켓면에 착탈 가능하게 부착되는 고정부와, 상기 터릿의 반경방향을 향하는 제2축을 기준으로 상기 고정부에 선회 가능하게 지지되는 선회부를 포함하는 공구 장착대; 상기 선회부에 장착되어 상기 제2축에 수직인 제3축을 기준으로 회전함으로써 가공물을 가공하는 공구; 및 상기 터릿 내에서 상기 터릿의 인덱스 회전과 상관없이 고정 배치된 구동 장치를 포함한다.

여기서 상기 구동 장치는, 상기 선회부가 선회하도록 동력을 전달하는 제1 출력축과, 상기 제1 출력축과 나란히 배치되고 상기 공구가 회전하도록 동력을 전달하는 제2 출력축을 포함하고, 상기 터릿의 인덱스 회전에 의해 상기 포켓면이 기준 위치에 놓이는가 여부에 따라, 상기 제1 출력축과 상기 선회부 간의 동력 전달 및 상기 제2 출력축과 상기 공구 간의 동력 전달이 자동으로 연결되거나 해제된다.

상기 터릿의 인덱스 회전에 의해, 상기 포켓면이 상기 기준 위치에 놓이면, 상기 제1 출력축과 상기 선회부 간의 동력 전달 및 상기 제2 출력축과 상기 공구 간의 동력 전달이 자동으로 연결되고, 상기 포켓면이 상기 기준 위치에서 이탈하면, 상기 제1 출력축과 상기 선회부 간의 동력 전달 및 상기 제2 출력축과 상기 공구 간의 동력 전달이 자동으로 해제된다.

상기 구동 장치는, 상기 제1 출력축에 회전력을 전달하는 연결되는 빌트인 모터와, 상기 공구대 본체로부터 제공된 동력을 상기 제2 출력축에 전달하는 기어 장치를 더 포함한다.

상기 공구 장착대는, 상기 고정부로부터 상기 제2축과 평행한 방향으로 연장되고 상기 선회부를 회전시키는 제1 입력축과, 상기 고정부로부터 상기 제2축을 따라 연장되고 상기 공구를 회전시키는 제2 입력축을 더 포함한다.

상기 터릿의 인덱스 회전에 의해 상기 포켓면이 상기 기준 위치에 놓일 때, 상기 제1 입력축은 상기 제1 출력축과 별도의 클러치 없이도 자동으로 결합됨과 동시에, 상기 제2 입력축은 상기 제2 출력축과 별도의 클러치 없이도 자동으로 결합된다.

상기 자동 결합을 위해, 상기 제1 입력축과 상기 제1 출력축 중 어느 하나에 상기 제2축과 직교하는 방향으로 연장되는 직선형 제1 슬롯이 형성되고, 다른 하나에 상기 제2축과 직교하는 방향으로 상기 제1 슬롯과 슬라이딩 결합될 수 있는 제1 돌기가 형성되며, 상기 제2 입력축과 상기 제2 출력축 중 어느 하나에 상기 제2축과 직교하는 방향으로 연장되는 직선형 제2 슬롯이 형성되고, 다른 하나에 상기 제2축과 직교하는 방향으로 상기 제2 슬롯과 슬라이딩 결합될 수 있는 제2 돌기가 형성된다. 상기 돌기와 대응되는 슬롯은 어느 일방향으로 슬라이딩 결합이 용이하도록 각 축의 회전 단면 형상에서 입구부에서 적어도 일부가 테이퍼지거나 슬롯의 폭보다 넓게 형성될 수 있다. 따라서, 물리적으로 일부 오차가 발생하는 경우에도 용이하게 슬라이딩 결합이 될 수 있다. 또한 동일한 효과를 위해서 돌기의 단부, 즉 슬롯과 면접촉하기 시작하는 부분을 테이퍼 또는 곡면형상을 가지므로 슬라이딩 결합시 보다 용이하게 결합을 하도록 할 수 있다.

상기 구동 장치는, 상기 터릿의 인덱스 회전시에, 상기 제1 입력축과 상기 제1 출력축간의 슬라이딩 결합 및 상기 제2 입력축과 상기 제2 출력축간의 슬라이딩 결합이 용이하도록 안내하는 가이드 프레임를 더 포함한다.

상기 공구 장착대의 고정부는, 상기 제2축과 평행한 방향으로 상기 제1 입력축과 결합되며 상기 제1 입력축의 회전을 제1차로 감속시켜 구동 출력축을 통해 출력하는 하모닉 드라이브를 수용하는 제1 하우징을 포함한다.

상기 고정부는, 상기 구동 출력축에 형성된 스퍼 기어와, 하나 이상의 전달 기어와, 상기 선회부의 구동력을 출력하는 출력 기어를 포함하여, 제1 입력축의 회전을 제2차로 감속시키는 기어 장치를 수용하는, 상기 제1 하우징과 조립되는 제2 하우징을 포함한다.

상기 고정부는, 상기 제2 입력축과 상기 제2축 방향으로 결합되며 상기 제2 출력축의 동력을 상기 공구의 회전으로 전달하는 스핀들을 수용하는, 상기 제2 하우징에 조립되는 제3 하우징을 포함한다.

상기 제2 하우징은, 상기 출력 기어의 회전과 상기 스핀들의 회전을 독립적으로 지지하는 베어링 구조를 포함한다.

상기 베어링 구조는, 제2 하우징의 일측에 고정된 환형의 고정 부재와, 상기 고정 부재의 내측에 삽입되는 상기 스핀들의 회전을 지지하는 내부 베어링과, 상기 고정 부재의 외측에 삽입되는 상기 출력 기어의 회전을 지지하는 외부 베어링을 포함하여, 상기 스핀들의 회전과 상기 출력 기어의 회전을 독립적으로 지지함에 의해, 상기 선회부의 동력 전달과 상기 공구의 동력 전달이 상호 간섭하지 않는다.

본 발명에 따른 터릿 공구대에 의하면, 구동부 연결구나 클러치 없이도 단순히 터릿을 인덱스 회전시키는 것만으로도, 특정 공구 장착대의 선회 및 그에 부착된 공구의 회전을 위한 동력 전달을 자동으로 착탈할 수 있고 전체 동력전달에 따른 구성수를 최소화하는 장점 등이 있다.

또한, 본 발명에 따른 터릿 공구대에 의하면, 하모닉 드라이브를 이용하여 모터와 선회축 공구 장착대에서 나타나는 오차(예: 0.1도)에 비해, 충분히 감소된 오차(예: 1/200로 감소된 0.0005도)로 가공물을 가공할 수 있음과 동시에, 모터의 출력 토크에 대하여 충분히 높은(예: 200배) 토크로 공구의 회전 지지력을 확보할 수 있다.

이러한 효과들을 통해, 구동부 연결구 없이 제어 모터와 선회 공구 사이의 오차 보정이 가능하고 모터가 가지고 있는 구동 토크 보다 수백배 큰 구동력을 전달할 수 있으므로 저출력, 소형 모터의 적용이 가능하고 터릿 내부 구조를 보다 단순화할 수 있다는 장점도 제공된다.

도 1은 통상의 터릿 공구대를 구비한 공작 기계의 일례인 자동 선반의 주축 부근을 나타내는 개략 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 터릿 공구대의 구성을 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 터릿 공구대의 구성을 도시한 일부 절개 평면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 구동 장치를 도시한 사시도이다.
도 5a는 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 공구 장착대의 상부 사시도이다.
도 5b는 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 공구 장착대의 하부 사시도이다.
도 5c는 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 공구 장착대의 정면도이다.
도 6a 및 도 6b는 공구 장착대의 구성을 보다 자세히 도시하기 위한 분해 사시도들이다.
도 7은 제1 입력축의 회전에 따라 제2축을 기준으로 고정부에 대해 선회부가 선회하는 공구 장착대의 사시도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 터릿 공구대을 구성을 보다 자세하 도시하기 위한 종단면도이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 일 실시예를 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 터릿 공구대(10)의 구성을 도시한 사시도이다. 터릿 공구대(10)는 공작 기계의 베이스에 장착되는 공구대 본체(50)와, 상기 공구대 본체(50)에 제1축(A axis)을 기준으로 인덱스 회전(index rotation)이 가능하게 지지되고 원주방향으로 복수의 포켓면(225)을 갖는 터릿(200)을 포함한다. 상기 인덱스 회전이란 이격된 복수의 회전 각도 중에서 특정 각도로 터릿(200)을 회전시키는 것을 의미한다. 예를 들어, 도 2와 같이 터릿(200)이 제1축(A axis)을 기준으로 한 원주방향을 따라 10각 기둥의 형태로 이루어졌다고 할 때, 터릿(200)은 각각 36도씩 회전하면서 총 10개의 인덱스 위치를 가질 수 있다.

상기 터릿(200)의 포켓면(225)에는 공구 장착대(100)를 장착하기 위한 적어도 하나의 장착 홀(221, 223)이 구비되어 있다. 이와 같이 공구 장착대(100)는 총 10개의 포켓면(225) 중의 임의의 위치에 착탈 가능하게 설치될 수 있다. 이러한 공구 장착대(100)는 상기 포켓면(225)에 수직인 방향 내지 제1축(A axis)에 수직인 제2축(B axis)을 기준으로 선회할 수 있는 구조를 갖는다. 그러나, 포켓면(225)에 장착되는 모든 공구 장착대가 선회 기능을 가질 필요는 없으므로, 포켓면(225)에는 가공의 종류나 방식에 따라 선회 기능이 없는 공구 장착대도 함께 장착될 수 있다.

도 2에 도시된 공구 장착대(100)는 상기 복수의 포켓면(225) 중 하나의 포켓면(225)에 착탈 가능하게 부착되는 고정부(130)와, 상기 터릿(200)의 반경방향을 향하는 제2축(B axis)을 기준으로 상기 고정부(130)에 선회 가능하게 지지되며 가공물을 절삭하기 위한 공구를 장착하는 선회부(140)로 구성된다. 구체적으로 상기 공구는 하나 이상의 위치에서 상기 선회부(140)에 장착되며, 상기 제2축(B axis)에 수직인 제3축(C axis)(도 2에서는 C₁, C₂ axis 표시됨)을 기준으로 회전함으로써 가공물을 가공할 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 터릿 공구대(10)의 구성을 도시한 일부 절개 평면도이다. 도2 및 도 3을 참조하면, 터릿(200) 내에는 상기 터릿(200)의 인덱스 회전과 상관없이 고정되는 구동 장치(230)가 배치되어 있다. 따라서, 터릿(200)의 포켓면(225)과 공구 장착대(100)가 제1축(A axis)을 기준으로 회전할 때에도, 상기 터릿(200)내의 공간에 배치된 구동 장치(230)는 회전하지 않고 고정되어 있다. 따라서, 구동 장치(230)는 상기 회전하는 터릿(200)에 결합되지 않고 회전하지 않는 구조물의 일측에 고정되어 있다.

상기 구동 장치(230)는, 상기 공구 장착대(100)의 선회부(140)가 선회하도록 동력을 전달하는 제1 출력축(202)과, 상기 제1 출력축(202)과 나란히 배치되고 상기 공구가 회전하도록 동력을 전달하는 제2 출력축(212)을 포함한다. 이 때, 터릿(200)의 인덱스 회전에 따라 상기 포켓면(225)이 기준 위치에 놓여지는가에 따라, 상기 제1 출력축(202)과 상기 선회부(140) 간의 동력 전달 및 상기 제2 출력축(202)과 상기 공구 간의 동력 전달은 자동으로 연결되고 해제된다.

구체적으로, 상기 터릿(200)의 인덱스 회전에 의해, 상기 포켓면(225)이 상기 기준 위치에 위치하면, 상기 제1 출력축(202)과 상기 선회부(140) 간의 동력 전달 및 상기 제2 출력축(202)과 상기 공구 간의 동력 전달이 자동으로 연결된다. 또한, 상기 포켓면(225)이 상기 기준 위치에서 이탈하면, 상기 제1 출력축(202)과 상기 선회부(140) 간의 동력 전달 및 상기 제2 출력축(212)과 상기 공구 간의 동력 전달이 자동으로 해제된다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 구동 장치(230)를 도시한 사시도이다. 도 4를 참조하면, 상기 구동 장치(230)는 상기 제1 출력축(202)에 회전력을 전달하는 빌트인 모터(도 8의 206)와, 상기 공구대 본체(50)로부터 제공된 동력을 상기 제2 출력축(212)에 전달하는 기어 장치(도 8의 216)를 포함한다.

한편, 도 5a 내지 도 5c는 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 공구 장착대(100)의 상부 사시도, 하부 사시도 및 정면도이다.

도시된 바와 같이, 공구 장착대(100)는 상기 고정부(130)로부터 상기 제2축(B axis)과 평행한 방향으로 연장되고 상기 선회부(140)를 회전시키는 제1 입력축(102)과, 상기 고정부(130)로부터 상기 제2축(B axis)을 따라 연장되고 상기 공구를 회전시키는 제2 입력축(112)을 구비한다.

따라서, 상기 터릿(200)의 인덱스 회전에 의해 상기 포켓면(225)이 상기 기준 위치에 놓일 때(또는 이탈될 때), 상기 제1 입력축(102)은 상기 제1 출력축(202)과 자동으로 결합됨과 동시에, 상기 제2 입력축(112)은 상기 제2 출력축(212)과 자동으로 결합(또는 해제)된다. 즉, 이러한 제1 입력축(102)과 제1 출력축(202)간, 제2 입력축(112)과 제2 출력축(212) 간의 결합이나 결합 해제는 별도의 클러치 없이도 양자간의 구조적 상관성에 의해 자연히 이루어진다.

예를 들어, 도 2에 도시된 공구 장착대(100)가 상기 기준 위치에 있는 것으로 가정한다. 여기서, 터릿(200)과 함께 제1축(A axis)을 기준으로 회전하던 공구 장착대(100)는, 상기 기준 위치에 놓일 때 상기 터릿(200)에 대해 회전하지 않는 구동 장치(230)와 비로소 연결되고, 상기 기준 위치에서 이탈할 때 구동 장치(230)와의 연결이 해제된다.

상기와 같은 자동 결합(클러치 없이 터릿(200)의 회전에 의한 결합)을 위해서는, 입력축들(102, 112)과 출력축들(202, 212)은 상기 터릿(200)의 회전에도 불구하고 간섭없이 상호 착탈 가능한 구조를 가져야 한다. 구체적으로, 상기 제1 출력축(202)에 상기 제2축(B axis)과 직교하는 방향으로 절개된 직선형 제1 슬롯(204)이 형성되고, 상기 제1 입력축(102)에 상기 제2축(B axis)과 직교하는 방향으로 상기 제1 슬롯(204)과 슬라이딩 결합될 수 있는 제1 돌기(104)가 형성된다.

마찬가지로, 상기 제2 출력축(212)에 상기 제2축(B axis)과 직교하는 방향으로 절개된 직선형 제2 슬롯(214)이 형성되고, 상기 제2 입력축(112)에 상기 제2축(B axis)과 직교하는 방향으로 상기 제2 슬롯(214)과 슬라이딩 결합될 수 있는 제2 돌기(114)가 형성된다.

그러나, 이와 같은 돌기와 슬롯 간의 관계는 반대로 형성되더라도 같은 효과를 나타낼 수 있으므로, 다른 실시예로서, 출력축(202, 212) 쪽에 돌기가 형성되고, 입력축(102, 112) 쪽에 직선형 슬롯이 형성될 수도 있을 것이다.

한편, 이러한 출력축(202, 212)과 입력축(102, 112) 간의 슬라이딩 결합을 용이하게 가이드 하기 위한 구성이 더 추가될 수 있다. 따라서, 상기 터릿(200)의 인덱스 회전시에, 상기 제1 입력축(102)과 상기 제1 출력축(202)간의 슬라이딩 결합 및 상기 제2 입력축(112)과 상기 제2 출력축(212)간의 슬라이딩 결합이 용이하도록 가이드하기 위해, 상기 구동 장치(230)는 가이드 프레임(235)을 더 구비할 수 있다. 도시되지는 않았지만 적어도 출력축과 연동되는 엔코더에 의하여 출력축과 입력축간의 결합이 용이하도록 회전상태를 센싱하는 장치가 더 구비될 수도 있다.

다시 도 5a 내지 도 5c를 참조하면, 공구 장착대(100)의 선회부(140) 및 고정부(130)는 각각의 하우징을 구비할 수 있다. 선회부(140)는 선회부(140) 내부의 구성요소들을 수용하기 위한 하우징(141)을 구비하고, 고정부(130)는 고정부(130) 내부의 구성요소들을 수용하기 위한 적어도 하나의 하우징(101, 111, 131)을 구비한다.

구체적으로, 고정부(130)의 제1 하우징(101)은, 상기 제2축(B axis)과 평행한 방향으로 상기 제1 입력축(102)과 결합되며 상기 제1 입력축(102)의 회전을 제1차로 감속시켜 구동 출력축(도 6a의 106)을 통해 출력하는 하모닉 드라이브(도 8의 105)를 수용한다.

또한, 상기 고정부(130)의 제2 하우징(131)은, 상기 하모닉 드라이브의 구동 출력축(106)과 연결되어 제1 입력축(102)의 회전을 제2차로 감속시키는 기어 장치(도 6a의 107a, 107b, 107c)를 수용한다. 여기서, 상기 기어 장치(107a, 107b, 107c)는 상기 구동 출력축(106)에 형성된 스퍼 기어(107a)와, 하나 이상의 아이들 기어 내지 전달 기어(107b)와, 상기 선회부(140)의 구동력을 출력하는 출력 기어(107c)로 이루어질 수 있다. 여기서, 상기 제1 하우징(101)은 제2 하우징(131)에 조립되거나 일체로 형성될 수 있다.

또한, 상기 고정부(130)의 제3 하우징(111)은 상기 제2 입력축(112)과 상기 제2축(B axis) 방향으로 결합되며 상기 제2 출력축(212)의 동력을 상기 공구(14)의 회전으로 전달하는 스핀들(도 6a의 113)을 수용한다. 상기 제3 하우징(111)도 상기 제2 하우징(131)에 조립되거나 일체로 형성될 수 있다.

도 6a 및 도 6b는 공구 장착대(100)의 구성을 보다 자세히 도시하기 위한 분해 사시도들이다. 도 6a 및 도 6b를 참조하면, 선회부(140)는 케이스(141a)와 커버(141b)로 구성된 하우징(141)을 포함한다. 하우징(141) 내에는 제2 입력축(112)의 회전에 의해 구동되어 회전하는 입력 기어(127c)와, 상기 입력 기어(127c)와 맞물려서 입력 기어(127c)의 회전에 따라 회전하는 출력 기어들(127a, 127b)이 구비된다. 출력 기어들(127a, 127b)에는, 제3 출력축(C₁, C₂ axis)을 기준으로 회전하는 공구들(도 8의 14a, 14b)을 장착하기 위한 공구 스핀들(125a, 125b)이 각각 결합된다. 도 6a 및 도 6b에 도시된 실시예에서는, 입력 기어(127c)의 회전이 출력 기어(127a)를 통해 출력 기어(127b)까지 전달되므로, 여기에 결합되는 공구들(14a, 14b)은 동시에 회전하면서 가공물을 절삭할 수 있다.

이와 같은 선회부(100)는 고정부(130)의 제2 하우징(131)에 대해 선회 가능하게 설치되며, 제1 입력축(102)의 회전에 따라 회전하는 출력 기어(107c)의 동력에 의해 선회한다. 고정부(130)의 제2 하우징(131)도 케이스(131a)와 커버(131b)로 이루어질 수 있다.

또한 전술한 바와 같이, 고정부(130)의 제2 하우징(131)은 제1 입력축(102)과 연결되는 하모닉 드라이브(105)를 수용하는 제1 하우징(101)과, 제2 입력축(112)와 연결되는 스핀들(113)을 수용하는 제3 하우징(111)과 조립될 수 있다.

제1 입력축(102)이 회전하면, 하모닉 드라이브(105)의 구동 출력축(106)은 제1 입력축(102)의 대략 수백대일 정도의 감속비(예: 1/100)로 감속됨과 동시에 그만큼 파워가 증대된다. 이러한 구동 출력축(106)은 제2 하우징(131)의 케이스(131a)에 형성된 개구부(137)를 통과하여 스퍼 기어(107a)과 결합된다, 상기 스퍼 기어(107a)의 회전력은 중간의 아이들 기어(107b)를 거쳐서 출력 기어(107c)까지 전달된다. 이와 같이, 하모닉 드라이브(105)를 통해 제1차 감속된 제1 입력축(102)의 회전력은 기어 장치(107a 내지 107c)를 거치면서 제2차로 감속된다. 이러한 제2차 감속에 의한 감속비는 대략 1/2 내지 1/3 정도이다. 이와 같이 2차례의 감속을 통해 매우 높은 감속비(1/200~1/300) 및 이에 따른 파워 증대 효과를 얻을 수 있고, 도 8에 도시된 바와 같이 복수의 공구(14a, 14b)들의 특성에 따른 부하변화가 발생하더라도, 선회부(140)에 충분한 선회력과 정확한 선회 제어를 제공할 수 있는 것이다.

한편, 제2 입력축(112)이 회전하면, 이와 결합된 스핀들(113) 및 스핀들(113) 반대쪽 단부에 결합된 베벨 기어(117)도 함께 회전한다. 이 때, 스핀들(113)은 제2 하우징(131)의 케이스(131a)에 형성된 개구부(135)를 통과하여 베벨 기어(117)까지 연결된다. 이러한 베벨 기어(117)의 회전은 베벨 기어(117)와 직교하는 방향으로 맞물리는 베벨 기어(121)를 회전시킴으로써 결국 입력 기어(127c) 및 출력 기어(127a, 127b)를 모두 회전시킬 수 있게 된다.

본 발명에서는, 상기 선회부(140)의 동력 전달과 상기 공구(14a, 14b)의 동력 전달이 상호 간섭하지 않아야 하므로, 상기 출력 기어(107c)의 회전과 상기 스핀들(113)의 회전을 독립적으로 지지할 필요가 있다. 이를 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 베어링 구조(118)가 제2 하우징(131) 내에 설치될 수 있다. 구체적으로, 상기 베어링 구조(118)는 제2 하우징(131)의 일측에 고정된 환형의 고정 부재와, 상기 고정 부재의 내측에 삽입되는 스핀들(113)의 회전을 지지하는 내부 베어링과, 상기 고정 부재의 외측에 삽입되는 출력 기어(107c)의 회전을 지지하는 외부 베어링을 포함하여 구성될 수 있다.

이러한 구성을 통하여, 스핀들(113) 및 베벨 기어(117)의 회전과, 출력 기어(107c)의 회전은 상호 영향을 미치지 않고 독립적으로 이루어질 수 있다. 즉, 출력 기어(107c)와 결합된 선회부(140)가 회전하더라도 스핀들(113)은 정지해 있을 수 있고, 마찬가지로 스핀들(113)의 회전에 따라 공구(14a, 14b)가 회전하더라도 선회부(140)는 정지해 있을 수 있는 것이다.

도 7은 제1 입력축(102)의 회전에 따라 제2축(B axis)을 기준으로 고정부(130)에 대해 선회부(140)가 선회하는 공구 장착대(100)의 사시도이다. 이와 같이, 선회부(140)의 선회와 공구 스핀들(125a, 125b)의 회전은 독립적으로 이루어진다. 다만, 이러한 선회부(140)의 선회와 공구 스핀들(125a, 125b)의 회전은, 터릿(200)의 회전에 따라 포켓면(225) 또는 공구 장착대(100)가 기준 위치에 있을 때만이고, 이러한 기준 위치를 벗어나면 상기 선회나 회전을 위한 동력이 제공되지 않는다.

이러한 선회부(140)의 선회시에 선회부(140)와 고정부(130)의 간섭을 최소화하기 위해 제2축(B axis) 부근의 접속부분을 제외하고는 선회부(140)와 고정부(130) 간에는, 도 5c에 도시된 바와 같이 일정간격을 갖는 갭(gap, 132)이 형성될 수 있다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 터릿 공구대(10)을 구성을 보다 자세하 도시하기 위한 종단면도이다.

먼저, 선회부(140)를 선회시키기 위한 동력 전달 흐름을 살펴보면, 터릿(200) 내부의 공간에는 터릿(200)의 회전과 무관하게 고정된 빌트인 모터(206)(built-in motor)가 설치되어 있다. 빌트인 모터(206)는 별도의 독립된 모터 하우징을 가지지 않고 장치 내에 로터와 스테이터가 직접 설치되는 구조를 의미한다. 빌트인 모터(206)는 모터 샤프트(201), 앵귤러 볼 베어링(203), 빌트인 모터 로터(205), 빌트인 모터 스테이터(207)를 포함하여 구성될 수 있고, 모터 샤프트(201)의 단부에, 또는 모터 샤프트(201)의 적어도 일부로서 제1 출력축(202)이 형성되어 있다.

제1 입력축(102)은 제1 출력축(202)과 맞물려 있어서 함께 회전할 수 있다. 이러한 제1 입력축(102)의 회전은 하모닉 드라이브(105)를 거치면서 제1차 감속이 이루어지며, 하모닉 드라이브(105)의 출력은 다시 복수의 스퍼 기어(107a, 107b, 107c)를 거치면서 제2차 감속이 이루어진다. 여기서 출력 기어(107c)는 베어링 구조(118)의 지지하에 선회부(140)를 선회시킬 수 있다.

한편, 공구들(14a, 14b)을 회전시키기 위한 동력 전달 흐름을 살펴보면, 먼저 공구대 본체(50)로부터 터릿(200)의 회전축(A axis)와 나란한 방향으로 회전하는 동력이 회전 샤프트(211)를 통해 전달된다. 회전축(211)과 함께 회전하는 베벨 기어(213)는 이와 맞물리는 베벨 기어(218)에 회전력을 전달한다. 따라서, 회전 샤프트(217) 및 그 반대쪽 단부에 형성된 제2 출력축(212)이 회전된다. 제2 입력축(112)은 제2 출력축(212)과 맞물려 함께 회전하며, 그 회전은 스핀들(113)의 반대쪽 단부에 형성된 베벨 기어(117)를 회전시킨다.

베벨 기어(117)는 이와 직교하여 맞물리는 베벨 기어(121)를 회전시킴으로써 결국 입력 기어(127c)를 회전시킨다. 입력 기어(127c)의 회전에 따라, 출력 기어들(127a, 127b) 및 이와 결합된 공구 스핀들(125a, 125b)이 함께 회전한다. 공구 스핀들(125a, 125b)의 회전은 최종적으로 가공물을 절삭하기 위한 공구(14a, 14b)의 회전으로 이어진다.

이러한 본 발명에 따른 터릿 공구대(10)는 공작 기계 내에서 대향하는 위치에 배치되면 보다 복잡하고 다양한 가공이 가능해진다. 또한, 터릿 공구대(10) 내부 배치되는 빌트인 모터(206)는 터릿(200)과 함께 회전하는 요소가 아니므로, 공구대 본체(50)에 배치되어 공구대 본체(50)에서부터 전달되는 회전력으로 대체될 수도 있을 것이다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야 한다.

10: 터릿 공구대 50: 공구대 본체
100: 공구 장착대 102: 제1 입력축
104: 제1 돌기 112: 제2 입력축
114: 제2 돌기 130: 고정부
101, 111, 131, 141: 하우징 105: 하모닉 드라이브
107a, 107b, 107c: 스퍼 기어 140: 선회부
200: 터릿 202: 제1 출력축
204: 제1 슬롯 211: 회전 샤프트
212: 제2 출력축 214: 제2 슬롯
225: 포켓면 235: 가이드 프레임
230: 구동 장치

Claims

공구대 본체;
상기 공구대 본체에 제1축을 기준으로 인덱스 회전이 가능하게 지지되고 원주방향으로 복수의 포켓면을 갖는 터릿;
상기 복수의 포켓면 중 하나의 포켓면에 착탈 가능하게 부착되는 고정부와, 상기 터릿의 반경방향을 향하는 제2축을 기준으로 상기 고정부에 선회 가능하게 지지되는 선회부를 포함하는 공구 장착대;
상기 선회부에 장착되어 상기 제2축에 수직인 제3축을 기준으로 회전함으로써 가공물을 가공하는 공구; 및
상기 터릿 내에서 상기 터릿의 인덱스 회전과 상관없이 고정 배치된 구동 장치를 포함하되,
상기 구동 장치는,
상기 선회부가 선회하도록 동력을 전달하는 제1 출력축과, 상기 제1 출력축과 나란히 배치되고 상기 공구가 회전하도록 동력을 전달하는 제2 출력축을 포함하고,
상기 터릿의 인덱스 회전에 의해 상기 포켓면이 기준 위치에 놓이는가 여부에 따라, 상기 제1 출력축과 상기 선회부 간의 동력 전달 및 상기 제2 출력축과 상기 공구 간의 동력 전달이 자동으로 연결되거나 해제되는, 터릿 공구대.
제1항에 있어서,
상기 터릿의 인덱스 회전에 의해,
상기 포켓면이 상기 기준 위치에 놓이면, 상기 제1 출력축과 상기 선회부 간의 동력 전달 및 상기 제2 출력축과 상기 공구 간의 동력 전달이 자동으로 연결되고,
상기 포켓면이 상기 기준 위치에서 이탈하면, 상기 제1 출력축과 상기 선회부 간의 동력 전달 및 상기 제2 출력축과 상기 공구 간의 동력 전달이 자동으로 해제되는, 터릿 공구대.
제2항에 있어서, 상기 구동 장치는
상기 제1 출력축에 회전력을 전달하는 연결되는 빌트인 모터와, 상기 공구대 본체로부터 제공된 동력을 상기 제2 출력축에 전달하는 기어 장치를 더 포함하되,
상기 제1 출력축은 상기 빌트인 모터에 구비된 모터 샤프트의 적어도 일부인, 터릿 공구대.
제3항에 있어서, 상기 공구 장착대는
상기 고정부로부터 상기 제2축과 평행한 방향으로 연장되고 상기 선회부를 회전시키는 제1 입력축과, 상기 고정부로부터 상기 제2축을 따라 연장되고 상기 공구를 회전시키는 제2 입력축을 더 포함하는, 터릿 공구대.
제4항에 있어서,
상기 터릿의 인덱스 회전에 의해 상기 포켓면이 상기 기준 위치에 놓일 때,
상기 제1 입력축은 상기 제1 출력축과 별도의 클러치 없이도 자동으로 결합됨과 동시에, 상기 제2 입력축은 상기 제2 출력축과 별도의 클러치 없이도 자동으로 결합되는, 터릿 공구대.
제5항에 있어서, 상기 자동 결합을 위해,
상기 제1 입력축과 상기 제1 출력축 중 어느 하나에 상기 제2축과 직교하는 방향으로 연장되는 직선형 제1 슬롯이 형성되고, 다른 하나에 상기 제2축과 직교하는 방향으로 상기 제1 슬롯과 슬라이딩 결합될 수 있는 제1 돌기가 형성되며,
상기 제2 입력축과 상기 제2 출력축 중 어느 하나에 상기 제2축과 직교하는 방향으로 연장되는 직선형 제2 슬롯이 형성되고, 다른 하나에 상기 제2축과 직교하는 방향으로 상기 제2 슬롯과 슬라이딩 결합될 수 있는 제2 돌기가 형성되는, 터릿 공구대.
제5항에 있어서, 상기 구동 장치는
상기 터릿의 인덱스 회전시에, 상기 제1 입력축과 상기 제1 출력축간의 슬라이딩 결합 및 상기 제2 입력축과 상기 제2 출력축간의 슬라이딩 결합이 용이하도록 안내하는 가이드 프레임를 더 포함하는, 터릿 공구대.
제2항에 있어서, 상기 공구 장착대의 고정부는
상기 제2축과 평행한 방향으로 상기 제1 입력축과 결합되며 상기 제1 입력축의 회전을 제1차로 감속시켜 구동 출력축을 통해 출력하는 하모닉 드라이브를 수용하는 제1 하우징을 포함하는, 터릿 공구대.
제8항에 있어서, 상기 고정부는
상기 구동 출력축에 형성된 스퍼 기어와, 하나 이상의 전달 기어와, 상기 선회부의 구동력을 출력하는 출력 기어를 포함하여, 제1 입력축의 회전을 제2차로 감속시키는 기어 장치를 수용하는, 상기 제1 하우징과 조립되는 제2 하우징을 포함하는, 터릿 공구대.
제9항에 있어서, 상기 고정부는
상기 제2 입력축과 상기 제2축 방향으로 결합되며 상기 제2 출력축의 동력을 상기 공구의 회전으로 전달하는 스핀들을 수용하는, 상기 제2 하우징에 조립되는 제3 하우징을 포함하는, 터릿 공구대.
제10항에 있어서, 상기 제2 하우징은
상기 출력 기어의 회전과 상기 스핀들의 회전을 독립적으로 지지하는 베어링 구조를 포함하는, 터릿 공구대.
제11항에 있어서, 상기 베어링 구조는
제2 하우징의 일측에 고정된 환형의 고정 부재와, 상기 고정 부재의 내측에 삽입되는 상기 스핀들의 회전을 지지하는 내부 베어링과, 상기 고정 부재의 외측에 삽입되는 상기 출력 기어의 회전을 지지하는 외부 베어링을 포함하여,
상기 스핀들의 회전과 상기 출력 기어의 회전을 독립적으로 지지함에 의해, 상기 선회부의 동력 전달과 상기 공구의 동력 전달이 상호 간섭하지 않는, 터릿 공구대.