KR100654130B1

KR100654130B1 - 터렛공구대의 체결력 증폭구조 및 증폭방법

Info

Publication number: KR100654130B1
Application number: KR1020050112075A
Authority: KR
Inventors: 박중한
Original assignee: 이더블유에스 코리아 주식회사
Priority date: 2005-11-23
Filing date: 2005-11-23
Publication date: 2006-12-06
Anticipated expiration: 2025-11-23

Abstract

본 발명은 터렛공구대의 체결력 증폭구조에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 공구교환을 위해 디스크(4)가 회전한 뒤 공구에 의한 절삭가공시 발생하는 절삭력을 이겨내기 위해 동력장치에 의해 왕복운동이 가능하며 경사홈(12c)이 형성된 웨지(12)와, 내부에 테이퍼면(15a)이 형성된 스테이(15)를 구성하고, 상기 웨지(12)의 외부에 체결봉(16) 및 언클램프로드(17)가 결합되어 있는 브라켓트(13)에 강구(14)를 삽입시켜 상기 강구(14)로 인해 증폭된 값이 브라켓트(13)로 출력되어 결국 디스크(4)의 체결력이 증폭된 터렛공구대이다.

Description

터렛공구대의 체결력 증폭구조 및 증폭방법{Coherence amplification construction of the turret}

도 1은 본 발명의 일실시 예시도

도 1a는 도 1의 주요구성 개략도

도 2와 도 2a는 본 발명의 일부구성 사시도

도 3은 본 발명에 의한 터렛공구대의 체결력 증폭구조 메커니즘의 분석도

도 4는 본 발명의 타실시 예시도

도 4a는 도 4의 주요구성 개략도

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

1. 메인모터 2. 포스트샤프트 3. 몸체

4. 디스크 5. 네임플레이트 6. 회전공구

10. 엑츄에이터 11. 엑츄에이터로드 12. 웨지

12a. 큰 원기둥 12b. 작은 원기둥 12c. 경사홈

13. 브라켓트 14. 강구 15. 스테이

16. 체결봉 17. 언클램프로드 18. 도그

19. 감지스위치a 20. 감지스위치b 21. 피스톤커빅커플링

22. 고정커빅커플링 23. 선회커빅커플링 30. 서보모터

31. 커플링 32. 샤프트 33. 리드스크류

34. 베어링 35. 핀

본 발명은 터렛공구대의 체결력 증폭구조에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 공구교환을 위해 디스크가 회전한 뒤 공구에 의한 절삭가공시 발생하는 절삭력을 이겨내기 위해 동력장치에 의해 왕복운동이 가능하며 경사홈이 형성된 웨지와, 내부에 테이퍼면이 형성된 스테이를 구성하고, 상기 웨지의 외부에 체결봉 및 언클램프로드가 결합되어 있는 브라켓트에 강구를 삽입시켜 상기 강구로 인해 증폭된 값이 브라켓트로 출력되어 결국 디스크의 체결력이 증폭된 터렛공구대이다.

일반적으로 자동선반이나 머시닝센터 등의 공작기계에는 다양한 작업을 하나의 기계로서 진행하기 위해 터렛공구대가 사용되고 있으며, 이런 터렛공구대에는 보통 8 ~ 12개 이상의 다양한 공구가 장착된다. 따라서, 터렛공구대는 공구교환을 위해 디스크가 회전하게 되고 상기 디스크가 회전한 뒤 공구에 의해 절삭가공이 진행되는데, 이때 발생하는 절삭력으로 인해 디스크가 움직이거나 떨리게 되면 정밀한 가공이 어렵게 될 뿐만 아니라, 공구가 파손될 위험도 있다.

따라서, 터렛공구대에는 절삭가공으로 발생하는 절삭력을 이겨낼 수 있는 디스크에 대한 강력한 클램프력이 필요하게 된다.

종래의 터렛공구대에 사용되는 클램프로서는 보통 커빅커플링을 사용하는데 커빅커플링의 결합 및 해제는 유압식으로 작동시키는 것이 보통이었다. 이로 인해 유로에 누유 발생시 클램프력이 떨어지게 되고 반응속도도 늦게 되며, 작업환경오염에 대한 우려도 있었다.

또한, 유압을 사용함으로써 터렛공구대 자체의 부피가 커지게 되고 이로 인해 공작기계의 부피도 커질 수밖에 없는 악순환이 발생하게 되며, 터렛공구대 내에 유로 가공으로 제작이 어려우며, 별도의 유압구동장치가 필요하여 제작 단가가 높아지게 된다.

따라서, 본 발명은 유압을 사용하지 않고도 체결목적으로 사용되는 커빅커플링을 기구적으로 제어하여 높은 체결력을 발생시킬 수 있는 터렛공구대를 제공하는데 그 목적이 있다.

더욱이, 터렛공구대의 부피는 적으면서도 적은 용적대비 큰 힘을 낼 수 있는 터렛공구대의 체결력 증폭구조 및 증폭방법을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.

본 발명은 터렛공구대의 체결력 증폭구조에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 공구교환을 위해 디스크(4)가 회전한 뒤 공구에 의한 절삭가공시 발생하는 절삭력을 이겨내기 위해 동력장치에 의해 왕복운동이 가능하며 경사홈(12c)이 형성된 웨지(12)와, 내부에 테이퍼면(15a)이 형성된 스테이(15)를 구성하고, 상기 웨지(12)의 외부에 체결봉(16) 및 언클램프로드(17)가 결합되어 있는 브라켓트(13)에 강구(14)를 삽입시켜, 상기 강구(14)로 인해 증폭된 값이 브라켓트(13)로 출력되어 결 국 디스크(4)의 체결력이 증폭된 터렛공구대이다.

이하, 첨부된 도면에 의해 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 도 1은 본 발명의 일실시 예시도이고, 도 1a는 도 1의 주요구성 개략도이며, 도 2와 도 2a는 도 1의 일부구성사시도로서, 본 발명에 의한 터렛공구대의 체결력 증폭구조는 체결동력을 발생시키는 엑츄에이터(10)와, 상기 엑츄에이터(10)와 결합되며 원주방향으로 경사홈(12c)이 형성되어 있는 웨지(12)와, 상기 웨지(12)와 결합되어 있는 브라켓트(13)와, 상기 브라켓트(13)의 강구홈(13c)에 삽입되어 있는 다수의 강구(14)와, 몸체(3)에 고정되어 있으며 내부에 테이퍼면(15a)이 형성되어 있는 스테이(15)와, 상기 브라켓트(13)의 일단에 결합되어 있는 체결봉(16) 및 언클램프로드(17)와, 상기 체결봉(16) 및 언클램프로드(17)에 의해 동작되는 피스톤커빅커플링(21)으로 구성되어 있다.

각 구성들을 상세히 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 상기 엑츄에이터(10)는 유압식 작동 엑츄에이터(10) 또는 전기식 작동 엑츄에이터(10) 모두를 사용할 수 있으나 공작기계의 모델 사양에 따라 엑츄에이터(10)의 용적이 작아야 할 경우에는 전기식 작동 엑츄에이터(10)를 사용하는 것이 바람직하다.

상기 웨지(12)는 큰 원기둥(12a) 위에 작은 원기둥(12b)이 고정 결합되어 있는 형태이며, 작은 원기둥(12b)의 원주면 일부에 경사홈(12c)이 형성되어져 있다. 그리고, 상기 웨지(12)의 작은 원기둥(12b)이 삽입되는 브라켓트(13)가 외부에 형성되어 있다.

상기 브라켓트(13)는 도 2에서 도시된 바와 같이 중공된 큰 원판(13a) 위에 그보다 작은 원통(13b)이 고정결합되어 있는 형태이며, 작원 원통(13b)의 상부에는 다수의 강구홈(13c)이 형성되어 있다.

결국, 상기 강구(14)는 브라켓트(13)의 강구홈(13c)에 삽입되어 있으나, 웨지의 경사홈(12c)과 스테이의 테이퍼면(15a)과 접촉하게 구성된다.

이는 강구(14)의 자중에 의해 웨지의 경사홈(12c)의 한 부분으로만 쏠리어 웨지의 동작시 힘이 균등하게 분배되도록 한다.

여기서, 상기 웨지(12)의 큰 원기둥(12a)과 브라켓트(13)의 큰 원판(13a)에는 다수의 볼트체결공이 형성되어 있는 것이 바람직하다.

상기 스테이(15)는 몸체(3)와 결합되어 회전되지 않으며, 내부에 테이퍼면(15a)이 형성되어져 있어서 강구(14)의 움직임을 제한해 준다.

상기 브라켓트(13)의 일측은 체결봉(16)이 결합되어 있으며 타측에는 언클램프로드(17)가 결합되어 있다. 상기 체결봉(16)과 언클램프로드(17)의 동작은 후술할 본 발명의 작용에서 상세히 설명하기로 한다.

상기 피스톤커빅커플링(21)은 몸체에 고정되어 있는 고정커빅커플링(22)에 의해 회전이 가능한 선회커빅커플링(23)과 결합 및 해제되어, 디스크(4)의 회전을 간섭해주는 역할을 하게 된다.

즉, 상기 피스톤커빅커플링(21)과 고정커빅커플링(22) 및 선회커빅커플링(23)이 결합되어 있으면, 디스크(4)가 몸체(3)에 고정되어 있으므로 상기 디스크(4)는 회전되지 않으며, 커빅커플링 간에 결합이 해제되어 있으면 디스크(4)가 몸 체(3)에 고정되어 있지 않으므로 상기 디스크(4)의 회전으로 공구교환이 가능하게 된다.

미설명부호는 도그(18) 및 감지스위치a(19) 및 감지스위치b(20)이다.

상기 도그(18)는 피스톤커빅커플링(21)과 결합되어 상기 브라켓트(13)와 같이 연동되어 이동되며, 상기 감지스위치a(19), 감지스위치b(20)는 도그(18)의 감지로서 커빅커플링 간의 결합을 확인한다.

즉, 감지스위치b(20)에 도그(18)가 감지되면 커빅커플링 간에 결합이 정상적으로 되었으므로 절삭가공을 진행하게 되고, 감지스위치a(19)에 도그(18)가 감지되게 되면 커빅커플링 간에 결합이 정상적으로 해제되었으므로 공구교환을 진행하게 된다.

이후 본 발명의 작용을 상세히 살펴보면, 메인모터(1)는 회전공구(6)를 구동함과 동시에 디스크(4)를 회전시키는 역할을 한다. 즉, 유로에 유압을 넣거나 뺌으로써 피스톤샤프트(2)를 이동시켜 샤프트기어(2a)의 이동으로 회전공구(6)를 구동하거나 디스크(4)를 회전시켜 공구교환을 하는데, 본 발명과는 차이가 있는 부분이므로 자세한 설명은 생략한다.

먼저, 공구로서 작업물을 가공시 발생하는 절삭력을 이겨낼 수 있는 커빅커플링간의 체결력을 살펴보면, 직동운동을 하는 엑츄에이터로드(11)가 후퇴 방향 즉, 도면의 아랫방향으로 이동되게 되면 상기 엑츄에이터로드(11)와 결합되어 있는 웨지(12)도 도면의 아랫방향으로 이동되게 되고(도 1의 중심선 오른쪽 부분), 상기 웨지(12)는 강구(14)와 접촉하면서 아래로 이동되다가 경사홈(12c)이 끝나는 부분에서 강구(14)에 의해 더 이상 내려오지 못하게 되면 강구(14)를 밀게 되고 상기 강구(14)는 결국 브라켓트(13)를 도면의 아랫방향으로 밀어주게 된다.

상기 브라켓트(13)는 일측에 체결봉(16)이 결합되어 있으므로 체결봉(16)도 같이 아래로 이동되게 되고 상기 체결봉(16)에 의해 피스톤커빅커플링(21)도 아랫방향으로 이동되어, 결국 상기 피스톤커빅커플링(21)이 고정커빅커플링(22) 및 선회커빅커플링(23)과 체결되게 된다.

커빅커플링의 해제는 위와는 반대로 상기 엑츄에이터로드(11)가 전진 방향 즉, 도면의 윗방향으로 이동되게 되면 상기 엑츄에이터로드(11)와 결합되어 있는 웨지(12)도 도면의 윗방향으로 이동되게 되고(도 1의 중심선 왼쪽 부분), 상기 웨지(12)에 의해 강구(14)도 도면의 윗방향으로 이동되므로 결국 브라켓트(13)도 도면의 윗방향으로 이동되게 된다.

이때 브라켓트(13)의 타측에는 언클램프로드(17)가 결합되어 있으며, 상기 언클램프로드(17)의 단부는 피스톤커빅커플링(21)과 맞닫아 있으므로 결국 피스톤커빅커플링(21)을 도면의 윗방향으로 밀어주게 되고 커빅커플링 간의 결합이 해제된다.

상기 커빅커플링 간의 결합이 해제되면 메인모터(1)로서 공구교환을 진행하게 된다.

도 3은 본 발명에 의한 터렛공구대의 체결력 증폭구조 메커니즘의 분석도로서, 웨지(12)의 우측부만 도시되어 있다.

브라켓트(13)에 증폭되어 지는 힘을 수식화해보면 다음과 같다.

웨지(12)부의 x방향 힘은 외부에서 작용되어진 입력값과 그 자체로서 다음과 같다.

Fax = Faㆍsinθ₁ ... 식 1

Fay = Faㆍcosθ₁ ... 식 2

여기서, θ₁는 강구(14)를 밀어붙이는 웨지(12)부에 형성된 경사홈(12c)의 경사각으로서 실제로 웨지(12)에 의하여 강구(14)에 가해지는 값은 Fa이나 힘의 균등관계로 인하여 Fax는 브라켓트(13)에, Fay는 스테이(15)에 각각 분산된 값으로 영향을 미치게 된다. 따라서,

Fay = Fb ㆍcosθ₂... 식 3

위의 식 3에서 Fb 값을 다음과 같이 정리되어 진다.

Fb = Fay/cosθ₂... 식 4

고정부품 스테이(15)로 인하여 이동 가능한 브라켓트(13)에 영향을 줄 수 있는 Fbx 값을 추출하면 다음과 같다.

Fbx = Fbㆍsinθ₂... 식 5

입력값 Fax로 정리된 값을 얻기 위하여 식 4를 식 5에 대입하고, 식 2, 식 1 을 추가로 대입하여 정리하면 다음과 같다.

Fbx = Fax ㆍcosθ₁sinθ₁/cosθ₂Fbㆍsinθ₂ ... 식 6

식 6을 간단하게 정리하면 다음과 같다.

Fbx = Faxㆍcotθ₁tanθ₂ ... 식 7

입력 Fax가 주어질 때 브라켓트(13)에 증폭되어지는 출력값 Fc는 다음과 같이 정리되어 진다.

Fc = Faxㆍ(1 + cotθ₁tanθ₂) ... 식 8

결론적으로 위의 식 8을 살펴보면 브라켓트(13)에 작용하는 출력값 Fc는 입력 Fax에 웨지(12)부의 경사값과 스테이(15)부의 경사값이 어우러진 조건에 의하여 결정되어짐을 알 수 있다.

다시 말하면, 웨지(12) 홈부의 경사각이 작으면 작을 수록, 스테이(15)부의 경사각이 크면 클 수록 출력부의 증폭효과는 증가됨을 알 수 있다. 그러나, 구조적인 제한사항과 관련부품의 내구성 등의 문제로 인하여 실제로 제품화하는 데에는 어느 정도의 한계가 있다.

결국 본 발명에 의한 터렛공구대의 체결력 증폭방법은 동력장치에 의해 디스크(4)의 중심축 방향으로 왕복운동이 가능하며 원주면상에 경사홈(12c)이 형성된 웨지(12)를 구성하고, 상기 웨지(12)에 의해 중심부가 관통되고 상부에 강구홈(13c)이 형성된 브라켓트(13)를 구성하며, 상기 브라켓트(13)의 강구홈(13c)에 다 수의 강구(14)를 삽입하고, 몸체(3)에 고정되며 내부에 테이퍼면(15a)이 형성된 스테이(15)를 구성하여, 상기 웨지(12)의 왕복으로 강구(14)를 이동시키며 상기 강구(14)가 스테이(15)의 테이퍼면(15a) 및 웨지의 경사홈(12c)을 따라 이동됨으로 인해 증폭된 값이 브라켓트(13)로 출력되어 결국 디스크(4)의 체결력이 증폭되는 것이 특징이다.

도 4는 본 발명의 타실시 예시도로서, 체결동력을 발생시키는 서보모터(30)와, 상기 서보모터(30)의 축과 커플링(31)으로 연결된 샤프트(32)와, 상기 샤프트(32)와 결합되어 있는 리드스크류(33)와, 상기 리드스크류(33)와 결합되며 원주방향으로 경사홈(12c)이 형성되어 있는 웨지(12)와, 상기 웨지(12)와 결합되어 있는 브라켓트(13)와, 상기 브라켓트(13)에 형성된 강구홈(13c)에 삽입되어 있는 다수의 강구(14)와, 몸체(3)에 고정되어 있으며 내부에 테이퍼면(15a)이 형성된 스테이(15)와, 상기 브라켓트(13)의 일단에 결합되어 있는 체결봉(16) 및 언클램프로드(17)와, 상기 체결봉(16) 및 언클램프로드(17)에 의해 동작되는 피스톤커빅커플링(21)으로 구성되어 있다.

미설명부호는 핀(35)으로서, 웨지(12)의 회전을 방지한다.

즉, 도 1에 도시된 실시예에서는 엑츄에이터(10)를 사용하였으나 도 4에 도시된 타실시예에서는 엑츄에이터(10) 대신 서보모터(30)와 샤프트(32) 및 리드스크류(33)로서 엑츄에이터(10)의 역할을 대신하게 된다.

상기 서보모터(30)의 정역회전으로 리드스크류(33)가 전ㆍ후진하게 되며, 상 기 리드스크류(33)가 웨지(12)를 동작시켜 결국 커빅커플링의 체결력을 증폭시키게 된다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 의한 터렛공구대의 체결력 증폭구조는 유압을 사용하지 않고도 체결목적으로 사용되는 커빅커플링을 기구적으로 제어하여 높은 체결력을 발생시킬 수 있으며, 반응속도 또한 유압작동에 비해 빠르게 된다.

또한, 터렛공구대의 부피는 적으면서도 적은 용적대비 큰 힘을 낼 수 있는 터렛공구대의 체결력 증폭구조 및 증폭방법을 제공한다.

Claims

체결동력을 발생시키는 엑츄에이터(10)와, 상기 엑츄에이터(10)와 결합되며 원주방향으로 경사홈(12c)이 형성되어 있는 웨지(12)와, 상기 웨지(12)와 결합되어 있으며 상부에 강구홈(13c)이 형성되어 있는 브라켓트(13)와, 상기 브라켓트의 강구홈(13c)에 삽입되어 있는 다수의 강구(14)와, 몸체(3)에 고정되어 있으며 내부에 테이퍼면(15a)이 형성되어 있는 스테이(15)와, 상기 브라켓트(13)의 일단에 결합되어 있는 체결봉(16) 및 언클램프로드(17)와, 상기 체결봉(16) 및 언클램프로드(17)에 의해 동작되는 피스톤커빅커플링(21)으로 구성되어 있는 것이 특징인 터렛공구대의 체결력 증폭구조
제 1항 있어서, 상기 엑츄에이터(10)를 대신하여

체결동력을 발생시키는 메인모터(1)와, 상기 메인모터(1)의 축과 커플링(31)으로 연결된 샤프트(32)와, 상기 샤프트(32)와 결합되어 있는 리드스크류(33)로 구성한 것이 특징인 터렛공구대의 체결력 증폭구조
제 1항에 있어서,

상기 피스톤커빅커플링(21)은 몸체에 고정되어 있는 고정커빅커플링(22) 및 샤프트(2)에 의해 회전이 가능한 선회커빅커플링(23)과 결합 및 해제되어, 디스크(4)의 회전을 간섭해주는 역할을 하는 것이 특징인 터렛공구대의 체결력 증폭구조
동력장치에 의해 디스크(4)의 중심축 방향으로 왕복운동이 가능하며 원주면상에 경사홈(12c)이 형성된 웨지(12)를 구성하고, 상기 웨지(12)에 의해 중심부가 관통되고 상부에 강구홈(13c)이 형성된 브라켓트(13)를 구성하며, 상기 브라켓트(13)의 강구홈(13c)에 다수의 강구(14)를 삽입하고, 몸체(3)에 고정되며 내부에 테이퍼면(15a)이 형성된 스테이(15)를 구성하여, 상기 웨지(12)의 왕복으로 강구(14)를 이동시키며 상기 강구(14)가 스테이(15)의 테이퍼면(15a) 및 웨지의 경사홈(12c)을 따라 이동됨으로 인해 증폭된 값이 브라켓트(13)로 출력되어 결국 디스크(4)의 체결력이 증폭되는 것이 특징인 터렛공구대의 체결력 증폭방법