KR101036882B1 - 공작기계의 스핀들용 부스터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 밀링머신(milling machine)과 같은 공작기계의 스핀들(spindle)에 공구를 편리하게 장착하거나, 탈착할 수 있도록 하는 공작기계의 스핀들용 부스터(booster)에 관한 것으로, 적은 에어압력을 이용하여 부스터를 구동시킬 수 있도록 함으로써 부스터의 콤팩트(compact)화가 가능해질 수 있도록 한 것이다.

이를 위해, 실린더(11)의 중간을 구획함과 동시에 통공(21a)이 형성되며 일면에는 공간부(22)가 형성되도록 요입부를 갖는 격벽(21)과, 상기 격벽에 의해 구획된 제1공간(23)의 내부에 이동 가능하게 설치되는 제1에어 피스톤(24)과, 상기 제1에어 피스톤에 구비되어 압축공간(8a)의 내부에 있는 오일을 압축하는 제1피스톤 로드(25)와, 상기 격벽에 의해 구획된 제2공간(26)의 내부에 설치되어 에어압력에 의해 이동하는 제2에어 피스톤(27)과, 상기 제2에어 피스톤에 형성되어 통공(21a)을 통해 제1에어 피스톤(24)의 일면에 접속된 제2피스톤 로드(28)와, 상기 제2에어 피스톤(27) 및 제2피스톤 로드(28)를 관통함과 동시에 제1에어 피스톤(24)과의 접속면에 형성되어 제2에어 피스톤(28)의 이동 시 에어압력을 제1에어 피스톤(24)에 작용시키는 에어 공급공(29a)(29b)과, 상기 커버에 형성된 요입면(31)과, 상기 제1,2공간의 내부에 통하여지도록 형성되어 제1,2에어 피스톤이 복귀되도록 에어가 공급되는 에어공급공(32)으로 이루어져 압축된 에어가 에어공급공(34)을 통해 공급됨에 따라 제1,2에어 피스톤(24)(27)이 증폭된 힘으로 압축공간(8a) 내에 있던 오일을 압축시키는 것을 특징으로 한다.

공작기계, 스핀들, 공구, 부스터, 피스톤 다단설치, 콤팩트화

Description

공작기계의 스핀들용 부스터 {Buster for Spindle of a Machine Tool}

본 발명은 밀링머신(milling machine)과 같은 공작기계의 스핀들(spindle)에 공구를 편리하게 장착하거나, 탈착할 수 있도록 하는 공작기계의 스핀들용 부스터(booster)에 관한 것으로서, 좀더 구체적으로는 적은 공기압을 이용하여 부스터를 구동시킬 수 있도록 함으로써 부스터의 콤팩트(compact)화가 가능해질 수 있도록 하는 공작기계의 스핀들용 부스터에 관한 것이다.

일반적으로 밀링 머시인과 같은 공작기계는 스핀들에 피 가공물의 가공에 필요한 공구를 장착하여 스핀들이 회전함에 따라 피 가공물을 가공하게 된다.

따라서 피 가공물의 가공부위 형태(평탄면, 요입면, 구멍 등)에 따라 스핀들로부터 수시로 공구를 교체하면서 절삭가공을 하게 된다.

종래에는 스핀들에 공구를 장착하거나, 탈착하는 작업이 작업자에 의한 수작업으로 이루어지고 있어 다음과 같은 여러 가지 문제점이 발생되었다.

첫째, 스핀들로부터 공구를 교체하는 과정에서 1명의 작업자는 중량체의 공 구를 잡고, 다른 1명의 작업자가 스핀들의 조우(jaw)의 나사를 풀거나, 조여주어야 되었으므로 공구의 신속한 교체가 불가능하여 생산성의 저하를 초래하게 되었다.

둘째, 중량체의 공구를 교체하는 과정에서 부주의로 공구를 떨어뜨리면 작업자가 날카로운 공구에 의해 상해를 입거나, 정밀 가공된 공구가 파손되는 경우가 발생되었다.

셋째, 공구를 교체할 때 베드(bed)에 올라가 작업을 하게 되므로 추락 등의 안전사고가 발생될 우려가 있었음은 물론이고 공구를 안정된 상태로 장착하는데 많은 어려움이 수반되었다.

상기한 문제점을 감안하여 공구를 수작업으로 교체하지 않고 반자동으로 교체하는 부스터가 개발되어 공작기계에 적용되기 시작하였다.

X, Y, Z 방향으로 동작되는 밀링 머시인과 같은 공작기계의 상단에는 Z방향의 작동 기능을 갖는 헤드 스톡(head stock)이 설치되어 있고 상기 헤드 스톡의 내부에는 헤드 기어박스가 설치되어 있으며 상기 헤드 기어박스에는 최종적으로 변속된 동력을 공구에 전달하도록 도 1과 같은 구조를 갖는 스핀들(1)이 조립되어 있다.

이러한 스핀들(1)의 내부에는 공구(2)를 장착하거나, 탈착하는 공구 착탈장치(3)가 구비되어 있다.

상기 부스터(7)가 설치된 공작기계는 에어 레귤레이터 유니트(Air Regulator Unit)(4)에서 생성된 압축공기가 분배변(5)을 통과하고 나면 솔레노이드 밸브(6)가 압축공기의 흐름방향을 제어하여 부스터(7)의 압축공간(8a)에 있던 오일의 압력을 증압시키거나, 감압시키게 된다.

상기 부스터(7)는 양단이 상부커버(9) 및 본체(10)로 폐쇄된 실린더(11)의 내부에 에어 피스톤(12)이 이동 가능하게 설치되어 있고 상기 에어 피스톤(12)에 고정된 피스톤 로드(13)는 하부 커버(8)에 형성된 압축공간(8a)의 내부에 있던 오일을 압축시켜 발생된 오일의 압력이 공구 착탈장치(3)의 내부에 위치된 오일 피스톤(14)을 작동시키도록 되어 있다.

상기 공구 착탈장치(3)는, 스핀들(1)의 내부에 설치된 오일 피스톤(14)의 하부에 체인지 바(15)가 고정되어 있고 상기 체인지 바(15)의 외측에는 접시 스프링(16)이 설치되어 있으며 접시 스프링(16)과 안내 부싱(17)의 외측에는 스핀들(1)이 설치되어 있고 안내 부싱(17)의 내부에는 체인지 바(15)의 하측에 고정되어 상하로 이동되며 볼(18)이 조립되는 구멍이 설치되어 공구(2)의 선단인 풀 스터드(19)를 착, 탈시키는 조우(20)가 설치되어 구성된다.

따라서 스핀들(1)에 공구(2)를 장착하기 위해 스위치(도시는 생략함)를 온(on)시키면 에어 레귤레이터 유니트(4)에서 생성된 압축공기가 분배변(5)을 거쳐 솔레노이드 밸브(6)에서 A방향으로 부스터(7)에 공급되므로 상측에 있던 에어 피스톤(12)이 하강하게 되고, 이에 따라 피스톤 로드(13)가 압축공간(8a)내의 오일을 압축시키게 되므로 오일의 압력이 상승하여 공구 착탈장치(3)로 공급된다.

상기 공구 착탈장치(3)로 공급된 오일의 압력에 의해 오일 피스톤(14)이 하강하면 외주면에 위치된 접시 스프링(16)이 압축됨과 동시에 체인지 바(15)가 오일 피스톤(14)과 함께 하측으로 이동하면서 하측에 연결된 조우(20)를 체인지 바(15) 의 하향이동 거리만큼 이동시키게 되므로 풀 스터드(19)가 조립되어 있는 공구(2)를 조우(20)에 삽입할 수 있게 된다.

이러한 상태에서 조우(20)에 삽입된 공구(2)를 장착하기 위해 스위치를 오프(off)시키면 솔레노이드 밸브(6)에서 B를 개방시켜 실린더(11)의 내부에서 하강하였던 에어 피스톤(12)과 피스톤 로드(13)를 상승시켜 접시 스프링(16)에 작용되던 힘을 제거시키게 되므로 접시 스프링(16)의 탄성 복원력에 의해 체인지 바(15)와 조우(20)가 초기상태로 복원되고, 이에 따라 스핀들(1)에 공구(2)를 장착시키는 작업이 완료된다.

그러나 이러한 종래의 부스터는 에어압력으로 에어 피스톤을 이동시킨 후 증폭된 유압의 힘으로 조우를 이동시켜 공구를 장착하도록 되어 있어 적은 힘으로도 공구를 신속하게 장착하는 장점을 갖으나, 에어압력이 작용되는 에어 피스톤이 1개로 이루어져 있어 큰 힘의 출력을 얻고자 할 경우에는 실린더의 내경 및 상기 실린더의 내부에 설치되는 에어 피스톤의 외경이 커질 수밖에 없어 공작기계에 부스터를 장착하는데 많은 어려움이 있었다.

즉, 에어 레귤레이터 유니트에 의해 얻어지는 에어압력은 대략 7kg/㎠가 한계이므로 스핀들의 규격에 따라 큰 힘을 얻고자 할 경우에는 부득이 실린더의 외경을 크게 설계할 수밖에 없는 문제점이 발생되었다.

본 발명은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 에어 레귤레이터에서 발생된 일정한 에어압력을 이용하여 부스터를 크게 설계하지 않고도 큰 힘을 얻을 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 형태에 따르면, 하우징에 오일탱크 내의 오일이 채워지는 압축공간을 갖으며 실린더의 내부에는 피스톤 로드를 갖는 에어 피스톤을 이동 가능하게 설치함과 동시에 실린더의 입구는 에어가 공급되는 에어공급공을 갖는 커버로 폐쇄하여 에어압력에 의해 에어 피스톤이 이동함에 따라 피스톤 로드가 압축공간에 있던 오일을 압축시켜 힘을 증폭하는 부스터에 있어서, 상기 실린더의 중간을 구획함과 동시에 통공이 형성되며 일면에는 공간부가 형성되도록 요입부를 갖는 격벽과, 상기 격벽에 의해 구획된 제1공간의 내부에 이동 가능하게 설치되는 제1에어 피스톤과, 상기 제1에어 피스톤에 구비되어 압축공간의 내부에 있는 오일을 압축하는 제1피스톤 로드와, 상기 격벽에 의해 구획된 제2공간의 내부에 설치되어 에어압력에 의해 이동하는 제2에어 피스톤과, 상기 제2에어 피스톤에 형성되어 통공을 통해 제1에어 피스톤의 일면에 접속된 제2피스톤 로드와, 상기 제2에어 피스톤 및 제2피스톤 로드를 관통함과 동시에 제1에어 피스톤과의 접속면에 형성되어 제2에어 피스톤의 이동 시 에어압력을 제1에어 피스톤에 작용시키는 에어 공급공과, 상기 커버에 형성된 요입면과, 상기 제1,2공간의 내부에 통하여지도록 형성되어 제1,2에어 피스톤이 복귀되도록 에어가 공급되는 에어공급공으로 이루어져 압축된 에어가 에어공급공을 통해 선택적으로 공급됨에 따라 제1,2에어 피 스톤이 증폭된 힘으로 압축공간 내에 있던 오일을 압축시키는 것을 특징으로 하는 공작기계의 스핀들용 부스터가 제공된다.

본 발명은 에어압력이 작용되는 에어 피스톤이 다단으로 이루어져 제2에어 피스톤에 의해 발생된 힘 및 에어압력에 의해 제1에어 피스톤을 밀어 2배로 증폭된 힘으로 압축공간의 내부에 있던 오일을 압축시키게 되므로 실린더의 외경을 종래의 부스터에 비하여 1/2로 축소할 수 있게 되는 장점을 갖게 되고, 이에 따라 부스터의 설치면적에 구애받지 않고도 공작기계에 수평은 물론이고 수직상태로 편리하게 장착할 수 있게 되는 효과를 얻게 된다.

이하, 본 발명을 일 실시예로 도시한 도 3 내지 도 5를 참고하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명의 일 실시예를 나타낸 종단면도이고 도 4는 본 발명의 제2피스톤 로드를 나타낸 측면도이며 도 5는 본 발명의 다른 설치상태를 나타낸 종단면도로서, 본 발명의 구성 중 종래의 구성과 동일한 부분은 그 설명을 생략하고 동일부호를 부여하기로 한다.

본 발명은 실린더(11)의 내부가 통공(21a)을 갖는 격벽(21)에 의해 구획되어 있고 상기 격벽의 일면에는 공간부(22)가 형성되도록 요입부가 형성되어 있다.

상기 격벽(21)에 의해 구획된 제1공간(23)의 내부에는 제1에어 피스톤(24)이 이동 가능하게 설치되어 있고 상기 제1에어 피스톤(24)의 일면에는 압축공간(8a)의 내부에 있는 오일을 압축하는 제1피스톤 로드(25)가 구비되어 있다.

또한, 상기 격벽(21)에 의해 구획된 제2공간(26)의 내부에는 에어압력에 의해 이동하는 제2에어 피스톤(27)이 이동 가능하게 설치되어 있고 상기 제2에어 피스톤(27)의 일면에는 통공(21a)을 통해 제1에어 피스톤(24)의 일면에 접속되는 제2피스톤 로드(28)가 구비되어 있다.

그리고 상기 제2에어 피스톤(27) 및 제2피스톤 로드(28)에는 제2에어 피스톤(27)의 이동 시 에어압력을 제1에어 피스톤(24)에 작용시키는 에어 공급공(29a)이 관통되게 형성됨과 동시에 공간부(22)를 통해 제1에어 피스톤(24)에 에어압력이 작용되도록 에어 공급공(29a)과 직교되는 또 다른 에어 공급공(29b)이 형성되어 있는데, 이 때 상기 제1에어 피스톤(24)과 맞닿는 제2피스톤 로드(28)에 형성된 에어공급공(29b)을 도 4에 나타낸 바와 같이 "-" 또는 "+"형태로 절개하여 형성할 수 있음은 이해 가능한 것이다.

한편, 실린더(11)의 일면을 폐쇄하는 커버(30)에 에어압력이 제2에어 피스톤(27)에 골고루 작용되도록 하는 요입면(31)이 형성되어 있고 실린더(11)에는 제1,2공간(23)(26)의 내부에 통하여지도록 에어공급공(32)이 형성되어 있어 상기 에어공급공(32)을 통해 에어압력이 작용됨에 따라 제1,2에어 피스톤(24)(27)이 초기 상태로 복귀되도록 되어 있다.

이러한 본 발명의 부스터에서 공작기계의 규모나 설치상태에 따라 실린더(11)를 도 3에 나타낸 바와 같이 수평으로 설치하고 오일탱크(33)는 수직으로 설치하거나, 다른 실시예로 나타낸 도 5와 같이 실린더(11) 및 오일탱크(33)를 수직으로 설치할 수 있다.

도면 중 미설명 부호, (34)는 덮개(30)에 형성된 에어공급공이고, (35)는 압축공간(8a)이 형성된 하우징이며 (36)은 압축공간(8a)의 내부에 있는 오일의 압력을 육안으로 식별하기 위한 압력계이다.

이와 같이 구성된 본 발명의 작용을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 도 3과 같이 제1,2에어 피스톤(24)(27)이 도면 상 좌측에 위치된 상태에서는 압축공간(8a)의 내부에 위치된 오일에 에어압력이 작용되지 않으므로 공구 착탈장치(3)의 체인지 바(15)가 접시 스프링(16)의 탄성력에 의해 상사점에 위치되어 있다.

이러한 상태에서 스핀들(1)에 공구(2)를 장착하기 위해 스위치(도시는 생략함)를 온(on)시키면 에어 레귤레이터 유니트(4)에서 생성된 압축공기가 분배변(5)을 거쳐 솔레노이드 밸브(6)에서 A방향을 따라 커버(30)에 형성된 에어공급공(34)으로 공급되어 커버(30)에 형성된 요입면(31)에 의해 에어압력이 제2에어 피스톤(27)의 일면에 작용되므로 도면 상 좌측에 위치되어 있던 제2에어 피스톤(27)이 도면 상 우측으로 이동하게 되는데, 이와 동시에 에어압력이 제2에어 피스톤(27) 및 제2피스톤 로드(28)에 형성된 에어공급공(29a)(29b)을 통해 격벽(21)에 형성된 공간부(22)에 작용하여 제1에어 피스톤(24)을 제2에어 피스톤(27)이 미는 힘을 더하여 밀어주게 되므로 결국 제1에어 피스톤(24)에 구비된 제1피스톤 로드(25)가 압축공간(8a)의 내부에 위치된 오일을 증폭된 강력한 힘으로 밀어 압축시키게 된다.

즉, 제1,2에어 피스톤(24)(27)의 외경이 250mm이고, 제1피스톤 로드(25)의 직경이 50mm라고 가정하면 단면적의 비율이 1l : 1이 되므로 커버(30)에 형성된 에 어공급공(34)으로 5kg/㎠의 압력이 작용될 때 압축공간(8a)의 내부에 있던 오일은 55kg/㎠의 압력으로 압축되어 공구 착탈장치(3)의 유압 피스톤(14)를 가압하게 된다.

따라서 종래의 부스터에 비하여 본 발명의 부스터는 실린더(11)의 외경을 1/2로 축소하면서 동일한 출력을 얻을 수 있게 된다.

또한, 실린더(11)의 길이를 길게 형성하여 내부 공간을 격벽에 의해 여러 개로 구획한 다음 각 내부 공간에 에어 피스톤을 각각 다단(3단 이상)으로 설치하면 실린더(11)의 외경을 더욱 축소시킬 수 있게 됨은 이해 가능한 것이다.

한편, 도면 상 우측으로 이동하였던 제1,2에어 피스톤(24)(27)의 복귀는 솔레노이드 밸브(6)의 유로를 변환하여 압축공기를 에어공급공(32)을 통해 제1,2공간(23)(26)의 내부로 공급함으로써, 가능해지게 된다.

본 발명의 기술사상은 상기한 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 전술한 실시예들은 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다.

또한, 본 발명의 기술분야에서 통상의 전문가라면 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 다양하게 변화하여 실시할 수 있음은 이해 가능한 것이다.

도 1은 종래의 부스터가 공작기계에 설치된 상태의 구성도

도 2는 종래의 부스터를 나타낸 종단면도

도 3은 본 발명의 일 실시예를 나타낸 종단면도

도 4는 본 발명의 제2피스톤 로드를 나타낸 측면도

도 5는 본 발명의 다른 설치상태를 나타낸 종단면도

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

8a : 압축공간 11 : 실린더

21 : 격벽 23 : 제1공간

24 : 제1에어 피스턴 25 : 제1피스톤 로드

26 : 제2공간 27 : 제2에어 피스톤

28 : 제2피스톤 로드 29a, 29b, 32, 34 : 에어공급공

30 : 덮개 31 : 요입면

33 : 오일탱크

Claims (4)

1. 하우징(35)에 오일탱크(33) 내의 오일이 채워지는 압축공간(8a)을 갖으며 실린더(11)의 내부에는 피스톤 로드를 갖는 에어 피스톤을 이동 가능하게 설치함과 동시에 실린더의 입구는 에어가 공급되는 에어공급공(34)을 갖는 커버(30)로 폐쇄하여 에어압력에 의해 에어 피스톤이 이동함에 따라 피스톤 로드가 압축공간(8a)에 있던 오일을 압축시켜 힘을 증폭하는 부스터에 있어서, 상기 실린더(11)의 중간을 구획함과 동시에 통공(21a)이 형성되며 일면에는 공간부(22)가 형성되도록 요입부를 갖는 격벽(21)과, 상기 격벽에 의해 구획된 제1공간(23)의 내부에 이동 가능하게 설치되는 제1에어 피스톤(24)과, 상기 제1에어 피스톤에 구비되어 압축공간(8a)의 내부에 있는 오일을 압축하는 제1피스톤 로드(25)와, 상기 격벽에 의해 구획된 제2공간(26)의 내부에 설치되어 에어압력에 의해 이동하는 제2에어 피스톤(27)과, 상기 제2에어 피스톤에 형성되어 통공(21a)을 통해 제1에어 피스톤(24)의 일면에 접속된 제2피스톤 로드(28)와, 상기 제2에어 피스톤(27) 및 제2피스톤 로드(28)를 관통함과 동시에 제1에어 피스톤(24)과의 접속면에 형성되어 제2에어 피스톤(28)의 이동 시 에어압력을 제1에어 피스톤(24)에 작용시키는 에어 공급공(29a)(29b)과, 상기 커버에 형성된 요입면(31)과, 상기 제1,2공간의 내부에 통하여지도록 형성되어 제1,2에어 피스톤이 복귀되도록 에어가 공급되는 에어공급공(32)으로 이루어져 압축된 에어가 에어공급공(34)을 통해 공급됨에 따라 제1,2에어 피스톤(24)(27)이 증폭된 힘으로 압축공간(8a) 내에 있던 오일을 압축시키는 것을 특징으로 하는 공 작기계의 스핀들용 부스터.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 제1에어 피스톤(24)과 맞닿는 제2피스톤 로드(28)에는 에어공급공(29b)이 "-" 또는 "+"형태로 절개되어 형성된 것을 특징으로 하는 공작기계의 스핀들용 부스터.
3. 청구항 1에 있어서,

   상기 실린더(11)를 수평으로 설치하고 오일탱크(36)는 수직으로 설치한 것을 특징으로 하는 공작기계의 스핀들용 부스터.
4. 청구항 1에 있어서,

   상기 실린더(11) 및 오일탱크(36)를 수직으로 설치한 것을 특징으로 하는 공작기계의 스핀들용 부스터.

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