KR20180130288A

KR20180130288A - 스핀들 장치 및 그의 작동방법

Info

Publication number: KR20180130288A
Application number: KR1020170066214A
Authority: KR
Inventors: 박주옥; 박재현
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아자동차주식회사
Priority date: 2017-05-29
Filing date: 2017-05-29
Publication date: 2018-12-07
Anticipated expiration: 2037-05-29
Also published as: US10625384B2; KR102360161B1; US20180339383A1

Abstract

본 발명에 의한 스핀들 장치는, 하우징; 하우징에 회전가능하게 설치된 스핀들; 스핀들의 일단에 해제가능하게 결합되고, 반경방향으로 이동가능한 인서트 팁을 가진 공구; 상기 스핀들의 내부에 이동가능하게 장착되는 제1드로바; 및 상기 제1드로바의 내부에 이동가능하게 장착되는 제2드로바;를 구비하고, 상기 제1드로바의 이동에 의해 상기 공구 및 상기 제1드로바의 일단이 상기 스핀들의 일단에 해제가능하게 결합되고, 상기 제2드로바의 이동에 의해 상기 인서트 팁이 반경방향으로 이동하도록 구성될 수 있다.

Description

스핀들 장치 및 그의 작동방법{SPINDLE APPARATUS AND METHOD FOR OPERATING THE SAME}

본 발명은 스핀들 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 공구의 인서트팁의 위치를 조절함으로써 공구의 반경(tool radius)을 가변할 수 있는 스핀들 장치 및 그의 작동방법에 관한 것이다.

스핀들 장치(spindle apparatus)는, 회전가능한 스핀들과, 스핀들을 구동하는 드라이버와, 스핀들 및 드라이버를 지지하는 하우징을 포함한다. 스핀들의 단부에는 툴 홀더에 의해 드릴 등과 같은 공구가 클램핑된다.

이러한 스핀들 장치는 머시닝센터 등과 같은 머신툴(machine tool)에 적용되어 대상물을 커팅(cutting), 보오링(boring), 그라인딩(grinding), 쉬어링(shearing) 등에 의해 대상물을 가공(machining)할 수 있다.

종래의 스핀들 장치는 스핀들의 단부에 외경이 정해진 공구가 분리가능하게 결합되고, 이에 엔진의 실린더 블록, 실린더 헤드 등에서 그 형상이 일정하지 않는 부분(예컨대, 길이방향을 따라 반경이 변화하는 부분)을 가공하고자 할 경우에는 잦은 공구의 교체 등으로 인해 그 작업성이 저하될 수 있는 단점이 있다.

또한, 종래의 스핀들 장치는, 스핀들의 단부에 외경이 정해진 공구만을 파지함에 따라 복합적인 가공공정에 유연하게 대응하지 못할 수 있다.

본 발명은 상기와 같은 점을 고려하여 안출한 것으로, 공구의 반경방향을 따라 인서트팁의 위치를 조절함으로써 공구의 반경(tool radius)을 가변할 수 있는 스핀들 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 스핀들 장치는, 하우징; 하우징에 회전가능하게 설치된 스핀들; 스핀들의 일단에 해제가능하게 결합되고, 반경방향으로 이동가능한 인서트 팁을 가진 공구; 상기 스핀들의 내부에 이동가능하게 장착되는 제1드로바; 및 상기 제1드로바의 내부에 이동가능하게 장착되는 제2드로바;를 포함하고, 상기 제1드로바의 이동에 의해 상기 공구 및 상기 제1드로바의 일단이 상기 스핀들의 일단에 해제가능하게 결합되고, 상기 제2드로바의 이동에 의해 상기 인서트 팁이 반경방향으로 이동하도록 구성될 수 있다.

상기 공구는 반경방향으로 형성된 제1통로 및 축선방향으로 형성된 제2통로를 가지고, 상기 제1통로에는 상기 인서트 팁이 상기 공구의 반경방향을 따라 이동가능하게 장착되며, 상기 제2통로에는 조절부재가 상기 공구의 축선방향을 따라 이동가능하게 장착되고, 상기 조절부재는 상기 제2드로바의 일단에 분리가능하게 결합될 수 있다.

상기 제2드로바의 이동에 의해 상기 조절부재는 상기 공구의 제2통로를 따라 이동하고, 상기 조절부재의 이동에 의해 상기 인서트 팁이 상기 공구의 제1통로를 따라 이동하도록 구성될 수 있다.

상기 인서트 팁는 제1경사면을 가지며, 상기 조절부재는 상기 제1경사면과 접촉하는 제2경사면을 가질 수 있다.

상기 조절부재는 생크를 가지며, 상기 제2드로바의 일단에는 생크 홀더가 형성되며, 상기 조절부재가 회전함에 따라 상기 생크 및 상기 생크 홀더가 분리가능하게 결합될 수 있다.

상기 생크는 그 외면에 축선방향을 따라 연속되게 형성된 하나 이상의 결합홈 및 하나 이상의 결합돌기를 가지고, 상기 생크홀더는 그 내면에 형성된 하나 이상의 결합돌기를 가지며, 상기 생크홀더의 결합돌기가 상기 생크의 결합홈에 삽입되고, 상기 조절부재의 회전에 의해 상기 생크의 결합돌기 및 상기 생크홀더의 결합돌기가 축선방향으로 결합가능하다.

상기 스핀들의 일단에는 콜렛이 장착되고, 상기 콜렛은 상기 제1드로바의 이동에 의해 반경방향으로 팽창 내지 축소함으로써 상기 제1드로바의 일단을 클램프하도록 구성될 수 있다.

상기 콜렛의 둘레에는 클램프가 배치되고, 상기 클램프는 상기 공구 및 상기 스핀들의 일단을 길이방향으로 결합할 수 있다.

상기 클램프는 그 내면에 형성된 하나 이상의 테이퍼면을 가지고, 상기 콜렛은 그 외면에 형성된 하나 이상의 테이퍼면을 가지며, 상기 콜렛의 테이퍼면과 상기 클램프의 테이퍼면이 이격가능하게 결합될 수 있다.

상기 제1드로바는 피스톤에 의해 제1방향을 따라 이동하고, 상기 제1드로바는 탄성부재에 의해 제2방향을 따라 이동하도록 구성되며, 상기 제1방향 및 상기 제2방향은 서로 반대방향일 수 있다.

상기 제2드로바는 엑츄에이터에 의해 제1방향 및 제2방향을 따라 이동하도록 구성될 수 있다.

상기 엑츄에이터는 구동모터와, 구동모터에 연결된 이송나사와, 상기 이송나사의 외면에 나사운동가능하게 장착되는 너트를 포함하고, 상기 너트는 상기 하우징에 고정되며, 상기 구동모터는 상기 제2드로바에 연결되고, 상기 구동모터의 구동에 의해 이송나사가 회전함에 따라 상기 제2드로바는 상기 구동모터와 함께 이동하도록 구성될 수 있다.

상기 제2드로바는 클러치유닛에 의해 상기 스핀들에 대해 회전방향으로 해제 내지 결합될 수 있다.

상기 클러치유닛은 상기 제2드로바에 결합된 제1클러치부재와, 상기 스핀들에 고정된 제2클러치부재와, 상기 제1클러치부재에 고정된 클러치 캡과, 상기 클러치 캡과 상기 제2클러치부재를 분리하게 결합하는 하나 이상의 결합부재를 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 측면은 하우징에 회전가능하게 설치된 스핀들과, 스핀들의 일단에 클램프 및 콜렛에 의해 해제가능하게 결합되는 공구와, 상기 스핀들의 내부에 이동가능하게 장착되는 제1드로바와, 상기 제1드로바의 내부에 이동가능하게 장착되는 제2드로바와, 상기 제2드로바와 상기 스핀들을 회전방향을 따라 해제 내지 결합하는 클러치유닛과, 상기 공구의 반경방향으로 이동가능하게 구성된 인서트 팁을 포함한 스핀들 장치의 작동방법으로,

상기 제1드로바를 제1방향으로 이동시킴으로써 상기 공구 및 상기 제1드로바의 일단을 상기 스핀들의 일단에 결합하고, 상기 제2드로바를 제1방향 또는 제2방향으로 이동시켜 상기 인서트 팁을 상기 공구의 반경방향으로 이동시킬 수 있다. 상기 제1방향 및 상기 제2방향은 상기 스핀들의 길이방향에서 서로 반대방향일 수 있다.

상기 제1드로바를 제2방향으로 이동시켜 상기 공구 및 상기 제1드로바의 일단을 상기 스핀들의 일단에서 해제할 수 있다.

상기 클러치유닛의 해제작동에 의해 상기 제2드로바와 상기 스핀들을 회전방향으로 해제함으로써 상기 제2드로바를 상기 공구에 연결할 수 있다.

본 발명에 의하면, 공구의 반경방향을 따라 인서트팁의 위치를 조절함으로써 공구의 반경(tool radius)을 가변할 수 있다. 이와 같이 공구의 반경을 가변함에 따라, 엔진 실린더의 보오링(boring), 실린더블록의 크랭크 보어(crank bore)의 라인 보오링(line boring) 내지 페이싱(facing), 실린더의 밸브좌면(valve seat) 및 가이드(guide)의 보오링(boring) 등과 같이 작업도중에 반경이 변화하는 복합공정에 유연하게 대응할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 스핀들 장치를 도시한 측단면도이다.
도 2는 도 1의 스핀들의 일단에서 콜렛이 제1드로바의 일단을 파지하기 전의 상태를 도시한 도면이다.
도 3은 도 1의 스핀들의 일단에서 콜렛이 제1드로바의 일단을 파지한 상태를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 스핀들 장치의 조절부재를 도시한 부분 사시도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 스핀들 장치의 생크홀더를 도시한 사시도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 스핀들 장치에서 조절부재의 생크 및 생크홀더가 결합된 상태를 도시한 부분 절개사시도이다.
도 7은 도 5의 화살표 A방향에서 바라본 생크홀더의 정면도이다.
도 8은 도 7의 생크홀더 내부에 조절부재의 생크가 삽입된 상태를 나타낸 도면이다.
도 9는 생크홀더 내부에서 조절부재가 결합위치를 향해 회전하는 상태를 나타낸다.
도 10은 생크홀더 내부에서 조절부재의 결합돌기가 결합위치로 이동한 상태를 나타낸다.
도 11은 도 8의 B-B선을 따라 도시한 단면도이다.
도 12는 도 10의 C-C선을 따라 도시한 단면도이다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 스핀들 장치에서 제2드로바에 장착된 클러치유닛을 도시한 부분 사시도이다.
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 스핀들 장치의 엑츄에이터 및 클러치유닛을 도시한 부분 측단면도이다.
도 15는 도 14의 화살표 D 부분을 확대한 도면으로, 제1클러치부재 및 클러치캡이 결합된 상태를 나타낸다.
도 16은 도 14의 화살표 D 부분을 확대한 도면으로, 제1클러치부재 및 클러치캡이 해제된 상태를 나타낸다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 참고로, 본 발명을 설명하는 데 참조하는 도면에 도시된 구성요소의 크기, 선의 두께 등은 이해의 편의상 다소 과장되게 표현되어 있을 수 있다. 또, 본 발명의 설명에 사용되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의한 것이므로 사용자, 운용자 의도, 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 이 용어에 대한 정의는 본 명세서의 전반에 걸친 내용을 토대로 내리는 것이 마땅하겠다.

본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 또한, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 스핀들 장치(10)는, 하우징(11)과, 하우징(11)에 회전가능하게 설치된 스핀들(15)과, 스핀들(15)의 일단에 해제가능하게 결합되는(releasably engaged) 공구(100)와, 스핀들(15)의 내부에 이동가능하게 설치된 제1드로바(31, first draw-bar)와, 제1드로바(31)의 내부에 이동가능하게 설치된 제2드로바(32, second draw-bar)와, 스핀들(15)을 구동시키는 스핀들 모터(20)를 포함할 수 있다.

하우징(11)의 일단에는 제1커버(12)가 설치되고, 하우징(12)의 타단에는 제2커버(13)가 설치될 수 있다.

하우징(11)의 내부에는 스핀들(15)이 회전가능하게 장착되고, 스핀들(15)은 복수의 베어링 등을 통해 하우징(11)의 내부에서 회전가능하게 지지될 수 있다.

스핀들(15)은 스핀들 모터(20)에 의해 하우징(11) 내에서 회전가능하게 설치될 수 있고, 스핀들 모터(20)는 스핀들(15)의 외면에 고정된 로터(21) 및 하우징(11)의 내면에 고정된 스테이터(22)를 포함할 수 있다.

공구(100)는 그 내부에 형성된 제1통로(101) 및 제2통로(102)를 가질 수 있고, 제1통로(101)는 반경방향을 따라 연장될 수 있으며, 제2통로(102)는 축선방향을 따라 연장될 수 있다. 제1통로(101)에는 인서트 팁(110)이 공구(100)의 반경방향을 따라 이동가능하게 장착되고, 공구(100)의 제2통로(102)에는 조절부재(120)가 공구(100)의 축선방향을 따라 이동가능하게 장착될 수 있다. 제2통로(102)의 내면과 조절부재(120)의 외면은 세레이션 또는 키(105)에 의해 서로 결합됨으로써 조절부재(120)는 제2통로(102) 상에서 축선방향을 따라 슬라이드될 수 있다. 그리고, 세레이션 또는 키(105)에 의해 조절부재(120)가 공구(100)의 제2통로(102)에 결합되어 있으므로 조절부재(120)는 공구(100)와 함께 동일방향으로 회전할 수 있다.

인서트 팁(110)의 외측단에는 절삭날(111)이 분리가능하게 장착될 수 있고, 인서트 팁(110)의 내측단에는 제1경사면(112)이 형성될 수 있다.

조절부재(120)는 그 일단에 형성된 제2경사면(122)을 가질 수 있고, 조절부재(120)의 제2경사면(122)은 인서트 팁(110)의 제1경사면(112)과 접촉하며, 이에 조절부재(120)가 공구(100)의 축선방향을 따라 이동함에 따라 인서트 팁(110)의 제1경사면(112)이 조절부재(120)의 제2경사면(122)을 타고 이동함으로써 인서트 팁(110)이 공구(100)의 반경방향으로 이동할 수 있다.

조절부재(120)는 그 타단에 형성된 생크(121, shank)를 가질 수 있고, 조절부재(120)의 생크(121)는 조절부재(120)의 외경 보다 작은 외경을 가질 수 있으며, 생크(121)는 조절부재(120)의 타단에서 제2드로바(32)를 향해 일정길이로 연장될 수 있다.

생크(121)는 도 4에 도시된 바와 같이, 하나 이상의 결합돌기(123) 및 결합홈(124)을 가질 수 있고, 결합돌기(123) 및 결합홈(124)은 축선방향을 따라 연속되게 형성될 수 있다. 도 7 내지 도 10에 예시된 바와 같이, 복수의 결합돌기(123)가 원주방향으로 이격되게 형성될 수 있고, 생크(121)의 양측에는 한 쌍의 평탄면(125)이 서로 평행하도록 형성될 수 있다.

조절부재(120)의 생크(121)가 제2드로바(32)의 일단에 분리가능하게 결합되고, 제2드로바(32)가 길이방향을 따라 이동함에 따라 조절부재(120)가 공구(100)의 제2통로(102) 내에서 축선방향을 따라 이동할 수 있으며, 이러한 조절부재(120)의 이동에 의해 인서트 팁(110)이 공구(100)의 제1통로(101) 내에서 반경방향을 따라 이동할 수 있다.

스핀들(15)의 일단에는 클램프(40) 및 콜렛(50)이 장착되고, 공구(100) 및 제1드로바(31)의 일단이 클램프(40) 및 콜렛(50)에 의해 스핀들(15)의 일단에 분리가능하게 결합될 수 있다.

클램프(40) 및 콜렛(50)은 제1드로바(31)의 이동에 의해 공구(100) 및 제1드로바(31)의 일단을 스핀들(15)의 일단에 분리하게 결합시키도록 구성될 수 있다.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 스핀들(15)의 일단에는 장착공(14)이 형성되고, 장착공(14)의 내면에는 돌기(17)가 내경방향을 향해 돌출할 수 있다. 공구(100)는 스핀들(15)의 장착공(14)에 삽입되는 슬리브(104)를 가질 수 있고, 슬리브(104)의 내면에는 내경방향을 향해 돌기(107)가 돌출할 수 있다. 스핀들(15)의 돌기(17)와 공구(100)의 돌기(107)는 클램프(40)에 의해 결합될 수 있다.

장착공(14)의 내면 및 슬리브(104)의 내면에는 클램프(40)가 배치되며, 클램프(40)의 내부에는 콜렛(50)이 배치될 수 있다. 장착공(14), 슬리브(104), 클램프(40) 및 콜렛(50)은 동일한 축선을 가질 수 있다.

클램프(40)는 길이방향을 따라 연장된 원통형(cylinder)일 수 있고, 클램프(40)는 그 외면에 외경방향으로 돌출한 2개의 돌기(41, 42)를 가질 수 있으며, 2개의 돌기(41, 42)는 길이방향으로 이격될 수 있고, 각 돌기(41, 42)가 스핀들(15)의 돌기(17) 및 공구(100)의 돌기(107)에 개별적으로 결합됨으로써 스핀들(15)의 돌기(17) 및 공구(100)의 돌기(107)는 축선방향으로 결합될 수 있다.

클램프(40)의 돌기(41, 42)들과 스핀들(15)의 돌기(17) 및 공구(100)의 돌기(107)는 상호 대응하는 테이퍼면을 가질 수 있고, 이를 통해 클램프(40)의 돌기(41, 42)들이 스핀들(15)의 돌기(17) 및 공구(100)의 돌기(107)에 기밀하게(tightly) 결합될 수 있다.

클램프(40)는 그 내면에 형성된 하나 이상의 테이퍼면(43, 44)을 가질 수 있다. 일 예에 따르면, 도 2 및 도 3과 같이 클램프(40)의 내면에 2개의 테이퍼면(43, 44)이 형성될 수 있고, 2개의 테이퍼면(43, 44)은 길이방향으로 이격될 수 있다.

콜렛(50)은 반경방향을 따라 팽창 내지 수축함에 따라 제1드로바(31)의 일단을 클램프하도록 구성될 수 있다.

일 예에 따르면, 콜렛(50)은 길이방향을 따라 연장된 하나 이상의 슬롯(미도시)을 가진 원통형(cylinder)일 수 있다. 이에, 콜렛(50)은 반경방향을 따라 팽창 내지 수축할 수 있다.

다른 예에 따르면, 콜렛(50)은 원주방향으로 분할된 복수의 분할체로 구성될 수 있다. 이에, 콜렛(50)은 반경방향을 따라 팽창 내지 수축할 수 있다.

콜렛(50)은 그 외면에 형성된 하나 이상의 테이퍼면(53, 54)을 가질 수 있ek다. 일 예에 따르면, 도 2 및 도 3과 같이 콜렛(50)의 외면에 2개의 테이퍼면(53, 54)이 형성될 수 있고, 2개의 테이퍼면(53, 54)은 클램프(40)의 테이퍼면(43, 44)에 대응하는 간격으로 이격될 수 있다. 제1드로바(31)의 이동에 의해 콜렛(50)의 각 테이퍼면(53, 54)은 클램프(40)의 각 테이퍼면(43, 44)에 이격가능하게 결합될 수 있다.

도 2에는 공구(100)의 슬리브(104) 및 제1드로바(31)의 일단이 스핀들(15)의 일단에 결합되지 않은 상태가 예시된다. 도 2와 같이, 제1드로바(31)가 제1방향(도 1의 X1방향)으로 이동하면(전진하면), 콜렛(50)이 제1방향(X1)으로 이동할 수 있으며, 이를 통해 콜렛(50)은 반경방향으로 팽창함으로써 제1드로바(31)의 일단이 콜렛(50)의 내면에서 해제될 수 있다(released).

도 3에는 공구(100)의 슬리브(104) 및 제1드로바(31)의 일단이 스핀들(15)의 일단에 결합된 상태가 예시된다. 도 3과 같이 제1드로바(31)가 제2방향(도 1의 X2방향)으로 이동하면(후진), 도 3과 같이 콜렛(50)이 제1드로바(31)를 따라 함께 제2방향(X2)으로 이동할 수 있고, 이에 콜렛(50)의 각 테이퍼면(53, 54)이 클램프(40)의 각 테이퍼면(43, 44)에 기밀하게 결합될 수 있으며, 이를 통해 콜렛(50)은 반경방향으로 수축함으로써 제1드로바(31)의 일단이 콜렛(50)이 제1드로바(31)의 일단을 파지(grip)할 수 있다. 이와 같이, 클램프(40)의 테이퍼면(43, 44)과 콜렛(50)의 테이퍼면(53, 54)이 결합됨에 따라 클램프(40)는 콜렛(50)의 외면을 가압하고, 콜렛(50)은 클램프(40)의 내면을 가압할 수 있다. 즉, 클램프(40)와 콜렛(50)은 제1드로바(31)가 제2방향(X2)으로 이동함(후진)에 따라 서로에 대해 반발력을 인가함으로써 콜렛(50)이 제1드로바(31)의 일단을 기밀하게 파지할 수 있고, 클램프(40)의 돌기(41, 42)들이 스핀들(15)의 돌기(17) 및 공구(100)의 돌기(107)를 클램프(40)의 축선방향을 따라 결합할 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 제1방향(X1)과 제2방향(X2)은 스핀들(15)의 길이방향에서 서로 반대방향이다.

제1드로바(31)은 피스톤(34)에 의해 제1방향(X1)을 따라 이동(전진)할 수 있고, 피스톤(34)은 하우징(11)의 제2커버(13)에 의해 정의된 내부공간에 밀봉적으로 설치될 수 있다. 피스톤(34)은 하우징(11)의 제2커버(13)의 내부공간으로 인가되는 유압에 의해 일정 스트로크(ST)로 이동할 수 있고, 피스톤(34)은 스핀들(15)의 외면을 따라 이동가능하게 설치될 수 있다.

스핀들(15)의 외면에는 제1드로바(31)와 연결되는 하나 이상의 푸시부재(35)가 위치할 수 있고, 푸시부재(35)와 제1드로바(31) 사이에는 결합핀(36)이 결합될 수 있다. 푸시부재(35)가 위치한 스핀들(15)의 일부에는 슬롯(16)이 길이방향을 따라 형성될 수 있고, 결합핀(36)은 슬롯(16)을 통과하면서 푸시부재(35) 및 제1드로바(31)를 연결할 수 있다. 이에, 결합핀(36)이 슬롯(16)의 길이방향을 따라 이동함에 따라 푸시부재(35) 및 제1드로바(31)는 함께 이동할 수 있다.

제1방향(X1)에서 피스톤(34)의 전방에 푸시부재(35)가 위치하고, 피스톤(34)이 푸시부재(35)를 제1방향(X1)으로 밀어내도록 구성될 수 있다. 푸시부재(35)는 완충패드(35a)를 가질 수 있고, 피스톤(34)이 푸시부재(35)를 밀어낼 때 완충패드(35a)에 의해 완충될 수 있다. 피스톤(34)에 의해 푸시부재(35)가 제1방향(X)으로 밀리면 푸시부재(35)에 연결된 제1드로바(31)가 제1방향(X1)으로 이동할 수 있고, 이를 통해 도 2와 같이 제1드로바(31)의 일단 및 공구(100)는 스핀들(10)의 일단에서 해제될 수 있다.

슬롯(16)의 길이는 제1드로바(31)의 이동거리를 규제하도록 구성될 수 있고, 이에 결합핀(36)이 슬롯(16)의 길이방향을 따라 이동할 때 스핀들(15)과 제1드로바(31)는 길이방향으로 서로 간섭되지 않지만, 결합핀(36)이 슬롯(16)의 폭에 끼워져 있으므로 스핀들(15)의 회전 시에는 스핀들(15)과 제1드로바(31)는 함께 회전할 수 있다.

제1드로바(31)는 탄성부재(37)에 의해 제2방향(X2)을 따라 이동가능하게 설치될 수 있다. 스핀들(15)의 내경에는 제1단턱(38)이 형성되고, 제1드로바(31)의 외면에는 제2단턱(39)이 형성되며, 제1단턱(38)과 제2단턱(39)은 하우징(11)의 길이방향으로 이격되어 있다. 제1단턱(38)과 제2단턱(39) 사이에 탄성부재(37)가 설치될 수 있다. 스핀들(15)은 하우징(11)의 길이방향을 따라 이동하지 않고, 제1드로바(31)는 하우징(11)의 길이방향을 따라 이동가능함에 따라 탄성부재(37)는 제1드로바(31)를 제2방향(X2)으로 밀어내도록 탄성력을 인가할 수 있다. 이에 따라, 하우징(11)의 제2커버(13)의 내부공간으로 유압이 인가되지 않으면 피스톤(34)이 정지되고, 이에 탄성부재(37)의 탄성력에 의해 제1드로바(31)가 제2방향(X2)을 따라 이동함에 따라 도 3과 같이, 콜렛(50)이 제1드로바(31)의 일단을 파지함으로써 제1드로바(31)의 일단 및 공구(100)의 슬리브(104)가 스핀들(15)의 장착공(14)에 결합될 수 있다.

제1드로바(31)는 그 타단에 형성된 대직경부(33)를 가질 수 있고, 대직경부(33)는 제1드로바(31)의 외경 보다 큰 외경을 가질 수 있다. 대직경부(33)에 의해 제1드로바(31)의 타단에 제2단턱(39)이 형성될 수 있다. 이에 제1드로바(31)의 대직경부(33)가 탄성부재(37)에 의해 제2방향(X2)으로 탄성력을 인가받음으로서 제1드로바(31)는 제2방향(X2)을 따라 이동할 수 있다. 푸시부재(35)의 결합핀(36)은 대직경부(33)에 결합될 수 있다.

제2드로바(32)는 그 내부에 절삭유, 윤활유 등과 같은 오일이 이송되는 오일통로(32a)를 가질 수 있고, 오일통로(32a)는 제2드로바(32)의 축선방향을 따라 연장될 수 있다. 제2드로바(32)의 타단에는 오일을 공급하는 로터리 유니언(rotary union) 등과 같은 오일 공급유닛(81)이 장착될 수 있다.

제2드로바(32)의 일단에는 생크홀더(130, shank holder)가 연결될 수 있고, 생크홀더(130)는 커넥터(135)을 통해 제2드로바(32)의 일단에 분리가능하게 결합될 수 있다.

생크홀더(130)는 중공형 실린더로 구성될 수 있고, 생크홀더(130)의 내면에는 하나 이상의 결합돌기(133)가 형성될 수 있다. 도 7 내지 도 10에 예시된 바와 같이, 복수의 결합돌기(133)가 원주방향으로 이격되게 형성될 수 있고, 생크홀더(130)의 결합돌기(133) 및 생크(121)의 결합돌기(123)는 동일한 갯수로 이루어질 수 있다.

생크홀더(130)의 결합돌기(133)는 조절부재(120)의 결합홈(124) 내에 회전가능하게 삽입될 수 있다.

도 3과 같이 공구(100)의 슬리브(107) 및 제1드로바(31)의 일단이 클램프(40) 및 콜렛(50)에 의해 스핀들(15)의 장착공(14)에 결합된 상태에서 조절부재(120)가 회전함에 따라 조절부재(120)의 생크(121) 및 제2드로바(32)의 생크홀더(130)가 분리가능하게 결합될 수 있다.

조절부재(120)는 키(105)에 의해 공구(100)의 제2통로(102)에 회전방향을 따라 결합됨에 따라 공구(100)가 스핀들(15)과 함께 회전할 때, 조절부재(120)는 공구(100)와 함께 동일방향으로 회전할 수 있다. 조절부재(120)가 스핀들(15) 및 공구(100)와 함께 회전함에 따라 조절부재(120)의 생크(121)가 제2드로바(32)의 생크홀더(130) 내에서 회전할 수 있고, 이를 통해 생크(121)의 결합돌기(123) 및 생크홀더(130)의 결합돌기(133)가 콜렛(50)의 내부에서 축선방향으로 서로 결합될 수 있다.

도 7 내지 도 9를 참조하여, 조절부재(120)의 생크(121)와 제2드로바(32)의 생크홀더(130)가 결합되는 과정을 상세하게 설명한다.

초기에는 도 7과 같이 조절부재(120)의 생크(121)와 제2드로바(32)의 생크홀더(130)가 서로 이격된다.

도 8 및 도 11과 같이, 제2드로바(32)가 제1방향(X1)으로 이동하면 생크홀더(130)의 결합돌기(133)가 생크(121)의 결합홈(124)에 삽입될 수 있다. 이때, 생크(121)의 결합돌기(123)는 생크홀더(130)의 결합돌기(133)와 간섭하지 않는 해제위치(P1)에 위치함으로써 생크홀더(130)의 결합돌기(133)는 생크(121)의 결합홈(124)에 부드럽게 삽입될 수 있다.

도 9와 같이 조절부재(120)가 일정각도로 회전한 후에, 도 10과 같이 조절부재(120)의 결합돌기(123) 및 결합부재(130)의 결합돌기(133)가 면하는 결합위치(P2)까지 이동하면, 도 12과 같이 조절부재(120)의 생크(121)와 생크홀더(130)는 콜렛(50)의 내부에서 축선방향으로 결합될 수 있다.

제2드로바(32)는 엑츄에이터(60)에 의해 제1방향(X1) 및 제2방향(X2)을 따라 이동하도록 구성될 수 있다.

엑츄에이터(60)는 서보모터 등과 같은 구동모터(61)를 포함할 수 있고, 구동모터(61)는 하우징(11)의 제2커버(13) 측에 인접하여 배치될 수 있다. 하우징(11)의 제2커버(13)에는 브라켓(18)이 장착될 수 있다.

구동모터(61)의 샤프트(61a)에는 커플러(61b) 등을 통해 이송나사(62)가 연결되며, 이송나사(62)의 외면에는 너트(63)가 나사운동가능하게 장착되어 있다.

구돔모터(61)의 일면에는 샤프트(61a) 및 이송나사(62)를 보호하는 커버(65)가 고정되고, 커버(65)에는 이송나사를 회전지지하는 부시(65a, bush)등이 장착될 수 있다.

너트(63)는 브라켓(18)에 고정됨으로써 하우징(11)의 제2커버(13) 측에 고정될 수 있고, 너트(63)에는 이송나사(63)의 이동을 수용하는 수용바디(64)가 장착될 수 있다.

구동모터(61)의 커버(65)에는 연결브라켓(65c)이 고정되고, 연결브라켓(65c)에는 조절샤프트(69)가 고정될 수 있다. 이에 구동모터(61)는 조절샤프트(69)와 함께 동일방향으로 이동할 수 있다.

조절샤프트(69)는 중공형 샤프트(hollow shaft)일 수 있고, 조절샤프트(69)의 중공부에는 제2드로바(32)의 일부분이 위치하며, 조절샤프트(69)의 내면과 제2드로바(32)의 외면 사이에는 강제압입 베어링(68, press fit bearing)이 장착됨으로써 조절샤프트(69) 및 제2드로바(32)는 서로 연결될 수 있다. 강제압입 베어링(68)의 외륜이 조절샤프트(69)의 내면에 억지끼움결합되고, 강제압입 베어링(68)의 내륜이 제2드로바(32)의 외면에 억지끼움결합됨으로써 제2드로바(32)와 조절샤프트(69)는 길이방향을 따라 함께 동일방향으로 이동할 수 있다. 그리고, 제2드로바(32)는 강제압입 베어링(68)에 의해 회전가능하게 지지될 수 있다. 조절샤프트(69)의 일부는 브라켓(18)의 내부에 베어링 또는 부시(66) 등을 통해 브라켓(18)의 내면에 회전가능하게 지지될 수 잇다.

이러한 엑츄에이터(60)에 따르면, 구동모터(61)가 구동하면, 하우징(11)의 타단에 마련된 브라켓(18)에 고정된 너트(62)에 대해 이송나사(62)가 상대적으로 회전함에 따라, 구동모터(61) 및 커버(65)가 제1방향(X1) 또는 제2방향(X2)으로 함께 이동할 수 있고, 커버(65)에 고정된 조절샤프트(69) 및 제2드로바(32)가 함께 제1방향(X1) 또는 제2방향(X2)으로 이동할 수 있다.

제2드로바(32)의 타단에는 클러치유닛(70)이 설치될 수 있고, 제2드로바(32)와 스핀들(15)은 클러치유닛(70)에 의해 회전방향으로 해제 내지 결합될 수 있다. 이에 의해, 클러치유닛(70)에 의해 제2드로바(32) 및 스핀들(15)이 회전방향으로 결합되면(구속되면) 제2드로바(32)의 일단에 연결된 생크홀더(130) 및 조절부재(120)가 스핀들(15)과 함께 회전할 수 있으므로 생크홀더(130) 및 조절부재(120)를 결합할 수 없다. 반대로, 클러치유닛(70)에 의해 제2드로바(32) 및 스핀들(15)이 회전방향으로 해제되면(구속되지 않으면) 제2드로바(32)의 일단에 연결된 생크홀더(130)는 스핀들(15)과 함께 회전하지 않고, 조절부재(120)는 스핀들(15)과 함께 회전할 수 있으므로 스핀들(15)의 회전에 의해 조절부재(120)의 생크(121)가 생크홀더(130) 내에서 회전함으로써 생크(121)와 생크홀더(130)는 길이방향으로 서로 결합될 수 있다.

클러치유닛(70)은 제2드로바(32)에 결합된 제1클러치부재(71)와, 스핀들(15)에 고정된 제2클러치부재(72)와, 제1클러치부재(71)에 고정된 클러치 캡(73)과, 클러치 캡(73)과 제2클러치부재(72)를 분리하게 결합하는 하나 이상의 결합부재(74)를 포함할 수 있다.

제1클러치부재(71)는 제2드로바(32)의 외면에 세레이션 또는 키(71a)를 통해 연결될 수 있고, 이에 제2드로바(32)는 제1클러치부재(71)의 내면에서 축선방향을 따라 이동가능하며, 제2드로바(32)와 제1클러치부재(71)는 회전방향으로 서로 결합될 수 있다.

제2클러치부재(72)는 스핀들(15)의 타단에 체결구 등을 통해 고정될 수 있고, 이에 제2클러치부재(72)는 스핀들(15)과 함께 동일방향으로 회전할 수 있다.

제2클러치부재(72)는 하나 이상의 결합부재(74)가 이동가능하게 수용되는 하나 이상의 제1결합홈(75)을 가질 수 있고, 각 결합부재(74)는 각 제1결합홈(75)의 내부에서 스프링(76)에 의해 탄성적으로 지지될 수 있다.

클러치 캡(73)은 제1클러치부재(71)에 체결구 등을 통해 고정될 수 있고, 클러치 캡(73)은 결합부재(74)의 단부가 이격가능하게 결합되는 제2결합홈(77)을 가질 수 있다.

일 예에 따르면, 결합부재(74)의 단부에는 테이퍼면(74a)이 형성되고, 제2결합홈(77)에는 결합부재(74)의 테이퍼면(74a)이 결합되는 테이퍼면(77a)이 형성될 수 있다. 이에 결합부재(74)가 제2결합홈(77)에 보다 견고하게 결합될 수 있다.

클러치 캡(73)의 제2결합홈(77)에는 결합부재(74)의 단부를 가압하는 가압체(78)가 설치될 수 있고, 조절샤프트(69)가 제1방향(X1)으로 이동하여 가압체(78)를 밀어냄으로써 가압체(78)가 결합부재(74)를 밀어낼 수 있다.

일 예에 따르면, 가압체(78)는 볼 형상으로 구성될 수 있고, 이에 결합부재(74)의 단부를 안정적으로 가압할 수 있다.

조절샤프트(69)가 가압체(78)를 밀지 않으면 스프링(76)의 탄성력에 의해 결합부재(74)의 단부가 제1결합홈(75)에서 돌출하여 클러치 캡(73)의 제2결합홈(77)에 끼워짐으로써 클러치 캡(73)과 제2클러치부재(72)는 회전방향으로 서로 결합될 수 있다.

조절샤트프(69)가 가압체(78)를 밀면 결합부재(74)의 단부가 제1결합홈(75) 내로 이동할 수 있고, 스프링(76)은 압축될 수 있다. 이에 결합부재(74)의 단부가 제2결합홈(77)에서 이격됨으로써 클러치 캡(73)과 제2클러치부재(72)는 회전방향으로 서로 해제될 수 있다.

조절샤프트(69)의 단부에는 가압체(78)를 가압하는 가압부재(67)가 체결구 등을 통해 결합될 수 있고, 가압부재(67)는 조절샤프트(69)의 단부에서 돌출할 수 있다.

이상과 같은 본 발명에 의하면, 공구(100)의 반경방향을 따라 인서트팁(110)의 위치를 조절함으로써 공구의 반경(tool radius)을 가변할 수 있다. 이와 같이 공구의 반경을 가변함에 따라, 엔진 실린더의 보오링(boring), 실린더블록의 크랭크 보어(crank bore)의 라인 보오링(line boring) 내지 페이싱(facing), 실린더의 밸브좌면(valve seat) 및 가이드(guide)의 보오링(boring) 등과 같이 작업도중에 반경이 변화하는 복합공정에 유연하게 대응할 수 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.

따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10: 스핀들 장치 11: 하우징
12: 제1커버 13: 제2커버
14: 장착공 15: 스핀들
16: 슬롯 17: 돌기
18: 브라켓 20: 스핀들 모터
21: 로터 22: 스테이터
31: 제1드로바 32: 제2드로바
33: 대직경부 34: 피스톤
35: 푸시부재 36: 결합핀
37: 탄성부재 38: 제1단턱
39: 제2단턱 40: 클램프
41, 42: 돌기 43, 44: 테이퍼면
50: 콜렛 53, 54: 테이퍼면
60: 엑츄에이터 61: 구동모터
62: 이송나사 63: 너트
64: 수용바디 65: 커버
66: 부시 67: 가압부재
68: 강제압입 베어링 69: 조절샤프트
70: 클러치유닛 71: 제1클러치부재
72: 제2클러치부재 73: 클러치 캡
74: 결합부재 75: 제1결합홈
76: 스프링 77: 제2결합홈
78: 가압체
100: 공구 101: 제1통로
102: 제2통로 104: 슬리브
105: 키 107: 돌기
110: 인서트 팁 111: 절삭날
112: 제1경사면 120: 조절부재
121: 생크 122: 제2경사면
123: 결합돌기 124: 결합홈
125: 평탄면 130: 생크홀더
133: 결합돌기 135: 커넥터

Claims

하우징;
하우징에 회전가능하게 설치된 스핀들;
스핀들의 일단에 해제가능하게 결합되고, 반경방향으로 이동가능한 인서트 팁을 가진 공구;
상기 스핀들의 내부에 이동가능하게 장착되는 제1드로바; 및
상기 제1드로바의 내부에 이동가능하게 장착되는 제2드로바;를 포함하고,
상기 제1드로바의 이동에 의해 상기 공구 및 상기 제1드로바의 일단이 상기 스핀들의 일단에 해제가능하게 결합되고, 상기 제2드로바의 이동에 의해 상기 인서트 팁이 반경방향으로 이동하도록 구성되는 스핀들 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 공구는 반경방향으로 형성된 제1통로 및 축선방향으로 형성된 제2통로를 가지고,
상기 제1통로에는 상기 인서트 팁이 상기 공구의 반경방향을 따라 이동가능하게 장착되며, 상기 제2통로에는 조절부재가 상기 공구의 축선방향을 따라 이동가능하게 장착되고,
상기 조절부재는 상기 제2드로바의 일단에 분리가능하게 결합되는 스핀들 장치.
청구항 2에 있어서,
상기 제2드로바의 이동에 의해 상기 조절부재는 상기 공구의 제2통로를 따라 이동하고, 상기 조절부재의 이동에 의해 상기 인서트 팁이 상기 공구의 제1통로를 따라 이동하도록 구성되는 스핀들 장치.
청구항 3에 있어서,
상기 인서트 팁는 제1경사면을 가지며, 상기 조절부재는 상기 제1경사면과 접촉하는 제2경사면을 가지는 스핀들 장치.
청구항 4에 있어서,
상기 조절부재는 생크를 가지며, 상기 제2드로바의 일단에는 생크 홀더가 형성되며, 상기 조절부재가 회전함에 따라 상기 생크 및 상기 생크 홀더가 분리가능하게 결합되는 스핀들 장치.
청구항 5에 있어서,
상기 생크는 그 외면에 축선방향을 따라 연속되게 형성된 하나 이상의 결합홈 및 하나 이상의 결합돌기를 가지고, 상기 생크홀더는 그 내면에 형성된 하나 이상의 결합돌기를 가지며, 상기 생크홀더의 결합돌기가 상기 생크의 결합홈에 삽입되고, 상기 조절부재의 회전에 의해 상기 생크의 결합돌기 및 상기 생크홀더의 결합돌기가 축선방향으로 결합가능한 스핀들 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 스핀들의 일단에는 콜렛이 장착되고, 상기 콜렛은 상기 제1드로바의 이동에 의해 반경방향으로 팽창 내지 축소함으로써 상기 제1드로바의 일단을 클램프하도록 구성되는 스핀들 장치.
청구항 7에 있어서,
상기 콜렛의 둘레에는 클램프가 배치되고, 상기 클램프는 상기 공구 및 상기 스핀들의 일단을 결합하는 스핀들 장치.
청구항 8에 있어서,
상기 클램프는 그 내면에 형성된 하나 이상의 테이퍼면을 가지고, 상기 콜렛은 그 외면에 형성된 하나 이상의 테이퍼면을 가지며, 상기 콜렛의 테이퍼면과 상기 클램프의 테이퍼면이 이격가능하게 결합되는 스핀들 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 제1드로바는 피스톤에 의해 제1방향을 따라 이동하고, 상기 제1드로바는 탄성부재에 의해 제2방향을 따라 이동하도록 구성되며, 상기 제1방향 및 상기 제2방향은 서로 반대방향인 스핀들 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 제2드로바는 엑츄에이터에 의해 제1방향 및 제2방향을 따라 이동하도록 구성되는 스핀들 장치.
청구항 11에 있어서,
상기 엑츄에이터는 구동모터와, 구동모터에 연결된 이송나사와, 이송나사의 외면에 나사운동가능하게 장착되는 너트를 포함하고,
상기 너트는 상기 하우징에 고정되며, 상기 구동모터는 상기 제2드로바에 연결되고, 상기 구동모터의 구동에 의해 이송나사가 회전함에 따라 상기 제2드로바는 상기 구동모터와 함께 이동하도록 구성되는 스핀들 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 제2드로바는 클러치유닛에 의해 상기 스핀들에 대해 회전방향으로 해제 내지 결합되는 스핀들 장치.
청구항 13에 있어서,
상기 클러치유닛은 상기 제2드로바에 결합된 제1클러치부재와, 상기 스핀들에 고정된 제2클러치부재와, 상기 제1클러치부재에 고정된 클러치 캡과, 상기 클러치 캡과 상기 제2클러치부재를 분리하게 결합하는 하나 이상의 결합부재를 포함하는 스핀들 장치.
하우징에 회전가능하게 설치된 스핀들과, 스핀들의 일단에 클램프 및 콜렛에 의해 해제가능하게 결합되는 공구와, 상기 스핀들의 내부에 이동가능하게 장착되는 제1드로바와, 상기 제1드로바의 내부에 이동가능하게 장착되는 제2드로바와, 상기 제2드로바와 상기 스핀들을 회전방향을 따라 해제 내지 결합하는 클러치유닛과, 상기 공구의 반경방향으로 이동가능하게 구성된 인서트 팁을 포함한 스핀들 장치의 작동방법으로,
상기 제1드로바를 제1방향으로 이동시킴으로써 상기 공구 및 상기 제1드로바의 일단을 상기 스핀들의 일단에 결합하고,
상기 제2드로바를 제1방향 또는 제2방향으로 이동시켜 상기 인서트 팁을 상기 공구의 반경방향으로 이동시키며,
상기 제1방향 및 상기 제2방향은 상기 스핀들의 길이방향에서 서로 반대방향인 스핀들 장치의 작동방법.
청구항 15에 있어서,
상기 제1드로바를 제2방향으로 이동시켜 상기 공구 및 상기 제1드로바의 일단을 상기 스핀들의 일단에서 해제하는 스핀들 장치의 작동방법.
청구항 15에 있어서,
상기 클러치유닛의 해제작동에 의해 상기 제2드로바와 상기 스핀들을 회전방향으로 해제함으로써 상기 제2드로바를 상기 공구에 연결하는 스핀들 장치의 작동방법.