KR20070064408A

KR20070064408A - 편심 위치결정부를 갖는 수축 결합 척

Info

Publication number: KR20070064408A
Application number: KR1020060128750A
Authority: KR
Inventors: 요첸 그루버
Original assignee: 귀링 오하게
Priority date: 2005-12-16
Filing date: 2006-12-15
Publication date: 2007-06-20
Also published as: CA2571437A1; DE102006011007A1; EP1797983A1; JP5020619B2; US20070138168A1; DE502006003170D1; EP1797983B1; US7390153B2; JP2007160503A; ATE425834T1

Abstract

본 발명은, 공작 기계에 연결하는 고정 섕크(12) 및 열 팽창성 수축부(14)를 포함하는, 원통형, 특히 원기둥 섕크 공구용 수축 결합 척 공구 홀더에 관한 것이다. 상기 팽창성 수축부는 공구 섕크(22)의 중심 맞추기 적응을 위한 내부 리세스(16) 및 사전-위치결정부(20; 120)를 가지고 있으며, 상기 사전-위치결정부는 스텝(18)을 통하여 리세스 위쪽에 위치되고, 작은 축방향 연장부(EA)를 가지고 있고, 상기 사전-위치결정부(20; 120)는 상기 내부 리세스(16; 116)에 편심 치수만큼[E/2; (E2-E1)/2] 편심되어 배치되는 것을 특징으로 한다.

수축, 섕크, 공구, 홀더, 리세스, 편심, 위치결정, 스텝

Description

편심 위치결정부를 갖는 수축 결합 척{SHRINK-FIT CHUCK WITH ECCENTRIC POSITIONING}

도 1은 수축 결합 척의 개략도이다.

도 2는 위치 결정 공구를 갖는 냉각 수축 결합 척의 표면 사이드의 개략도이다.

도 3은 수축 결합 척이 가열될 때 수축 결합 척의 구조를 나타내는 도 2에 대응하는 도면이다.

도 4 및 도 5는 수축 결합 척의 변형예의 정면도이다.

본 발명은 청구항1의 전제부에 따른, 원통형, 특히 원기둥 공구용 수축 결합 척 공구 홀더 형태의 공작 기계에 공구를 고정하는 척킹 공구(chucking device), 및 수축 결합 척에 의하여 공구를 긴장시키는 공구용 척킹 장치에 관한 것이다.

금속 기계 가공 작업에서, 현재 고도로 자동화된 공작 기계가 생산에 사용된다. 내부에 인서트 공구가 클램프되고 차례로 공작 기계의 대응하는 홀더, 예를 들면 표준화된 원통형 섕크 홀더 또는 중공의 테이퍼 섕크(HSK) 조(jaws)에 지지되 는 척킹 및 그리핑 시스템(gripping system)은, 공작물의 품질뿐만 아니라 생산 과정의 효율에도 상당히 영향을 미친다.

3-조 척(three-jaws chucks) 또는 연장 척과 같은 종래의 척킹 장치에 비하면, 수축 결합 척 공구 홀더는 공구/공구 홀더 유닛에 관하여 보다 큰 강성을 가지고 보다 큰 전달가능한 토크를 얻는다. 따라서, 공작물의 표면 개선, 보다 큰 제조 정밀도 및 공구의 긴 사용 수명이 달성될 수 있고, 매우 높은 회전 속도 및 공급율을 갖는 제조 프로세스, 예를 들면 소위 고속 커팅(high-speed cutting)(HSC)이 실시될 수 있다.

시장에서 입수가능한, 수축 결합 척에 인서트 공구를 척킹하는 종래의 장치는, 예를 들면 열기를 사용하는 또는 유도 코일에 의한 가열 장치를 구비하여, 가열 장치에 의하여 공구 홀더가 팽창되어 공구(여전히 저온임)가 공구 홀더의 섕크 내에 삽입될 수 있다. 공구 홀더의 냉각 및 관련된 수축 후, 공구는 제자리에 긴밀하게 클램프된다. 이러한 방식으로, 공구와 공구 홀더의 결합과 관련된 낮은 결합 공차 및 그에 의한 공구의 긴밀한 결합이 달성된다.

이러한 카테고리의 클램핑 장치, 특히 수축 결합 척, 및 수축 고정체라고도 하는 척킹 고정체가, 예를 들면 독일 특허 DE 101 38 107 A1 및 유럽 특허 830917 B1에 개시되어 있다.

수축 결합 척에 냉간 공구(cold tool)의 완전한 위치결정을 보장하기 위하여, 일반적으로 공구 섕크는 모따기부를 구비한다. 삽입 과정을 용이하게 하기 위하여, 유럽 특허 830917 B1에 따른 공구 섕크를 적응시키도록 제공되는 수축 결합 척의 리세스는 삽입부(insertion section)를 가지고 있는데, 상기 삽입부는 공구 홀더의 저온 상태에서 공구 섕크의 사전-위치결정을 가능하게 한다.

이러한 공지된 경우에서, 수축부(shrink section) 또는 수축 결합 척의 온도가 충분히 높아지고, 내부 리세스가 폭 또는 직경에 있어서 섕크의 외측 치수에 도달되거나, 또는 심지어 초과할 정도로 팽창될 때까지, 삽입부가 공구를 지지하는 구조가 선택된다. 공구, 즉 수축 결합 척이 수축 고정체에 수직으로 위치되면, 공구는 중력을 받아 수축 결합 척 내부로 미끄러진다.

그러나, 공구의 자동화된 사용이 보다 단순화되도록, 예를 들면 공구 립(tool lip), 즉 공구 섕크를 척에 대하여 매우 정밀하게 위치시키는 것이 중요한 경우, 공구의 이러한 자동화되고, 제어되지 않은 이동은 바람직할 수 없다는 것이 판명되었다.

그러므로, 본 발명의 목적은 원통형, 특히 원기둥 공구용 수축 결합 척 공구 홀더의 형태로, 공구를 공작 기계에 고정하는 척킹 장치를 제공하여, 수축 이전도 공구를 용이하게 취급할 수 있도록 하고, 동시에 수축 결합 척의 내부 리세스 내에 공구의 삽입 과정에 대하여 보다 많은 제어를 가능하게 하는데 있다. 본 발명의 다른 목적은 공구의 수축 과정 동안 개선된 취급을 가능하게 하는 수축 고정체를 제공하는데 있다.

이러한 목적은 척킹 장치에 대한 청구항 1의 특징 및 수축 고정체에 대한 청구항6의 특징으로 달성된다.

본 발명에 따르면, 원통형, 특히 원기둥 섕크 공구(shank tools)용 수축 결합 척 공구 홀더(shrink-fit chuck tool holder)가 제공되며, 상기 수축 결합 척 공구 홀더는 공작 기계에 연결되는데 사용되는 고정 섕크(fastening shank) 및 열 팽창성 수축부를 포함하며, 상기 열 팽창성 수축부는 공구 섕크의 중심 맞추기를 위한 내부 리세스(recess) 및 사전-위치결정부(pre-positioning section)를 가지고 있으며, 상기 사전-위치결정부는 스텝(step)에 의해 리세스 위쪽에 위치되고 작은 축방향 연장부를 가지고 있다. 본 발명의 특징은 사전-위치결정부가 상기 내부 리세스에 편심적으로 배치된다는 사실에 있다. 이는 공구, 바람직하게는 원기둥 섕크 공구가 용이하게 사전-위치결정될 수 있다는 장점을 제공한다. 공구는 수축 결합 척의 가열 과정 동안 스텝에 확실하게 지지된다.

그러나, 내부 리세스의 팽창이 충분히 진행되면, 공구는 자동적이고 제어되지 않은 상태로 낙하되지 않고, 대신에 먼저 스텝의 최대 폭의 위치로부터 멀어지는 방향으로 경사지며, 따라서 약간의 틸팅이 발생된다. 이러한 상태에서, 공구가 미리 설정된 최종 위치로 도달될 때까지, 공구는 수동으로 잡을 수 있거나 또는, 로봇 또는 일체형 측정 암(integrated measuring arm)을 갖는 압력 플레이트와 같은 조작 장치(manipulating device)를 사용하여 제어된 방식으로 내부 리세스 내부로 이동될 수 있다. 이것은 주조 재료를 기계 가공할 때와 같은, 어려운 상태 하에서도 사전-위치결정부의 영역에서 공구의 인서트에, 오염될 수 있는 어떠한 큰 공간도 남아 있지 않다는 추가 장점과 관련된다. 수 mm의 축방향 길이에서, 이러한 낫 형상의 공간은 그 단면상에서 수백 밀리미터의 범위 내에서만 반경 방향으로 팽창된다. 그러므로 수축 연결을 해제하거나 재설정할 때 오염 관련 문제가 제거될 수 있다. 본 발명에 따른 장치의 특유한 장점은, 특히 보다 큰 직경을 갖는 공구, 특히 고체 카바이드 공구(solid carbide tools)가 척 내에 삽입되는 것을 전제로 할 때 발생된다. 이러한 공구의 무게가 중요한데, 지금까지, 종래의 수축 결합 척 공구 홀더로 의미되는, 조절 부재가 중력의 영향 하에서 자동으로 미끄러지는 공구에 의하여 상당한 충격을 받게 된다. 이러한 불리한 영향은 본 발명으로 제거된다.

본 발명의 바람직한 다른 측면이 종속항에 제공된다.

특히 바람직한 상태는 사전-위치결정부 및 내부 리세스가 각각, 원기둥면에 의하여 형성될 때 발생된다.

스텝이 모따기에 의해 경사지면, 미리 가열된 내부 리세스 내부로 공구의 가압 및 삽입이 보다 용이하게 된다.

본 발명에 따른 수축 결합 척 공구 홀더에 공구를 척킹하는 바람직한 수축 고정체가 청구항6에 개시된다. 수축 고정체는 사전-위치결정된 공구와 실질적으로 수직으로 위치되는 수축 결합 척을 가열하는 가열 장치, 및 상기 수축 결합 척 위쪽에 위치될 수 있는 상기 공구용 핸들링 장치(handling device)를 포함하고, 그리퍼 장치(gripper device)를 선택적으로 구비하는 센터링 보조 장치(centering aid) 및/또는 스톱 플레이트(stop plate)같은 상기 핸들링 장치가, 상기 공구와 상호 작용하여 상기 수축 결합 척의 가열 과정 동안 상기 공구의 틸팅 운동(tilting motion)이 가능하게 되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 수축 고정체는 가열된 수축 결합 척의 내부 리세스 내에 공구의 치수적으로 정확한 축방향 변위를 위한 장치를 추가로 포함한다. 이러한 장치는, 본 출원인의 이전에 공개된 독일 특허 출원 DE 101 38 107 A1에 설명되는 조절 장치일 수 있으며, 그 때문에 상기 특허 출원의 공개가 참고로 본 출원에 명백히 포함된다.

이하에서 본 발명의 바람직한 실시예가 보다 상세하게 설명된다.

도 1에 개략적으로 도시된, 수축 고정체(shrink fixture)에 수직으로 위치되는 수축 결합 척 공구 홀더(shrink-fit chuck tool holder)는 참조부호 10으로 지시되며, 상기 공구 홀더는 원통형, 특히 원기둥 섕크(shank) 공구용이다. 공구 홀더는, 예를 들면 중공 테이퍼 섕크의 형태의 고정 섕크(fastening shank)(12)를 포함하는데, 상기 섕크는 개략적으로 도시되었으며, 공작 기계에 연결되는데 사용된다. 참조부호 14는 개략적으로 도시한 중심 맞추기 조절을 위한 내부 리세스(inside recess)(16)를 포함하는 열 팽창성 수축부를 지시하며, 상기 리세스는 삽입될 공구의 외경에 결합되도록 제조되고, 바람직하게 연마된다. 내부 리세스(16)는 원기둥면에 의하여 형성된다. 내부 리세스(16)의 축은 참조부호 A16으로 지시된다.

내부 리세스(16)는, 수축 결합이 보장되도록 공구의 외경에 적합한 직경(D16)을 가지고 있다. 사전-위치결정부(pre-positioning section)(20)는 스텝(step)(18)을 통하여 내부 리세스의 위쪽에 위치되는데, 상기 사전-위치결정부 는, 예를 들면 수 mm의 작은 축 치수(EA)를 가지고 있다.

또한 사전-위치결정부(20)는 원기둥면에 의하여 마찬가지로 형성되지만, 편심 치수(E/2)만큼 축(E16)에 평행하게 오프셋되는, 축(E20)을 가지고 있다. 사전-위치결정부(20)의 내경(D20)(도 4 및 도 5 참조)은, 특히 냉간 공구가 여전히 저온인 수축 결합 척(10)에 간극을 갖고 삽입될 수 있도록, 내부 리세스(16)의 내경(16)보다 약간 크다.

이러한 상태가 도 2에 도시된다. 공구 또는 공구 섕크는 참조부호 22로 지시된다. 공구 또는 공구 섕크(22)는 편심 사전-위치결정부(20) 내에 배치되어, 상기 사전-위치결정부(20)는 바람직하게는 모따기 되는 표면 사이드(face side)(24)를 갖는 스텝(18)에 지지된다. 표면(16, 20)의 편심 때문에, 스텝은 낫 형상(도 4 참조)을 가지고 있고, 상기 스텝의 최대 폭(E)은 편심 치수의 2배에 상당한다. 공구 섕크의 축(A22)은 내부 리세스(16)의 축(A16)에 대하여 치수(E/2)만큼 오프셋되어 있다.

또한 편심은 도면에 상세하게 도시되어 있다. 일반적인 공구 섕크 직경에 대하여, 편심 치수는 단지 수 1/100 밀리미터의 크기의 차수를 가지고 있다. 따라서 스텝(18)의 폭은 작다.

스텝(18)은 개략적으로 도시된 모따기에 의해 추가로 경사면을 형성할 수 있다.

수축 결합 척(14)의 팽창이 수축 고정체 내에서 발생되면, 내부 리세스(16) 및 사전-위치결정부(20)가 팽창된다. 그러나, 공구 섕크는 낫 형상의 스텝(18)에 지지되기 때문에, 공구는 내부 리세스(16)에 축방향으로 미끄러지지 않고, 도 3에 개략적으로 도시되고 강조되어 있는 바와 같이, 약간 측방향으로 멀리, 특히 스텝의 가장 큰 확장부(치수 E를 가짐)로부터 멀리 위치되는 방향으로 "기울어진다".

이 때, 수축 결합 척(14) 위쪽에 위치될 수 있고 도 4에 점선으로 지시되는, 측정 암 스톱 플레이트(measuring arm stop plate) 형태의 핸들링 장치(handling device)(30)가, 공구(22)를 위하여 작동될 수 있고-화살표 32로 지시되는 바와 같이-팽창된 내부 리세스(16) 내에 제어된 방식으로 공구를 아래쪽으로 누르거나 또는 이동시킬 수 있고, 구동가능한 조절 보디(adjusting body)(34)를 통하여 측정 장치에 의하여 측정되는 서포트(support)가, 예를 들어 설명되는 바와 같이 제공될 수 있다. 그 때문에 본 출원인의 이전에 공개된 독일 특허 출원 DE 101 36 107 A1의 공개가 참고로 본 출원에 명백히 포함된다.

대안으로, 상기 공구는 수동으로만 조작될 수도 있다. 예를 들면, 공구의 약간의 태핑(tapping) 및 수축 결합 척의 가열은 공구가 구멍(16) 내에 미끄러지는 것을 보장하는 것을 만족시키는 것이 도시된다.

수축 고정체의 스탠드(stand)(36) 상에 센터링 보조 장치를 제공하는 것도 가능하며, 이 경우 약간의 측방향 경사 운동(tilting motion)이 방해되지 않도록 주의해야 한다.

따라서, 가열된 수축 결합 척(14)의 내부 리세스(16) 내에 공구(22)의 치수적으로 정확한 축방향 배치를 위한 장치를 포함하는 수축 고정체가 제공되며, 큰 치수를 갖는 고체 카바이드 공구와 같은 무거운 공구가 척으로 고정될 필요가 있어 도, 부품들이 부드럽게 취급된다.

도 4는 도 1 내지 도 3에 따른 수축 결합 척(10)의 정면 확대도를 도시한다. 최대 폭(E)으로부터 멀어지게 향하는 측면에 내부 리세스(16)의 내면으로 매끄럽게 천이되는 낫 형상의 스텝(18)이 도시된다. 도면은 정확한 축척으로 도시된 것이 아니라, 매우 과장된 이미지의 낫 형상 스텝을 도시하고 있다. 수축 결합 척 내에 공구를 삽입한 후 리세스(16)의 내벽과 공구의 섕크 사이에 남아 있는 낫 형상의 공간의 최대 반경 방향의 폭은, 매우 작아 상기 공간 내에 먼지의 축적이 방지되거나 또는 쉽게 제어될 수 있어, 최소의 유지보수로 고 기능성 신뢰성을 얻을 수 있다.

변형 실시예가 도 5에 도시된다. 이 경우에, 수축부의 내부 리세스(116)와 사전-위치결정부(120)의 편심[(E2-E1)/2]은 보다 작아, 외주 스텝(118)이 발생되며, 그 폭은 값 E1와 E2 사이에서 변화된다.

본 발명에 따른 수축 결합 척 공구 홀더는 수축 이전에 공구의 용이한 핸들링(handling)을 여전히 보장하고, 동시에 수축 결합 척의 내부 리세스 내에 공구의 삽입 과정에 대하여 보다 많은 제어를 가능하게 할 수 있다.

Claims

원통형, 특히 원기둥 섕크 공구(shank tools)용 수축 결합 척 공구 홀더(shrink-fit chuck tool holder)에 있어서,

공작 기계에 연결되는데 사용되는 고정 섕크(fastening shank)(12) 및 열 팽창성 수축부(14)를 포함하며,

상기 열 팽창성 수축부(14)는 공구 섕크(22)의 중심 맞추기를 위한 내부 리세스(recess)(16) 및 사전-위치결정부(pre-positioning section)(20; 120)를 가지고 있으며,

상기 사전-위치결정부는 스텝(step)(18; 118)에 의해 리세스 위쪽에 위치되고 작은 축방향 연장부(EA)를 가지고 있고,

상기 사전-위치결정부(20; 120)는 상기 내부 리세스(16; 116)에 편심 치수만큼[E/2; (E2-E1)/2] 편심되어 배치되는

것을 특징으로 하는 수축 결합 척 공구 홀더.
제1항에 있어서,

상기 사전-위치결정부(20; 120)는 원기둥면에 의하여 형성되는 것을 특징으로 하는 수축 결합 척 공구 홀더.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 내부 리세스(16; 116)는 원기둥면에 의하여 형성되는 것을 특징으로 하는 수축 결합 척 공구 홀더.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 편심 치수(E/2)는 실질적으로 상기 사전-위치결정부(20)와 상기 내부 리세스(16)의 내경 차이((D20-D16)/2)의 반에 상당하는 것을 특징으로 하는 수축 결합 척 공구 홀더.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 스텝(18)은 모따기에 의해 경사면을 형성하는 것을 특징으로 하는 수축 결합 척 공구 홀더.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 수축 결합 척 공구 홀더의 척킹(chucking) 공구의 수축 고정체(shrink fixture)에 있어서,

사전-위치결정된 공구(22)와 실질적으로 수직으로 위치되는 수축 결합 척(10)을 가열하는 가열 장치, 및 상기 수축 결합 척(10) 위쪽에 위치될 수 있는 상기 공구(22)용 핸들링 장치(handling device)(30)를 포함하고,

스톱 플레이트(stop plate)(30) 또는 센터링 보조 장치(centering aid)와 같은 상기 핸들링 장치는 상기 공구(22)와 상호 작용하여 상기 수축 결합 척(10)의 가열 과정 동안 상기 공구(22)의 틸팅 운동(tilting motion)을 가능하게 하는

것을 특징으로 하는 척킹 공구용 수축 고정체.
제6항에 있어서,

상기 가열된 수축 결합 척(10)의 상기 내부 리세스(16) 내에 상기 공구(22)의 치수적으로 정확한 축방향 변위를 위한 장치(30; 34)를 가지는 것을 특징으로 하는 척킹 공구용 수축 고정체.