KR100259551B1

KR100259551B1 - 파지력이 증가된 잠금기구를 구비한 공구유니트 클램핑장치

Info

Publication number: KR100259551B1
Application number: KR1019970705854A
Authority: KR
Inventors: 로버트 알프레드 에릭슨
Original assignee: 데이비드 티. 코퍼; 케나메탈 아이엔씨.
Priority date: 1995-03-17
Filing date: 1996-02-05
Publication date: 2000-08-01
Also published as: EP0814930A1; MX9706685A; DE69610695T2; ES2112814T1; DE69610695D1; EP0814930B1; WO1996029168A1; US5870935A; RU2132257C1; CA2212882A1; BR9607979A; CN1178491A; CN1061281C; AU4863996A; AU700633B2; ZA961787B; JPH10506581A; CA2212882C; US6196094B1; JP3335361B2

Abstract

증가된 파지력으로 공구유니트(10)를 공구서포터(37)에 분해가능하게 연결하는 클램핑장치(35)가 제공된다. 클램핑장치(35)는 하우징(41), 그 하우징속에서 반대쪽에 배치된 한쌍의 쇄정볼(57a,57b), 쇄정볼을 쇄정 위치로부터 해제위치로 가이드하도록 측벽에 대향된 한쌍의 구멍(55a,55b)을 지니고 삽입물을 지지하는 공구유니트(10)와 결합가능하며 하우징(41)속에 장착된 원통상의 캐니스터부재(39), 공구유니트(10)에 형성된 쇄정볼 수용구멍(20)들의 대향된 경사벽(30)과 쐐기결합되게 캐니스터의 구멍(55a,55b)을 통하여 쇄정볼(57a,57b)들을 반경방향으로 이동시키는 대향된 캠부분(64a,64b)을 구비하고 축 A를 따라 캐니스터부재(39)의 재부에서 왕복운동가능한 쇄정로드(60)를 포함한다.

공구유니트(10)의 경사벽(30)들과 쇄정볼(57a,57b)들 사이의 쐐기작용의 기계적효과를 증대시키기 위하여, 캐니스터부재(39)의 구멍벽(56)은 쇄정로드의 축 A로부터 반경방향으로 연장된 선 R에 대해 경사져서 공구유니트의 벽(30)과 구멍벽(56) 사이의 각도를 감소시킨다. 그러한 각도배치는 공구유니트(10)의 경사벽(30)과 쇄정볼(57a,57b) 사이의 쐐기식의 결합력을 증대시킨다. 바람직한 실시예에서, 상기 구멍벽(56)은 전술한 반경방향의 선 R에 대해 15。로 경사지며, 이로써 클램핑장치(35)의 파지력을 30%까지 증가시킨다.

Description

[발명의 명칭]

파지력이 증가된 잠금기구를 구비한 공구유니트 클램핑장치

[기술분야]

본 발명은 공구유니트를 공구 지지체에 분해가능하게 연결하는 개선된 잠금 로드 클램핑장치에 관한 것으로, 특히 파지력이 증가된 클램핑장치에 관한 것이다.

[배경기술]

공구유니트를 공구지지체에 분해가능하게 연결하는 클램핑장치는 본 기술분야에서 널리 알려져 있다. 그러한 클램핑장치 사용의 전형적인 한 예는, 회전하는 금속 가공물을 절삭하도록 맞물리거나 그로부터 분리되도록 이동하는 절삭 인써트를 공구유니트가 파지하는 기계 가공작업에 있다. 클램핑장치는 여러 공구유니트들로 하여금 가공물에 대해 공구유니트의 이동을 제어하는 장치에 연결된 공구지지체에 여러 가지의 절삭 인써트들을 신속하게 취부하게 하거나 그로부터 분해할 수 있도록 한다.

상업적으로 가장 성공한 클램핑장치는 원통형으로 형성된 캐니스터(canister member)로서, 상기 캐니스터는 공구유니트에 형성된 요홈들에 잠금요소가 잠금결합되도록 허용하는 구멍들을 포함하며 공구유니트의 관형의 단부와 결합된다. 상기 잠금요소들은 통상 구형체로서 왕복운동하는 잠금로드에 형성된 캠면에 의해 캐니스터의 구멍들을 통해 반경방향으로 이동될 수 있다. 그러한 클램핑장치의 예들은 미국, 펜실베니아, 라트로베에 소재하는 케나메탈 인코포레이티드에 양도된 에릭슨씨의 미국 특허 제 4,708,040; 4,747,735; 4,932,295호들에 개시되어 있다.

이러한 종래의 클램핑장치가 도 4에 예시되어 있다. 측단면도로 도시된 캐니스터(39)의 단부(53)는 캐니스터(39)의 벽을 관통하는 보어형태로 형성된 구멍(54a)을 포함한다. 상기 구멍(54a)을 형성하는 보어의 내경부는 구형의 잠금요소(57a)의 외경부에 근접되게 형성되어 있다. 왕복운동하는 잠금로드(60)는 경사면(68)으로 테이퍼지고 구형의 요홈(66)을 갖는 캡부분(64a)을 포함한다. 상기 구형의 잠금요소(57a)가 요홈(66)에 안착되면, 캐니스터(39)의 스톱 플랜지(70)가 도 3에 도시된 위치에 있게 되고 구형의 요소(57a)는 비잠금위치에 있도록 잠금로드(60)가 캐니스터(39)의 단부를 향해 (도 3에 도시된) 스프링(74)의 미는 힘에 반대 방향으로 이동하게 된다. 이러한 비잠금위치에서는 공구유니트(10)의 관형의 축부(16)가 환형의 요홈(59)속에 삽입되는 것이 허용된다. 그러나, 스프링(74)들이 해제되어 잠금로드(60)를 이 위치로부터 도 4에 도시된 위치로 밀게 되면, 캠부분(64a)의 경사면은 쐐기식으로 맞물려 구형의 잠금요소(57a)를 도면에 도시된 잠금 위치로 반경방향으로 밀어 올린다. 이러한 위치에서 구형의 잠금요소는 공구유니트(10)의 경사벽(30)에 대해 쐐기식으로 맞물려 지지된다.

그러한 종래의 잠금기구에 대해 그의 신속성과, 편의성, 및 공구유니트를 공구지지체에 견고하게 취부하는 강성등이 입증되었지만, 본 발명자는 장치성능을 상당히 개선할 여지를 발견하였다. 특히, 발명자는 클램핑장치를 개선하여 스프링장치가 잠금로드에 작용하여 미는 힘을 증가시키지 않고 공구유니트에 가해지는 클램핑력을 증가시킬 수 있다면 클램핑장치는 보다 작고 짧은 스프링장치로도 전과 동일한 파지력을 얻을 수 있는 것으로 판단하였다. 이와같이 소형화된 스프링장치는 공구의 파지부를 짧게 하고, 클램핑장치를 구비한 공구장치를 작업환경에서 사용하기 보다 편하고 용이해진다. 더욱이, (통상적으로 벨빌와셔인) 일체화된 스프링의 수명이 연장된다. 대신에, 통상적인 크기의 스프링장치를 사용하면 클램핑장치와 공구유니트 사이의 파지력을 증가시킬 수 있고 공구의 강성이 증대되고 절삭작업의 정확성이 향상된다.

클램핑장치가 공구유니트에 대해 잠금로드에 복원력을 발휘하도록 파지력을 증가시킬 수 있다면, 통상적인 크기의 스프링장치 사용으로도 공구에서 강성과 절삭의 정확도를 증가시키거나 또는 작은 스프링장치의 사용으로 공구장치의 전체 크기를 감소시킬 수 있어서 매우 큰 잇점이 될 것이다. 전술한 형태의 통상의 클램핑장치를 최소한으로 분해 및 가공으로 개선된 클램핑장치로 간편하게 변경할 수 있도록, 상기한 파지력 증가를 현존하는 부품들의 최소한의 변경만으로 달성하는 것이 이상적일 것이다.

[발명의 개요]

본 발명은 상술한 기준을 충족하는, 개선된 파지력으로 공구에 공구유니트를 분해가능하게 연결하는 클램핑장치의 제공을 목적으로 한다.

본 발명에 따른 클램핑장치는 볼과 같이 구형체로 된 적어도 하나의 잠금요소, 상기 잠금요소가 벽을 관통하는 것을 허용하는 구멍을 가지며 공구유니트와 결합가능한 캐니스터, 공구유니트의 벽과 쐐기식으로 맞물리게 캐니스터의 구멍을 통하여 잠금요소를 이동시키는 캠부분을 구비하고 종축을 따라 캐니스터속에서 왕복운동하는 잠금로드를 포함하며, 공구유니트와 잠금요소 사이의 쐐기식의 잠금력을 증가시키도록 상기 캐니스터 구멍의 벽이 원통모양이 아닌, 즉 잠금로드의 종축에 수직이 아니라 종축으로부터 반경방향으로 연장된 선에 대해 경사져 있다.

상기와 같은 구멍벽의 경사는, 잠금로드의 캠부분에 의해 반경방향 외측으로 힘을 받게 될 때, 잠금요소에 의해 맞물리는 공구유니트의 벽과 잠금요소 사이의 기계적인 작용에 의해 쐐기결합력을 증대시킨다. 바람직한 실시예에서, 상기 구멍벽은 잠금로드의 축으로부터 반경방향으로 연장된 선에 대해 약 5。 - 20。 사이의 각도로, 바람직하게는 상기 반경방향의 선에 대해 7。 -15。 사이로 경사져 있다. 잠금요소와 맞물리는 공구유니트의 벽이 상기 반경방향의 선에 대해 50。 - 60。 로 맞물림에 따라, 잠금요소는 상기와 같은 작은 각도로 공구유니트와 쐐기식으로 맞물리게 되어 공구유니트에 대한 결합과 관련하여 기계적인 효과가 증가된다.

본 발명은 캐니스터의 회전축에 대해 경사지게 그리고 원주상에서 서로 반대쪽으로 구멍들을 캐니스터에 천공함으로써 종래의 클램핑장치에 채용할 수 있으므로, 본 발명은 최소한의 기계가공으로 기존의 클램핑장치에 간편하게 적용할 수 있다. 더욱이 클램핑장치에 본 발명을 채용하면 파지력이 30%까지 증대되므로, 본 발명은 종래 보다 작은 스프링장치를 사용할 수 있어 클램핑장치의 크기를 감소시킬 수 있으며 수명이 증가되는 효과가 있다.

[도면의 간단한 설명]

제1도는 본 발명의 클램핑장치에 의해 고정되는 형태의 공구유니트의 사시도,

제2도는 제1도에 도시된 공구유니트의, 선 2-2에 의한 단면도,

제3도는 공구지지체에 제1도와 제2도의 공구유니트를 분리가능하게 연결하는, 본 발명에 따른 클램핑장치의 단면도,

제4도는 공구유니트를 공구지지체에 연결하는 종래 클램핑장치의 확대단면도,

제5도는 공구유니트를 공구지지체에 연결하는 본 발명의 클램핑장치의 확대 단면도로서, 캐니스터에 형성된 구멍의 기울기가 공구유니트의 경사벽들과 잠금볼들 사이에서 쐐기 및 클램핑력을 어떻게 증가시키는지를 예시하고 있다.

[실시예]

도 1과 도 2에 있어서, 본 발명의 클램핑장치와 관련하여 사용되는 공구유니트(10)는 그 전방 단부(12)가 절삭공구를 파지하며 후방의 관형 축부(16)는 절삭공구를 파지하도록 되어 있다. 상기 전방 단부(12)는 포켓(14)을 포함하며, 상기 포켓(14)은 (도시되지 않은) 끼움쇠, 잠금 브라켓 및 분할가능한 절삭인써트를 수납하도록 고안된 통상적인 것이다. 상기 전방 단부(12)와 관형의 축부(16) 사이의 결합부에는 환형의 접촉면(17)이 공구유니트가 클램핑장치에 의해 지지체에 연결될 때 공구지지체의 환형의 면과 맞물리도록 되어 있다. 상기 접촉면(17)은 평면으로서 관형 축부(16)의 회전축에 대해 직각으로 되어 있다.

도 2에 표시되어 있듯이, 상기 관형 축부(16)는 단일의 강체로 상기 공구유니트(10)의 전방 단부(12)와 일체로 형성되며 절두원추형, 즉 정점부분이 절단된 원추형으로 되는 것이 바람직하다. 상기 축부(16)는 후술하는 바와같이 클램핑장치의 구형의 잠금 요소를 수납하는, 한쌍의 서로 반대쪽에 대향되게 형성된 구멍(18a,18b)을 포함한다. 상기 구멍(18a,18b)들의 벽(20)은 그 외주면 주변이 완전한 원통형으로 된 것은 아니며 (도 2에 도시된 바와같이) 경사진 벽부분(30)을 포함하여 클램핑장치의 구형의 잠금요소들과 축부(16) 사이의 결합을 용이하게 한다. 상기 관형의 축부(16)의 내측면(22)은 원통형으로 되어 잠금장치의 캐니스터의 외측면과 밀착하게 합치되게 한다. 축부의 외측면(24)은 절두원추형으로 되어 공구유니트(10)와 공구지지체 사이에 중심을 맞추고 견고한 연결을 하도록 한다. 슬로트(26,28)들은 대향되게 형성된 구멍(18a,18b)들에 대해 직각으로 배치된다. 상기 슬로트(26,28)들은 후술하는 클램핑장치의 캐니스터(39)에 제공된 (도시하지 않은) 돌출된 키(key)가 끼워져 구멍(18a,18b)들과 클램핑장치의 구형의 잠금요소들이 정렬되게 한다.

본 발명을 적용할 수 있는 종래의 클램핑장치가 도 3과 도 4에 도시되어 있으며, 클램핑장치(35)는 도시된 공구지지체(37)속에 장착된다. 클램핑장치는 커플링부재(43)속에 형성된 하우징(41)속에 장착되는 원통형의 캐니스터(39)를 포함한다. 상기 커플링부재(43)는 그 단부가 환형의 접촉면(44)으로 되며, 상기 접촉면은 커플링부재가 연결될 때 공구유니트(10)의 전술한 접촉면(17)과 접촉하게 된다. 공구지지체의 하우징(41)은 커플링부재(43) 뒤쪽에 지지플레이트(45)를 구비하고 있다. 상기 캐니스터(39)는 볼트(49)들로 환형의 플랜지(47)가 커플링부재(43)에 고정된다. 상기 커플링부재(43)는 다시 볼트(51)들로 지지플레이트(45)에 고정된다. 이로써 상기 캐니스터(39)는 클램핑장치(35)의 동작중에 잠금 로드(60)에 대하여 정지상태로 유지된다.

캐니스터(39)의 단부(53)는 한쌍의 대향한 구멍(55a,55b)을 포함하여 잠금요소로(57a,57b)들이 도면에 가상선으로 도시된 위치에 있도록 허용한다. 중요한 것은 구멍(55a,55b)들은 그 벽이 축 A에 직각으로 된 원통형의 구멍이 아니라, 오히려 상기 구멍들은 벽(56)이 (잠금로드(60)의 이동축인) 축 A로부터 반경방향으로 연장된 선에 대해 경사진 것이다. 상세한 것은 후술하겠지만, 상기와 같은 구멍 벽의 경사는 잠금요소(57a,57b)이 공구유니트(10)에 형성된 구멍의 경사진 벽부분(30)들에 대해 작용하는 잠금력 및 쐐기력을 증가시킨다. 잠금요소(57a,57b)이 도면에 가상선으로 표시된 바와같이 위치함에 따라, 상기 벽(56)의 경사는 볼들을 잠금동작중에 반경방향과 축방향으로 약간 이동시킨다.

클램핑장치(35)는, 캐니스터(35)와 잠금요소(57a,57b)들에 더하여, 도 3에 도시된 풀림위치로부터 도면에서 가상선으로 도시된 위치로 축 A을 따라 왕복운동 가능한 잠금로드(60)를 포함한다. 상기 잠금로드(60)는 그 단부(62)가 캐니스터(39)의 단부(53)속에서 그에 대하여 슬라이드이동가능하게 동심원적으로 배치되어 있다. 상기 잠금로드의 단부(62)는 잠금요소(57a,57b)들을 반경방향으로 이동시키며 공구유니트(10)와 잠금결합되게 하는, 서로에 대해 반대측에 형성된 캠부분(64a,64b)을 포함한다. 이를 위하여, 상기 캠부분(64a,64b)들 각각은 요홈(66)과, 잠금로드(60)의 단부(62)를 향해 요홈으로부터 연장된 경사면(68)을 포함하여 이루어지며, 상기 요홈은 잠금요소(57a,57b)들과 부분적으로, 형상이 서로 대응되게 형성된 상보적인 형상으로 된다. 상기 잠금로드(60)의 근접단부는 원통형의 샤프트(72)를 포함하며, 상기 샤프트는 캐니스터(39)의 근접단부(72.5)에서 왕복운동가능하게 슬라이드될 수 있다. 상기 잠금로드(60)의 샤프트(72)는 도시된 바와같이 환형의 플랜지 형태를 갖는 스프링 리테이너(73)까지 연장되어 있다. 상기 스프링은 벨빌와셔(Bellville washer: 74) 형태로 될 수 있으며, 리테이너(73)와 플레이트(45) 사이에서 케니스터부재의 근접 단부(72.5) 외측면의 둘레에 슬라이드가능하게 동심원적으로 배치된다. 상기 와셔(74)들은 통상 압축되어 잠금로드(60)에 길이방향의 인장력을 작용함으로써, 상기 잠금로드가 도면에서 가상선으로 도시된 바와같이 뒤로 밀려서 잠금요소(57a,57b)들을 잠금위치에 배치되게 작용한다.

이하, 선행 기술의 클램핑장치와 본 발명의 클램핑장치를 대비하여 설명하기로 한다. 도 4는 앞에서 지적한 바와같이 선행기술의 클램핑장치를 도시하고 있으며, 상기 크램핑장치에서 캐니스터(39)의 구멍(55a,55b)들의 벽(55.5)은 원통형으로서 축A로 부터 반경방향으로 연장된 선 R에 평행하게 형성되어 있다. 그러한 클램핑장치에서, 잠금로드(60)가 압축된 벨빌와셔(74)에 의해 후퇴될 때 잠금요소(57a,57b)은 캠부분(64a,64b)의 경사면(68)까지 반경방향으로 이동된다. 그러한 잠금요소(57a,57b)들은 공구유니트(10)의 구멍(18a,18b)들의 일부를 형성하는 경사진 벽부분(30)과 잠금결합된다. 이러한 잠금장치에서, 공구유니트(10)의 경사진 벽부분(30)은 30。 -40。 사이, 통상 35。의 반경방향의 선 R에 대해 각도 B로 경사져 있다. 구멍(55a,55b)들의 벽(55.5)들이 반경방향의 선 R에 평행하게 형성되어 잠금요소(57a,57b)들의 인접부분들이 35。각도로 도시된 각도 B의 경사진 벽부분(30)들과 쐐기식으로 맞물려 잠겨진다.

이에 대하여, 도 5에 도시된 본 발명의 클램핑장치에서, 캐니스터(39)의 구멍(55a,55b)들의 벽(56)들이 축 A로부터 반경방향으로 연장된 선 R에 대해 각도 C로 경사져 있다. 바람직한 실시예에서, 각도 C는 5。 - 20。 이며, 보다 바람직하기로는 10。 - 15。이다. 결론적으로, 잠금로드(60)의 갬부분(64a,64b)들 각각의 경사면(68)이 공구유니트(10)를 향하여 외측방향으로 잠금요소(57a,57b)을 반경방향으로 밀면, 구멍(55a,55b)들의 경사진 벽부분(56)이 그의 경사각 B가 35。가 아니라 15。 - 25。, 가장 바람직하게는 20。 보다 작은 각도 D로 경사져 있어서 상기 잠금요소들을 공구유니트(10)의 경사진 벽부분(30)속으로 가이드한다. 공구유니트(10)의 경사진 벽부분(30)과 잠금요소(57a,57b)의 근접단부 사이의 보다 작은 물림각(즉, 20。 대 35。)은 공구유니트(10)의 경사진 벽부분(30)과 잠금요소(57a,57b)의 곡면 사이의 쐐기작용으로 큰 기계적 효과를 낳는다. 상기의 기계적 효과는, 같은 개수의 벨빌와셔(74)가 사용될 때 도 4에 도시된 선행기술의 클램핑장치에 의해 발생되는 클램핑력보다 30% 큰 정도의 클램핑력을 발생하는 것이다. 변형적으로, 도 5에 도시된 클램핑장치(35)는 스프링장치가 도 4에 도시된 것보다 작은 와셔(74) 또는 보다 적은 개수의 벨빌와셔(74)를 갖도록 함으로써 클램핑장치(35)의 크기를 작게 하면서도 도 4의 종래 클램핑장치와 같은 클램핑력을 발생하게 할 수도 있다. 도 5에 도시된 클램핑장치(35)는 또한, 허용되는 클램핑력을 발생하기 위하여 와셔(74)들이 잠금로드(60)에 작용해야 하는 응력과 피로의 크기를 감소시킴으로써 스프링장치에 사용되는 벨빌와셔(74)의 수명을 증대시킬 수 있다.

본 발명은 특정 실시예에 대해 설명되었지만, 본 발명에 대한 여러 가지의 변경, 구체화 및 변형이 본 기술분야의 전문가에게 의해 이루어 질 수 있음이 분명하며, 그러한 모든 변경, 추가 및 변형들은 오직 첨부된 청구의 범위에 의해 제한된다.

Claims

하우징과, 하우징속에서 이동가능한 적어도 하나의 잠금요소, 잠금요소의 이동을 허용하고 가이드하는 벽을 지닌 구멍을 구비하고 외측면이 공구를 파지하는 공구유니트와 결합가능하게 된 캐니스터, 캐니스터의 구멍 벽들과 공구유니트의 벽 사이에서 기계적으로 쐐기식으로 잠금결합되게 상기 캐니스터의 구멍을 통하여 상기 잠금요소를 반경방향으로 이동시키는 캠부분을 구비하고 축 A를 따라 캐니스터의 내부에서 왕복운동하는 잠금로드를 포함하는, 잠금요소와 쐐기식으로 맞물리는 벽을 구비한 공구유니트를 공구지지체에 분해가능하게 연결하는 클램핑장치에 있어서, 상기 잠금요소와 공구유니트의 벽 사이의 기계적 작용을 증대시키도록 공구유니트와 잠금요소 사이의 쐐기식의 결합력을 증대시키는 각도로 상기 캐니스터의 구멍 벽이 잠금요소를 공구유니트 벽속으로 가이드하기 위한 상기 캐니스터의 구멍벽들이 축 A로부터 반경방향으로 연장된 선 R에 대해 5。 보다 크지만 20。 보다 작은 각도로 경사지게 구성된 것을 특징으로 하는 공구유니트를 공구지지체에 분해 가능하게 연결하는 클램핑장치.
제1항에 있어서, 상기 공구유니트에 형성된 구멍 벽은 축 A 로부터 반경방향으로 연장된 선 R에 대해 50。 -60。로 경사진 클램핑장치.