KR100660765B1 - 기어와 같은 사전 가공된 치형 작업편의 기계가공 방법 및장치 - Google Patents

기어와 같은 사전 가공된 치형 작업편의 기계가공 방법 및장치 Download PDF

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Abstract

연마 스핀들 상의 연마용 웜(4)이 회전식으로 구동된다. 회전가능한 판(7) 상에, 두 개의 작업편 스핀들(6a, 6b)이 서로 일정거리만큼 이격되어 위치되고 회전식으로 구동된다. 한 작업편(5)이 연마용 웜(4)에 의해 연마되는 동안, 다른 스핀들(6b) 상에는 연마된 작업편(8a)이 적재기(10; loader)를 사용하여 가공되지 않은 부품(8b)과 교환된다. 각각의 스핀들(6a, 6b)은 상응하는 센터링 프로브인 센서(9a, 9b)를 갖는다. 프로브의 신호와 제어 메커니즘을 사용하여, 회전판(7)이 제 위치로 회전되기 전에 새로 고정된(clamped-on) 작업편(8b)이 센터링되고, 상기 제 위치에서 상기 치형 기어(8b)가 연마용 웜(4)과 정합될 수 있다. 이러한 방식으로, 비생산적인 시간이 상당히 감소될 수 있다.
기어, 센터링, 연마 스핀들, NC, 서보 모터

Description

기어와 같은 사전 가공된 치형 작업편의 기계가공 방법 및 장치{Method and machine for the machining of pre-machined toothed workpieces such as gears}
본 발명은 사전 가공된 치형(cogged or toothed) 작업편, 특히 기어를 기계가공하기 위한 방법 및 장치에 대한 것이다.
사전 가공된 치형 작업편은 모든 기술분야에 사용된다. 대부분의 경우, 기어 치형부는 사전 가공되고 열처리 후에 예를 들어 연마에 의해 마무리 처리된다. 자동화된 기계가공의 경우, 사전가공된 기어 치형부에 갭이 존재하는 문제가 있으며, 이는 연마용 휠 또는 연마용 웜(grinding worm)일 수 있는 마무리 공구가 충돌하지 않고 들어가게 한다. 작업편을 고정하는 스핀들을 하나만 갖는 현존하는 장치에서, 이러한 문제점은 예를 들어, 유도 센서(inductive sensor)에 의해 기어 치형부의 외직경을 주사(scanning)하는 공지된 수단에 의해 해결된다. 이러한 소위 센터링 작업중에, 좌측 및 우측 치형부 플랭크(tooth flank)를 포함하는 치형부 플랭크의 전부 또는 적어도 몇 개의 실제 위치를 측정하기 위해 작업편 스핀들은 일반적으로 기계가공시에 비해 감소된 회전수로 회전한다. 이후의 평가(evaluation) 과정에서, 다양한 측정 편차 또는 경화 변형(hardening distortion)을 보상(balance-out)하기 위해, 실제 위치의 평균값이 얻어진다. 이러한 방식으로 얻어진 위치는 기어 치형 부의 갭의 중간으로 마무리처리용 공구가 들어가게 하기 위해, 제어시의 목표값(target value)으로 지정된다. 이후에, 실제 기계가공 과정이 시작될 수 있다.
연속 연마 원칙(continuous grinding principle)에 따라 작동하는 장치에서, 작업편 스핀들은 연마용 웜을 작업편의 기어 치형부의 갭으로 넣기 전에 먼저 기계가공 속도로 가속되어야 하고, 기계가공시 시작되기 전에 연마 스핀들의 각도 위치에 동기화되어야 한다.
상기 각각의 공정 모두, 즉, 작업편 교환, 치형부 플랭크 위치 측정, 그 평균값 계산, 목표 위치로의 작업편 회전 및 기계가공 속도로의 가속은 비생산적인 시간을 소모하여 연마된 작업편의 단가가 높게 된다.
연속적으로 진퇴하는 연마(continuous generating grinding)로, 치형 기어의 치형부를 연마하기 위해서는 다수의 NC 축을 갖는 연마 장치가 필요하다. 또한, 연마용 웜의 트루잉(trueing)은 종래의 트루잉 장치에서 많은 수의 트루잉 NC 축을 요구한다. 축의 개수를 갑소하면 제조 비용이 감소하므로 연마된 작업편에 부과되어야 할 상각 비용(amortization cost)도 감소된다.
본 발명의 목적은 사전 가공된 치형 작업편의 정밀 가공 비용을 감소시키는 것이다.
상기 목적은 장치 베이스(1)를 포함하는 마무리처리 장치 상에 사전 가공된 치형 작업편(5,8a,8b)을 기계가공하는 방법에 대한 본 발명의 한 양태에 의해 이루어진다. 제 1 슬라이드(15)가 상기 베이스(1) 상에서 움직일 수 있다. 공구 스핀(17)들이 마무리 처리용 공구(4)를 고정하기 위해 제 1 슬라이드(15) 상에 장착된다. 캐리어(carrier;7)가 베이스(1) 상에 위치되고 적어도 두 위치로 이동할 수 있다. 적어도 두 개의 작업편 스핀들(6a,6b)이 캐리어(7) 상에서 회전가능하게 장착되고 각각 하나의 모터(31a,31b)에 의해 구동된다. 적어도 하나의 센터링 프로브(9a,9b)가 배치된다. 공구(4)가 작업편(5,8a,8b) 치형부의 갭으로 충돌하지 않고 들어가게 하는 센터링 작업은 캐리어(7)가 기계가공되지 않은 작업편(8b)이 공구(4)와 정합(mesh)하는 위치에 도달하기 전에 작업편 스핀들(6a,6b) 중의 하나로 새로 위치된 기계가공되지 않은 작업편 상에서 수행된다.
본 발명의 다른 양태에서, 상기 목적은 사전 가공된 치형 작업편(5,8a,8b)의 기계가공용 장치에 의해 이루어진다. 이 장치는 베이스(1)를 포함한다. 마무리처리용 공구(4)를 고정하기 위한 공구 스핀들(17)은 제 1 축(16) 둘레에서 회전가능하게 지지되고 제 1 모터(29)에 의해 구동된다. 캐리어(7)는 제 2 모터(36)에 의해 적어도 두 개의 위치로 이동할 수 있다. 적어도 두 개의 작업편 스핀들(6a,6b)이 작업편(5,8a,8b)을 고정하기 위해 캐리어(7) 상에 회전가능하게 지지된다. 각각의 작업편 스핀들(6a,6b)은 제 3 모터(31a,31b)에 의해 구동된다. 두 작업편 스핀들(6a,6b) 모두 각각 로터리 인코더(rotary encorder;32a,32b)에 연결된다. 적어도 하나의 센터링 프로브(centering probe;9a,9b)가, 상기 작업편이 공구(4)와 정합하게 될 수 있는, 캐리어(7)의 위치 외측에서의 작업편(5,8a,8b) 중의 하나의 기어 치형부 플랭크를 측정하기 위해 배치된다.
본 발명의 다른 양태는 하기의 상세한 설명으로부터 명확해진다.
본 발명의 양호한 실시예는 이하 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은 치형 기어 연마 장치의 개략 상면도.
도 2는 본 발명의 장치의 개략 측면도.
도 3은 도 2의 선 III-III에 따른 단면도.
장치 베이스(1) 상에, 연마용 헤드(3)를 갖는 연마용 슬라이드(2)가 슬라이딩가능하게 안내되며, 이 헤드는 연마용 웜(4)을 지지한다. 연마용 웜(4)은 작업편 스핀들(6a) 상에 고정된 작업편(5)을 기계가공하며, 작업편 스핀들(6a)은 회전판(7) 상에 회전가능하게 지지된다. 회전판(7) 상에는 제 2 작업편 스핀들(6b)이 위치되며, 이는 한편으로는 작업편(5)을 가공하는 중에 적재기(10)를 사용하여 이미 가공된 작업편(8a)을 새로운 가공되지 않은 작업편(8b)과 교환하도록 작용하고, 다른 한편으로는 본 발명에 따라 부가적으로 시간손실없이 센터링 작업을 수행한다. 센터링 작업은 그 위에 작업편 스핀들(6a, 6b)이 현재 연마 중이거나 또는 적재된 위치인 회전판 상에 배치되는 센터링 프로브인 센서(9a, 9b)와 함께 수행된다. 이 센터링 작업은 적재 작업이 완료되고 새로운 가공되지 않은 작업편(8b)이 작업편 스핀들(6b) 상에 고정되는 즉시 개시된다. 특히 요즘의 짧은 가공 시간에서, 이는 센터링 작업이 작업편(5)을 연마작업하는 중에 또는 회전판(7)이 회전하는 중에 병렬로 이루어지는 과정이므로 센터링 작업에 대한 제조 시간이 소모되지 않음을 의미한다.
회전판이 회전운동하는 중에 작업편 스핀들의 회전은 회전판의 움직임과 반대방향이지만 작업편(5)이 충돌하지 않고 연마용 웜으로 정합하거나 또는 연마용 웜으로부터 해제될 수 있도록 회전판의 움직임과 동기화되는 방식으로 두 작업편 스핀들(6a, 6b)에 부가적인 회전을 부과하여 비생산적인 시간이 보다 감소될 수 있다. 이렇게 하여, 새로운 작업편의 연마를 시작하기 전과 연마후에 요구되는 연마용 슬라이드(2)의 전후진 이동시에 매우 작은 쉬프트(shift) 량만을 요구하게 되며, 이러한 쉬프트 량은 새로운 가공되지 않은 작업편(8b)이 연마될 수 있는 재료의 양과 관련있다. 작업편 스핀들의 회전에 부가적인 회전운동을 부과하는 대신에, 연마 스핀들에 일정한 회전을 부과할 수도 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 연마용 슬라이드(2)는 크로스 슬라이드(cross-slide)이다. 제 1 슬라이드(15)는 전진방향(x)에서 연마 스핀들(17)의 축(16)에 수직으로 베이스(1) 상에서 변위가능하고 변위 센서(19; stroke sensor)를 갖는 서보 모터(18)에 의해 이동된다. 슬라이드(15) 상에는, 캐리어(20)가 피벗가능하게(pivotable) 장착되고 축(16)을 수직으로 가로지르는 축(22) 둘레에서 스핀들(21)에 의해 피벗가능하다. 스핀들(21)은 경사각(tilting angle)을 설정하기 위한 수동 설정 장치를 갖거나 또는 예시된 바와 같이, 로터리 인코더(24)를 갖는 서보모터(23)를 가질 수 있다. 캐리어(20) 상에서, 제 2 슬라이드(25)가 축(16)에 평행하게 변위가능하다. 연마용 웜(4)의 y축 이동은 쉬프트하기 위해 사용된다. 슬라이드(25)는 로터리 인코더(27)를 갖는 부가적인 서보모터(26)에 의해 움직인다. 슬라이드(25) 상에, 연마 스핀들(17)은 회전가능하게 장착되고, 로터리 인코더(30) 를 갖는 서보모터(29)에 의해 구동된다.
두 스핀들(6a, 6b) 모두 로터리 인코더(32a, 32b)를 갖는 서보모터(31a, 31b)에 의해 구동되고 스핀들 축(33a, 33b) 둘레에서 회전한다. 회전판(7)이 축(33a, 33b)에 평행한 축(34) 둘레에서 베이스(1) 상에 회전가능하게 지지된 샤프트(35) 상에 고정된다. 샤프트(35)는 서보모터(36)에 의해 구동되고 로터리 인코더(37)에 연결된다.
모든 모터, 로터리 인코더 및 변위 센서는 제어 장치(38)에 접속된다.
기어 치형부를 그 폭에 걸쳐 가공하기 위해 필요한 작업편(5)의 축 방향(z 방향)에서 작업편(5)과 공구(4) 사이의 상대 이동을 달성하기 위해, 작업편 스핀들(6a, 6b) 모두 슬라이드(41a, 41b) 상에 각각 회전가능하게 지지되며, 이 슬라이드는 회전판(7) 상에서 z-방향으로 슬라이딩가능하게 지지된다. 슬라이드 가이드는 슬라이드(41a, 41b)의 하향 이동을 제한하는 하부 스토퍼(42; lower stopper)를 갖는다. 각각의 슬라이드(41a, 41b) 상에는, 롤(43)이 수평 축 둘레에서 회전가능하다. 슬라이드(41a)가 연마 위치에 있는 경우, 다른 슬라이드(44)가 축(33a, 33b, 34)에 대해 기울어진 방향으로 베이스(1) 상에 변위가능하게 장착된다. 또한, 슬라이드(44)는 로터리 인코더(46)를 갖는 서보모터(45)에 의해 움직인다. 슬라이드는 축(33a, 33b)에 수직인 수평 구름면(47; horizontal rolling surface)을 갖는다. 모터(45)에 의해 슬라이드(44)를 전방으로 구동할 때, 롤(43)은 상기 구름면(47) 상에서 주행하고 슬라이드(41a)는 스토퍼(42)로부터 들어올려지고(lifting) z방향으로 쉬프트한다. 회전판(7)의 회전운동은 롤(43)이 구름면(47)으로부터 떨어지는 그 출발위치로 후퇴되지 않는한 저지된다.
z방향 슬라이드(41a, 41b)가 크로스 슬라이드(15, 25)로부터 이격되기 때문에, 보다 간단하고, 보다 견고하고, 보다 부피가 적은 방식으로 형성될 수 있다. 이러한 방식으로, 제조 비용 및 공간 요구량이 줄어든다. 두 z 방향 슬라이드에 대해 단지 하나의 구동장치만이 필요하므로 비용이 더 감소된다.
회전판(7) 상에, 부가적으로 트루잉 장치(trueing apparatus;54)가 장착되어 있다. 트루잉 장치는 트루잉 디스크(57)가 그 위에 장착되는 출력 샤프트(56)를 갖는 모터를 포함한다. 트루잉 디스크(57)는 예를 들어 DE-A-196 24 842호에 따라 형성될 수 있다. 트루잉 장치(54)는 예시되지 않은 모터에 의해 상기 샤프트(56)의 축에 수직인 축(58) 둘레에서 피벗될 수 있다. 그러므로, 회전판(7)은 3위치, 즉 치형 기어인 작업편(5)이 연마용 웜(4)과 정합하는 예시된 제 1 위치로, 그리고 180°만큼 회전되어 치형 기어 작업편(8b)과 정합하는 위치로, 그리고 트루잉 장치(54)에 의한 연마용 웜(4)의 트루잉을 위해 90°만큼 회전된 위치로 움직일 수 있다.
종래의 트루잉 과정에 대조적으로 본 발명의 트루잉은 치형 기어인 작업편(5)이 정합하는 위치와 동일한 위치에서 수행되어, 연마용 웜(4)의 원형 주행로(circular run)로부터의 편차가 자동적으로 보상되므로 보다 높은 트루잉 정밀도를 얻을 수 있다. 트루잉은 연마를 위해 반드시 필요한 NC 슬라이드 축 x, y, z으로 수행될 수 있으며, 선택적으로 축(58) 둘레에서 트루잉 장치(54)를 부가적으로 피벗 운동할 수 있다.
예시된 실시예를 벗어나, 작업편 슬라이드(6a, 6b) 모두의 캐리어(7)가 축(34) 둘레로 회전하는 대신에, 두 개 또는 세 개의 위치로 선형적으로 슬라이드할 수 있다. 그러나 이 실시예에서는, 두 개의 적재기(10)가 필요하다.
치형 기어 작업편(8b)의 센터링은 회전판(7)이 정지해있는 동안 완전히 이루어질 수 있으므로, 치형 기어인 작업편(5)의 연마작업중에, 특정한 조건하에서 치형 기어 작업편(8b)에 대해, 하나의 센터링 프로브인 센서만이 사용될 수도 있으며 이 경우 장치 베이스(1)에 고정적으로 장착된다.
본 발명에 따른 방법은 원형 연마용 웜(4) 이외의 다른 연마용 공구, 예를 들어 연마용 디스크를 사용하여 실시될 수도 있으며, 이 경우, 기어인 작업편(5)이 인덱싱(indexing)되며, 또는 구형(globoidal) 연마용 웜을 사용하여 실시될 수도 있으며, 이 경우, 기어인 작업편(5)이 그 전체 길이를 따라 동시에 기계가공된다. 또한, 호닝 또는 쉐이빙과 같은 기어 가공을 위한 다른 정밀 가공 작업에도 실시될 수 있으며, 이 경우 공구는 사전 가공된 작업편과 정합하여야 한다. 이 경우, 연마용 웜(4)은 호닝 휠(honing wheel) 또는 쉐이빙 기어(shaving gear)로 대체된다.

Claims (8)

  1. 마무리 처리용 장치 상에 사전 가공된 치형 작업편(toothed workpiece)(5,8a,8b)을 가공하는 방법으로서,
    장치 베이스(1), 상기 베이스(1) 상에서 이동가능한 제 1 슬라이드(15), 마무리처리용 공구(4)를 체결하기 위해 제 1 슬라이드(15) 상에 장착된 공구 스핀들(17), 그 캐리어(7)가 적어도 2 위치로 이동가능하도록 장치 베이스(1) 상에 이동가능하게 위치되는 캐리어(7), 이 캐리어(7) 상에 회전가능하게 장착되며 각각 하나의 모터(31a,31b)에 의해 구동되는 적어도 두 개의 작업편 스핀들(6a,6b), 적어도 하나의 센터링 프로브(centering probe;9a,9b)를 포함하고,
    작업편(5,8a,8b)의 치형 갭 안으로 공구(4)를 충돌없이 넣기 위해 필요한 센터링 작업이, 캐리어(7)가 가공되지 않은 부품(8b)이 공구(4)와 정합(mesh)하는 위치에 도달하기 전에 작업편 스핀들(6a,6b) 중의 하나 상에 새로 배치된 가공되지 않은 부품에서 수행되는, 치형 작업편 가공 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    캐리어(7)의 움직임에 동기화되는 공구 스핀들(17)의 회전에 대한 작업편 스핀들(6a,6b)의 상대 회전시에 캐리어(7)가 움직이는 동안 부가적인 회전 운동이 부과되어, 작업편(5,8a,8b)을 마무리처리용 공구(4)의 영역으로 충돌없이 진입시키거나 또는 이 공구의 영역으로부터 충돌없이 벗어나게 하는 진퇴 운동(generating movement)이 이루어지는 치형 작업편 가공 방법.
  3. 장치 베이스(1), 제 1 축(16) 둘레로 회전가능하며 제 1 모터(29)에 의해 구동되며 마무리처리용 공구(4)를 체결하기 위한 공구 스핀들(17), 제 2 모터(36)에 의해 적어도 2 위치로 이동가능한 캐리어(7), 각각 하나의 제 3 모터(31a,31b)를 가지며 두 개의 제 2 축(33a,33b) 둘레로 회전하도록 서로 일정거리만큼 이격되어 캐리어(7) 상에 위치되며 작업편(5,8a,8b)을 체결하기 위한 적어도 두 개의 작업편 스핀들(6a,6b), 캐리어의 위치 외측에서 마무리처리용 공구와 정합될 수 있는 작업편(5,8a,8b) 중의 하나의 기어 치형부의 플랭크(flank)를 측정하기 위한 적어도 하나의 센터링 프로브(9a,9b)를 포함하고,
    작업편 스핀들(6a,6b)은 모두 각각 하나의 로터리 인코더(rotary encorder)(32a,32b)에 연결되는 사전 가공된 치형 작업편의 가공 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    개개의 센터링 프로브(9a,9b)가 각각의 작업편 스핀들(6a,6b)에 대해 제공되고, 센터링 프로브(9a,9b)는 캐리어(7) 상에 장착되는 사전 가공된 치형 작업편 가공 장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    캐리어(7)가 제 3 축(34) 둘레로 회전가능하며, 제 2 축(33a,33b) 및 제 3 축(34)은 서로에 대해 평행한 사전 가공된 치형 작업편 가공 장치.
  6. 제 3 항에 있어서,
    작업편 스핀들(6a,6b) 중, 공구(4)와 정합된 위치에 있지 않은 하나의 스핀들에 가공 완료된 작업편(8a)을 가공되지 않은 작업편(8b)과 교환하기 위하여 적재기(10)를 추가로 포함하는 사전 가공된 치형 작업편 가공 장치.
  7. 제 3 항에 있어서,
    공구(4)를 트루잉(trueing)하기 위한 트루잉 장치(54)가 캐리어(7) 상에 부가적으로 장착되고, 캐리어(7)는 적어도 3 개의 위치로 이동가능하며, 이들 위치중의 하나에 트루잉 공구(57)가 상기 공구(4)를 트루잉하도록 구성될 수 있는 사전 가공된 치형 작업편 가공 장치.
  8. 제 3 항에 있어서,
    작업편 스핀들(6a,6b)이 각각 하나의 제 1 슬라이드(41a,41b) 상에 회전가능하게 장착되며, 상기 제 1 슬라이드(41a,41b)는 캐리어(7) 상의 관련한 제 2 축(33a,33b)에 평행하게 이동가능하며, 각각의 제 1 슬라이드(41a,41b)는 이 제 1 슬라이드의 작업 위치에서 베이스(1) 상에서 이동가능한 제 2 슬라이드(44)와 함께 맞물리는 롤(43)을 포함하는 사전 가공된 치형 작업편 가공 장치.
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