KR101505520B1

KR101505520B1 - 스크롤 가공방법 및 가공장치

Info

Publication number: KR101505520B1
Application number: KR1020137005085A
Authority: KR
Inventors: 미츠히로 야마구치; 준이치 마에다
Original assignee: 마키노 밀링 머신 주식회사
Priority date: 2010-09-07
Filing date: 2010-09-07
Publication date: 2015-03-24
Also published as: EP2614909A1; US20130156523A1; CN103079736B; WO2012032667A1; JP5615369B2; CN103079736A; EP2614909B1; EP2614909A4; KR20130046438A; JPWO2012032667A1; US9199317B2

Abstract

본 발명은 주축에 장착된 공구(14)를 회전 테이블(17)에 장착한 워크(W)에 대하여 상대이동시키고, 워크(W)의 표면에 스크롤 형상의 벽부(21)를 형성하는 스크롤 가공방법으로서, 회전 테이블(17)을 제 1 방향(R1)으로 회전시키면서, 공구(14)를 워크(W)의 바깥측에서 중심부(25)를 향하여 소정 경로(L1)를 통하여 상대이동시키고, 벽부(21)의 외벽면(23) 및 내벽면(22) 중 어느 한쪽을 가공하는 제 1 스크롤 가공공정과, 회전 테이블(17)을 제 1 방향(R1)과 반대인 제 2 방향(R2)으로 회전시키면서, 공구(14)를 워크(W)의 중심부(25)에서 바깥측을 향하여 소정 경로(11)를 되돌아가서 상대이동시키며, 벽부(21)의 외벽면(23) 및 내벽면(22) 중 어느 다른 쪽을 가공하는 제 2 스크롤 가공공정을 포함한다.

Description

스크롤 가공방법 및 가공장치{Scroll Machining Method and Machining Device}

본 발명은 스크롤 형상의 벽부를 가공하는 스크롤 가공방법 및 가공장치에 관한 것이다.

종래, XY평면 상의 회전대에 워크를 설치하고, 워크를 회전시키면서 워크에 대하여 공구를 X축과 평행하게 상대이동시키며, 워크에 인볼류트(involute) 곡선형상의 벽부를 형성하도록 한 가공방법이 알려져 있다(예를 들어, 특허문헌 1을 참조). 이러한 특허문헌 1에 개시된 방법에서는, 공구를 인볼류트 곡선의 기초원의 반경만큼 Y축 방향으로 어긋나게 한 상태로, 워크 중심부를 향하여 X축과 대략 평행하게 상대이동시키고, 벽부의 내벽면을 가공한다. 그 후, 공구를 인볼류트 곡선의 기초원의 반경만큼 Y축 방향 반대측으로 어긋나게 한 상태로, 워크 중심부로부터 X축과 평행하게 상대이동시키고, 벽부의 외벽면을 가공한다. 즉, 특허문헌 1에 개시된 방법에서는, 워크 중심을 원점으로 한 XY 사분원에 있어서, 하나의 사분원에서 내벽면을 가공하고, 워크 중심을 사이에 끼우고 하나의 사분원의 반대측에 있는 다른 사분원에서 외벽면을 가공한다.

그런데, 이러한 종류의 가공방법을 실행하는 가공장치에 있어서는, 통상적으로 공구의 중심을 회전대의 중심에 맞춘 경우, 양자 사이에 적어도 수㎛ 정도의 중심 어긋남이 발생한다. 따라서, 이러한 중심 어긋남에 의하여 벽부의 내벽면 및 외벽면의 가공위치가 설계값에서 어긋나, 내벽면과 외벽면 사이의 벽부의 두께를 정밀하게 가공하는 것이 어렵다.

특히, 상기 특허문헌 1에 개시된 방법과 같이, 하나의 사분원에서 내벽면을 가공하고, 하나의 사분원의 반대측에 있는 다른 사분원에서 외벽면을 가공하도록 한 것에서는, 내벽면 및 외벽면의 가공위치의 오차가 벽부의 두께에 각각 가산되어, 벽부의 두께가 설계값으로부터 크게 어긋난다.

(특허문헌)

특허문헌 1: 일본공개특허공보 2002-144128호

본 명세서 내용 중에 포함되어 있다.

본 발명은 주축에 설치한 공구를 회전 테이블에 설치한 워크에 대하여 상대이동시키고, 워크의 표면에 스크롤 형상의 벽부를 형성하는 스트롤 가공방법으로서, 회전 테이블을 제 1 방향으로 회전시키면서, 공구를 워크의 바깥측에서 중심부를 향하여 소정 경로를 통하여 상대이동시키며, 벽부의 외벽면 및 내벽면 중 어느 한쪽을 가공하는 제 1 스크롤 가공공정과, 회전 테이블을 제 1 방향과 반대인 제 2 방향으로 회전시키면서, 공구를 워크의 중심부로부터 바깥측을 향하여 소정 경로를 되돌아가서 상대이동시키고, 벽부의 외벽면 및 내벽면 중 어느 다른 쪽을 가공하는 제 2 스크롤 가공공정을 포함한다.

또한, 본 발명은, 워크가 설치된 회전 테이블을 회전하는 제 1 구동수단과, 주축에 설치된 공구를 회전 테이블에 대하여 상대이동하는 제 2 구동수단과, 워크에 스크롤 형상의 벽부의 외벽면 및 내벽면 중 어느 한쪽을 가공할 때, 회전 테이블이 제 1 방향으로 회전하면서, 공구가 워크의 바깥측으로부터 중심부를 향하여 소정 경로를 통하여 상대이동하고, 벽부의 외벽면 및 내벽면 중 어느 다른 쪽을 가공할 때, 회전 테이블이 제 1 방향과 반대인 제 2 방향으로 회전하면서, 공구가 워크의 중심부로부터 바깥측을 향하여 소정 경로를 되돌아가서 상대이동하도록, 제 1 구동수단 및 제 2 구동수단을 제어하는 제어수단을 구비한다.

본 명세서 내용 중에 포함되어 있다.

도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 스크롤 가공방법에 의하여 스크롤 형상을 가공하기 위한 공작기계의 개략 구성을 나타내는 측면도이다.
도 2는 스크롤 형상의 일례를 나타내는 워크의 평면도이다.
도 3은 본 발명이 해결해야 할 문제점을 설명하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시형태에 따른 가공장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 5는 도 4의 제어장치에서 실행되는 처리의 일례를 나타내는 플로차트이다.
도 6은 외벽면의 가공동작의 일례를 나타내는 도면이다.
도 7은 도 6에서 더욱 진행된 외벽면의 가공동작의 일례를 나타내는 도면이다.
도 8은 공구가 반환점에 도달하였을 때의 가공동작을 나타내는 도면이다.
도 9는 내벽면의 가공동작의 일례를 나타내는 도면이다.
도 10은 도 9에서 더욱 진행된 내벽면의 가공동작의 일례를 나타내는 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시형태에 따른 스크롤 가공방법에 의한 효과를 설명하는 도면이다.
도 12는 공구의 Y축 방향의 중심 어긋남이 벽부의 두께에 미치는 영향을 설명하는 도면이다.

이하, 도 1 내지 도 12를 참조하여, 본 발명에 따른 스크롤 가공방법의 실시형태를 설명한다. 도 1은, 본 발명의 실시형태에 따른 스크롤 가공방법을 이용하여 워크(W)에 스크롤 형상을 가공하기 위한 공작기계(10)의 개략 구성을 나타내는 측면도이다. 공작기계(10)로서는, 예를 들어 5축 입형 머시닝센터가 사용된다.

도 1에 있어서, 베드(11) 상에는 컬럼(column)(12)이 세워 설치되고, 컬럼(12)에는 직선 이송기구를 통하여 상하방향(Z축 방향) 및 수평방향(Y축 방향)으로 이동 가능하게 주축 헤드(13)가 지지되어 있다. 주축 헤드(13)에는 주축을 통하여 아랫방향으로 절삭용 공구(14)가 설치되어 있다. 공구(14)는 예를 들어 엔드밀이고, 주축 헤드(13) 내의 스핀들 모터에 의하여 회전 구동된다. 베드(11) 상에는 직선 이송기구를 통하여 수평방향(X축 방향)으로 이동 가능하게 테이블 베이스(15)가 지지되어 있다. 직선 이송기구는, 예를 들어 볼 나사와 볼 나사를 회전 구동하는 서보모터에 의하여 구성된다.

테이블 베이스(15)에는, 회전 이송기구를 통하여 X축 방향의 회전축(Lx)을 중심으로 하여 A축 방향으로 요동 가능하게 경사 테이블(16)이 설치되어 있다. 경사 테이블(16)에는 회전 이송기구를 통하여 Z축 방향의 회전축(Lz)을 중심으로 하여 C축 방향으로 회전 가능하게 회전 테이블(17)이 설치되어 있다. 회전 테이블(17) 상에는 워크 고정용 지그를 통하여 워크(W)가 고정되어 있다. 회전 이송기구는, 예를 들어 다이렉트 드라이브 모터나 서보모터에 의하여 구성된다.

이상의 공작기계(10)의 구성에 있어서, 주축 헤드(13) 내의 스핀들 모터를 주축 구동용 모터, 주축 헤드(13)를 Z축 방향 및 Y축 방향으로 이동시키는 모터를 각각 Z축용 모터 및 Y축용 모터, 테이블 베이스(15)를 X축 방향으로 이동시키는 모터를 X축용 모터, 회전 테이블(17)을 C축 방향으로 회전시키는 모터를 C축용 모터라고 각각 칭한다.

이와 같은 공작기계(10)의 구성에 따르면, 공구(14)와 워크(W)가 직교 3축 방향(X, Y, Z방향)으로 상대 이동 가능하면서, 워크(W)가 C축 방향으로 회전 가능하다. 이 때문에, 워크(W)에 대하여 공구(14)를 연직방향 소정위치에 세트한 상태로, 워크(W)를 C축 방향으로 회전시키면서 워크(W)에 대하여 공구(14)를 수평방향으로 상대이동시킴으로써, 워크 표면에 소정 깊이의 스크롤 형상을 가공할 수 있어, 원하는 스크롤 가공물을 얻을 수 있다.

도 2는, 워크 표면에 가공되는 스크롤 형상의 일례를 나타내는 워크(W)의 평면도이다. 도면에서는, 워크 중심을 원점(O1)으로 한 XY 평면 상에, 스크롤 형상을 나타내고 있다. 워크(W)는, 예를 들어 컴프레서의 구성부품이고, 기부(基部)(20) 상에 스크롤 형상의 벽부(21)가 돌출 설치되며, 벽부(21)를 따라서 유로가 형성되어 있다. 한편, 기부(20)의 형상은 원형, 삼각형, 직사각형 등 어떠한 것이어도 좋다. 벽부(21)의 내벽면(22) 및 외벽면(23)은, 반경(r0)의 기초원(24)을 가지는 인볼류트 곡선에 의하여 정의되고, 벽부(21)의 두께(t)는 인볼류트 곡선을 따라서 일정하다.

벽부(21)의 내벽면(22) 및 외벽면(23)에는, 미리 가공대가 설치되고, 이 가공대가 공구(14)에 의하여 절삭되며, 최종 형상의 스크롤 가공물이 형성된다. 워크(W)의 스크롤 가공을 행함에 있어서는, 우선 워크 중심(기초원(24)의 중심(O1))이 회전 테이블(17)의 회전중심에 일치하도록 워크(W)를 회전 테이블(17)에 세팅한다. 그 후, 미리 정해진 가공 프로그램에 따라서, 워크(W)를 C축 둘레로 회전시키면서 O1을 중심으로 한 기초원(24)에 접촉하는 직선(L1)을 따라서 공구(14)를 상대이동시킨다. 이때, 워크(W)의 회전량(θ)과 공구(14)의 X축 방향의 이송량(X)이 일정한 비율로 변하도록, 회전량(θ)과 이송량(X)을 동기시킨다. 이에 따라 가공 프로그램의 구성을 간소화하면서, 스크롤 형상을 고속 및 고정밀로 가공할 수 있다.

여기에서, 예를 들어 도 2에 나타내는 바와 같이, 워크(W)를 R1방향으로 회전시키면서, 공구(14)를 워크(W)의 바깥측에서 직선(L1)을 따라서 화살표 A방향(+X축 방향)으로 상대이동시키고, 외벽면(23)을 가공하였다고 한다. 이러한 외벽면(23)의 가공에 이어서, 워크(W)의 C축 둘레의 회전방향을 R1으로 한 채로 내벽면(22)을 가공하기 위해서는, 도면의 점선으로 나타내는 바와 같이, 공구(14)를 회전중심(O1)의 Y축 방향 반대측으로 기초원(24)의 반경(r0)만큼 어긋나게 하고, 기초원(24)에 접촉하는 직선(L2)을 따라서 공구(14)를 +X축 방향으로 상대이동시킬 필요가 있다. 이 경우에는, XY평면의 제 2 사분원에서 외벽면(23)이 가공되고, XY평면의 제 4 사분원에서 내벽면(22)이 가공된다.

그런데, 이러한 종류의 가공방법을 실행하는 가공장치에 있어서는, 통상적으로 공구(14)의 중심(O2)을 회전 테이블(17)의 중심에 맞춘 경우, 양자 간에 적어도 수㎛ 정도의 중심 어긋남이 발생한다. 즉, 도 3에 있어서, 가령 중심 어긋남이 없는 경우의 공구(14)의 중심(설계값)을 O3으로 하면, 실제 공구 중심(O2)은, 예를 들어 X축 방향으로 ΔX, Y축 방향으로 ΔY만큼 어긋난다. 이러한 상태로, 워크 회전 중심(O1)보다 도면의 좌측영역(제 2 사분원)에서 워크(W)의 외벽면(23)을 가공한 경우에는, 외벽면(23)의 위치는, 도 3의 실선으로 나타내는 바와 같이 설계값(점선)으로부터 예를 들어 좌측, 즉 벽부(21)의 두께가 증가하는 방향으로 어긋난다.

이때, 워크(W)의 C축 둘레의 회전방향을 일정하게 하여 도면의 우측 영역(제 4 사분원)에서 내벽면(22)을 가공하면, 내벽면(22)의 위치(실선)도 설계값(점선)으로부터 좌측, 즉 벽부(21)의 두께가 증가하는 방향으로 어긋난다. 이 때문에, 외벽면(23)과 내벽면(22)의 위치 어긋남이 그대로 벽부(21)의 두께의 오차가 되어, 실제 벽부(21)의 두께(t1)(실선)는 설계값(t0)(점선)으로부터 어긋난다. 이와 같이 벽부(21)의 두께(t1)가 설계값(t0)으로부터 어긋나면, 스크롤 형상을 따른 유체의 원하는 흐름을 얻을 수 없고, 워크(W)를 컴프레서의 구성 부품으로서 사용한 경우에는, 컴프레서 성능을 현저하게 손상시킬 우려가 있다.

그래서, 본 실시형태에서는, 공구(14)의 중심 어긋남이 있는 경우에도, 벽부(21)의 두께(t1)가 설계값(t0)과 거의 같아지도록 다음과 같이 가공장치를 구성한다.

도 4는, 본 발명의 실시형태에 따른 가공장치의 구성을 나타내는 블록도이다. 이러한 가공장치는, 워크(W)의 스크롤 가공을 위한 각종 정보를 입력하는 입력장치(30)와, 입력장치(30)로부터의 신호에 근거하여 공작기계(10)에 설치된 주축용 모터(31), X축용 모터(32), Y축용 모터(33), Z축용 모터(34) 및 C축용 모터(35)를 각각 제어하는 제어장치(40)를 구비한다.

입력장치(30)는, 조작패널이나 키보드, 외부로부터의 신호를 판독하는 각종 판독장치 등에 의하여 구성되고, 스크롤 형상을 규정하는 파라미터(예를 들어, 인볼류트 곡선의 기초원(24)의 반경(r0) 등)나 벽부(21)의 깊이, 공구 직경, 가공 개시지령 등이 입력된다.

제어장치(40)는, CPU, ROM, RAM, 그 밖의 주변회로 등을 가지는 연산처리장치를 포함하여 구성된다. 제어장치(40)는, 입력장치(30)로부터의 입력신호에 따라서 정해진 가공 프로그램을 실행하고, 공작기계(10)의 각 모터(31~35)의 구동을 제어한다.

도 5는, 제어장치(40)에서 실행되는 스크롤 가공처리의 일례를 나타내는 플로차트이다. 이러한 플로차트에 나타내는 처리는, 워크 중심(O1)을 회전 테이블(17)의 회전중심에 일치시키는 동시에, 워크(w)의 가공개시점이 X축에 평행한 기초원(24)에 접촉하는 직선(L1)(도 2) 상에 위치하도록, 회전 테이블(17) 상에 워크(W)를 고정한 후, 예를 들어 입력장치(30)로부터의 가공개시지령의 입력에 따라서 개시된다. 한편, 가공개시점은, 벽부(21)의 외벽면(23)의 종단위치이고, 워크 회전중심(O1)으로부터 가장 떨어진 외벽면(23)의 위치에 상당한다.

단계 S1에서는, 주축용 모터(31)에 제어신호를 출력하고, 공구(14)를 소정 속도로 회전구동시킨다. 단계 S2에서는, X축용 모터(32), Y축용 모터(33) 및 Z축용 모터(34)에 각각 제어신호를 출력하고, 공구(14)를 워크(W)의 가공개시위치에 상대이동시키는 동시에, C축용 모터(35)를 가공개시 회전각도로 산출한다. 여기에서는, 공구(14)의 회전중심(O2)이 가공개시점보다 -X축 방향으로 공구(14)의 반경(r1)만큼 어긋나서 위치하도록, 공구(14)를 상대이동시킨다.

단계 S3에서는, X축용 모터(32) 및 C축용 모터(35)에 각각 제어신호를 출력하고, 회전 테이블(17)을 R1방향(도 2)으로 회전시키면서, 공구(14)를 직선(L1)을 따라서 워크 중심부를 향하여, 즉 +X축 방향으로 상대이동시킨다. 이에 따라, 워크(W)의 외벽면(23)이 가공된다. 이때, 워크(W)의 회전량(θ)과 공구(14)의 이동량(X)이 일정한 비율로 변하도록, 구체적으로는 X=r0·θ의 관계를 만족하도록, 양자를 동시키는 동시에, 워크(W)의 가공점에서의 주속(周速)이 미리 정해진 일정한 지령값이 되도록, 워크 중심(O1)에서 가공점까지의 거리가 작아짐에 따라서, 회전 테이블(17)의 회전속도를 증가시킨다.

단계 S4에서는, 공구(14)의 회전중심(O2)이 미리 직선(L1) 상에 정해진 반환점에 도달하였는지 여부를 판정한다. 단계 S4가 긍정되면 단계 S5로 진행하고, 부정되면 단계 S3으로 되돌아간다.

단계 S5에서는, X축용 모터(32) 및 C축용 모터(35)에 각각 제어신호를 출력하고, 회전 테이블(17)을 R1방향과 반대인 R2방향으로 회전시키면서, 공구(14)를 워크 중심부로부터 직선(L1)을 따라서 -X축 방향으로 상대이동시킨다. 이에 따라, 단계 S3과 동일한 경로를 되돌아가서 공구(14)가 상대이동하면서, 워크(W)의 내벽면(22)이 가공된다. 이때, 단계 S3과 마찬가지로, 워크(W)의 회전량(θ)과 공구(14)의 이동량(X)이 일정한 비율로 변하도록 양자를 동기시키는 동시에, 워크(W)의 가공점에서의 주속이 미리 정해진 일정한 지령값이 되도록, 워크 중심(O1)에서 가공점까지의 거리가 커질수록 회전 테이블(17)의 회전속도를 감소시킨다.

단계 S6에서는, 공구(14)가 미리 정해진 워크(W)의 가공 종료점에 도달하였는지 아닌지, 즉 벽부(21)의 내벽면(22)의 종단위치에 도달하였는지 아닌지를 판정한다. 단계 S6이 긍정되면 단계 S7로 진행하고, 부정되면 단계 S5로 되돌아간다.

단계 S7에서는, 소정의 정지처리를 실행한다. 예를 들어, X축용 모터(32), Y축용 모터(33) 및 Z축용 모터(34)에 각각 제어신호를 출력하고, 공구(14)를 소정의 정지위치로 이동시키는 동시에, 주축용 모터(31) 및 C축용 모터(35)에 각각 제어신호를 출력하고, 공구(14)의 회전 및 회전 테이블(17)의 회전을 각각 정지시킨다. 이상으로 스크롤 가공처리를 종료한다.

본 실시형태에 따른 스크롤 가공방법의 순서를 정리하면 다음과 같다. 우선, 워크 중심(O1)을 회전 테이블(17)의 회전 중심에 일치시킨 상태로, 워크(W)를 회전 테이블(17)에 고정한다. 더욱이, 제어장치(40)로부터의 지령에 따라, 공구(14)를 회전시키는 동시에 가공개시위치에 상대이동시킨다(단계 S1, 단계 S2).

이어서, 회전 테이블(17)을 R1방향으로 회전시키면서, X축에 평행한 기초원(24)의 직선(L1)을 따라서 공구(14)를 +X축 방향으로 상대이동시킨다(단계 S3). 이에 따라 도 6, 도 7에 나타내는 바와 같이 벽부(21)의 외벽면(23)이 워크(W)의 바깥측에서 중심부(25)에 걸쳐서 가공된다. 도면 속에 가공이 완료된 부위를 실선으로, 가공 전인 부위를 점선으로 나타내고 있다. 이때, 가공점에서의 주속이 일정해지도록, 워크 중심(O1)으로부터 가공점까지의 거리가 작아질수록 회전 테이블(17)의 회전속도를 증가시킨다. 이에 따라, 가공면의 조도를 균일하게 할 수 있다.

공구(14)가 워크 중심(O1)에 가까워지면, 외벽면(23)과 내벽면(22)이 교차하는 워크 중심부(25)의 가공이 이루어진다. 워크 중심부(25)에는, 엄밀하게 말하면 인볼류트 곡선과는 상이한 형상의 부분이 존재하는데, 본 실시형태에서는 워크 중심부(25)의 가공도 공구(14)를 직선(L1)에 따라서 X축과 평행하게 상대이동시킴으로써 행한다.

도 8에 나타내는 바와 같이, 워크 중심부(25)의 가공시에, 공구(14)의 회전중심(O2)이 반환점에 도달하면, C축용 모터(35)에 제어신호를 출력하여 회전 테이블(17)의 회전방향을 반전시키고, 회전 테이블(17)을 R2방향으로 회전시킨다. 이것과 동시에, 공구(14)를 외벽면(23)의 가공시와 동일한 경로(직선 L1)를 통하여 -X축 방향으로 상대이동시킨다(단계 S5). 이에 따라 도 9, 도 10에 나타내는 바와 같이 벽부(21)의 내벽면(22)이 워크(W)의 중심부(25)에서 바깥측에 걸쳐서 가공된다.

이 경우, 외벽면(23)과 내벽면(22)은, XY평면 상의 동일한 사분원(제 2 사분원) 내에서 가공된다. 이 때문에, 도 3에 나타내는 바와 같은 공구(14)의 중심 어긋남이 있었던 경우에 있어서, 도 11에 나타내는 바와 같이, 외벽면(23)의 위치 어긋남 방향과 내벽면(22)의 위치 어긋남 방향이 같아진다. 이에 따라 외벽면(23)의 위치 어긋남에 의한 벽부(21)의 두께의 오차가 내벽면(22)의 위치 어긋남에 의하여 상쇄되어, 벽부(21)의 두께(t1)를 설계값(t0)과 거의 같게 할 수 있다.

이하, 도 11에 나타낸 효과를 수식을 이용하여 설명한다.

우선, X축 방향의 중심 어긋남의 영향에 대하여 설명한다. 일반적으로, XY평면 상에서의 인볼류트 곡선은 다음 식(I)에 의하여 나타난다.

Xθ=R(cosθ+(θ-θ0)sinθ)+X0

Yθ=R(sinθ+(θ-θ0)cosθ)+Y0 (I)

여기에서, 외벽면(23) 및 내벽면(22)의 회전개시각도(θ0)를 각각 θ23, θ22, X축 방향의 공구중심의 중심 어긋남량을 ΔX라고 하면, 실제 가공점의 외벽면(23) 및 내벽면(22)의 위치(Xθ23, Xθ22)는, 각각 다음 식(II)에 의하여 나타난다.

Xθ23=R(cosθ+(θ-θ23)sinθ)+ΔX

Xθ22=R(cosθ+(θ-θ22)sinθ)+ΔX (II)

따라서, X축 방향의 중심 어긋남량(ΔX)을 고려한 경우에, 벽부(21)의 두께(t1)(=Xθ23-Xθ22)는, 다음 식(III)에 의하여 나타난다.

t1=R(θ23-θ23)sinθ (III)

상기 식(III)에서 명확하듯이, 두께(t1)는 X축 방향의 중심 어긋남량(ΔX)의 영향을 받지 않는다. 따라서, X축 방향의 중심 어긋남의 유무에 상관없이, 벽부(21)의 두께(t1)를 정밀하게 가공할 수 있다.

이에 대하여, 도 3의 예에서는, 가공점의 위치(Xθ23, Xθ22)는 각각 다음 식(IV)에 의하여 나타난다.

Xθ23=-R(cosθ+(θ-θ23)sinθ)+ΔX

Xθ22=R(cosθ+(θ-θ22)sinθ)+ΔX (IV)

이 때문에, 벽부(21)의 두께(t1)는 다음 식(V)이 되고, X축 방향의 중심 어긋남량(ΔX)에 의하여 두께(t1)에 오차를 발생시킨다.

t1=R(θ22-θ23)sinθ+2ΔX (V)

다음으로, Y축 방향의 중심 어긋남의 영향에 대하여 설명한다. 도 12에 나타내는 바와 같이, Y축 방향에 ΔY의 중심 어긋남이 있는 경우, 외벽면(23) 및 내벽면(22)의 X축 방향의 위치 어긋남(Xθa, Xθb)은 각각 다음 식(VI)에 의하여 나타난다.

Xθa=ΔYtanθa

Xθb=ΔYtanθb (VI)

여기에서, 회전중심(O1)에서 외벽면(23) 및 내벽면(22)의 가공점(설계값)까지의 X축 방향의 길이를 각각 ra, rb로 하면, θa, θb와 ΔY와의 사이에 다음 식(VII)이 성립한다.

tanθa=ΔY/ra

tanθb=ΔY/rb (VII)

이상으로부터, Y축 방향의 중심 어긋남을 고려한 경우, 벽부(21)의 두께(t1)(=Xb-Xa)는 다음 식(VIII)으로 나타난다.

t1=ΔY(tanθb-tanθa)

=(ΔY²/(ra·rb)·(ra-rb)) (VIII)

상기 식(VIII)에 있어서, ΔY는 ra, rb에 비하여 현저하게 작기 때문에, ΔY²/(ra·rb)는 거의 0이 된다. 이 때문에, Y축 방향의 중심 어긋남은, 벽부(21)의 두께(t1)에 거의 영향을 주지 않는다.

본 실시형태에 따르면 다음과 같은 작용효과를 나타낼 수 있다.

(1) 회전 테이블(17)을 R1방향으로 회전시키면서, 공구(14)를 기초원(24)의 접선(L1)을 따라서 +X축 방향으로 상대이동시키고, 벽부(21)의 외벽면(23)을 가공하며(제 1 스크롤 가공공정), 더욱이 회전 테이블(17)을 R2방향으로 회전시키면서, 공구(14)를 접선(L1)을 따라서 -X축 방향으로 상대이동시키고, 벽부(21)의 내벽면(22)을 가공하도록 하였다(제 2 스크롤 가공공정). 이에 따라 공구(14)의 중심 어긋남의 영향을 받지 않고, 벽부(21)를 정밀하게 원하는 두께(t0)로 가공할 수 있다.

(2) 벽부(21)의 외벽면(23) 및 내벽면(22)의 가공점에서의 워크(W)의 주속이 일정해지도록 워크 중심(O1)에서 가공점까지의 거리에 따라서 회전 테이블(17)의 회전속도를 제어하도록 하였으므로, 벽부(21)의 외벽면(23) 및 내벽면(22)의 전역에 걸쳐서 균일한 면품질의 가공면을 형성할 수 있다.

(3) 외벽면(23)의 가공과 내벽면(22)의 가공 사이에, 워크 중심부(25)를 가공하도록 하였다(중심부 가공공정). 이에 따라 연속적인 가공으로 스크롤 형상의 벽부(21)를 효율적으로 형성할 수 있다.

(4) 가공개시에서 가공종료에 이르기까지, 공구(14)를 X축 방향으로만 상대이동시키므로, 공작기계(10)의 동작이 간단하여, 스크롤 형상을 정밀하게 가공할 수 있다.

한편, 상기 실시형태에서는, 인볼류트 곡선에 의하여 정해지는 스크롤 형상을 가공하는 경우에 대하여 설명하였는데, 다른 스크롤 형상의 가공에도 본 발명의 가공방법을 마찬가지로 적용할 수 있다. 따라서, 공구(14)의 상대이동의 경로는, X축에 평행한 직선(L1)으로는 한정되지 않는다. 즉, 회전 테이블(17)을 제 1 방향(R1)으로 회전시키면서, 공구(14)를 워크(W)의 바깥측에서 중심부를 향하여 소정 경로를 통하여 상대이동시키고, 외벽면(23) 및 내벽면(22) 중 어느 한쪽을 가공하는 공정(제 1 스크롤 가공공정)과, 회전 테이블(17)을 제 1 방향과 반대인 제 2 방향(R2)으로 회전시키면서, 공구(14)를 워크(W)의 중심부에서 바깥측을 향하여 소정 경로를 되돌아가서 상대이동시키고, 외벽면(23) 및 내벽면(22) 중 어느 다른 쪽을 가공하는 공정(제 2 스크롤 가공공정)을 포함한다면, 본 발명의 스크롤 가공방법은 상술한 것으로 한정되지 않는다.

예를 들어, 스크롤 가공이 일단 종료된 후, 벽부(21)의 두께(t1)를 실측하고(계측공정), 계측값(t0)과의 사이의 오차가 있는 경우, 그 오차만큼 공구(14)의 반경(r1)을 보정하고(보정공정), 다음 차례 이후의 스크롤 가공을 행하도록 하여도 좋다. 즉, 본 발명의 스크롤 가공방법에 따르면, 공구(14)의 중심 어긋남에 따른 두께(t1)의 오차는 해소되므로, 두께(t1)에 오차가 있는 경우에는, 공구 직경의 오차라고 생각된다. 그 때문에, 그 오차만큼 공구 직경을 보정하여 공구(14)를 X축 방향으로 상대이동시킴으로써, 공구 직경에 편차가 있는 경우에도, 벽부(21)의 두께(t1)를 정밀하게 가공할 수 있다.

상기 실시형태에서는, 직선(L1)을 따라서 공구(14)를 이동시키고, 외벽면(23)과 내벽면(22)뿐만 아니라 워크(W)의 중심부(25)도 가공하도록 하였다. 하지만, 중심부(25)에는 다양한 형상이 고려되므로, 중심부(25)의 형상에 따라서는, 직선(L1)과는 다른 경로를 따라서 공구(14)를 상대이동시켜, 중심부(25)를 가공하도록 하여도 좋으며, 중심부 가공공정은 상술한 것으로 한정되지 않는다. 여기에서, 중심부(25)란, 내벽면(22)과 외벽면(23)의 경계점을 사이에 끼우는 소정 영역을 의미하고, 중심부(25)의 형상에는 원호, 직선 등의 인볼류트 곡선 이외의 형상이 포함된다.

상기 실시형태에서는, C축용 모터(35)에 의하여 회전 테이블(17)을 회전시키고, X축용 모터(32), Y축용 모터(33) 및 Z축용 모터(34)에 의하여 워크(W)에 대하여 공구(14)를 상대이동하도록 하였는데, 제 1 구동수단 및 제 2 구동수단의 구성은 상술한 것으로 한정되지 않는다. 제어수단으로서의 제어장치(40)의 구성도 상술한 것으로 한정되지 않는다.

본 발명에 따르면, 회전 테이블을 제 1 방향으로 회전시키면서, 소정 경로를 따라서 공구를 상대이동시키는 동시에, 회전 테이블을 제 2 방향으로 회전시키면서, 동일한 경로로 되돌아가서 공구를 상대이동시키도록 하였으므로, 내벽면 및 외벽면이 회전 중심에 대한 동일한 영역에서 가공되어, 벽부의 두께를 정밀하게 가공할 수 있다.

10: 공작기계
14: 공구
17: 회전 테이블
21: 벽부
22: 내벽면
23: 외벽면
32: X축용 모터
33: Y축용 모터
34: Z축용 모터
35: C축용 모터
40: 제어장치

Claims

주축에 장착한 공구를 회전 테이블에 장착한 워크에 대하여 상대이동시키고, 상기 워크의 표면에 스크롤 형상의 벽부를 형성하는 스크롤 가공방법으로서,
상기 회전 테이블을 제 1 방향으로 회전시키면서, 상기 공구를 상기 워크의 바깥측에서 중심부를 향하여 소정 경로를 통하여 상대이동시키며, 상기 벽부의 외벽면 및 내벽면 중 어느 한쪽을 가공하는 제 1 스크롤 가공공정과,
상기 회전 테이블을 상기 제 1 방향과 반대인 제 2 방향으로 회전시키면서, 상기 공구를 상기 워크의 중심부에서 바깥측을 향하여 상기 소정 경로를 되돌아가서 상대이동시키고, 상기 벽부의 외벽면 및 내벽면 중 어느 다른 쪽을 가공하는 제 2 스크롤 가공공정과,
상기 제 1 스크롤 가공공정 및 상기 제 2 스크롤 가공공정에 의하여 가공된 상기 벽부의 두께를 계측하는 계측공정과,
상기 계측공정에 의하여 계측된 상기 벽부의 두께의 오차를 공구 직경의 오차로 간주하여, 상기 벽부의 가공시에 상기 벽부의 오차만큼 공구 직경을 보정하는 보정공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 스크롤 가공방법.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 스크롤 가공공정 및 상기 제 2 스크롤 가공공정에서는, 상기 벽부의 외벽면 및 내벽면의 가공점에서의 상기 워크의 주속이 일정해지도록, 상기 워크의 중심부에서 상기 가공점까지의 거리가 작아질수록 상기 회전 테이블의 회전속도를 증가시키고, 상기 워크의 중심부에서 상기 가공점까지의 거리가 커질수록 상기 회전 테이블의 회전속도를 감소시키는 스크롤 가공방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 제 1 스크롤 가공공정 후이며, 상기 제 2 스크롤 가공공정 전에, 상기 회전 테이블을 회전시키면서 상기 공구를 상기 워크에 대하여 상대이동시켜서 상기 워크의 중심부를 가공하는 중심부 가공공정을 더 포함하는 스크롤 가공방법.
제 3 항에 있어서,
상기 스크롤 형상은, 인볼류트 곡선에 의하여 정해지고, 상기 제 1 스크롤 가공공정, 상기 제 2 스크롤 가공공정 및 상기 중심부 가공공정에서는, 상기 공구를 상기 인볼류트 곡선의 기초원의 하나의 직선을 따라서 각각 상대이동시키는 스크롤 가공방법.
워크가 장착된 회전 테이블을 회전하는 제 1 구동수단과,
주축에 장착된 공구를 상기 회전 테이블에 대하여 상대이동시키는 제 2 구동수단과,
상기 워크에 스크롤 형상의 벽부의 외벽면 및 내벽면 중 어느 한쪽을 가공할 때, 상기 회전 테이블이 제 1 방향으로 회전하면서 상기 공구가 상기 워크의 바깥측에서 중심부를 향하여 소정 경로를 통하여 상대이동하고, 상기 벽부의 외벽면 및 내벽면 중 어느 다른 쪽을 가공할 때, 상기 회전 테이블이 상기 제 1 방향과 반대인 제 2 방향으로 회전하면서 상기 공구가 상기 워크의 중심부에서 바깥측을 향하여 상기 소정 경로를 되돌아가서 상대이동하도록, 상기 제 1 구동수단 및 상기 제 2 구동수단을 제어하여, 상기 스크롤 형상의 벽부의 두께의 오차를 공구 직경의 오차로 간주하여 상기 제 2 구동수단의 이동량을 보정하는 제어수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 가공장치.
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