KR20090048493A - 기어 시험 및 래핑 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광범위한 기어 쌍의 샤프트 각도(90°미만, 90°와 동일, 및 90°를 초과)를 수용할 수 있는 동시에 향상된 장치의 견고성 및 향상된 장치 요소들의 배열을 제공할 수 있는 기어를 처리하기 위한 장치인 기어 시험 및 래핑 장치를 제공한다.

기어, 시험 장치, 컬럼, 스핀들, 레일, 슬라이드, 피벗 축선

Description

기어 시험 및 래핑 장치{GEAR TESTING AND LAPPING MACHINE}

본 발명은 기어를 가공처리 하기 위한 장치에 관한 것이며, 보다 상세하게는, 베벨 기어 또는 원통 기어와 같은 기어를 시험 또는 래핑 가공하기 위한 장치에 관한 것이다.

래핑 가공은 베벨기어의 치형부 표면을 다듬질하기 위해 자주 이용되는 공정이다. 래핑 가공은 베벨기어를 위한 다른 어려운 다듬질 공정보다 경제적인 대안을 제공한 공정이다. 기어 시험에서, 한 쌍의 기어는 함께 회전되며 반경방향 및/또는 축선방향의 런아웃, 맞물림 소음 및 접촉 패턴 위치와 같은 기어의 회전 특성이 측정되고 분석된다.

래핑 가공 공정에서, 피니언 및 링기어는 적합한 공작물 지지장비를 통해 래핑 머신의 각각의 스핀들에 장착된다. 대부분의 기어 세트 회전의 경우에, 피니언은 구동부재이고 링기어는 제동하는 것이다. 기어는 맞물려서 회전되고, 기름(또는 물) 및 탄화규소 또는 유사한 연마재의 혼합물일 수 있는 래핑 컴파운드 또는 슬러리가 맞물림 구역에 부어진다. 비록 시험 장치에 대해서는 어떠한 연마재도 사용되지 않지만, 일반적으로 시험 장치는 래핑 머신과 동일한 구성을 가지고 있다.

대부분의 래핑 가공 및 시험 장치는 링기어 및 피니언 사이의 상대 운동을 실현가능하게 하는 3 자유도를 갖고 있다. 제 1 자유도는 방향(G)이라 칭하는 링기어 축선 방향에서의 상대운동이며, 제 2 자유도는 방향(H)이라 칭하는 피니언 축선 방향에서의 상대운동이며, 제 3 자유도는 방향(V)이라 칭하는 링기어 및 피니언 축선 사이의 거리이다. 방향(V)은 또한 "하이포이드 옵셋(hypoid offset)"으로 알려져 있다. 다수의 래칭 가공 또는 시험 장치는 서로에 대하여 90°의 고정된 샤프트 각도로 배열된 링기어와 피니언 축선을 가지고 있지만, 링기어와 피니어 사이의 샤프트 각도를 조정할 수 있는 장치가 또한 알려져 있다.

래핑 가공 또는 시험 과정에서, V 및 H 방향에서의 상대운동은 기어세트 부재들의 접촉 패턴에서의 위치 변화를 초래하고, 실제로 접촉 패턴을 변경한다. 래핑 가공은 치형부 표면상의 바람직한 위치에서 기어 부재가 접촉하여 맞물려 회전하는 것을 포함한다. 따라서, 기어 부재는 바람직한 백래시를 야기하도록 특정한 G 방향 위치와 함께 특정한 V 및 H 위치에 배치된다.

전형적으로, V, H 및 G 방향 운동은 국부적인 치형부 접촉 패턴의 길이방향 및 깊이방향의 위치 양자에 대한 영향을 각각 가지고 있다. 기어 세트가 래핑 가공될 때, 접촉 위치의 변위를 야기시킬 필요가 있을 경우 V 및 H 세팅을 변화시킴으로서 접촉은 치형부 표면의 외부(힐;heel) 또는 내부(토;toe) 부분 중의 하나를 향하여 변위된다. 변위를 야기하기 위해 V 및 H가 변화될 때, 또한 G 방향의 위치는 바람직한 백래시를 유지하기 위하여 변화되어야만 한다. 바람직한 힐 또는 토 위치에 도달될 때, V 및 H 위치는 백래시를 유지하기 위한 적합한 G 방향의 변화에 의해 수반되는 V 및 H 위치 변화와 더불어 힐 또는 토 위치의 다른 하나로 접촉을 변위시키기 위하여 다시 변화된다. 그 다음에 접촉위치는 시작 위치로 복귀된다.

본 발명은 광범위한 기어 쌍의 샤프트 각도를 수용할 수 있는 동시에 향상된 장치의 견고성 및 향상된 장치 요소들의 배열을 제공할 수 있는 기어를 처리하기 위한, 예를 들면 시험 장치 또는 래핑 장치와 같은 장치를 제공한다.

도 1 은 스핀들이 90°미만으로 배향되어 있는 본 발명의 장치를 도시한 도면.

도 2 는 스핀들이 180°로 배향되어 있는 본 발명의 장치를 도시한 도면.

도 3 은 머신 베이스의 경사진 베드부에서의 그루브 및 도관의 정면도.

도 4 는 도관의 피벗 이동을 도시한 머신 베이스의 평면도.

도 5 는 그루브와 연통하는 도관을 도시한 머신 베이스의 경사진 베드부의 측면도.

본 발명의 상세한 설명은 단지 예시적인 방식으로 본 발명을 나타내고 있는 첨부 도면을 참조하여 설명될 것이다. 본 발명은 바람직한 실시예로서 기어 시험 장치에 대하여 설명되고 예시될 것이다. 그러나, 이러한 내용은 기어 래핑, 절삭 및 연마 머신과 같은 다른 기어 가공처리 장치에 마찬가지로 적용가능하다. 설명을 위한 모든 도면에서, 도시된 장치는 수평면 상에 위치되어 있다.

도 1은 고정 컬럼(6)과 일체로 되어 있는 베이스부(4)를 갖고 있는 기어 시험 장치(2)를 도시하고 있다. 컬럼(6)은 볼트와 같은 수단 또는 용접에 의해서 베이스(4)에 고정되거나, 또는 컬럼(6)과 베이스(4)가 주조에 의한 것과 같이 원피스 유닛으로 형성될 수 있다. 베이스(4) 및/또는 컬럼(6)은 주철 또는 강철과 같은 금속으로 만들어지거나, 또는 무기물 집합체과 같은 비금속 물질로 만들어질 수 있다. 또한 베이스(4)는 바람직하게 베이스(4)의 부품으로 주조되지만 컬럼(6)과 유사한 방식으로 베이스(4)에 부착될 수 있는 경사진 베드부(8)를 포함하고 있다. 바람직하게, 또한 컬럼(6)은 장치의 견고함을 향상시키기 위해 경사진 베드부(8)에 부착된다.

제 1 슬라이드(10)는 적어도 하나의 가이드(예를 들면, 레일)(12)를 통하여 컬럼(6)에서 상하(Y-축) 운동하도록 배열되어 있다. 제 1 스핀들(14)은 스핀들 지지 캐리지(17)를 통하여 슬라이드(10)에 배열되어 있다. 스핀들(14)은 적어도 하나의 가이드(예를 들면, 레일)(18)을 통하여 슬라이드(10)에서 수평(X-축) 운동할 수 있다. 비록 스핀들(14)은 피벗 이동하지 않는 것이 바람직하지만, 스핀들(14)은 스핀들 축선(A)에 대하여 회전가능하고 수직 축선에 대하여 피벗 이동가능한 것이 될 수 있다.

제 2 슬라이드(16)는 적어도 하나의 가이드(예를 들면, 레일)(19)를 통하여 경사진 베드부(8)에서 수평(Z-축) 운동하도록 배열되어 있다. 제 2 스핀들(20)은 슬라이드(16)에 배치된 스핀들 지지 캐리지(22)에 위치되어 있다. 스핀들(20)은 스핀들 축선(C)에 대하여 회전가능하다. 바람직하게, 축(X, Y, Z)은 서로에 대하 여 직교하고 있지만 이것이 필수적인 것은 아니다. 하나 이상의 축이 직교 배열로부터 경사져 있을 수 있다. 바람직하게, 피벗 축선(B)은 수직이다. 스핀들(14, 20)은 직접 구동 스핀들, 벨트 구동 스핀들 또는 그 조합이 될 수 있다.

터닛 방식이 아닌 설계(non-turret design)의 스핀들(20) 및 캐리지(22)는 시험 또는 래핑 가공 중에 피벗 축선(B)이 기어 쌍의 맞물림 지점 가까이 있을 수 있도록 한다. 바람직하게, 피벗 축선(B)은 축선(C) 측면의 스핀들(14)에 배치된다(서로에 대하여 90°로 위치된 축선(A, C)과 함께 보았을 때). 이와 같은 배열은 선형적인 이동 범위를 최소화하고 위치 정밀도를 증가시킨다. 추가적으로, 예를 들면 구별되는 다른 경우의 조립체에 장착된 링기어와 함께 부가적인 지지부가 필요할 때 캐리지(22)는 바람직하게 테이블(23)에 장착된 외측 지지부를 포함할 수 있다. 사용하지 않거나 또는 기어쌍 부재, 일반적으로 링기어의 로딩 및 언로딩을 위해서 외측 지지부는 스핀들(20)로부터 멀어지게 아래로 회전가능하다.

A 축선 에 대한 제 1 스핀들 회전과 C 축선에 대한 제 2 스핀들 회전 뿐만 아니라 피벗 축선 B에 대한 스핀들(20)의 피벗 이동, X-축 방향에서의 제 1 스핀들(14), Z-축 방향에서의 제 2 스핀들(20), Y-축 방향에서의 슬라이드(10)의 이동은 개별적인 구동 모터(도시 생략)에 의해서 부여된다. 위에서 열거한 구성요소는 서로에 대하여 독립적으로 이동하거나 또는 서로 동시에 이동할 수 있다. 각각의 개별적인 모터는 화낙 모델(Fanuc model) 180i와 같은 컴퓨터 컨트롤러에 입력된 지시에 따라서 구동모터의 작동을 조절하는 CNC 시스템의 부품인 선형 또는 회전 인코더(도시 생략)와 같은 피드백 디바이스와 결합되어 있다.

베벨 기어를 위한 수많은 시험 장치 또는 래핑 머신은 스핀들 축선 사이의 각도(대부분의 베벨 기어 쌍의 샤프트 각도)가 90°이 되도록 구성되어 있는 반면에, 본 발명은 넓은 범위의 샤프트 각도가 수용될 수 있도록 스핀들(20)의 피벗 이동을 제공한다. 예를 들면, 도 1은 A 축선과 C 축선 사이에 90°미만의 각도(예를 들면, 65°)를 나타내는 한편 도 2는 A 축선과 C 축선이 서로에 대하여 180°로 위치되어 있는 동일한 장치를 도시하고 있다. 도 2의 배열(즉, 180°)은 그 축선들이 서로에 대하여 180°로 배열되어 있는 원통 기어(예를 들면, 스퍼 기어 또는 헬리컬 기어 쌍)의 검사 또는 래핑 가공을 위해 적합하다. 본 발명의 장치는 또한 A 축선과 C 축선 사이에 180°를 초과, 예를 들면 185°이상의 각도가 될 수 있다.

도 3에서 경사진 베드부(8)는 그 안에 그루브 또는 채널(28)이 배치되는 경사진 표면(26)을 포함하고 있다. 그루브(28)는 표면(26)에 가공되거나 경사진 베드부(8)가 주조에 의해 제조될 때 형성될 수 있다. 그루브(28)는 파이프 또는 트로프와 같은 피벗 도관(32)이 뻗어 있는 개구(30)를 포함한다. 도관(32)은 머신 베이스(4)에 배치되어 머신 베드(4)의 외부 표면에 가까운 위치(예를 들면 개구(30)의 반대쪽)로부터 그루브(28)의 개구(30)로 뻗어 있다. 작동(피벗 운동을 포함)을 위해 스핀들(20)과 연통하는 것이 필요한 요소(예를 들면 와이어, 튜브, 기타 등등)(36)는 예를 들면 피벗 스핀들(24)의 개구를 경유하여 도관을 통해서 스핀들(20)로 향하게 된다(도 5). 도시된 바와 같이 도관(32)은 도면부호 34에서 피벗가능하고 슬라이드(16)에 연결됨으로써, 슬라이드(16)가 Z 축 방향으로 이동될 때 도관(32)은 그루브(28)의 개구(30) 내에서 슬라이드(16)의 이동을 추종하여 이 동하게 되어 스핀들(20)과 요소(36)의 연통을 유지한다. 와이어, 튜브 등이 도관(32)을 경유하여 스핀들(20)로 향하게 되어, 머신의 작업 구역에서 가시성이 향상된다.

또한 바람직하게 본 발명의 장치는 스핀들(14)과 컬럼(6) 사이의 위치이지만 스핀들(14)의 중심 아래에서 X 방향으로 스핀들(14) 및 캐리지(17)의 이동을 위한 볼스크루(도시 생략)의 배치를 포함하고 있다. 예를 들면, 스핀들(14) 및 캐리지(17)의 후방으로부터 보았을 때, 볼스크루는 전형적인 3시 위치 대신에 5시 위치에 배치된다.

부가적으로, 상부 및 하부 X 방향 레일(18)은 상부 레일이 하부 레일보다 컬럼(6)에 가깝게 위치된 상태로 바람직하게 경사진 방식으로 배열된다. 설명한 볼스크루 및 레일 배열에 따라, Y 방향 레일에 대해 돌출된 스핀들의 감소가 실형되고 적절한 공간이 생성됨으로써 필요하다면 스핀들(14)을 구동하기 위한 벨트 구동 모터는 레일(18)이 컬럼(6)으로부터 동일한 거리에 위치되어 있는 경우에 가능한 것 보다 컬럼(6)에 더욱 가깝게 위치될 수 있다. 레일(18 및/또는 19)의 상부 표면은 베드부(8) 및/또는 슬라이드(10)의 경사각에 대하여 대체로 평행하게 배향(예를 들면 도 5의 도면부호 19 참조)되거나, 레일(18 및/또는 19)의 상부 표면은 도 3의 도면부호 19로 예시된 것처럼 수평 방식으로 배향될 수 있다.

시험 또는 래칭 가공에서, 링기어는 바람직하게 스핀들(20)에 위치되고 피니언은 전형적인 공작물 유지 설비를 통하여 스핀들(14)에 위치된다. 상술한 바와 같이, 래핑 가공 또는 시험에서 제 1 자유도 운동은 링기어 축선 C(G 방향)의 방향 에서의 상대 운동으로서, 이것은 기어쌍 부재가 90°의 샤프트 각도를 가질 경우 Z 축 방향에 존재하지만 90°이외의 샤프트 각도가 존재할 때 X 축과 Z 축의 방향에서의 조화 운동을 요구한다. 제 2 자유도는 X 축 방향에 존재하는 피니언 축선 A(H 방향)의 방향에서의 상대 운동이다. 제 3 자유도는 Y 축 방향에 존재하는 링기어와 피니언 축선 사이(V 방향)의 거리이다.

설명한 장치에서 기어를 래핑 가공할 때, 마모성 래핑 컴파운트에 의해 부정적인 영향을 받는 레일, 스핀들, 테일블 및 다른 구성요소를 적절히 보호 또는 커버하기 위한 것이 구비되어야 한다. 기어 쌍 부재를 위한 밀봉된 래핑 챔버가 사용될 수 있다. 만약 필요하다면, X 축과 Z 축이 서로에 대하여 직교(즉, 90°로 배향)하여 뻗어서 90°의 고정된 방위에서 기어 쌍 부재를 처리할 수 있도록 제 1 스핀들(14)과 제 2 스핀들(20)이 서로에 대하여 고정된 방식(즉, 어느 것도 피벗 운동할 수 없음)으로 배향될 수 있다.

본 발명은 바람직한 실시예를 참조로 설명되었지만 본 발명은 이러한 특정 실시예에 제한되는 것은 아니다. 본 발명은 첨부된 청구범위의 사상과 범위를 벗어남 없이 발명의 대상이 속하는 기술분야의 당업자에게 명백한 변경을 포함하도록 의도된 것이다.

Claims (22)

1. 기어 처리 장치에 있어서,

   고정 컬럼과 일체인 베이스부;

   회전 축선을 가지고 있으며 상기 컬럼에 이동가능하게 장착된 제 1 스핀들;

   상기 베이스부에 배치된 경사진 베드부;

   회전 축선을 가지고 있으며 상기 경사진 베드부에 이동가능하게 장착된 제 2 스핀들;을 포함하고 있으며

   상기 제 1 스핀들과 상기 제 2 스핀들은 3개의 상이한 방향으로 서로에 대하여 병진 운동가능한 것을 특징으로 하는 기어 처리 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 스핀들과 상기 제 2 스핀들 중의 적어도 하나는 서로에 대하여 적어도 하나의 피벗 축선 둘레로 각도 이동가능하게 되어 있고, 상기 제 1 스핀들 축선과 상기 제 2 스핀들 축선은 서로에 대한 소정 각도에서 기어 쌍 부재의 처리를 실행하도록 서로에 대하여 위치될 수 있으며, 상기 각도는 90° 미만, 90°와 동일, 90°초과 중의 적어도 하나 인 것을 특징으로 하는 기어 처리 장치.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 컬럼과 상기 제 1 스핀들 사이에 위치된 이동가능한 제 1 슬라이드를 더 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 기어 처리 장치.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 제 1 슬라이드는 상기 3개의 상이한 방향중의 첫번째 방향으로 이동가능한 것을 특징으로 하는 기어 처리 장치.
5. 제 3 항에 있어서, 상기 제 1 슬라이드는 상기 3개의 상이한 방향중의 두번째 방향으로 이동가능한 것을 특징으로 하는 기어 처리 장치.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 경사진 베이스부와 상기 제 2 스핀들 사이에 위치된 이동가능한 제 2 슬라이드를 더 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 기어 처리 장치.
7. 제 6 항에 있어서, 상기 제 2 스핀들은, 지지 캐리지가 상기 제 2 슬라이드에 위치되고 상기 제 2 슬라이드에 대하여 각도 이동가능한 상태로 상기 지지 캐리지에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 기어 처리 장치.
8. 제 7 항에 있어서, 상기 캐리지는 외측 지지부를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 기어 처리 장치.
9. 제 6 항에 있어서, 상기 제 2 슬라이드는 상기 3개의 상이한 방향중의 세번째 방향으로 이동가능한 것을 특징으로 하는 기어 처리 장치.
10. 제 2 항에 있어서, 오직 상기 제 2 스핀들 만이 피벗 축선에 대하여 각도 이동가능한 것을 특징으로 하는 기어 처리 장치.
11. 제 2 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 피벗 축선은 수직으로 배향되어 있는 것을 특징으로 하는 기어 처리 장치.
12. 제 1 항에 있어서, 상기 3개의 상이한 방향은 서로에 대하여 직교하는 것을 특징으로 하는 기어 처리 장치.
13. 제 2 항에 있어서, 상기 제 2 스핀들은, 제 1 스핀들과 제 2 스핀들이 서로에 대하여 90°로 배향되어 있는 경우를 기준으로 피벗 축선이 상기 제 1 스핀들과 상기 제 2 스핀들 사이에 위치되는 상태로 상기 피벗 축선에 대하여 각도 이동가능한 것을 특징으로 하는 기어 처리 장치.
14. 제 6 항에 있어서, 상기 장치의 외부 표면에 가까운 위치로부터 뻗어 있는 제 1 단부 및 개구를 통하여 뻗어 있는 제 2 단부를 갖고 있는 피벗가능한 도관을 더 포함하고 있고, 상기 경사진 베드부는 개구를 갖고 있는 경사진 표면을 가지고 있으며, 상기 도관의 상기 제 2 단부가 상기 개구에서 이동가능하게 되어 있으므로 상기 도관은 상기 제 2 슬라이드의 이동을 추종하게 되는 것을 특징으로 하는 기어 처리 장치.
15. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 스핀들은, 상기 제 1 스핀들과 상기 컬럼 사이이며 상기 제 1 스핀들의 중심 아래에 위치된 볼스크루를 통하여 상기 컬럼에 대하여 수평 방향(X)으로 이동가능한 것을 특징으로 하는 기어 처리 장치.
16. 제 3 항에 있어서, 상기 제 1 스핀들은 상부 레일 및 하부 레일을 통하여 상기 제 1 슬라이드 상에 이동가능하게 위치되어 있고, 상기 상부 레일은 상기 하부 레일보다 상기 컬럼에 더 가깝게 위치되어 있는 것을 특징으로 하는 기어 처리 장치.
17. 기어 시험 및 래핑 장치에 있어서,

    고정 컬럼과 일체인 베이스부;

    상기 컬럼에 위치되어 있고 제 1 수직 방향(Y)으로 이동가능한 제 1 슬라이드;

    상기 제 1 슬라이드에 이동가능하게 위치되어 있고 회전 축선(A)을 가지고 있으며 제 1 수평 방향(X)으로 이동가능한 제 1 스핀들;

    상기 베이스부에 배치된 경사진 베드부;

    상기 경사진 베드부에 위치되어 있고 제 2 수평 방향(Z)으로 이동가능한 제 2 슬라이드;

    상기 제 2 슬라이드에 이동가능하게 장착되어 있고 회전 축선(B)을 가지고 있는 제 2 스핀들;을 포함하고 있으며

    상기 제 2 스핀들은 피벗 축선 둘레로 각도 이동가능하므로 상기 제 1 스핀들 축선(A)과 상기 제 2 스핀들 축선(B)은 서로에 대한 소정 각도에서 기어 쌍 부재의 시험 또는 래핑 가공을 실행하도록 서로에 대하여 위치될 수 있으며, 상기 각도는 서로에 대하여 90° 미만, 90°와 동일, 90°초과 중의 적어도 하나 인 것을 특징으로 하는 기어 시험 및 래핑 장치.
18. 제 17 항에 있어서, 방향(X, Y, Z)은 서로에 대하여 직교하는 것을 특징으로 하는 기어 시험 및 래핑 장치.
19. 제 17 항에 있어서, 상기 피벗 축선은, 제 1 스핀들과 제 2 스핀들의 축선이 서로에 대하여 90°로 배향되어 있는 경우를 기준으로 상기 제 1 스핀들과 상기 제 2 스핀들의 축선 사이에 위치되어 있는 것을 특징으로 하는 기어 시험 및 래핑 장치.
20. 제 17 항에 있어서, 상기 장치의 외부 표면에 가까운 위치로부터 뻗어 있는 제 1 단부 및 개구를 통하여 뻗어 있는 제 2 단부를 갖고 있는 피벗가능한 도관을 더 포함하고 있고, 상기 경사진 베드부는 개구를 갖고 있는 경사진 표면을 가지고 있으며, 상기 도관의 상기 제 2 단부가 상기 개구에서 이동가능하게 되어 있으므로 상기 도관은 상기 제 2 슬라이드의 이동을 추종하게 되는 것을 특징으로 하는 기어 시험 및 래핑 장치.
21. 제 17 항에 있어서, 상기 제 1 스핀들은, 상기 제 1 스핀들과 상기 컬럼 사이이며 상기 제 1 스핀들의 중심 아래에 위치된 볼스크루를 통하여 상기 컬럼에 대하여 수평 방향(X)으로 이동가능한 것을 특징으로 하는 기어 시험 및 래핑 장치.
22. 제 17 항에 있어서, 상기 제 1 스핀들은 상부 레일 및 하부 레일을 통하여 상기 제 1 슬라이드 상에 이동가능하게 위치되어 있고, 상기 상부 레일은 상기 하부 레일보다 상기 컬럼에 더 가깝게 위치되어 있는 것을 특징으로 하는 기어 시험 및 래핑 장치.

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