KR20240080388A

KR20240080388A - 장구형 웜기어의 웜 샤프트 가공 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20240080388A
Application number: KR1020220163680A
Authority: KR
Inventors: 윤용선; 김용현; 구본생
Original assignee: 칸에스티엔 주식회사
Priority date: 2022-11-30
Filing date: 2022-11-30
Publication date: 2024-06-07
Also published as: WO2024117579A1

Abstract

본 발명은 장구형의 웜 샤프트(worm shaft)와 웜 휠(worm wheel)로 구성되는 장구형 웜 기어(double enveloping worm gear)의 상기 웜 샤프트를 가공하는 장치 및 방법으로서, 상기 웜 샤프트를 길이 방향인 X 축을 중심으로 회전시키는 A 축 스핀들과, 상기 웜 샤프트의 길이에 따라 X 축 방향으로 이동 가능한 지지체가 구비되는 X 축 테이블; 커터날이 상기 웜 샤프트의 절삭면을 향하도록 설치되는 웜 가공 커터와, 상기 웜 가공 커터를 Z 축을 중심으로 회전시키는 C 축 스핀들을 포함하는 새들; 상기 새들의 Z 축 방향 이동이 가능하도록 구비되는 컬럼(column); 및 상기 X 축 테이블과 컬럼의 하부에 구비되어, 상기 X 축 테이블의 X 축 방향 이동이 가능하고, 상기 컬럼의 Y 축 방향 이동이 가능하도록 구비되는 베드;를 포함하고, 상기 웜 가공 커터의 잇수와 상기 웜 휠의 잇수가 동일한 경우, 상기 웜 가공 커터의 잇수와 상기 웜 휠의 잇수의 비에 따라 결정된 속도비로 상기 A 축 스핀들 및 C 축 스핀들이 회전되어 상기 웜 샤프트 및 웜 가공 커터가 회전되면, 상기 컬럼이 Y 축 방향으로 전진되어 상기 웜 가공 커터가 상기 웜 샤프트로 진입되되, 상기 커터의 치끝지름(tip diameter)이 상기 웜 샤프트의 곡경(root diameter)까지 진입되면서 가공이 시작되고, 상기 컬럼이 Y 축 방향으로 후진되면서 상기 새들이 Z 축 방향으로 상승되어 상기 웜 가공 커터가 후진 및 상승되고, 상기 컬럼이 다시 Y 축 방향으로 전진되어 상기 웜 가공 커터가 상기 웜 샤프트로 진입된 다음, 상기 새들이 Z 축 방향으로 하강되어 상기 웜 가공 커터가 하강되면서 상기 웜 샤프트의 가공이 진행되는 것을 특징으로 한다.

Description

장구형 웜기어의 웜 샤프트 가공 장치 및 방법{PROCESSING APPARATUS AND METHOD FOR WORM SHAFT OF DOUBLE ENVELOPING WORM GEAR}

본 발명은 장구형 웜 기어의 웜 샤프트 가공 장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 장구형상을 갖는 웜 샤프트의 나사산 가공 공정이 용이하게 이루어질 수 있는 장구형 웜기어의 웜 샤프트 가공 장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로 동력전달장치의 동력전달체계는 원에 감은 실을 팽팽한 상태로 풀 때 실 끝이 그리는 궤적인 인볼류트(involute) 곡선을 이용한 치형을 갖는 기어가 주로 사용되고 있다.

이러한 기어는 그 치형이 원주상에 형성되고, 2개 또는 그 이상의 축 사이에 원주상에 형성된 기어를 맞물려서 회전이나 동력을 전달하는 장치로서, 기어를 이용할 경우 동력이나 회전의 전달이 확실하고, 정확한 각속도비로 전달할 수 있다.

이러한 기어의 종류는 스퍼기어, 헬리컬기어, 베벨기어, 웜기어 등이 있다.

특히, 웜기어는 일반기어에 대해 월등히 큰 기어비를 가지고 있으며, 동력의 입력방향과 출력방향이 직각으로 되는 특수 기어이다.

웜기어로 구성된 동력전달장치의 경우, 웜 샤프트(worm shaft)는 봉 형상인데 반하여, 웜 샤프트의 이빨과 맞물려 접촉하는 웜 휠(worm wheel)은 원반 형상을 가지며, 웜 샤프트의 이빨은 원주를 따라 간격을 두고 형성되므로, 웜 샤프트와 웜 휠의 상호 접촉 면적이 작아지는 즉, 물림율이 저하되는 문제점이 있다.

이러한 기존의 웜 샤프트와 웜 휠은 맞물리는 치형의 접촉면적(contact area)이 좁기 때문에 기어 이(gear tooth)에 가해지는 압력이 국부적이어서 압력이 높아 토크(torque)가 낮고 웜과 웜기어로서의 효율성이 떨어진다.

즉, 출력되는 회전력의 효율이 떨어지고 기어 이의 내구성과 수명과 떨어지고 충격에 약하며 소음 및 진동이 커지는 문제가 있다.

이러한 문제점을 개선하기 위해, 동력전달장치로서 장구 형상의 웜 샤프트 예컨대, 힌들리 웜(hindley worm)이 알려져 있다.

장구형 웜 샤프트는 외주면에 장구 형상으로 만곡되고, 만곡 영역에 나선형의 홈 예컨대, 나선형의 이빨이 형성된 것으로서, 이와 맞물리는 웜 휠은 이빨 수가 많아서 이빨간의 압력을 지지하는 면적이 통상의 웜 기어에 비해 넓어지므로, 기어의 마모를 감소시키는 동시에, 큰 동력을 전달할 수 있는 특징이 있다.

그런데, 종래의 동력전달장치는 이러한 장구형 웜 기어로 한정하여 사용하고 있으며, 장구형 웜 샤프트의 특징을 충분히 살려 다양한 형태의 기어와 함께 사용하지 못하는 실정이다.

그리고 기존의 장구형 웜 샤프트의 기어 이 또한 볼록모양치형(convex shape tooth form)으로 구성되어 있어, 웜 휠의 원주 접촉면에 감싸지는 형태로 구성되지 못하기 때문에 접촉율(contact ratio)이 떨어지고, 접촉면적이 좁아, 기어 이에 가해지는 압력이 국부적으로 되어 압력이 높아 토크가 낮고 효율성이 떨어지는 문제점이 있다.

또한, 이러한 장구형 웜 기어의 가공을 위하여는 일반적인 웜 가공장치에서 중심축에서 외측으로 점차 커지는 직경의 가공과 각 웜 피치가 이루는 리드각의 가공 등을 자동으로 수행할 수 없는 문제점이 있다.

그리고 가공 시 중심축이 회전하며 가공을 하고, 이러한 가공은 기계적인 제어를 하더라도 기계 동작에 의한 토크로 인해 절삭시 회전에 의한 밀림이 생겨 오차가 발생하는 문제점이 생길 수 있다.

이와 같이, 장구형 웜 기어의 경우, 더 높은 토크 수용력으로 고부하 용량 및 고효율 동력 전달이 가능한 장점이 있으나, 전술한 바와 같이 종래 기술로는 가공하는 데에 문제점이 많고, 정밀한 작업이 이루어질 수 없으므로, 기술 개발이 시급한 실정이다.

대한민국 등록특허공보 제10-2377424호(2022.03.17.) 대한민국 공개특허공보 제10-2016-0028198호(2016.03.11.)

본 발명은 상기와 같은 기술 배경을 바탕으로 안출된 것으로, 장구형 웜 기어의 웜 샤프트 가공 공정을 용이하고 정밀하게 수행할 수 있는 장구형 웜기어의 웜 샤프트 가공 장치 및 방법을 제공하는데 목적이 있다.

그리고 본 발명은 웜 샤프트의 X 축 이동, 웜 가공 커터의 Y 축 및 Z 축 이동, 웜 샤프트의 A 축 회전, 커터의 C 축 회전, 및 커터가 설치된 새들의 B 축 틸팅이 가능하여, 웜 샤프트의 가공 공정이 용이하게 이루어질 수 있는 장구형 웜기어의 웜 샤프트 가공 장치 및 방법을 제공하는데 목적이 있다.

또한, 플런징(plunging) 동작으로 버(burr)의 제거가 가능한 장구형 웜기어의 웜 샤프트 가공 장치 및 방법을 제공하는데 목적이 있다.

그리고 새들의 B 축 틸팅을 통해 웜 샤프트에 리드각을 형성할 수 있는 장구형 웜기어의 웜 샤프트 가공 장치 및 방법을 제공하는데 목적이 있다.

본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 장구형의 웜 샤프트(worm shaft)와 웜 휠(worm wheel)로 구성되는 장구형 웜 기어(double enveloping worm gear)의 상기 웜 샤프트를 가공하는 장치로서, 상기 웜 샤프트를 길이 방향인 X 축을 중심으로 회전시키는 A 축 스핀들과, 상기 웜 샤프트의 길이에 따라 X 축 방향으로 이동 가능한 지지체가 구비되는 X 축 테이블; 커터날이 상기 웜 샤프트의 절삭면을 향하도록 설치되는 웜 가공 커터와, 상기 웜 가공 커터를 Z 축을 중심으로 회전시키는 C 축 스핀들을 포함하는 새들; 상기 새들의 Z 축 방향 이동이 가능하도록 구비되는 컬럼(column); 및 상기 X 축 테이블과 컬럼의 하부에 구비되어, 상기 X 축 테이블의 X 축 방향 이동이 가능하고, 상기 컬럼의 Y 축 방향 이동이 가능하도록 구비되는 베드;를 포함하고, 상기 웜 가공 커터의 잇수와 상기 웜 휠의 잇수가 동일한 경우, 상기 웜 가공 커터의 잇수와 상기 웜 휠의 잇수의 비에 따라 결정된 속도비로 상기 A 축 스핀들 및 C 축 스핀들이 회전되어 상기 웜 샤프트 및 웜 가공 커터가 회전되면, 상기 컬럼이 Y 축 방향으로 전진되어 상기 웜 가공 커터가 상기 웜 샤프트로 진입되되, 상기 커터의 치끝지름(tip diameter)이 상기 웜 샤프트의 곡경(root diameter)까지 진입되면서 가공이 시작되고, 상기 컬럼이 Y 축 방향으로 후진되면서 상기 새들이 Z 축 방향으로 상승되어 상기 웜 가공 커터가 후진 및 상승되고, 상기 컬럼이 다시 Y 축 방향으로 전진되어 상기 웜 가공 커터가 상기 웜 샤프트로 진입된 다음, 상기 새들이 Z 축 방향으로 하강되어 상기 웜 가공 커터가 하강되면서 상기 웜 샤프트의 가공이 진행되는 것을 특징으로 한다.

그리고 본 발명에 따른 바람직한 실시예에 따르면, 상기 새들은, Y 축을 중심으로 틸팅되는 B 축 새들 블럭(saddle block)을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 장구형의 웜 샤프트와 웜 휠로 구성되는 장구형 웜 기어의 상기 웜 샤프트를 가공하는 장치로서, 상기 웜 샤프트를 길이 방향인 X 축을 중심으로 회전시키는 A 축 스핀들이 구비되고, 상기 웜 샤프트의 길이에 따라 X 축 방향으로 이동 가능한 지지체가 구비되는 X 축 테이블; 커터날이 상기 웜 샤프트의 절삭면을 향하도록 설치되는 웜 가공 커터, 상기 웜 가공 커터를 Z 축을 중심으로 회전시키는 C 축 스핀들, 및 Y 축을 중심으로 틸팅되는 새들 블럭(saddle block)을 포함하는 새들; 상기 새들의 Z 축 방향 이동이 가능하도록 구비되는 컬럼(column); 및 상기 X 축 테이블과 컬럼의 하부에 구비되어, 상기 X 축 테이블의 X 축 방향 이동이 가능하고, 상기 컬럼의 Y 축 방향 이동이 가능하도록 구비되는 베드;를 포함하고, 상기 웜 가공 커터의 잇수가 상기 웜 휠의 잇수보다 적은 경우, 상기 웜 가공 커터의 잇수와 상기 웜 휠의 잇수의 비에 따라 결정된 속도비로 상기 A 축 스핀들 및 C 축 스핀들이 회전되어 상기 웜 샤프트 및 웜 가공 커터가 회전되면, 상기 컬럼이 Y 축 방향으로 전진되어 상기 웜 가공 커터가 상기 웜 샤프트로 진입되되, 상기 커터의 치끝지름이 상기 웜 샤프트의 곡경까지 진입되면서 가공이 시작되고, 동시에 상기 X 축 테이블이 X 축 방향으로 이동되면서 상기 웜 샤프트가 X 축 이동되어, 상기 웜 가공 커터가 상기 웜 휠의 PCD(Pitch Circle Diameter)와 상기 웜 가공 커터의 PCD의 중심을 따라 형성되는 원호를 따라 이송되면서 가공이 진행되며, 상기 새들이 Z 축 방향으로 하강되어 상기 웜 가공 커터가 하강되면서 상기 웜 샤프트의 가공이 진행되고, 상기 웜 가공 커터의 회전 방향과 상기 웜 가공 커터의 이송 방향은 동일한 방향 또는 서로 반대되는 방향일 수 있는 것을 특징으로 한다.

그리고 본 발명에 따른 바람직한 실시예에 따르면, 상기 X 축 테이블은, 상기 지지체와 연결되어 X 축 이동되도록 하는 제1 이송장치와, 상기 지지체의 이동에 대한 정밀 제어가 가능한 제1 엔코더 및 리니어 스케일을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 바람직한 실시예에 따르면, 상기 베드는, 상기 X 축 테이블과 연결되어 X 축 이동되도록 하는 제2 이송장치와, 상기 X 축 테이블의 이동에 대한 정밀 제어가 가능한 제2 엔코더 및 리니어 스케일을 더 포함하고, 상기 컬럼과 연결되어 Y 축 이동되도록 하는 제3 이송장치와, 상기 컬럼의 이동에 대한 정밀 제어가 가능한 제3 엔코더 및 리니어 스케일을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고 본 발명에 따른 바람직한 실시예에 따르면, 상기 컬럼은, 상기 새들과 연결되어 Z 축 이동되도록 하는 제4 이송장치와, 상기 새들의 이동에 대한 정밀 제어가 가능한 제4 엔코더 및 리니어 스케일을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 장구형 웜 기어의 웜 샤프트 가공 장치를 이용한 웜 샤프트 가공 방법으로서, 상기 웜 가공 커터의 잇수와 상기 웜 휠의 잇수의 비에 따라 결정된 속도비로 상기 A 축 스핀들 및 C 축 스핀들이 회전되어 상기 웜 샤프트 및 웜 가공 커터가 회전되는 단계; 상기 컬럼이 Y 축 방향으로 전진되어 상기 웜 가공 커터가 상기 웜 샤프트로 진입되되, 상기 커터의 치끝지름이 상기 웜 샤프트의 곡경까지 진입되면서 가공이 시작되는 단계; 상기 컬럼이 Y 축 방향으로 후진되면서 상기 새들이 Z 축 방향으로 상승되어 상기 웜 가공 커터가 후진 및 상승되는 단계; 상기 컬럼이 다시 Y 축 방향으로 전진되어 상기 웜 가공 커터가 상기 웜 샤프트로 진입되면서 가공이 진행되는 단계; 및 상기 새들이 Z 축 방향으로 하강되어 상기 웜 가공 커터가 하강되면서 가공이 진행되는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 장구형 웜 기어의 웜 샤프트 가공 장치를 이용한 웜 샤프트 가공 방법으로서, 상기 웜 가공 커터의 잇수와 상기 웜 휠의 잇수의 비에 따라 결정된 속도비로 상기 A 축 스핀들 및 C 축 스핀들이 회전되어 상기 웜 샤프트 및 웜 가공 커터가 회전되는 단계; 상기 컬럼이 Y 축 방향으로 전진되어 상기 웜 가공 커터가 상기 웜 샤프트로 진입되되, 상기 웜 가공 커터의 치끝지름이 상기 웜 샤프트의 곡경까지 진입되면서 가공이 시작되는 단계; 동시에 상기 X 축 테이블이 X 축 방향으로 이동되면서 상기 웜 샤프트가 X 축 이동되어, 상기 웜 가공 커터가 상기 웜 휠의 PCD와 상기 웜 가공 커터의 PCD의 중심을 따라 형성되는 원호를 따라 이송되면서 가공이 진행되는 단계; 및 상기 컬럼이 Z 축 방향으로 하강되어 상기 웜 가공 커터가 하강되면서 가공이 진행되는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기한 구성에 의한 본 발명은 아래와 같은 효과를 기대할 수 있다.

장구형 웜 기어의 웜 샤프트 가공을 용이하고 정밀하게 수행할 수 있는 효과가 있다.

즉, 웜 샤프트를 X 축과 A 축으로 회전시키면서 X 축 방향으로 이동 가능하고, 커터를 X 축과 직교하는 방향인 Y 축과 C 축으로 회전시키면서 Y 축과 Z 축 방향으로 이동 가능하며, 또한 커터를 A 축 및 C 축과 각각 직교하는 방향인 B 축을 중심으로 틸팅이 가능하여, 웜 샤프트의 가공 공정이 용이하게 이루어질 수 있다.

이 때, 전술한 A 축 회전, X 축 이동, C 축 회전, 및 Y 축 이동은 동기화되어 제어가 가능하여, 커터의 사이즈에 따라 용이하게 웜 샤프트의 가공이 이루어질 수 있는 효과가 있다.

그리고 Z 축 방향으로 플런징이 가능하여 버의 제거가 용이하고, B 축을 중심으로 하는 틸팅 동작으로 인해 웜 샤프트의 리드각도 설정할 수 있어, 필요에 따른 정밀한 가공이 용이한 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 장구형 웜 기어의 웜 샤프트 가공 장치를 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 장구형 웜 기어의 웜 샤프트 가공 장치의 X 축 테이블, 베드 및 컬럼의 내부 구조를 나타내는 간략도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 구형 웜 기어의 웜 샤프트 가공 장치에서 커터의 잇수와 웜휠의 잇수가 동일한 경우의 웜 샤프트 및 웜 가공 커터를 나타내는 단면도이다.
도 4는 도 3에서 가공 진행 상태를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 장구형 웜 기어의 웜 샤프트 가공 장치에서 커터의 잇수가 웜휠의 잇수보다 적은 경우의 웜 샤프트 및 웜 가공 커터를 나타내는 단면도이다.
도 6은 도 5에서 가공 진행 상태를 나타내는 도면이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하고자 한다. 설명에 앞서 본 발명의 이점 및 특징 및 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그리고 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것으로 본 발명을 제한하고자 하는 것이 아니며, 이러한 용어 중 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함하는 것이고, 설명 상에 방향을 지칭하는 단어는 설명의 이해를 돕기 위한 것으로 시점에 따라 변경 가능함을 주지하는 바이다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 장구형 웜의 웜 샤프트 가공 장치를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다. 도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 장구형 웜의 웜 샤프트 가공 장치를 나타내는 사시도이다.

도면에 도시된 좌표에 따라 X 축, Y 축, Z 축이 정의되고, X 축을 중심으로 회전하는 축을 A 축 회전, Y 축을 중심으로 회전(또는 틸팅; tilting)하는 축을 B 축 회전(또는 B 축 틸팅), 및 Z 축을 중심으로 회전하는 축을 C 축 회전으로 정의한다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 장구형 웜 기어의 웜 샤프트 가공 장치(100)는 웜 샤프트(worm shaft; 60)를 회전 및 이동시키면서, 회전 및 이동되는 커터(33)를 이용하여 가공하는 것으로, X 축 테이블(10), 웜 가공 커터(20), 새들(saddle; 30), 컬럼(column; 40), 및 베드(50)를 포함한다.

X 축 테이블(10)은 가공을 위한 웜 샤프트(60)가 고정 및 회전되는 것으로, 웜 샤프트(60)를 길이 방향인 X 축을 중심으로 회전시키는 A 축 스핀들(11)과, X c축 테이블(10) 상에 구비되어 웜 샤프트(60)의 길이에 따라 X 축 방향으로 이동 가능한 지지체(13)를 포함한다.

즉, 웜 샤프트(60)는 A 축 스핀들(11)에 의해 X 축을 중심으로 회전되는 것으로, A 축 회전된다. 여기서, A 축 회전은 하기되는 C 축 회전과 동기화되어 회전되는데, 이는 이하에서 설명한다.

그리고 웜 샤프트(60)는 지지체(13) 및 척 죠(chuck jaw; 15)에 의해 고정되는데, 도면에 도시된 바와 같이, 웜 샤프트(60)는 일측이 척 죠(15)에 의해 고정된 상태에서 A 축 스핀들(11)에 의해 회전력이 제공되고, 타측에서는 회전되는 웜 샤프트(60)의 중심점을 지지하는 지지체(13)가 구비되는 심압대(tailstock) 구조에 의해 회전 및 고정된다.

여기서, 지지체(13)는 X 축 테이블(10) 상에서 레일을 따라 X 축 이동이 가능한데, 가공을 위한 웜 샤프트(60)의 길이에 맞게 지지체(13)를 레일을 따라 X 축 이동시켜, 웜 샤프트(60)를 고정하게 된다.

이러한 지지체(13)의 X 축 이동을 위해서 제1 이송장치가 구비되는데, 이러한 제1 이송장치의 한 예가 도 2에 도시된다. 도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 장구형 웜 기어의 웜 샤프트 가공 장치의 X 축 테이블, 베드 및 컬럼의 내부 구조를 나타내는 간략도이다.

도 2를 참조하면, X 축 테이블(10)은 지지체(13)와 연결되는 너트(61), 너트(61)와 연결되어 지지체(13)가 X 축 이동되도록 하는 볼 스크류(62), 볼 스크류(62)를 구동시키는 모터(63), 볼 스크류(62)와 모터(63)를 연결하는 커플링(65)을 포함하고, 지지체(13)의 이동 변위를 측정하어 정밀 제어가 가능한 엔코더(64) 및 리니어 스케일(linear scale; 67)을 포함한다.

본 발명에 따른 제1 이송장치는 전술한 구성에 한정되는 것은 아니고, 지지체(13)의 X 축 선형 이동을 위한 구성은 어느 형태이든지 가능하며, 전술한 구성에서 너트 및 볼스크류를 제외하고 리니어 모터로 구동될 수도 있다.

여기서, 리니어 스케일(67)은 지지체(13)의 X 축 이동량을 측정하여 피드백하는 장치로서, 지지체(13)의 X 축 이동이 필요하게 되면, 엔코더(64) 및 모터(63)의 구동으로 볼 스크류(62) 및 너트(61)에 의한 지지체(13)가 이동되고, 리니어 스케일(67)이 지지체(13)의 위치를 확인하여, 이동되어야 할 위치와 다른 경우 에러값을 보정하여 피드백 제어하게 된다.

또한, 지지체(13)는 별도의 동력원은 가지지 않으나, 회전될 수 있는 형태이고, 단부로 테이퍼져서 끝 뿌분이 뾰족하게 형성되어 웜 샤프트(60)의 타단면 중심부분에 접촉 지지된다.

다음으로, 새들(saddle; 30)은 웜 샤프트(60)의 가공을 위한 웜 가공 커터(20)가 구비되는 곳으로, 커터날이 웜 샤프트(60)의 절삭면을 향하도록 설치되는 웜 가공 커터(20), Y 축을 중심으로 틸팅되는 B 축 새들 블럭(saddle block; 33), 및 웜 가공 커터(20)를 Z 축을 중심으로 회전시키는 C 축 스핀들(31)을 포함한다.

웜 가공 커터(20)는 Z 축을 중심으로 회전되는 C 축 스핀들(31)에 구비되어 C 축 회전되고, 도면에서와 같이, 커터날이 웜 샤프트(60)의 절삭면을 향하도록 새들 블럭(33)에 구비된다.

여기서, 새들 블럭(33)은 'ㄱ'자 형상으로, 도면에서와 같이, 가로변은 Y 축 방향으로 구비되는 것으로, 가로변의 하면에는 하부를 향하도록 C 축 스핀들(31)이 구비되어 웜 가공 커터(20)의 커터날이 웜 샤프트(60)의 절삭면을 향하도록 한다.

여기서, 새들 블럭(33)의 형상이 'ㄱ'자 형상인 것에 한정되는 것은 아니고, 새들 블럭(33)에 의해 웜 가공 커터(20)가 웜 샤프트(50)의 절삭면을 향하고, 웜 가공 커터(20)의 B 축 틸팅이 가능한 형상이면 어떠한 형상이든지 가능하다.

그리고 새들 블럭(33)의 세로변은 Z 축 방향으로 구비되는 것으로, 컬럼(40)에 구비되고, 특히 새들(30)에서 Y 축을 중심으로, 즉 B 축으로 틸팅되도록 구비된다.

즉, 새들 블럭(33)은 C 축 스핀들(31)이 Z 축을 중심으로 회전되고, Y 축을 중심으로, 즉 B 축으로 틸팅되도록 새들(30)에 구비된다.

다음으로, 컬럼(40)은 새들(30)의 Z 축 방향 이동이 가능하도록 구비되는 것으로, 컬럼(40)의 전면에는 레일이 구비되어, 새들(30)이 레일을 따라 Z 축 방향으로 이동이 가능하다.

이러한 컬럼(40)의 레일을 따라 새들(30)의 Z축 이동을 위하여 제4 이송장치가 구비되는데, 도 2에 도시된 바와 같이, 컬럼(40)은 새들(30)과 연결되는 너트(61), 너트(61)와 연결되어 새들(30)이 Z 축 이동되도록 하는 볼 스크류(62), 볼 스크류(62)를 구동시키는 모터(63), 볼 스크류(62)와 모터(63)를 연결하는 커플링(65), 및 새들(30)의 이동 변위를 측정하여 정밀 제어가 가능한 엔코더(64) 및 리니어 스케일(67)을 포함한다.

여기서, 제4 이송장치 역시 전술한 제1 이송장치와 마찬가지로, 도 2의 구성에 한정되는 것은 아니다.

다음으로, 베드(50)는 X 축 테이블(10)과 컬럼(40)의 하부에 구비되어, X 축 테이블(10)의 X 축 방향 이동이 가능하고, 컬럼(40)의 Y 축 방향 이동이 가능하도록 한다.

즉, 베드(50)는 상부에 X 축 방향으로 레일이 구비되어 X 축 테이블(10)의 X 축 이동이 가능하도록 하고, 상부에 Y 축 방향으로 레일이 구비되어 컬럼(40)의 Y축 이동이 가능하도록 한다.

이를 위해, 제2 이송장치가 구비되고, 도 2에 도시된 바와 같이, 베드(50)는 X 축 테이블(10)과 연결되는 너트(61), 너트(61)와 연결되어 X 축 테이블(10)이 X 축 이동되도록 하는 볼 스크류(62), 볼 스크류(62)를 구동시키는 모터(63), 볼 스크류(62)와 모터(63)를 연결하는 커플링(65), 및 X 축 테이블(10)의 이동 변위를 측정하여 정밀 제어가 가능한 엔코더(64) 및 리니어 스케일(67)을 포함한다.

여기서, 제2 이송장치 역시 전술한 제1 이송장치와 마찬가지로, 도 2의 구성에 한정되는 것은 아니다.

그리고 베드(50)는 컬럼(40)과 연결되는 제3 이송장치를 구비하고, 이러한 제3 이송장치는 너트(61), 너트(61)와 연결되어 컬럼(40)이 Y 축 이동되도록 하는 볼 스크류(62), 볼 스크류(62)를 구동시키는 모터(63), 볼 스크류(62)와 모터(63)를 연결하는 커플링(65), 및 컬럼(40)의 이동 변위를 측정하여 정밀 제어가 가능한 엔코더(64) 및 리니어 스케일(67)을 포함한다.

여기서, 제3 이송장치 역시 전술한 제1 이송장치와 마찬가지로, 도 2의 구성에 한정되는 것은 아니다.

이하에서는, 본 발명에 따른 장구형 웜 기어의 웜 샤프트 가공 장치를 이용한 웜 샤프트 가공 방법에 대하여 설명한다.

본 발명에 따른 장구형 웜 기어의 웜 샤프트 가공 장치는 웜 가공 커터의 잇수와 웜 휠의 잇수가 동일한 경우 또는 웜 가공 커터의 잇수가 웜 휠의 잇수보다 적은 경우로 구분하여 가공이 진행될 수 있다.

먼저, 웜 가공 커터의 잇수와 웜 휠의 잇수가 동일한 경우에 본 발명에 따른 장구형 웜 기어의 웜 샤프트 가공 방법에 대하여 설명한다.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 장구형 웜 기어의 웜 샤프트 가공 장치에서 커터의 잇수와 웜휠의 잇수가 동일한 경우의 웜 샤프트 및 웜 가공 커터를 나타내는 단면도이고, 도 4는 도 3에서 가공 진행 상태를 나타내는 도면이다.

즉, 도 3을 참조하면, 웜 샤프트(60)와 웜 휠로 구성되는 웜 기어에서 웜 휠의 크기와 동일한 크기의 웜 가공 커터(20)로 웜 샤프트(60)를 가공하는 경우이다.

도면에서, tip diameter는 웜 가공 커터(20)의 치끝지름이고, root diameter는 웜 샤프트(60)의 곡경이며, 축간거리는 웜 휠의 중심, 즉 웜 가공 커터(20)의 중심과 웜 샤프트(60)의 중심사이의 거리이다.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 먼저 웜 가공 커터(20)의 잇수와 웜 휠의 잇수의 비에 따라 결정된 속도비로 A 축 스핀들(11) 및 C 축 스핀들(31)이 회전되어 웜 샤프트(60) 및 웜 가공 커터(20)가 회전된다.

이어서, 컬럼(40)이 Y 축 방향으로 전진되어 도 4의 1번과 같이, 웜 가공 커터(20)가 웜 샤프트(60)로 진입되되, 웜 가공 커터(20)의 치끝지름(tip diameter)이 웜 샤프트(60)의 곡경(root diameter)까지 진입되어 가공이 시작된다.

다음으로, 컬럼(40)이 Y 축 방향으로 후진되면서 새들(30)이 Z 축 방향으로 상승되어, 도 4의 2번과 같이, 웜 가공 커터(20)가 후진 및 상승된다. 즉, 후방 대각선으로 상승된다.

이어서, 컬럼(40)이 다시 Y 축 방향으로 전진되어, 도 4의 3번과 같이, 웜 가공 커터(20)가 웜 샤프트(60)로 진입되면서 가공이 진행된다.

다음으로, 새들(30)이 Z 축 방향으로 하강되어 도 4의 4번과 같이, 웜 가공 커터(20)가 하강되면서 웜 샤프트(60)의 가공이 진행된다.

이와 같이, 웜 샤프트(60)와 웜 가공 커터(20)가 회전되고 있고, 웜 가공 커터(20)가 Y 축 방향으로 전진되어 가공이 시작되며, 이후 웜 가공 커터(20)가 대각선 방향으로 후진 및 상승된 뒤, 다시 Y 축 방향으로 전진된 뒤 Z 축 방향으로 하강함으로써, 웜 샤프트(60)의 가공이 진행된다.

여기서, 웜 가공 커터(20)가 Z 축 방향으로 하강되는 동작은 웜 샤프트(60)를 가공하기 위함과 동시에, 플런징(plunging) 및 미가공 영역 제거를 위함이다.

즉, 플런징 동작을 통해, 본 발명에 따른 가공 공정에 따라 발생되는 버의 제거가 용이해질 수 있고, 미가공 영역 없이 가공이 진행될 수 있다.

그리고 B 축을 중심으로 새들 블럭(33)의 틸팅이 진행될 수 있는데, 새들 블럭(33)의 틸팅 동작을 통해, 웜 샤프트(60)에 리드각이 형성될 수 있다.

즉, 전술한 도 4의 1번과 같이, 웜 가공 커터(20)가 진입될 시, 새들 블럭(33)이 웜 샤프트(60)에 가공하고자 하는 리드각 만큼 틸팅시킨 다음, 웜 가공 커터(20)을 진입시켜, 웜 샤프트(60)의 가공을 진행하게 되면, 웜 샤프트(60)에 리드각이 형성되어 가공이 진행될 수 있다.

여기서, 새들 블럭(33)의 틸팅 동작을 생략할 수도 있는데, 이는 웜 가공 커터(20)를 리드각에 상당한 각도로 커터날을 형성하여, 웜 샤프트(60)의 가공을 진행하게 되는 것이다.

이러한 경우, 새들 블럭(33)의 틸팅 동작 없이도, 웜 샤프트(60)에 리드각이 형성되면서 가공이 진행될 수 있다.

또한, 이와 같은 웜 가공 커터(20)의 잇수와 웜 휠의 잇수가 동일한 경우, X 축 테이블(10)의 X 축 방향 이동은 진행되지 않는다.

한편, 웜 가공 커터의 잇수가 웜 휠의 잇수보다 적은 경우에 본 발명에 따른 장구형 웜 기어의 웜 샤프트 가공 방법에 대하여 설명한다.

도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 장구형 웜 기어의 웜 샤프트 가공 장치에서 커터의 잇수가 웜휠의 잇수보다 적은 경우의 웜 샤프트 및 웜 가공 커터를 나타내는 단면도이고, 도 6은 도 5에서 가공 진행 상태를 나타내는 도면이다.

즉, 도 5를 참조하면, 웜 샤프트(60)와 웜 휠로 구성되는 웜 기어에서 웜 휠의 크기보다 작은 크기의 웜 가공 커터(20)로 웜 샤프트(60)를 가공하는 경우이다.

도면에서, PCD는 pitch circle diameter로, 웜 휠의 PCD와 웜 가공 커터의 PCD를 이용하여 웜 가공 커터(20)의 이송 경로를 결정할 수 있다.

즉, 웜 가공 커터의 잇수가 웜 휠의 잇수보다 적은 경우에는 웜 가공 커터(20)의 전후진 및 승하강 동작 이외에도 웜 샤프트(60)의 절삭면을 따르는 원호를 따라 이송되어야 하는데, 이러한 웜 가공 커터(20)의 원호 이송 시, 원호는 웜 휠의 PCD와 웜 가공 커터(20)의 PCD의 중심을 따라 형성되는 원호를 따라 이송된다.

도 1, 도 5와 도 6을 참조하면, 먼저 웜 가공 커터(20)의 잇수와 웜 휠의 잇수의 비에 따라 결정된 속도비로 A 축 스핀들(11) 및 C 축 스핀들(31)이 회전되어 웜 샤프트(60) 및 웜 가공 커터(20)가 회전된다.

이어서, 컬럼(40)이 Y 축 방향으로 전진되어 도 6의 1번과 같이, 웜 가공 커터(20)가 웜 샤프트(60)로 진입되되, 웜 가공 커터(20)의 치끝지름이 웜 샤프트(60)의 곡경까지 진입되어 가공이 시작된다.

여기서, 웜 가공 커터(20)의 치끝지름이 웜 샤프트(60)의 곡경까지 거리는 전술한 웜 휠의 PCD와 웜 가공 커터(20)의 PCD가 접하는 거리와 동일하게 된다.

이와 동시에, X 축 테이블(10)이 X 축 방향으로 이동되면서 웜 샤프트(60)가 X 축 이동되어, 웜 가공 커터(20)가 웜 휠의 PCD와 웜 가공 커터(20)의 PCD의 중심을 따라 형성되는 원호를 따라 이송되면서 가공이 진행된다.

이러한 웜 가공 커터(20)의 이송이 도 6의 D 화살표로 도시된다.

이와 같이, X 축 테이블(10)의 X 축 이동, 웜 가공 커터(20)의 Y 축 이동, 웜 샤프트(60)의 A 축 회전, 웜 가공 커터(20)의 C 축 회전이 동시에 진행되게 된다.

다음으로, 새들(30)이 Z 축 방향으로 하강되어, 도 6의 2번과 같이, 웜 가공 커터(20)가 하강되면서 웜 샤프트(60)의 가공이 진행된다.

여기서, 웜 가공 커터(20)가 Z 축 방향으로 하강되는 동작은 웜 샤프트(60)를 가공하기 위함과 동시에, 플런징 및 미가공 영역 제거를 위함이다.

그리고 B 축을 중심으로 새들 블럭(33)의 틸팅 동작을 통해, 웜 샤프트(60)에 리드각이 형성될 수 있고, 또는 웜 가공 커터(20)를 리드각에 상당한 각도로 커터날을 형성하여, 웜 샤프트(60)의 가공을 진행하여 새들 블럭(33)의 틸팅 동작 없이도, 웜 샤프트(60)에 리드각이 형성되면서 가공이 진행될 수 있다.

또한, 웜 가공 커터(20)의 이송 방향이 D 화살표와는 반대로 진행될 수도 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술적 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 그리고 상술한 바와 같이 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100; 장구형 웜 기어의 웜 샤프트 가공 장치
10; X 축 테이블
11; A 축 스핀들
13; 지지체
15; 척 죠
20; 웜 가공 커터
30; 새들
31; C 축 스핀들
33; 새들 블럭
40; 컬럼
50; 베드
61; 너트
62; 스크류
63; 모터
64; 엔코더
65; 커플링
67; 리니어 스케일

Claims

장구형의 웜 샤프트(worm shaft)와 웜 휠(worm wheel)로 구성되는 장구형 웜 기어(double enveloping worm gear)의 상기 웜 샤프트를 가공하는 장치에 있어서,
상기 웜 샤프트를 길이 방향인 X 축을 중심으로 회전시키는 A 축 스핀들과, 상기 웜 샤프트의 길이에 따라 X 축 방향으로 이동 가능한 지지체가 구비되는 X 축 테이블;
커터날이 상기 웜 샤프트의 절삭면을 향하도록 설치되는 웜 가공 커터와, 상기 웜 가공 커터를 Z 축을 중심으로 회전시키는 C 축 스핀들을 포함하는 새들;
상기 새들의 Z 축 방향 이동이 가능하도록 구비되는 컬럼(column); 및
상기 X 축 테이블과 컬럼의 하부에 구비되어, 상기 X 축 테이블의 X 축 방향 이동이 가능하고, 상기 컬럼의 Y 축 방향 이동이 가능하도록 구비되는 베드;를 포함하고,
상기 웜 가공 커터의 잇수와 상기 웜 휠의 잇수가 동일한 경우,
상기 웜 가공 커터의 잇수와 상기 웜 휠의 잇수의 비에 따라 결정된 속도비로 상기 A 축 스핀들 및 C 축 스핀들이 회전되어 상기 웜 샤프트 및 웜 가공 커터가 회전되면,
상기 컬럼이 Y 축 방향으로 전진되어 상기 웜 가공 커터가 상기 웜 샤프트로 진입되되, 상기 커터의 치끝지름(tip diameter)이 상기 웜 샤프트의 곡경(root diameter)까지 진입되면서 가공이 시작되고,
상기 컬럼이 Y 축 방향으로 후진되면서 상기 새들이 Z 축 방향으로 상승되어 상기 웜 가공 커터가 후진 및 상승되고,
상기 컬럼이 다시 Y 축 방향으로 전진되어 상기 웜 가공 커터가 상기 웜 샤프트로 진입된 다음,
상기 새들이 Z 축 방향으로 하강되어 상기 웜 가공 커터가 하강되면서 상기 웜 샤프트의 가공이 진행되는 것을 특징으로 하는 장구형 웜 기어의 웜 샤프트 가공 장치.
제1 항에 있어서,
상기 새들은,
Y 축을 중심으로 틸팅되는 B 축 새들 블럭(saddle block)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장구형 웜 기어의 웜 샤프트 가공 장치.
장구형의 웜 샤프트와 웜 휠로 구성되는 장구형 웜 기어의 상기 웜 샤프트를 가공하는 장치에 있어서,
상기 웜 샤프트를 길이 방향인 X 축을 중심으로 회전시키는 A 축 스핀들이 구비되고, 상기 웜 샤프트의 길이에 따라 X 축 방향으로 이동 가능한 지지체가 구비되는 X 축 테이블;
커터날이 상기 웜 샤프트의 절삭면을 향하도록 설치되는 웜 가공 커터, 상기 웜 가공 커터를 Z 축을 중심으로 회전시키는 C 축 스핀들, 및 Y 축을 중심으로 틸팅되는 새들 블럭(saddle block)을 포함하는 새들;
상기 새들의 Z 축 방향 이동이 가능하도록 구비되는 컬럼(column); 및
상기 X 축 테이블과 컬럼의 하부에 구비되어, 상기 X 축 테이블의 X 축 방향 이동이 가능하고, 상기 컬럼의 Y 축 방향 이동이 가능하도록 구비되는 베드;를 포함하고,
상기 웜 가공 커터의 잇수가 상기 웜 휠의 잇수보다 적은 경우,
상기 웜 가공 커터의 잇수와 상기 웜 휠의 잇수의 비에 따라 결정된 속도비로 상기 A 축 스핀들 및 C 축 스핀들이 회전되어 상기 웜 샤프트 및 웜 가공 커터가 회전되면,
상기 컬럼이 Y 축 방향으로 전진되어 상기 웜 가공 커터가 상기 웜 샤프트로 진입되되, 상기 커터의 치끝지름이 상기 웜 샤프트의 곡경까지 진입되면서 가공이 시작되고,
동시에 상기 X 축 테이블이 X 축 방향으로 이동되면서 상기 웜 샤프트가 X 축 이동되어, 상기 웜 가공 커터가 상기 웜 휠의 PCD(Pitch Circle Diameter)와 상기 웜 가공 커터의 PCD의 중심을 따라 형성되는 원호를 따라 이송되면서 가공이 진행되며,
상기 새들이 Z 축 방향으로 하강되어 상기 웜 가공 커터가 하강되면서 상기 웜 샤프트의 가공이 진행되고,
상기 웜 가공 커터의 회전 방향과 상기 웜 가공 커터의 이송 방향은 동일한 방향 또는 서로 반대되는 방향일 수 있는 것을 특징으로 하는 장구형 웜 기어의 웜 샤프트 가공 장치.
제1 항 또는 제3 항에 있어서,
상기 X 축 테이블은,
상기 지지체와 연결되어 X 축 이동되도록 하는 제1 이송장치와,
상기 지지체의 이동에 대한 정밀 제어가 가능한 제1 엔코더 및 리니어 스케일을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장구형 웜 기어의 웜 샤프트 가공 장치.
제1 항 또는 제3 항에 있어서,
상기 베드는,
상기 X 축 테이블과 연결되어 X 축 이동되도록 하는 제2 이송장치와,
상기 X 축 테이블의 이동에 대한 정밀 제어가 가능한 제2 엔코더 및 리니어 스케일을 더 포함하고,
상기 컬럼과 연결되어 Y 축 이동되도록 하는 제3 이송장치와,
상기 컬럼의 이동에 대한 정밀 제어가 가능한 제3 엔코더 및 리니어 스케일을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장구형 웜 기어의 웜 샤프트 가공 장치.
제1 항 또는 제3 항에 있어서,
상기 컬럼은,
상기 새들과 연결되어 Z 축 이동되도록 하는 제4 이송장치와,
상기 새들의 이동에 대한 정밀 제어가 가능한 제4 엔코더 및 리니어 스케일을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장구형 웜 기어의 웜 샤프트 가공 장치.
전술한 청구항 1에 기재된 장구형 웜 기어의 웜 샤프트 가공 장치를 이용한 웜 샤프트 가공 방법에 있어서,
상기 웜 가공 커터의 잇수와 상기 웜 휠의 잇수의 비에 따라 결정된 속도비로 상기 A 축 스핀들 및 C 축 스핀들이 회전되어 상기 웜 샤프트 및 웜 가공 커터가 회전되는 단계;
상기 컬럼이 Y 축 방향으로 전진되어 상기 웜 가공 커터가 상기 웜 샤프트로 진입되되, 상기 커터의 치끝지름이 상기 웜 샤프트의 곡경까지 진입되면서 가공이 시작되는 단계;
상기 컬럼이 Y 축 방향으로 후진되면서 상기 새들이 Z 축 방향으로 상승되어 상기 웜 가공 커터가 후진 및 상승되는 단계;
상기 컬럼이 다시 Y 축 방향으로 전진되어 상기 웜 가공 커터가 상기 웜 샤프트로 진입되면서 가공이 진행되는 단계; 및
상기 새들이 Z 축 방향으로 하강되어 상기 웜 가공 커터가 하강되면서 가공이 진행되는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 장구형 웜 기어의 웜 샤프트 가공 방법.
전술항 청구항 3에 기재된 장구형 웜 기어의 웜 샤프트 가공 장치를 이용한 웜 샤프트 가공 방법에 있어서,
상기 웜 가공 커터의 잇수와 상기 웜 휠의 잇수의 비에 따라 결정된 속도비로 상기 A 축 스핀들 및 C 축 스핀들이 회전되어 상기 웜 샤프트 및 웜 가공 커터가 회전되는 단계;
상기 컬럼이 Y 축 방향으로 전진되어 상기 웜 가공 커터가 상기 웜 샤프트로 진입되되, 상기 웜 가공 커터의 치끝지름이 상기 웜 샤프트의 곡경까지 진입되면서 가공이 시작되는 단계;
동시에 상기 X 축 테이블이 X 축 방향으로 이동되면서 상기 웜 샤프트가 X 축 이동되어, 상기 웜 가공 커터가 상기 웜 휠의 PCD와 상기 웜 가공 커터의 PCD의 중심을 따라 형성되는 원호를 따라 이송되면서 가공이 진행되는 단계; 및
상기 컬럼이 Z 축 방향으로 하강되어 상기 웜 가공 커터가 하강되면서 가공이 진행되는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 장구형 웜 기어의 웜 샤프트 가공 방법.