KR100355151B1 - 기어의 품질을 향상시킬 수 있는 가공 시스템 및 상기 가공 시스템에 사용되는 배럴링 장치 - Google Patents

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Abstract

기어의 품질을 향상시킬 수 있는 가공 시스템은 치부가 형성되고 표면이 경화된 기어(5)를 쇼트 피이닝하기 위한 쇼트 피이닝 장치(1), 상기 쇼트 피이닝 장치(1)에 인접하게 배치되어 쇼트 피이닝 장치에 의해 쇼트 피이닝된 기어를 배럴링하는 배럴링 장치(2), 및 상기 쇼트 피이닝 장치와 배럴링 장치에 인접하게 배치되어 상기 쇼트 피이닝 장치에 의해 쇼트 피이닝된 기어를 배럴링 장치로 공급하는 기어 공급 장치(3)를 구비한다. 고품질의 기어가 효율적으로 생산될 수 있으며, 먼지 포집 장치에 의해 적은 비용으로 작업환경을 청결하게 유지시킬 수 있다.

Description

기어의 품질을 향상시킬 수 있는 가공 시스템 및 상기 가공 시스템에 사용되는 배럴링 장치{PROCESSING SYSTEM FOR INCREASING THE QUALITY OF A GEAR AND A BARRELING APPARATUS USABLE IN THE SAME}
본 발명은 기어의 품질을 향상시킬 수 있는 기어 가공 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 호빙(hobbing), 쉐이빙(shaving ) 또는 롤링에 의해 치부(tooth)가 형성되고, 열처리, 탄화 및 질화처리, 또는 기어 표면 그라인딩 작업을 거친 기어에 쇼트 피이닝(shot peening) 및 배럴링(barreling) 작업을 연속적으로 수행하므로써, 디덴덤(dedendum) 굴절 피로강도, 표면 내구성 및 마모 저항성이 향상되고, 부하용량(load capacity)이 증가된 고품질의 기어를 효과적으로 그리고 경제적으로 생산해 낼 수 있는 기어 가공 시스템에 관한 것이다.
본 발명은 공지된 가공방법에 의해 제조되는 다양한 기어들(예컨대, 스퍼어 기어, 헬리컬 기어, 이중 헬리컬 기어, 크로스 헬리컬 기어, 워엄기어 등)에 적용가능하며, 또한, 통상적인 인볼류트(involute) 형태의 치부를 갖는 기어는 물론 불특정 형태의 치부(예컨대, 사이클로달 커브(cycloidal curve), 트로코이달(trochoidal) 커브, 원형 아아크 등)를 갖는 기어에도 적용 가능하다.
종래 탄화 경화 등과 같은 표면 경화공정을 거친 강기어(steel gear)를 제조하는 방법은 다음과 같은 3가지의 통상적인 공정을 포함하고 있다. 여기서, 표면경화공정 이후 스케일링(scaling) 또는 디버링(deburring)을 위해 사용되는 쇼트 블라스팅 및 기어를 샤프트에 고정하기 위해 사용되는 센터홀 그라인딩 공정은 생략되었다.
(1)호빙→표면 경화
(2)호빙→쉐이빙 또는 롤링→표면 경화표면 경화
(1)호빙→표면 경화→치부 표면 그라인딩
치부 표면이 호빙에 의해서만 처리되는 상기 공정(1)은 수문 등과 같은 상대적으로 큰 기어를 제조하는 용도로 사용된다. 상기 공정(2)은 자동차의 변속기에 일반적으로 사용되는 소형 또는 중형 기어를 제조하는 용도로 사용된다. 상기 공정(3)은 고급차 또는 산업용 기계의 속도변환기에 사용되는 기어를 제조하는 용도로 사용된다.
최근 들어, 기어의 디덴덤 절곡 피로강도를 향상시키기 위하여, 상기 공정(2)과 공정(3)을 완료한 후 쇼트 피이닝 작업을 부가적으로 수행하고 있다. 그러나, 디덴덤이 쇼트 피이닝 작업을 받게되면, 동력 전달용 치부 표면이 거칠어지며, 이에 따라 표면 내구성에 문제를 야기하게 된다.
본 발명의 발명자는 쇼트 피이닝을 수행한 후 배럴링 작업을 수행하면 표면 내구성을 현격하게 향상시킬 수 있다는 사실을 발견하게 되었다. 이러한 관점에서, 본 발명자는 다음과 같은 기본적인 기어 가공 순서를 안출하였다.
(4)호빙→쉐이빙 또는 롤링→표면 경화→쇼트 피이닝→배럴링
(5)호빙→표면 경화→치부 표면 그라인딩→쇼트 피이닝→배럴링
그러나, 공정(4)에서, 쇼트 피이닝과 배럴링은 서로 독립적으로 수행되므로써 생산 효율성에 문제를 야기한다. 또한, 공정(5)에서는 치부 표면 그라인딩, 쇼트 피이닝 및 배럴링이 서로 독립적으로 수행되며, 이에 따라 효율적인 생산을 할 수 없게된다. 더욱이, 쇼트 피이닝 장치와 배럴링 장치는 환경 공해를 발생하므로 먼지 포집 장치 등과 같은 장치를 사용하게 되고, 따라서, 작업 환경을 청결하게 하기 위한 비용이 증가된다.
본 발명은 상기 종래기술의 문제점들을 극복하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 하나의 시스템에서 쇼트 피이닝 및 배럴링을 연속적으로 수행하여 생산효율성을 향상시키는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 하나의 시스템 내에서 치부 표면 그라인딩을 수행하므로써 생산효율성을 향상시키는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 작업환경을 청결하게 하는데 드는 비용을 감소시키는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 시스템 내에서 사용할 수 있는 배럴링 장치를 제공하는 것이다.
도1A는 본 발명의 제1 실시예에 따른 기어의 품질을 향상시킬 수 있는 가공 시스템의 개략적인 구성을 보여주는 단면도이다.
도1B는 상기 도1A에 도시된 가공 시스템의 평면도이다.
도2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 기어의 품질을 향상시킬 수 있는 가공 시스템의 개략적인 구성을 보여주는 평면도이다.
도3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 기어의 품질을 향상시킬 수 있는 가공 시스템의 개략적인 구성을 보여주는 평면도이다.
도4A는 본 발명의 제4 실시예에 따른 기어의 품질을 향상시킬 수 있는 가공 시스템의 개략적인 구성을 보여주는 단면도이다.
도4B는 본 발명의 제4 실시예에 따른 기어의 품질을 향상시킬 수 있는 가공 시스템의 개략적인 구성을 보여주는 평면도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1 : 쇼트 피이닝 장치 2 : 배럴 폴리싱 장치
3 : 로봇 4 : 팰릿
5 : 기어 6 : 지그
7 : 작업품 유닛 8 : 차폐판
10 : 매체 공급장치 11 : 매체 복귀 탱크
본 발명에 따르면, 상기 문제점을 해소하고 기어의 품질을 향상시킬 수 있는 가공 시스템이 제공된다. 본 발명에 따른 가공 시스템은 치부 형성 및 표면 경화 작업을 거친 기어를 쇼트 피이닝하기 위한 쇼트 피이닝 장치, 상기 쇼트 피이닝 장치에 근접하게 배치되며, 쇼트 피이닝 장치에 의해 쇼트 피이닝된 기어를 배럴링하는 배럴링 장치, 및 상기 쇼트 피이닝 장치와 배럴링 장치에 인접하게 배치되어 상기 쇼트 피이닝 장치에 의해 쇼트 피이닝된 기어를 배럴링 장치로 공급하는 기어공급 장치를 구비한다.
상기 시스템에 있어서, 치부 형성 및 표면 경화가 완료된 기어가 쇼트 피이닝 장치로 공급되면, 상기 쇼트 피이닝 장치는 기어를 쇼트 피이닝하여 기어의 디덴덤 절곡 피로 강도를 향상시킨다. 연속적으로, 상기 쇼트 피이닝 장치와 배럴링 장치에 인접하게 배치된 기어 공급 장치는 상기 쇼트 피이닝 장치에 의해 쇼트 피이닝된 기어를 배럴링 장치로 공급하므로써 기어가 배럴링될 수 있도록 한다.
따라서, 본 시스템에 다르면, 쇼트 피이닝 및 배럴링 공정은 하나의 동일한 시스템에서 연속적으로 수행되므로써 고품질의 기어가 효율적으로 생산될 수 있다. 또한, 쇼트 피이닝 장치와 배럴링 장치는 상대적으로 환경공해를 야기하기 때문에, 이들을 일체화시킴에 의해 먼지 포집 장치 등과 같은 청결장치의 수를 감소시킬 수 있다. 따라서, 작업 환경을 적은 비용으로 청결하게 유지할 수 있다.
본 발명에 따른 기어의 품질을 향상시킬 수 있는 가공 시스템에 있어서, 쇼트 피이닝 장치와 배럴링 장치는 서로에 대해 측방향으로 배치된다. 상기 시스템에 따르면, 기어의 공급 거리가 단축될 수 있으며, 이에 따라, 기어 공급 장치의 구성이 단순화될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 가공 시스템에 있어서, 쇼트 피이닝 장치와 배럴링 장치는 서로에 대해 수직방향으로 배치될 수도 있다. 이러한 경우, 상기 시스템에 의해 점유되는 바닥 구역이 감소될 수 있으며, 이에 따라 기어 생산 시설의 공간 효율성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 기어의 품질을 향상시킬 수 있는 가공 시스템은 기어의 치부 표면을 그라인딩하며 쇼트 피이닝 장치에 인접하게 배치되는 그라인딩 장치, 및 상기 그라인딩 장치와 쇼트 피이닝 장치에 인접하게 배치되어 상기 그라인딩 장치에 의해 치부 표면이 그라인딩된 기어를 쇼트 피이닝 장치로 공급하기 위한 제2 기어 공급 장치를 구비한다. 본 시스템에 따르면, 쇼트 피이닝 이전에 기어 표면을 그라인딩하는 작업이 하나의 시스템에서 연속적으로 수행될 수 있기 때문에, 고품질의 기어를 더욱 효율적으로 생산할 수 있게 된다.
또한, 본 발명에 따른 기어의 품질을 향상시킬 수 있는 가공 시스템에 있어서, 배럴링 장치는 배럴 탱크를 회전시킬 수 있으며 상기 배럴 탱크 내에 배치된 기어를 회전시킬 수 있는 자이로(gyro) 타입 배럴링 장치를 포함한다. 상기 자이로 타입 배럴링 장치는 배럴 탱크에 다양한 매체를 연속적으로 공급하기 위한 매체 공급 장치와 이에 연결된 매체 공급 덕트, 및 상기 배럴 탱크로부터 기어를 배럴링시키는 매체를 배출하기 위한 매체 배출 장치를 구비한다. 본 시스템에 따르면, 배럴 탱크가 회전하며, 기어는 상기 배럴 탱크 내에서 회전한다. 상기 매체 공급 장치는 다양한 종류의 매체(연마석)를 연속적으로 배출 탱크로 공급한다. 한편, 매체 배출 장치는 기어가 배럴링된 후에 상기 배럴 탱크로부터 매체를 배출시킨다. 따라서, 본 시스템에 따르면, 배럴링 작업이 다양하게 실시될 수 있으며, 이에 따라, 보다 효율적으로 고품질의 기어를 생산할 수 있게된다.
상기 시스템에 사용되는 본 발명에 따른 배럴링 장치는 배럴 탱크를 회전시키고 배럴 탱크 내에 있는 작업품(workpiece)을 회전시킬 수 있는 자이로 타입 배럴링 장치이다. 상기 자이로 타입 배럴링 장치는 배럴 탱크에 다양한 매체를 연속적으로 공급하기 위한 매체 공급 장치와 이에 연결된 매체 공급 덕트, 및 상기 배럴 탱크로부터 작업품을 배럴링시키는 매체를 배출하기 위한 매체 배출 장치를 구비한다. 본 시스템에 따르면, 배럴 탱크가 회전하며, 기어와 같은 작업품은 상기 배럴 탱크 내에서 회전한다. 상기 매체 공급 장치는 다양한 종류의 매체를 연속적으로 배출 탱크로 공급한다. 한편, 매체 배출 장치는 작업품이 배럴링된 후에 상기 배럴 탱크로부터 작업품을 배출시킨다. 따라서, 상기 시스템 사용되는 배럴링 장치는 기어 배럴링 작업을 다양하게 실시할 수 있다. 또한, 상기 배럴링 장치는 기어 이외의 작업품에도 적용될 수 있으며, 작업품에 대한 배럴링 작업을 다양하게 실시할 수 있다.
본 발명에 따른 배럴링 장치에 있어서, 상기 다양한 종류의 매체는 두 개 종류의 매체일 수 있다. 하나는 러프(rough)한 매체이고 다른 하나는 다듬질용 매체이다. 상기 다듬질용 매체는 러프한 매체에 배해 조밀한 연마 알갱이를 구비한다. 상기 배럴링 장치에 따르면, 러핑(roughing)작업과 다듬질 작업이 배럴링 과정 중에 연속적으로 수행될 수 있으며 이에 따라 단 시간 내에 효율적인 배럴링을 수행할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 배럴링 장치에 있어서, 상기 다양한 종류의 매체는 또 다른 두 개 종류의 매체일 수 있다. 하나는 상기 작업품의 미세부(fine portion)를 배럴링하기 위한 미세부 배럴링 매체이며, 다른 하나는 미세부 배럴링 매체보다 큰 주변부(peripheral portion) 배럴링 매체이다. 상기 배럴링 장치에 따르면, 상기 작업품의 미세부와 주변부를 배럴링하는 횟수가 각각 독립적으로 세팅될 수 있다. 따라서, 상기 작업품의 미세부와 주변부에 대해 적절한 배럴링이 수행될 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
실시예 1
도1A는 본 발명의 제1 실시예에 따른 기어의 품질을 향상시킬 수 있는 가공 시스템의 개략적인 구성을 보여주는 단면도이며, 도1B는 상기 도1A에 도시된 가공 시스템의 평면도이다. 본 발명의 제1 실시예에 따른 가공 시스템은 쇼트 피이닝 장치(1), 상기 쇼트 피이닝 장치(1)의 측방향으로 인접하게 배치된 자이로 타입 배럴 폴리싱 장치(2), 및 상기 쇼트 피이닝 장치(1)와 배럴 폴리싱 장치(2) 사이에 배치되며, 기어 공급 장치로서 기능하는 극 좌표식(polar coordinates) 산업 로봇(3)을 구비한다.
모듀울(module)이 3이고, 치부의 수가 30개이며, 기어 폭이 20mm인 기어에 있어서, 쇼트 피이닝 작업은 30초 내지 몇 분 정도가 걸리며, 배럴링 작업은 몇 분 내지 60분이 걸린다. 필요시되는 가공 시간을 고려하여, 본 실시예의 시스템에는 극 좌표식 로봇(3)의 둘레에 4개의 섹션(A,B,C,D)이 제공된다. 상기 로봇(3)은 팽창, 수축, 상승, 하강 및 회전이 가능한 아암(3a)을 구비한다.
여기서, 섹션(A)에는 턴테이블 타입 팰릿(4), 청결장치(도시 안됨), 및 팰릿(4)을 커버하기 위한 개/폐형 차폐부(도시 안됨)가 배치된다. 섹션(B)에는 쇼트 노즐(1a), 하나 이상의 기어(5) 및 기어(5)의 중심축이 수직하게 연장하는 방향으로 상기 기어(5)를 착탈가능하게 지지하기 위한 지그(6)로 구성되는 작업품 유닛(7)을 착탈가능하게 부착시키기 위한 작업품 테이블(1c), 쇼트 피이닝 장치(1)의 작업품 테이블(1c)을 회전시키기 위한 모터(1d), 및 이들을 커버하기 위한 개/폐형 차폐부(8)가 제공된다.
섹션(C)에는 섹션(A)의 경우와 동일한 형태의 또 다른 턴테이블 타입 팰릿(9)이 배치된다. 섹션(D)에는 배럴 폴리싱 장치(2)가 제공된다. 상기 배럴 폴리싱 장치(2) 내에는, 배럴 탱크(2a), 배럴 탱크(2a)를 회전시키기 위한 모터(2b), 배럴 탱크(2a) 내의 원주방향으로 4개의 지점에서 작업품 유닛(7)을 회전시키기 위한 모터들(2c), 작업품 유닛(7)을 모터들(2c)에 착탈가능하게 연결시키기 위한 척(2d), 및 배럴 탱크(2a)에 대해 작업품 유닛(6)을 승하강 시킬 수 있도록 모터들(2c)을 승하강 시키는 작업품 승하강 기구(2e)가 제공된다. 또한, 상기 섹션(D)에는 배럴 탱크(2a)의 바닥커버(2f)를 개폐시키기 위한 바닥커버 개폐 기구(도시 안됨), 각각 매체 공급 장치(10) 및 상기 섹션(D)에 인접하게 배치되는 매체 복귀 탱크(11)로부터 연장하는 매체 공급 덕트(10a)와 매체 복귀 덕트(11a), 그리고, 화합물을 물과 함께 배럴 탱크(2a)로 공급하기 위한 화합물 공급 기구(도시 안됨)가 배치된다.
상기 매체 공급 장치(10)는 상대적으로 러프한 연마 알갱이를 고형화하여 제조되는 러프 매체(연마석)를 저장하기 위한 러프 매체 저장고(10b) 및 러프 매체 보다 세밀한 연마 알갱이를 고형화하여 제조되는 다듬질 매체를 저장하기 위한 다듬질 매체 저장고(10c)를 구비한다. 상기 매체 공급 덕트(10a)는 상기 두 종류의 매체를 상기 두 개의 매체 저장고(10a, 10c)로부터 배럴 탱크(2a)로 선택적으로 공급한다.
본 시스템에 있어서, 기어(5)는 다음과 같은 일련의 공정을 통해 연속적으로 쇼트 피이닝 및 배럴링된다.
(1) 먼저, 호빙, 쉐이빙 또는 롤링에 의해 정밀하게 형성되고, 열 처리 등과 같은 표면 경화작업에 의해 경화된 치부 표면을 포함한 치형을 갖고 있는 하나 또는 다수개의 기어(5)들을 지그(6)에 고정하므로써 각각의 작업품 유닛(7)을 형성시킨다. 상기 작업품 유닛(7)은 자동적으로 또는 수동적으로 섹션(A)으로 이송되어 팰릿(4) 상에 안착된다.
(2) 연속적으로, 팰릿(4)이 회전되므로써, 작업품 유닛(7)이 로봇(3)의 아암(3a)의 이동 구역 내에서 이동한다. 상기 로봇(3)은 아암(3a)을 사용하여 작업품 유닛(7)을 섹션(A)에서 섹션(B)으로 이송시키며 쇼트 피이닝 장치(1)의 작업품 테이블(1c) 상에 작업품 유닛(7)을 안착시킨다. 따라서, 작업품 유닛(7)은 작업품 테이블(1c) 상에 고정된다.
(3) 이어서, 섹션(B)에서, 작업품 유닛(7)에 있는 기어들(5)이 소정 시간동안 쇼트 피이닝된다. 쇼트 노즐(1a)이 노즐 이동 기구(1b)에 의해 상승, 하강, 전진, 후퇴, 스윙 및 진동되는 동안, 쇼트 볼들은 상기 쇼트 노즐(1a)로부터 기어(5) 상으로 진입한다. 한편, 작업품 유닛(7)은 모터(1d)에 의해 작업품 테이블(1c)을 통해 소정 회전 방향으로 정역 회전하므로써 쇼트 볼들이 기어(5)의 양 치부를 균일하게 타격할 수 있게 된다. 쇼트 피이닝 과정 동안, 차폐부(8)는 폐쇄되어 쇼트 볼이 섹션(B)으로부터 이탈되는 것을 방지하게 된다.
(4) 이후, 로봇(3)의 아암(3a)에 의해 작업품 유닛(7)이 섹션(C)에 있는 팰릿(9) 상에 안착된다.
(5) 이어서, 하나 또는 수개의 작업품 유닛(7)들이 로봇 아암(3a)에 의해 섹션(D)으로 연속 이송되어 매체가 제거된 배럴 탱크(2a) 상부로 공급된다. 작업품 유닛(7)은 작업품 승하강 기구(2e)에 의해 모터(2c)와 함께 상승되거나, 배럴 탱크(2a) 내로 하강되는 척(2d)에 의해 파지된다.
(6) 이어서, 작업품 유닛(7)에 있는 기어(5)들은 배럴 탱크(2a) 내에서 배럴 폴리싱을 받게 된다. 이때, 바닥 커버 개폐기구에 의해 배럴 탱크(2a)의 바닥 커버(2f)가 일차로 폐쇄된 이후, 러프 매체가 러프 매체 저장고(10b)로부터 매체 공급 덕트(10a)를 통해 배럴 탱크(2a) 내로 공급되며, 화합물은 화합물 공급 기구로부터 배럴 탱크(2a) 내로 공급된다. 이어서, 배럴 탱크(2a)가 모터(2b)에 의해 소정 회전 방향으로 정역회전하며, 작업품 유닛(7)은 모터(2c)에 의해 배럴 탱크(2a)의 원주 방향의 4개 지점에서 배럴 탱크(2a)의 회전 방향에 대해 반대 방향으로 회전한다. 따라서, 기어(5)의 양 치부 표면은 러프 매체와 화합물에 의해 러프하게 배럴 폴리싱된다. 배럴 폴리싱 과정이 진행되는 동안, 예컨대, 수직방향(즉, 기어의 중심축 방향)으로의 진동이 작업품 승하강 기구(2e)에 의해 작업품 유닛(7)에 인가될 수 있다.
러프한 배럴 폴리싱 작업을 완료한 이후, 배럴 탱크(2a)의 바닥 커버(2f)는 바닥 커버 개폐 기구에 의해 개방되며, 이에 따라, 배럴 탱크(2a)의 내부에 있는 러프 매체와 화합물이 매체 복귀 덕트(11a)를 통해 매체 복귀 탱크(11)로 복귀된다. 이어서, 배럴 탱크(2a)의 바닥 커버(2f)들이 바닥 커버 개폐기구에 의해폐쇄된 이후, 다듬질 매체가 다듬질 매체 저장고(10c)로부터 다듬질 매체 공급 덕트(10a)를 통해 배럴 탱크(2a)로 공급되며, 화합물이 화합물 공급 기구로부터 배럴 탱크(2a)로 공급된다. 러프 배럴 폴리싱의 경우와 동일하게, 기어(5)의 양 치부 표면은 다듬질 매체와 화합물에 의해 다듬질 배럴 폴리싱된다. 다듬질 배럴 폴리싱이 완료되면, 배럴 탱크(2a)의 바닥 커버(2f)는 바닥 커버 개폐 기구에 의해 개방되며, 이에 따라, 배럴 탱크(2a)의 내부에 있는 다듬질 매체와 화합물이 매체 복귀 덕트(11a)를 통해 매체 복귀 탱크(11)로 복귀된다.
상기 러프 배럴 폴리싱 및 다듬질 배럴 폴리싱 중의 어느 하나의 공정이 진행되는 동안, 다른 하나의 공정에 사용되는 매체는 매체 저장고에 복귀된다. 이때, 화합물 및 매체의 손상 상태가 연속적으로 검사되며, 필요시 새로운 매체로 교체한다. 따라서, 상기 배럴 폴리싱 장치(2)는 많은 양의 기어를 연속적으로 가공하는 데에 적합하다.
(7) 이어서, 작업품 유닛(7)은 작업품 승하강 기구(2e)에 의해 배럴 탱크(2a)의 내측으로부터 승강되며, 로봇(3)의 아암(3a)에 의해 섹션(A)에 있는 팰릿(4) 상으로 이동된다. 섹션(A)에서, 차폐부가 폐쇄된 후, 공기 및 청정 용액이 작업품 유닛(7)에 인가되어 화합물과 물이 혼합된 가공 액체를 세척하며, 필요시 된다면, 부식 방지액이 분사된다.
(8) 이후, 차폐판이 개방되며, 작업품 유닛(7)은 자동적으로 또는 수동적으로 섹션(A)으로부터 이송된다.
따라서, 본 발명의 제1 실시예에 따른 가공 시스템에 따르면, 쇼트 피이닝및 배럴링이 동일한 시스템에서 연속적으로 수행되기 때문에, 고품질의 기어가 효율적으로 생산될 수 있다. 또한, 환경에 영향을 주는 쇼트 피이닝 장치 및 배럴 장치가 하나로 통합되어 있기 때문에, 먼지 포집기 등과 같은 세정 시설의 수를 감소시키는 것이 가능하며, 이에 따라 작업 환경을 저렴한 비용으로 청결하게 할 수 있다.
더욱이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 가공 시스템에 따르면, 로봇(3)이 기어를 쇼트 피이닝 장치(1) 및 배럴 폴리싱 장치(2)에 자동으로 공급하기 때문에, 고품질의 기어가 효율적으로 생산될 수 있다.
또한, 본 발명의 제1 실시예에 따른 가공 시스템에 따르면, 상기 쇼트 피이닝 장치(1)와 배럴 폴리싱 장치(2)가 서로에 대해 측방향으로 배치되어 있기 때문에, 기어 공급 거리를 축소시킬 수 있으며, 이에 따라, 로봇(3)의 구성을 단순화할 수 있다.
실시예2
도2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 기어의 품질을 향상시킬 수 있는 기어 가공 시스템의 개략적인 구성을 보여주는 평면도이다. 본 발명의 제2 실시예에 따른 가공 시스템은 쇼트 피이닝 장치(1), 상기 쇼트 피이닝 장치(1)의 측방향으로 인접하게 배치된 자이로 타입 배럴 폴리싱 장치(2), 및 상기 쇼트 피이닝 장치(1)와 배럴 폴리싱 장치(2) 사이에 배치되며, 기어 공급 장치로서 기능하는 극 좌표식(polar coordinates) 산업 로봇(3)을 구비한다. 또한, 본 실시예의 가공 시스템은 쇼트 피이닝 장치(1)의 측방향으로 인접하게 배치되어 있는 수치제어(numerical control)식 기어 그라인더(12), 상기 로봇(3)과 동일한 구성을 갖고 있으며, 쇼트 피이닝 장치와 기어 그라인더(12)에 인접하게 배치되어 제2 기어 공급장치의 기능을 하는 제2 로봇(13), 및 시스템 내로 또는 밖으로 작업품 유닛(7)을 이송하기 위한 한 쌍의 벨트 컨베이어(14, 15)를 추가로 구비한다. 쇼트 피이닝 장치(1), 배럴 폴리싱 장치(2) 및 로봇(3)의 구성은 제1 실시예에 기재된 바와 동일하므로 여기서는 그에 대한 설명을 생략하기로 한다.
제2 실시예의 시스템은 벨트 컨베이어(14, 15)가 설치되어 있는 섹션(E) 및 기어 그라인드(12)의 작업품 테이블(12A)이 설치되어 있는 섹션(F)을 추가로 구비한다.
본 실시예의 시스템에 있어서, 기어(5)는 다음과 같은 일련의 공정을 통해 연속적으로 쇼트 피이닝 및 배럴링된다.
(1) 먼저, 호빙 등과 같은 방식에 의해 소정의 정밀도를 갖도록 형성되고, 열 처리 등과 같은 표면 경화작업에 의해 경화된 치부 표면을 포함한 치형을 갖고 있는 하나 또는 다수개의 기어(5)들을 지그(6)에 고정하므로써 각각의 작업품 유닛(7)을 형성시킨다. 상기 작업품 유닛(7)은 자동적으로 또는 수동적으로 섹션(E)으로 이송되어 벨트 컨베이어(14) 상에 안착된다.
(2) 연속적으로, 상기 벨트 컨베이어(14)가 작동하여 상기 벨트 컨베이어(14)에 안착된 작업품 유닛(7)이 하나씩 로봇(3)의 아암(3a)의 이동 구역 내에서 이동한다. 상기 로봇(3)은 아암(3a)을 사용하여 작업품 유닛(7)을 섹션(E)에서 섹션(F)으로 이송시키며 기어 그라인더(12)의 작업품 테이블(12a) 상에 작업품 유닛(7)을 안착시킨다. 따라서, 작업품 유닛(7)은 작업품 테이블(12a) 상에 고정된다. 작업품 유닛(7)에 있는 기어(5)의 치부 표면은 기어 그라인더(12)의 연마석에 의해 그라인딩된다. 그라인딩 작업이 완료되면, 작업품 유닛은 로봇(3)의 아암(3a)에 의해 섹션(F)에서 섹션(A)으로 이송되어 팰릿(4) 상에 안착된다. 전방으로의 진행 공정은 제1 실시예의 경우와 동일하다:
(3) 작업품 유닛(7)이 로봇(3)의 아암(3a)에 의해 섹션(B)으로 이송된다.
(4) 이어서, 작업품 유닛(7)에 있는 기어(5)의 양 치부 단부가 쇼트 피이닝장치(1)에 의해 쇼트 피이닝된다.
(5) 작업품 유닛(7)은 로봇(3)의 아암(3a)에 의해 섹션(C)에 있는 팰릿(9) 상에 안착되고, 배럴링 작업을 위해 대기한다.
(6) 상기 작업품 유닛(7)이 로봇 아암(3a)에 의해 섹션(D)으로 이송되어 배럴 탱크(2a)로 공급된다.
(7) 이어서, 작업품 유닛(7)에 있는 기어(5)의 양 치부 표면이 배럴 폴리싱 장치(2)에 의해 배럴 폴리싱을 받게 된다.
(8) 이어서, 작업품 유닛(7)은 로봇(3)의 아암(3a)에 의해 섹션(A)으로 공급되며, 여기서 상기 기어(5)가 세척된다. 필요시 된다면, 부식 방지액이 분사될 수 있다.
(9) 이후, 작업품 유닛은 로봇(3)의 아암(3a)에 의해 섹션(A)의 팰릿(4)으로부터 섹션(E)에 있는 벨트 컨베이어(15) 상으로 이송된다. 벨트 컨베이어(15)는 그 상부에 장착된 작업품 유닛(7)들을 연속적으로 이송시킨다. 이에 의해, 벨트 컨베이어(15) 상에 안착된 작업품 유닛(7)들은 수동으로 또는 자동으로 섹션(A)으로 이송된다.
따라서, 본 발명의 제2 실시예에 따른 가공 시스템은 상기 제1 실시예에 따른 가공 시스템과 동일한 기능 및 효과를 나타낼 수 있다. 그러나, 치부 표면이 쇼트 피이닝 공정 이전에 그라인딩되기 때문에, 보다 효율적인 고품질 기어의 생산이 가능하게 된다.
제3 실시예
도3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 기어의 품질을 향상시킬 수 있는 가공 시스템의 개략적인 구성을 보여주는 평면도이다. 본 발명의 제3 실시예에 따른 가공 시스템은 제1 실시예의 경우와 동일한 구성을 갖는 하나 또는 다수개의 시스템(하나가 도시되어 있음) 외에, 다수개(8개가 도시됨)의 수치제어식 기어 그라인더(12), 상기 기어 그라인더(12)를 쇼트 피이닝 장치(1)에 연결하기 위한 벨트 컨베이어(16), 생산성을 향상시킬 수 있도록 기어 가공의 방해 또는 순서 지시 등에 대한 처리를 수행하며, 전체 시스템의 동작의 제어하기 위한 컴퓨터를 갖고 있는 기어 가공 시스템 제어 챔버(17), 기어(5)가 지그(6)에 부착되어 작업품 유닛(7)을 형성하게 되는 장소인 기어 안착대(18), 기어(5)가 지그(6)로부터 탈착되게 되는 장소인 기어 탈착대(19), 및 작업품 유닛(7)을 공급하기 위한 다수개의 극 좌표식 산업 로봇(3)을 구비한다.
상기 제3 실시예에 따르면, 치부 표면에 대한 그라인딩, 쇼트 피이닝 및 배럴링 공정은 각각의 작업품 유닛(7)에 대해 연속적으로 수행되며, 그 공정은 컴퓨터에 의해 제어된다. 따라서, 가공 시간, 가공 조건, 위치 등과 같은 공정 조건들은 임의적으로 세팅되며, 이에 의해 진척도, 과도 부하, 가공 에러, 서비스 방해 등과 같은 내용들이 공정이 진행되는 동안 모니터링 된다. 지그(6)로부터 기어(5)를 탈착시키거나, 지그(6)에 기어(5)를 부착시키는 작업은 산업 로봇(20)에 의해 자동적으로 수행된다.
제4 실시예
도4A는 본 발명의 제4 실시예에 따른 기어의 품질을 향상시킬 수 있는 가공 시스템의 개략적인 구성을 보여주는 단면도이며, 도4B는 본 발명의 제4 실시예에 따른 기어의 품질을 향상시킬 수 있는 가공 시스템의 개략적인 구성을 보여주는 평면도이다. 본 발명의 제4 실시예에 따른 가공 시스템은 쇼트 피이닝 장치(1), 상기 쇼트 피이닝 장치(1)에 인접하게 수직적으로 배치되어 있는 자이로 타입 배럴 폴리싱 장치(2), 및 상기 쇼트 피이닝 장치(1)와 배럴 폴리싱 장치(2) 사이에 인접하게 배치되어 기어를 공급하는 극 좌표식 산업 로봇(3)을 구비한다.
상기 제4 실시예에 따른 가공 시스템은 로봇(3) 근처에 3개의 섹션(G, H, I)이 제공되어 있다. 여기서, 벨트 컨베이어(21)는 섹션(G)에 설치된다. 섹션(H)에는, 상기 제1 실시예의 섹션(B)과 유사한 형태로, 쇼트 노즐(1a) 및 쇼트 피이닝 장치(1)의 쇼트 노즐(1a)을 상승, 하강, 전진, 후퇴, 스윙 및 진동시키기 위한 노즐 이동 기구(1b)가 배치된다. 섹션(I)에는, 상기 제1 실시예의 섹션(D)과 유사한 형태로, 배럴 폴리싱 장치(2)의 배럴 탱크(2a)가 배치된다.
제1 실시예의 배럴 폴리싱 장치(2)와는 다르게, 본 실시예의 배럴 폴리싱 장치(2)에는 작업품 유닛(7)을 회전시키기 위한 모터(2c), 상기 모터(2c)에 작업품 유닛(7)을 탈착가능하게 고정시키기 위한 척(2d), 및 상기 작업품 유닛(7)을 승하강 시키기 위한 작업품 승하강 기구(2e)가 제공되어 있지 않다. 대신에, 본 실시예의 로봇(3)은 아암(3a)의 팁부(tip)에 작업품 유닛(7)을 회전시키기 위한 모터(3b) 및 상기 모터(3b)에 상기 작업품 유닛(7)을 탈착가능하게 고정시키기 위한 척(3c)을 구비하고 있다. 또한, 본 실시예에서는, 섹션(G)과 섹션(I)을 섹션(H)으로부터 분리하기 위한 개폐형 차폐부(22)가 제공된다.
본 실시예의 시스템에서, 쇼트 피이닝 및 배럴 폴리싱 작업은 작업품 유닛(7)이 로봇(3)의 아암(3a)의 팁부에 유지된 상태에서 진행된다. 그 방식은 다음과 같다.
(1) 먼저, 섹션(G)에 있는 벨트 컨베이어(21)가 작업유닛(7)을 소정 위치로 이송시키며, 로봇(3)은 아암(3a)의 팁부에 있는 척(3c)을 사용하여 벨트 컨베이어(21) 상에 안착된 작업품 유닛(7)을 클램핑 하여 섹션(H)으로 이송시킨다.
(2) 이어서, 로봇(3)이 모터(3b)를 이용하여 상기 작업품 유닛(7)을 회전시킬 때, 쇼트 피이닝 장치(1)가 쇼트 노즐(1a)을 이송시키며, 이에 따라 작업품 유닛(7)의 기어(5)가 쇼트 피이닝된다.
(3) 쇼트 피이닝 작업이 완료되면, 섹션(H)과 섹션(I) 사이에 배치된 차폐부(22)가 개방되며, 이에 따라 로봇(3)이 상기 쇼트 피이닝 장치(1) 아래에 배치된 배럴 폴리싱 장치(2)의 배럴 탱크(2a)로 상기 작업품 유닛(7)을 하강시킨다.
(4) 이어서, 상기 제1 실시예의 경우와 동일한 방식으로, 배럴 폴리싱장치(2)가 러프 배럴 폴리싱 및 다듬질 배럴 폴리싱을 연속적으로 수행한다.
(5) 배럴 폴리싱 작업이 완료된 이후, 로봇(3)은 섹션(H)을 향해 상기 작업품 유닛(7)을 당기며, 상기 섹션(H)에서 노즐(도시 안됨)을 통해 고압의 공기가 작업품 유닛(7)에 인가되어 작업품 유닛(7)을 세척한다. 이때, 필요시 된다면 부식 방지액이 분사될 수 있다.
(6) 이후, 로봇은 상기 작업품 유닛(7)을 상기 섹션(G)으로 복귀시켜 상기 벨트 컨베이어(21) 상에 안착시키며, 상기 벨트 컨베이어(21)는 작업품 유닛(7)을 이송시킨다.
따라서, 본 발명의 제4 실시예에 따른 가공 시스템은 상기 제1 실시예에 따른 가공 시스템과 동일한 기능 및 효과를 나타낼 수 있다. 그러나, 상기 쇼트 피이닝 장치(1)와 배럴링 장치(2)가 서로에 대해 수직적으로 배치되기 때문에 공간 점유율이 감소되며, 이에 따라 기어 생산 시스템의 공간 효율을 향상시킬 수 있다. 특히, 본 실시예의 가공 시스템은 현재 가동중인 기계가공 라인에 용이하게 적용될 수 있으며, 이에 따라 기어의 품질을 용이하게 향상시킬 수 있다.
본 발명이 실시예를 참조로 설명되었지만, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상의 범주 내에서 다양한 개량이나 변형이 가능하고, 이러한 개량이나 변형 또한 본 발명에 속한다는 것은 당업자라면 인지할 수 있을 것이다.
예컨대, 상기 기어 그라인더는 수치제어식 그라인더가 아닌 다른 그라인더를 사용할 수 있으며, 상기 기어 공급 장치는 극 좌표식 로봇이 아닌 다른 구성을 가질 수 있다. 또한, 실시예에서는 작업품 유닛(7)이 이송되어 수직적으로(즉, 기어의 중심축이 수직하게 연장하는 방향) 배열된 상태에서, 기어가 쇼트 피이닝 및 배럴링되는 것으로 기재되었지만, 상기 작업품 유닛(7)이 측방향으로 배열된 상태에서 상기 공정이 연속적으로 수행되는 것도 가능하다.
또한, 상기 실시예에서는 두 가지 종류의 러프 매체 및 다듬질 매체가 사용되었지만, 또 다른 두 가지 종류의 매체, 즉, 작업품의 미세부를 위한 미세부 배럴링 매체 및 상기 미세부 배럴링 매체 보다 큰 주변부 배럴링 매체를 사용할 수도 있으며, 미세부와 주변부의 배럴링을 위해 매체들을 적절하게 조합한 다양한 종류의 매체들이 선택적으로 사용될 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 기어 가공 시스템은 통상적인 외접기어는 물론 내접기어, 베벨기어, 하이포이드(hypoid) 기어 등과 같은 기어의 품질을 향상시킬 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 가공 시스템은 탄화, 탄화-질화, 질화, 황화-질화, 유도경화(induction hardening), 및 열경화 등과 같은 다양한 종류의 표면 경화를 거친 강(steel)으로 제조된 기어에도 적용될 수 있으며, 롤링, 단조(forging) 등과 같은 방식에 의해 냉간 가공 또는 열간 가공된 기어에도 적용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 가공 시스템 및 배럴링 장치는 기계 구성요소의 가공에도 사용될 수 있는데, 예를 들면, 캠, 핀, 볼트 또는 표면 경화과정을 거친 견인 구동기(traction drive)의 견인 요소에도 적용 가능하다.

Claims (9)

  1. 치부 형성 및 표면 경화 작업을 거친 기어를 쇼트 피이닝하기 위한 쇼트 피이닝 장치;
    상기 쇼트 피이닝 장치에 인접하게 배치되며, 상기 쇼트 피이닝 장치에 의해 쇼트 피이닝 처리된 기어를 배럴링하기 위한 배럴링 장치; 및
    상기 쇼트 피이닝 장치와 배럴링 장치에 인접하게 배치되며, 상기 쇼트 피이닝 장치에 의해 쇼트 피이닝 처리된 기어를 상기 배럴링 장치로 공급하는 기어 공급 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 기어의 품질을 향상시킬 수 있는 기어 가공 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 기어 공급 장치는 상기 쇼트 피이닝 장치로도 기어를 공급하며, 상기 배럴링 장치로부터 기어를 취출하는 것을 특징으로 하는 기어 가공 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 쇼트 피이닝 장치와 상기 배럴링 장치는 서로 측방향으로 배치되는 것을 특징으로 하는 기어 가공 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 쇼트 피이닝 장치와 상기 배럴링 장치는 서로 수직적으로 배치되는 것을 특징으로 하는 기어 가공 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 쇼트 피이닝 장치에 인접하게 배치되어 기어의 치부 표면을 그라인딩하는 그라인딩 장치 및 상기 그라인딩 장치에 의해 치부 표면이 그라인딩된 기어를 상기 쇼트 피이닝 장치로 공급하기 위하여 상기 그라인딩 장치와 상기 쇼트 피이닝 장치에 인접하게 배치되는 제2 기어 공급 장치를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 기어 가공 시스템.
  6. 제1항 내지 5항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 배럴링 장치는 자이로 타입 배럴링 장치이며, 배럴 탱크 및 상기 배럴 탱크 내에 배치된 기어를 회전시키고, 상기 배럴링 장치는 다양한 종류의 매체를 상기 배럴 탱크에 연속적으로 공급하기 위한 매체 공급 장치와 이에 연결된 매체 공급 덕트, 그리고 기어를 배럴링시킨 매체를 상기 배럴 탱크로부터 배출시키기 위한 매체 배출 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 기어 가공 시스템.
  7. 배럴 탱크 및 상기 배럴 탱크 내에 배치된 작업품을 회전시키는 자이로 타입 배럴링 장치에 있어서,
    다양한 종류의 매체를 상기 배럴 탱크에 연속적으로 공급하기 위한 매체 공급 장치와 이에 연결된 매체 공급 덕트; 및
    작업품을 배럴링시킨 매체를 상기 배럴 탱크로부터 배출시키기 위한 매체 배출 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 배럴링 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 다양한 종류의 매체는 러프 매체 및 상기 러프 매체보다 미세한 연마 알갱이를 갖는 다듬질 매체를 포함하는 두 가지 종류의 매체인 것을 특징으로 하는 배럴링 장치.
  9. 제7항에 있어서, 상기 다양한 종류의 매체는 작업품의 미세부로 유입될 수 있는 미세부 배럴링 매체 및 상기 미세부 배럴링 매체보다 큰 주변부 배럴링 매체를 포함하는 두 가지 종류의 매체인 것을 특징으로 하는 배럴링 장치.
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