KR100644117B1 - 기어 연삭기 - Google Patents

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고이치 마스오
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미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤
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Abstract

나사형 연삭휠 (3) 이 회전가능하게 장착되고, X 방향, Z 방향 및 Y 방향을 따라 나사형 연삭휠을 이동시키고, YZ 평면에서 나사형 연삭휠을 선회시키기 위해 배치된 이동 기구 (1, 2, 11, 12, 13, 14) 와, 나사형 연삭휠의 위치를 제어하기 위한 NC 장치 (20) 와, 회전 구동하면서 나사형 연삭휠의 나사산의 플랭크에 접촉하여 드레싱하는 나선형 드레싱 공구 (10a, 10b, 10d) 를 갖는 회전식 드레싱 장치를 갖는 기어 연삭기에 있어서, NC 장치는 나사형 연삭휠의 연삭휠 압력각을 수정하기 위해서, 드레싱 공구가 나사형 연삭휠의 나사산의 플랭크에 접촉하는 상태를 유지하면서, 나사형 연삭휠의 X 방향 위치 및 Z 방향 위치 그리고 YZ 평면에서의 선회 위치를 조정하도록 이동 기구를 수치 제어하는 제어 기능을 갖는 것을 특징으로 한다.

Description

기어 연삭기{GEAR GRINDING MACHINE}
도 1 은 기어 연삭기를 나타내는 사시도이다.
도 2 는 기어 연삭기의 카운터 칼럼 주변을 나타내는 평면도이다.
도 3 은 기어 연삭기의 카운터 칼럼 주변을 나타내는 측면도이다.
도 4 는 기어의 연삭 상태를 나타내는 사시도이다.
도 5 는 드레싱 상태를 나타내는 개략도이다.
도 6 은 실시예의 상태를 나타내는 설명도이다.
도 7 은 나사형 연삭휠과 회전식 드레싱 장치의 위치 관계를 나타내는 설명도이다.
도 8 은 나사형 연삭휠과 회전식 드레싱 장치의 위치 관계를 나타내는 설명도이다.
도 9 는 나사형 연삭휠과 회전식 드레싱 장치의 위치 관계를 나타내는 설명도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
1 베드 2 칼럼
3 나사형 연삭휠 3a 연삭휠 축 (m)
4 테이블 5 카운터 칼럼
6 선회 링 7, 8 그리퍼
10 회전식 드레싱 장치 10a, 10b 드레싱 공구
10c 드레서 축 (l) 11 수직 슬라이드
12 선회 헤드 13 연삭 슬라이더
14 연삭 스핀들 20 NC 장치
본 발명은 나사형 연삭휠을 사용하여 연삭가공을 실시하도록 배치되고, 회전식 드레싱 장치가 구비된 기어 연삭기에 관한 것이다. 기어 연삭기는 나사형 연삭휠의 연삭휠 압력각을 수치 제어 (numerical control) 를 사용하여 고정밀도로 수정할 수 있다.
종래, 열처리 후의 기어 형상의 작업물이 기어 연삭 공구인 "나사형 연삭휠" 에 의해 연삭함으로써, 기어를 마무리 가공하는 기어 연삭기가 알려져 있다. 나사형 연삭휠이란, 링 형상을 이루고, 외주면에 나선상으로 나사산 (래크 톱니) 을 형성한 연삭휠이다. 연삭가공은, 나사형 연삭휠의 직교 좌표계의 위치 (X 축, Y 축, Z 축의 위치), 그리고 나사형 연삭휠의 회전 속도 등을 수치 제어함으로써 실시된다.
연삭가공을 진행하면, 나사형 연삭휠은 마모되고 그 날카로움은 저하된다. 따라서, 다수개의 기어를 연속하여 가공한 후에는, 마모된 나사형 연삭휠을, 드레 싱 장치에 의해 드레싱하여 날카로운 절삭날을 재생시킬 필요가 있다.
기어 연삭기 중에는, 드레싱 장치를 구비한 것이 있다. 이 드레싱 장치로는, 회전 구동하는 원판상의 드레싱 공구를 구비한 회전식 드레싱 장치가 있다. 이 회전식 드레싱 장치에서는, 원판상의 드레싱 공구가 회전 구동을 유지하며, 회전하고 있는 나사형 연삭휠의 나사산의 플랭크에 접촉시켜 드레싱이 이루어진다.
가공하는 기어의 치형 압력각을 수정하기 위해서는, 나사형 연삭휠의 연삭휠 압력각을 수정하지 않으면 안된다. 그리고, 나사형 연삭휠의 연삭휠 압력각의 수정은, 드레싱 장치에 의해 나사형 연삭휠을 드레싱하여 실시된다.
상세한 설명이 후술되지만, 연삭휠 압력각을 수정하기 위해서는, 나사형 연삭휠의 나사산에 접촉하고 있는 원판상의 드레싱 공구를 선회 (수직 방향축 (Z 축) 을 중심으로 선회) 시키는 것으로 충분하다.
따라서, 기어 연삭기 중에는, 회전식 드레싱 장치를 선회시키는 기구를 구비하고 있는 종류도 있다. 이러한 선회 기구를 구비한 기어 연삭기에서는, 선회용 공구인 블록 게이지를 사용하여, 조작자가 수조작에 의해 회전식 드레싱 장치 (드레싱 공구) 를 Z 축 둘레로 선회시켜, 연삭휠 압력각을 수정시킨다.
그러나, 연삭휠 압력각을 수정하기 위해, 회전식 드레싱 장치 (드레싱 공구) 를 선회시키기 위해서는, 조작자의 수작업이 필요하기 때문에 정밀도가 불량하게 나타나게 된다.
또한, 회전식 드레싱 장치를 선회시킬 수 없는 타입의 기어 연삭기에서는, 종래에는, 연삭휠 압력각을 수정할 수 없었다.
본 발명은, 상술된 종래 기술의 문제를 감안하여 이루어진다. 본 발명의 목적은 회전식 드레싱 장치의 드레싱 공구의 위치를 고정하면서, 나사형 연삭휠의 위치를 소정 위치로 이동시킴으로써, 나사형 연삭휠의 연삭휠 압력각을 수정할 수 있는 기어 연삭기를 제공하는 것이다.
본 발명의 양태는,
외주면에 나선상으로 형성된 나사산을 갖는 나사형 연삭휠이 회전가능하게 장착되고, 작업물 가공 위치에 대하여 나사형 연삭휠이 전진, 후퇴하는 방향인 X 방향, 수직 방향인 Z 방향, X 방향 및 Z 방향에 수직인 방향인 Y 방향을 따라 나사형 연삭휠을 이동시키고, YZ 평면에서 나사형 연삭휠을 선회시키기 위해 배치된 이동 기구,
이동 기구에 장착된 나사형 연삭휠의 위치를 제어하기 위해서, 이동 기구의 이동을 수치 제어하는 NC 장치, 및
원판상의 드레싱 공구를 갖는 회전식 드레싱 장치로서, 작업물 가공 위치에 회전식 드레싱 장치가 설치되면, 드레싱 공구가 회전 구동하면서 나사형 연삭휠의 나사산의 플랭크에 접촉하여 드레싱을 실시하는 회전식 드레싱 장치를 갖는 기어 연삭기에 있어서,
NC 장치는 나사형 연삭휠의 연삭휠 압력각을 수정하기 위해서, 드레싱 공구가 나사형 연삭휠의 나사산의 플랭크에 접촉하는 상태를 유지하면서, 나사형 연삭휠의 X 방향 위치 및 Z 방향 위치, 그리고 YZ 평면에서의 선회 위치를 조정하도록 이동 기구를 수치 제어하는 제어 기능을 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 양태는,
외주면에 나선상으로 형성된 나사산을 갖는 나사형 연삭휠이 회전가능하게 장착되며, 작업물 가공 위치에 대하여 나사형 연삭휠이 전진, 후퇴하는 방향인 X 방향, 수직 방향인 Z 방향, 상기 X 방향 및 상기 Z 방향에 수직인 방향인 Y 방향을 따라 나사형 연삭휠을 이동시키고, YZ 평면에서 나사형 연삭휠을 선회시키는 이동 기구,
이동 기구에 장착된 상기 나사형 연삭휠의 위치를 제어하기 위해서, 이동 기구의 이동을 수치 제어하는 NC 장치, 및
원판상의 드레싱 공구를 갖는 회전식 드레싱 장치로서, 작업물 가공 위치에 회전식 드레싱 장치가 설치되면, 드레싱 공구가 회전 구동하면서 나사형 연삭휠의 나사산의 플랭크에 접촉하여 드레싱을 실시하는 회전식 드레싱 장치를 갖는 기어 연삭기에 있어서,
NC 장치는 나사형 연삭휠의 연삭휠 압력각을 수정하기 위해서, 드레싱 공구가 나사형 연삭휠의 나사산의 플랭크에 접촉하는 상태를 유지하면서, 나사형 연삭휠의 X 방향 위치 및 Z 방향 위치, 그리고 YZ 평면에서의 선회 위치를 조정하도록 이동 기구를 수치 제어하는 제어 기능과, 나사형 연삭휠의 1 회전 당 나사형 연삭휠의 Y 방향 이동 거리를 수치 제어하는 제어 기능을 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명은, 단시 설명을 위한 것으로 본 발명을 한정하지 않는 첨부된 도면 과 이하의 상세한 설명에 따라서 더 잘 이해될 것이다.
우선, 본 발명을 적용한 기어 연삭기의 특징 및 일반적인 동작이, 도 1 내지 도 5b 를 참조하여 설명된다.
도 1 은 나사형 연삭휠 (웜형 연삭휠 (worm grinding wheel); 3) 을 장착한 본 발명의 실시 형태에 관련된 기어 연삭기의 사시도이다. 이 도면은 나사형 연삭휠 (3) 이 회전식 드레싱 장치 (10) 에 구비된 한 쌍의 드레싱 공구 (10a 및 10b) 에 의해 드레싱 (재생 연삭) 되고 있는 상태를 나타내고 있다. 환상의 나사형 연삭휠 (3) 은, 그 외주면에 래크 톱니 (나선상의 나사산) 를 구비하고 있고, 이 래크 톱니가 작업물 (피연삭 기어; W) 과 맞물려, 기어 연삭이 실시된다.
도 2a 내지 도 2c 는 상기 작업물의 일단을 지지하는 심압대 (tailstock) 인 카운터 컬럼 (5) 의 주변을, 위에서 본 경우의 설명도이다. 도 2a 및 도 2b 는, 테이블 (4) 에 대한 작업물 (W) 의 반입, 반출 동작을 나타내는 것이다. 도 2c 는 드레싱 상태를 나타내는 것이다.
도 3 은 카운터 칼럼 (심압대; 5) 의 측면도이다.
도 4 는 나사형 연삭휠 (3) 과 작업물 (W) 이 맞물려 기어 연삭을 하고 있는 상태를 나타내는 사시도이다.
도 5a 및 도 5b 는 드레싱 상태를 나타내는 개략도이다.
도 1 에서, 부호 "1" 은 베드, 부호 "2" 는 칼럼, 부호 "3" 은 작업물을 연삭가공하는 나사형 연삭휠, 부호 "4" 는 작업물이 위치되고 유지되는 테이블, 부호 "5" 는 베드 (1) 상에 직립설치되는 카운터 칼럼 (심압대), 부호 "6" 은 카운터 칼 럼 (5) 의 하부 외주에 선회 가능하게 형성된 선회 링 (환상 부재), 부호 "7" 및 부호 "8" 은 작업물을 반입, 반출하는 그리퍼, 부호 "10" 은 나사형 연삭휠 (3) 을 드레싱하는 회전식 드레싱 장치를 나타낸다.
칼럼 (2) 에 대면하는 위치 (즉, 작업물 가공 위치) 에 테이블 (4) 이 제공되고, 칼럼 (2) 은 베드 (1) 상에서, 도 2a 에 나타내는 제 1 축 (C1; 테이블 (4)) 에 대하여 전진 및 후진 (즉, 칼럼 (2) 이 X 방향으로 슬라이드됨) 한다. 칼럼 (2) 은 나사형 연삭휠 (3) 을 장착하기 위한 연삭휠 축인 연삭 스핀들 (14) 을 갖는다. 테이블 (4) 은, 도 2a 에 나타내는 제 1 축 (C1) 을 중심으로 화살표 (C) 방향으로 회전한다.
카운터 칼럼 (5) 은, 테이블 (4) 상에 탑재된 작업물을, 그 상방에서 가압하는 기능을 가지며, 그 테이블 (4) 면측에서 상하 방향으로 승강하여, 작업물을 그 상방에서 가압하기 위한 심압구 (도시 생략) 를 갖는다.
도 2a 에 나타내는 바와 같이, 카운터 컬럼 (5) 의 외주에는, 제 2 축 (O) 을 중심으로 하여 구동 수단 (도시하지 않음) 에 의해 화살표 (B) 방향 (도 1) 으로 선회하는 선회 링 (환상 부재; 6) 이 제공된다. 이 선회 링 (6) 에는, 작업물 유지부인 한 쌍의 그리퍼 (7 및 8) 와, 회전식 드레싱 장치 (10) 가 형성된다.
한 쌍의 그리퍼 (7 및 8) 는, 제 2 축 (O) 에 대하여 대칭으로 제공되고, 그리퍼 (7 및 8) 에 의해 작업물 (W) 이 테이블 (4) 에 대하여 반입, 반출된다. 그리퍼 (7 및 8) 는, 개폐하는 한 쌍의 포크 (7a, 8a) 에 의해, 작업물 (W) 을 그 양측에서 파지하고 유지하는 기구를 갖는다.
선회 링 (6) 은, 그리퍼 (7 및 8) 에 의해 작업물 (W) 을 테이블 (4) 로 반입, 반출하기 쉬운 높이를 고려하여, 카운터 칼럼 (5) 의 하부 외주에 제공되는 것이 바람직하다.
회전식 드레싱 장치 (10) 는, 그리퍼 (7 및 8) 사이에 제공되고, 바람직하게는, 제 2 축 (O) 를 중심으로 하여, 그리퍼 (7 및 8) 사이의 중앙 (90 도) 위치에 제공된다.
회전식 드레싱 장치 (10) 에는, 드레서 축 (10c) 을 중심으로 하여 회전 구동되는 1 쌍의 원판상 드레싱 공구 (10a, 10b) 를 구비하고 있다. 다음의 설명에서는, 드레서 축 (10c) 을 부호 "1" 로 나타내는 경우도 있다.
칼럼 (2) 중 테이블 (4) 에 대면하는 측면 (전면) 에는, 제 1 축 (C1) 과 평행 (즉, Z 방향) 하게 슬라이드 가능한 수직 슬라이드 (11) 와, 수직 슬라이드 (11) 의 전면에서 화살표 (A) 방향으로 축 선회 가능 (즉, X 축 둘레로 선회 가능하고 또한, YZ 평면에서 선회 가능) 한 선회 헤드 (12) 와, 선회 헤드 (12) 의 전면에서 제 1 축 (C1) 에 대하여 직교하는 방향 (즉, Y 방향) 으로 슬라이드하는 연삭 슬라이더 (13) 를 갖는다. 상기 A 방향의 축 선회는, 이 연삭 스핀들 (14) 전체를 기울이는 움직임을 의미한다. 연삭 스핀들 (14) 은, 연삭휠 축 (3a) 을 중심으로 하여 회전함으로써, 나사형 연삭휠 (3) 에 의해 작업물 (W) 의 연삭가공이 가능해진다. 다음의 설명에서, 연삭휠 축 (3a) 을, 부호 "m" 으로 나타내는 경우가 있다.
그리고 헤드 (1), 칼럼 (2), 수직 슬라이드 (11), 선회 베드 (12), 연삭 슬 라이더 (13), 연삭 스핀들 (14) 에 의해 이동 기구가 구성되어 있고, 이 이동 기구의 각 부분은, NC 장치 (20) 에 의해, 그 이동 위치가 수치 제어된다.
또한, 선회 베드 (12) 에 냉각재 노즐 (9) 이 제공되어 있고, 이 냉각재 노즐 (9) 에서 연삭유가, 작업물 (W) 및 나사형 연삭휠 (3) 의 연삭 중, 연삭 부위 상방에서 토출되어, 연삭의 원활성, 연삭 찌꺼기의 배제 및 냉각을 도모하고 있다.
상기된 방향 (X, Y, Z, A 및 C) 으로의 이동 및, 연삭 스핀들 (14) 에 의한 나사형 연삭휠 (3) 의 회전 구동을, NC 장치 (20) 에 의해 NC 제어함으로써, 나사형 연삭휠 (3) 이 테이블 (4) 상의 작업물 (W) 을 연삭가공한다.
작업물 (W) 의 반입 반출 및 가공 동작을, 도 2a, 도 2b 및 도 2c 에 기초하여 설명한다.
도 2a 는, 그리퍼 (7) 측에서 작업물 (W) 이 테이블 (4) 상에 반입되고, 다음에 연삭될 작업물 (W1) 이 그리퍼 (8) 측에 파지되어 있는 상태를 나타내는 도면이다.
그리퍼 (7) 가 이동 수단 (도시되지 않음) 에 의해 소정 거리만큼 하강하여, 작업물 (W) 이 테이블 (4) 상의 작업물 장착구 (작업물 아버) 에 설치된다. 그리퍼 (7) 의 파지가 개방된 후, 체결 장치 (도시되지 않음) 에 의해 작업물 (W) 이 작업물 아버에 고정 지지된다. 그 후, 방향 (X, Y, Z, A 및 C) 으로의 이동 및 나사형 연삭휠 (3) 의 회전 구동을 수치 제어함으로써, 나사형 연삭휠 (3) 이 작업물 (W) 을 연삭가공하여 기어 (W2) 를 제조한다. 도 4 는 연삭가공 시에서의, 나사형 연삭휠 (3) 과 작업물 (W) 의 서로에 대한 상태를 나타낸다.
다음으로, 기어 (W2) 의 작업물 아버에 대한 고정 지지가 해제되어, 기어 (W2) 가 그리퍼 (7) 에 파지된다. 그리퍼 (7) 가 이동 수단에 의해 소정 거리만큼 상승하여, 기어 (W2) 가 작업물 아버로부터 분리된다. 이어서, 선회 링 (6) 이 시계방향으로 (화살표 (D) 방향) 180 도 오른쪽 회전하면, 도 2b 에 도시된 상태가 얻어진다. 이때, 그리퍼 (8) 는 다음에 연삭가공될 작업물 (W1) 를 파지하고 있고, 그리퍼 (8) 가 작업물 (W1) 을 테이블 (4) 상에 반입함과 함께 그리퍼 (7) 는 완성된 기어 (W2) 를 반출한다.
도 2a 및 도 2b 에 나타내는 동작을 교대로 되풀이함으로서 기어를 연속하여 수십개 제작한다. 그 후, 선회 링 (6) 이, 도 2(b) 의 상태에서 시계방향으로, 오른쪽으로 90 도, 화살표 (F) 방향으로 선회하면, 도 2c 및 도 3 에 나타내는 상태가 얻어진다. 즉, 회전식 드레싱 장치 (10) 를 나사형 연삭휠 (3) 에 대면시킨다. 드레싱 공구 (10a, 10b) 가 드레서 축 (10c) 을 중심으로 하여 회전 구동된다. 더욱이, 방향 (X, Y, Z, A, 및 C) 으로의 이동 및 나사형 연삭휠 (3) 의 회전 구동을 작업물 (W) 의 가공 시와 동일하게 수치 제어하여, 나사형 연삭휠 (3) 을 드레싱 장치 (10) 에 의해 연삭 재생한다.
회전식 드레싱 장치 (10) 에 의해 나사형 연삭휠 (3) 을 드레싱하는 타이밍은, 연삭가공하기 전에, 미리, 나사형 연삭휠 (3) 에 의해 연속하여 연삭가공하는 작업물 (W) 의 수를 소정 설정수로 하여 기어 연삭기의 NC 장치 (20) 에 설정해 둔다. 이렇게 하여, 도 2a 및 도b 에 나타내는 동작을 교대로 반복하여, 나사형 연삭휠 (3) 이 작업물 (W) 을 소정 수만큼 연속 가공한다. 소정 수의 작업물 (W) 을 연속 가공한 후, 선회 링 (6) 이 도 2c 의 상태가 되도록 선회된다. 회전식 드레싱 장치 (10) 가 나사형 연삭휠 (3) 과 대면하여, 회전식 드레싱 장치 (10) 가 나사형 연삭휠 (3) 을 드레싱하는 것이 가능해진다.
드레싱은, 드레싱 공구 (10a 및 10b) 가 드레서 축 (10c) 을 중심으로 하여 회전 구동되고, 나사형 연삭휠 (3) 의 방향 (X, Y, Z, A 및 C) 으로의 이동 및 나사형 연삭휠 (3) 의 회전 구동을, 수치 제어함으로써 이루어진다.
이런식으로, 회전 구동하고 있는 원판상의 드레싱 공구 (10a, 10b) 를, 회전하고 있는 나사형 연삭휠 (3) 의 나사산의 플랭크에 접촉시켜 감으로써, 나사형 연삭휠 (3) 의 드레싱이 이루어질 수 있다.
도 5a 는, 드레싱 공구 (10a, 10b) 에 의해, 나사형 연삭휠 (3) 이 드레싱되는 상태를 개략적으로 나타내고 있다.
도 5a 에 있어서, 위치 (P1) 를 중심으로 하여 드레싱 공구 (10a) 가 선회할 수 있고 (Z 축 둘레로 선회할 수 있음), 위치 (P2) 를 중심으로 하여 드레싱 공구 (10b) 가 선회할 수 있다 (Z 축 둘레로 선회할 수 있음). 이 경우, 드레싱 공구 (10a, 10b) 를 Z 축 둘레로 선회시킴으로써, 나사형 연삭휠 (3) 의 연삭휠 압력각을 수정할 수 있다.
블록 게이지를 갖는 상술된 기어 연삭기로, 이러한 기술에 의해, 연삭휠 압력각이 수정될 수 있다.
본 발명의 실시예에서는, 드레싱 공구 (10a, 10b) 가 Z 축 둘레로 선회할 수 있다고 하더라도, 드레싱 공구 (10a, 10B) 를 선회시키지 않고, 나사형 연삭휠 (3) 의 연삭휠 압력각을 바꿀 수 있다. 더욱이, 본 발명의 실시예에서는, 드레싱 공구 (10a, 10b) 가 Z 축 둘레로 선회할 수 없을 지라도, 나사형 연삭휠 (3) 의 연삭휠 압력각이 바뀔 수 있다.
본 발명의 실시예에서는, 회전식 드레싱 장치 (10; 즉 드레싱 공구 (10a, 10b)) 의 위치를 고정한 채로, 드레싱 공구 (10a, 10b) 가 나사형 연삭휠 (3) 의 나사산의 플랭크에 접촉한 상태를 유지하면서, 나사형 연삭휠 (3) 을 직교 좌표계 (X 축 및 Z 축을 따르는 방향) 에서 소정 위치에 위치되며, 나사형 연삭휠 (3) 을 화살표 (A) 방향으로 소정 각도만큼 선회한다. 이런식으로, 드레싱 공구 (10a, 10b) 에서 드레싱되는 나사형 연삭휠 (3) 의 연삭휠 압력각이 바뀌게 된다.
즉, "드레싱 공구 (10a, 10b) 의 위치가 고정되는 동시에, 나사형 연삭휠 (3) 의 직교 좌표 위치 및 화살표 (A) 방향의 선회각이 변경된다." 이 과정은, 연삭휠 압력각을 바꾸기 위해 "나사형 연삭휠 (3) 의 위치를 고정하고, 드레싱 공구 (10a, 10b) 를 Z 축 둘레로 선회시키는" 것과 등가인 상태를 이룬다.
도 5b 에 나타내는 바와 같은, 단일 드레싱 공구 (10d) 가 사용될 수 있다. 이 드레싱 공구 (10d) 에서도, 1 쌍의 드레싱 공구 (10a, 10b) 와 같이, 나사형 연삭휠 (3) 의 좌우의 플랭크 (LF 및 RF) 에 접촉하여 드레싱할 수 있다.
(실시예 1)
도 1 내지 도 5b 에 나타내는 기어 연삭기에 적용한 본 발명의 실시예 1 을, 도 6a 내지 도 6c 를 참조하여 설명한다.
통상의 드레싱이 실시되면, 도 6a 에 나타내는 바와 같이, 나사형 연삭휠 (3) 의 중심 (O1; 연삭휠 축 (3a (m)) 의 중앙점) 과, 드레싱 공구 (10a, 10b) 의 중심 (O2; 드레서 축 (10c (l)) 의 중앙점) 을 연결하는 라인이 수평이 되도록 하고 있다. 이 때, 중심 (O1, O2) 사이의 거리인 중심간 거리는 D 이다.
나사형 연삭휠 (3) 의 연삭휠 압력각을 변화시키기 위해서는, 드레싱 공구 (10a, 10b) 의 위치를 도 6a 와 동일한 위치로 고정하면서, 또한, 중심 (O1, O2) 사이의 거리인 중심간 거리를 D 로 유지한다 (즉, 드레싱 공구 (10a, 10b) 가 나사형 연삭휠 (3) 의 나사산의 플랭크에 접촉한 상태를 유지함). 이러한 상태에서, 예를 들어 도 6b 에 나타내는 바와 같이, 나사형 연삭휠 (3) 의 X 방향 위치 및 Z 방향 위치가 바뀌고, 나사형 연삭휠 (3) 의 A 방향 위치 (X 축 둘레로의 선회 위치, 즉, YZ 평면에서의 선회 위치) 가 바뀐다. 도 6b 의 예에서, 나사형 연삭휠 (3) 의 나사산 중 하반부에서 나사형 연삭휠 (3) 과 드레싱 공구 (10a, 10b) 가 접촉하고 있다.
따라서, 나사형 연삭휠 (3) 에 형성된 나사산의 경사 방향에 따라 다르기도 하지만, 나사형 연삭휠 (3) 중, 드레싱 공구 (10a) 에서 드레싱되는 우측 플랭크 (RF; 도 5 (9) 참조) 의 연삭휠 압력각은 커지고, 드레싱 공구 (10b) 에서 드레싱되는 좌측 플랭크 (LF; 도 5 (9) 참조) 의 연삭휠 압력각은 작아진다.
이 때, 우측 플랭크 (RF) 에서 연삭휠 압력각의 증가량 (수치) 과, 좌측 플랭크 (LF) 에서 연삭휠 압력각의 감소량 (수치) 은 동일하다.
연삭휠 압력각을 소정 각도 변화시키기 위해서, 나사형 연삭휠 (3) 을 X, Z 및 A 방향 위치를 따라 어느 정도 이동시키면 될지에 대한 분석 결과가 후술된다.
NC 장치 (20) 에 의한 NC 모드에서 칼럼 (2), 수직 슬라이드 (11) 및 선회 헤드 (12) 를 위치 제어하면서 이동시켜 나사형 연삭휠 (3) 이 X, Z 및 A 방향 위치를 따라 이동되는 것은 당연하다.
드레싱을 진행할 때에는, 나사형 연마휠 (3) 의 X, Z 및 A 방향 위치를 도 6b 에 나타내는 상태로 유지하여, 최초에 드레싱 공구 (10a, 10b) 가 나사형 연마휠 (3) 의 나사산의 플랭크에 접촉할 때까지 접촉 조정을 행한다 (즉, 나사형 연삭휠 (3) 은 Y 방향으로 이동됨). 그 후, 나사형 연삭휠 (3) 에 형성된 나사산의 리드에 맞춰서, 나사형 연삭휠 (3) 을 Y 방향으로 연속적으로 리드 이동시킨다.
도 6b 에 도시된 방향의 반대 방향으로 나사형 연삭휠 (3) 의 연삭휠 압력각을 변화시키기 위해, 드레싱 공구 (10a, 10b) 의 위치는 도 6a 일 때와 동일한 위치로 고정하고, 중심 (O1, O2) 사이의 거리인 중심간 거리가 D 로 유지된다. 이러한 상태 하에서, 예컨대 도 6c 에 도시된 바와 같이, 나사형 연삭휠 (3) 의 X 방향 위치 및 Z 방향 위치가 변화되고, 나사형 연삭휠 (3) 의 A 방향 위치 (X 축 둘레로의 선회 위치, 즉, YZ 평면에서의 선회 위치) 또한 바뀐다. 도 6c 의 예에서는, 나사형 연삭휠 (3) 의 나사산 중 상반부에서 나사형 연삭휠 (3) 과 드레싱 공구 (10a, 10b) 가 접촉하고 있다.
따라서, 나사형 연삭휠 (3) 에 형성한 나사산의 경사 방향에 따라 다르기도 하지만, 예를 들어 나사형 연삭휠 (3) 중 드레싱 공구 (10a) 에서 드레싱되는 우측 플랭크 (RF; 도 5 (9) 참조) 의 연삭휠 압력각은 작아지고, 드레싱 공구 (10b) 에서 드레싱되는 좌측 플랭크 (LF; 도 5 (9) 참조) 의 연삭휠 압력각은 커진다.
이 때, 우측 플랭크 (RF) 에서 연삭휠 압력각의 감소량 (수치) 과, 좌측 플랭크 (LF) 에서 연삭휠 압력각의 증가량(수치) 은 동일하다.
연삭휠 압력각을 소정 각도 변화시키기 위해서, 나사형 연삭휠 (3) 을 X, Z 및 A 방향 위치를 따라, 어느 정도 이동시키면 될지에 대한 분석 결과가 후술된다.
NC 장치 (20) 에 의한 NC 모드에서 칼럼 (2), 수직 슬라이드 (11) 및 선회 헤드 (12) 를 위치 제어하면서 이동시켜 나사형 연삭휠 (3) 이 X, Z 및 A 방향 위치를 따라 이동되는 것은 당연하다.
드레싱을 진행시, X, Z 및 A 방향의 나사형 연삭휠 (3) 의 위치는 도 6c 에 나타내는 상태로 유지되고, 드레싱 공구 (10a, 10b) 가 나사형 연마휠 (3) 의 나사산의 플랭크에 접촉할 때까지 접촉 조정이 이루어진다 (나사형 연삭휠 (3) 을 Y 방향으로 이동함). 그 후, 나사형 연삭휠 (3) 에 형성한 나사산의 리드에 맞춰서, 나사형 연삭휠 (3) 은 Y 방향으로 연속적으로 리드 이동된다.
이런식으로, 나사형 연삭휠 (3) 의 우측 플랭크과 좌측 플랭크의 연삭휠 압력각을, 일방에 관해서는 증가, 타방에 관해서는 감소시킬 수 있다. 더구나, 연삭휠 압력각의 증가량 및 감소량 (수치) 는 동일하게 될 수 있다.
(실시예 2)
실시예 1 에서, 우측 플랭크 (RF) 에서 연삭휠 압력각의 증가량 (감소량) (수치) 과, 좌측 플랭크 (LF) 에서 연삭휠 압력각의 감소량 (증가량) (수치) 은 동 일하게 된다. 한편, 실시예 2 에서는, 좌우의 플랭크에 있어 연삭휠 압력각 (수치) 의 증가량 및 감소량이 다르게 되어 있다.
따라서, 실시예 1 에서, 드레싱 중에, 나사형 연삭휠 (3) 이 Y 방향으로 연속적으로 이동되는 거리 (1 회전 당 Y 방향 이동 거리) 는, 나사형 연삭휠 (3) 에 형성한 나사산의 리드와 동일하게 되어 있다. 대조적으로, 실시예 2 에서는, 드레싱 중에 나사형 연삭휠 (3) 이 Y 방향으로 연속적으로 이동되는 거리 (1 회전 당 Y 방향 이동 거리) 는, 나사형 연삭휠 (3) 에 형성한 나사산의 리드보다도 약간 길게 또는 짧게 되어 있다.
공지된 바와 같이, 1 회전 당 나사형 연삭휠 (3) 의 Y 방향 이동 거리가 나사형 연삭휠 (3) 의 나사산의 리드보다도 길어지면, 예를 들어 나사형 연삭휠 (3) 에 형성된 나사산의 경사 방향에 따라 다를 수도 있지만, 드레싱 공구 (10a, 10b) 로 드레싱되는 나사형 연삭휠 (3) 의 좌우의 플랭크 (LF 및 RF) 의 연삭휠 압력각이 모두 동일한 각도 (수치) 만큼 감소된다. 반면, 1 회전 당 나사형 연삭휠 (3) 의 Y 방향 이동 거리가 나사형 연삭휠 (3) 의 나사산의 리드보다도 짧아지면, 예를 들어 나사형 연삭휠 (3) 에 형성된 나사산의 경사 방향에 따라 다를 수도 있지만, 드레싱 공구 (10a, 10b) 로 드레싱되는 나사형 연삭휠 (3) 의 좌우의 플랭크 (RF 및 LF) 의 연삭휠 압력각이 모두 동일한 각도 (수치) 만큼 증가된다.
더구나, 도 6b 또는 도 6c 에 나타내는 바와 같이, 드레싱 공구 (10a, 10b) 의 위치가, 도 6a 일 때와 동일한 위치로 고정되고, 또한 중심 (O1, O2) 사이의 거 리인 중심간 거리를 D 로 유지하면서, 나사형 연삭휠 (3) 의 X 방향 위치 및 Z 방향 위치를 바꿈과 함께, 나사형 연삭휠 (3) 의 A 방향 위치 (X 축 둘레로의 선회 위치, 즉, YZ 평면에서의 선회 위치) 를 바꾼다. 이렇게 하여, 상기 기술한 바와 같이, 좌우의 플랭크 (LF 및 RF) 중의 일방의 연삭휠 압력각을 증가시켜, 타방의 압력각을 감소시킬 수 있다.
따라서,
(1) 1 회전 당 나사형 연삭휠 (3) 의 Y 방향 이동 거리가 조정되고,
(2) 드레싱 공구 (10a, 10b) 의 위치가 도 6a 일 때와 동일한 위치로 고정되며, 중심 (O1, O2) 사이의 거리인 중심간 거리가 D 로 유지되면서, 나사형 연삭휠 (3) 의 X 방향 위치 및 Z 방향 위치 그리고 A 방향 위치가 바뀐다.
이런 식으로, 좌우의 플랭크 (LF 및 RF) 의 연삭휠 압력각을, 임의의 각도로 증가, 감소시킬 수 있다.
다음으로, 나사형 연삭휠 (3) 의 연삭휠 압력각을 소정 각도 변화시키기 위해서, 나사형 연삭휠 (3) 을 X, Z 및 A 방향을 따라 어느 정도 이동시켜야 하는지를 분석적으로 설명한다.
통상은 벡터를 나타내는 데 관련 부호의 위에 화살표 (→) 를 붙여 나타낸다. 그러나, 일본 특허청의 전자 출원 시스템에서는 이러한 표기 수법이 인정되고 있지 않다. 따라서, 부호의 아래에 밑줄을 붙인 것을 벡터 표기로서 사용한다.
도 7 은, 나사형 연삭휠 (3) 과 회전식 드레싱 장치 (10) 의 드레싱 공구 (10a, 10b) 의 위치 관계를 나타내고 있다. 더 상세하게는, 도 6a 에 나타내는 바와 같이, 나사형 연삭휠 (3) 의 중심 (O1) 과 드레싱 공구 (10a, 10b) 의 중심 (O2) 을 연결하는 라인이 수평이 되는 상태일 때의 위치 관계를 나타내고 있다.
도 7 에 있어서, "m" 은 연삭휠 축, "l" 은 드레서 축, 평면 (π1, π2) 은 yz 평면이다. 이 때, 조건 A 와 조건 B 가 성립된다.
조건 A: 중심간 거리 D
(최단 거리를 연결하는 벡터 (O 1 , O 2 )=D, |D|=D)
조건 B: 드레서 축 (l) 과 연삭휠 축 (m) 을 사이의 각은 γ (γ: 축각).
평면 (π2) 을 D 에 따라 평행 이동하면 평면 (π1) 에 겹침.
D 는 π1 및 π2 의 법선 벡터.
도 8 은, 연삭휠 압력각을 수정하기 위해서, 드레싱 공구 (10a, 10b) 를 Z 축 둘레로 선회 (선회각 (α)) 하였을 때의, 나사형 연삭휠 (3) 과 회전식 드레싱 장치 (10) 의 드레싱 공구 (10a, 10b) 와의 위치 관계를 나타내고 있다.
이 방식은 종래부터 사용되던 기술이며, 이 방식을 방식 1 이라고 한다.
도 9 는, 도 6b 또는 도 6c 에 나타내는 바와 같이, 드레싱 공구 (10a, 10b) 의 위치를 고정하면서, 또한, 중심간 거리 (D) 를 유지하면서, 나사형 연삭휠 (3) 의 X 방향 위치 및 Z 방향 위치 그리고 A 방향 위치를 바꾸었을 때의, 나사형 연삭 휠 (3) 과 회전식 드레싱 장치 (10) 의 드레싱 공구 (10a, 10b) 와의 위치 관계를 나타내고 있다.
도 9 는, 연삭휠 축을, yz 평면에서 회전 (선회) 하고 또한 평행 이동하는 방식을 보여준다. 이 방식을 방식 2 라고 한다. 이 방식 2 에서는, 상기 기술한 "yz 평면에서 회전 (선회) 하고 또한 평행 이동하는" 것을, 사상 (mapping; T) 이라고 한다.
또한 "m'" 는 연삭휠 축, "θ" 은 yz 평면에서의 선회각이다. 연삭휠 축 (m') 은 평면 (π1') 상에 있고, 드레서 축 (l') 은 평면 (π2') 상에 있고, 평면 (π1') 과 평면 (π2') 은 평행 (즉 동일한 법선 벡터) 하다.
여기서 하기 조건 (A') 과 조건 (B') 을 만족하는 사상 (T) 이 존재하면, 방식 1 과 방식 2 는 등가가 된다.
조건 A': 중심간 거리 (D; l' 와 m' 의 최단 거리=D)
조건 B': 드레서 축 (l') 과 연삭휠 축 (m') 이 사이의 각은 γ (γ: 축각)
(축각 (γ) 은, 평면 (π2') 을 평행 이동하여 평면 (π1') 에
겹쳤을 때에 l' 와 m' 가 이루는 각)
상기 사상 (T) 이 존재하는지 여부를, 계산으로써 나타낸다.
직선 (m) 의 방향 벡터 dm=(O, cosγ, sinγ)
직선 (m) 의 위치 벡터 m=sㆍdm (다만 s 는 파라미터)
직선 (l) 의 방향 벡터 dl=(0, 1, 0)
직선 (l) 의 위치 벡터 l=D+tdl (다만 t 는 파라미터)
D=(D, 0, 0)
직선 (l') 의 방향 벡터 (dl') 는 다음 식 (1) 로 표시된다.
Figure 112005038189435-pat00001
ㆍ ㆍ ㆍ(1)
직선 m' 의 방향 벡터 (dm') 는 다음 식 (2) 로 표시된다.
dm'= (0, cos(γ+θ), sin(γ+θ)) ㆍ ㆍ ㆍ(2)
직선 (l') 와 직선 (m') 에 직교하는 벡터를 n' 로 한다. n' 는 평면 (π1', π2') 의 법선 벡터이다.
n' = d1' × dm'
= (cosαㆍsin(γ+θ), sinαㆍsin(γ+θ), -sinαㆍcos(γ+θ))ㆍ ㆍ ㆍ(3)
｜n'｜2
= cos2αsin2(γ+θ) + sin2αㆍsin2(γ+θ) + sin2αcos2(γ+θ))
= cos2αsin2(γ+θ) + sin2α ㆍ ㆍ ㆍ(4)
직선 (l') 과 직선 (m') 이 이루는 각을 γ 라 한다. 그후, 외적의 정리로부터,
｜n'｜ = ｜d1'｜ㆍ｜dm'｜ㆍsinγ
= sinγ ㆍ ㆍ ㆍ(5)
(∵｜d1'｜=｜dm'｜= 1)
식 (4) 및 식 (5) 로부터
cos2αsin2(γ+θ) + sin2α= sin2γ ㆍ ㆍ ㆍ(6)
이 된다.
식 (6) 으로부터, 조건 B' 를 만족하는 선회각 (θ) 이 구해진다.
식 (3) 과 식 (5) 로부터 법선 벡터 (n') 를 정규화하면 다음과 같이 된다.
n' = (1/｜sinγ｜)(cosαㆍsin(γ+θ), sinαㆍsin(γ+θ),
-sinαㆍcos(γ+θ)) ㆍ ㆍ ㆍ(7)
직선 (l') 상의 점 (O2) 에서 - n' 를 따라 거리 (D) 만큼 평행 이동한 점을 O1' 로 한다. 점 (O1') 을 통과하여, 방향 벡터 (m') 를 갖는 직선 (m') 이, 조건 A', B' 를 만족한다.
O 2 O 1 ' = -Dㆍn'
= (-D/｜sinγ｜)(cosαsin(γ+θ), sinαsin(γ+θ),
-sinαcos(γ+θ)) ㆍ ㆍ ㆍ(8)
O 1 O 1 ' = O 1 O 2 + O 2 O 1 '
= D(1 - cosαsin(γ+θ)/｜sinγ｜, -sinαsin(γ+θ)/｜sinγ｜,
-sinαcos(γ+θ)/｜sinγ｜ ㆍ ㆍ ㆍ(9)
이상으로부터 사상 (T) 은 하기와 같이 된다.
직선 (m)→직선 (m')
m = sdm → m' = O 1 O 2 + sdm'
드레싱 공구 (10a, 10b) 의 위치를 고정하였을 때의, 나사형 연삭휠 (3) 의 각 축 보정량은, 역사상 (T-1) 으로부터 얻어진다.
Figure 112005038189435-pat00002
ㆍ ㆍ ㆍ(10)
O 1 O 2 = (xh, yh, zh)
이 때 역사상 (T-1) 은 하기와 같다.
Figure 112005038189435-pat00003
ㆍ ㆍ ㆍ(11)
식 (11) 로부터, 나사형 연삭휠 (3) 의 각 축 보정량은 다음과 같이 된다.
X = -xh ㆍ ㆍ ㆍ(12)
Y = -yhㆍcosθ-zhㆍsinθ ㆍ ㆍ ㆍ(13)
Z = yhㆍsinθ-zhㆍcosθ ㆍ ㆍ ㆍ(14)
A = -θ ㆍ ㆍ ㆍ(15)
이러한 수정량에 대한, 연삭휠 압력각의 수정량 (각도) 이 축각 (γ) 보다도 작은 것이다.
식 (12), (14) 및 (15) 로부터 알 수 있는 바와 같이, 드레싱 공구 (10a, 10b) 의 위치가 고정된 상태로, 나사형 연삭휠 (3) 의 X 축 위치가 -xh 만큼 변위되고, Z 축 위치가 yhㆍsinθ-zhㆍcosθ 만큼 변위되며, A 방향 위치가 -θ 만큼 선회된다. 그렇게 하여, 나사형 연삭휠 (3) 이 고정된 상태에서 드레싱 공구 (10a, 10b) 가 Z 축 둘레로 α 만큼 선회되었을 때와 같은 방식으로, 연삭휠 압력각이 수정될 수 있다.
θ 는 식 (6) 을 만족하는 값이다. 식 (6) 에서, γ 는 나사형 연삭휠 (3) 이 위치 이동되기 전의 상태에서 연삭휠 축과 드레서 축이 이루는 각도이다. 벡터 (O 1 O 1 ') 는 (xh, yh, zh) 로 하였다.
드레서 동작 개시 전에, 나사형 연삭휠 (3) 과 드레싱 공구 (10a, 10b) 가 접촉할 때까지 나사형 연삭휠 (3) 의 Y 축 방향 위치를 수동 조작하는 "접촉 조정" 이 실시된다.
상기된 바와 같이, 본 발명은 나사형 연삭휠을 연삭하고, 나사형 연삭휠을 드레싱하기 위한 회전식 드레싱 장치를 갖는 기어 연삭기에 적용될 수 있다. 본 발명은 고정밀도로 수치 제어에 의해 연삭휠 압력각을 수정하기 위해 활용될 수 있다.
본 발명에 따라서, 더욱이, 드레싱 장치 (드레싱 공구) 의 위치가 고정된 상태에서, 또한 드레싱 공구는 나사형 연삭휠의 나사산의 플랭크에 접촉하는 상태가 유지되면서, 나사형 연삭휠의 X 방향 위치, Z 방향 위치, YZ 평면에서의 선회 위치를 수치 제어함으로써, 드레싱에 의해 형성되는 연삭휠 압력각을 수정한다. 따라서, 수치 제어에 의해 연삭휠 압력각이 수정될 수 있기 때문에, 연삭휠 압력각은 고정밀도로 NC 프로그램 제어에 의해 자동으로 수정될 수 있다.
상기된 본 발명은 여러 방식으로 변경될 수 있음을 알 수 있다. 이러한 변경은 본 발명의 원리와 범위에서 벗어나는 것은 아니며, 당업자에게는 명백한 이러한 모든 변경은 다음 청구항의 범위 내에 포함된다.
본 발명의 구성에 따라서, 상기 종래 기술을 감안하여, 회전식 드레싱 장치의 드레싱 공구의 위치를 고정하면서, 나사형 연삭휠의 위치를 소정 위치로 이동시킴으로써, 나사형 연삭휠의 연삭휠 압력각을 수정할 수 있는 기어 연삭기를 제공할 수 있다.

Claims (2)

  1. 외주면에 나선상으로 형성된 나사산을 갖는 나사형 연삭휠이 회전가능하게 장착되고, 작업물 가공 위치에 대하여 나사형 연삭휠이 전진, 후퇴하는 방향인 X 방향, 수직 방향인 Z 방향, X 방향 및 Z 방향에 수직인 방향인 Y 방향을 따라 나사형 연삭휠을 이동시키고, YZ 평면에서 나사형 연삭휠을 선회시키기 위해 배치된 이동 기구,
    이동 기구에 장착된 나사형 연삭휠의 위치를 제어하기 위해서, 이동 기구의 이동을 수치 제어하는 NC 장치, 및
    원판상의 드레싱 공구를 갖는 회전식 드레싱 장치로서, 작업물 가공 위치에 회전식 드레싱 장치가 설치되면, 드레싱 공구가 회전 구동하면서 나사형 연삭휠의 나사산의 플랭크에 접촉하여 드레싱을 실시하는 회전식 드레싱 장치를 갖는 기어 연삭기에 있어서,
    상기 NC 장치는 나사형 연삭휠의 연삭휠 압력각을 수정하기 위해서, 드레싱 공구가 나사형 연삭휠의 나사산의 플랭크에 접촉하는 상태를 유지하면서, 나사형 연삭휠의 X 방향 위치 및 Z 방향 위치 그리고, YZ 평면에서의 선회 위치를 조정하도록 이동 기구를 수치 제어하는 제어 기능을 갖는 것을 특징으로 하는 기어 연삭기.
  2. 외주면에 나선상으로 형성된 나사산을 갖는 나사형 연삭휠이 회전가능하게 장착되며, 작업물 가공 위치에 대하여 나사형 연삭휠이 전진, 후퇴하는 방향인 X 방향, 수직 방향인 Z 방향, 상기 X 방향 및 상기 Z 방향에 수직인 방향인 Y 방향을 따라 나사형 연삭휠을 이동시키고, YZ 평면에서 나사형 연삭휠을 선회시키는 이동 기구,
    이동 기구에 장착된 상기 나사형 연삭휠의 위치를 제어하기 위해서, 이동 기구의 이동을 수치 제어하는 NC 장치, 및
    원판상의 드레싱 공구를 갖는 회전식 드레싱 장치로서, 작업물 가공 위치에 회전식 드레싱 장치가 설치되면, 드레싱 공구가 회전 구동하면서 나사형 연삭휠의 나사산의 플랭크에 접촉하여 드레싱을 실시하는 회전식 드레싱 장치를 갖는 기어 연삭기에 있어서,
    상기 NC 장치는 나사형 연삭휠의 연삭휠 압력각을 수정하기 위해서, 드레싱 공구가 나사형 연삭휠의 나사산의 플랭크에 접촉하는 상태를 유지하면서, 나사형 연삭휠의 X 방향 위치 및 Z 방향 위치 그리고, YZ 평면에서의 선회 위치를 조정하도록 이동 기구를 수치 제어하는 제어 기능과, 나사형 연삭휠의 1 회전 당 나사형 연삭휠의 Y 방향 이동 거리를 수치 제어하는 제어 기능을 갖는 것을 특징으로 하는 기어 연삭기.
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