KR100917140B1 - 절삭 블레이드를 연삭하는 방법 - Google Patents

Abstract

제1 연삭 에지(36)와 제2 연삭 에지(38)를 가진 연삭 휠(20)로 절삭 블레이드를 연삭하는 방법이 개시된다. 이 방법은 제1 연삭 에지(36)로 절삭 블레이드의 적어도 하나의 표면을 황삭하는 단계와 제2 연삭 에지(38)로 절삭 블레이드의 적어도 하나의 표면을 다듬질 연삭하는 단계를 포함하고 있다.

절삭 블레이드, 연삭 휠, 연삭 에지, 절삭 프로파일 표면, 클리어런스 프로파일 표면, 전방 표면

Description

절삭 블레이드를 연삭하는 방법{METHOD OF GRINDING CUTTING BLADES}

본 발명은 기어 및 기타 치형 물품을 제조하기 위한 절삭 공구에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 절삭 공구를 연삭하는 방법에 관한 것이다.

절삭 블레이드 블랭크 또는 절삭 블레이드의 연삭은 일반적으로 절삭 블레이드를 성형하기 위해 초기에 절삭 블레이드 블랭크 상에 소정의 표면 및/또는 에지를 생성할 때나 또는 표면 및/또는 에지를 그것의 원래의 상태로 복원시키기 위해 마모된 절삭 블레이드가 연삭(첨예가공;sharpening)될 때 실시된다.

기어 및 기타 치형 물품, 특히 베벨 및 하이포이드 기어의 제작에 있어서는, 대개 예컨대 고속도강(HSS) 또는 카바이드와 같은 길다란 바아 스톡 재료로부터 형성된 "스틱 타입" 절삭 블레이드로서 알려진 절삭 블레이드를 채용하는 것이 일반적이다.

주로, 2가지 유형의 스틱 타입 절삭 블레이드가 있다. 첨예가공될 때 블레이드의 각각의 절삭 에지와 클리어런스 에지를 복원시키기 위해 연삭되는 단지 2개의 측부 프로파일 표면(압력각 측부 및 클리어런스 측부)만을 필요로 하는 그러한 절삭 블레이드가 있다. 그와 같은 예를 Blakesley에게 허여된 미국특허 제4,575,285호, Clark 등에게 허여된 미국특허 제6,004,078호 또는 Stadtfeld 등에게 허여된 미국특허 제6,120,217호에서 찾아 볼 수 있다.

일반적으로 찾을 수 있는 그 밖의 다른 유형으로서는 절삭 에지와 클리어런스 에지를 복원시키기 위해서는 2개의 측부 프로파일 표면을 연삭하는 것에 더하여 절삭 블레이드의 전방면의 연삭도 필요로 하는 그러한 절삭 블레이드가 있다. 이러한 절삭 블레이드의 예를 Kotthaus에게 허여된 미국특허 제4,183,182호에서 찾아 볼 수 있다.

상기 유형의 절삭 블레이드들 어느 것이든 연삭함에 있어서, 채용되는 2가지 방법, 즉 폼 연삭(form grinding)과 창성 연삭(generating grinding)이 있다. 폼 연삭에서는, 연삭 휠은 휠에 드레싱된 소정의 블레이드 기하형상을 가지고 있다. 연삭 휠을 절삭 블레이드에 대해 전진시키면 드레싱된 형상을 절삭 블레이드 상에 부여한다. 이러한 유형의 연삭의 예를 Ellwanger 등에게 허여된 미국특허 제4,144,678호, Hunkeler에게 허여된 미국특허 제3,881,889호 또는 전술한 미국특허 제4,183,182호에서 찾아 볼 수 있다. 상기와 같은 공정에 의하면, 큰 접촉면적이 존재하고, 이는 특히 강도 높은 연삭 작업(즉 연삭율이 급속함 다시 말해 연삭 휠의 1회 패스당 다량의 스톡 재료가 제거됨)이 뒤따르는 경우 공구의 소실(burning) 및/또는 연삭 휠의 급속한 성능저하로 이어지는 상당한 열 축적을 초래할 수 있다.

창성 연삭에 있어서는, 단순한 프로파일 폼을 가진 연삭 휠이 절삭 블레이드를 연삭하는 데 사용된다. 연삭 프로파일 표면과 절삭 공구 사이의 상대 운동은 소정의 기하형상이 절삭 공구 상에 생성되는 것을 야기한다.

황삭 섹션 및 다듬질 연삭을 위한 단순한 프로파일 폼 섹션을 가진 컵형상 연삭 휠에 의해 실시되는 창성 공정의 예를 Pedersen 등에게 허여된 미국특허 제5,168,661호나 Pedersen 등에게 허여된 미국특허 제5,480,343호에서 찾아 볼 수 있다. 이러한 유형의 공정에 있어서, 다듬질 프로파일 폼도 절삭 블레이드와의 상당한 접촉면적을 나타내어, 절삭 블레이드의 소실 및 연삭 휠의 성능저하의 위험을 제공할 뿐만 아니라 상당한 마모도 나타낸다. 단순한 프로파일 폼이 다듬질 작업에 사용되기 때문에, 강도 높은 연삭 작업은 연삭 휠 및/또는 절삭 블레이드에 손상을 줄 수 있고, 수용가능한 프로파일 폼을 유지시키기 위해 마모된 표면을 복원시키기 위한 다듬질 프로파일 폼의 잦은 드레싱이 요구된다.

Konersmann에게 허여된 미국특허 제4,488,381호는 절삭 블레이드로부터 재료를 연삭하기 위해 연삭 휠의 표면을 따라 횡단되고 연삭 디스크의 원형 에지를 채용하고 있는 연삭 디스크를 이용하여 절삭 블레이드를 연삭하는 방법을 개시하고 있다. 연삭 디스크의 단지 하나의 연삭 에지만이 연삭에 사용되고, 연삭 디스크가 마모되는 경우, 연삭 디스크는 횡방향으로 이동되어 충분한 연마 동작이 발생할 수 있도록 연삭 디스크가 절삭 공구에 근접하도록 한다.

본 발명은 제1 연삭 에지 및 제2 연삭 에지를 가진 연삭 휠로 절삭 블레이드를 연삭하는 방법을 포함하고 있다. 이 방법은 제1 연삭 에지로 절삭 블레이드의 적어도 하나의 표면을 황삭하는 단계와 제2 연삭 에지로 절삭 블레이드의 적어도 하나의 표면을 다듬질 연삭하는 단계를 포함하고 있다.

본 발명은 또한 절삭 블레이드의 절삭 프로파일 표면 상에 제1 릴리프 표면 과 제2 릴리프 표면을 형성하는 방법을 포함하고 있다. 제1 릴리프 표면은 절삭 에지로부터 절삭 에지의 내측 위치까지 뻗어 있고 절삭 블레이드의 특정 측부에 대해 규정된 공칭 절삭 릴리프 각에 따라 배향되어 있다. 제2 릴리프 표면은 제1 릴리프 표면의 내측 에지로부터 블레이드의 배면까지 뻗어 있다. 제2 릴리프 표면은 절삭 블레이드의 측부에 요구되는 공칭 릴리프 각 이상의 릴리프 각으로 배향되어 있다.

도 1은 본 발명의 공정을 실시하기 위한 장치의 개략도,

도 2는 본 발명의 공정을 실시하기 위한 바람직한 연삭 휠의 측면도,

도 3은 도 2의 연삭 휠의 단면도,

도 4는 도 3의 반경방향 바깥쪽 부분의 확대도,

도 5(a), 5(b), 5(c) 및 5(d)는 첨예가공을 위해 측부 표면의 연삭만을 요하는 절삭 블레이드에 대한 연삭 순서를 도시한 도면,

도 6(a), 6(b), 6(c), 6(d) 및 6(e)는 첨예가공을 위해 측부 표면 및 전방면의 연삭을 요하는 절삭 블레이드에 대한 연삭 순서를 도시한 도면,

도 7(a), 7(b) 및 7(c)는 대표적인 절삭 블레이드 상의 팁, 프로파일 및 쇼울더 릴리프 표면에 대한 연삭 휠 경사각(φ_tip, φ_prof, φ_sh)을 각각 도시한 도면,

도 8은 절삭 블레이드 릴리프 표면에 수직인 섹션 내에서 절삭 블레이드 릴리프 표면에 부여된 오목 곡률을 도시한 도면,

도 9(a) 및 9(b)는 대표적인 절삭 블레이드의 압력각 측부에 대한 공칭 측부 릴리프 각(β) 및 공칭 상부 릴리프 각(λ)을 각각 도시한 도면,

도 10(a) 및 10(b)는 원통형 연삭 휠로 연삭할 때 생길 수 있는 바람직하지 못한 블레이드 표면 곡률의 예를 도시한 도면,

도 11은 도 10(a) 및 10(b)에 도시된 바람직하지 못한 블레이드 표면 상태를 극복하는 연삭 방법을 도시하고 있는 도면,

도 12(a), 12(b), 12(c) 및 12(d)는 단일의 릴리프 표면 연삭과 제1/제2 릴리프 표면 연삭 간의 다듬질 스톡 체적의 차이를 도시한 도면.

본 발명에 있어서 "절삭 블레이드를 연삭한다" 라는 용어는 절삭 블레이드 블랭크가 소정의 표면(예컨대, 압력각, 클리어런스 각, 상부 릴리프 각, 레이크 각 등) 및 에지 상태(예컨대, 절삭 에지, 클리어런스 에지 등)를 생성하도록 초기에 연삭되는 연삭 공정 뿐만 아니라 기존의 절삭 블레이드 표면이 소정의 표면 기하형상과 에지 상태를 회복하도록 연삭되는 경우(즉, 첨예가공)를 포함하는 의미이다.

본 발명을 실시하기 위한 바람직한 첨예가공 또는 연삭 장치가 도 1에 개략적으로 도시되어 있다. 이 장치는 모방 연삭 타입으로 되어 있고, 컴퓨터 수치 제어(CNC)를 가지는 것이며 아래에 설명된다. 이 타입의 장치는 당해 분야에서 잘 알려져 있으며 예컨대 뉴욕 로체스터 소재의 더 글리슨 웍스에 의해 제작된 300CG CNC 커터 블레이드 첨예가공 장치와 같은 것으로서 상업적으로 입수가능하다.

이 장치는 공구 캐리지(3)가 슬라이드 또는 통로(도시 안됨)를 통해 장착되 어 있는 베이스(2)를 포함하고 있다. 공구 캐리지(3)는 슬라이드 상에서 장치 베이스(2)를 따라 Y방향(Y축선)으로 이동가능하다. 공구 캐리지(3) 상에는 공구 칼럼(4)이 배치되어 있고, 이 공구 칼럼(4)에는 통로 또는 슬라이드(도시 안됨)를 통해 공구 캐리지(3)의 Y축선 운동에 수직인 Z방향(Z축선)으로 이동하는 공구 슬라이드(5)가 장착되어 있다. 공구 헤드(6)가 공구 슬라이드(5)에 고정되어 있고, 연삭 휠(7)과 같은 적당한 스톡 제거 공구가 공구 헤드(6)에 대해 회전하도록 장착되어 있다. 연삭 휠(7)은 축선(B)을 중심으로 회전가능하고, 적합한 감속기어장치(9)를 통해 작동하는 모터(8)에 의해 구동된다.

또한 슬라이드 또는 통로(도시 안됨)를 통해 장치 베이스(2)에는 장치 베이스(2)를 따라 Y축선과 Z축선 운동 모두에 수직인 X방향(X축선)으로 이동가능한 제1 공작물 캐리지(10)가 장착되어 있다. 제2 공작물 캐리지(11)가 제1 공작물 캐리지(10)에 피벗식으로 장착되어 있고 축선(C)을 중심으로 피벗가능하다. 제2 공작물 캐리지(11)에는 공작물 칼럼(12)이 고정되어 있고, 이 공작물 칼럼(12) 내에서는 스핀들(도시 안됨)이 축선(A)을 중심으로 회전하도록 저널되어 모터(13)에 의해 구동된다. 블레이드 홀더(14)가 A축선을 중심으로 회전하도록 스핀들에 분리가능하게 장착되어 있다.

상호 수직한 각각의 축선(X, Y, Z)을 따른 공구(7)와 블레이드 홀더(14)의 상대 운동은 감속기어장치를 통해 작동하는 개별의 구동 모터(도시 안됨)와 재순환 볼 스크루 드라이브(도시 안됨)에 의해 부여된다. C축선을 중심으로 하는 제2 공작물 캐리지(11)의 피벗운동은 피벗가능한 공작물 캐리지(11)에 의해 지지되는 웜 휠과 맞물림하는 웜을 통해 작동하는 구동 모터(도시 안됨)에 의해 부여된다. 상기 명명된 구성요소들은 서로에 대해 독립적인 이동이 가능할 수 있거나 또는 서로 동시에 이동할 수 있다.

공구 구동 모터(8)를 제외한 개별의 구동 모터 각각은 컴퓨터로의 입력 지시에 따라 구동 모터의 작동을 제어하는 CNC 시스템의 일부로서의 선형 또는 회전 인코더와 연결된다. 인코더는 컴퓨터에 각각의 이동가능한 장치 축선의 실제 위치와 관련한 피드백 정보를 제공한다. 지령된 경로를 따르는 복수의 장치 축선의 이동을 제어하기 위한 CNC 시스템은 일반적인 것이다. 그와 같은 종래기술의 시스템이, 본 발명의 공정을 따라 스틱 타입 절삭 블레이드를 연삭(예컨대 첨예가공)하기 위한 소정의 경로를 설명하기 위해, 선택된 축선을 따르는 또는 그것을 중심으로 하는 연삭 휠과 절삭 블레이드의 상대 운동을 제어하기 위한 장치에 편입된다.

본 발명의 공정을 실시하기 위한 바람직한 연삭 휠의 예가 도 2-4에 도시되어 있다. 도 2에서, 연삭 휠(20)이 측면도로 도시되어 있고, 회전축선(T), 예컨대 강 또는 알루미늄으로 만들어진 보디부(22), 및 예컨대 수지 접합 다이아몬드 또는 큐빅 보론 나이트라이드(CBN)으로 만들어진 연삭제를 포함하는 외주 연삭부(24)를 포함하고 있다. 연삭 휠(20)은 또한 도 1에 도시된 장치와 같은 연삭 장치의 공구 스핀들 상에 연삭 휠(20)을 위치시키기 위한 중앙 개구(26)를 포함하고 있다. 도 3은 축선(T)을 포함하는 단면을 보여주는 연삭 휠(20)의 단면도이다. 연삭 휠(20)의 반경방향 외측 섹션은 28로 표시되어 원으로 도시되어 있고, 연삭 휠(20)의 이 부분은 도 4에서 확대된 형태로 설명되어 있다.

도 4에서, 연삭부(24)는 제1 측부(30), 제2 측부(32) 및 최외측 표면(34)을 포함하고 있는 것으로 도시되어 있다. 제1 측부(30)와 최외측 표면(34)의 교선이 제1 연삭 에지(36)를 형성하고, 제2 측부(32)와 최외측 표면(34)의 교선이 제2 연삭 에지(38)를 형성한다.

연삭 에지 중 하나(예컨대 36)를 황삭 작업에 사용하고 다른 하나의 연삭 휠(예컨대 38)을 다듬질 연삭 작업에 사용하는 것에 의해 잦은 드레싱 작업(즉 연삭 휠을 원래의 형태로 복원시키는 작업)이 수행되어져야 할 필요성이 줄어들었다. 이는 동일한 연삭 에지로 황삭할 때에 재료의 대부분을 제거하는 한편 다른 하나의 연삭 에지는 다듬질 연삭을 위해 보존하기 때문이다. 동일한 연삭 에지로 다듬질 연삭을 할 필요가 없기 때문에 동일한 에지에 의한 황삭은 보다 오랜 기간동안 실시되어질 수 있다. 황삭 에지가 마모의 징후를 보이기 시작하더라도, 황삭은 동일한 연삭 에지로 다듬질 연삭이 실시될 때 요구되는 만큼 정밀한 연삭 폼을 연삭 휠 상에 유지할 것을 필요로 하지 않기 때문에, 황삭에 연삭 에지를 계속 사용하는 것이 여전히 허용될 수 있다.

다른 한편, 다듬질 연삭을 하나의 연삭 에지로 제한하는 것은, 이 에지에 의해 황삭이 수행되지 않기 때문에, 이 연삭 에지로 적은 양의 스톡 재료를 일관되게 제거하도록 해준다. 따라서, 다듬질 연삭 에지 상에는 마모가 거의 없게 되고, 그에 따라 드레싱 작업들 사이에 오랜 기간이 지날 수 있다. 사실상, 다듬질 연삭 에지를 드레싱하는 것이 필요하기 전에 황삭 에지에 대해 1회보다 많은 드레싱 작업이 수행될 수 있다.

본 발명의 공정에 의해, 절삭 블레이드를 연삭하는 데 필요한 시간이 절감된다. 이는 연삭 휠과 절삭 블레이드 사이의 작은 접촉 면적 때문이다. 연삭 휠의 에지만이 사용되기 때문에, 작은 접촉 면적이 성립된다. 그와 같은 작은 접촉 면적으로 인해, 열축적이 감소되어, 절삭 블레이드에 대한 연삭 휠의 보다 빠른 상대 운동(절삭 블레이드를 따른 연삭 휠의 보다 빠른 횡단)을 가능하게 해준다. 따라서, 보다 빠른 연삭 사이클이 실현될 수 있다.

또한 본 발명의 공정에 의해, 연삭 에지(36, 38) 어느 것에 대해서도 연삭 에지(36,38)에 인접하는 개별의 측부 표면(30, 32) 및 최외측 연삭 표면(34)의 영역을 드레싱하는 것만 필요하기 때문에, 연삭 휠의 드레싱에 필요한 시간이 절감된다. 이들 영역은 작기 때문에, 연삭 에지(36, 38) 중 어느 것을 복원시키기 위한 드레싱은 작은 영역을 횡단하는 드레싱 공구를 필요로 하므로 드레싱 사이클의 지속시간이 짧아지는 것을 가능하게 해준다.

연삭 사이클의 예가 도 5(a)-5(d)에 도시되어 있고, 여기서는 첨예가공을 위해 측부 표면의 연삭만을 필요로 하는 절삭 블레이드(40)가 도시되어 있다. 도 5(a)에서, 황삭 에지(36)는 상부 표면(42)을 가로지르고, 절삭 프로파일 표면(44)(즉 압력각 측부)을 따라가고, 그리고 절삭 블레이드(40)의 쇼울더(46)를 가로질러 횡단된다. 다음에 도 5(b)에서 절삭 블레이드(40)가 위치조정되고, 클리어런스 프로파일 표면(48)(즉 클리어런스 각 측부)이 황삭된다. 절삭 블레이드(40)가 도 5(c)에 도시된 바와 같이 다시 위치조정되고, 다듬질 연삭 에지(38)가 상부 표면(42), 절삭 프로파일 표면(44) 및 쇼울더(46)를 따라 횡단된다. 마지막으로, 도 5(d)에 도시된 바와 같이, 절삭 블레이드(40)가 위치조정되어 다듬질 절삭 에지(38)는 클리어런스 프로파일 표면(48)을 따라 이동한다.

도 6(a)-6(e)는 첨예가공을 위해 측부 표면 및 전방 표면의 연삭을 필요로 하는 절삭 블레이드(50)가 도시되어져 있는 또다른 예를 보여주고 있다. 도 6(a)에서, 황삭 에지(36)는 상부 표면(52)을 가로지르고, 절삭 프로파일 표면(54)(즉 압력각 측부)을 따라가고, 그리고 절삭 블레이드(50)의 쇼울더를 가로질러 횡단된다. 다음에 도 6(b)에서 절삭 블레이드(50)가 위치조정되고, 클리어런스 프로파일 표면(58)(즉 클리어런스 각 측부)이 황삭된다. 절삭 블레이드(50)가 도 6(c)에 도시된 바와 같이 위치조정되어, 전방 표면(60)이 황삭 에지(36)에 의해 연삭된다. 절삭 블레이드(50)가 도 6(d)에 도시된 바와 같이 다시 위치조정되고, 다듬질 연삭 에지(38)가 상부 표면(52), 절삭 프로파일 표면(54) 및 쇼울더(56)를 따라 횡단된다. 마지막으로, 도 6(d)에 도시된 바와 같이, 절삭 블레이드(50)가 위치조정되어 다듬질 연삭 에지(38)가 클리어런스 프로파일 표면(58)을 따라 이동한다.

본 발명의 방법으로 절삭 블레이드를 연삭하는 데 필요한 시간의 절감의 장점을 취하기 위해 기본적으로 원통형상을 가진 연삭 휠(도 2, 3 또는 4)이 사용되는 것이 바람직하다. 휠의 원통형상 및 블레이드 표면을 따르는 이송 방향에 대한 휠의 경사각으로 인해, 절삭 블레이드 상에 생성된 릴리프 표면은 오목하게 될 것이다. 도 7(a), 7(b) 및 7(c)에서, 연삭 휠 경사각은 대표적인 팁(62) 상의 팁, 프로파일 및 쇼울더 릴리프 표면에 대해 각각 φ_tip, φ_prof 및 φ_sh로서 도시되어 있 다. 화살표 F_tip, F_prof 및 F_sh는 각각의 경우에 있어서의 휠 이송 방향을 지시한다.

도 8은 절삭 블레이드 릴리프 표면에 수직인 섹션 내에서 절삭 블레이드 릴리프 표면에 부여된 오목 곡률을 도시하고 있다. 이 곡률은 블레이드와 접촉하는 휠 에지에서의 휠 반경(R_s)과 휠 경사각(φ)의 함수이다. 릴리프 표면에 수직인 평면에서, 상당 곡률 반경(R_e)은 대략:

R_e = R_s/cosφ (식 1)

으로 된다.

이 식은 휠 경사각(φ)이 점점 더 커짐에 따라 또는 휠 반경(R_s)이 점점 더 작아짐에 따라 절삭 블레이드 릴리프 표면의 상당 곡률 반경이 점점 더 작아진다(즉 보다 뚜렷해진다)는 것을 보여준다.

절삭 블레이드는 일반적으로 압력각 측부, 클리어런스 측부 및 상부 표면에 정규적으로 각각 할당된 특정한 절삭 릴리프 각들을 가지고 설계된다. 대표적인 블레이드(62)의 압력각 측부(64)에 대한 공칭 측부 릴리프 각이 β로서 도 9(a)에 도시되어 있다. 도시되지는 않았지만, 유사한 릴리프 각이 다른 측부(클리어런스 측부(66)) 상에도 존재한다. 도 9(b)는 일반적으로 조립된 커터 내에 블레이드 팁을 포함하고 있는 평면에 대해 정의되는 상부 표면(67)의 공칭 상부 릴리프 각(λ)을 도시하고 있다. 블레이드 경사각(η)은 조립된 커터의 축선에 대해 정의된다. 측부 릴리프 각 및 상부 릴리프 각 양자 모두는 기어 또는 피니언 절삭 분야에서 지정된 소정의 절삭 동작 및 블레이드 마모 특성을 생성하도록 절삭 에지(70)에 요구된다.

동시에, 절삭 릴리프 각들은 블레이드의 배면까지 뻗어 있는 블레이드 표면과 가공될 기어 톱니 슬롯 사이에 적당한 클리어런스를 제공하도록 특정된다. 하지만, 블레이드 릴리프 표면이 오목 곡률을 가질 경우에는 이러한 요구조건들과의 절충을 이루는 것만이 가능할 뿐이다. 즉, 릴리프 각 요구조건이 블레이드의 절삭 에지에서 유지된다면, 블레이드의 배면까지 뻗어 있는 블레이드 재료의 상당한 부분이 릴리프 표면 클리어런스 요구조건을 침해하게 될 것이다. 도 7(b)에서의 평면(P_prof)에 따른 블레이드의 압력각 릴리프 표면을 통한 수직 단면을 도시하고 있는 도 10(a)가 이런 상황을 보여주고 있다. 절삭 측부 릴리프 각 요구조건 β_act=β_nom 이 절삭 에지(70)에서 유지되지만, 블레이드 상에 남아있는 블레이드(74)의 배면을 향해 뻗어 있는 여분의 재료(76)가 절삭시에 기어와의 간섭을 야기할 수 있다.

만약, 본 발명의 공정으로 연삭을 할 때, 릴리프 각 곡률이 클리어런스 요구조건이 블레이드의 배면까지 뻗어 있는 전체 릴리프 표면을 따라 충족되도록 변화되면, 절삭 릴리프 각(β)이 부정확하게 될 것이다. 도 7(b)에서의 평면(P_prof)에 따른 블레이드의 압력각 릴리프 표면을 통한 수직 단면을 도시하고 있는 도 10(b)가 이런 상황을 보여주고 있다. 이 경우, 블레이드(74)의 절삭 에지(70)로부터 배면까지 뻗어 있는 블레이드 재료는 공칭 릴리프 각에 의해 결정된 릴리프 표면 설계 포락선(72)을 넘어 연장되지 않아서 측부 클리어런스 기준이 충족된다. 하지 만, 절삭 에지에서의 릴리프 각(β_act)이 공칭 릴리프 각(β_nom)과 동일하지 않다. 이는 블레이드의 의도한 절삭 동작 성능을 저하시킬 수 있다.

도 10(a) 및 10(b)에 도시된 기하형상의 절충은 팁(67)과 쇼울더(68)(도 9(a))와 같은 다른 블레이드 상의 릴리프 표면에도 적용된다. 예컨대 다이아그램이 도 7(a)의 수직단면(P_tip)에 대하여 해석되는 블레이드 팁의 경우, 상부 각(λ_nom, λ_act)은 릴리프 각(β_nom, β_act)을 대체한다. 릴리프 표면들 사이의 주요 차이점은 부여된 오목 곡률의 크기이며, 이는 이러한 개별의 표면들 상에 사용되고 식 1에 의해서와 같이 결정되는 다른 휠 경사각에 기인한다. 따라서 절삭 블레이드 팁 표면 및 쇼울더 표면 상에서 릴리프 표면 곡률은 전체적으로 보다 뚜렷해지고, 휠 경사각이 상술한 원통형 휠 및 이송 운동을 사용하는 어떤 공정에 대해서도 상대적으로 크다는 것이 이해될 수 있다. 절삭 용도에 따라, 이는 절삭 동작 또는 블레이드 측부 클리어런스와 관련한 성능에 있어 상당한 감소를 야기할 수 있다.

절삭 동작 및/또는 측부 클리어런스가 다른 방식으로 릴리프 표면 곡률에 의해 절충되는 경우에, 하나 이상의 절삭 프로파일 표면 상에 제1 및 제2 릴리프 표면을 형성하는 것이 유리하다는 점이 발견되었다. 제1 릴리프 표면은 절삭 에지로부터 절삭 에지의 내측 위치까지 뻗어 있는 한편, 제2 릴리프 표면은 제1 표면의 내측 에지로부터 블레이드의 배면까지 뻗어 있다. 제1 및 제2 연삭 에지를 가진 연삭 휠과 함께 사용될 때, 제2 표면은 일반적으로 휠의 황삭 에지에 의해 생성되는 한편, 제2 표면은 일반적으로 휠의 다듬질 에지에 의한 별개의 패스로 다듬질 연삭된다.

절삭 블레이드에 대한 연삭 휠의 배향이 황삭 패스와 다듬질 연삭 패스 사이에 변경될 수 있기 때문에, 제1 표면과 제2 표면 상에 부여되는 곡률의 배향은 전체 블레이드 릴리프 표면을 따라 클리어런스 요구조건을 충족시키도록 조작될 수 있다. 또한, 제1 랜드의 폭이 절삭 에지로부터 배면까지의 블레이드의 전체 폭에 대해 작게 만들어질 수 있기 때문에, 절삭 에지에서의 공칭 절삭 릴리프 각과 실제 절삭 릴리프 각 사이의 오차는 상당히 감소되어질 수 있다.

도 11은 본 방법을 도시하고 있다. 이 다이아그램은 도 7(b)에서의 평면(P_prof)에 따른 블레이드의 압력각 릴리프 표면을 통한 수직 단면을 도시하고 있다. 제1 표면(78)과 제2 표면(80)에 대한 상당 곡률 반경(R_e1, R_e2)은 도 10(a) 및 10(b)에서는 R_e로 비슷하지만, 제1 표면과 제2 표면에 대한 곡률 중심이 다르다. 측부 릴리프 프로파일의 제1 세그먼트, 제2 세그먼트 어느 것도 공칭 릴리프 각에 의해 형성된 클리어런스 포락선(72)을 넘어 연장되지 않는다. 게다가, 비교적 짧은 제1 표면 폭(L_p)으로 인해, 절삭 에지 릴리프 각은 소정의 공칭 릴리프 각에 매우 근접한다(즉, β_act

β_nom). 따라서 측부 클리어런스 및/또는 절삭 에지 릴리프 각 오차로 인해 발생할 수 있는 절삭 성능 문제점들이 제거된다.

도 11의 방법은 팁 및 쇼울더와 같은 블레이드 상의 다른 릴리프 표면에도 마찬가지로 양호하게 적용된다. 예컨대 도 11이 도 7(a)에서의 수직 단면(Ptip)에 대해 취해지는 블레이드 팁의 경우, 상부 각(λ_nom, λ_act)은 릴리프 각(β_nom , β_act)을 대체한다. 따라서 이 방법은 연삭 공정이 팁, 프로파일 및 쇼울더 섹션을 포함하여 전체 블레이드 프로파일에 걸쳐 절삭 에지 릴리프 각 및 클리어런스 요구조건을 충족시키는 것을 가능하게 해준다.

앞서 언급한 바와 같이, 다듬질 연삭을 연삭 휠의 하나의 에지로 제한하는 것은 그 특정 에지의 보다 낮은 마모율을 가져다 주며, 그에 따라 드레싱 작업들 사이의 시간간격을 증가시킨다. 드레싱 회수상의 이점은 제1 및 제2 릴리프 표면 전략이 본 발명의 방법에 선택적으로 적용될 때 더욱 더 증대된다. 제2 표면이 먼저 연삭되면, 제1 랜드의 다듬질 연삭시에 제거되는 재료의 체적이 단일의 릴리프 표면으로 연삭하는 경우에서 보다 훨씬 더 적게 된다. 감소된 다듬질 연삭 스톡 체적은 다듬질 연삭 에지 상의 마모를 감소시키고, 결과적으로 작은 회수의 드레싱을 가능하게 해준다.

도 12(a)-12(d)는 단일 릴리프 표면의 경우와 제1/제2 릴리프 표면의 경우 사이의 다듬질 연삭 스톡 체적에 있어서의 차이를 도시하고 있다. 도 12(a)에서, 황삭 작업시에 제거되는 스톡은 블레이드의 릴리프 표면(도 7에서의 평면(P_tip, P_prof 또는 P_sh에 의한)을 통한 수직 단면에서 크로스-해칭된 영역(82)으로서 도시되어 있다. 영역(82)으로 나타내어진 스톡 체적은 대개 재첨예가공 작업시에 제거될 총 스톡 체적의 약 80%를 나타낸다. 이 체적은 1회의 황삭 패스시에 제거되는 것이 바람직하지만, 1회 이상의 패스로 제거될 수도 있을 것이다. 곡선(84)은 최종 황 삭 작업시의 연삭 휠의 황삭 에지의 외주를 나타낸다. 그런 다음 절삭 에지로부터 배면까지의 전체 릴리프 표면을 다듬질 연삭하기 위한 최종 패스가 블레이드 상에서 이루어지게 된다. 이것이 도 12(b)에 도시되어 있으며, 크로스-해칭된 영역(86)은 곡선(88)으로 도시된 휠의 다듬질 연삭 에지로 제거되어질 나머지 재료를 나타낸다. 영역(86)에 상응하는 재료 체적은 대개 총 스톡의 약 20%를 이룬다.

도 12(c) 및 12(d)는 블레이드 상의 제2 릴리프 표면과 제1 릴리프 표면을 각각 연삭하는 데 사용될 때 연삭 휠의 황삭 에지와 다듬질 연삭 에지가 상당히 감소된 다듬질 연삭 스톡 체적을 가져다 주는 방법을 유사한 형태로 도시하고 있다. 도 12(c)에서, 제2 표면 황삭 작업시 제거되는 스톡이 크로스-해칭된 영역(92)으로 도시되어 있다. 영역(92)으로 표시된 스톡 체적은 대개 재첨예가공 작업시 제거되는 총 스톡 체적의 약 95% 내지 98%를 나타낸다. 이 체적은 1회의 황삭 패스시에 제거되는 것이 바람직하지만, 1회의 패스로 제한되는 것은 아니다. 곡선(94)은 최종 황삭 작업시의 연삭 휠의 황삭 에지의 외주를 나타낸다. 도 12(d)에서 표시된 다듬질 연삭 패스는 절삭 에지에서 시작되는 총 릴리프 표면 폭의 작은 부분을 따라 재료를 제거하도록 설계된다. 크로스-해칭된 영역(96)은 곡선(98)으로 도시된 휠의 다듬질 연삭 에지로 제거되어질 나머지 재료를 나타낸다. 제1 랜드를 생성하기 위해 필요한 이 제거 체적은 대개 이전 경우보다 상당히 적은, 총 스톡량의 약 2% 내지 5%이다.

제1 릴리프 표면과 제2 릴리프 표면을 형성하기 위해 배열될 때, 제1 및 제2 연삭 휠 에지를 구비하는 본 발명의 방법은 Pedersen 등에게 허여된 미국특허 제 5,305,558호에 개시된 것과 유사하며 그 보다 더 나은 이점을 가져온다. 즉, 도 12(a)-12(d)를 참조하여 앞서 설명한 바와 같이 감소된 다듬질 연삭 스톡 체적은 다듬질 연삭시에 연삭력이 절감되는 결과를 낳는다. 따라서, 큰 및/또는 변하는 연삭력으로 인해 생길 수 있는 프로파일 오차가 근본적으로 제거되고, 절삭 에지에 만들어진 에지 또는 버는 상당히 더 작아진다.

제1 및 제2 연삭 에지를 가진 연삭 휠과 함께 사용될 때, 제1 및 제2 릴리프 표면을 구비한 절삭 블레이드를 형성하는 방법은 무엇보다 (1) 이 방법으로 생성된 절삭 블레이드가 절삭 에지에 기하학적으로 정밀한 릴리프 각을 가짐과 동시에 블레이드의 배면까지 뻗어 있는 적합한 측부 클리어런스를 제공하는 것; (2) 제1 표면 다듬질 연삭시 제거되는 재료에 있어서의 감소로 인한 훨씬 더 긴 휠 드레싱 간격; (3) 연삭력에 기인하는 프로파일 오차의 제거; 및 (4) 절삭 에지에 보다 작게 만들어지는 에지 또는 버;를 가능하게 해준다.

본 발명이 바람직한 실시예를 참조하여 설명되었지만, 본 발명은 이 특정 실시예에 국한되지 않는다는 것이 이해되어져야 한다. 본 발명은 첨부된 청구범위의 정신과 범위로부터 벗어남이 없이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백한 수정을 포함하는 것으로 이해되어져야 한다.

Claims (15)

1. 절삭 블레이드 상의 복수의 표면을 연삭하는 방법에 있어서, 상기 방법은:

   연삭 휠을 포함하고 있는 연삭장치로서, 상기 연삭 휠이 원통형상이며 제1 측부, 제2 측부 및 최외측 표면을 가진 외주 연삭제 연삭 부분을 포함하고 있고, 제1 연삭 에지가 상기 제1 측부와 상기 최외측 표면의 교선에 의해 형성되고, 제2 연삭 에지가 상기 제2 측부와 상기 최외측 표면의 교선에 의해 형성되도록 되어 있는, 상기 연삭 장치 상에 절삭 블레이드를 위치시키는 단계;

   상기 절삭 블레이드 상의 복수의 표면들 중 하나 이상을 황삭하는 단계;

   상기 절삭 블레이드 상의 복수의 표면들 중 하나 이상을 다듬질 연삭하는 단계;를 포함하고 있고,

   상기 황삭 단계는 상기 제1 연삭 에지 또는 제2 연삭 에지 중 어느 하나로만 실시되고, 상기 다듬질 연삭 단계는 상기 제1 연삭 에지 또는 제2 연삭 에지 중 다른 하나로만 실시되는 것을 특징으로 하는 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 절삭 블레이드 상의 복수의 표면은 절삭 프로파일 표면 및 클리어런스 프로파일 표면을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 절삭 블레이드 상의 복수의 표면은 절삭 프로파일 표면, 클리어런스 프로파일 표면 및 전방 표면을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 연삭 휠은 연삭시에 미리 설정된 이송 방향으로 상기 절삭 블레이드 상의 표면을 따라 이동되고, 상기 연삭 휠은 상기 절삭 블레이드 상의 표면을 따른 이동시에 상기 이송 방향에 대해 일정 경사각으로 배향되어, 오목 형상을 가진 표면이 절삭 블레이드 상에 생성되는 것을 특징으로 하는 방법.
5. 제 1 항에 있어서, 제1 릴리프 표면 및 제2 릴리프 표면이 상기 절삭 블레이드의 적어도 하나의 표면 상에 형성되고, 상기 제1 릴리프 표면은 절삭 에지로부터 절삭 에지의 내측 위치까지 뻗어 있고, 상기 제2 릴리프 표면은 상기 내측 위치로부터 절삭 블레이드의 배면까지 뻗어 있는 것을 특징으로 하는 방법.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 제1 릴리프 표면 및 상기 제2 릴리프 표면은 절삭 프로파일 표면과 전방 표면 중 적어도 하나에 형성되는 것을 특징으로 하는 방법.
7. 제 5 항에 있어서, 상기 제2 릴리프 표면은 연삭 휠의 상기 제1 연삭 에지로 형성되고, 상기 제1 릴리프 표면은 연삭 휠의 상기 제2 연삭 에지로 형성되는 것을 특징으로 하는 방법.
8. 제 7 항에 있어서, 상기 제1 연삭 에지는 상기 절삭 블레이드 상의 적어도 하나의 표면으로부터 제거되어질 소정의 스톡 체적의 95-98%를 제거하고, 상기 제2 연삭 에지는 상기 절삭 블레이드 상의 적어도 하나의 표면으로부터 제거되어질 소정의 스톡 체적의 2-5%를 제거하는 것을 특징으로 하는 방법.
9. 제 5 항에 있어서, 상기 연삭 휠은 황삭시 및 다듬질 연삭시에 미리 설정된 이송 방향으로 상기 절삭 블레이드 상의 표면을 따라 이동되고, 상기 연삭 휠은 상기 황삭시와 상기 다듬질 연삭시에 상기 이송 방향에 대해 일정 경사각으로 배향되고 상기 경사각들이 상이하여, 상기 제1 릴리프 표면과 상기 제2 릴리프 표면은 상이한 곡률 중심을 가지면서 동등한 곡률 반경을 가지는 것을 특징으로 하는 방법.
10. 절삭 블레이드를 연삭하는 방법에 있어서:

    회전 축선을 가지고 있고 상기 축선으로부터 반경방향 외측에 위치된 연삭제 재료를 포함하고 있는 원통형 연삭 휠로서, 상기 연삭제 재료가 상기 연삭 휠의 외주부를 형성하고, 연삭제 외주부가 대향하는 제1 측부 및 제2 측부 그리고 최외측 표면을 포함하고 있고, 상기 제1 측부와 최외측 표면이 교선을 만들어 제1 연삭 에지를 형성하고, 상기 제2 측부와 최외측 표면이 교선을 만들어 제2 연삭 에지를 형성하도록 되어 있는, 상기 원통형 연삭 휠을 제공하는 단계;

    상기 연삭 휠을 상기 절삭 블레이드 연삭 장치 상에 위치시키는 단계;

    상기 연삭 장치 상에 연삭될 하나 이상의 표면을 가진 절삭 블레이드를 위치시키는 단계;

    상기 제1 연삭 에지와 상기 제2 연삭 에지 중의 하나로만 상기 절삭 블레이드 상의 하나 이상의 표면 중의 적어도 하나를 황삭하는 단계;

    상기 제1 연삭 에지와 상기 제2 연삭 에지 중의 다른 하나로만 상기 절삭 블레이드 상의 하나 이상의 표면 중의 적어도 하나를 다듬질 연삭하는 단계;를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 방법.
11. 제 10 항에 있어서, 상기 절삭 블레이드 상의 하나 이상의 표면은 절삭 프로파일 표면 및 클리어런스 프로파일 표면을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
12. 제 10 항에 있어서, 상기 절삭 블레이드 상의 하나 이상의 표면은 절삭 프로파일 표면, 클리어런스 프로파일 표면 및 전방 표면을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
13. 제 10 항에 있어서, 제1 릴리프 표면 및 제2 릴리프 표면이 상기 절삭 블레이드의 적어도 하나의 표면 상에 형성되고, 상기 제1 릴리프 표면은 절삭 에지로부터 절삭 에지의 내측 위치까지 뻗어 있고, 상기 제2 릴리프 표면은 상기 내측 위치로부터 절삭 블레이드의 배면까지 뻗어 있는 것을 특징으로 하는 방법.
14. 제 13 항에 있어서, 상기 제2 릴리프 표면은 연삭 휠의 상기 제1 연삭 에지로 형성되고, 상기 제1 릴리프 표면은 연삭 휠의 상기 제2 연삭 에지로 형성되는 것을 특징으로 하는 방법.
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