KR100943767B1 - 세레이션 조도를 임의로 조절할 수 있는 휴대용 세레이션 가공장치 - Google Patents

세레이션 조도를 임의로 조절할 수 있는 휴대용 세레이션 가공장치 Download PDF

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Abstract

바이트를 좌우방향으로 정밀하게 이동시켜 세레이션 조도를 임의로 설정할 수 있는 세레이션 가공장치를 개시한다. 세레이션 가공장치는 본체와, 상기 본체 내부에 회전 가능하게 장착되는 링 기어와, 상기 링 기어와 체결되는 회전 링과, 상기 회전 링을 지지하는 주축 베어링과, 상기 주축 베어링의 일부와 접촉하는 고정 링과, 상기 주축 베어링의 일부와 접촉하며, 고정 링과 체결되는 고정형 베이스 링과, 상기 주축 베어링의 일부와 접촉하며, 회전 링과 체결되는 가동형 베이스 링을 구비하는 구동 유닛과; 상기 구동 유닛의 내부에 회전 가능하게 장착된 플랜지 가공 유닛을 포함한다.
플랜지, 세레이션, 면취기, 바이트

Description

세레이션 조도를 임의로 조절할 수 있는 휴대용 세레이션 가공장치{PORTABLE FLANGE FACER CAPABLE OF OPTIONALLY ADJUSTING SERRATION ROUGHNESS}
본 발명은 플랜지의 표면에 세레이션(serration)을 가공하기 위한 휴대용 플랜지 면취기 또는 세레이션 가공장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로 설명하면, 바이트를 좌우방향으로 정밀하게 이동시켜 세레이션 조도를 임의로 설정할 수 있는 세레이션 가공장치에 관한 것이다.
대다수의 산업 설비에는 가스 및 유체를 전달하기 위하여 상호 연결된 파이프 시스템이 설치되어 있다. 일반적으로 두개의 파이프를 플랜지를 사용하여 상호 연결하거나, 플랜지를 이용하여 파이프를 컨테이너 또는 용기에 연결한다. 플랜지의 표면은 열화 또는 기타 다른 손상을 받기 쉬우며, 이러한 열화에 의하여 야기된 누설을 방지하기 위하여, 플랜지를 재면취 가공(re-facing or re-grooving)을 통해 수리하는 것이 필요하다.
이러한 재면취 가공은 만족스런 표면을 형성하기 위하여 손상된 플랜지의 표면에 금속을 증착시키거나 금속을 부분적으로 가공하는 것에 의하여 달성된다. 수선 전문 가공소로 옮기기 위하여 설치되어 있는 파이프 시스템에서 대형 파이프를 분리하는 것이 불편할 수 있다. 따라서, 이러한 분야에서 재면취 가공을 수행하기 위하여 휴대용 플랜지 면취기가 개발되어 있다.
미국 특허 제4,852,435호에는 수리될 플랜지를 갖는 파이프의 보어 내측에 장착되는 척(chuck)과, 상기 척이 장착될 때 파이프와 이격되는 기계 본체를 구비하는 휴대용 플랜지 면취가 개시되어 있다. 척과 기계 본체 사이에 배치된 모터에 의하여 기계 본체를 척에 대하여 회전시킨다. 툴바(tool bar)가 기계 본체를 통해 연장하고, 툴 헤드(tool head)를 구비한다. 툴바는 기계 본체가 회전할 때 길이방향으로 이송된다.
이러한 종래 플랜지 면취기 또는 세레이션 가공장치는 공압으로 구동되는바, 세레이션 가공장치 본체 이외에, 본체에 공압을 공급하기 위한 콤프레서를 별도로 구비하여야 한다. 따라서, 콤프레서의 설치로 인하여 장치의 총중량이 증가하고, 그 크기도 증가한다.
또한, 세레이션 가공시에 툴바에 장착된 바이트가 일방향으로 회전하고, 바이트의 회전속도는 공압의 압력 또는 본체에 장착된 기어의 단수를 통해 제어되므로, 보다 정밀한 제어가 불가능한 단점이 있다. 게다가, 척의 중심으로부터 바이트까지의 거리는 다수의 기어를 사용하여 수동으로 조절된다.
따라서, 종래 플랜지 면취기 또는 세레이션 가공장치는 세레이션의 조도를 균일하게 할 수 없는 문제점을 갖고 있다.
게다가, 콤프레서가 균일한 공압을 발생시키지 못하므로, 회전하는 바이트가 불균일한 공압에 의하여 진동하고, 이에 따라 바이트가 흔들려서 조도가 불균일하 게 되는 단점도 있다.
본 발명은 전술한 종래 플랜지 면취기 또는 세레이션 가공장치의 문제점을 해결코자 하는 것으로, 커팅툴 써포트의 좌우 이동을 정밀하게 제어하여 플랜지면의 세레이션 조도를 임의로 조절 가능한 세레이션 가공장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 또 다른 목적은 툴바의 양단부를 장치의 본체에 고정하여 세레이션 가공시에 툴바의 진동을 방지하여 플랜지면을 균일한 조도로 가공할 수 있는 세레이션 가공장치를 제공하는 것이다.
상기 및 기타 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예에 따르면, 플랜지면을 가공하기 위한 세레이션 가공장치에 있어서, 본체와, 상기 본체 내부에 회전 가능하게 장착되는 링 기어와, 상기 링 기어와 체결되는 회전 링과, 상기 회전 링을 지지하는 주축 베어링과, 상기 주축 베어링의 일부와 접촉하는 고정 링과, 상기 주축 베어링의 일부와 접촉하며, 고정 링과 체결되는 고정형 베이스 링과, 상기 주축 베어링의 일부와 접촉하며, 회전 링과 체결되는 가동형 베이스 링을 구비하는 구동 유닛과; 상기 구동 유닛의 내부에 회전 가능하게 장착된 플랜지 가공 유닛을 포함하는 세레이션 가공장치가 제공된다.
상기 플랜지 가공 유닛은 리니어 액츄에이터와, 상기 리니어 액츄에이터를 구동 유닛의 회전링에 결합하기 위한 지지수단과, 상기 리니어 액츄에이터의 전면 에 이동 가능하게 고정되는 커팅 툴 써포트를 구비한다.
상기 리니어 액츄에이터는 구동축과 상기 구동축에 결합된 드라이버를 갖는 하우징과, 상기 하우징의 상부에 고정된 구동 수단과, 상기 구동 수단의 회전축에 고정된 구동 풀리와, 상기 구동축을 구동시키기 위하여 구동 풀리와 타이밍 벨트에 의하여 연결된 피동 풀리를 구비한다.
상기 커팅 툴 써포트는 하우징의 드라이버에 고정되는 제1 블록과, 상기 제1 블록의 전면에 고정되는 제2 블록과, 상기 제2 블록에 결합되어 제2 블록의 높이를 조절하기 위한 조절 너브와, 제1 블록과 제2 블록 사이에 개재되며, 제2 블록에 고정되는 바이트 홀더를 구비한다.
본 발명의 세레이션 가공장치는 상기 구동 유닛의 본체를 피가공 플랜지면에 고정하기 위하여 구동 유닛의 저면에 고정된 다수의 클램프를 또한 포함한다. 클램프 각각은 구동 유닛의 저면에 고정된 지그와, 상기 지그에 나사 결합되며 피가공 플랜지의 측면에 결합되는 조절 나사를 구비한다.
전술한 구성에 따르면, 커팅툴 써포트를 좌우 방향으로 이동시키는 구동축이 풀리에 의하여 구동되므로, 바이트를 지지하는 커팅퉁 써포트의 위치를 정밀하게 제어하여 플랜지면의 세레이션 조도를 임의로 조절 가능하다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 세레이션 가공장치를 첨부도면을 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 세레이션 가공장치를 개략적으로 도시하는 사시도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 세레이션 가공장치는 구동 유닛과, 상기 구동 유닛 내부에 회전 가능하게 장착된 플랜지 가공 유닛(20)과, 상기 플랜지 가공 유닛(20)을 회전 구동시키기 위한 모터(14)와 감속기(16)와, 상기 플랜지 가공 유닛(20)에 동력을 공급하기 위하여 구동 유닛의 상부면에 설치된 패널(18)을 구비한다.
세레이션 가공장치는 또한 본체를 피가공 플랜지면에 고정하기 위하여 구동 유닛의 저면에 고정된 적어도 4개의 클램프를 구비한다. 각각의 클램프는 구동 유닛의 저면에 고정된 지그(22)와, 상기 지그(22)에 나사 결합되며 피가공 플랜지의 측면에 결합되는 조절 나사(24)를 구비한다.
도 2는 본 발명에 따른 세레이션 가공장치의 구동 유닛을 개략적으로 도시하는 분해 사시도이다.
구동 유닛은, 도 2에 도시된 바와 같이, 링형 본체(10)와, 상기 본체(10) 내부에 회전 가능하게 장착되는 링 기어(34)와, 상기 링 기어(34)와 볼트 체결되는 회전 링(36)과, 상기 회전 링(36)이 회전 가능하도록 회전 링(36)을 지지하는 주축 베어링(38)과, 상기 주축 베어링(38)의 외륜(outer race)(382)과 접촉하며, 본체(10)에 고정되는 고정 링(40)과, 상기 주축 베어링(38)의 외륜(382)과 접촉하며, 고정 링(40)과 볼트 체결되는 고정형 베이스 링(42)과, 상기 주축 베어링(38)의 내륜(inner race)(384)과 접촉하며, 회전 링(36)과 볼트 체결되는 가동형 베이스 링(44)을 구비한다.
보다 구체적으로 설명하면, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 링형 본체(10)는 구성 요소를 수용할 수 있는 구조를 가지며, 양 측면에는 세레이션 가공장치를 이송할 때 사용하기 위한 플랩부(302 및 304)가 각각 마련된다. 상기 한 쌍의 플랩부(302 및 304) 중 어느 하나의 플랩부(302)의 표면에는 개구(306)가 형성되고, 개구(306) 내부에는 감속기(16)의 회전축의 단부에 결합된 기어(26)를 수용한다.
본체(10)의 외주변에는 다수의 관통홀(308)이 일정 간격으로 형성되어, 고정 링(40)이 본체(10)에 고정될 때, 나사가 본체(10)의 관통홀(308)을 관통하여 고정 링(40)의 외주변에 형성된 나사홀(402)에 체결된다.
링 기어(34)는 평기어로서 상부면과 하부면을 관통하는 다수의 나사홀(342)이 일정 간격으로 형성되어 있다. 링 기어(34)는 본체(10)의 내부에 설치될 때, 본체(10)의 개구(306)에 삽입된 기어(26)와 외접한다.
회전 링(36)은 내주면에서 내측으로 돌출하는 플랜지 가공 유닛(20)과 결합하는 제1 플랜지(362)와, 가동형 베이스 링(44)과 결합하는 제2 플랜지(368)를 구비한다. 회전 링(36)은 링 기어(34)와 볼트 체결되기 위하여 상부면에 다수의 나사홀(364)이 일정 간격으로 형성되어 있다. 제1 플랜지(362)는 구동 유닛(20)과 결합하기 위하여 다수의 나사홀(366)이 일정 간격으로 형성되며, 제2 플랜지(368)는 가동형 베이스 링(44)과 볼트 체결되기 위하여 다수의 나사홀이 일정 간격으로 형성되어 있다.
상기 회전 링(36)을 지지하는 주축 베어링(38)은 전술한 바와 같이 내 륜(384)과 외륜(382)으로 구성되며, 내륜과 외륜 사이에는 다수의 볼 베어링이 마련되어, 회전 링(36)과 가동형 베이스 링(44)을 회전 가능하게 지지한다.
고정 링(40)의 외주면은 본체(10)의 내주면과 접촉하며, 상부 돌출부(406)가 회전 링(36)의 상부 돌출부(372)와 접촉하고, 내주면은 주축 베어링(38)의 외륜(382)과 접촉한다. 고정 링(40)의 외주면에는 본체(10)와 결합하기 위하여 외주면에 다수의 나사홀(402)이 일정 간격으로 형성되어 있으며, 하부면에는 고정형 베이스 링(42)과 결합하기 위하여 다수의 나사홀(404)이 일정 간격으로 형성되어 있다.
회전 링(36)의 상부 돌출부(372)와 고정 링(40)의 상부 돌출부(406)는 주축 베어링(38)의 폭과 동일한 길이를 갖는바, 바람직하게는 회전 링(36)의 상부 돌출부(372)의 길이는 회전 링(36)의 내륜(384)의 폭과 동일하며, 고정 링(40)의 상부 돌출부(406)의 길이는 회전 링(36)의 외륜(382)의 폭과 동일하다.
고정형 베이스 링(42)은 고정 링(40)의 하부에 배치되며, 외주면은 본체(10)의 내주면과 접촉한다. 고정형 베이스 링(42)의 상부면에는 나사에 의하여 고정 링(40)에 고정되기 위하여 다수의 나사홀(422)이 관통 형성되어 있다. 고정형 베이스 링(42)은 주축 베어링(38) 외륜(382)의 저면과 접촉한다.
가동형 베이스 링(44)은 회전 링(36)의 하부에 배치되며, 회전 링(36)과 함께 회전하도록 나사에 의하여 회전 링(36)의 제2 플랜지(368)에 고정된다. 이를 위하여, 가동형 베이스 링(44)의 상부면에는 다수의 홀(444)이 일정 간격으로 형성되어 있다. 가동형 베이스 링(44)의 상부면은 회전 링(36)의 제2 플랜지(368)의 폭과 동일한 것이 바람직하다.
회전 링(36)의 배면(374)과 상부 연장부(372)의 저면은 주축 베어링(38)의 내륜(384)의 일부와 접촉한다. 또한, 가동형 베이스 링(44)의 배면(447)과 하부 연장부(448)의 상면은 주축 베어링(38)의 내륜(384)의 일부와 접촉한다. 회전 링(36)의 상부 연장부(372)와 가동형 베이스 링(44)의 하부 연장부(448)는 상호 동일한 길이로 돌출하는바, 바람직하게는, 주축 베어링(38)의 내륜(384)의 폭과 동일한 길이를 갖는다.
전술한 구성에서, 홀(308), 나사홀(422) 및 홀(444)은 볼트의 헤드를 수용할 수 있도록 형성되는 것이 바람직하다.
도 4는 회전 링(36)에 체결되는 가공 유닛(20)을 도시하는 분해 사시도이다.
도 4를 참조하면, 가공 유닛(20)은 리니어 액츄에이터(202)와, 상기 리니어 액츄에이터(202)를 회전링(36)의 제1 플랜지(362)에 결합하기 위한 지지수단과, 상기 리니어 액츄에이터(202)의 전면에 이동 가능하게 고정되는 커팅 툴 써포트를 구비한다.
리니어 액츄에이터(202)는 구동축(220)과 상기 구동축(220)에 결합된 드라이버(222)를 갖는 하우징과, 상기 하우징의 상부에 고정된 서보모터(208) 및 감속기(210)와, 상기 감속기(210)의 회전축에 고정된 구동 풀리(214)와, 상기 구동축(220)을 구동시키기 위하여 구동 풀리(214)와 타이밍 벨트(218)에 의하여 연결된 피동 풀리(216)를 구비한다. 구동 풀리(214)와 피동 풀리(216)는 케이스(212)에 의하여 보호된다.
커팅 툴 써포트는 하우징의 드라이버(222)에 고정되는 제1 블록(230)과, 상기 제1 블록(230)의 전면에 고정되는 제2 블록(232)과, 상기 제2 블록(232)에 결합되어 제2 블록의 높이를 조절하기 위한 조절 너브(240)와, 제1 블록(230)과 제2 블록(232) 사이에 개재되며, 제2 블록(232)에 형성된 홀(233)에 체결되는 나사에 의하여 제2 블록에 고정되는 바이트 홀더(비도시)를 구비한다.
본 발명에 따른 세레이션 가공장치의 작동을 도 5 및 도 6을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 5는 피가공 플랜지면에 설치된 본 발명에 따른 세레이션 가공장치의 단면도이고, 도 6은 가공 유닛이 회전하는 상태를 개략적으로 도시하는 사시도이다.
우선, 본 발명의 세레이션 가공장치를 피가공 플랜지면 상부에 배치한 이후에, 구동 유닛의 저면에 설치된 클램프를 이용하여 구동 유닛을 피가공 플랜지면에 고정한다. 클램프의 지그(22)는 플랜지면의 측면에 위치하고, 지그(22)에 체결된 조절 나사(24)를 직경방향으로 이동시켜 구동 유닛을 고정한다.
도면에 도시되지 않은 제어기를 통해 가공 조건들이 설정되면, 모터(14)에 동력을 인가하여 링 기어(34)를 소정의 회전속도로 회전시킨다. 링 기어(34)가 회전하면, 링 기어(34)와 체결된 회전 링(36) 역시 링 기어와 동일한 방향으로 회전한다.
회전 링(36)의 제2 플랜지(368)에는 가공 유닛(20)의 원호형 결합 부재(206)가 나사에 의하여 체결되어 있으므로, 가공 유닛(20)은 회전 링(36)에 의하여 회전 링(36)과 동일한 방향으로 회동한다.
가공 유닛(20)에는 세레이션 가공장치가 구동하기 전에 바이트 홀더에 바이트가 소정 깊이로 셋팅되어 있다. 이러한 가공 유닛(20)에 도면에 도시되지 않은 제어기로부터 제어신호가 인가되어, 구동축(220)은 서보 모터(208)에 의하여 소정의 회전 속도로 회전하게 된다.
보다 구체적으로 설명하면, 가공 유닛(20)은 링 기어(34)에 의하여 회전하는 면서, 가공 유닛(20)의 드라이버(222)는 서보 모터(208)에 의하여 직경방향으로 좌우로 이동 가능하다. 특히, 가공 유닛(20)의 구동축(220)의 회전 속도는 구동 및 피동 풀리(214 및 216)와 타이밍 벨트(218)에 의하여 정밀하게 제어 가능하다. 따라서, 바이트 홀더에 고정된 바이트는 링 기어(34)의 1회전당 최소한 0.01mm 단위로 이동 가능하므로, 세레이션 피치 간격을 최소한 0.01mm 단위로 설정할 수 있다.
본 발명을 상기 실시예를 참조하여 설명하였지만, 보호 받고자 하는 보호범위가 전술한 실시예에 의하여 한정되지 않는다. 본 발명의 보호 범위는 하기의 청구범위에 의하여 결정된다.
도 1은 본 발명에 따른 세레이션 가공장치를 개략적으로 도시하는 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 세레이션 가공장치의 구동 유닛을 개략적으로 도시하는 분해 사시도.
도 3은 본 발명에 따른 세레이션 가공장치의 구동 유닛의 결합 상태를 도시하는 단면도.
도 4는 본 발명에 따른 세레이션 가공장치에서 회전 링에 체결되는 가공 유닛을 도시하는 분해 사시도.
도 5는 피가공 플랜지면에 설치된 본 발명에 따른 세레이션 가공장치의 단면도.
도 6은 가공 유닛이 회전하는 상태를 개략적으로 도시하는 사시도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10: 본체 14: 모터
16: 감속기 20: 플랜지 가공 유닛
34: 링 기어 36: 회전 링
38: 주축 베어링 40: 고정 링
42: 고정형 베이스 링 44: 가동형 베이스 링
202: 리니어 액츄에이터 220: 구동축
222: 드라이버

Claims (8)

  1. 플랜지면을 가공하기 위한 세레이션 가공장치에 있어서,
    본체와, 상기 본체 내부에 회전 가능하게 장착되는 링 기어와, 상기 링 기어와 체결되는 회전 링과, 상기 회전 링을 지지하는 주축 베어링과, 상기 주축 베어링의 일부와 접촉하는 고정 링과, 상기 주축 베어링의 일부와 접촉하며, 고정 링과 체결되는 고정형 베이스 링과, 상기 주축 베어링의 일부와 접촉하며, 회전 링과 체결되는 가동형 베이스 링을 구비하는 구동 유닛과;
    상기 구동 유닛의 내부에 회전 가능하게 장착된 플랜지 가공 유닛을 포함하되, 상기 회전 링은 내주면에서 내측으로 돌출하는 플랜지 가공 유닛과 결합하는 제1 플랜지와, 가동형 베이스 링과 결합하는 제2 플랜지를 구비하는 것을 특징으로 하는 세레이션 가공장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 플랜지 가공 유닛은 리니어 액츄에이터와, 상기 리니어 액츄에이터를 구동 유닛의 회전링에 결합하기 위한 지지수단과, 상기 리니어 액츄에이터의 전면에 이동 가능하게 고정되는 커팅 툴 써포트를 구비하는 것을 특징으로 하는 세레이션 가공장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 리니어 액츄에이터는 구동축과 상기 구동축에 결합된 드라이버를 갖는 하우징과, 상기 하우징의 상부에 고정된 구동 수단과, 상기 구동 수단의 회전축에 고정된 구동 풀리와, 상기 구동축을 구동시키기 위하여 구동 풀리와 타이밍 벨트에 의하여 연결된 피동 풀리를 구비하는 것을 특징으로 하는 세레이션 가공장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 커팅 툴 써포트는 하우징의 드라이버에 고정되는 제1 블록과, 상기 제1 블록의 전면에 고정되는 제2 블록과, 상기 제2 블록에 결합되어 제2 블록의 높이를 조절하기 위한 조절 너브와, 제1 블록과 제2 블록 사이에 개재되며, 제2 블록에 고정되는 바이트 홀더를 구비하는 것을 특징으로 하는 세레이션 가공장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 구동 유닛의 본체를 피가공 플랜지면에 고정하기 위하여 구동 유닛의 저면에 고정된 다수의 클램프를 또한 포함하며,
    상기 클램프 각각은 구동 유닛의 저면에 고정된 지그와, 상기 지그에 나사 결합되며 피가공 플랜지의 측면에 결합되는 조절 나사를 구비하는 것을 특징으로 하는 세레이션 가공장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 구동 유닛의 본체는 양 측면으로부터 소정 길이로 각각 돌출하는 한 쌍의 플랩부를 구비하며, 상기 한 쌍의 플랩부 중 어느 하나에는 구동 수단의 단부에 결합된 기어를 수용하며,
    상기 링 기어는 플랩부에 수용된 기어와 기어 결합하는 것을 특징으로 하는 세레이션 가공장치.
  7. 삭제
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 주축 베어링은 회전 링과, 상기 회전 링과 결합된 가동형 베이스 링과, 본체에 고정된 고정 링과, 상기 고정 링과 결합된 고정형 베이스 링(42) 사이에 배치되어, 회전 링과 가동형 베이스 링을 회전 이동 가능하게 지지하는 것을 특징으로 하는 세레이션 가공장치.
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