KR101481005B1

KR101481005B1 - 딤플 성형 버니싱 공구 및 딤플 성형 버니싱 방법

Info

Publication number: KR101481005B1
Application number: KR20130016831A
Authority: KR
Inventors: 마사루 후타무라; 카츠유키 카와스미; 신야 미야우치
Original assignee: 가부시키가이샤 스기노 마신
Priority date: 2012-02-22
Filing date: 2013-02-18
Publication date: 2015-01-09
Also published as: DE102013202816A1; US20130213106A1; JP5624570B2; CN103286665B; DE102013202816B4; KR20130096652A; JP2013169624A; CN103286665A

Abstract

본 발명의 목적은 홈부의 측면 등의 협소한 부분의 가공대상 면에 대해 딤플을 효율 좋게 확실하게 성형하는 것이다. 본 발명의 버니싱 공구(1)는 맨드랠(2)과, 맨드랠(2)의 후단 쪽에 끼워져 고정되고, 맨드랠(2)의 외주면(23)에 접촉하는 복수의 볼(3)을 유지하는 프레임을 구비하고, 맨드랠(2) 및 프레임의 회전에 따라 외주면(23) 상의 볼(3)을 가공대상 면(7)에 접촉시켜 딤플(71)을 성형한다. 여기서, 딤플(71) 성형시의 맨드랠(2)이 휘어진 상태에서, 외주면(23)에서 가공대상 면(7) 쪽 볼(3)의 접촉면(23a)과, 가공대상 면(7) 사이의 가공대상 면에 수직방향의 거리(L)에 대해 앞쪽과 뒤쪽의 차이가, 맨드랠(2)이 휘어지기 전보다 작게 되도록, 맨드랠(2)의 외주면(23) 직경이 설정된다.

Description

딤플 성형 버니싱 공구 및 딤플 성형 버니싱 방법 {DIMPLE-FORMING BURNISHING TOOL AND DIMPLE-FORMING BURNISHING METHOD}

본 발명은 볼을 가공대상 면에 접촉시켜 그 가공대상 면에 딤플을 성형하기 위한 딤플 성형 버니싱(burnishing) 공구 및 딤플 성형 버니싱 방법에 관한 것이다.

베어링 등의 슬라이딩 부재의 슬라이딩 면에, 윤활유를 보유할 수 있는 미세한 딤플을 성형하여 슬라이딩 면의 마찰저항을 저감하는 기술이 존재한다. 이와 같은 슬라이딩 면 등의 가공대상 면에 딤플을 성형하는 표면처리로서, 이른바 WPC 처리(미립자 쇼트 피닝)에 의한 딤플 성형, 레이저 가공에 의한 딤플 성형 등이 알려져 있다.

WPC 처리에 의한 딤플 성형은, 통상의 피닝(peening) 가공보다 미세한 입자를 고속으로 분사하여 가공대상 면에 충돌시켜 피닝을 성형하는 표면처리이다. 또, 레이저 가공에 의한 딤플 성형은, 전용의 가공기를 사용하여 가공대상 면에 레이저광을 조사하여 딤플 성형하는 표면처리이다.

또, 맨드랠로 자유롭게 회전하도록 밖에서로 끼워지는 통 모양의 프레임에, 복수의 전동체를 자유롭게 회전시키면서 외주 면에서 길이 방향으로 출몰이 자유롭도록 유지하고, 가공기에 장착되는 맨드랠의 회전에 수반하여 맨드랠의 외주 면에 형성된 돌기부가 볼 등의 전동체와 연결되어, 가공대상 면인 워크의 내주 면에 대해 전동체를 진동시키면서 전동시키는 버니싱 공구를 사용하여, 가공대상 면에 딤플을 형성하는 표면처리가 제안되어 있다(예를 들면, 특허 문헌 1 참조).

일본특허등록 제4575899호

그러나, 콤프레셔의 구성부품인 홈부의 측면 등의 협소한 부분의 가공대상 면에 대해, 딤플을 형성하는 표면처리를 시행하는 경우 다음과 같은 문제가 있었다.

즉, WPC 처리에서는, 표면처리를 할 때마다 입자의 분사가 필요하고, 가공 비용이 높아지기 때문에 효율적이라고 할 수 없다. 또, 레이저 가공은 이와 같은 홈부의 측면 등의 협소한 부분의 가공대상 면에 적용하는 것이 곤란하다.

또한, 상기 특허문헌 1에 기재된 버니싱 공구는, 작업으로 형성된 구멍 등의 내주면에 삽입되어 내주면의 표면처리에 사용하는 공구이므로, 예를 들면, 홈부의 측면 등의 협소한 부분의 가공대상 면에 대해 공구를 사용하는 경우에는 저절로 공구경이 작아지게 되어 딤플 성형시에 공구가 휘어져 버리므로, 모든 전동체를 가공대상 면에 확실하게 접촉시켜 딤플의 성형을 행하는 것이 곤란하다.

본 발명은 이러한 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 홈부의 측면 등의 협소한 부분의 가공대상 면에 대해, 딤플을 효율 좋게 확실하게 성형하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해, 청구항 1에 관한 발명은, 일단 측을 가공기에 장착하여 회전시키는 맨드랠과, 상기 맨드랠의 타단 측에 끼워져 고정되고, 상기 맨드랠의 외주면에 접촉되는 복수의 볼을 유지하는 프레임을 구비하며, 상기 맨드랠 및 상기 프레임의 회전에 따라 상기 외주면 상의 상기 볼을 가공대상 면에 접촉시켜 해당 가공대상 면에 딤플을 성형하기 위한 딤플 성형 버니싱 공구에 있어서, 상기 딤플 성형시의 상기 맨드랠이 휜 상태에서, 상기 외주면에서 상기 가공대상 면 측의 상기 볼과의 접촉면과 상기 가공대상 면 사이의 상기 가공대상 면에 수직인 방향의 거리에 대한 상기 가공기측과 그 반대쪽의 차이가, 상기 맨드랠이 휘어지기 전의 상태보다 작게 되도록, 상기 맨드랠의 상기 외주면의 직경이 설정되는 것을 특징으로 하는 딤플 성형 버니싱 공구이다.

이 발명에 의하면, 딤플의 성형시에, 버니싱 공구의 직경이 작기 때문에 맨드랠이 휘어진다고 해도, 맨드랠이 휘어진 상태에서 외주면 상에 배치된 모든 볼이 보다 균일한 강도로 가공대상 면에 밀어 붙여진다. 이것에 의해, 예를 들면 홈부의 홈부의 측면 등의 협소한 부분의 가공대상 면에서 소정영역의 전면에 대개 균일한 깊이의 다수의 딤플을 성형할 수 있다.

즉, 홈부의 측면 등의 협소한 부분의 가공대상 면에 대해 딤플을 효율 좋게 확실하게 성형하는 것이 가능하게 된다.

따라서, 가공대상 면에 매우 세밀한 균일한 딤플을 형성하여 그 딤플에 윤활유를 보유할 수 있으므로, 가공대상 면에서 기름이 끊어지는 일 없이 마찰저항을 저감하고, 슬라이딩 특성을 향상시킬 수 있다.

또, 딤플 성형 버니싱 공구는, 머시닝 센터, NC프라이스반(盤) 등의 범용 가공기(공작기계)에 장착하여 사용할 수 있으므로, 용이하고 싼 가격으로 필요로 하는 형상의 딤플을 성형하는 것이 가능하다.

또, 청구항 2에 의한 발명은, 청구항 1의 딤플 성형 버니싱 공구에 있어서, 상기 딤플 성형시의 상기 맨드랠이 휘어진 상태에서, 상기 맨드랠의 축심을 포함하는 상기 가공대상 면에 수직인 평면에 의해 절단된 상기 외주면의 상기 가공대상 면 쪽의 절단선과, 상기 평면에 의해 절단된 상기 가공대상 면의 절단선과의 평행도가, 상기 맨드랠이 휘어지기 전 상태보다 작게 되도록, 상기 맨드랠의 상기 외주면의 직경은 상기 가공기 반대쪽이 상기 가공기 쪽보다 크게 설정되는 것을 특징으로 한다.

이 발명에 의하면, 가공대상 면이 평면인 경우에 적용할 수 있고, 딤플 성형시의 맨드랠이 휘어진 상태에서, 외주면의 가공대상 면 쪽의 절단선과 가공대상 면의 절단선이 대략 평행이 되므로, 외주면 상에 배치된 모든 볼을 보다 균일한 강도로 가공대상 면에 밀어 붙일 수 있다.

또, 청구항 3에 의한 발명은, 청구항 2에 기재된 딤플 성형 버니싱 공구에 있어서, 상기 맨드랠의 상기 외주면은, 상기 가공기와 반대쪽으로 갈수록 직경이 넓은 원뿔대의 측면 형상을 나타내는 것을 특징으로 한다.

이 발명에 의하면, 맨드랠이 휘어진 상태에서 외주면의 가공대상 면 쪽의 절단선이 엄밀하게는 곡선이 되어 직선이 되지 않는 것, 외주면의 가공대상 면 쪽의 절단선과 가공대상 면의 절단선의 평행도를 충분히 작게 하는 것이 가능하다. 여기서, 맨드랠의 외주면을 원뿔대의 측면 형상으로 형성하는 것은, 맨드랠 자체의 제조공정에서 똑바른 원주 측면형상으로 형성하는 것에 대해 약간의 변경으로 대응할 수 있다.

또, 청구항 4에 의한 발명은, 청구항 1 내지 청구항 3 중의 어느 한 항에 기재된 딤플 성형 버니싱 공구에 있어서, 상기 볼은 상기 프레임의 둘레 방향으로 간격을 두고 복수 배치함과 동시에, 상기 프레임 축심에 평행한 방향으로 간격을 두고 복수 배치하는 것을 특징으로 한다.

이 발명에 의하면, 가공대상 면에 복수의 딤플을 보다 효율적으로 성형하는 것이 가능하게 된다.

또, 청구항 5에 의한 발명은, 청구항 1 내지 청구항 4 중의 어느 한 항에 기재된 딤플 성형 버니싱 공구에 있어서, 상기 프레임은 상기 맨드랠에 끼워지고, 상기 볼이 장착되는 제 1 관통공이 형성된 프레임 본체와, 상기 프레임 본체에 끼워지고 상기 볼을 상기 프레임 외주면에서 직경 방향 바깥쪽으로 돌출시키면서 상기 볼의 상기 제 1 관통공으로부터의 탈락을 규제하는 제 2 관통공이 상기 제 1 관통공에 대응하는 위치에 형성된 프레임 커버를 구비한 것을 특징으로 한다.

이 발명에 의하면, 볼을 유지하기 위한 구멍 형성 등의 가공이 용이하게 되어, 딤플 성형 버니싱 공구의 제조작업이 향상된다.

상기 목적을 달성하기 위해, 청구항 6에 의한 발명은, 청구항 1 내지 청구항 5 중의 어느 한 항에 기재된 딤플 성형 버니싱 공구를 이용하여, 상기 볼을 상기 가공대상 면에 접촉시켜 그 가공대상 면에 딤플을 성형하는 딤플 성형 버니싱 방법이다.

이 발명에 의하면, 청구항 1 내지 청구항 5 중의 어느 한 항에 기재된 발명과 마찬가지의 작용효과를 얻을 수 있다.

본 발명에 의하면, 홈부의 측면 등의 협소한 부분의 가공대상 면에 대해 딤플을 효율 좋게 확실하게 성형하는 것이 가능하게 된다.

도 1은 본 발명의 일 실시형태에 관한 딤플 성형 버니싱 공구의 전체 구성을 나타내는 반(半) 단면도이다.
도 2는 도 1에 나타낸 버니싱 공구의 사용상태 예를 나타낸 개략 사시도이다.
도 3은 맨드랠이 휘어지기 전 상태에서 맨드랠의 앞 부분 주면을 나타낸 모식도이다.
도 4는 딤플 성형시 맨드랠이 휘어진 상태에서 맨드랠의 앞 부분 주변을 나타낸 모식도이다.
도 5는 딤플 성형시 맨드랠이 휘어진 상태에서 맨드랠의 앞 부분 주변을 모식적으로 나타낸 사시도이다.
도 6은 버니싱 공구에 의한 딤플 성형 모양을 나타낸 도면이고, 도 6a는 가공대상 면에 대향하는 위치에서 본 개략도, 도 6b는 도6a에 나타낸 가공대상 면에 성형된 딤플의 확대도이다.
도 7은 버니싱 공구를 가공대상 면을 향해 밀어 넣는 압입량을 변화시켰을 때의 모양을 나타낸 모식도이고, 도 7a는 압입량이 작은 경우, 도 7b는 압입량이 적절한 경우, 도 7c는 압입량이 큰 경우를 나타낸다.

다음으로, 본 발명의 실시형태에 대해, 적당한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시형태에 관한 딤플 성형 버니싱 공구(이하 단순히 『버니싱 공구』라 함)의 전체 구성을 나타내는 반(半) 단면도이다. 도 1에서는 버니싱 공구의 축심(CL)의 위쪽을 단면도로 나타내고, 아래쪽은 측면도로 나타내고 있다. 또, 설명을 명확하게 하기 위해, 도 1에 나타낸 바와 같이 버니싱 공구에서 전후 방향을 설정한다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 버니싱 공구(1)는 후단 쪽을 머시닝 센터, NC 프라이스반 등의 가공기(도시하지 않음)에 장착하여 회전시키는 맨드랠(2)과, 맨드랠(2)의 후단 쪽에 끼워져 고정되고, 맨드랠(2)의 외주면(23)에 접촉하는 목수의 볼(3)을 유지하는 프레임(4)을 구비한다.

맨드랠(2)은 전체로서 둥근 봉 형상으로 구성되어 있고, 가공기에 장착되는 섕크(shank)부(21)와, 프레임(4)이 끼워지는 본체부(22)를 갖추고 있다. 맨드랠(2)은, 섕크부(21)와 본체부(22)가 일체로 형성된 일체 형상의 부재로 구성되어, 남은 진동 전달의 억제, 강성의 향상, 안정한 휘어짐의 확보 등을 도모하도록 되어 있다.

섕크부(21)는, 도 1에 나타낸 바와 같은 스트레이트 형상 외에, 테이퍼 형상 등, 장착되는 가공기에 적합한 여러 형상이 사용된다. 본체부(22)는 섕크부(21)에 연속되는 통부(24)와, 통부(24)보다 작은 직경으로 형성되고, 볼(3)이 접촉하는 외주면(23)을 갖는 앞 부분(25)을 갖추고 있다. 단, 앞 부분(25)은 반드시 통부(24) 보다 작은 직경이 아니어도 좋다.

프레임(4)은 전체로 대략 원통 형상으로 되어 있고, 맨드랠 (2)에 끼워지는 프레임 본체(41)와, 프레임 본체에 끼워지는 프레임 커버(42)를 갖추고 있다.

프레임 본체(41)은, 볼(3)이 장착되는 제 1 관통공(43)이 형성된 지지부(44)와, 지지부(44) 보다 큰 직경으로 형성되어 프레임(4)을 맨드랠(2)에 부착하기 위한 취부(取付)부(45)와, 지지부(44)와 취부부(45)를 연결하는 중간부(46)을 갖추고 있다. 제 1 관통공(43)의 내경은 볼(3)의 직경보다 약간 크게 형성되어 있고, 제 1 관통공(43) 내로 볼(3)이 삽입되어 유지되도록 되어있다.

프레임 본체(41)의 취부부(45)의 뒤쪽에는 원주 위 등 각도간격의 위치로 형성된 반경 방향을 따라 복수(예를 들면 세 개)의 나사 구멍(47)이 형성되어 있다. 또, 맨드랠(2)의 통부(24)의 외주면에는 단면 V자 형상의 고리모양 오목부(26)가 형성되어 있다. 그래서, 잠금 나사(61)를 나사 구멍(47)에 끼워넣어, 통부(24)에 형성된 고리모양 오목부(26) 내면 중의 앞쪽 경사면에 닿도록, 나사 구멍(47) 및 고리모양 오목부(26)의 전후방향의 위치가 설정되어 있다. 이것에 의해, 프레임 본체(41) 중간부(46)의 뒤쪽 단면이 맨드랠(2)의 통부(24)의 앞쪽 단면에 닿아, 프레임(4)은 맨드랠(2)에 대해 위치가 정해진다.

프레임(4)의 프레임 본체(41)는, 지지부(44)와 이것보다 큰 직경의 취부부(45)를 중간부(46)로 연결한 단차(段差) 형상으로 되어 있고, 큰 직경의 취부부(45)에서 맨드랠(2)에 고정하는 구성으로 되어 있다. 이렇게 구성하면, 단차가 거의 없는 원통 형상의 프레임과 비교하는 경우, 강성이 향상됨과 동시에, 맨드랠(2)에 강고한 고정이 가능하게 되고, 버니싱 공구(1)의 선단측(앞쪽)의 변위를 억제하여, 보다 안정시킬 수 있다.

프레임 커버(42)는 원통 모양으로 되어 있고, 이 프레임 커버(42)에는 제 2 관통공(48)이 프레임 본체(41)의 제 1 관통공(43)과 대응하는 위치에 형성되어 있다. 제 2 관통공(48)의 내경은 볼(3)의 직경보다 작게 형성되어 있고, 제 2 관통공(48)은 볼(3)의 일부를 프레임(4)의 외주면에서 직경 방향 바깥으로 돌출시킴과 동시에 볼(3)의 제 1관통공(43)으로부터의 탈락을 규제하는 기능을 갖는다.

프레임 커버(42)는, 제 1 관통공(43)의 위치와 제 2 관통공(48)의 위치가 합치하도록 프레임 본체(41)에 끼워져, 복수(예를 들면 두 개)의 클램프(5)에 의해 프레임 본체(41)에 고정된다. 클램프(5)는, L자 형상으로 되어 있고, 나사 부재(62)가 끼워져 관통되는 관통공(53)이 형성된 취부부(51)과, 프레임 커버(42)를 프레임 본체(41)와의 사이에서 지지하는 협지부(52)를 갖추고 있다. 또, 프레임 본체(41)의 취부부(45)의 앞쪽에는 원주 위 등 각도간격의 위치로 형성된 반경 방향을 따라 복수(예를 들면 두 개)의 나사 구멍(49)이 형성되어 있다. 그래서, 나사 부재(62)를 관통공(53)에 끼워 넣어 나사 구멍(49)에 넣는 것에 의해, 프레임 커버(42)는 클램프(5)와 프레임 본체(41) 사이에 끼워져 고정된다.

프레임(4)은, 여기에서는 프레임 본체(41)와 프레임 커버(42)의 두 개의 별도의 부재를 갖추어 구성되고 있다. 이와 같이 구성하면, 볼(3)을 지지하기 위한 구멍 형성 등의 가공이 용이하게 되고, 버니싱 공구(1)의 제조 작업성이 향상된다. 단, 프레임(4)은, 프레임 본체(41)와 프레임 커버(42)가 일체로 형성된 일체 형상의 부재로 구성되어도 좋다.

볼(3)은 프레임(4)의 둘레 방향에서 간격을 두고 복수 배치함과 동시에, 프레임의 축심 CL(버니싱 공구(1)과 공통의 축심)에 평행한 방향(이하 축방향이라 함)에서 간격을 두고 복수 배치된다. 이렇게 구성하면, 가공대상면(7)(도 2 참조)에 복수의 딤플(71)(도 4 참조)을 보다 효율적으로 형성하는 것이 가능하게 된다. 여기서, 볼(3)의 배치 레이아웃에 대응하여, 프레임 본체(41)에서 제 1 관통공(43)의 위치, 및 프레임 커버(42)에서 제 2 관통공(48)의 위치가 결정된다.

도 1에서는, 볼(3)은 프레임(4)의 둘레방향으로 90도씩 간격을 두고 4개의 둘레 방향 각각에서 축 방향으로 복수 나열한 볼 열을 이루어 배치되어 있고, 인접하는 볼 열 사이에서 볼(3)의 위치를 축 방향으로 조금씩 옮기고 있다. 단, 가공대상 면(7)(도 2 참조)의 크기나 재질 등에 대응하여, 볼(3)의 설치 수, 둘레방향/축방향의 볼(3)의 설치 간격 등의 볼(3)의 배치 레이아웃은 적절하게 변경가능하다.

도 2는, 도 1에 나타낸 버니싱 공구의 사용상태의 예를 나타내는 개략 사시도이다. 도 3은 맨드랠이 휘어지기 전 상태에서 맨드랠의 앞 부분 주변을 나타낸 모식도이다. 도 4는 딤플 성형시 맨드랠이 휘어진 상태에서 맨드랠의 앞 부분 주변을 나타낸 모식도이다. 도 5는 딤플 성형시 맨드랠이 휘어진 상태에서 맨드랠의 앞 부분 주변을 모식적으로 나타낸 사시도이다. 또, 도 3 및 도 4에서, 설명 편의상 맨드랠(2)의 형상은 과장하여 그려져 있고, 볼(3)의 수도 실제와 다르게 그려져 있다(도 7도 마찬가지이다). 또 5에서, 설명 편의상 맨드랠(2)의 형상은 과장하여 그려져 있고, 볼(3)은 도시를 생략하고 있다.

도 2에 나타낸 바와 같이, 버니싱 공구(1)는 맨드랠(2) 및 프레임(4)의 회전에 따라 외주면(23)(도 1 참조) 위의 볼(3)을 워크(W)의 가공대상 면(7)에 접촉시켜 그 가공대상 면(7)에 딤플(71)(도 4 참조)을 형성하기 위한 공구이다. 가공대상 면(7)은 여기서는 워크(W)로 형성된 홈부(S)의 측면이다.

도 3~도 5에 나타낸 바와 같이, 가장 선단측(앞쪽)의 볼(3)이 가공대상 면(7)에 맞게 겨우 접촉하는 위치(도 3 참조)에서, 더 P 방향(도 2 참조)으로 소정의 압입량만 버니싱 공구(1)이 가공대상 면(7)에 향해 압입되면(도 4 참조), 맨드랠(2)의 축심(CL)(버니싱 공구 1과 공통의 축심)은 선단측으로 갈수록 가공대상 면(7)과 반대측으로 휘어진 맨드랠(2)의 선단에서 최대 휘어짐 량δ가 되고, 가공대상 면(7)에 딤플(71)이 형성된다.

본 실시형태에서는, 딤플(71)의 성형시의 맨드랠(2)이 휘어진 상태(도 4 및 도 5 참조)에서, 외주면(23)에서 가공대상 면(7) 측의 볼(3)과의 접촉면(23a)과, 가공대상 면(7) 사이의 가공대상 면(7)에 수직 방향의 거리(L)에 대해 가공기쪽(뒤쪽)과 그 반대쪽(앞쪽)의 차이가, 맨드랠(2)이 휘어지기 전 상태(도 3 참조)에서보다 작게 되도록, 맨드랠(2)의 외주면(23)의 직경이 가공대상 면(7)의 형상에 응해 축심(CL)에 따라 변화하여 설정되어 있다. 구체적으로는, 접촉면(23a)과 가공대상 면(7) 사이의 거리(L)는 맨드랠(2)이 휘어진 상태(도 4 및 도 5 참조)에서는 외주면의 앞쪽과 뒤쪽이 대략 동일하다. 여기서, 맨드랠(2)이 휘어지기 전 상태는, 바꾸어 말하면, 가공대상 면(7)에서 반대의 힘이 없다고 가정한 상태에서 맨드랠(2)의 휘어짐이 없는 상태이다.

또, 본 실시형태에서는, 딤플(71) 형성시의 맨드랠(2)이 휘어진 상태(도 5 참조)에서, 맨드랠(2)의 축심(CL)을 포함하는 가공대상 면(7)에 수직인 평면(M)에 의해 절단된 외주면(23)의 가공대상 면(7) 측의 절단선(27)과, 상기 평면(M)에 의해 절단된 가공대상 면(7)의 절단선(72)의 평행도가, 맨드랠(2)가 휘어지기 전 상태보다 작게 되도록 맨드랠(2)의 외주면(23)의 직경은, 가공기쪽과 반대쪽(앞쪽)이 가공기쪽(뒤쪽)보다 크게 설정되어 있다. 여기서 가공대상 면(7)은 가공대상 면(7) 자체 만이 아니고 가공대상 면(7)을 포함하는 평면을 의미하는 개념이다. 구체적으로는, 외주면(23)의 가공대상 면(7) 쪽의 절단선(27)과 가공대상 면의 절단선(72)는, 맨드랠(2)이 휘어지기 전 상태(도 3 참조)에서는 앞쪽으로 갈수록 접근하고 있고 평행은 아니나, 맨드랠(2)가 휘어진 상태(도 4 참조)에서는 대략 평행이다. 여기서, 평행도는 기준직선으로부터 평행이어야 하는 직선의 폭의 크기(오차)를 말한다.

이렇게 구성하면, 본 실시형태와 같은 가공대상 면(7)이 평면인 경우에 적용할 수 있고, 딤플(71) 성형시의 맨드랠(2)이 휘어진 상태에서 외주면(23)의 가공대상 면(7)쪽의 절단선(27)과 가공대상 면의 절단선(72)이 대략 평행이 되므로, 외주면(23) 위에 배치된 모든 볼(3)을 보다 균일한 강도로 가공대상 면(7)에 누를 수가 있다.

그래서, 본 실시형태에서는 맨드랠(2)의 앞부분(25)의 외주면(23)은, 가공기쪽과 반대쪽(앞쪽)으로 갈수록 직경이 넓어진 원추대의 측면 형상을 가진다. 즉, 맨드랠(2)의 외주면(23)은, 소정의 경사각도(예를 들면 10분, 즉 1/6각도)를 갖는 앞이 큰 테이퍼 형상으로 형성되어 있다. 이렇게 구성하면, 맨드랠(2)이 휘어진 상태(도 4 참조)에서 외주면(23)의 가공대상 면(7) 쪽의 절단선(27)과 가공대상 면(7)의 절단선(72)의 평행도를 충분히 작게 하는 것이 가능하다. 여기서, 맨드랠(2)의 외주면(23)을 원추대의 측면형상으로 형성하는 것은, 맨드랠(2) 자체의 제조공정에서 완전히 곧은 원주 측면 형상으로 형성하는 것에 대해 약간 변경으로 대응할 수 있다.

또, 맨드랠(2), 볼(3), 및 프레임(4)에는 내구성이 요구되기 때문에, 특수 합금강을 사용하여, 열처리를 하여 경도 및 인성을 향상시키고 있다. 또, 사용조건에 따라서는, DLC, TIN, TICN 등의 표면 코팅 처리를 하여 더욱 내구성을 향상시킬 수 있다. 또, 맨드랠(2)이나 볼(3)의 재질로 초경도합금이나 세라믹재질 등을 사용하는 것도 가능하다.

다음으로, 도 1~5에 더해 도 6 및 도 7을 참조하여, 상기와 같이 구성된 버니싱 공구(1)를 사용하여 딤플 성형 버니싱하는 방법에 대해 설명한다.

도 6은 버니싱 공구에 의한 딤플 성형의 모양을 나타낸 도면으로, 도 6은 가공대상 면에 대향하는 위치에서 본 개략도, 도 6b는 도 6a에 나타낸 가공대상 면에 형성된 딤플의 확대도이다. 도 7은 버니싱 공구를 가공대상 면에 향해 누르는 압입량을 변화시켰을 때의 모양을 나타낸 모식도로, 도 7a는 압입량이 작은 경우, 도 7b는 압입량이 적절한 경우, 도7c는 압입량이 큰 경우를 나타낸다.

우선, 전원(도시하지 않음)의 기동에 의해, 예를 들면 NC 프라이스반 등의 가공기(도시하지 않음)에 장착된 버니싱 공구(1)가 소정의 회전속도로 R 방향(도 2 참조)으로 회전될 수 있다. 이 때, 맨드랠(2)에 프레임(4)이 고정되어 있으므로 양자는 일체로 되어 회전한다.

이어서, 도 2 및 도 6에 나타낸 바와 같이, 버니싱 공구(1)는 볼(3)을 가공대상 면(7)으로 향해 누르는 압입량이 소정값으로 설정된 상태에서, 홈부(S)의 늘어난 방향을 따라 Q방향으로 소정의 이송 속도로 보내진다.

이것에 의해, 도 6에 나타낸 바와 같이, 회전하는 맨드랠(2)의 외주면(23) 상에서 프레임(4)에 지지된 볼(3)이, 워크(W)의 홈부(S) 측면인 가공대상 면(7)에 단속적으로 접촉하여, 가공대상 면(7)의 소정영역 전면에 걸쳐 다수의 딤플(71)이 형성된다. 여기서, 딤플(71)의 깊이는 워크(W)의 반발력 등의 관계로부터 볼(3)의 압입량보다 작게 된다.

딤플(71)은 맨드랠(2)의 둘레방향, 즉 Q방향을 따라 가로방향배열 피치(P1)의 간격으로, 맨드랠(2)의 축심(CL)에 평행방향인 축 방향을 따라 세로방향배열 피치(P2)의 간격으로 가공대상 면(7)에 형성된다(도 6b 참조). 여기에서는, 가로방향배열 피치(P1)는 버니싱 공구(1)의 1회전당 Q방향으로의 이송량, 세로방향배열 피치(P2)는 프레임(4)의 원주상 90도 간격으로 인접하는 볼열 사이에서 볼(3)의 위치를 축 방향으로 옮긴 양에 상당한다.

가공대상 면(7)에 대한 딤플(71)의 성형이 종료하면, 버니싱 공구(1)가 워크(W)로부터 떨어져, 버니싱 공구(1)의 회전이 정지된다.

여기서, 가장 선단측(앞쪽)의 볼(3)이 가공대상 면(7)에 맞도록 약간 접촉하는 위치에서, 더 버니싱 공구(1)를 가공대상 면(7)을 향해 누르는 상기 압입량은 미리 실험에 의해 결정한다.

도 7a에 나타낸 바와 같이, 압입량이 지나치게 작으면, 맨드랠(2)의 휘어짐이 작으므로, 선단측(앞쪽)으로 갈수록 직경이 넓은 외주면(23) 상의 앞쪽으로 배치된 볼(3) 쪽이 뒤쪽으로 배치된 볼(3)보다 강하게 가공대상 면(7)을 누르게 된다. 이 때문에, 앞쪽에 성형되는 딤플(71)의 깊이는 뒤쪽에 성형되는 딤플(71)의 깊이보다 크게 되고, 최악의 경우에는 뒤쪽의 딤플(71)이 성형되지 않는 경우도 생긴다. 또, 도 7c에 나타낸 바와 같이, 압입량이 지나치게 크면, 맨드랠(2)의 휘어짐이 크기 때문에, 외주면(23) 상의 뒤쪽에 배치된 볼(3) 쪽이 앞쪽에 배치된 볼(3) 보다 강하게 가공대상 면(7)을 누르게 된다. 이 때문에, 뒤쪽에 성형되는 딤플(71)의 깊이는 앞쪽에 성형되는 딤플(71)의 깊이보다 크게 되고, 최악의 경우에는 앞쪽의 딤플(71)이 성형되지 않는 경우도 생긴다. 한편, 도 7b에 나타낸 바와 같이, 압입량이 적절하면, 맨드랠(2)이 휘어진 상태에서 외주면(23)의 가공대상 면(7)의 절단선(27)과 가공대상 면(7)의 절단선(72)가 대략 평행하므로, 외주면(23) 상의 앞쪽에 배치된 볼(3)과 뒤쪽에 배치된 볼(3)이 균일한 강도로 가공대상 면(7)을 누르게 된다. 이것에 의해, 앞쪽에 성형되는 딤플(71)의 깊이가 대략 균일하게 된다.

따라서, 도 7(b)에 나타낸 바와 같이 대략 균일한 깊이의 딤플(71)이 가공대상 면(7)에 성형되도록 압입량을 실험에 의해 구하여 결정한다.

딤플(71)의 크기, 깊이, 배열 피치, 배열 모양 등은 가공 조건(버니싱 공구(1)의 회전 속도, 이송 속도), 볼(3)의 직경, 배치 레이아웃, 수량, 맨드랠(2)의 외주면(23)의 경사각도(테이퍼 각도), 볼(3)의 가공대상 면(7)에의 누르는 힘 등을 변경하는 것에 의해 조정할 수 있다. 또, 이 때, 워크(W)의 가공대상 면(7)의 재질(경도)도 고려된다.

버니싱 공구(1)는, 여기에서는 깊이가 20mm~50mm이고 폭 20mm정도의 홈부(S)의 측면인 가공대상 면(7)에 대한 딤플(71)의 성형에 적용가능하게 구성된다. 크기 등의 조건이 다른 홈부(S)에 적용하는 경우에는, 설계단계에서 직경이나 길이 등의 사이즈가 다른 머니싱 공구(1)가 제작되든지, 혹은 맨드랠(2)로부터 프레임 및 볼(3)을 떼어내 사양이 다른 것으로 교환하는 것에 의해 대응가능하다.

상기한 바와 같이, 본 실시 형태의 버니싱 공구(1)는, 후단측을 가공기에 장착하여 회전시키는 맨드랠(2)과, 맨드랠(2)의 전단측에 끼워져 고정되고, 맨드랠(2)의 외주면(23)에 접촉하는 복수의 볼(3)을 지지하는 프레임(4)을 갖추고 있고, 맨드랠(2) 및 프레임(4)의 회전에 따라 외주면(23) 상의 볼(3)을 가공대상 면(7)에 접촉시켜 그 가공대상 면(7)에 딤플(71)을 성형한다. 여기서, 딤플(71) 성형시의 맨드랠(2)이 휘어진 상태에서, 외주면(23)에서 가공대상 면(7) 측의 볼(3)과 접촉면(23a)과, 가공대상 면(7) 사이의 가공대상 면(7)에 수직인 방향의 거리(L)에 대한 앞쪽과 뒤쪽의 차이가, 맨드랠(2)이 휘어지기 전 상태보다 작아지도록 맨드랠(2)의 외주면(23)의 직경이 설정된다.

이러한 본 실시형태에 의하면, 딤플(71)의 성형시에 버니싱 공구(1)의 직경이 작아지므로, 맨드랠(2)이 휘어진다고 해고, 맨드랠(2)이 휘어진 상태에서 외주면(23) 상에 배치된 모든 볼(3)이 보다 균일한 강도로 가공대상 면(7)에서 소정영역의 전면에, 대략 균일한 깊이의 다수의 딤플을 성형할 수 있다.

즉, 홈부(S)의 측면 등의 좁은 부분의 가공대상 면(7)에 대해 딤플(71)을 효율 좋게 확실하게 성형하는 것이 가능하게 된다.

따라서, 워크(W)의 가공대상 면(7)에 매우 세밀하고 균일한 딤플(71)을 형성하여 그 딤플(71)에 윤활유를 담을수 있으므로, 가공대상 면(7)에서 기름이 끊어지는 것을 방지하여 마찰저항을 저감하고, 슬라이딩 특성을 향상시킬 수 있다.

또, 버니싱 공구(1)는 머시닝 센터, NC 프라이스반 등의 범용적 가공기(공작기계)에 장착하여 사용할 수 있으므로, 용이하고 값싸게 필요로 하는 형상의 딤플을 형성하는 것이 가능하게 된다.

이상, 본 발명에 대해, 실시형태에 기해 설명했으나, 본 발명은 상기 실시형태에 기재한 구성에 한정되는 것은 아니고, 상기 실시형태에 기재한 구성을 적절하게 조합시키든지 선택하는 것을 포함하고, 그 취지를 벗어나지 않는 범위에서 적절하게 구성을 변경하는 것도 가능하다.

예를 들면, 상기 실시형태에서는, 버니싱 공구(1)의 축심(CL)이 연직(鉛直)방향을 따른 상태에서 세운 형태의 가공기에 장착한 경우에 대해 설명했으나, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니고, 예를 들면, 버니싱 공구(1)의 축심(CL)이 수평방향을 따른 상태에서 가로형의 공작기계에 장착하여 사용하는 것도 가능하다.

또, 상기 실시형태에서는, 가공대상 면(7)이 연직축과 평행인 평면인 경우에 대해 설명했으나, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니다. 본 발명은, 예를 들면 가공대상 면(7)이 수평면으로 절단한 단면에 있어서(평면에서 보아) 구부러져 있는 경우에도 적용가능하다. 구체적으로는, 본 발명은 가공대상 면(7)이 콤프레셔의 구성 부품인 스크롤 홈의 측면인 경우나, 워크(W)에 형성된 구멍 등의 내주면인 경우 등에도 적용가능하다. 또, 본 발명은 가공대상 면(7)이 연직축에 대해 경사진 평면인 경우에도 적용할 수 있다.

이러한 경우, 버니싱 공구(1)는, 예를 들면, 5축 가공기에 장착되고, 축심(CL)을 가공대상 면(7)에 평행으로 하여 사용할 수 있다. 즉, 가공대상 면(7)의 형상이나 각도 등을 고려하여 버니싱 공구(1)가 장착되는 가공 헤드(도시하지 않음)의 서로 직교하는 X축, Y축, 및 Z축의 4축 방향의 이동제어와, 워크(W)가 고정되는 워크 고정부(도시하지 않음)의 A/B축, 및 C축의 두 개의 축이 돌아가는 회전(회동)의 제어가 조합되어 실행되고, 워크(W)의 가공대상 면(7)에 대한 딤플(71)의 성형이 행해진다.

또, 본 발명은 가공대상 면(7)이, 예를 들면 연직면으로 절단한 단면에 있어서(정면에서 보아) 구부러져 있는 경우에도 적용가능하다. 이 경우, 딤플(71) 성형시의 맨드랠(2)이 휘어진 상태에서, 접촉면(23a)과 가공대상 면(7) 사이의 거리(L)가 맨드랠(2)의 외주면(23)의 앞쪽과 뒤족에서 거의 동일하게 되도록, 외주면(23)의 직경이 가공대상 면(7)의 구부러진 형상에 대응해 축심(CL)을 따라 변화하여 설정되게 된다.

또, 상기 실시형태에서는, 프레임(4)에 형성된 하나의 원 형상의 관통공에 하나의 볼(3)이 장착되어 있으나, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니고, 프레임(4)에 긴 원 형상의 관통공을 형성하고, 이 긴 원 형상의 관통공에 복수의 볼(3)이 장착되도록 구성하는 것도 가능하다.

1; 딤플 성형 버니싱 공구
2; 맨드랠
23; 외주면
23a; 접촉면
27; 절단선
3; 볼
4; 프레임
41; 프레임 본체
42; 프레임 커버
43; 제 1 관통공
44; 제 2 관통공
7; 가공대상 면
72; 절단선
CL; 축심
L; 거리
M; 평면

Claims

일단 측을 가공기에 장착하여 회전시키는 맨드랠과,
상기 맨드랠의 타단 측에 끼워져 고정되고, 상기 맨드랠의 앞 부분의 외주면에 접촉되는 복수의 볼을 유지하는 프레임을 구비하며,
상기 맨드랠 및 상기 프레임의 회전에 따라 상기 외주면 상의 상기 볼을 가공대상 면에 접촉시켜서 그 가공대상 면에 딤플을 성형하기 위한 딤플 성형 버니싱 공구에 있어서,
상기 맨드랠의 앞 부분은
상기 가공기쪽과 반대쪽(앞부분)으로 갈수록 직경이 넓어진 원추대의 측면형상으로 이루어져,
상기 딤플 성형시에, 상기 딤플 성형 버니싱 공구가 상기 가공 대상면에 꽉 눌려져 상기 맨드랠의 앞 부분이 휘어진 상태가 되면,
상기 맨드랠의 앞 부분의 가공대상 면쪽의 절단선과 상기 가공대상 면의 절단선이 평행이 되어, 상기 맨드랠의 앞 부분의 외주면 위에 배치된 상기 복수의 볼을 균일한 강도로 가공대상 면에 누를 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 딤플 성형 버니싱 공구.
제 1항에 있어서,
상기 딤플 성형시의 상기 맨드랠의 앞 부분이 휜 상태에서, 상기 외주면에서의 상기 가공대상 면 측의 상기 볼과의 접촉면과 상기 가공대상 면 사이의 상기 가공대상 면에 수직인 방향의 거리에 대한 상기 가공기측과 그 반대측과의 차이가, 상기 맨드랠의 앞 부분이 휘어지기 전 상태의 것보다 작아지는 것을 특징으로 하는 딤플 성형 버니싱 공구.
제 2항에 있어서,
상기 딤플의 성형시의 상기 맨드랠의 앞 부분이 휘어진 상태에서, 상기 맨드랠의 축심을 포함하여 상기 가공대상 면에 수직인 평면에 의해 절단된 상기 외주면의 상기 가공대상 면 쪽의 절단선과, 상기 평면에 의해 절단된 상기 가공대상 면의 절단선과의 평행도가, 상기 맨드랠의 앞 부분이 휘어지기 전 상태의 것보다 작아지도록 상기 맨드랠의 앞 부분의 상기 외주면의 직경은 상기 가공기측과 반대쪽이 상기 가공기 쪽보다 크게 설정되는 것을 특징으로 하는 딤플 성형 버니싱 공구.
제 1항 내지 제 3항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 볼은 상기 프레임의 둘레 방향으로 간격을 두고 복수 배치함과 동시에, 상기 프레임 축심에 평행한 방향으로 간격을 두고 복수 배치하는 것을 특징으로 하는 딤플 성형 버니싱 공구.
제 1항 내지 제 3항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 프레임은,
상기 맨드랠에 끼워지고, 상기 볼이 장착되는 제 1 관통공이 형성된 프레임 본체와,
상기 프레임 본체에 끼워지고 상기 볼을 상기 프레임 외주면에서 직경 방향 바깥쪽으로 돌출시키면서 상기 볼의 상기 제 1 관통공으로부터의 탈락을 규제하는 제 2 관통공이 상기 제 1 관통공에 대응하는 위치에 형성된 프레임 커버를 갖춘 것을 특징으로 하는 딤플 성형 버니싱 공구.
제 1항 내지 제 3항 중의 어느 한 항에 기재된 딤플 성형 버니싱 공구를 이용하여, 상기 볼을 상기 가공대상 면에 접촉시켜 해당 가공대상 면에 딤플을 성형하는 딤플 성형 버니싱 방법.