KR101530083B1 - 웜기어의 제작이 가능한 선반 및 이를 이용한 웜기어 가공 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 웜기어의 제작이 가능한 선반 및 이를 이용한 웜기어 가공 방법에 관한 것으로, 종래의 호빙머신이나 연삭가공에 의해서만 이루어지던 웜의 가공을 일반적인 범용선반을 이용하여 다양한 리드 값을 갖는 웜기어의 가공이 가능하도록 가공물의 외주면에 나선홈을 가공하는 절삭 공구가 나선홈의 각도에 따라 조절되어 정확하게 접촉되면서 가공이 이루어 절삭 공구가 장착되는 모터의 각도를 조절하는 각도 조절 수단을 구비한 선반에 관한 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 웜기어의 제작이 가능한 선반은 본체의 일측에 고정 설치되며 가공물이 장착되어 회전하는 주축과, 상기 본체의 타측에서 가공물의 길이방향을 따라 전후진하도록 설치된 공구대로 구성되는 범용 선반에 있어서, 상기 가공물의 외주면에 나선홈을 형성하도록, 상기 공구대에 결합되는 모터와, 상기 모터의 회전축에 연결되며 외주면에 장착공을 구비한 회전체와, 상기 장착공에 탈착되는 절삭 공구로 구성되는 웜 가공 유닛; 및 상기 공구대에 대하여, 가공물에 형성되는 나선홈의 각도에 따라 상기 모터의 각도를 조절하는 각도 조절 수단;을 포함하여 이루어진다.

Description

웜기어의 제작이 가능한 선반 및 이를 이용한 웜기어 가공 방법{LATHE TURNING FOR WORM GEAR AND METHOD OF WORKING WORM GEAR THEREOF}

본 발명은 웜기어의 제작이 가능한 선반 및 이를 이용한 웜기어 가공 방법에 관한 것으로,

종래의 호빙머신이나 연삭가공에 의해서만 이루어지던 웜의 가공을 일반적인 범용선반을 이용하여 다양한 리드 값을 갖는 웜기어의 가공이 가능하도록 가공물의 외주면에 나선홈을 가공하는 절삭 공구가 나선홈의 각도에 따라 조절되어 정확하게 접촉되면서 가공이 이루어 절삭 공구가 장착되는 모터의 각도를 조절하는 각도 조절 수단을 구비한 선반에 관한 것이다.

일반적으로, 웜기어를 포함하는 기어의 가공은 호빙머신에 의하여 절삭가공하는 것이 보통이나, 웜기어는 일반 기어 가공용 호빙머신과는 달리 공구대를 이송시키기 위한 이송장비가 추가로 구비되어야 하므로 가공 생산성이 저하되고, 장비 자체가 고가이므로 생산단가가 증대되는 등의 문제점이 있는 것이 사실이다.

이에 CNC선반을 이용하여 웜기어의 가공을 행하는 경우가 있는데, 이 경우 리드값이 큰 웜의 경우에는 가공이 곤란하며, 웜가공을 위한 전용 지그(jig)가 반드시 구비되어 있어야 할 뿐만 아니라, CNC자동선반의 가격이 매우 비싸 쉽게 구입하기 어려우며, 따라서 제조장비의 고가 구입에 따라 자연히 제조단가의 상승으로 이어지기 때문에 소규모 사업장에서는 적용하기 어려운 점이 있다.

또한, 앞서 지적한 바와 같이, 호빙머신을 이용하여 가공하는 경우에는 일반 치차가공을 위한 공구대의 설치구조로서는 웜을 가공할 수 없기 때문에, 기존 공구대를 완전히 해체한 후에 웜가공을 위한 전용 공구대를 다시 설치해야 하는 엄청난 불편함이 존재하고 있다.

이에 따라 범용선반을 이용하여 웜기어를 가공하는 방법이 있는데, 이러한 경우 절삭 가공을 수행하는 절삭 공구를 가공물의 외주면에 나선홈의 비틀림 각도에 맞게 정확하게 접촉시키는 것이 난해하여 정확한 치수를 갖는 웜기어의 가공이 불가능한 단점이 있다.

이를 보다 구체적으로 설명하면, 일반적으로 선반은 선삭작업을 하는 공작기계로서, 크게 본체에 구비된 베드(bed)와 주축대(headstock), 왕복대(carriage) 및 심압대(tailstock), 그리고 부속장치로 구성되어 있다.

상기 주축대에는 전동기의 동력을 받아 회전하는 주축(主軸; spindle)과, 주축의 나사부에 가공물을 고정하는 척(chuck) 또는 면판(面板; face plate)이 설치되어 있다. 그리고 가공물의 가공을 위해 에이프런(apron), 새들(saddle), 복식공구대(複式工具臺; compound rest) 등으로 되어 있는 공구대를 베드에 따라 이동시키며 회전하는 가공물을 공구에 의해 절삭가공, 나사가공, 테이퍼가공, 널링가공, 드릴링가공, 보오링가공 등을 하게 된다.

그리고 이렇게 선반작업을 마친 가공물은 다시 밀링머신으로 옮겨 재 고정시킨 후 평면절삭 등의 작업을 한다. 이는 상기 선반에서는 척에 고정된 가공물이 주축의 회전에 의해 함께 회전하고 정지된 공구를 밀착시켜 가공을 하게 되므로 밀링머신에서와 같은 평면절삭 작업에는 어려움이 있기 때문이다.

따라서 상기에서와 같이 선반에서의 작업을 마친 가공물을 밀링머신 작업을 하기 위해 이동하여 재고정하고 작업을 하여야 함으로써, 불필요한 작업시간이 많이 소요되며, 비능률적이고 생산성의 저하를 가져오며 생산비 등의 재반비용이 증가하는 문제점이 있다.

이에 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로,

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 일반적인 범용 선반을 이용해서도 다양한 비규격의 웜, 리드값이 큰 웜은 물론 비규격 나사까지도 절삭가공에 의하여 생산할 수 있는 웜기어의 제작이 가능한 선반 및 이를 이용한 웜기어 가공 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 웜의 치형을 선삭 가공함에 있어서, 그 가공정밀도를 보다 향상시킬 수 있는 범용선반을 이용한 웜 가공방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 웜기어의 제작이 가능한 선반은

본체의 일측에 고정 설치되며 가공물이 장착되어 회전하는 주축과, 상기 본체의 타측에서 가공물의 길이방향을 따라 전후진하도록 설치된 공구대로 구성되는 범용 선반에 있어서,

상기 가공물의 외주면에 나선홈을 형성하도록, 상기 공구대에 결합되는 모터와, 상기 모터의 회전축에 연결되며 외주면에 장착공을 구비한 회전체와, 상기 장착공에 탈착되는 절삭 공구로 구성되는 웜 가공 유닛; 및

상기 공구대에 대하여, 가공물에 형성되는 나선홈의 각도에 따라 상기 모터의 각도를 조절하는 각도 조절 수단;을 포함하여 이루어진다.

또 본 발명에 따른 웜기어의 제작이 가능한 선반에서 상기 각도 조절 수단은 상기 모터를 상하 방향으로 회동시키는 회동축과 연결되며 상기 공구대에 탈착되는 고정판과, 상기 고정판이 수평 방향으로 회동되면서 상기 공구대에 결합되도록 하는 클램핑 부재를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

나아가 본 발명에 따른 웜기어의 제작이 가능한 선반에서 상기 각도 조절 수단을 통해 상기 절삭 공구가 상기 가공물의 외주면에 직교되면서 접촉할 수 있도록 상기 회전체의 장착공에 탈착되는 몸통부와, 상기 몸통부의 끝단부에서 몸통부의 길이방향과 직교되는 방향으로 형성된 연장부로 구성된 계측분체;를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 따른 선반을 이용한 웜기어 가공 방법은 (a) 선반의 주축에 가공물을 장착하는 단계; (b) 모터의 회전체에 계측분체를 장착하는 단계; (c) 상기 계측분체의 연장부를 상기 가공물의 외주면에 완전하게 접촉시킴으로써, 상기 계측분체의 몸통부가 상기 가공물의 외주면과 상호 직교되도록 선반의 각도 조절 수단을 이용하여 상기 모터의 각도를 조절하는 단계; 및 (d) 각도가 조절된 모터의 회전체에서 계측분체를 분리하고 나선홈 형성용 절삭 공구를 장착하는 단계;로 이루어지는 웜기어의 가공 준비 공정을 포함하여 이루어진다.

본 발명에 따른 웜기어의 제작이 가능한 선반 및 이를 이용한 웜기어 가공 방법은 기어가공 전용 호빙머신 또는 연삭가공에 의해서만 이루어지던 웜의 가공을 일반적인 범용선반에서도 가공할 수 있어 생산성 증대 및 생산단가의 획기적 절감은 물론 다양한 리드 값을 갖는 웜기어의 나사 가공을 가능하게 하므로 기계가공 산업에 있어서 매우 유용한 발명이다.

또한 본 발명에 따른 웜기어의 제작이 가능한 선반 및 이를 이용한 웜기어 가공 방법은 웜기어 가공을 위하여 일반적인 선반에서 선반작업과 밀링머신 작업인 평면가공을 동시에 할 수 있으므로 선반작업을 마친 가공물을 탈거할 필요 없이 다시 밀링머신 작업을 할 수 있으며, 따라서 시간이 절감되며, 공간 활용이 가능하며, 생산성 향상 및 생산비 등의 제반비용이 절감되는 장점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 선반의 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 선반의 각도 조절 수단을 설명하기 위한 정면도들 및 평면도들.
도 3은 본 발명에 따른 선반의 가공 유닛을 설명하기 위한 도면들.
도 4는 본 발명에 따른 선반의 절삭 공구와 계측분체를 설명하기 위한 사시도.
도 5는 본 발명에 따른 선반을 이용한 웜기어의 가공을 설명하기 위한 도면.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 구현예(態樣, aspect)(또는 실시예)들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

각 도면에서 동일한 참조부호, 특히 십의 자리 및 일의 자리 수, 또는 십의 자리, 일의 자리 및 알파벳이 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 기능을 갖는 부재를 나타내고, 특별한 언급이 없을 경우 도면의 각 참조부호가 지칭하는 부재는 이러한 기준에 준하는 부재로 파악하면 된다.

또 각 도면에서 구성요소들은 이해의 편의 등을 고려하여 크기나 두께를 과장되게 크거나(또는 두껍게) 작게(또는 얇게) 표현하거나, 단순화하여 표현하고 있으나 이에 의하여 본 발명의 보호범위가 제한적으로 해석되어서는 안 된다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 구현예(태양, 態樣, aspect)(또는 실시예)를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 출원에서, ~포함하다~ 또는 ~이루어진다~ 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

본 명세서에서 기재한 ~제1~, ~제2~ 등은 서로 다른 구성 요소들임을 구분하기 위해서 지칭할 것일 뿐, 제조된 순서에 구애받지 않는 것이며, 발명의 상세한 설명과 청구범위에서 그 명칭이 일치하지 않을 수 있다.

본 발명에 따른 웜기어의 제작이 가능한 선반 및 이를 이용한 웜기어 가공 방법을 설명함에 있어 편의를 위하여 엄밀하지 않은 대략의 방향 기준을 도 1을 참고하여 특정하면, 중력이 작용하는 방향을 하측으로 하여, 보이는 방향 그대로 상하좌우를 정한다.

특히 도 1에서 주축(111)이 설치되는 방향을 전방으로 하여 전, 후를 정하여, 설명에 따라 전방과 좌측, 후방과 우측을 혼용하여 사용하고, 다른 도면과 관련된 발명의 상세한 설명 및 청구범위에서도 다른 특별한 언급이 없는 한 이 기준에 따라 방향을 특정하여 기술한다.

이하에서는 본 발명에 따른 웜기어의 제작이 가능한 선반 및 이를 이용한 웜기어 가공 방법을 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.

우선 도 1내지 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 웜기어의 제작이 가능한 선반은 크게 본체(100)와, 본체(100) 일측에 설치되는 주축대(112)와, 본체(100)의 타측에 설치되는 공구대(130)로 구성되는 범용선반에 절삭가공을 위한 절삭 공구(144)가 장착되는 가공 유닛(140) 및 가공 유닛(140)의 각도를 조절하는 각도 조절 수단(149)을 더 포함하여 이루어진다.

상기 본체(100)의 주축대(112)에는 주축(111)을 회전시키는 전동 모터 등의 구동수단이 내장되어 있으며, 주축(111)의 중앙에 구비된 장착부(111A)에 가공물의 일측 단부가 삽입되면서 장착, 고정된다.

그리고 상기 본체의 타측에는 심압대(120)가 고정 설치되어 웜 기어 가공 시 상기 주축(111)에 고정된 가공물(1)의 고정되지 않은 타측 끝단부가 진동에 의하여유동되는 것을 방지하여 정확한 가공이 이루어지도록 한다.

상기 본체(100)의 타측에는 베드(101)가 설치되어 있으며, 상기 베드의 상면에는 전후방향으로 형성된 가이드레일(105)이 구비되어 있고, 공구대(130)의 하면에는 상기 가이드레일(105)에 슬라이딩 결합되는 가이드홈(135)이 구비되어 상기 공구대(130)가 가이드레일(105)을 따라 전후진을 한다.

그리고 상기 공구대(130)에는 웜 가공 유닛(140)이 설치되는데, 상기 웜 가공 유닛으로써, 상기 주축(111)의 구동수단과 별도로 고속 모터(141)가 설치되며, 고속 모터(141)의 회전축(142) 끝단부에 연결된 회전체(143)에 바이트 등의 절삭 공구(144)가 장착된다.

상기 회전체(143)의 외주면에는 절삭 공구(144)가 탈착되는 장착공(143a)이 복수개 구비되어 있으며, 상기 장착공(143a)에 절삭 공구(144)가 대략 모터의 회전축에 직각 방향이 되도록 연설하여 상기 모터의 회전축(142)이 회전 시 공구(144)가 회전하면서 공구(144)의 절삭날(144b)이 가공물의 외주면에 접촉하면서 가공이 이루어진다.

따라서 상기 주축(111)에 고정된 가공물(1)의 외주면에 나선홈(2)을 가공하기 위해서 모터(141)의 작동에 의하여 상기 공구(144)가 회전하면서, 동시에 모터(141)가 결합된 상기 공구대(130)가 소정 속도로 전진을 하게 되면 가공물에 소정 각도로 비틀린 나선홈(2)이 가공된다.

이때 상기 공구(144)의 절삭날(144b) 회전 방향이 상기 가공물의 외주면에 대하여 수직방향으로 이루어지면 나선홈(2)을 정확한 폭으로 가공할 수 없다.

이에 본 발명은 상기 공구(144)의 절삭날(144b)이 가공물의 외주면에 접촉되는 방향이 나선홈(2)의 형성 각도와 동일하도록 접촉함과 동시에, 가공이 이루어지는 순간 공구(144)와 가공물(1)이 서로 직교되는 방향으로 교차되도록 함으로써, 나선홈(2)의 절삭면이 균일하면서 정확한 폭을 갖도록 가공할 수 있게 하였다.

이를 위하여 본 발명은 상기 공구대(130)에 대하여 가공물(1)에 형성되는 나선홈(2)의 각도에 따라 상기 모터(141)의 각도를 조절하는 각도 조절 수단(149)을 도입하였다.

상기 각도 조절 수단(149)을 위하여 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 가공물(1)의 길이방향을 기준으로 상기 모터(141)를 상하 방향으로 회동시키는 회동축(147)과 연결되며 상기 공구대(130)에 탈착되는 고정판(146)과,

상기 고정판(146)이 수평 방향으로 회동되면서 상기 공구대(130)에 결합되도록 하는 클램핑 부재(131)를 포함하여 이루어진다.(도 2 및 도 3에 도시되지 않은 구성은 도 1 참고.)

상기 회동축(147)은 모터의 회전축(142)에 직교되는 측방향으로 상기 고정판(146)을 관통하여 결합되고, 상기 모터(141)의 일측에는 연결판(145)이 고정되어 상기 회동축(147)의 끝단부와 연결되면서 축결합된다.

따라서 상기 회동축(147)을 축으로 모터(141)를 상하 방향으로 회동시키게 되면 회전축(142)에 구비된 회전체(143) 역시 상하 방향으로 스윙 변위됨에 따라 회전체(143)의 회전 방향이 상기 가공물(1)의 외주면에 대하여 소정 각도로 기울어지도록 형성되므로 회전체(143)의 외주면에 장착된 절삭 공구(144)의 가공 방향 역시 소정 각도로 기울어진 상태가 되어 가공물(1)의 외주면에 접촉되는 방향이 나선홈(2)의 비틀림 각도와 평행을 이루게 된다.

즉, 상기 모터(141)를 상측으로 회동시키면 가공물(1)의 외주면에는 오른 나사 방향의 나선홈(2)이 형성되고 상기 모터(141)를 하측으로 회동시키면 가공물(1)의 외주면에는 왼쪽 나사 방향의 나선홈(2)이 형성된다. 이하에서 본 명세서에서는 설명의 편의를 위하여 모터(141)가 상측으로 회동된 상태에서 가공물(1)의 외주면에 오른 나사 방향의 나선홈(2)이 형성되는 것을 대표하여 설명한다.

그리고 상기 모터(141)의 연결판(145) 또는 고정판(146) 또는 회동축(147) 또는 이들 모두에는 모터(141)의 회동 상태를 고정하는 고정수단(미도시)이 구비되어 선반 작동 중 모터(141)의 형성 각도가 틀어지는 것을 방지한다.

상기 고정수단은 다양하게 이루어질 수 있는데, 이를 대표하여 설명하면, 상기 회동축(147)의 끝단부에 나사홈이 구비되어 회동축(147)을 푼 상태에서 모터(141)를 회동시킨 후 소정 각도에서 회동축(147)을 죄어서 모터(141)를 고정하는 방식,

또는 상기 연결판(145)에 삽입홈이 구비되고, 상기 고정판(146)을 관통하여 상기 삽입홈에 체결되는 체결부재가 더 구비됨으로써, 체결부재를 분리한 상태에서 모터(141)를 회동시킨 후 소정 각도에서 체결부재를 삽입홈에 체결함으로써 모터(141)를 고정하는 방식 등이 고려될 수 있다.

한편 상기 모터(141)가 상기 공구대(130)에 결합되면서 고정되어 있으므로 상기 모터(141)를 상하 방향으로 회동시키게 되면 절삭 공구(144)의 절삭날(144b)의 회전 반경이 가공물(1)의 접촉부에서 벗어나게 되므로 절삭날이 가공물(1)의 외주면에 접촉하기 위해서는 모터의 회전축(142)의 끝단부 높이와 가공물(1)의 높이가 수평 방향으로 동일선 상에 배치되어야 한다.

즉, 도 2의 [A] 및 도 3의 [A]에서 점선으로 도시된 바와 같이(도 2의 [A~C] 및 도 3의 [A~B]에는 절삭 공구(144) 대신에 계측분체가 결합되어 있는 것이 도시되어 있으며, 이와 관련해서는 후에 상세히 설명함.),

모터(141)가 회동되기 전의 회전축(142)과 가공물(1)이 동일 높이에 구비(범용 선반의 종류, 크기 등에 따라 달라질 수 있음.)될 경우 공구(144)가 수평한 상태에서 가공물(1)과의 접촉이 이루어지는데,

회동축(147)을 축으로 모터(141)를 상측으로 회동시키면 도 2의 [B] 및 도 3의 [B]에서 점선으로 도시된 바와 같이, 높이가 변위되는 만큼 공구(144)의 절삭날(144b)은 고정된 가공물(1)을 향해 하측으로 기울어진 상태가 되기 때문에 고정된 가공물(1)이 절삭날(144b)의 회전 반경을 벗어난 상태가 되어 접촉이 이루어지지 않게 된다.

이에 따라 상기 공구(144)가 가공물(1)에 접촉하여 가공을 수행하기 위해서는 모터(141)를 회동시킨 상태에서 변위된 높이(각도)만큼 공구대(130)(또는 클램핑 부재(131) 또는 모터(141))의 높이를 조정하거나, 길이가 다른 공구(144)를 장착하여 가공을 해야 한다.

그러나 범용 선반으로써, 공구대(130)(또는 클램핑 부재(131) 또는 모터(141))의 높이를 조절하는데 한계가 있고(하부에 결합된 베드에 의하여 높이를 낮추는데 제한이 있으며, 상측으로 높이를 높이기 위해서 별도의 플레이트 판 등을 적층해야 하는데, 이 또한 적층 한계가 있고 정확한 높이 조절이 불가능함.),

다양한 리드 값을 갖는 웜기어 제작을 고려할 경우 나선홈(2)의 비틀림 각 역시 매우 다양하므로 이에 맞는 길이의 절삭 공구(144)를 모두 구비하는 것은 현실적으로 불가능하다.

또 회전축(142)의 끝단부 높이를 가공물(1)의 높이와 동일하게 맞추는 것을 가정하더라도 상기 공구(144)의 절삭날(144b)은 가공물(1)의 외주면에 접촉되는 순간 가공물(1)의 길이방향과 직각이 되어야 나서홈의 가공면이 매끄럽고 정확하게 가공될 수 있는데, 도 2의 [B] 및 도 3의 [B]에서 점선으로 도시된 바와 같이, 상기 모터(141)가 상하 방향으로 회동되면 상기 회전체(143) 역시 상하 방향으로 기울어진 상태가 되므로 평면상으로 볼 때 절삭날(144b)과 가공물(1)간의 직각이 형성되지 않게 된다.

이에 본 발명은 상기 클램핑 부재(131)를 통해 상기 고정판(146)이 장착되면서 가공물(1)의 길이방향을 기준으로 공구대(130)가 좌우 회동이 가능하도록 함으로써 상기와 같은 문제점을 해결하였다.

이를 보다 상세히 설명하면, 도 2의 [C] 및 도 3의 [B]에서 실선으로 도시된 바와 같이, 모터(141)가 상측으로 회동된 상태에서 모터(141)의 고정판(146)이 클램핑 부재(131)(도 1 참고.)에 대하여 수평 방향으로 비접촉된 거리만큼 모터(141)를 좌측으로 회동시키면 절삭날(144b)이 가공물(1)의 외주면에 접촉되면서 평면상 절삭날(144b)과 가공물(1)이 직각을 형성하게 된다.

이때 상기 클램핑 부재(131)에 상기 고정판(146)이 별도의 회동축(147)을 통해 결합될 경우 회동되는 중심축이 일점에 고정되기 때문에 절삭날(144b)의 수평 방향 회전 반경이 제한되므로 이 역시도 절삭날(144b)이 가공물(1)에 대하여 직교되는 방향으로 접촉되지 않을 수 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 상기 클램핑 부재(131)와 모터(141)의 고정판(146)을 연결하는 별도의 회동축(147)을 구비하지 않고, 모터(141)의 고정판(146)이 클램핑 부재(131)에 대하여 수평 방향으로 자유 회동되도록 하였다.

이에 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 클램핑 부재(131)는 공구대(130)에 고정된 고정 플레이트(133)와 상기 고정 플레이트(133) 상부에 구비되는 상부 플레이트(132)로 구성되고, 상기 상부 플레이트(132)는 손잡이(134)의 회전에 따라 상하로 승하강되며,

상기 고정판(146)은 상기 플레이트들 사이의 공간에 장착되어 상부 플레이트(132)의 하강 압력에 의하여 고정된다.

즉, 상기 고정판(146)이 상기 플레이트들 사이에 장착된 상태에서 모터(141)의 상하 회동 각도 조절이 이루어지면, 손잡이(134)를 풀어 상부 플레이트(132)를 미세 상승시킨 다음 사용자가 상기 조절판을 수평 방향으로 자유 회동시켜 절삭날(144b)이 가공물(1)과 직교되는 방향으로 접촉되도록 조절한 후 손잡이(134)를 죄어서 플레이트들간의 가압을 통해 고정판(146)이 고정된다.

따라서 본 발명은 각도 조절 수단(149)으로써, 모터(141)의 고정판(146)이 클램핑 부재(131)에 대하여 어느 한 곳에 구속된 상태로 좌우 회동하지 않으므로 절삭날(144b)이 가공물(1)에 대하여 정확하게 직각으로 접촉되면서 가공이 이루어지도록 할 수 있다.

다음 본 발명에 따른 선반은 상기 절삭 공구(144)(즉, 모터의 회전축(142))의 회전속도가 상기 주축(111)의 회전속도보다 빨라야 접촉에 의한 절삭 가공이 이루어지는데,

이때 상기 주축(111)과 상기 절삭 공구(144)의 회전방향을 상호 반대되는 방향으로 이루어지는 것이 바람직하다.

즉, 상기 주축(111)이 시계 반대 방향으로 회전할 때 상기 절삭 공구(144)는 시계방향으로 회전하고,

상기 주축(111)이 시계방향으로 회전할 때 상기 절삭 공구(144)는 시계 반대방향으로 회전하도록 한다.

이는 상기 절삭 공구(144)와 상기 가공물(1)의 회전방향을 동일 방향(예를 들어 주축(111)과 절삭공구(144) 모두가 시계 방향으로 회전하는 경우)으로 회전하면 절삭날(144b)이 가공물(1)에 접촉하는 지점에서는 가공물(1)과 절삭날(144b)의 회전 방향이 상호 반대 방향으로 형성되므로 절삭날(144b)에 가해지는 충격이 증대되어 절삭날(144b)이 파손이 발생하기 쉬우므로 이를 방지하기 위한 구성이다.

그리고 도 4의 [A]에 도시된 바와 같이, 상기 절삭 공구(144)는 절삭날(144b)의 양측에서 돌출된 날개부(144c)가 구비되어 가공물(1)과의 충격에 의하여 몸체부(144a)와 절삭날(144b)의 연결부가 파손되는 것을 방지한다.

또 본 발명의 공구(144)는 절삭날(144b)이 뾰족한 형태로 이루어짐에 따라 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 사용자가 육안으로 이를 확인하여 절삭날(144b)이 가공물(1)과 정확하게 직교된 방향으로 접촉하도록 조절하는데 어려움이 따른다.

이에 본 발명은 도 2, 도 3 및 도 5의 [B]에 도시된 바와 같이, 상기 각도 상기 각도 조절 수단(149)을 통해 상기 공구(144)가 상기 가공물(1)의 외주면에 직교되면서 접촉할 수 있도록

상기 회전체(143)의 장착공(143a)에 탈착되는 몸통부(151)와, 상기 몸통부(151)의 끝단부에서 몸통부(151)의 길이방향과 직교되는 방향으로 형성된 연장부(152)로 구성된 계측분체(150)를 더 포함하여 이루어진다.

상기 계측분체(150)의 몸통부(151)는 절삭 공구(144)의 몸체부(144a)와 동일한 구경, 길이로 제작되어 회전체(143)의 장착공(143a)에 삽입, 장착된다.

따라서 상기 계측분체(150)가 회전체(143)에 장착되면 절삭날(144b)과 동일한 회전 반경을 갖게 되므로, 상기 계측분체(150)를 장착한 상태에서 상기 모터(141)의 고정판(146)을 수평 방향으로 회동시키게 되면 사용자는 상기 연장부(152)가 가공물(1)의 외주면에 일직선으로 완전하게 접촉되는 것을 육안으로 쉽게 확인할 수 있고, 이를 확인한 후 클램핑 부재(131)를 통해 고정판(146)을 고정한 다음 계측분체(150)를 절삭날(144b)로 교체하기만 하면 절삭날(144b)이 가공물(1)에 대하여 정확하게 직교되는 방향으로 접촉되게 되는 것이다.

다음으로 도 1 내지 도 5를 참고하여 본 발명의 선반을 이용한 웜기어 가공 방법을 설명한다.

우선 본 발명에 따른 웜기어 가공 방법은

(a) 선반의 주축(111)에 가공물(1)을 장착하는 단계;

(b) 모터(141)의 회전체(143)에 계측분체(150)를 장착하는 단계;

(c) 상기 계측분체(150)의 연장부(152)를 상기 가공물(1)의 외주면에 완전하게 접촉시킴으로써, 상기 계측분체(150)의 몸통부(151)가 상기 가공물(1)의 외주면과 상호 직교되도록 선반의 각도 조절 수단(149)을 이용하여 상기 모터(141)의 각도를 조절하는 단계; 및

(d) 각도가 조절된 모터(141)의 회전체(143)에서 계측분체(150)를 분리하고 나선홈(2) 형성용 공구(144)를 장착하는 단계;로 이루어지는 웜기어의 가공 준비 공정을 포함하여 이루어진다.

웜기어의 가공 준비 공정으로써, 상기 (a) 단계에서 사용자는 가공물(1)의 일측을 주축(111)의 장착부(111A)에 끼워 고정시킨 다음 가공물(1)의 타측을 심압대로 고정하여 주축(111)의 회전 시 가공물(1)이 진동에 의하여 유동되는 것을 방지한다.

본 발명은 기본적인 범용 선반을 활용하는 것으로써 상기 (a) 단계 이전에 범용선반의 공구대(130)에 상기 각도 조절 수단(149)과 모터(141)를 설치하는 준비 단계를 포함한다.

그리고 상기 (b) 단계에서 사용자는 상기 계측분체(150)의 몸통부(151)를 모터(141)의 회전체(143) 장착공(143a)에 삽입하여 끼워서 고정시킨다.

이어서 상기 (c) 단계에서 선반의 각도 조절 수단(149)을 이용하여 상기 계측분체(150)의 연장부(152)를 상기 가공물(1)의 외주면에 완전하게 접촉되도록 조절한다.

이를 보다 구체적으로 설명하면, 우선 클램핑 부재(131)를 이용해 모터(141)의 고정판(146)을 고정시킨 다음 가공할 웜기어의 나선홈(2)의 비틀림각에 맞춰 상기 모터(141)를 회동축(147)을 축으로 상하 방향으로 회동시킨 다음 고정한다.

그리고 상기 회전체(143)를 수동으로 회전시켜 상기 계측부재의 연장부(152)를 가공물(1)과 동일(또는 유사한 높이)로 위치시킨다.

이어서 상기 클램핑 부재(131)의 상부 플레이트(132)를 소정 높이로 상승하여 고정판(146)이 클램핑 부재(131) 내에서 자유롭게 수평 방향으로 회동(이동)되도록 한 상태에서 계측부재의 연장부(152)의 외측면이 가공물(1)의 외주면에 완전하게 접촉시키도록 수평 방향으로 회동시킨 후 상부 플레이트(132)를 하강시켜 고정판(146)이 클램핑 부재(131) 내에서 가압되어 고정되도록 한다.

이때 본 발명은 상기 고정판(146)이 자유 회동되는 구조이므로 클램핑 부재(131), 즉 상부 플레이트(132) 및 고정 플레이트(133)와, 고정판(146)의 상하면의 접촉 면적이 적을 경우 모터(141)의 하중에 의하여 선반 작동 중 모터(141)가 공구대(130)에서 이탈될 위험이 있다.

즉, 상기 고정판(146)의 사각 형상의 판상 부재일 경우 고정판(146)을 수평 방향으로 회동 이동시킴에 따라 접촉 면적이 줄어들게 되므로(도 2의 [C]에 도시된 도면에서 우측(도면 상 상측)으로 자유 회동 시킴에 따라 고정판(146)이 클램핑 부재(131) 내의 공간에서 이탈되는 면적이 발생함.),

접촉 면적 감소에 따른 모터(141)의 이탈을 방지하기 위하여, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 고정판(146)은 측면부의 전방이 외측으로 돌출된 사선 돌출부(146a)를 포함하여 이루어진다.

즉, 도 2의 [C]에서 고정판(146)이 우측 방향으로 자유 회동하는데, 회동 각도에 따라 고정판(146)의 후방면이 클램핑 부재(131; 도 1 참고.) 내부로 수용되면서 사선 돌출부(146a)의 전방이 클램핑 부재(131)의 내부 공간에서 벗어나게 되므로 상기 수평 방향 회동 각도에 상관없이 일정 면적 이상이 클램핑 부재(131) 내부에 위치하게 되어 플레이트들의 가압에 의한 안정적인 고정을 보장할 수 있다.

이는 클램핑 부재(131)를 구성하는 상부 및 고정 플레이트(133)의 너비가 공구대(130)의 크기에 제한될 수밖에 없으며, 고정판(146)이 삽입되는 공간을 제외한 나머지 공간에는 플레이트들의 상하 공간 확보 및 손잡이(134)를 통한 상부 플레이트(132)의 승하강 수단을 위하여 별도의 구성 부품들이 구비되는 것에 기인한 구성이다.

이때 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 상부 플레이트(132)는 둘레를 따라 상하 관통 형성된 복수의 관통공(미표시)이 더 구비되고, 상기 관통공에 나사 결합되는 가압볼트(미표시)를 더 구비하여,

손잡이(134)를 통해 상부 플레이트(132)를 1차 고정한 후에 가압볼트를 관통공에 체결함으로써 가압볼트들의 끝단부가 고정판(146)의 상면에 접촉, 가압이 이루어져 더욱 견고한 고정을 보장하는 것이 바람직하다.

다시 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 (c)단계를 통해 모터(141)의 각도 조절 단계를 완료하면 상기 (d)단계에서 사용자는 가공물(1)에 접촉된 회전체(143)를 수동으로 회전한 다음 계측분체(150)를 장착공(143a)에서 분리하고, 공구(144)의 몸체부(144a)를 장착공(143a)에 삽입, 교체한다.

이렇게 웜기어의 가공 준비 공정이 마무리되면 도 5의 [A]에 도시된 바와 같이, 웜기어 가공 공정으로써, 가공물(1)의 최초 나선홈(2) 시작 위치까지 상기 공구대(130)를 이동시킨 다음 도 5의 [B]에 도시된 바와 같이, 선반을 작동시켜 가공물(1)과 절삭 공구(144)가 상호 반대되는 방향으로 회전하면서 공구대(130)가 전진(또는 후진)하게 되면 가공물(1)의 외주면에 나선홈(2)이 가공된다.

이때 상기 공구대(130)의 전후진 속도는 나선홈(2)의 리드 값(S1)에 따라 조정된다.

본 발명의 웜기어 가공 공정에서 상기 공구대(130)는 전진(또는 후진)을 완료하여 하나의 나선홈(2)을 형성하면, 다시 최초 나선홈(2) 형성 위치로 복귀하는 것이 아니라, 도 5의 [C]에 도시된 바와 같이, 가공 완료된 나선홈(2a)의 최종 위치에서 피치 값(S3)만큼 이동한 후 선반의 작동이 재개되어 작동대가 후진(또는 전진)하면서 제1나선홈(2a)과 소정 간격으로 이격 배열되는 제2나선홈(2a)을 가공한다.

상기와 같이 공구대(130)의 전후진이 반복됨에 따라 도 5의 [D]에 도시된 바와 같이, 가공물(1)의 외주면에는 일정한 간격(S2)마다 동일한 피치 값(S3)을 갖는 다수의 나선홈(2)이 상호 이격 배열된 상태로 가공이 완료된다.

이는 웜기어 가공 시 각 수치별 최적 변환치차군을 설정하여 각 피치 값의 수치에 가장 최적으로 바람직한 변환치차군을 선택하여 가공오차를 최소화하기 위한 것으로, 이러한 구성은 본 발명의 출원인이 출원하여 등록받은 등록특허 제10-0607866호(2002.07.09.) "범용선반을 이용한 워엄기어 가공방법"에 기반한 것으로 이를 간단히 설명하면,

웜기어의 절삭 가공방법에 있어서,

적어도 소수점 이하 3자리 단위를 기준으로 연속되는 값들을 나열하고 상기 각 값들을 피치값으로 가정하여 가장 최적의 변환치차군(群)을 설정하고 이를 목록으로 작성하거나 또는 DB로 구축하여 각 수치별 최적 변환치차군을 설정하는 사전 설정단계(a)와; 가공해야 할 워엄의 기본조건 값 정보들로부터 축직각 기준의 피치값을 계산하는 피치값 산출단계(b)와; 상기 단계(a)에서 설정된 '수치별 최적 변환치차군'정보를 기준으로 하여 상기 단계(b)에서 계산된 피치값에 가장 근접한 수치에 해당하는 변환치차군을 선정하여 범용선반에 적용하는 변환치차 설치단계(c)와; 가공해야 할 워엄의 기본조건 값 정보들로부터 축직각 기준의 가공오차, 압력각 등을 계산하여 바이트의 팁을 제작하는 공구(144) 제작단계(d)와; 워엄기어의 피치선에서의 치면(齒面)과 축선의 법선이 이루는 각(α) 만큼 상기 바이트의 팁이 공구대(130)의 이송방향으로 기울어지도록 바이트 섕크의 상면 및 하면을 경사지도록 가공하는 공구(144)각 조절단계(e)와; 상기 설정된 조건에 따라 상기 바이트를 공구대(130)에 장착하여 가공을 수행하는 가공수행단계(f)로 이루어지며, 본 명세서에서 이와 관계된 상세한 설명은 생략한다.

이어서 본 발명의 웜기어 가공 방법에서 웜기어의 가공 오차를 최소화하기 위하여 상기 주축(111)과 공구(144)의 회전에 따른 순간 가공 속도를 도출하기 위한 방법을 표 1을 참고 하여 설명한다.

우선 본 발명에 따른 웜기어 가공 방법에서 선반의 작동 시간, 공구대(130)의 최종 전진(또는 후진) 위치 설정, 공구대(130)의 전후진 속도, 나선홈(2)의 깊이 등을 정확하게 산출하여 웜기어의 가공오차를 최소화하기 위해서는 공구대(130)의 전후진 속도를 정확하게 도출하는 것이 중요하다.

이에 따라 가공물(1)의 직경을 D(mm)라 하고, 가공물(1)의 회전 속도를 v1(rpm)이라 하고, 가공물(1)의 순간 속도를 V1(mm/s)이라 하며,

절삭날(144b)의 끝단부 회전 반경을 r(mm)이라 하고, 모터(141)의 회전 속도를 v2(rpm)라 하고, 절삭날(144b)의 순간 속도를 V2(mm/s)라 가정할 때,

공구(144)의 절삭날(144b)이 가공물(1)의 외주면에 접촉하는 순간의 가공물(1) 속도 산출 단계는

가공물(1) 순간 속도(V1) = 가공물(1)의 반경(D/2) * 주축(111) 회전 속도(v1) / 60(s) 로 계산되며,

공구(144)의 절삭날(144b)이 가공물(1)의 외주면에 접촉하는 순간의 절삭날(144b) 속도 산출 단계는

절삭날(144b) 순간 속도(V2) = 모터의 회전축(142) 중심에서 절삭날(144b)의 끝단부 까지의 거리(즉, 절삭날(144b)의 끝단부의 회전 반경; r2) * 모터(141)의 회전 속도(v2) / 60(s)로 계산된다.

또 본 발명의 주축(111)과 모터(141)는 서로 반대되는 방향으로 회전하므로, 공구(144)의 절삭날(144b)이 가공물(1)의 외주면에 접촉하는 순간의 회전 방향을 상호 동일한 방향이고, 절삭날(144b)의 순간 속도(V2)가 가공물(1)의 순간 속도(V1)보다 빠르므로, 이러한 기본 조건 하에서, 공구(144)의 절삭날(144b)이 가공물(1)의 외주면에 접촉하는 순간의 가공 속도 산출 단계는

순간 가공 속도(V) = 절삭날(144b) 순간 속도(V2) - 가공물(1) 순간 속도(V1) 로 계산된다.

따라서 표 1의 ①에 나타난 바와 같이, 가공물(1)의 직경(D)이 13mm이고 주축(111)의 회전 속도(v1)가 10rpm이며, 모터의 회전축(142) 중심에서 공구(144)의 절삭날(144b) 끝단까지의 거리(r2)가 200mm이고 절삭 공구(144)의 회전 속도, 즉 모터(141)의 회전 속도(v2)가 600rpm일 경우,

절삭날(144b) 순간 속도(V2)는 2,000mm/s가 되고, 가공물(1)의 순간 속도(V1)는 1.08333mm/s가 되어 순간 가공 속도(V)는 약 1,999mm/s로 산출할 수 있다.

이와 같은 방식으로 표 1의 ②, ③에 나타난 가공물(1)의 순간 가공 속도를 산출할 수 있고, 이를 토대로 각각의 규격별로 가공할 웜기어의 나선홈(2) 개수, 리드 값 등을 감안하여 선반의 작동 시간, 공구대(130)의 최종 전진(또는 후진) 위치 설정, 공구대(130)의 전후진 속도, 나선홈(2)의 깊이 등을 정확하게 산출함으로써, 다양한 종류의 웜기어를 가공오차를 최소화한 상태에서 가공할 수 있게 된다.

[표 1] 순간 가공 속도 산출을 위한 예시

이상에서 본 발명을 설명함에 있어 첨부된 도면을 참조하여 특정 형상과 구조를 갖는 웜기어의 제작이 가능한 선반 및 이를 이용한 웜기어 가공 방법을 위주로 설명하였으나 본 발명은 당업자에 의하여 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능하고, 이러한 수정, 변경 및 치환은 본 발명의 보호범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다.

1 : 가공물 2 : 나선홈
100 : 본체 111 : 주축
112 : 주축대 120 : 심압대
130 : 공구대 131 : 클램핑 부재
132 : 상부 플레이트 133 : 고정 플레이트
134 : 손잡이
140 : 가공 유닛 141 : 모터
142 : 회전축 143 : 회전체
144 : 절삭 공구 145 : 연결판
146 : 고정판 147 : 회동축
149 : 각도 조절 수단
150 : 계측분체 151 : 몸통부
152 : 연장부

Claims (4)

1. 삭제
2. 본체의 일측에 고정 설치되며 가공물이 장착되어 회전하는 주축과, 상기 본체의 타측에서 가공물의 길이방향을 따라 전후진하도록 설치된 공구대로 구성되는 범용 선반에 있어서,
   상기 가공물의 외주면에 나선홈을 형성하도록, 상기 공구대에 결합되는 모터와, 상기 모터의 회전축에 연결되며 외주면에 장착공을 구비한 회전체와, 상기 장착공에 탈착되는 공구로 구성되는 웜 가공 유닛; 및
   상기 공구대에 대하여, 가공물에 형성되는 나선홈의 각도에 따라 상기 모터의 각도를 조절하는 각도 조절 수단;을 포함하여 이루어지되,
   
   상기 각도 조절 수단은
   상기 모터를 상하 방향으로 회동시키는 회동축과 연결되며 상기 공구대에 탈착되는 고정판과,
   상기 고정판이 수평 방향으로 회동되면서 상기 공구대에 결합되도록 하는 클램핑 부재를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 웜기어의 제작이 가능한 선반.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 각도 조절 수단을 통해 상기 공구가 상기 가공물의 외주면에 직교되면서 접촉할 수 있도록
   상기 회전체의 장착공에 탈착되는 몸통부와, 상기 몸통부의 끝단부에서 몸통부의 길이방향과 직교되는 방향으로 형성된 연장부로 구성된 계측분체;를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 웜기어의 제작이 가능한 선반.
4. (a) 선반의 주축에 가공물을 장착하는 단계;
   (b) 모터의 회전체에 계측분체를 장착하는 단계;
   (c) 상기 계측분체의 연장부를 상기 가공물의 외주면에 완전하게 접촉시킴으로써, 상기 계측분체의 몸통부가 상기 가공물의 외주면과 상호 직교되도록 선반의 각도 조절 수단을 이용하여 상기 모터의 각도를 조절하는 단계; 및
   (d) 각도가 조절된 모터의 회전체에서 계측분체를 분리하고 나사 형성용 공구를 장착하는 단계;로 이루어지는 웜기어의 가공 준비 공정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 웜기어 가공 방법.
   
   

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