KR101771048B1 - 전조기 및 전조 가공 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전조기 및 전조 가공 방법에 관한 것으로서, 전조기는, 작업대 레일이 마련되는 작업대와, 작업대에 고정되되 제1전조 롤러를 구비한 제1전조부와, 작업대 레일을 따라서 이동되되 제2전조 롤러를 구비한 제2전조부와, 제1,2전조 롤러를 회전 구동하는 제1,2구동장치와, 제1,2전조부의 사이에 마련되는 소재 거치부와, 소재 거치부와 제2전조부를 연동시키는 거치부 연동장치를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
아울러 전조 가공 방법은, 가공소재를 소재 거치부에 거치하는 가공소재 거치단계와, 가공소재에 제1,2전조 롤러가 동시에 접촉되도록 하는 가공 직전 단계와, 가공소재를 전조 가공하는 전조 가공 단계와, 전조 가공이 이루어진 가공소재로부터 제1,2전조 롤러를 동시에 이격시키는 가공 직후 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

전조기 및 전조 가공 방법{THREAD ROLLING MACHINE AND THREAD ROLLING METHOD}

본 발명은 전조기 및 전조 가공 방법에 관한 것으로서, 구동장치에 의하여 구동되는 한 쌍의 전조 다이(thread rolling dies)를 이용하여 가공소재의 표면에 나사나 기어 등을 소성 가공하는 전조기 및 전조 가공 방법에 관한 것이다.

전조 가공이란 한 쌍의 전조 다이(thread rolling dies) 사이에 금속의 가공소재(work piece)를 끼워넣고 소성 변형을 통해서 전조 다이의 형상을 소재에 각인하는 가공 방법으로서, 주로 환봉 형태의 가공소재를 나사나 기어 형태로 가공하기 위한 가공 방법으로 널리 이용된다.

전조 가공은 절삭 가공과는 달리 가공소재의 일부를 잘라내지 않으므로 가공소재의 낭비가 없으며, 금속의 결(metal flow)이 연속되므로 완성된 제품의 경도, 조도와 같은 기계적 성질이 우수하다는 장점이 있다. 아울러 가공에 소요되는 에너지의 낭비가 적고 환경오염을 유발하지 않는 등 매우 친환경적이다. 또한, 절삭 가공에 비하여 생산성이 높으므로 제품의 대량 생산에 적합하다.

가공소재를 전조 가공하기 위한 전조기는 다양한 종류가 있다. 이들 중 환봉형태의 가공소재의 표면에 나사산(thread)이나 기어 이(gear tooth) 등을 가공하기 위하여 가장 널리 이용되는 것은 동일한 방향으로 회전되는 한 쌍의 전조 롤러(rolling dies)를 이용하는 전조기이다.

상기와 같은 전조기는 한 쌍의 전조 롤러(thread roller)의 사이에 가공소재를 삽입하고 전조 롤러를 가공소재를 향하여 가압한 상태로 회전 구동함으로써 전조 가공이 이루어진다.

일반적으로 두 전조 롤러 중 어느 하나는 위치가 고정되어 있으며, 다른 하나는 고정된 전조 롤러를 향하여 진퇴하도록 마련된다. 그리고 두 전조 롤러의 사이에 가공소재를 회전 가능하게 지지하는 소재 거치대가 마련된다.

소재 거치대는 가공소재를 고정되어 있는 전조 롤러에 접한 상태로 거치할 수 있도록 그 위치가 고정되어 있다. 소재 거치대에 가공소재가 거치되면 고정되어 있지 않은 전조 롤러가 고정되어 있는 전조 롤러를 향하여 전진하여 가공소재를 가압한다.

소재 거치대는 고정되어 있는 전조 롤러의 주변에 그 위치가 고정되어 있으므로 가공소재를 소재 거치대에 거치하거나 소재 거치대로부터 취출하는 것이 용이하지 않다. 따라서 상기와 같은 전조기는 자동화가 어렵다.

전조 가공이 이루어진 가공소재는 고정되어 있지 않은 전조 롤러가 후퇴한 이후에도 고정되어 있는 전조 롤러와 접하고 있으므로, 가공소재가 회전관성에 의하여 지속적으로 회전하게 되면 접촉되어 있는 전조 롤러로 인하여 가공소재가 파손될 수 있다.

가공소재를 향하여 진퇴하는 전조 롤러는 가공소재와 접촉되며 충격이 발생한다. 가공소재와 전조 롤러의 접촉으로 인한 충격은 가공소재의 위치나 각도 등을 틀어지게 만들어 정밀한 가공을 어렵게 만들며, 아울러 접촉시의 충격으로 인하여 전조 롤러의 수명 또한 줄어들게 된다.

아울러 전조 가공이 이루어지는 동안 전조 롤러는 가공소재를 가압하며 목표한 직경에 도달할 때까지 전진하게 된다. 따라서 전조 가공이 이루어지는 동안 가공소재의 중심이 소재 거치대로부터 이동되므로 완성된 제품의 정밀도가 떨어지게 된다.

한편, 가공소재의 단부에 방향성을 가지는 형상이나 장치가 마련되는 경우 나사산이나 기어 이가 정해진 위치에서 시작되고 끝나도록 정밀하게 가공되어야 한다.

종래의 전조기는 전조 롤러를 회전 구동하기 위하여 전폐형 구동모터를 사용하며, 벨트 풀리와 웜 스크루(worm screw) 및 웜 휠(worm wheel)을 이용하여 회전 구동되도록 이루어진다. 이러한 전조기는 출력이 높고 회전속도 및 회전방향의 제어가 손쉽게 이루어진다는 장점이 있다. 그러나 전조 롤러의 회전 각도를 정확하게 제어하지 못하므로 나사산이나 기어 이가 정해진 위치에서 시작되고 끝나도록 하는 정밀한 전조 가공이 불가능하다.

설령 보조적인 수단을 이용하여 전조 롤러의 회전 각도를 조정하더라도, 전조 롤러와 가공소재의 접촉에 의한 충격으로 나사산이 시작되는 위치가 변경될 수 있으므로 이 또한 정밀한 가공을 불가능하게 한다.

대한민국 등록특허 제10-0960669호 "전조장치 및 전조방법"

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 한 쌍의 전조 롤러와 가공소재가 접촉될 때 발생하는 충격을 최소화하여 전조 롤러의 수명이 연장될 수 있도록 하고자 한다. 그리고 전조 롤러와 가공소재의 접촉시 가공소재의 위치나 각도가 틀어지지 않도록 하여 정밀한 전조 가공이 이루어질 수 있도록 하고자 한다.

아울러 가공소재를 소재 거치대에 거치하거나 소재 거치대로부터 취출하는 것을 용이하게 하여 손쉽게 자동화할 수 있도록 하고자 하며, 전조 가공이 이루어진 이후 가공소재의 회전이 지속되더라도 가공소재가 파손되지 않도록 하고자 한다.

상기의 과제를 해결하기 위하여 본 발명에 의한 전조기는, 좌우방향으로 연장되는 작업대 레일이 마련되는 작업대 ; 상기 작업대의 좌우방향 일측에 고정되되, 전후방향을 축으로 회전되는 제1전조 롤러를 포함하여 이루어지는 제1전조부 ; 상기 작업대의 좌우방향 타측에서 상기 작업대 레일을 따라서 좌우방향으로 이동되도록 마련되되, 전후방향을 축으로 회전되는 제2전조 롤러를 포함하여 이루어지는 제2전조부 ; 상기 제1전조부의 제1전조 롤러를 회전 구동하기 위한 제1구동장치 ; 상기 제2전조부의 제2전조 롤러를 회전 구동하기 위한 제2구동장치 ; 상기 제2전조부를 상기 제1전조부를 향하여 가압 이동시키기 위한 전조부 가압 이동장치 ; 가공소재를 거치하기 위하여 상기 제1전조부와 상기 제2전조부의 사이에 마련되되, 상기 작업대 레일을 따라서 좌우방향으로 이동되는 소재 거치부 ; 상기 제2전조부와 상기 소재 거치부를 연동시켜, 상기 제2전조부가 이동되면 상기 소재 거치부가 상기 제2전조부와 동일한 방향으로 이동되어, 상기 소재 거치부에 거치되는 가공소재에 상기 제1,2전조 롤러가 동시에 접하고 동시에 이격되도록 하는 거치부 연동장치 ; 를 포함하여 이루어지며, 상기 거치부 연동장치는, 상기 작업대에 고정되는 연동기어 지지대, 상기 연동기어 지지대에 지지되어 전후방향을 축으로 회전되는 제1피니언 기어와 상기 제1피니언 기어와 동일한 방향으로 상기 제1피니언 기어와 함께 회전되는 제2피니언 기어를 포함하여 이루어지는 연동기어, 상기 제2전조부에 고정된 상태로 상기 제1피니언 기어에 치합되는 제1랙 기어, 상기 소재 거치부에 고정된 상태로 상기 제2피니언 기어에 치합되는 제2랙 기어를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

삭제

상기에 있어서, 상기 소재 거치부는 상기 제1,2전조 롤러의 사이에서 상기 제1,2전조 롤러로부터 동일한 거리로 이격되도록 배치되며, 상기 제1피니언 기어와 상기 제2피니언 기어의 기어비가 2:1인 것이 바람직하다.

상기에 있어서, 상기 소재 거치부는, 상기 작업대 레일을 따라서 좌우방향으로 이동되도록 마련되는 거치부 몸체와, 상기 거치부 몸체에 전후방향으로 연장되도록 마련되는 거치부 레일과, 가공소재를 거치한 상태로 상기 거치부 레일을 따라서 전후방향으로 이동되도록 마련되는 소재 거치대와, 상기 소재 거치대를 상기 거치대 레일을 따라서 전후방향으로 이동시키기 위한 소재 거치대 이동장치를 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.

상기에 있어서, 상기 제1,2구동장치와 상기 가압 이동장치와 상기 소재 거치대 이동장치는 서보모터에 의하여 구동되는 것이 바람직하다.

삭제

삭제

상기와 같이 본 발명에 의한 전조기 및 전조 가공 방법은, 소재 거치부에 대한 제2전조 롤러의 상대속도가 소재 거치부가 고정되어 있을 때보다 감소되므로, 제1,2전조 롤러와 가공소재의 접촉으로 인한 충격이 줄어들고 제1,2전조 롤러의 수명이 연장된다. 그리고 제2전조 롤러가 후퇴되면 거치부 연동장치에 의하여 소재 거치부도 후퇴하게 되므로 가공소재를 소재 거치부로부터 손쉽게 취출할 수 있다.

아울러, 소재 거치대가 제2전조 롤러와 함께 이동되어 가공소재에 제1,2전조 롤러가 동시에 접하게 되므로, 가공소재와 제1,2전조 롤러의 접촉시 가공소재의 위치나 각도가 틀어지지 않고 정밀한 가공이 이루어진다. 그리고 제1,2전조 롤러가 가공소재로부터 동시에 이격되므로 전조 가공이 완료된 이후에 가공소재의 회전이 지속되더라도 가공소재가 파손되지 않는다.

도 1은 본 발명의 일 실시례에 의한 전조기의 사시도,
도 2는 도 1의 전조기의 정면도,
도 3은 도 1의 전조기의 평면도,
도 4는 도 1의 전조기를 분리하여 도시한 사시도,
도 5는 도 2의 전조기를 분리하여 도시한 정면도,
도 6은 도 2의 전조기의 주요부가 보이도록 일부를 생략하여 도시한 개념도,
도 7은 도 3의 전조기의 주요부가 보이도록 일부를 생략하여 도시한 개념도,
도 8은 도 1의 소재 거치부를 분리하여 도시한 사시도,
도 9는 도 1의 거치부 연동장치의 결합 상태를 도시한 개념도,
도 10은 도 7의 제2전조부와 소재 거치부가 좌우방향으로 이동되는 상태를 도시한 도면,
도 11은 도 10의 거치부 연동장치의 이동을 개념적으로 도시한 도면,
도 12는 도 3의 소재 거치대가 전후방향으로 이동되는 상태를 도시한 도면.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시례를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시례에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 부여하였다. 명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

도 1은 본 발명의 일 실시례에 의한 전조기의 사시도이며, 도 2는 도 1의 전조기의 정면도이며, 도 3은 도 1의 전조기의 평면도이며, 도 4는 도 1의 전조기를 분리하여 도시한 사시도이며, 도 5는 도 2의 전조기를 분리하여 도시한 정면도이며, 도 6은 도 2의 전조기의 주요부가 보이도록 일부를 생략하여 도시한 개념도이며, 도 7은 도 3의 전조기의 주요부가 보이도록 일부를 생략하여 도시한 개념도이며, 도 8은 도 1의 소재 거치부를 분리하여 도시한 사시도이며, 도 9는 도 1의 거치부 연동장치의 결합 상태를 도시한 개념도이며, 도 10은 도 7의 제2전조부와 소재 거치부가 좌우방향으로 이동되는 상태를 도시한 도면이며, 도 11은 도 10의 거치부 연동장치의 이동을 개념적으로 도시한 도면이며, 도 12는 도 3의 소재 거치대가 전후방향으로 이동되는 상태를 도시한 도면이다.

본 발명의 일 실시례에 의한 전조기는 작업대(100), 제1,2전조부(200,300), 제1,2구동장치(400,500), 전조부 가압 이동장치(600), 소재 거치부(700), 거치부 연동장치(800)를 포함하여 이루어진다. 아울러 거치부 연동장치(800)는 연동기어(810)와, 제1,2랙 기어(820,830), 연동기어 지지대(840)를 포함하여 이루어진다.

우선 작업대(100)가 마련된다. 작업대(100)는 제1,2전조부(200,300)로 소재 거치부(700)에 거치되는 가공소재를 전조 가공하기 위한 작업공간을 제공한다.

작업대(100)의 상면에는 제2전조부(300) 및 소재 거치부(700)의 좌우방향 이동을 가이드하는 작업대 레일(110)이 마련된다. 본 실시례에서 작업대 레일(110)은 한 쌍으로 마련되며, 전후방향에 나란히 배치되어 좌우방향으로 연장되는 형태를 가진다.

작업대(100)의 좌우방향 일측에는 제1전조부(200)가 마련된다. 제1전조부(200)는 좌우방향 타측을 향하도록 마련되어 전후방향을 축으로 회전되는 제1전조 롤러(210)를 포함하여 이루어진다. 제1전조 롤러(210)의 외주면에는 가공소재에 소성 가공하고자 하는 형상이 형성되어 있다. 제1전조부(200)는 작업대(100)에 그 위치가 고정된다.

작업대(100)의 좌우방향 타측에는 작업대 레일(110)을 따라서 좌우방향으로 이동되도록 제2전조부(300)가 마련된다. 제2전조부(300)는 제1전조 롤러(210)를 향하도록 마련되어 전후방향을 축으로 회전되는 제2전조 롤러(310)을 포함하여 이루어진다. 제2전조 롤러(310)의 외주면에도 제1전조 롤러(210)와 마찬가지로 가공소재에 소성 가공하고자 하는 형상이 형성되어 있다. 제2전조부(300)는 작업대 레일(110)을 따라서 좌우방향으로 이동할 수 있도록 제1가이드 블록(320)을 통해서 작업대 레일(110)에 설치된다.

제1전조부(200)의 제1전조 롤러(210)를 회전 구동하기 위한 제1구동장치(400)와, 제2전조부(300)의 제2전조 롤러(310)를 회전 구동하기 위한 제2구동장치(500)가 마련된다.

제1구동장치(400)는 제1구동모터(410)와 제1구동모터(410)로부터 동력을 전달받아 제1전조 롤러(210)로 회전시키는 제1동력 전달장치(420)를 포함하여 이루어진다.

제2구동장치(500)는 제2구동모터(510)와 제2구동모터(510)로부터 구동력을 전달받아 제2전조 롤러(310)로 회전시키는 제2동력 전달장치(520)를 포함하여 이루어진다.

제1,2동력 전달장치(420,520)는 제1,2전조 롤러(210,310)의 회전력을 높이기 위한 감속기어(미도시)를 포함하여 이루어지며, 이는 종래의 기술로 널리 알려져 있으므로 제1,2동력 전달장치(420,520)의 내부를 도시한 도면과 이에 대해 상세한 설명은 생략한다.

제1,2구동모터(410,510)는 출력이 높고 회전속도 및 회전방향의 제어가 용이한 유압모터일 수 있다. 그러나 본 실시례에서는 회전 각도까지 정밀하게 제어될 수 있도록 서보모터를 이용한다.

제2전조부(300)를 제1전조부(200)를 향하여 가압 이동시키기 위한 전조부 가압 이동장치(600)가 마련된다. 전조부 가압 이동장치(600)는 작업대(100)의 좌우방향 타측에 고정된다.

전조부 가압 이동장치(600)는 제3구동모터(610)와. 제3구동모터(610)에 의하여 전후방향을 축으로 회전되되 웜 기어(worm, 621)를 구비한 샤프트(620)와, 좌우방향을 축으로 회전되되 웜 기어(621)에 치합되는 웜휠 기어(worm wheel, 631)를 구비한 제1리드 스크루(630)와, 제2전조부(300)에 고정된 상태로 제1리드 스크루(630)에 스크루 결합되는 제1스크루 너트(640)를 포함하여 이루어진다.

본 실시례에서 제3구동모터(610)는 그 회전 각도가 정밀하게 제어되는 서보모터이다.

제3구동모터(610)가 구동되면, 이에 연결되어 있는 샤프트(620)가 회전하게 된다. 샤프트(620)의 회전은 웜 기어(621)와 웜휠 기어(631)를 통해서 제1리드 스크루(630)로 전달되고, 제1리드 스크루(630)가 회전되면 이에 스크루 결합되어 있는 제1스크루 너트(640)를 통해서 제2전조부(300)가 작업대 레일(110)을 따라서 좌우방향으로 이동하게 된다.

샤프트(620)와 제1리드 스크루(630)는 웜 기어(621)와 웜휠 기어(631)를 통해서 동력을 전달하므로 제2전조부(300)가 제1전조부(200)를 향하여 강한 압력으로 가압 이동되며, 또한 웜 기어(621)와 웜휠 기어(631)의 높은 기어비(gear ratio)로 인한여 역전(逆轉)이 발생하지 않는다.

제1전조부(200)와 제2전조부(300)의 사이에 제1전조 롤러(210)와 제2전조 롤러(310)로부터 동일한 간격으로 이격되어 소재 거치부(700)가 마련된다. 소재 거치부(700)는 가공소재를 거치하기 위한 것으로서 작업대 레일(110)을 따라서 좌우방향으로 이동되도록 마련된다.

소재 거치부(700)는 작업대 레일을 따라서 좌우방향으로 이동되도록 마련되는 거치부 몸체(710)와, 거치부 몸체(710)에 전후방향으로 연장되도록 마련되는 거치부 레일(720)과, 가공소재를 거치한 상태로 거치부 레일(720)을 따라서 전후방향으로 이동되도록 마련되는 소재 거치대(730)와, 소재 거치대(730)를 거치부 레일(720)을 따라서 전후방향으로 이동시키기 위한 소재 거치대 이동장치(740)를 포함하여 이루어진다.

소재 거치부(700)의 거치부 몸체(710)는 작업대 레일(110)을 따라서 좌우방향으로 이동할 수 있도록 제2가이드 블록(711)을 통해서 작업대 레일(110)에 설치된다. 거치부 몸체(710)의 상면에는 전후방향으로 연장되는 형태의 한 쌍의 거치부 레일(720)이 좌우방향으로 나란히 배치된다.

소재 거치대(730)는 가공소재를 거치하기 위한 장치로서, 본 실시례에서 소재 거치대(730)는 가공소재의 전후방향 양단부를 회전 가능하게 클램핑하는 장치이다. 소재 거치대(730)는 실시례에 따라서 가공소재의 하부를 회전 가능하게 지지하는 장치가 될 수도 있다. 소재 거치대(730)는 전후방향으로 이동할 수 있도록 제3가이드 블록(731)을 통해서 거치부 레일(720)에 설치된다. 가공소재를 클램핑하기 위한 소재 거치대(730)의 형태는 종래의 기술로 널리 알려져 있으므로 상세한 설명은 생략한다.

소재 거치대 이동장치(740)는 소재 거치대(730)를 전후방향으로 이동시키기 위한 장치이다. 소재 거치대 이동장치(740)는 제4구동모터(741)와, 제4구동모터(741)에 의하여 회전되는 제2리드 스크루(742)와, 소재 거치대(730)에 고정된 상태로 제2리드 스크루(742)에 스크루 결합되는 제2스크루 너트(미도시)를 포함하여 이루어진다.

본 실시례에서 소재 거치대 이동장치(740)는 서보모터에 의하여 구동된다. 즉, 소재 거치대 이동장치(740)의 제4구동모터(741)는 회전 각도가 정밀하게 제어되는 서보모터이다.

전조부 가압 이동장치(600)에 의하여 제2전조부(300)가 작업대 레일(110)을 따라서 이동하면 소재 거치부(700)도 제2전조부(300)와 함께 동일한 방향으로 이동할 수 있도록 이들을 연동하는 거치부 연동장치(800)가 마련된다.

거치부 연동장치(800)는 도 6, 도 7, 도 9에 도시된 바와 같이 연동기어 지지대(840)와 연동기어(810)와 제1랙 기어(820) 그리고 제2랙 기어(830)를 포함하여 이루어진다.

연동기어 지지대(840)는 작업대(100)의 한 쌍의 작업대 레일(110) 사이에 고정되고, 연동기어(810)는 연동기어 지지대(840)에 회전 가능하게 설치된다. 연동기어(810)는 연동기어 지지대(840)에 지지되어 전후방향을 축으로 회전되는 제1피니언 기어(811)와, 제1피니언 기어(811)와 동일한 방향으로 제1피니언 기어(811)와 함께 회전되는 제2피니언 기어(812)를 포함하여 이루어진다. 제1피니언 기어(811)와 제2피니언 기어(812)의 기어비(gear ratio)는 2:1이다. 즉, 제2피니언 기어(811)의 직경은 제1피니언 기어(811)의 1/2이 된다(도 9 참조).

제2피니언 기어(812)의 직경이 제1피니언 기어(811)의 1/2이 되므로, 제1,2피니언 기어(811,812)에 동일한 크기와 간격으로 기어 이(gear tooth)가 형성될 경우 제1피니언 기어(811)는 제2피니언 기어(812)보다 2배의 기어 이를 가지게 된다. 일례로, 도 11에 도시된 바와 같이 제1피니언 기어(812)에 24개의 제1기어 이(812')가 형성되면 제2피니언 기어(811)에는 제1기어 이(812')와 동일한 크기와 간격으로 12개의 제2기어 이(811')가 형성된다.

제1랙 기어(820)는 제2전조부(300)에 고정된 상태로 제1피니언 기어(811)에 치합되도록 마련된다. 전조부 가압 이동장치(600)에 의하여 제2전조부(300)가 이동되면, 제2전조부(300)에 고정되어 있는 제1랙 기어(820)가 제1피니언 기어(811)을 회전시킨다.

도 9에 도시된 바와 같이 제2랙 기어(830)는 소재 거치부(700)에 고정된 상태로 제2피니언 기어(812)에 치합되도록 마련된다. 더욱 상세하게는 도 6에 도시된 바와 같이 제2랙 기어(830)가 소재 거치부(700)의 거치부 몸체(710)에 고정된다.

제2피니언 기어(812)가 회전되면 제2피니언 기어(812)에 치합되어 있는 제2랙 기어(830)에 의하여 거치부 몸체(710)가 좌우방향으로 이동된다. 물론 거치부 몸체(710)가 이동되면, 소재 거치대(730)와 소재 거치대(730)에 거치되는 가공소재도 좌우방향으로 이동된다.

제2피니언 기어(812)의 직경은 제1피니언 기어(811)의 1/2이 되므로, 제2피니언 기어(812)에 치합되어 있는 제2랙 기어(830)의 이동거리는 제1피니언 기어(811)에 치합되어 있는 제1랙 기어(820) 이동거리의 1/2이 된다.

예를 들어 도 11에 도시된 바와 같이 제2전조부(300)에 고정되어 있는 제1랙 기어(820)가 L(= 2ℓ)만큼 이동하면, 제2랙 기어(830)는 소재 거치부(700)와 함께 제2전조부의 이동거리 L(= 2ℓ)의 1/2인 ℓ만큼 이동하게 된다.

소재 거치부(700)는 제1전조 롤러(210)와 제2전조 롤러(310)로부터 동일한 간격으로 이격되어 있으며 소재 거치부(700)는 제2전조부(300) 이동거리의 1/2 만큼의 이동거리를 움직이므로, 가공소재는 제2전조부(300)가 어느 방향으로 얼마만큼 이동하는지에 상관없이 항상 제1전조 롤러(210)와 제2전조 롤러(310)의 정 가운데 위치하게 된다. 따라서 가공소재에 제1,2전조 롤러(210,310)가 동시에 접촉되고 동시에 이격된다.

따라서 소재 거치부(700)에 거치되어 있는 가공소재와 제1,2전조 롤러(210,310)의 접촉시에 가공소재의 위치나 각도가 변경되지 않으며 정밀한 전조 가공이 이루어진다. 아울러 제1,2전조 롤러(210,310)가 이격될 때 회전관성에 의하여 가공소재의 회전이 지속되더라도 가공소재가 파손되지 않는다.

그리고 제2전조부(300)가 제1전조부(200)로부터 멀어지면 소재 거치부(700) 또한 제2전조부(300)를 따라서 제1전조부(200)로부터 멀어지므로, 가공소재를 소재 거치부(700)에 손쉽게 거치할 수 있으며, 전조 가공이 완료된 가공소재도 소재 거치부(700)로부터 손쉽게 취출할 수 있다. 즉, 본 실시례의 전조기는 자동화된 시스템을 구축하기에 적합하다.

소재 거치부(700)에 대한 제2전조부(300)의 상대속도가 소재 거치부의 위치가 고정되어 있는 종래의 전조기보다 1/2로 감소되므로 접촉시의 부하가 줄어든다. 따라서 접촉시의 충격으로 인한 제1,2전조 롤러(210,310)의 손상이 줄어들고 제1,2전조 롤러(210,310)의 수명이 연장된다.

전조 가공이 이루어지는 동안 목표 직경에 맞추어 제1,2전조 롤러(210,310)의 간격이 좁아지면 소재 거치부(700)도 이에 연동되어 이동하게 되므로, 제1,2전조 롤러(210,310)의 간격 변화에 상관없이 가공소재의 중심이 소재 거치부(700)에 위치하며 정밀한 전조 가공이 이루어진다.

본 실시례에서는 소재 거치부(700)의 이동속도가 제2전조 롤러(310)의 1/2이 되고, 이에 맞추어 소재 거치부(700)의 위치도 제1,2전조 롤러(210,310)로부터 동일한 간격으로 이격된다. 그러나 이러한 형태는 가장 바람직한 형태일 뿐이며, 실시례에 따라서 그 형태가 변경될 수 있다. 즉, 소재 거치부(700)의 이동속도가 제2전조 롤러(310)의 1/3이나 1/5 등이 될 수도 있으며 이에 맞추어 소재 거치부(700)의 위치도 변경될 수 있다.

그러나 소재 거치부(700)의 이동속도가 제2전조 롤러(310)의 1/2이 되지 않으면, 본 실시례와는 달리 가공소재의 직경에 따라서 소재 거치부(700)의 위치를 수시로 변경해야 한다는 문제가 발생한다. 아울러 가공소재에 제1,2전조 롤러(210,310)가 접한 상태에서 제2전조 롤러(310)가 가압 이동되면, 소재 거치부(700)가 가공소재의 중심을 벗어나게 된다. 이러한 문제점은 소재 거치부(700)에 별도의 장치를 마련하여 해결할 수 있으나, 그 대신 소재 거치부(700)의 구조가 매우 복잡해진다.

앞서 언급한 바와 같이 제1구동장치(400), 제2구동장치(500), 전조부 가압 이동장치(600), 소재 거치대 이동장치(740)는 모두 서보모터에 의하여 구동된다. 즉, 제1구동장치(400)의 제1구동모터(410), 제2구동장치(500)의 제2구동모터(510), 전조부 가압 이동장치(600)의 제3구동모터(610), 소재 거치대 이동장치(740)의 제4구동모터(741)는 모두 회전 각도까지 정밀하게 제어되는 서보모터인 것이다.

따라서 제1,2전조 롤러(210,310)의 회전 각도를 제어하여 가공소재에 나사산(thread)이나 기어 이(gear tooth) 등을 정밀하게 각인할 수 있다. 즉, 나사산이나 기어 이가 시작되고 끝나는 위치를 선택하여 정밀하게 가공하는 포지셔닝 전조(positioning thread rolling)가 가능한 것이다.

아울러, 도 10과 같이 전조부 가압 이동장치(600)로 제2전조부(300)와 소재 거치부(700)를 좌우방향으로 정밀하게 이동시키고, 도 12와 같이 소재 거치대 이동장치(740)로 소재 거치대(730)를 전후방향으로 정밀하게 이동시킴으로써, 피치(pitch)를 변화시키며 가공하는 가변 피치 전조(variable pitch thread rolling)가 가능하다.

이어서 본 발명의 일 실시례에 의한 전조 가공 방법에 대하여 설명한다.

본 실시례에 의한 전조 가공 방법은, 가공소재 거치 단계, 가공 직전 단계, 전조 가공 단계, 가공 직후 단계를 포함하여 이루어진다.

가공소재 거치 단계는, 제1전조 롤러와 제2전조 롤러의 사이에 마련되는 소재 거치부에 가공소재를 거치하는 단계이다. 소재 거치부는 제1,2전조 롤러의 사이에서 제1,2전조 롤러로부터 동일한 간격으로 이격되도록 마련된다. 따라서 소재 거치부에 가공소재를 손쉽게 거치할 수 있다.

가공소재 거치 단계 이후, 가공 직전 단계가 이루어진다. 가공 직전 단계는 제2전조 롤러를 소재 거치부를 향하여 전진시키면서 소재 거치부를 제1전조 롤러를 향하여 전진시켜, 소재 거치부에 거치되어 있는 가공소재에 제1,2전조 롤러가 동시에 접하도록 하는 단계이다.

이때, 소재 거치부와 제2전조 롤러는 거치부 연동장치를 통해서 연동된다. 거치부 연동장치는 소재 거치부가 제2전조 롤러와 동일한 방향으로 제2전조 롤러의 1/2 속도로 이동되도록 연동시킨다. 따라서 제2전조 롤러를 이동시키는 것만으로도 소재 거치부의 위치가 이동되며 가공소재와 제1,2전조 롤러가 동시에 접하게 된다.

소재 거치부는 제1,2전조 롤러로부터 동일한 간격으로 이격되어 있으며 거치부 연동장치에 의하여 제2전조 롤러의 1/2 속도로 이동되므로, 제2전조 롤러가 어떤 위치로 이동되더라도 항상 제1,2전조 롤러의 정 가운데 위치하게 된다.

아울러 가공소재에 대한 제2전조 롤러의 상대속도가 1/2로 줄어들며 제1,2전조 롤러가 가공소재에 동시에 접하게 되므로, 접촉시의 충격이 줄어들고 가공소재의 위치나 각도가 틀어지지 않는다. 따라서 제1,2전조 롤러의 수명이 연장되고 정밀한 전조 가공이 이루어질 수 있게 된다.

가공 직전 단계 이후, 전조 가공 단계가 이루어진다. 전조 가공 단계는 제1,2전조 롤러를 회전 구동하여 가공소재를 전조 가공하는 단계이다. 전조 가공이 이루어지는 단계는 종래의 기술로 널리 알려져 있으므로, 상세한 설명은 생략한다.

전조 가공 단계 이후, 가공 직후 단계가 이루어진다. 가공 직후 단계는 제2전조 롤러를 소재 거치부로부터 후퇴시키면서 소재 거치부를 제1전조 롤러로부터 후퇴시켜, 소재 거치부에 거치되어 있는 가공소재로부터 제1,2전조 롤러를 동시에 이격되도록 하는 단계이다.

가공 직후 단계도 가공 직전 단계와 마찬가지로 거치부 연동장치에 의하여 제2전조 롤러와 소재 거치부가 함께 이동된다. 소재 거치부에 거치되어 있는 가공소재로부터 제1,2전조 롤러가 동시에 이격되므로, 회전관성에 의하여 가공소재가 지속적으로 회전되더라도 가공소재가 파손되지 않는다. 아울러 소재 거치부가 제1,2전조 롤러의 정 가운데 위치하게 되므로 가공소재를 소재 거치부로부터 손쉽게 취출할 수 있다.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

그러므로 이상에서 기술한 실시례들은 모든 면에서 예시적인 것일 뿐 한정적이 아닌 것으로 이해되어야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100 : 작업대 110 : 작업대 레일
200 : 제1전조부 210 : 제1전조 롤러
300 : 제2전조부 310 : 제2전조 롤러
400 : 제1구동장치 410 : 제1구동모터
420 : 제1동력 전달장치
500 : 제2구동장치 510 : 제2구동모터
520 : 제2동력 전달장치
600 : 전조부 가압 이동장치 610 : 제3구동모터
620 : 샤프트 630 : 제1리드 스크루
640 : 제1스크루 너트
700 : 거치부 710 : 거치부 몸체
720 : 거치부 레일 730 : 소재 거치대
740 : 소재 거치대 이동장치
800 : 거치부 연동장치 810 : 연동기어
820 : 제1랙 기어 830 : 제2랙 기어
840 : 연동기어 지지대

Claims (7)

1. 좌우방향으로 연장되는 작업대 레일이 마련되는 작업대 ;
   상기 작업대의 좌우방향 일측에 고정되되, 전후방향을 축으로 회전되는 제1전조 롤러를 포함하여 이루어지는 제1전조부 ;
   상기 작업대의 좌우방향 타측에서 상기 작업대 레일을 따라서 좌우방향으로 이동되도록 마련되되, 전후방향을 축으로 회전되는 제2전조 롤러를 포함하여 이루어지는 제2전조부 ;
   상기 제1전조부의 제1전조 롤러를 회전 구동하기 위한 제1구동장치 ;
   상기 제2전조부의 제2전조 롤러를 회전 구동하기 위한 제2구동장치 ;
   상기 제2전조부를 상기 제1전조부를 향하여 가압 이동시키기 위한 전조부 가압 이동장치 ;
   가공소재를 거치하기 위하여 상기 제1전조부와 상기 제2전조부의 사이에 마련되되, 상기 작업대 레일을 따라서 좌우방향으로 이동되는 소재 거치부 ;
   상기 제2전조부와 상기 소재 거치부를 연동시켜, 상기 제2전조부가 이동되면 상기 소재 거치부가 상기 제2전조부와 동일한 방향으로 이동되어, 상기 소재 거치부에 거치되는 가공소재에 상기 제1,2전조 롤러가 동시에 접하고 동시에 이격되도록 하는 거치부 연동장치 ;
   를 포함하여 이루어지며,
   상기 거치부 연동장치는, 상기 작업대에 고정되는 연동기어 지지대, 상기 연동기어 지지대에 지지되어 전후방향을 축으로 회전되는 제1피니언 기어와 상기 제1피니언 기어와 동일한 방향으로 상기 제1피니언 기어와 함께 회전되는 제2피니언 기어를 포함하여 이루어지는 연동기어, 상기 제2전조부에 고정된 상태로 상기 제1피니언 기어에 치합되는 제1랙 기어, 상기 소재 거치부에 고정된 상태로 상기 제2피니언 기어에 치합되는 제2랙 기어를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 전조기.
   
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 소재 거치부는 상기 제1,2전조 롤러의 사이에서 상기 제1,2전조 롤러로부터 동일한 거리로 이격되도록 배치되며, 상기 제1피니언 기어와 상기 제2피니언 기어의 기어비가 2:1인 것을 특징으로 하는 전조기.
   
4. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
   상기 소재 거치부는, 상기 작업대 레일을 따라서 좌우방향으로 이동되도록 마련되는 거치부 몸체와, 상기 거치부 몸체에 전후방향으로 연장되도록 마련되는 거치부 레일과, 가공소재를 거치한 상태로 상기 거치부 레일을 따라서 전후방향으로 이동되도록 마련되는 소재 거치대와, 상기 소재 거치대를 상기 거치부 레일을 따라서 전후방향으로 이동시키기 위한 소재 거치대 이동장치를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 전조기.
   
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 제1,2구동장치와 상기 가압 이동장치와 상기 소재 거치대 이동장치는 서보모터에 의하여 구동되는 것을 특징으로 하는 전조기.
   
6. 삭제
7. 삭제

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