KR101819587B1 - 웜축 가공을 위한 롤형 전조 다이스 - Google Patents

Abstract

본 발명은 환봉형 소재의 외주면의 치차 형성에 의해 웜축으로 가공하기 위하여, 상기 환봉형 소재가 진입되며 외주면에 치차 가공되도록 구성되는 한 조의 롤형 다이스에 있어서, 상기 한 조의 롤형 다이스로 환봉형 소재 진입을 가이드하기 위한 진입부치형영역과, 진입부치형영역을 통과하며 상기 환봉형 소재의 외주면을 연속 치차 가공하게 되는 평형부치형영역을 거쳐, 웜축으로 가공된 영역이 배출되는 탈락부치형영역에 의해 상기 환봉형 소재 외주면을 웜축 가공하되, 상기 진입부치형영역의 길이와 평형부치형영역의 길이와 탈락부치형영역의 길이로 순차적으로 짧아지는 것을 특징으로 하여,
한 조를 구성하는 롤형 다이스의 고정성 및 가동성 유무로 구분하지 않는 상태에서 환봉형 소재의 직경을 고려하여 이격시킨 상태에서 상기 환봉형 소재의 지속적인 전진 이송에 의한 치차 가공이 가능하게 되는 효과는 물론, 환봉형 소재가 진입하게 되는 진입부치형영역과 소재의 외주면을 가공하게 되는 평형부치형영역 및 환봉형 소재의 가공 영역이 배출되는 탈락부치형영역의 영역길이비를 3;2;1로 설정하여 환봉형 소재 진입시 부드러우면서도 롤형 다이스에 과부하가 발생되지 않도록 하며 치차 가공이 이루어지도록 하여, 가공의 용이성을 확보할 수 있는 효과를 기대할 수 있는, 웜 롤형 전조 다이스에 관한 것이다.

Description

웜축 가공을 위한 롤형 전조 다이스{Worm shaft manufacturing type Precursor dies}

본 발명은 웜축 가공을 위해 서로 대향되는 롤형 전조 다이스를 이용하여 웜 샤프트로 가공되어지는 가공소재에 웜 치형을 형성하기 위한 웜축 가공을 위한 롤형 전조 다이스에 관한 것이다.

웜축은 축봉에 나선형의 치형을 형성하여 웜 기어와 치합 된 상태에서 웜축을 원동기어로 사용하여 웜기어의 구동이 가능하도록 하는 동력전달장치에 주로 사용되는 구성이다.

이러한 웜축과 통상의 웜기어는 두 축이 교차하는 경우에 주로 사용되는 동력전달장치이다.

상기와 같이 사용되는 웜축은 종래의 경우 주로 절삭기계 중 하나인 선반가공 등을 이용하여 주로 제작되었다.

선반 가공등을 통한 웜축 가공은, 그 가공속도가 느려 대량생산이 어려운 결점이 있어 이를 개선한 기술내용들에 의해 현재에는 전조방식에 의한 웜축 제조방법들이 다수 제안, 실시되고 있다.

이러한 웜축의 전조 가공은 평판형 다이스를 이용하는 방식과 롤형 다이스를 이용하는 방식이 있다.

상기 평판형 다이스를 이용하는 방식은, 요철 형태의 치차가 대응 형성되는 2개의 다이스 사이에 환봉형 소재를 가압하며 상하 다이스가 마주보는 상태에서 교차되며 직선 운동하여 다이스 표면에 형성된 상기 치차에 의해 환봉형 소재에 웜부분을 가공하게 된다.

한편, 상기 롤형 다이스를 이용하는 방식의 경우, 종래에는 롤 형태의 고정측 다이스와 가동측 다이스 사이로 환봉형 소재를 위치시키고 상기 고정측 다이스와 가동측 다이스를 동방향으로 회전시키며 고정측 다이스와 가동측 다이스의 외주연에 형성된 산형 가공부에 의해 웜축의 나사 부분을 전조 가공하게 되는 방식이다.

이 경우, 웜축을 이루기 위한 환봉형 소재의 공급 및 배출을 위해서 가동측 다이스가 고정측 다이스 측방향으로 이동하여 고정측 다이스와 가동측 다이스 사이 공간을 환봉형 소재의 공급 및 배출이 가능하게 되는데, 이러한 방식의 롤형 다이스는 환봉형 소재의 공급 및 배출시마다 매번 가동측 다이스가 고정측 다이스 측방향으로 이동하기 때문에 작업성은 물론 생산성 또한 저하되는 문제점이 있어왔다.

이러한 점을 해결하기 위해, 대한민국 특허등록 제 10-1369010 호인 '웜 샤프트 연속 가공용 롤형 전조 다이스'를 그 명칭으로 하여 개시되어 있다.

상기 선행기술은, "원주상에 산형 가공부를 대향 형성하는 고정측 다이스와 가동측 다이스를 상호 역방향으로 회전시키며 고정측 다이스와 가동측 다이스 사이에서 웜 샤프트의 나사 부분을 전조 가공하되, 상기 고정측 다이스와 가동측 다이스의 원주상에는 등각 위치로 웜 샤프트를 공급 및 배출할 수 있는 공간을 확보하도록 요홈을 대향 형성하여 상기 고정측 다이스와 가동측 다이스 사이에 요홈이 서로 만나는 접점 위치에서 웜 샤프트를 요홈으로 공급 및 배출하면서 원주상의 요홈 사이 구간의 산형 가공부에 의해 웜 샤프트의 나사 부분을 종래와 같은 가동측 다이스의 이동 없이 전조 가공하는 것"(등록특허공보 요약 참조)을 그 기술적 사상으로 하고 있습니다.

상기한 선행기술은 전조 가공하기 위한 환봉형 소재의 공급 및 배출시 롤형 다이스의 좌우 벌림 현상 없이 지속적 작업을 위해 롤형태의 다이스 원주상에 등간격 요홈을 형성하게 되는 것인데, 그 요홈은 롤형 다이스의 원주상에서 축방향으로 직선상 형성되는 것으로, 요홈을 따라 환봉형 소재를 끼운 후 롤형 다이스의 작동에 의해 등간격 형성된 차기 요홈으로 위치될 때까지 1/4의 원주면 범위내에서 환봉형 소재의 일정영역을 웜축으로 형성하기 위한 치차 가공이 이루어지게 된다.

아울러 이와 같이 1/4 영역의 범위에서 웜축 가공이 이루어진 다음에는 다시 요홈의 위치가 돌아오게 되므로, 이때에는 작업자가 다시 환봉형 소재를 공급 및 배출하는 수작업이 이루어져야 환봉형 소재의 외표면에 치차 가공이 이루어질 수 있게 되는 것이다.

이러한 작업의 한계 때문에, 작업자는 롤형 다이스의 원주면 분할 영역 중 요홈의 위치가 환봉형 소재의 위치에 왔을 때, 롤형 다이스의 구동을 정지시킨 후 환봉형 소재의 진/출입 작업을 한 후 다시 롤형 다이스의 구동이 이루어지게 되므로 작업의 효율성이 그다지 높아지지 않을 뿐만 아니라, 환봉형 소재의 웜 치차 가공영역이 상당히 짧아지게 되고 가공의 연속성이 없어지게 되어 환봉형 소재 외주면으로 길게 나사산이 연속적으로 가공될 수 없는 문제점이 있다.

즉, 웜기어 등을 구동하기 위한 웜샤프트의 경우 그 길이 즉 치차 영역이 짧거나 또는 경우에 따라 다소 길 수도 있는데, 치차 영역을 다소 길게 할 필요가 있는 웜축 치차 가공의 경우 그 가공이 불가능할 수 있다.

대한민국 특허등록 10-1369010 (2014.04.04 공고)

본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위한 것으로, 웜축을 제작하기 위해 환봉형 소재의 외주면을 따라 치차를 형성하기 위해 롤형 다이스를 이용하는 경우, 한 조를 구성하는 롤형 다이스의 고정성 및 가동성 유무로 구분하지 않는 상태에서 한 조의 롤형 다이스를 공급되는 환봉형 소재의 직경을 고려하여 이격시킨 상태에서 상기 환봉형 소재의 지속적인 전진 이송에 의한 치차 가공이 가능하도록 하는 데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 웜축을 가공할 때, 롤형 다이스 회전시 부하를 최소화하면서도 가공 용이성을 제공하는 데 다른 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은,

환봉형 소재의 외주면의 치차 형성에 의해 웜축으로 가공하기 위하여, 상기 환봉형 소재가 진입되며 외주면에 치차 가공되도록 구성되는 한 조의 롤형 다이스에 있어서,

상기 한 조의 롤형 다이스로 환봉형 소재 진입을 가이드하기 위한 진입부치형영역과, 진입부치형영역을 통과하며 상기 환봉형 소재의 외주면을 연속 치차 가공하게 되는 평형부치형영역을 거쳐, 웜축으로 가공된 영역이 배출되는 탈락부치형영역에 의해 상기 환봉형 소재 외주면을 웜축 가공하되,

상기 진입부치형영역의 길이와 평형부치형영역의 길이와 탈락부치형영역의 길이는 3:2:1의 비율로 형성하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 한 조를 구성하는 롤형 다이스의 고정성 및 가동성 유무로 구분하지 않는 상태에서 한 조의 롤형 다이스를 공급되는 환봉형 소재의 직경을 고려하여 이격시킨 상태에서 상기 환봉형 소재의 지속적인 전진 이송에 의한 치차 가공이 가능하게 되는 효과를 기대할 수 있다.

또한, 본 발명은 웜축을 가공할 때 롤형 다이스에서, 환봉형 소재가 진입하게 되는 진입부치형영역과 소재의 외주면을 가공하게 되는 평형부치형영역 및 환봉형 소재의 가공 영역이 탈락 즉 배출되는 탈락부치형영역의 영역길이비를 3;2;1로 설정하여 환봉형 소재 진입시 부드러우면서도 롤형 다이스에 과부하가 발생되지 않도록 하며 치차 가공이 이루어지도록 하여, 가공의 용이성을 확보할 수 있는 효과를 기대할 수 있다.

도 1은 본 발명의 롤형 다이스의 개괄적 단면도
도 2는 본 발명의 롤형 다이스의 주요부 확대 단면도
도 3은 본 발명에서 롤형 다이스의 산형가공나사부를 확대 도시한 단면도
도 4 내지 도 5는 본 발명의 롤형 다이스가 적용된 장치를 이용하여 웜축을 전조 가공하는 것을 개괄적으로 도시한 도면

본 명세서에 개시되어 있는 본 발명의 개념에 따른 실시 예들에 대해서 특정한 구조적 또는 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시 예들을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로서, 본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 변경들을 가할 수 있고 여러 가지 형태들을 가질 수 있으므로 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함하며, 명세서 및 청구범위에 사용되는 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정 해석되지 않음은 물론, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 점에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다. 따라서, 본 발명의 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아닌바, 본 발명의 출원 시점에 있어서 이를 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 가능하거나 존재할 수 있음을 이해하여야 할 것이다.

또한, 본 발명의 명세서에서 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 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하 본 발명의 바람직한 일실시 형태를 첨부하는 도면을 참조하여 설명한다.

본 발명은 웜축을 형성하기 위한 전조 방식 중, 롤링 방식을 채택하게 되며 그 완봉형 소재(10)의 외주면에 웜축(10') 형성을 위한 한 조의 롤형 다이스(100,100')에서 한 조의 롤형 다이스(100,100')에서 환봉형 소재(10) 진입을 가이드하기 위한 진입부치형영역(L1)과, 진입부치형영역(L1)을 통과하며 상기 환봉형 소재(10)의 외주면을 연속 치차 가공하게 되는 평형부치형영역(L2)을 거쳐, 웜축(10')으로 가공된 영역이 배출되는 탈락부치형영역(L3)에 의해 상기 환봉형 소재(10) 외주면을 웜축(10') 가공하되, 상기 진입부치형영역(L1)의 길이와 평형부치형영역(L2)의 길이와 탈락부치형영역(L3)의 길이로 순차적으로 짧아지도록 형성한다.

본 발명을 이루는 롤형 다이스(100,100')는 개괄적으로 도시하는 다이스고정장치(20)에 고정되는 것으로, 롤형 다이스(100)와 대향 되며 이격 구비되는 롤형 다이스(100')간 이격 거리는 가공하고자 하는 환봉형 소재(10)의 직경과 대응된다.

가공하고자 하는 환봉형 소재(10)의 직경과 대응되는 거리로 이격시킨 후 양측의 롤형 다이스(100,100')는 대향 고정된다.

또한 필요에 따라 즉, 가공 대상물인 환봉형 소재(10)의 두께에 따라 롤형 다이스(100,100')간의 이격 거리를 조정한 후 셋팅할 수 있음은 물론이다.

이와 같이 대향 구비되는 롤형 다이스(100,100')는 도 2에서 보는 것과 같이, 환봉형 소재(10)가 진입되기 위한 진입부치형영역(L1)과, 진입부치형영역(L1)을 거친 후 평활 영역으로 이루어지는 평형부치형영역(L2)을 이루고, 이어서 환봉형 소재(10)의 가공이 완료되어 웜축(10')으로 완성되는 영역을 배출시키게 되는 탈락부치형영역(L3)으로 이루어진다.

진입부치형영역(L1)은 전술한 것과 같이 환봉형 소재(10)의 원할한 진입을 위한 구간으로 설정된다.

진입부치형영역(L1)에서는 환봉형 소재(10)의 초기 진입이 이루어지며 웜 치차를 형성하는데 초벌 가공이 이루어지는 영역으로 진입시 과부하가 걸리게 되면 가공성이 불량하게 되고 롤형 다이스(10,10')의 전체적 수명을 해치는 결과를 가져오게 되므로, 부하없이 원할한 진입이 이루어져야 한다.

이를 위해 본 발명의 진입부치형영역(L1)은 비스듬하게 경사지는 형태를 취하게 되는데 그 경사각도는 평형부치형영역(L2)을 기준으로 하향각(θ_L1)은 2°로 설정하는 것이 바람직하다.

따라서, 환봉형 소재(10)가 완만한 경사를 이루며 하향각 2° 범위를 갖으며 대향되는 롤형 다이스(10,10') 사이로 진입되어질 때, 환봉형 소재(10) 단부는 부하가 크게 작용하지 않으며 부드럽게 진입되어 전조 가공이 이루어질 수 있다.

또한, 이와 같은 부드러운 진입 및 전조 가공의 원할성을 위해서 진입부치형영역(L1)의 다음 영역인 평형부치형영역(L2)으로 이어지는 길이를 상대적으로 길게 형성하게 되는데, 예컨데 평형부치형영역(L2) 보다는 진입부치형영역(L1)의 길이가 상대적으로 길게 형성하는 것이 바람직하며, 이와 같은 영역길이의 차이에 의해 본격적인 치차 가공이 이루어지는 평형부치형영역(L2)으로 환봉형 소재(10)가 넘어가기 이전에, 진입부치형영역(L1)에서 과부하 없이 환봉형 소재(10)의 외주면에 치차 형성을 위한 전조 가공이 이루어지게 되는 것이다.

아울러, 상기 진입부치형영역(L1)을 통과하는 환봉형 소재(10)의 전조 가공부위가 연이어 평형부치형영역(L2)을 거치며 완성되는 형태의 치차를 형성하게 되고, 이어서 연결되는 탈락부치형영역(L3)을 통하여 웜축(10')이 배출되는 과정을 거치게 된다.

상기 탈락부치형영역(L3)은 전술한 평형부치형영역(L2)의 길이보다 1/2의 길이영역으로 형성되도록 하여, 배출시 웜축(10')의 치차 손상이 발생 되지 않도록 하는 것이 바람직하다.

따라서, 상기 롤형 다이스(100,100')의 나사부 가공영역은 환봉형 소재(10)가 진입되며 전조 가공되는 진입부치형영역(L1)의 영역길이가 가장 길게 형성되어 있고 그 다음으로 평형부치형영역(L2)의 영역길이가 상기 진입부치형영역(L1)의 영역길이보다 상대적으로 짧게 형성되어 있으며, 평형부치형영역(L2)을 거쳐 연결되는 탈락부치형영역(L3)은 상기 평형부치형영역(L2)의 영역길이보다 더 상대적으로 짧게 형성되는 구간별 영역길이를 갖게 된다.(L1>L2>L3)

또한, 이러한 구간별 영역을 이루는 진입부치형영역(L1)과 평형부치형영역(L2)과 탈락부치형영역(L3)의 길이비율은 바람직하게는 3:2:1의 비율로 이루어지도록 하였다.

이와 같은 비율을 갖는 롤형 다이스(10,10')를 환봉형 소재(10)가 통과하며 가장 긴 영역의 길이를 갖는 진입부치형영역(L1)를 부하없이 진입하며 전조 가공된 후, 평형부치형영역(L2)에서 웜축의 나사산 형태로 완성되도록 가공되고, 탈락부치형영역(L3)에서 치차의 손상없이 빠르게 배출되는 과정을 거치게 되어, 전조 가공되는 웜축(10') 외주면의 나사산 가공의 불량성을 최소화할 수 있게 된다.

한편, 탈락부치형영역(L3)의 단부측의 하향각(θ_L2)는 상기 평형부치형영역(L2)을 기준으로 진입부치형영역(L1)의 경사를 이루는 하향각(θ_L1)보다 상대적으로 크게 형성 하여, 전조 가공된 웜축(10')이 탈락부치형영역(L3)을 빠져나올 때 웜축(10')의 나사산들을 이루는 치형 및 골과 롤형 다이스(10)의 치형(111) 및 골(112)들간의 간섭을 회피하도록 하는 것이 바람직하다.

아울러 롤형 다이스(10,10')의 외주면 전체에 걸쳐 형성되는 산형가공나사부(110)는 도 2의 확대도면에서 보는 것과 같다.

산형가공나사부(110)는 치형(111)과 골(112)로 연속되며 형성되는데, 상기 치형(111)의 경사면과 인접되는 치형(111)의 경사면을 이루는 각도(θ₁)는 29°로 설정하였으며, 상기 치형(111)과 골(112)의 중심선인 피치원(C)을 기준으로 치형(111)의 중심폭(W₁)은 골(112)의 중심폭(W₂)보다 상대적으로 넓게 형성하는 것이 바람직하다.

상기 경사면의 각도(θ₁)의 각도가 본 발명의 설정각도인 29°보다 작을 경우 절삭각이 크게 되어 환봉형 소재(10)의 진입부치형영역(L1)으로 진입되는데 상당한 하중을 받게 되며, 29°보다 클 경우에는 절삭각이 작아 하중을 적게 받는 대신에 환봉형 소재(10)를 완전하게 전조 가공하여 웜축(10')으로 형성하기 위해서는 롤형 다이스(100)의 전체 가공폭을 더 길게 형성하여야 하는 문제가 있다.

따라서 본 발명에서는 가장 바람직한 경사면의 각도(θ₁)는 29°로 설정하였다.

아울러 치형(111)과 골(112)의 피치원(C)을 기준으로 치형(111)의 폭(W₁)을 골(112)의 폭(W₂)보다 상대적으로 넓게 형성하여, 전조가공부하량을 적게 받을 수 있도록 하였으며 치수 정밀성이 우수하고 전조 성형이 양호한 웜축(10')을 얻을 수 있도록 하였다.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않음은 물론이며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 기술적 지식을 가진 자에 의해 상기 기재된 내용으로부터 다양한 수정 및 변형이 가능할 수 있음은 물론이다.

따라서 본 발명에서의 기술적 사상은 아래에 기재되는 청구범위에 의해 파악되어야 하되 이의 균등 또는 등가적 변형 모두 본 발명의 기술적 사상의 범주에 속함은 자명하다 할 것이다.

한편, 상기한 본 발명으로 웜축을 가공하는 데 있어 다이스의 방향을 반대로 하여 웜축의 기어 방향을 오른쪽 또는 왼쪽으로 선택하여 가공할 수 있는 것은 물론이다.

10; 환봉형 소재
10'; 웜축
20; 다이스고정장치
100, 100'; 롤형 다이스
110; 산형가공나사부
111; 치형
112; 골
L1; 진입부치형영역
L2; 평형부치형영역
L3; 탈락부치형영역

Claims (6)

1. 환봉형 소재(10)의 외주면의 치차 형성에 의해 웜축(10')으로 가공하기 위하여, 상기 환봉형 소재(10)가 진입되며 외주면에 치차 가공되도록 구성되는 한 조의 롤형 다이스에 있어서,
   상기 한 조의 롤형 다이스(100,100')로 환봉형 소재(10) 진입을 가이드하기 위한 진입부치형영역(L1)과, 진입부치형영역(L1)을 통과하며 상기 환봉형 소재(10)의 외주면을 연속 치차 가공하게 되는 평형부치형영역(L2)을 거쳐, 웜축(10')으로 가공된 영역이 배출되는 탈락부치형영역(L3)에 의해 상기 환봉형 소재(10) 외주면을 웜축(10') 가공하되,
   상기 진입부치형영역(L1)의 길이와 평형부치형영역(L2)의 길이와 탈락부치형영역(L3)의 길이로 순차적으로 짧아지는 것을 특징으로 하는, 웜축 가공을 위한 롤형 전조 다이스.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 진입부치형영역(L1)의 길이와 평형부치형영역(L2)의 길이와 탈락부치형영역(L3)의 길이는 3:2:1의 비율을 이루는 것을 특징으로 하는, 웜축 가공을 위한 롤형 전조 다이스.
   
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 진입부치형영역(L1)은 평형부치형영역(L2)을 기준으로 하향각 2°로 이루어지는 것을 포함하는, 웜축 가공을 위한 롤형 전조 다이스.
   
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 롤형 다이스(100,100')의 외주면 전체에 걸쳐 형성되는 산형가공나사부(110) 치형(111)의 경사면과 인접되는 치형(111)의 경사면을 이루는 각도(θ₁)는 29°로 설정하는 것을 포함하는, 웜축 가공을 위한 롤형 전조 다이스.
   
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 치형(111)과 골(112)의 중심선인 피치원(C)을 기준으로 치형(111)의 중심폭(W₁)은 골(112)의 중심폭(W₂)보다 상대적으로 넓게 형성하는 것을 포함하는, 웜축 가공을 위한 롤형 전조 다이스.
   
6. 제 3 항에 있어서,
   탈락부치형영역(L3)의 단부측의 하향각(θ_L2)은 상기 평형부치형영역(L2)을 기준으로 진입부치형영역(L1)의 경사를 이루는 하향각(θ_L1) 보다 상대적으로 크게 형성하는 것을 포함하는, 웜축 가공을 위한 롤형 전조 다이스.
   
   

Images