KR102000115B1 - 내측 기어 톱니를 절삭하거나 기계가공하는 방법, 운동 변화 장치 및 공작기계 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자신의 회전축을 중심으로 회전가능하고 반경방향으로 자유 공간의 범위를 한정하는 공작물에 내측 기어 톱니를 칩-제거식으로 창성하거나 기계가공하는 방법에 관한 것으로서, 상기 자유 공간은 내측 톱니 부분을 넘어서 한 쪽으로 축방향으로 뻗어 있으며 상기 자유 공간의 반경방향의 폭은 적어도 하나의 위치에서의 축방향 연장부의 방향으로 좁아진다. 자신의 회전축을 중심으로 회전 운동하도록 구동되는 외측 톱니 공구가 상기 회전축들이 일정 각도로 교차된 상태로 반대쪽으로부터 내측 톱니 부분과 롤링 결합(rolling engagement)하게 된다. 기계적인 힘을 가함으로써, 상기 과정에서 만들어지며 원심력을 받는 칩이 원심력의 근원에 반대로 향하는 방식으로 폭이 좁아지는 구역으로 자신의 운동을 변화시키게 된다.

Description

내측 기어 톱니를 절삭하거나 기계가공하는 방법, 운동 변화 장치 및 공작기계{METHOD FOR CUTTING OR MACHINING INTERNAL GEAR TEETH, MOTION CHANGING DEVICE AND MACHINE TOOL}

본 발명은 자신의 회전축을 중심으로 회전가능하고 반경방향으로 자유 공간의 범위를 한정하는 공작물에 내측 기어 톱니를 칩-제거식 창성(chip-removing generation)하는 방법 또는 기계가공하는 방법에 관한 것으로서, 상기 자유 공간은 내측 톱니 부분을 넘어서 적어도 한 쪽으로 축방향으로 뻗어 있으며 상기 자유 공간의 반경방향 폭은 적어도 하나의 위치에서 축방향 연장부의 방향으로 좁아진다. 본 발명은 또한 상기 방법을 수행할 능력을 가진 공작기계 뿐만 아니라, 상기 방법을 실행하는데 사용되도록 설계된 운동 변화 장치(motion-changing device)에 관한 것이다.

상기한 종류의 내측 톱니 공작물은, 예를 들면, 자동차 산업에서 자동 변속기, 예를 들면, 8단 변속기 또는 9단 변속기용 구성요소로서 제작되고 있고, 기어 성형 공정을 통하여 만들어진다. 자유 공간의 반경방향 폭이 좁아지는 것은, 예를 들면, 커플링 슬리브를 수용하는 역할을 하는 내측 톱니 후방의 공작물의 내측에 있는 오목부로부터 비롯된다.

본 발명은 특히 제조의 관점에서 개량된 상기한 종류의 방법의 더욱 발전된 형태를 제안하는 목적을 가지고 있다.

방법 지향 관점(method-oriented point of view)에서, 이 과제는 본질적으로 자신의 회전축을 중심으로 회전운동하도록 구동되는 외측 톱니 공구(externally toothed tool)가, 상기 회전축들이 영(zero)이 아닌 각도로 서로 교차된 상태로, 반대쪽으로부터 내측 기어 톱니와 롤링 결합(rolling engagement)하게 되고, 기계적인 힘의 작용을 통하여, 상기 공정에서 만들어지며 원심력을 받는 칩이 원심력의 근원에 반대로 향하는 방식으로 폭이 좁아지는 구역의 전방 부분으로 자신의 운동을 변화시키게 되는 개념을 통하여 본 발명에 의해 해결된다.

상기 회전축들이 일정 각도로 서로 교차하는, 외측 톱니 공구와의 롤링 결합을 통한 기어 톱니 창성 방법 자체는 알려진 공정이고, 상기 방법은, 예를 들면, DE　10　2011　009　027　A1에 주로 외측 톱니 공작물을 위한 공정으로 기술되어 있지만, 상기 방법은 원칙적으로 간단한 기하학적 설계형태의 내측 톱니 공작물을 만들기 위해서 이용될 수도 있다. 이러한 운동학적 개념(kinematic concept)하에서 작용하는 칩-절삭 기계가공 방법들 중의 하나는 스카이빙 휠(skiving wheel)에 의한 스카이빙 공정이고, 이것은 본 발명에 따른 방법을 실행하는 바람직한 방식을 대표한다. 출원인의 조직 내에서는, "스카이빙"이라는 용어 대신에 "파워 스카이빙(power skiving)"이라는 표현이 선호된다.

본 발명은, 원심력의 근원에 반대로 향하는 방식으로 폭이 좁아지는 위치의 전방 부분에서 칩에 작용하는 기계적인 힘을 도입하는 본 발명의 개념에 의해, 공작물이나 공구에 어떠한 손상을 입히지 않고서 상기한 운동학적 원리에 기초하는 방법을 실행할 수 있다는 놀라운 사실에 기초하고 있다. 3000 rpm 이상, 예를 들면, 3500 rpm에 이르는 속력의 가능성을 배제하는 것은 아니지만, 600　rpm보다 빠른 속력, 바람직하게는 1500 rpm보다 빠른 속력, 특히 2000 rpm보다 빠른 속력에 도달할 수 있는 공작물의 매우 빠른 회전 속력(공작물 직경과 회전축의 교차 각도에 좌우됨)으로 인해, 기계적인 힘을 칩에 작용시키는 본 발명의 개념없이는 공작물 및/또는 공구에 대한 손상이나 파손의 결과로 폭이 좁아지는 구역의 전방에서 공작물 내에 칩이 축적되는 것은 불가피하다. 칩에 작용하는 원심력은, 내측 기어에 의해 둘러싸인 자유 공간으로부터 칩을 날려 없애기 위한 단순한 기하학적 설계형태의 내측 톱니 공작물의 제조에 사용되는 공기 분출물(air jet)이 모든 칩을 제거하는데 더 이상 유효하지 않을 정도로 강하다.

본 발명의 방법에 의하면, 이러한 칩의 축적은 어떤 경우에도 충분히 방지할 수 있으므로, 공작물 또는 공구가 더 이상 손상되지 않을 것이다.

운동의 변화는 바람직하게는 칩의 방위각 속도 성분의 감소의 형태로 발생한다. 이러한 속도 성분이 감소함에 따라, 원심력이 이차함수적 비례(quadratic proportion)로 작아진다. 방위각 속도는 특히 하나 이상의 자릿수(order of magnitude)만큼 감소될 수 있고 실제로 거의 영으로 감소될 수 있다.

다른 실시례는 운동의 변화가 칩의 반경방향 안쪽으로 향하는 속도 성분을 발생시키는 것을 수반할 수 있다. 이것은 칩을 자유 공간의 반경방향으로 보다 중심 구역으로 신속하게 이동시키고, 이로 인해 칩의 제거가 다시 촉진된다.

특히 바람직한 실시례에서는, 기계적인 힘을 가하는 것에 의해 칩이 회전에 참여하지 않는 더 큰 질량의 충돌 대응물(collision partner)과 충돌하는 결과를 발생시킨다. 회전에 참여하지 않는 기준계(reference system)에 대해서, 상기 충돌 대응물은 충돌하는 칩에 대한 고정 장벽을 나타낸다.

폭 자체가 좁아지는 것이, 예를 들면, 계단의 형태로 발생할 수 있다. 구체적으로 말하면, 상기 계단은 공작물의 오목부의 반경방향으로 뒤쪽으로 향한 벽이 될 수 있다.

바람직하게는, 대형 충돌 대응물이 자유 공간의 공간상의 경계에 반경방향으로 근접하게 그리고 특히 공작물과 전혀 접촉하지 않게 위치되어 있다. 어쨌던, 추가적인 기능이 충돌 대응물에 부여되지 않는다면, 상기 충돌 대응물은 공작물 및 공작물의 회전 운동에 영향을 미칠 수 없다.

대형 충돌 대응물이 폭이 좁아지는 위치에 축방향으로 근접해 있지만, 특히 공작물과 전혀 접촉하지 않게 위치되어 있는 것이 더욱 바람직하다. 이것은 기계적인 힘을 가하는 것이 그 목적을 실현할 것이라는 신뢰성을 증가시킨다. 자유 공간이 폭이 증가하는 위치를 포함하면, 충돌 대응물이 폭이 증가하는 위치에 근접해 있지만, 특히 공작물과 전혀 접촉하지 않게 위치되어 있는 것이 마찬가지로 바람직하다. 다시 말해서, 충돌 대응물이 공작물의 오목부에 의해 만들어져 있는 상기 공간을 봉쇄시킨다.

바람직하게는, 상기 충돌 대응물이 내측 기어 톱니의 구역에서 자유 공간을 통하여 뻗어 있는 위치에 유지되어 있으며, 유지 장치는 공구로부터 떨어져서, 상기 구역에 위치되어 있다. 따라서, 내측 기어 톱니에 의해 둘러싸인 공간은 통상적으로 자유 공간의 이용가능한 반경방향 폭의 3분의 1 내지 3분의 2를 차지하는 외측 톱니 공구 이외에 추가적인 대상물에 의해 차지된다. 이러한 배치의 결과로 존재하는 상기 공구와 상기 대상물 사이의 충돌의 위험은 상기 공구와 상기 대상물 사이의 적절한 안전 거리를 허용함으로써 감소된다.

따라서 대형 충돌 대응물이 할당된 위치에 도달한 후에만 공작물과 공구를 서로 작동 결합상태(operating engagement)로 이동시키는 것이 바람직하다.

실용적인 조치로서, 칩에 축방향 속도 성분을 부여하기 위해서, 유체, 특히, 공기의 흐름(stream)이 자유 공간이, 특히, 공작물 축의 수평방향의 배치로 뻗은 방향으로 자유 공간을 통하여 보내진다.

장치 지향 관점(apparatus-oriented point of view)에서, 공작물의 내측 기어 톱니를 창성하거나 다듬질하는 기계가공 공정에서 발생된 칩의 운동을 변화시키는 장치가 제안되어 있고 보호하에 있으며, 상기 장치는, 내측 기어 톱니에 의해 반경방향으로 범위가 한정되어 있는 자유 공간을 통하여 축방향으로 뻗어 있는 목부분, 상기 목부분의 자유 단부에서 반경방향으로 돌출되어 있으며 칩과의 충돌을 위해 설계된 충돌면을 가지고 있는 머리부분, 그리고 상기 목부분의 반대쪽 단부에 인접해 있으며 운동 변화 장치(motion-changing device)를 축방향으로의 운동의 제1 벡터 성분과 제1 벡터 성분과 독립적인 반경방향의 제2 벡터 성분을 가진 운동 변화 장치의 유도 운동(guided movement)을 가능하게 하는 이동가능한 지지 장치에 결합시키도록 설계된 베이스 부분을 포함하고 있다.

상기 장치의 목부분은 실제 충돌 대응물을 나타내고 기계가공 공정 동안 내측 기어 톱니에 의해 둘러싸인 자유 공간에서 공구와 평행한 위치를 차지하는 머리부분을 유지하는 부분이다. 머리부분으로부터 멀어지게 향하는 쪽에서는, 상기 운동 변화 장치가 운동 변화 장치를 요청된 위치로 이동시킬 수 있는 이동가능한 지지 장치에 결합되도록 설계된 베이스 부분과 인접해 있다.

특히 바람직한 실시례에서는, 상기 머리부분의 축방향 크기는 공작물의 내측 톱니 구역을 넘어서 뻗어 있는 반경방향으로 범위가 한정된 자유 공간의 외형에 적어도 부분적으로 맞추어져 있다. 이것은 기계적인 힘을 가하는 것이 그 목적을 실현할 것이라는 신뢰성을 다시 증가시킨다.

머리부분의 충돌면은 원칙적으로 반경방향으로 배향될 수 있다. 그러나, 본 발명은 상기 충돌면이 반경 방향에 대해 적어도 부분적으로 경사지고 그 결과 칩을 위한 경사로(ramp)로서 작용하는 경우도 포함한다.

머리부분의 방위각 크기는 마찬가지로 공구에 대한 공간적인 요건에 의해서만 제한된다. 원칙적으로, 공작물의 고회전수(high rpm rate)로 인해, 작은 각도 폭(angular width), 다시 말해서, 반경방향의 크기와 동일한 정도의 머리부분의 방위각 크기는 충분하다. 그러나, 상기 머리부분은 30°이상, 심지어 60°이상, 특히 90°이상, 또는 심지어 120°이상과 같은 큰 각도에 걸쳐서 방위각 방향으로 뻗어 있을 수 있다. 또한, 상기 머리부분은 복수의 부분으로 구성될 수도 있다. 다시 말해서, 서로 방위각 방향으로 분리된 수 개의 머리부분이 있을 수 있다.

특히 바람직한 실시례에서는, 상기 머리부분이 제거가능하고 특히 교환가능하다. 이로 인해 상기 운동 변화 장치가 베이스 부분을 분리하지 않고서 많은 상이한 공작물에 맞추어질 수 있다.

본 발명은 또한 각각의 머리부분이 축방향 크기 및 반경방향의 돌출부의 크기에 있어서 서로 다른 복수의 운동 변화 장치를 제공한다. 이로 인해 각각의 자유 공간이 기하학적으로 범위가 한정되는 방식으로 서로 다를 수 있는 각각 상이한 많은 공작물에 적절한 운동 변화 장치를 제공할 수 있으므로, 각 경우에 있어서 최적화된 기계적인 힘을 가하는 것이 달성될 수 있다.

또한, 장치 지향 관점에서, 공작기계가 제안되어 있고 보호하에 있다. 이것은 자신의 회전축을 중심으로 회전운동하도록 구동될 수 있는 공작물에 내측 기어 톱니를 창성하거나 다듬질하고, 자신의 회전축을 중심으로 회전운동하도록 구동될 수 있으며 상기 회전축들이 일정 각도로 서로 교차된 상태에서 상기 내측 기어 톱니와 롤링 결합하도록 설계되어 있는 외측 톱니 공구를 이용하는 공작기계이고, 상기 공작기계는 내측 톱니 공작물이 고정될 수 있는 공작물 스핀들을 가지고 있고, 공구가 고정될 수 있는 공구 스핀들을 가지고 있고, 제1 직선 변위축을 가지고 있고, 상기 제1 직선 변위축을 따라서 공작물의 회전축과 평행하게 뻗은 방향 성분에 의해 상기 공작물 스핀들과 상기 공구 스핀들 사이의 상대 위치가 변경될 수 있고, 제2 직선 변위축을 가지고 있고, 상기 제2 직선 변위축을 따라서 공작물의 회전축과 공구의 회전축 사이의 거리가 변경될 수 있고, 그리고 회전축을 가지고 있고, 상기 회전축에 대해서, 공작물의 회전축과 공구의 회전축 사이의 교차 각도가 변경될 수 있다. 상기 공작기계는 이동가능한 지지 장치에 의해 상기한 구성 중의 하나에 따른 장치가 제1 직선 변위축에 평행한 운동의 제1 벡터 성분 그리고 특히 상기 제1 벡터 성분과 독립적이고, 상기 상기 제1 벡터 성분과 직교하는 제2 벡터 성분을 가지는 상태로 이동될 수 있다는 점에서 본질적으로 차이를 나타낸다.

본 발명에 따른 상기 공작기계의 장점은 본 발명의 방법의 장점의 결과이고, 상기 공작기계는 충돌 대응물을 형성하는 운동 변화 장치의 위치결정을 위해 필요한 운동축을 가지도록 설계되어 있다.

또한, 본 발명의 영역 내에서, 상기 공작기계가 상기한 방법 지향의 여러 실시형태들 중의 하나에 따른 방법을 실행하는데 있어서 상기 공작기계를 제어하도록 설계되어 있는 제어 장치를 포함한다.

본 발명의 다른 장점, 두드러진 특성 및 세부사항은 첨부된 도면에 관한 아래의 설명으로부터 명확하게 될 것이다.
도 1은 공작기계의 운동의 축을 포함하는 사시도를 나타내고 있고;
도 2는 도 1의 공작기계의 일부분의 수평방향의 단면도를 나타내고 있고;
도 3은 도 2의 확대 상세도를 나타내고 있고; 그리고
도 4는 도 3의 더욱 확대된 부분을 나타내고 있다.

상부 사시도인 도 1은 공작기계의 운동의 축이 표시되어 있는 공작기계의 일부분을 나타내고 있다. 공작기계(100)는 공작물의 기계가공을 위해서 설계되어 있으며, 공작물에 기어 톱니를 창성하는 것은, 공작물과 공구의 각각의 회전축이 일정 각도로 서로 교차하는 공구와 공작물 사이의 절삭 결합(cutting engagement)에 의해 이루어진다. 도시된 예에서 공작기계는 내측 기어 톱니의 스카이빙을 위해서 사용되며 스카이빙 머신이라고 칭한다.

스카이빙 머신(100)은 스카이빙 머신의 머신 설치대(machine bed)의 고정된 위치에 회전가능하게 지지되어 있는 공작물 스핀들(2)을 가지고 있고, 공작물의 회전을 위한 회전축은 C로 표시되어 있다. 공작물 스핀들의 축과 평행하게 뻗어 있는 직선 변위축 Z를 따라서 상기 머신 설치대에 대해서 이동가능한 수평방향의 캐리지(4)가 공구와 결합되어 있다.

수평방향의 캐리지(4)는 수평방향의 캐리지(4)의 직선 변위축 Z와 수직으로 뻗어 있는 제2 직선 변위축 X를 따라서 이동가능한 다른 수평방향의 캐리지(6)를 떠받치고 있다. 따라서 수평방향의 캐리지(4)와 수평방향의 캐리지(6)는 크로스-슬라이드 장치(cross-slide arrangement)를 형성한다.

공구 스핀들(10)을 유지하는 또 다른 선형 캐리지(8)가 제2 직선 변위축 X와 평행하게 뻗어 있는 회전축 A를 중심으로 회전하는 능력을 가지도록 배열되어 있다. 따라서 회전가능한 캐리지(8)의 직선 변위축 Y는 회전축 A를 중심으로 하는 회전 운동의 회전 위치(swivel position)에 의해 결정된다. 공구는 직선 변위축 Y와 평행하게 뻗어 있는 축 B를 중심으로 회전한다. 따라서, 회전축 A를 중심으로 회전하는 능력을 가지는 상태에서, 공작물의 내측 기어 톱니의 창성과 기계가공을 위해 상기 축들의 교차 각도가 정해진다.

도시된 예에서는, 공작물 스핀들의 회전축 C와 공구 스핀들의 회전축 B의 각각에 대해서 직접 구동이 제공된다. 통상적인 관례에 따르면, X, Y, Z축 상에서의 운동과 A, B, C축을 중심으로 한 운동은 컴퓨터식 수치 제어(CNC:computerized numerical control)하에서 실행된다. 지금까지 기술한 공작기계의 구성은 알려진 최신 기술에 속한다. 내측 또는 외측 기어 톱니의 스카이빙에 더하여, 상기 공작 기계는 또한 축들이 일정 각도로 교차하는 하드-피니싱 작업(hard-finishing operation)에 적합하고, 그리고 셰이빙 작업(shaving operation)(소프트 셰이빙)에도 적합하다.

그러나, 스카이빙 머신(100)은 공구 캐리지 장치(4, 6, 8)의 반대쪽에 공작물 스핀들의 회전축 C와 공구 스핀들의 회전축 B의 각각에 의해 한정되는 평면에 대해서 다른 운동 장치를 포함하고 있다. 이 다른 운동 장치는 캐리지(14)가 제1 직선 변위축 Z와 평행하게 뻗어 있는 제4 직선 변위축 Z4를 따라서 머신 설치대(machine bed)상에서 이동가능하게 제한된 상태의 크로스-슬라이드 장치(12, 14)로서 실현된다. 수평방향의 캐리지(14)는 다른 수평방향의 캐리지(12)를 떠받치고 있고, 수평방향의 캐리지(12)의 직선 변위축 X2는 스카이빙 머신(100)의 제5 직선 변위축으로서 제2 직선 변위축 X와 평행하게 뻗어 있다. 엄격하게 요구되는 것은 아니지만, 축 X2와 축 X의 유사성 뿐만 아니라 축 Z4와 축 Z의 유사성이 있는 것이 유리하다. 본 실시례에서, 수평방향의 캐리지(12)와 수평방향의 캐리지(14) 중의 하나는 제1 직선 변위축 Z에 평행한 벡터 성분을 가진 운동을 실행할 수 있는 반면에, 수평방향의 캐리지(12)와 수평방향의 캐리지(14) 중의 다른 하나는 제2 직선 변위축 X의 방향의 벡터 성분을 가진 운동을 수행할 수 있다는 것이 중요하다. 수평방향의 캐리지(12)와 수평방향의 캐리지(14)의 구동 기구는 스카이빙 머신(100)의 CNC 제어하에서 비슷하게 작동한다.

도 2에서 보다 명확하게 볼 수 있는 것과 같이, 축 X2를 따라서 이동가능한 수평방향의 캐리지(12)는 반경방향으로, 다시 말해서, 축 X2 방향으로 뻗어 있는 아암(16)을 가지고 있고, 상기 아암(16)은 공구 스핀들에 고정되어 있는 공구(50)쪽으로 뻗어 있다. 이러한 배치상태에서, 아암(16)은, 도 2에 도시된 위치에서, 공구 또는 공구 스핀들과 아암(16) 사이에 접촉이 일어나지 않을 정도로 충분히 작은 축방향 크기로 제공되어 있다.

운동 변화 장치가 아암(16)에 착탈가능하게 부착되어 있고, 상기 운동 변화 장치의 형태와 기능은 도 3과 도 4의 확대도를 참고하여 아래에 기술되어 있다.

도 3과 도 4에서, 내측 기어 톱니가 형성되고 있는 공작물은 참고 번호 20으로 표시되어 있다. 공작물(20)의 내측 기어(22)에서, 참고 번호 24는 도 4의 도면을 형성하는 축방향 단면에 놓여 있는 톱니를 나타낸다. 도 2 내지 도 4에서 내측 기어(22)의 왼쪽에 그리고 내측 기어(22)에 바로 인접하여, 오목부(26)가 공작물(20)에 형성되어 있기 때문에, 공작물에 의해 반경방향으로 둘러싸여 있는 공간(40)이 이 위치에서 반경방향으로 뻗어 있다. 오목부(26)의 뒤쪽 경계에는, 상기 공간(40)이 상보적인 폭이 좁아지는 테이퍼(taper) 형태를 가지고 있는 결과로서, 공작물(20)이 이에 상응하게 링 형상의 벽(28)을 가지고 있다. 공작물에 의해 둘러싸인 상기 공간(40)에서, 상기 구역의 공간 부분(48)의 직경은 상기 공간 부분(48)과 내측 기어에 의해 경계가 한정되어 있는 공간 부분(42)의 사이에 축방향으로 놓여 있는 공간 부분(46)의 직경보다 더 작다.

도 2에서 볼 수 있는 것과 같이, 아암(16)은, 그 기능에 기초하여, 아래에서 칩 스토퍼(30)라고 칭하는 착탈가능하게 부착된 장치를 지탱하고 있다. 칩 스토퍼(30)는 구멍을 가진 베이스 부분(32)을 가지고 있고, 상기 구멍을 통하여 칩 스토퍼가 나사와 같은 고정 수단에 의해 아암(16)에 연결되어 있다. 베이스 부분(32)에 인접하여, 칩 스토퍼의 목부분(34)이 스카이빙 공구(50)의 외측 기어 톱니(52)가 배치되어 있는 상기 공간(40)의 공간 부분(42)을 통하여 축방향으로 뻗어 있다. 따라서, 기계가공하는 동안, 칩 스토퍼(30) 뿐만 아니라 작동하는 스카이빙 공구(50)가 내측 기어(22)에 의해 둘러싸여 있는 공간 부분(42)에 동시에 존재한다.

도 4에서 보다 명확하게 볼 수 있는 것과 같이, 목부분(34)의 자유 단부에 반경방향 바깥쪽으로 돌출하여 공작물(20)의 오목부(26)로 뻗어 있는 칩 스토퍼(30)의 머리부분(36)이 배치되어 있다. 도시된 예에서, 칩 스토퍼(30)의 머리부분(36)은 오목부(26)를 폐쇄시키고 이 위치에서 상기 공간 부분(46)을 다르게 이용할 수 있는 자유 공간에서 봉쇄된 공간으로 변화시킨다.

아래에는 칩 스토퍼(30)의 기능이 설명되어 있다.

실행될 기계가공 공정에 의해 요청되는 것과 같이, 상기 공구(50)가 공작물(20)에 대해서 도 3에 도시된 위치로 이동되기 전에, 상기 공구(50)가 여전히 후퇴 위치(retracted position)에 있는 동안 수평방향의 캐리지(14)와 수평방향의 캐리지(12)를 직선 변위축 Z4와 직선 변위축 X2를 따라서 이동시킴으로써 칩 스토퍼(30)가 도 3에 도시된 위치로 이동된다. 직선 변위축 Z4를 따라 움직이는 운동은 공작물 축을 향하는 방향에 있어서 도 3에 도시된 위치로부터 반경방향으로 이탈된 수평방향의 캐리지(12)에 의해 발생한다. 머리부분(36)이 링 형상의 벽(28)과 접촉하여 오목부(26)를 폐쇄시킬 때까지 머리부분(36)이 오목부(26)를 직접 대면하는 위치에 도달한 후에만 수평방향의 캐리지(12)가 반경방향 바깥쪽으로 이동된다.

이와 같이 칩 스토퍼(30)가 상기 위치로 이동된 후, 또는 어떤 경우에서도 자유 공간(40)에서 칩 스토퍼를 위치시킨 다음 외측 톱니 공구(50)를 제위치로 이동시키기 위해서 충분히 남아있는 자유 공간을 이용한 후, 내측 톱니 기어(22)를 창성하기 위해서 이용가능한 축에 대해서 제어된 운동을 통하여 공작물과 공구를 회전시킴으로써 종래의 스카이빙 공정에서와 같이 상기 공구(50)가 공작물(20)과의 작동 결합상태(operating engagement)로 된다.

칩 스토퍼(30)가 없으면, 칩이 공작물의 고회전수(high rpm-rate)로 인한 빠른 회전 속도와 이로 인한 원심력을 받을 때 기계가공 공정에서 만들어진 칩의 일부가 공간 부분(48)을 통하여 칩을 날려 없애기 위해서 제공되는 압축 공기 분출물(compressed air jet)(도면에 도시되어 있지 않음)에 의해 자유 공간(40)으로부터 제거되지 않고, 결국에는 오목부(26)에 남아서 더 이상 벽(28)을 치우지 못하게 될 수 있다. 오목부(26)에 칩이 축적되면 종국적으로 공구(50)의 작동 구역에 도달하게 되고, 그 결과, 공구 뿐만 아니라 방금 창성된 공작물이 손상을 받거나 심지어 파손될 수도 있다. 이것이 폭이 점점 좁아지는 자유 공간을 가진 공작물이 스카이빙에 의해 미리 만들어질 수 없는 이유이기도 하다.

그러나, 칩 스토퍼(30)가 공작물과 평행한 위치로 이동되는 결과로, 머리부분(36)이 대응하는 방위각 위치에서 오목부(26)를 봉쇄시킨다. 이것은, 칩의 질량이 칩 스토퍼의 질량보다 훨씬 작기 때문에, 오목부(26)에 축적될 수 있는 임의의 칩이 칩 스토퍼(30)와 충돌하여 칩의 방위각 속도가 이전의 빠른 속도에 비해 현저하게 감소되고, 심지어 충돌면이 형성된 후에는 거의 영의 수준으로 감소되는 결과를 가져온다. 결과적으로, 칩에 작용하는 원심력이 실질적으로 영으로 감소되고, 칩은 사용중인 압축 공기의 작용에 의해 자유 공간(40)의 외부로 비슷하게 이동된다.

비록 도면에 도시되어 있지는 않지만, 머리부분(36)의 충돌면은 반경방향 내측 부분이 공작물 회전 방향에서 방위각 방향으로 물러나는 방식으로 반경 방향에 대해 경사질 수 있다. 따라서 충돌면은 평면일 필요가 없으며, 만곡될 수도 있다. 이러한 경사진 배향(orientation)으로 인해, 충돌면과의 충돌이 칩에 반경방향 안쪽으로 향하는 속도 성분을 부여하기 때문에, 칩이 압축 공기 흐름에 의해 보다 신속하고 효과적으로 포획되어 상기 공간(40)을 떠날 수 있다. 그러나, 칩 스토퍼(30)는 심지어 충돌면의 정확한 구성과 관계없이 효과적인 것으로 판명되었다.

제안된 칩 스토퍼에 의하면, 스카이빙 공정에 대한 적용 분야가 상기한 구성의 내측 기어 톱니를 가진 공작물로 확장된다.

또한, 형상과 재료의 적절한 선택에 의해, 칩 스토퍼(30)가, 예를 들면, 뒤쪽 톱니 가장자리의 디버링(deburring)과 같은 추가적인 기능을 제공할 수도 있다. 칩 스토퍼가, 특히 내측 기어 톱니 뒤에 놓인 공작물의 외형, 예를 들면, 오목부(26) 자체도 창성하는 절삭 공구(turning tool)로서 사용될 수도 있다. 따라서, 오목부(26)와 내측 기어(22)는, 예를 들면, 동시에 유사한 작업으로 창성될 수 있고, 이로 인해, 공작물을 제작하는데 필요한 총 기계가공 시간이 현저하게 감소된다. 디버링에 관해서, 상기한 것과 같이 내측 기어(22)를 창성하고 그 다음에 상기 가장자리에서 축방향으로 뻗어 나온 재료를 제거하는 (필요하다면, 이 작업 단계 동안, 상기 스카이빙 공구(50)를 후퇴시킨다) 제거기(deburrer)로서의 기능도 수행하도록 설계되어 있는 칩 스토퍼(30)를 사용하는 가능성을 가지고 있다. 아마도, 디버링하는 칩 스토퍼(30)의 반경방향 운동(축 X2를 따르는 방향으로 향하는 운동)을 위해 더 큰 공간을 제공하기 위해서 스카이빙 공구(50)가 후퇴될 수 있다. 디버링 작업후에, 더버링의 결과로 톱니 가장자리의 구역에서 방위각 방향으로 돌출된 나머지 재료를 제거하기 위해서 스카이빙 공구가 최종 패스(pass)에서 이뿌리면(tooth flank)을 따라서 한 번 더 이동될 수 있다.

본 발명이 도시된 예의 도움을 받아 설명한 구체적으로 실현된 실시례로 제한되는 것은 아니다. 오히려, 개별적으로 또는 조합 형태로 사용된, 상기 설명과 청구항에 개시된 특징이 본 발명을 상이한 실시례로 실현하는데 있어서 필수적인 사항이 될 수 있다.

Claims (19)

1. 자신의 회전축(C)을 중심으로 회전가능하고 반경방향으로 자유 공간(40)의 범위를 한정하는 공작물(20)에 내측 기어 톱니(22)를 칩-제거식으로 창성하거나 기계가공하는 방법으로서, 상기 자유 공간은 상기 내측 기어 톱니가 형성된 내측 톱니 부분을 넘어서 한 쪽으로 상기 회전축(C)에 평행한 축방향으로 뻗어 있으며 상기 자유 공간의 반경방향 폭은 적어도 하나의 위치에서 축방향 연장부의 방향으로 좁아지는, 상기 방법에 있어서,
   상기 방법을 수행하기 위해서, 자신의 회전축(B)을 중심으로 회전운동하도록 구동되는 외측 톱니 공구(50)가 상기 회전축들이 일정 각도로 교차된 상태에서 반대쪽으로부터 내측 톱니 부분과 롤링 결합하게 되고, 기계적인 힘을 가함으로써, 칩-제거식으로 창성하거나 기계가공하는 과정에서 만들어지며 원심력을 받는 칩은 칩에 작용하는 원심력이 영으로 감소되는 방식으로 폭이 좁아지는 구역으로 자신의 운동을 변화시키게 되는 것을 특징으로 하는 방법.
2. 제1항에 있어서, 운동의 변화는 칩의 접선 속도 성분의 감소를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 운동의 변화는 칩의 반경방향 안쪽으로 향하는 속도 성분을 발생시키는 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 기계적인 힘을 가하는 것은 칩이 회전에 참여하지 않는 더 큰 질량의 충돌 대응물(30, 36)과 충돌하는 결과로서 발생하는 것을 특징으로 하는 방법.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 폭이 좁아지는 것이 계단(28)의 형태로 발생하는 것을 특징으로 하는 방법.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 자유 공간(46)의 반경방향 폭은 폭이 좁아지는 위치의 앞에서 그리고 폭이 좁아지는 위치로부터 축방향으로 떨어져서 증가하는 것을 특징으로 하는 방법.
7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 충돌 대응물(30, 36)은 자유 공간의 공간상의 경계에 반경방향으로 근접하게 위치되어 있는 것을 특징으로 하는 방법.
8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 충돌 대응물(30, 36)은 폭이 좁아지는 위치에 축방향으로 근접하게 위치되어 있는 것을 특징으로 하는 방법.
9. 제6항에 있어서, 충돌 대응물은 폭이 증가하는 위치에 근접하게 위치되어 있는 것을 특징으로 하는 방법.
10. 제1항 또는 제2항에 있어서, 충돌 대응물(30, 36)은 내측 기어 톱니의 구역에서 자유 공간(42)을 통하여 뻗어 있는 위치에 유지되어 있으며, 유지 장치는 공구(50)로부터 떨어져서, 상기 구역 내에 위치되어 있는 것을 특징으로 하는 방법.
11. 제1항 또는 제2항에 있어서, 유체, 또는 공기의 흐름은 자유 공간이 뻗은 방향으로 자유 공간을 통하여 보내지는 것을 특징으로 하는 방법.
12. 공작물의 내측 기어 톱니를 창성하거나 다듬질하는 기계가공 공정에서 발생된 칩의 운동을 변화시키는 장치(30)로서,
    - 내측 기어 톱니에 의해 반경방향으로 범위가 한정되어 있는 자유 공간을 통하여 축방향으로 뻗어 있는 목부분(34),
    - 상기 목부분의 자유 단부에서 반경방향으로 돌출되어 있으며 칩과의 충돌을 위해 설계된 충돌면을 가지고 있는 머리부분(36),
    - 상기 목부분의 반대쪽 단부에 인접해 있으며 운동 변화 장치(30)를 축방향으로의 운동의 제1 벡터 성분과 제1 벡터 성분과 독립적인 반경방향의 제2 벡터 성분을 가진 운동 변화 장치(30)의 유도 운동(guided movement)을 가능하게 하는 이동가능한 지지 장치에 결합시키도록 설계된 베이스 부분(32),
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
13. 제12항에 있어서, 상기 머리부분의 축방향 크기는 공작물의 내측 톱니 구역을 넘어서 뻗어 있는 반경방향으로 범위가 한정된 자유 공간의 외형에 적어도 부분적으로 맞추어져 있는 것을 특징으로 하는 장치.
14. 제12항 또는 제13항에 있어서, 상기 충돌면은 반경 방향에 대해 적어도 부분적으로 경사져 있는 것을 특징으로 하는 장치.
15. 제12항 또는 제13항에 있어서, 60°보다 큰, 또는 90°보다 큰, 또는 120°보다 큰 전체 방위각 범위에 걸쳐서 함께 뻗어 있는 방위각 방향으로 분리된 복수의 머리부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
16. 제12항 또는 제13항에 있어서, 하나 이상의 머리부분이 제거가능하거나 또는 교환가능한 것을 특징으로 하는 장치.
17. 제12항 또는 제13항에 따른 장치의 세트로서, 상기 장치의 각각의 머리부분이 축방향 크기 또는 반경방향 크기 또는 축방향 크기 및 반경방향 크기에 있어서 서로 다른 것을 특징으로 하는 장치의 세트.
18. 자신의 회전축을 중심으로 회전운동하도록 구동될 수 있는 공작물(20)에 내측 기어 톱니를 창성하거나 다듬질하고, 자신의 회전축을 중심으로 회전운동하도록 구동될 수 있으며 상기 회전축들이 일정 각도로 교차된 상태에서 상기 내측 기어 톱니와 롤링 결합하도록 설계되어 있는 외측 톱니 공구(50)를 포함하는 공작기계(100)로서,
    - 내측 톱니 공작물(20)이 고정될 수 있는 공작물 스핀들(2)을 포함하고 있고,
    - 공구(50)가 고정될 수 있는 공구 스핀들(10)을 포함하고 있고,
    - 제1 직선 변위축(Z)을 포함하고 있고, 상기 제1 직선 변위축(Z)을 따라서 공작물의 회전축과 평행하게 뻗은 방향 성분에 의해 상기 공작물 스핀들과 상기 공구 스핀들 사이의 상대 위치가 변경될 수 있고,
    - 제2 직선 변위축(X)을 포함하고 있고, 상기 제2 직선 변위축(X)을 따라서 공작물의 회전축과 공구의 회전축 사이의 거리가 변경될 수 있고, 그리고
    - 회전축(A)을 포함하고 있고, 상기 회전축(A)에 대해서, 공작물의 회전축과 공구의 회전축 사이의 교차 각도가 변경될 수 있는, 상기 공작 기계에 있어서,
    이동가능한 지지 장치(12, 14)에 의해 제12항에 따른 장치(30)가 제1 직선 변위축(Z)에 평행한 운동의 제1 벡터 성분을 가지는 상태로 이동될 수 있는 것을 특징으로 하는 공작기계.
19. 제18항에 있어서, 제1항의 방법을 실행하는데 있어서 상기 공작기계를 제어하도록 설계되어 있는 제어 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 공작기계.

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