KR102279986B1 - 원통형 및 프로파일링된 섹션들을 갖는 샤프트 형태의 워크피스를 완전 연삭하기 위한 방법 - Google Patents

원통형 및 프로파일링된 섹션들을 갖는 샤프트 형태의 워크피스를 완전 연삭하기 위한 방법 Download PDF

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Abstract

하나의 동일한 연삭 머신 상에 적어도 하나의 원통형 및 프로파일링된 부분을 각각 포함하는 워크피스를 연삭하는 방법이 기재되어 있다. 워크피스는 먼저 연삭 머신의 제 1 클램핑에서 제 1 연삭 작업으로 연삭되고, 제 1 클램핑이 해제되고 나면 상기 제 1 연삭 작업 이후에 제 2 연삭 작업이 뒤따르며, 제 2 연삭 작업의 시작 전에, 제 2 클램핑이 발생된다.

Description

원통형 및 프로파일링된 섹션들을 갖는 샤프트 형태의 워크피스를 완전 연삭하기 위한 방법
본 발명은 완전 가공 작업과 같은 하나의 동일한 연삭 머신 상에서 각각 적어도 하나의 원통형 및 프로파일링된 부분을 포함하는 샤프트형 워크피스를 연삭하기 위한 방법에 관한 것이다.
상기 본 발명의 구조 내에서, 샤프트형 워크피스들은 예를 들어 기어 샤프트, 유압 펌프나 유량계용 로터, 베인 펌프용 로터, 및 예를 들어 콤팩터, 송풍기, 진공 펌프 또는 이와 유사한 응용품용의 로터로서 이해되어야 한다. 그러나, 이하에 설명되는 본 발명은 캠샤프트, 크랭크샤프트 등과 같은 다른 샤프트 부품 상의 설계 샤프트형 워크피스의 더 넓은 해석의 관점에서 또한 사용되어야 한다. 예를 들어, 기어 샤프트와 같은 원통형 및 프로파일링된 부분이 있는 샤프트형 워크피스를 완전 연삭하기 위한 공지 방법의 경우, 필요한 절삭부위, 평탄면 및 직경은 일반적으로 별개의 작업 순서로 연삭되며 보통 하나의 머신에서 연삭된다. 대조적으로, 샤프트형 워크피스에 연삭될 프로파일 부분 또는 톱니는 별도의 머신에서 연삭된다. 생산 공정에서 연달아 빈번하게 배치되는 수 개의 머신들을 사용하면 툴링 머신에 많은 투자가 필요하며 생산 홀(production hall)의 공간이 추가로 필요하게 된다. 또한, 이러한 사항은 원통형 및 프로파일 부분들을 포함하면서 유사한 방식으로 각종 응용을 위해 연삭되는 로터 부품에도 적용된다.
한편, 하나의 머신 상에서 원통형 및 프로파일 부분들이 있는 샤프트형 워크피스를 연삭하는 것은 이미 개시되어 있다. 이 경우, 원통형 부분들의 연삭은, 예를 들어 다양한 직경을 갖는 인접한 원통형 외측 면들 사이에 존재하는 평탄한 숄더 면들의 연삭을 대체로 포함한다. DE　199　21　785　B4에는 적어도 하나의 디스크 형상 샤프트 부분을 갖는 샤프트 상의 볼록한 연장 표면들 및 외경을 연삭하기 위한 방법 및 이 방법을 구현하기 위한 대응 연삭 머신이 개시되어 있다. 연삭될 샤프트 부품은 원통형 부분 또는 원통형 부분들과 프로파일 부분들 모두에 대한 완전 가공의 측면에서 연삭되어야 한다. 프로파일 부분들은, 상기 문헌에 기재된 예시적 실시예에 따른 방법의 경우에, 볼록하게 만곡된 표면을 갖는 디스크 형상 샤프트 부분으로서 기재되어 있다. 이러한 볼록하게 만곡된 표면들은 프로파일 부분들을 제공한다. 이 개시된 방법은 모든 연삭 작업, 즉 디스크 형상 샤프트 부분 상의 볼록한 단부면 연장 표면들을 연삭하기 위한 일 연삭 작업과, 샤프트 부품에 대한 각각의 원하는 외경 또는 원통형 부분들을 연삭하기 위한 제 2 연삭 작업을 하나의 클램핑 위치에서 수행하도록 설계되어 있다. 이것은 전체 연삭 공정 동안에 워크피스가 적어도 워크피스 헤드스톡과 테일스톡 사이의 팁들 사이에서 고정된 상태로 유지된다는 것을 의미한다. 따라서, 상기 클램핑 위치는 전체 가공 작업 중에 해제되지 않는다.
WO　2012/100　307　A8에는 원통형 및 프로파일링된 부분들을 갖는 샤프트형 워크피스들을 완전 연삭하는 방법이 기재되어 있으며, 이 프로파일링된 부분들은 예를 들어 압축기의 로터를 위해 나선형으로 구현된 프로파일들이다. 상기 방법의 경우, 워크피스는 완전 가공 작업 동안에 고정적으로 클램핑된 상태를 유지하며, 이에 따라 클램핑 위치가 해제되지 않는다. 예비 연삭, 마무리 연삭, 스테디 레스트 시트 연삭, 원통형 부분 연삭 등과 관련하여 얼마나 많은 연삭 작업들이 수행되는지와 관계없이, 연삭 작업의 시작시에 워크피스의 클램핑 위치가 가정되며, 워크피스는 연삭 작업의 전체 지속 기간 동안 상기 클램프 위치에서 클램핑된 채로 유지된다.
또한, 이것은 오늘날 일반적으로 공지된 전문 기술에 해당하며, 이것에 따라 워크피스들이 하나의 머신 상의 하나의 단일 클램핑 위치에서 연삭됨으로써 엄격한 공차 및 향상된 치수 특성을 달성한다. 현재, 이 공지된 전문 기술은 각각의 리클램핑시에 발생할 수 있는 리클램핑 오류 때문에 생산 품질에 손실이 있는 것으로 가정한다.
DE　10　2010　005　630　A1에는 샤프트형 워크피스들이 이전에 인정된 WO 2010/100307 A8에 따라 처리될 수 있는 머신의 기본 기술 설계에 대해 기재되어 있다. 상기 공지된 연삭 센터의 경우, 전술한 것 이외에도, 호퍼 매거진(hopper magazine)이 워크피스가 완전히 클램핑된 상태를 유지하는 상기 연삭 센터에 의해 수행되는 완전 연삭 작업 동안에, 각각의 연삭 디스크의 교체에 필요한 냉각 제트 또는 냉각 제트 세트와 함께 배치될 수 있다는 것이 기재되어 있다.
한편, 본 발명의 목적은 연삭될 샤프트형 워크피스들과 같은 원통형 및 프로파일링된 부분들을 갖는 복잡한 부품의 생산 정밀도를 더욱 증가시키는데 있다.
상기 목적은 청구항 1에 따른 특징을 갖는 방법에 의해 달성된다. 적절한 추가 개발사항들은 종속항에 의해 정의된다.
적어도 하나의 원통형 부분 및 프로파일링된 부분을 각각 포함하는 워크피스들을 연삭하기 위한 본 발명에 따른 방법에 따르면, 이러한 완전 가공은 하나의 동일한 연삭 머신에서 수행된다. 이 경우, 워크피스는 연삭 머신 내의 제 1 클램핑 위치에서 제 1 연삭 작업으로 연삭되며, 그 후에 제 1 클램핑 위치가 해제되어 워크피스의 제 2 클램핑 위치가 생성되고 나면, 제 2 클램핑 위치에서 연삭된다.
본 발명에 따른 상기 작업 방법에서는, 동일한 머신 상에서 수행되는 클램핑이 개별 연삭 작업들 사이에서 목표된 방식으로 해제되고 나서, 사실상 워크피스가 처리 스테이션으로부터 제거되어야 하는 일 없이, 워크피스가 원칙적으로 동일한 클램핑 수단을 사용하여, 다른 처리를 위해 고정적으로 다시 클램핑된다. 당업자의 지식에 따른 일반적인 견해와는 달리, 놀랍게도 이러한 작업 방법의 경우, 클램핑 위치가 개별 연삭 작업들 사이에서 의식적으로 그리고 명확하게 해제되는 경우, 특히 치수 및 기하학적 공차와 관련하여 연삭 이후에 더욱 향상된 워크피스의 생산 품질이 달성될 수 있음이 확인되었다. 이것은 예를 들어 가공 공정 동안에 서로 다른 연삭 공차들로 워크피스들이 가공될 경우, 열 축적(heat build-up)이 달라진다는 사실과 관련이 있다. 상기 다양한 가공 열은 워크피스에 상이한 열 팽창 또는 뒤틀림을 초래할 수 있는데, 이것은 클램핑 위치의 중간 이완(intermediate relaxing)에 의해 보상될 수가 있다.
또 다른 이유는, 미처리 워크피스(raw workpiece)의 제조시에, 특히 연삭 전에 상기 워크피스들이 예를 들어 경화와 같은 특수한 열처리에 노출되는 경우, 상이한 잔류 응력이 재료 내에 존재하거나 남아 있다는 점이다. 이러한 경우에 있어서는, 개별 배치(batch)들의 경우에, 그 개별 배치들의 열처리 조건들을 배치들마다 100% 일정하게 유지할 수 없으므로, 제조 동안의 상이한 배치(batch)들로부터 미처리 워크피스에 허용 가능한 기술적 공차 내의 약간의 차이가 영향을 미치게 된다.
워크피스의 잔류 응력에 대한 또 다른 이유는, 예를 들어, 스크랩 재료(scrap material)가 원료 또는 미처리 워크피스의 제조에 각각 사용되는지 여부의 결과일 수 있으며, 실제로는 미처리 워크피스들 또는 블랭크에 대해 허용 가능한 기술적 공차 내에 있지만, 후속 공정 단계들 중에 추가적인 응력 및 그에 따른 워크피스의 관련 변형이 발생할 수 있다.
또한, 원통형 및 프로파일 부분들이 있는 샤프트형 워크피스 제조업체의 경우, 미처리 워크피스들을 위한 재료를 서로 다른 생산자들로부터 동일한 사양으로 구매하는 것이 일반적이며 다른 국가의 경우에도 마찬가지이다. 사양이 동일하더라도, 워크피스는 특히 고유 응력 방출의 결과로서 연삭 작업 중에 부분적으로 매우 다르게 거동한다. 가공 중에 재료 구조로부터 방출되는 고유 응력에 대한 상기 문제는, 일정한 연삭 공정 파라미터들에도 불구하고 치수 및 기하학적 공차에 편차가 있는 완성된 워크피스를 필연적으로 야기한다. 이와 관련하여, 1/1000 내지 1/100 밀리미터의 치수 변화 가능성이 매우 크며 일반적이다. 특히 스크류 로터에 설치되며 한 쌍의 암수 로터 샤프트로서 매우 정확하게 맞물려야 하는 로터 샤프트들에 있어서 프로파일들 턴 및 이와 유사한 것이 보장되어야 할 경우, 이러한 종류의 변형은 저마모 작업, 대응 씰링에 허용될 수가 없다. 한편, 연삭 머신에 공급되는 반완성 부품의 온도 차이도 또한 정밀도에 영향을 미친다. 이 경우, 예를 들어, 머신에 공급되는 워크피스들의 온도 차이 및 가공 머신의 내부 온도들의 차이의 영향은 더 이상 무시할 수 없다. 상기 온도 차이의 영향들 모두가 더 강할수록, 가공 머신에 공급되는 반완성 부품인 워크피스들의 온도 변화가 더욱 두드러진다.
이러한 구성 요소에 대한 매우 높은 수준의 정밀도를 달성하는데 유의미한 또 다른 중요한 점은 예비 가공의 방식이다. 따라서, 미처리 부품들 또는 미처리 워크피스들은 각각 밀링 또는 다른 가공 방법의 결과로서 프로파일 부분들의 그루브들 또는 톱니들이 이미 예비 가공된 방식으로 구현될 수 있다. 주조 부품 또는 단조 부품의 경우, 더 큰 그루브들 또는 그 그루브들에 대한 톱니들의 경우 일부가 그들의 주요한 형태로 미리 사전 주조되거나 사전 단조될 수도 있으며, 이 경우에 있어 예를 들어 이들이 연삭 머신에 공급될 경우 이미 밀링 가공된 그루브들 또는 톱니들의 경우보다 더 높은 연삭 공차를 갖는다. 소위 캐스트 스킨(cast skin)이 연삭 중에 연삭됨에 따라, 캐스트 스킨이 연삭될 때 고유 응력이 방출되므로, 응력이 방출될 위험은 특히 높다. 앞서 언급된 모든 단점들을 회피할 경우에는 생산 품질이 훨씬 더 개선될 수 있음은 명백하다. 개선된 생산 품질은 연삭 머신에서 워크피스의 위치가 유지되도록 수행되는 클램핑 위치의 중간 해제의 결과로서, 워크피스의 뒤틀림이 앞서 언급된 이유로 인한 연삭의 결과 가공 중에 "항복"된다는 사실로부터 발생된다. 이것은 응력이 방출될 경우에 워크피스가 중간에 이완됨으로써 후속 연삭 작업들 동안에, 이완되고 클램핑된 워크피스 상에서 연삭을 다시 수행할 수 있음을 의미한다. 전술한 바와 같이, 워크피스의 뒤틀림은 워크피스의 가공 중에 워크피스의 구조에서 응력이 방출되는 결과이다. 무엇보다, 이것은 연삭되는 지점들에서의 워크피스의 표면 상의 응력들과 관련이 있다. 워크피스의 클램핑 위치를 해제한 결과, 적어도 대부분의 무응력(stress-free) 워크피스가 후속하는 새로운 클램핑 위치 및 연삭 작업에서 더욱 정밀한 방식으로 실제 가공될 수 있다.
일반적으로, 워크피스는 초기에 머신에 클램핑되며, 이 워크피스는 종래 기술에 통상적으로 개시된 바와 같이 팁들 사이의 머신에 고정적으로 클램핑된다. 그루브 또는 톱니의 프로파일드 영역을 연삭할 수 있도록 하기 위해, 또한 워크피스는 추가적으로 유격없는 방식(play-free manner)으로 반경 방향으로 클램핑되어야한다. 이것은 바람직하게는 소위 보상 척(compensating chuck)에 의해 구현된다. 상기 척의 경우에, 워크피스는 척에 팁에 의해서 센터링되며, 클램핑 조가 워크피스 헤드스톡 및 테일스톡의 팁들 사이에서 클램핑된 상태에서 보상 방식으로 그것의 직경에서 워크피스를 지탱하며, 클램핑력이 상기 클램핑에 의해 인가되어, 워크피스를 견고하게, 즉 유격없이, 보상 및 방사상 방식으로 클램핑한다.
가공 중에 목표된 프로그램 제어 방식으로 워크피스를 회전 구동할 수 있도록 하기 위해, 척은 워크피스 스핀들에 고정식으로 장착되며, 워크피스는 소위 C 축을 중심으로 회전 구동된다. 또한, 척이 워크피스를 클램핑하게 되는 샤프트 단부를 연삭할 수 있도록 하기 위해서, 상기 척 또는 클램핑 조는 개방 상태로 후퇴될 수 있다. 결과적으로, 워크피스는 샤프트-측 단부에서 해제되며, 이에 따라 클램핑 직경도 또한 연삭될 수 있다. 이와 관련하여, 워크피스는 센터링 팁들 사이에서만 계속 고정되어 있다. 구동되는 센터링 팁과 워크피스의 중심 사이의 마찰은 연삭을 위해 워크피스를 회전시키는데 필요한 토크를 전달한다. 연삭될 워크피스는, 팁들 사이에 클램핑되고 또한 척에 의한 반경 방향 탑재를 위해 보상 방식으로 고정 클램핑되는 방식으로, 연삭 작업 동안에 클램핑된다. 샤프트 부품은 일반적으로 가공 동안에 지지되어야 하는 직경-길이 비율을 가지므로, 우선 스테디 레스트 시트가 워크피스 상에 연삭되는 것이 바람직하다. 그러나, 이것은 직경-길이 비율이 추가의 지지를 필요로 할 경우에만 필요하다.
제 1 실시예에 따르면, 직경 및 평탄면들의 연삭은 바람직하게는 필 연삭(peel-grinding)을 위해 구현되는 연삭 디스크에 의해서 수행된다. 워크피스 상의 원통형 부분은 바람직하게는 길이 방향 필 연삭의 결과로서 비원통형으로 구현된 제 1 연삭 디스크에 의해서 수행된다. 프로파일링된 부분은 프로파일 연삭의 결과로서 프로파일링된 제 2 연삭 디스크에 의해서 제조된다. 직경 및 평탄면들을 연삭하기 위해, 연삭 디스크는 바람직하게는 연삭 디스크의 소위 제 1 컷이 비스듬하게 드레싱되도록 드레싱된다. 필 연삭 시에 주 가공이 이루어지며, 본 경우에, 연삭 디스크의 짧은 원추형으로 드레싱된 영역에서 이루어진다. 연삭 디스크의 외경은, 본 경우에, 비교적 작은 금속을 제거하며, 즉 그 표면은 표면을 매끄럽게 하는 데에만 사용된다. 또한, 이러한 연삭 디스크를 사용하여 표면 연삭도 가능하다. 워크피스의 중심 축과 관련하여 연삭 디스크의 축 방향으로 평행한 중심 축을 사용하여, 평탄면들을 연삭할 경우 연삭된 표면에는 소위 제트 컷(jet cut)이 남게 된다. 상기 제트 컷은 흔히 원치 않는 것이기 때문에, 바람직하게는 대응하는 워크피스가 경사진 연삭 디스크에 의해서 그것의 직경들 및 평탄면들 상에서 더 연삭된다. 또한, 직경 영역의 연삭은 필 연삭 방법을 사용하여 수행된다. 평탄면들의 연삭은 앵귤러 플런지 연삭(angular plunge grinding) 방법을 사용하여 연삭 디스크의 경사지게 드레싱된 측면에 의해서 연삭된다.
그러나, 앵귤러 플런지 연삭에 적합한 더 넓은 연삭 디스크를 사용하여 하나 또는 여러 번의 플런지 연삭 작업에서 동시에 또는 순차적으로 수 개의 직경들을 연삭하는 것도 가능하다. 이러한 경우에, 평탄면들의 연삭은 또한 연삭 디스크의 경사지게 드레싱된 측면을 사용하여 수행된다.
제 1 연삭 디스크는 제 1 연삭 헤드스톡에 배치되는 것이 바람직하며, 제 2 연삭 디스크는 제 2 연삭 헤드스톡에 배치되는 것이 또한 바람직하다. 제 1 연삭 디스크 및 제 2 연삭 디스크에 대한 별도의 연삭 헤드스톡들의 이점은 연삭 시에 보다 높은 수준의 유연성이 있다는 점이다. 두 개의 연삭 헤드스톡이 존재하고 워크피스의 양측에 그 배치들이 있을 경우에는, 적어도 부분적으로 동시에 워크피스 상의 특정 부분을 가공하는 옵션이 추가적으로 존재한다. 워크피스 상의 대응 영역들의 동시 가공이 존재하며, 워크피스의 양측에 연삭 헤드스톡들의 배치가 있을 경우에는, 한쪽 연삭 디스크에 의한 연삭 중에 워크피스에 가해지는 연삭력들은 다른 쪽 연삭 디스크에 의해 적어도 상당한 정도까지 보상되는 것이 추가로 달성될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 워크피스는, 워크피스의 단부 측면들에 삽입되어 그것의 길이 방향 축을 규정하는 팁들 사이에 클램핑된다. 팁들 중 하나는 테일스톡에 배치되고, 다른 팁은 워크피스 헤드스톡에 배치된다. 제 1 클램핑 위치에서, 팁은, 축 방향으로 지향되는 압축 하중의 결과로서, 상응하는 클램핑 압력을 가하게 되며, 이것은 적어도 테일스톡 상의 원통형 부분들 및/또는 평탄면들을 연삭하기에 충분히 높다. 테일스톡에 위치된 팁은 축 방향으로 지향되는 압축 하중이 워크피스에 가해지는 상태에서, 클램핑 위치를 해제하기 위한 무가압 상태(pressureless state)로 전환될 수 있다. 이러한 무가압 상태에서, 테일스톡 상의 팁은 계속해서 테일스톡을 마주보는 워크피스의 측면에서 워크피스의 센터링 보어와 결합하며, 이에 따라 이 센터링 보어에 의해 규정된 워크피스의 길이 방향 축을 따르는 워크피스의 정렬을 보장한다. 테일스톡 상의 팁이 무가압 상태이므로, 워크피스는 연삭 중에 방출되는 소정의 내부 응력을 보상할 수 있는 기회를 가지며, 이에 따라 다음 연삭 작업에 있어서, 팁들 사이의 새로운 클램핑 위치로, 워크피스는 대체로 내부 응력이 없이 연삭될 수 있다.
클램핑 위치를 해제하기 위해, 즉 테일스톡 상의 팁을 무가압으로 만들기 위해, 테일스톡 팁은 그것의 Z 축을 따라 이동된다. 결과적으로, 그것은 이를 테면 센터링 보어로부터 테일스톡을 향해 결합 해제된다. "결합 해제된(Disengaged)"은 이러한 맥락에서 워크피스의 센터링 보어에 있는 센터링 팁의 무가압 상태로 이해되어야 하며, 이 상태에서는 워크피스가 팁들 사이의 클램핑 위치에 의해 회전 가능하게 구동되는 것이 더 이상 가능하지 않다.
각각의 연삭 디스크에 의해 워크피스에 도입되는 보다 높은 연삭력은, 대체로, 프로파일 부분들이 연삭될 경우에 발생한다. 프로파일 부분들을 연삭할 때 워크피스가 상대적으로 높은 연삭력으로 팁들 사이에서만 단독으로 클램핑될 경우, 워크피스 헤드스톡의 팁에서의 마찰력이 워크피스를 회전시키기에 더 이상 신뢰할 수 있을 정도로 충분하지 않게 되는 것을 방지하기 위해, 원통형 부분의 외주 상에서 추가적으로 워크피스를 클램핑하는 추가의 클램핑 장치가 워크피스 헤드스톡에 제공된다. 추가의 클램핑 장치는 바람직하게는 워크피스의 원주와 협동하는 클램핑 조에 의해서 워크피스를 클램핑한다. 예를 들어 프로파일 예비 연삭과 프로파일 마무리 연삭 사이에서 프로파일 연삭을 할 경우, 제 1 클램핑 위치가 개별 연삭 작업들 사이에서 해제되고 나면, 워크피스를 완전히 이완하기 위해, 즉 연삭 중에 방출되는 내부 응력을 보상하기 위해, 테일스톡의 팁을 완전히 무가압으로 만들 경우 클램핑 장치도 또한 해제되어야 한다.
우선, 더 긴 워크피스의 경우, 제 1 연삭 작업에서 적어도 하나의 스테디 레스트 시트가 연삭되고, 이어서 프로파일링된 부분이 제 2 연삭 작업에서 예비 연삭된다. 제 3 연삭 작업에서, 원통형 부분 및 워크피스에 존재하는 평탄면들이 마무리 연삭되고, 다음의 제 4 연삭 작업에서 프로파일링된 부분이 마무리 연삭된다. 모든 연속 연삭 작업들 사이에, 클램핑 위치가 각 경우에서 해제되고, 워크피스는 각각의 다음 연삭 작업이 시작되기 전에 다시 클램핑된다.
스테디 레스트 시트가 마무리 연삭되었을 경우, 스테디 레스트가 연삭되고 나면, 상기 스테디 레스트는 워크피스를 지지하기 위해 상기 스테디 레스트 시트 상에 바람직하게 제공된다. 더 긴 워크피스들의 경우, 연삭 작업들(여기서 하나의 연삭 디스크만이 워크피스와 결합함)이 수행될 때마다 스테디 레스트에 의한 지지가 무엇보다도 유리하다. 스테디 레스트 시트의 연삭은 워크피스가 머신에 고정적으로 클램핑되는, 즉 제 1 클램핑 위치에 위치되는 제 1 가공 단계를 제공한다. 스테디 레스트 시트가 연삭되고 나면, 적용 가능한 경우, 그 사이에 위치된 평탄면들과 함께 추가의 직경들이 예비 연삭되거나 또는 마무리 연삭된다. 또한, 직경의 연삭은 워크피스 형상에 따라 직경이 다른 개별 직경 영역을 연결하는 평탄면들의 연삭도 포함한다.
본 발명의 기반이 되는 개념은 연속적으로 실행되는 연삭 작업들 사이에 클램핑 위치를 해제함으로써 내부 응력이 제거되는 동시에, 연삭될 워크피스가 워크피스 헤드스톡 상의 팁과 테일스톡 상의 팁에 의해 규정되고 또한 워크피스의 단부면들에 존재하는 센터링 보어들에 의해 규정되는 길이 방향 축을 따라 유지되는 것을 보장하며, 이 길이 방향 축은 연삭 작업에 대한 기준이 되는 기준 축을 제공한다는 것이다. 워크피스에 대한 후속 연삭 작업들의 경우, 연삭은 그러한 내부 응력이 없거나 또는 적어도 명백하게 감소된 내부 응력으로 이루어질 수 있다. 워크피스의 내부에 존재하는 실질적 무응력 상태에서 클램핑 위치가 각각 해제된 이후에 이어지는 추가 연삭 작업은, 모든 경우에 있어서 연삭 결과가 향상되었으며, 워크피스가 모든 연삭 작업들 동안에 클램핑 위치에 대한 중간 해제 없이 상기 클램핑 위치에 고정적으로 유지되어야 한다는 일반적인 견해와는 반대가 되었다.
또한, 테일스톡 측 상의 팁 해제는 팁이 일정량 후퇴되는 방식으로, 즉 더 이상 중심에 놓이지 않는 방식으로 수행될 수 있다. 이와 관련하여, 워크피스는 소위 수용 프리즘(receiving prism)들 상에서 상기 상태로 놓이게 된 후에, 다시 클램핑될 것이다. 상기 동작 방법의 결과로서 앞서 설명한 동작 방법에서와 동일한 기술적 효과가 달성된다.
본 발명에 따른 방법의 다른 이점들 및 전개들은 다음의 도면들에서 상세하게 설명된다. 도면들은 다음과 같다.
도 1은 워크피스를 클랭핑하기 위한 연삭 헤드스톡 및 스테이션을 구비하는 본 발명에 따른 방법을 수행하기 위한 연삭 머신의 평면도.
도 2는 워크피스를 클램핑하기 위한 2개의 연삭 헤드스톡 및 하나의 스테이션을 구비하는 본 발명에 따른 방법을 수행하기 위한 연삭 머신의 평면도.
도 3은 스테디 레스트 시트의 연삭을 시작하기 전에 본 발명에 따른 방법을 실행하기 위한 팁들 사이에 클램핑된 워크피스의 부분 평면도.
도 4a는 지지 스테디 레스트에 의해 톱니 또는 그루부의 형태로 프로파일 부분을 예비 연삭할 경우의 도 3에 따른 부분 평면도.
도 4b는 프로파일 부분의 연삭 중의 도 4a에 따른 워크피스의 방향(A)의 부분도.
도 4c는 직선형 길이 방향 그루브로서 구현되는 워크피스의 프로파일 부분의 연삭 중의 도 4b에 따른 부분 단면 B-B의 도면.
도 5는 본 발명에 따른 방법에 따라 워크피스의 중심 직경 및 평탄면들을 마무리 연삭할 경우의 도 3에 따른 부분 평면도.
도 6은 본 발명에 따른 방법에 따라 워크피스의 톱니 또는 구루브들을 마무리 연삭할 경우의 도 3에 따른 부분 평면도.
도 7은 본 발명에 따른 방법을 사용하여 연삭될 수 있는 원통형, 평면형 숄더 및 프로파일 부분들을 구비하는 워크피스의 예에 대한 도면.
도 1은 본 발명에 따른 방법을 수행하기 위한 연삭 머신의 평면도를 도시한 것이며, 이 연삭 머신에 워크피스가 클램핑됨으로써 샤프트형 워크피스 또는 샤프트 부품(10)의 완전 연삭을 위한 본 발명에 따른 방법 실행이 가능하게 된다. 평면도에 도시된 연삭 머신은 연삭 센터로서 머신 베이스(1), CNC 제어식 C 축을 갖는 머신 베이스(1) 상에 배치된 워크피스 헤드스톡(2) 및 테일스톡(3)을 포함한다. 워크피스(도시되지 않음)는 그것의 기하학적 길이 방향 축이 클램핑 및 회전축(4)과 일치하도록 워크피스 헤드스톡(2)과 테일스톡(3) 사이에 클램핑된다. 복합 슬라이드는 CNC 제어 방식으로 워크피스의 회전축(4)에 평행하게 이동 가능하며, 이것이 Z 축으로 특징지어진 이중 화살표로 표시되어 있고, 직각에서 이것은 X 축으로 지정된 다른 이중 화살표로 표시되어 있다. 복합 슬라이드는 CNC 제어 방식으로 이동 가능한(이중 화살표로 표시된 Y 축에 의해 도시되어 있음) 수직 가이드 트랙들(19)에 의해, 제 1 연삭 헤드스톡(5)을 지지하며, 이 제 1 연삭 헤드스톡(5) 상에는 연삭 디스크(11)를 가진 연삭 스핀들(9)이 고정되어 있다. 추가적인 CNC 제어 조정 옵션은 워크피스의 회전축(4)에 직각으로 배치되고 A 축으로 특징지어져 도시된 수평의, CNC 제어 피봇축(12)의 결과로 이루어진다.
샤프트 부품의 원통형 또는 원추형 영역들을 연삭하는 앵귤러 플런지 연삭 방법에서 연삭 디스크들을 사용할 수 있도록 하기 위해, 수직으로 배치된 피봇축(13)을 가지며, 도 2에서 B 축으로 지정된 피봇축이 Z 축에 대한 슬라이드 위에 제공되는 것이 바람직하다. 피봇축은 필 연삭(peel-grinding) 또는 앵귤러 플런지 연삭(angular plunge grinding)을 위해 일 각도로 설정된 연삭 디스크(11)로 연삭하는데만 필요하기 때문에, 도 1은 상기 피봇축을 도시하지 않고 있다. 이것은 앵귤러 플런지 연삭 방식을 사용하여 연삭될 수가 있으며, 또는 B 축 피보팅의 결과로서 원뿔을 연삭할 수도 있다는 것을 의미한다. 그러나, 상기 B 축, 즉 피봇축(13)이 존재하지 않을 경우에는, 샤프트 직경에 대해 위에서 언급한 가공을 제공하는 것도 가능하다.
연삭 디스크(11)를 드레싱하는데 사용되는 다이아몬드 휠을 지지하는 드레싱 스핀들(8)이 또한 제공된다. 연삭 디스크(11)를 교환하기 위한 장치(14)가 추가로 도시되어 있다. 연삭 디스크들은, 본 경우에 있어, 호퍼(hopper) 방식으로 홀더에 수용되고, 구현 로봇(15)에 의해서 호퍼로부터 각각의 연삭 스핀들로 공급된다. 구현 로봇(15)은 그리퍼 유닛(gripper unit)(16)을 포함하며, 이를 통해서, 필요에 따라 저장 호퍼로부터 원하는 연삭 디스크를 제거하고 또한 선택적으로는 그 연삭 디스크와 관련된 특정 냉각 노즐 세트(17)를 제거하여, 이들 모두를 워크피스 상의 연삭 디스크의 유효 위치의 영역 내로 공급한다. 또한, 냉각 노즐 세트(17)는 구현 로봇에 의해서 연삭 디스크와는 독립적으로 파지되어 연삭 결합 지점으로 안내될 수 있으며, 이러한 것은 연삭 중에 이루어질 수 있다.
도 1의 상부에 도시된 연삭 머신의 후방 영역에는 연삭 머신의 CNC 제어 유닛을 포함하는 스위칭 캐비넷(switching cabinet)(18)이 제공되며, 이를 통해서, 연삭 머신이 제어된다.
도 2는 본 발명에 따른 방법을 수행하기 위한 연삭 머신의 평면도이며, 상기 연삭 머신은 제 1 연삭 헤드스톡(5) 및 제 2 연삭 헤드스톡(20)을 포함한다. 본 경우에 있어서, 평면도에는 연삭 머신의 기본 설계만이 표시되어 있다. 상기 연삭 센터의 경우, 워크피스 헤드스톡(2) 및 테일스톡(3)이 머신 베이스(1) 상에 배치된다. 워크피스의 길이 방향 축과 일치하는 워크피스(10)의 클램핑 및 회전축(4)이, 워크피스 헤드스톡(2)과 테일스톡(3) 사이에 구현되어 있다. 도시되지 않은 중심 회전(centrally revolving) 팁을 수용하며 또한 보상 클램핑 조(compensating clamping jaws)(6a)(도시되지 않음)를 갖는 척(6)이, 워크피스 헤드스톡(2)의 워크피스 스핀들(2a)(C 축) 상에 장착된다. 상기 클램핑 조는 그것의 둘레 상에 워크피스를 고정적으로 크램핑한다. 상기 척은 무엇보다도 더 큰 구동 토오크를 워크피스에 도입할 목적으로 제공된다. 예를 들어, 이것은 적어도 워크피스(10)의 프로파일 부분들을 연삭할 때 필요하다. 클램핑 및 회전축(4)에 의해 구현되는 중심을 기준으로 하는 동심도 오차들을 보상하고 또한 클램핑 포인트에서의 모든 다른 치수 및 기하학적 공차들을 보상할 수 있도록 하기 위해, 척(6)의 클램핑 조(6a)는 보상 방식(compensating manner)으로 구현된다. 척에 대한 이러한 적용은 종래 기술에 이미 개시되어 있으므로, 그 작용 방식의 설명이 여기서는 생략된다.
도 2의 좌측에 나타나 있는 제 1 복합 슬라이드는 CNC 제어 방식으로 워크피스(10)의 회전축(4)에 평행하게 이동 가능하며, 이것이 이중 화살표 형태의 Z1 축으로 표시되어 있고, 직각들에서 이것은 이중 화살표 형태로 이루어진 X1 축으로 도 2의 좌측에 나타나 있다. 제 1 복합 슬라이드는 제 1 연삭 헤드스톡(5)을 지지하며, 제 1 연삭 헤드스톡(5) 상에는 제 1 연삭 디스크(11)를 구비한 제 1 연삭 스핀들(9)이 고정되어 있다. 추가적인 CNC 제어 조정 옵션은 워크피스 길이 방향 축(4)(A1 축)에 대한 수평 조정 옵션과 워크피스(10)의 회전축(4)에 대해 직각으로 수직하게 배치되는 CNC 제어 피봇축(B1 축)을 통한 조정 옵션의 결과로 제공된다. 연삭 디스크(11)를 수용하는 역할을 하는 제 1 연삭 스핀들(9)은 도 2의 전경(foreground)에 장착되는 것으로 도시되어 있다. 연삭 디스크들(11)은 연삭 디스크 교체 장치(도시되지 않음)에 의해 프로그램 제어 방식으로 상기 연삭 스핀들(9) 상에서 완전 자동으로 변경될 수 있다. 또한, 연삭 디스크를 위한 적절한 냉각 윤활제 노즐 또는 적절한 냉각 윤활제 노즐 세트가 공지의 방식으로 교환되어야 하며, 이것에 대해서는 도 2에 별도로 나타내지 않는다.
워크피스(10) 상의 원통 직경들 및 평탄면들은 도 2의 좌측에 도시된 제 1 연삭 헤드스톡(5)을 사용하여 연삭된다.
또한, 도 2의 좌측에는 제 1 연삭 헤드스톡(5)의 제 1 연삭 디스크(11)를 드레싱하기 위한 다이아몬드 휠을 제공하는 드레싱 스핀들(8)이, 워크피스 스핀들(2a)(C 축)에 대하여 축 방향으로 평행하게 배치되어 있다. 연삭 디스크(11)를 교환하기 위한 장치는 도 2에 별도로 도시되어 있지 않다. 제 1 연삭 헤드스톡(5)의 연삭 디스크들(11)은 샤프트 부품 또는 샤프트 부품 상의 원통형 부분을 연삭하기 위해 사용되며, 즉, 원통형 부분, 원추형 부분 및 유사한 윤곽에 대한 모든 외경은 상기 연삭 디스크를 사용하여 연삭된다.
도 2의 우측에서, 제 2 복합 슬라이드는 CNC 제어 방식으로 워크피스(10)의 회전축(4)에 평행하게 이동 가능하며, 이것이 이중 화살표를 갖는 Z2 축으로 표시되어 있고, 직각들에서, 이것은 이중 화살표를 갖는 X2 축으로 도 2에 나타나 있다. 상기 제 2 복합 슬라이드는 CNC 제어 방식으로 수직으로(Y2 축) 이동 가능한 제 2 연삭 헤드스톡(20)을 지지하며, 제 2 연삭 헤드스톡(20) 상에는 제 2 연삭 디스크(21)를 구비한 연삭 스핀들(22)이 고정되어 있다. 추가적인 CNC 제어 조정 옵션은 워크피스(10)의 회전축(4)에 대해 수평으로 배치되는 CNC 제어 피봇축(도 2에는 A2 축으로 표시됨)의 결과로서 이루어진다. 연삭 디스크(11)를 수용하는 역할을 하는 제 1 연삭 스핀들(9)은 도 2에 따른 연삭 머신의 전경에 장착된다. 상기 연삭 디스크들은 연삭 디스크 교체 장치(도시되지 않음)에 의해 프로그램 제어 방식으로 상기 연삭 스핀들(22)(도 4b 참조) 상에서 완전 자동으로 변경될 수 있다. 또한, 제 2 연삭 디스크(21)를 위한 적절한 냉각 윤활제 젯 또는 적절한 냉각 윤활제 노즐 세트가 공지의 방식으로 교환되어야 하며(필요할 경우), 이것에 대해서는 별도로 도시되지 않는다.
도 2의 우측에 도시된 연삭 헤드스톡(20)의 연삭 디스크(21)를 드레싱하기 위한 제 2 드레싱 장치(23)가 머신의 우측에 있는 연삭 머신의 전방에 제공된다.
머신의 완전한 전기 제어 유닛을 수용하는 스위칭 캐비닛(도 2에 도시되지 않음)이 연삭 머신의 후방 영역에 배치된다.
연삭의 경우, 로딩 또는 언로딩 작업과 관련하여, 각각의 워크피스들(10)이 예를 들어, 내부의 로딩 포털을 통해 또는 연삭 머신 상부에 배치된 로딩 포털을 통해 공지의 방식으로 연삭 머신에 공급되거나 그로부터 제거된다.
도 1 및 도 2에 도시된 연삭 머신의 원리 설계는 본 발명에 따른 방법을 수행하는데 사용되며, 왜냐하면 상기 연삭 머신의 기본 설계에 의해서, 원통형 부분, 평탄면 및 프로파일 부분을 포함하는 워크피스의 완전 가공이, 가공의 결과 또는 가공 중에 워크피스에서 방출되는 내부 응력이 연삭 작업들 사이에서 제거되거나 보상될 수 있는 방식으로 구현될 수 있고, 이에 따라 항상 후속 연삭 작업들이 적어도 대체로 내부 응력이 제거된 워크피스에 대해 수행될 수가 있다. 이제, 다음의 도면들에 의해 본 발명에 따른 방법의 순서를 보다 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 방법을 구현하는 연삭 머신의 일부의 부분 평면도이며, 여기서는 스테디 레스트 시트의 연삭이 구현되기 이전에 팁들 사이에 워크피스가 클램핑된다. 도 3은 샤프트 부품 형태의 상기 워크피스(10)의 완전 가공에 대한 개략도를 도시한 것이다. 상기 샤프트 부품은 CNC 제어 C 축을 갖는 워크피스 헤드스톡(2)과 테일스톡(3) 사이의 팁들(2b, 3a) 간의 클램핑 위치에 수용된다. 연삭 작업들에 필요한 토크를 제공하기 위해, 특히 프로파일 부분의 연삭을 위해, 종래 기술에서 이미 개시된 보상 및 축 방향 후퇴 가능한 척(6)이, 샤프트-측 샤프트 단부(10a)의 워크피스 스핀들(2a) 상에 탑재된다. 척(6) 또는 그것의 클램핑 조(6a)의 연장된 위치에서, 상기 워크피스는 워크피스(10)의 샤프트-측 샤프트 단부(10a)에 고정적으로 클램핑되며, 이에 따라 매우 높은 반경 방향 토크(radial torque)가 연삭 작업 중에 워크피스(10)에 전달된다. 이것은 그루브 또는 톱니 형상의 형태로 프로파일 부분들(10c)을 연삭할 때 대부분의 경우 필요하게 된다. 도 3의 도면에 따르면, 척의 클램핑 조(6a)는 워크피스의 클램핑 영역 상에, 즉 그것의 샤프트-측 샤프트 단부 상에 배치된다. 그 결과, 그러한 클램핑된 상태에서는 상기 샤프트-측 샤프트 단부의 원통형 외측 윤곽을 연삭할 수가 없다. 따라서, 클램핑 조(6a)가 워크피스(10)로부터 해제되고 그 클램핑 조(6a)를 가진 척이 후퇴되도록 상기 클램핑 영역을 연삭할 필요가 있다. 그러나, 워크피스는 상기 원통형 외측 영역을 연삭하기 위해 팁들(2b, 3a) 사이에 고정적으로 클램핑된 상태를 유지한다. 이 경우, 회전을 위한 워크피스(10)의 탑재는 척 상의 센터링 팁(2b)과 상기 센터링 팁(2b)이 결합하는 워크피스(10)에 존재하는 중심 사이의 마찰에 의해 이루어진다. 바람직하게는 유압 작동의 결과로서 테일스톡(3)의 센터링 팁(3a)에 대향하여 배치된 중심에 결합하는 테일스톡(3)이, 워크피스 헤드스톡의 반대편에 위치되는 측에 제공된다. 테일스톡 팁(3a)은 워크피스의 축 방향으로 이동 가능하며, 이에 따라, 축 방향 압력의 대응 구현으로, 워크피스는 워크피스 헤드스톡(2)에 의한 회전 탑재가 보장되도록 2개의 센터링 팁들(2b 및 3a) 사이에 센터링되는 방식으로 유지된다.
그 다음, 각도 설정 연삭 디스크(11)를 사용하는 필 연삭 방법에 따라 도 3에 도시된 방식으로 스테디 레스트 시트(25)의 연삭이 수행된다. 스테디 레스트 시트를 연삭하기 위한 상기 연삭 작업이 완료되고 나면, 워크피스(10)의 클램핑 위치가 해제되어 워크피스가 이완되고 내부 응력이 해제될 수 있다. 또한, 클램핑 조를 구비한 척이 워크피스에서 결합 해제된다. 상기 상태에서는, 테일스톡 팁(3a)이 압력을 받지 않으면서 샤프트 부품의 중심에 놓이게만 된다. 결과적으로, 워크피스는 더 이상 고정적으로 클램핑되지 않지만, 그럼에도 불구하고, 클램핑 및 회전축(4), 즉 워크피스의 기하학적 길이 방향 축(4)에 대한 중심 위치가 유지된다. 정밀도의 손실은 발생할 수 없으며, 오히려 두 번의 연속적인 연삭 작업 사이에 워크피스가 이완될 가능성의 결과로서 연삭 결과의 정밀도가 증가하게 되어, 후속의 연삭 작업들이 이완된 워크피스, 즉 실질적으로 내부 응력이 없는 워크피스에서 연삭될 수 있게 된다.
원칙적으로, 테일스톡 팁들(3a)을 클램핑 위치를 위한 중심으로부터 완전히 해제시키는 것이 생각될 수 있다. 그러나, 이러한 경우, 예를 들어 워크피스가 상기 상태에서 지지되는 추가의 그리퍼 또는 다른 지지 수단에 의해 이것이 보장되어야만 한다. 연삭 작업이 그 동안에 명백하게 중단되는 이완 작업이 수행되고 나면, 워크피스가 다시 클램프되어, 후속 연삭 작업을 수행할 수 있다.
도 4a는 결합/지지 스테디 레스트에 의해서 톱니 형태 또는 그루브 형태로 프로파일 부분을 예비 연삭할 경우 도 3에 따른 부분 평면도를 도시한 것이다. 프로파일 부분(10c)의 예비 연삭은 전기 도금된 연삭 디스크(21)에 의해 수행된다. 이것은 CNC 제어 축 또는 CNC 제어 축들을 통한 보간 처리에 의해서 공지의 방식으로 수행된다. 얻어지는 정밀도와 관련하여, 전기 도금된 연삭 디스크들(21)은 무엇보다도 단위 시간당 매우 높은 금속 제거 속도를 구현할 수 있기 때문에, 예비 연삭에 매우 적합하다.
프로파일 부분(10c)의 예비 연삭으로서 상기 연삭 작업 이후에, 워크피스의 클램핑 위치는 연삭 작업의 결과로서 워크피스에 존재하는(적용 가능한 경우) 내부 응력을 보상하기 위해 해제되며, 이것은 척(6)의 클램핑 조(6a)가 해제되고 테일스톡 팁(3a)이 샤프트 부품(10)의 중심에 여전히 무가압 방식으로 유지되는 방식으로 이루어진다. 결과적으로, 워크피스는 더 이상 고정적으로 클램핑되지는 않지만 규정된 위치를 유지하며, 이것은 후속 연삭 작업들을 위한 정밀도와 관련하여 중요하다. 워크피스(10)가 이완되고 나면, 상기 워크피스는 클램핑 위치를 해제한 결과로서 워크피스의 내부 응력이 제거된 이후에 공지의 방식으로 다시 고정적으로 클램핑된다. 이 경우 워크피스의 이완은, 바람직하게는 워크피스에 대한 가공을 완료하는데 걸리는 시간 동안 임의의 속도로, 개별 부분들의 예비 연삭 이후 및 마무리 연삭 이후 모두에 대해 실용적이다.
도 4a는 동시에 적용되는 클램핑 조(6a)를 구비한 척(6)과 팁들(2b, 3a) 사이에 클램핑되는 워크피스(10)를 도시하고 있다. 워크피스는 샤프트-측 샤프트 단부(10a), 평탄면들에 의해 경계가 정해진 원통형 부분들(10b), 및 프로파일 부분들(10c)을 포함한다. 스테디 레스트(26)는 상대적으로 긴 샤프트형 워크피스를 지지하기 위해 연삭된 스테디 레스트 시트(25) 상에 적용된다. 내부 센터링 팁(2b)을 구비한 척(6)은 워크피스 헤드스톡(2)의 워크피스 스핀들(2a)에 고정된다. 도 4a에 도시된 바와 같이 프로파일 부분(10c)이 연삭 디스크(21)에 의해 연삭될 경우, 클램프 장치(6)는 샤프트-측 샤프트 단부(10a) 상에 클램프 조(6a)로 클램핑된 상태를 유지한다. 대응하는 프로파일 부분들을 연삭할 수 있도록 하기 위해, 연삭 디스크(21)는, 그것의 연삭 헤드스톡(미도시)에 의해서 및 2개의 축(X2 및 Z2)을 통해 연삭 헤드스톡 상에 연삭 디스크(21)를 지지하는 연삭 스핀들에 의해서, 그 프로파일 부분의 기하학적 형상에 대응하여 전달될 수 있다
CNC 제어 유닛에서 미리 선택 가능한 방식으로 워크피스의 단부면(end-face)에 배치된 중심에 대한 테일스톡 팁(3a)의 축 방향 압력을 조정 가능한 압력 제어 수단(30)이, 테일스톡(3) 상에 도시되어 있다. 상기 축 방향 압력은 연삭 작업 중에 클램핑력(clamping force)을 확보하는 역할을 한다. 이완을 위해, 테일스톡 팁(3a)은 워크피스(10)의 관련 중심에서 무가압으로 되며, 결과적으로 워크피스는 그것의 클램핑 위치와 관련하여 무응력으로 된다.
도 4b는 프로파일 부분의 연삭 동안, 도 4a에 따른 연삭 상태에 대응하는 워크피스의 방향(A)의 부분도를 도시한 것이다.
본 경우에 있어서, 도 4b에 도시된 클램핑 상황은 도 4a에 따른 클램핑 상황에 대응한다. 상기 부분도에 따르면, 워크피스(10)는 프로파일 부분(10c) 상에서 연삭되는 과정에 있다. 조정 축들(A2, Y2 및 Z2)은 각각의 이중 화살표로 표시된다. 이 워크피스는 팁들(2b 및 3a) 사이에 유지되는 전경(foreground)이 나타나 있다. 프로파일 부분(10c)을 연삭하기 위한 연삭 디스크(21)는 도 4b에 따른 도면과 관련하여 워크피스의 뒤에서 보이며, 연삭 스핀들(22)에 맞춰 정렬됨으로써 프로파일 부분(10c)에 있는 경사진 직선 그루브들이 축(Z2)과 축(C) 사이의 상응하는 보간 절차에 의해서 연삭될 수 있다.
도 4c는 절단면 B-B와 관련하여 도 4b에 따른 연삭 상황을 도시한 것이다. 워크피스(10) 상의 프로파일 부분(10c)은 외주 상에 분포된 워크피스의 길이 방향으로 연장되는 톱니 형태 또는 수 개의 그루브 형태로 나타난다. 연삭 디스크(21)는 연삭 스핀들(22)에 의해 수용되어 있으며, A2 축을 통해 CNC 제어 방식으로 경사진 톱니의 경사각에서 피봇 가능하다. 또한, C, Y2 및 X2 축들이 각각의 이중 화살표에 의해 개략적으로 표시되어 있다. 요구 사항에 따라, 프로파일 부분은 스크류 로터의 경우에서와 같이 만곡된 그루브들을 갖는 경우에도 본 발명에 따른 방법으로 연삭될 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 방법에 따라 워크피스의 원통형 부분과 평탄면들을 마무리 연삭할 경우의 도 3에 따른 부분 평면도이다. 기본 설계는 도 3에 따른 것에 대응하며, 상기 기본 설계는 여기서 다시 언급되지 않는다.
기본 원리는 연삭 작업 실행 중에 워크피스가 클램핑된 상태를 유지하지만, 그 이후에 클램핑이 해제됨으로써 워크피스의 내부 응력이 제거될 수 있고 후속 연삭 작업들을 위한 워크피스의 무응력 상태가 보장될 수 있다는 것이다. 관련 부분들의 마무리 연삭은 경사진(angled) 연삭 디스크(11)를 사용하는 필 연삭 방법에 따라서 도 5에 따라 도시된 버전으로 수행된다. 원칙적으로, 상기 부분들의 연삭은 경사진 연삭 디스크(11)로 수행되며, 이에 따라 반복되는 플런징(plunging)이 필요하게 될 수도 있다. 상기의 경우에, 원통형 부분들은 앵귤러 플런지 연삭 방법을 사용하여 연삭된다. 원통형 부분들이 마무리 연삭되고 나면, 워크피스(10)는 다시 한번 이완되며, 즉 상기 연삭 작업 이후에는, 워크피스(10)의 클램핑 위치가 해제됨으로써 워크피스가 이완될 수 있고, 이것은 척(6)의 클램핑 조(6a)가 해제되고 테일스톡 팁(3a)이 계속하여 샤프트 부품(10)의 중심에 무가압 방식으로만 놓이는 방식으로 수행된다. 결과적으로, 워크피스가 더 이상 클램핑되지 않으므로, 연삭 동안에 방출 또는 발생된 내부 응력이 제거되어, 새로 연삭되는 경우, 워크피스는 내부 응력이 없는 가공 상태가 된다.
도 6은 본 발명에 따른 방법에 따라 프로파일 부분(10c)의 연삭 동안에, 워크피스가 클램핑되는 연삭 머신의 영역의 측면도를 도시한 것이다.
연삭 동안의 또는 개별 연삭 작업들 사이의 기본 설계 및 동작 방법은 특히 도 3 및 도 5를 참조하여 앞에서 기술한 것에 대응하며, 상기 기본 설계에 대해서는 다시 설명하지 않도록 한다. 프로파일 부분(10c)의 마무리 연삭은 도 6에 따라 수행된다. 프로파일 부분(10c)은 본 예에서 나선형 절삭 톱니(helical cut toothing)로서 구현되며, 이 연삭은 전기 도금된 또는 비트리파이드(vitrified) 연삭 디스크(21)로 수행된다. 바람직하게는, 비트리파이드 연삭 디스크를 사용하여 프로파일 부분(10c)을 마무리 연삭할 수 있다. 마무리 연삭은 제 2 연삭 디스크(21)에 대한 다양한 CNC 제어 축들의 보간 처리의 결과로서 공지의 방식으로 수행된다. 매우 높은 수준의 정밀도를 달성하기 위해, 마무리 연삭용 전기 도금된 연삭 디스크들(21)은 매우 높은 수준의 정밀도를 가져야 함은 명백하다. 비트리파이드 연삭 디스크들(21)을 사용할 경우, 드레싱의 결과로서 요구되는 프로파일이 제공된다. 후자의 작업은 프로파일 부분에 대해 앞에서 설명한 예비 연삭 작업에 의해서 이미, 완성된 워크피스(10)에 필요한 정밀도가 달성될 수 있는 한 불필요하다. 이러한 경우에 있어서는, 도 4a, 도 4b 및 도 4c에서 설명된 예비 연삭이 마무리 연삭 작업과 동일하다. 프로파일 부분(10c)의 마무리 연삭 작업이 완료되고 나면, 워크피스에 대한 클램핑 위치가 해제되며, 적절한 핸들링 시스템을 사용하여 머신으로부터 이것이 제거된다.
마지막으로, 도 7은 본 발명에 따른 방법을 사용하여 연삭될 수 있는 샤프트형 워크피스를 일례로서 도시한 것이다. 상기 샤프트형 워크피스는 원통형 부분들과 프로파일 부분들을 포함한다. 본 경우에 있어는, 기어 샤프트(27a), 추가의 기어 샤프트(27b), 3개의 프로파일 부분을 포함하는 추가의 기어 샤프트(27b), 및 압축기, 송풍기 진공 펌프 또는 변위 펌프를 위한 2개의 로터 샤프트(28/29)가 있다. 일례로서만 제공된 상기 프로파일 부분들을 갖는 샤프트형 구성 요소들로부터, 상기 구성 요소들은 매우 높은 수준의 생산 정밀도를 더 필요로 하는 매우 복잡한 연삭면 구조들이라는 것은 명백하며, 왜냐하면 상기 샤프트들은 주름 마루(corrugation crest)들과 플랭크(flank)들을 완벽하게 맞추는 것에 의해 서로를 따라 롤링하기 때문이다. 도시된 샤프트들을 압축기 또는 변위 펌프에 사용해야 할 경우, 이러한 2개의 샤프트가 서로 맞물려서 함께 제조될 시에 간단한 롤링에 따라, 그 프로파일들에서 밀봉 기능이 보장되어야 하기 때문에, 요구 조건들이 훨씬 높아진다.
놀랍게도, 개선된 치수 및 기하학적 정밀도를 달성하기 위해, 이러한 비교적 복잡하게 설계된 샤프트형 워크피스들의 완전 연삭은, 전체 가공 절차 동안 해제되지 않는 하나의 단일 클램핑 위치를 직접적으로 필요로 하지 않는다는 것이 밝혀졌다.
1: 머신 베이스 2: 워크피스 헤드스톡
2a: 워크피스 스핀들 2b: 워크피스 헤드스톡 팁
3: 테일스톡 3a: 테일스톡 팁
4: 클램핑 및 회전축 5: 제 1 연삭 헤드스톡
6: 척 6a: 클램핑 조
8: 제 1 드레싱 스핀들 9: 제 1 연삭 스핀들
10: 워크피스/샤프트 부품 10a: 샤프트-측 샤프트 단부
10b: 원통형 부분 10c: 프로파일 부분
11: 제 1 연삭 디스크 12: 피봇 축(A 축)
13: 피봇 축(B 축) 14: 연삭 디스크 교환 장치
15: 구현 로봇 16: 그리퍼 유닛
17: 냉각 노즐 세트 18: 스위칭 캐비넷
19: 수직 가이드 트랙들 20: 제 2 연삭 헤드스톡
21: 제 2 연삭 디스크 22: 제 2 연삭 스핀들
23: 제 2 드레싱 스핀들 24: 냉각/윤활 호스들
25: 스테디 레스트 시트 26: 스테디 레스트
27a: 기어 샤프트 27b: 기어 샤프트
28: 압축기, 송풍기, 진공 펌프 등을 위한 로터 샤프트들
29: 변위 펌프들을 위한 로터 샤프트 30: 압력 제어 수단

Claims (10)

  1. 하나의 워크피스 헤드스톡(headstock)(2) 및 하나의 테일스톡(tailstock)만을 포함하는 하나의 동일한 연삭 머신(100) 상에 적어도 하나의 원통형 부분(10b) 및 프로파일링된 부분(10c)을 각각 포함하는 워크피스들(10)을 연삭하기 위한 방법이며, 상기 원통형 부분(10b)은 비원통형으로 구현된 제 1 연삭 디스크에 의해 연삭되고, 상기 워크피스(10)는 상기 연삭 머신(100)에서의 제 1 클램핑에서 제 1 연삭 작업으로 연삭되고, 상기 제 1 연삭 작업 이후에 상기 제 1 클램핑이 해제되는 방법에 있어서,
    이어서, 제 2 클램핑이 발생되고,
    상기 워크피스(10)가 제 2 연삭 작업에서 후속적으로 연삭되며,
    상기 프로파일링된 부분(10c)은 프로파일링된 제 2 연삭 디스크(21)에 의한 프로파일 연삭의 결과로서 생성되고,
    상기 워크피스(10)는 팁(tip)들(2b, 3a) 사이에서 클램핑되고, 상기 팁들은 모두 상기 클램핑 및 회전축(4)을 규정하고 상기 워크피스의 단부측들에 제공되는 센터링 보어들에 결합되고, 상기 팁들 중 하나(3a)는 테일스톡(3)에 배치되어, 상기 제 1 클램핑에서, 축 방향으로 지향되는 압축 하중(compressive load)을 상기 워크피스(10)에 가하고, 상기 클램핑을 해제하기 위하여 무가압 상태(pressureless state)로 전환되고, 상기 무가압 상태에서 상기 팁들은 여전히 상기 센터링 보어들에 결합되어 있고, 상기 워크피스의 정렬은 상기 센터링 보어들에 의해 규정되는 길이 방향 축으로 고정되는 것을 특징으로 하는, 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    추가 연삭 작업들의 경우에는, 상기 클램핑이 각 경우에 해제되고, 그 후 다음 연삭 작업이 시작되기 이전에 상기 워크피스(10)가 다시 클램핑되는 것을 특징으로 하는, 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 연삭 디스크(11)는 제 1 연삭 헤드스톡(5) 상에 배치되는 것을 특징으로 하는, 방법.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 제 2 연삭 디스크(21)는 제 2 연삭 헤드스톡(20) 상에 배치되는 것을 특징으로 하는, 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 클램핑을 해제하기 위해, 상기 테일스톡 팁(3a)은 길이 방향 축인 Z 축을 따라 이동되어, 상기 테일스톡 팁(3a)을 향하는 상기 워크피스(10)의 센터링 보어로부터 결합 해제되는 것을 특징으로 하는, 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 워크피스(10)는, 클램핑 상태에서, 상기 워크피스(10)의 원통형 부분(10b)의 외주(outer circumference)와 맞물리는 추가의 클램핑 장치(6)에 의해, 특히 클램핑 조(clamping jaws)(6a)에 의해 클램핑되는 것을 특징으로 하는, 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 연삭 작업에서 적어도 하나의 스테디 레스트 시트(steady rest seat)(25)가 연삭되고, 상기 제 2 연삭 작업에서 상기 프로파일링된 부분(10c)이 예비 연삭되고, 제 3 연삭 작업에서 상기 워크피스(10) 상에 존재하는 평탄한 표면들에 의해 경계가 정해지는 상기 원통형 부분들(10b) 및 상기 평탄한 표면들이 마무리 연삭되고, 제 4 연삭 작업에서 상기 프로파일링된 부분(10c)이 마무리 연삭되며, 모든 연속적인 연삭 작업들 사이에서 상기 각각의 클램핑은 각 경우에 해제되고, 그 후 다음 연삭 작업이 시작되기 이전에 상기 워크피스(10)가 다시 클램핑되는 것을 특징으로 하는, 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 스테디 레스트 시트가 연삭되고 나면, 상기 스테디 레스트 시트(25) 상에 상기 워크피스(10)를 지지하기 위한 스테디 레스트(26)가 제공되는 것을 특징으로 하는, 방법.
  9. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 원통형 부분들(10b)은 길이 방향의 필 연삭(peel-grinding) 또는 플런지 연삭(plunge grinding)의 결과로서 생성되고, 상기 프로파일링된 부분들(10c)은 프로파일 연삭의 결과로서 생성되는 것을 특징으로 하는, 방법.
  10. 하나의 워크피스 헤드스톡(headstock)(2) 및 하나의 테일스톡(tailstock)만을 포함하는 하나의 동일한 연삭 머신(100) 상에 적어도 하나의 원통형 부분(10b) 및 프로파일링된 부분(10c)을 각각 포함하는 워크피스들(10)을 연삭하기 위한 방법이며, 상기 원통형 부분(10b)은 비원통형으로 구현된 제 1 연삭 디스크에 의해 연삭되고, 상기 워크피스(10)는 상기 연삭 머신(100)에서의 제 1 클램핑으로 제 1 연삭 작업에서 연삭되고, 상기 제 1 연삭 작업 이후에 상기 제 1 클램핑이 해제되는 방법에 있어서,
    이어서, 제 2 클램핑이 발생되고,
    상기 워크피스(10)가 제 2 연삭 작업에서 후속적으로 연삭되며,
    상기 프로파일링된 부분(10c)은 프로파일링된 제 2 연삭 디스크(21)에 의한 프로파일 연삭의 결과로서 생성되고,
    상기 제 1 연삭 작업에서 적어도 하나의 스테디 레스트 시트(steady rest seat)(25)가 연삭되고, 상기 제 2 연삭 작업에서 상기 프로파일링된 부분(10c)이 예비 연삭되고, 제 3 연삭 작업에서 상기 워크피스(10) 상에 존재하는 평탄한 표면들에 의해 범위가 정해지는 상기 원통형 부분들(10b) 및 상기 평탄한 표면들이 마무리 연삭되고, 제 4 연삭 작업에서 상기 프로파일링된 부분(10c)이 마무리 연삭되며, 모든 연속적인 연삭 작업들 사이에서 상기 각각의 클램핑은 각 경우에 해제되고, 그 후 다음 연삭 작업이 시작되기 이전에 상기 워크피스(10)가 다시 클램핑되는 것을 특징으로 하는, 방법.
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