KR102550321B1 - 기어축 일체형 기어 가공시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가공의 연속성이 확보된 기어 가공시스템, 및 이를 이용한 기어의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 환봉의 선단부의 외경을 선삭 가공하여 환봉의 선단부에 기어 성형단을 형성하는 선삭 가공공정과; 상기 선삭 가공된 환봉의 기어 성형단 외경을 길이방향으로 회전 절삭하여, 기어 성형단의 외경에 복수의 치형들을 방사구조로 형성하는 치형 가공공정을 순차적으로 연속하여 일원화되게 구현하여서, 우수한 치수 정밀도를 겸비하면서 향상된 생산성이 확보되도록 한 가공의 연속성이 확보된 기어 가공시스템, 및 이를 이용한 기어의 제조방법에 관한 것이다.

Description

기어축 일체형 기어 가공시스템{Gear shaft integrated gear processing system}

본 발명은 기어축 일체형 기어 가공시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 환봉을 설정길이로 절입하는 환봉 절입공정과, 상기 절입된 환봉의 선단부에 기어 형성단이 형성된 기어축을 가공하는 기어축 가공공정, 및 상기 기어축의 기어 성형단의 외경에 길이방향으로 회전 절삭하여 기어 성형단의 외경에 복수의 치형들이 방사구조로 형성된 치형 가공공정을 순차적으로 연속 실시하여, 기어축의 기준 조립면을 중심선과 일치된 정치수의 치형들이 등각 방사구조로 형성된 기어축 일체형 기어를 연속하여 제조하는 기어축 일체형 기어 가공시스템에 관한 것이다.

주지하는 바와 같이 호빙머신은 기어 절삭용 공작기계로서, 평기어, 헬리컬기어 및 웜기어 등의 기어를 절삭할 수 있는 가장 일반적인 기어 절삭용 공작기계이다.

상기 호빙머신은, 도 10에서 보는 바와 같이 기어의 제작시 피가공 소재(B)를 상하 지지척(S)에 축회전 가능하도록 고정하여 회전시키고, 피가공소재(B)의 측부에 기어가공용 커터("호브"라 칭함, H)를 회전시키면서 기어를 절삭 가공하도록 구성된다.

그런데, 상기 호빙머신은 선삭 가공장치를 통해 선삭 가공된 피가공 소재, 즉 선삭 가공물은 상하 지지척을 통해 상하 지지된 상태로 고정하고, 상기 상하 지지척에 고정되어 일방향으로 등각 회전하는 피가공물의 외경에 기어가공용 커터 즉, 호브를 절입하여서, 선삭 가공물의 외경에 복수의 치형들이 등간격으로 형성된 기어를 제조하고 있다.

따라서, 종래에는 선삭 가공장치를 통해 선삭 가공물을 형성하는 선삭 가공공정과, 선삭 가공물을 호빙머신의 상하 지지척(S)에 이동하여 장착하여 호브(H)를 통해 치형을 절삭 가공하는 호빙공정이 분리 구성된 관계로, 생산성이 저하될 뿐 아니라 선삭 가공된 선삭 가공물을 호빙머신에 이동 장착함에 따른 고정오차에 의해 기어 자체의 정밀도가 저하되는 문제점이 지적되고 있다.

특히, 제조을 요하는 기어가 소형 내지 초소형인 경우에는 파지 등이 어려운 관계로, 상기 선삭 가공물은 제작하고 제작된 선상 가공물을 호빙머신에 이동 장착함에 따른 제반적인 문제점은 더욱 심화될 수 있다.

KR 10-0291454 B1 KR 10-2020-0000189 A

상기한 문제점을 해소하기 위해 안출된 본 발명의 목적은, 기어축의 단부에 초소형 기어의 일체로 형성된 기어를 제조함에 있어, 치형 가공부를 개량하여 과도한 부하 발생없이 정치수의 치형들의 가공이 가능하고,

특히 상기 치형 가공부에 의해 기어축에 형성되는 치형들이, 기어축의 충중심선과 기준 조립면의 중심선과 수직으로 정렬된 상태로 형성되어, 피조립체와의 조립시 치형들과 피조립체가 정형된 각도를 유지한 상태를 유지하도록 한 기어축 일체형 기어 가공시스템을 제공함에 있다.

상기한 목적은, 본 발명에서 제공되는 하기 구성에 의해 달성된다.

본 발명에 따른 기어축 일체형 기어 가공시스템은,

환봉을 고정하여 일방향으로 회전하는 환봉 고정척과; 상기 환봉 고정척, 또는 환봉 고정척에 고정된 환봉을 가공공간 내에 길이방향으로 피딩하는 환봉 피딩부; 및 상기 환봉 피딩부에 의해 가공공간 내에 절입하여 회전하는 환봉의 절입부위에 선삭 바이트를 절입하여 선단에 기어 가공단이 형성된 기어축을 형성하는 선삭 가공부를 포함하는 기어축 가공장치와,

상기 기어축 가공장치에 의해 길이방향으로 회전 공급되는 기어축의 기어 성형단에 치형 절삭날을 길이방향으로 절입하여서, 기어 성형단의 외경에 치형들이 등각 방사구조로 형성하는 치형 가공장치를 포함하되,

상기 치형 가공장치는, 치형 가공툴과; 상기 치가공툴을 회전축에 고정하여 가공공간 내에서 치형 가공툴이 일방향으로 회전되도록 하는 툴 회전부를 포함하여 구성되고,

상기 치형 가공툴은, 툴 고정척의 구동축에 고정되어 회전하는 툴바디와; 상기 툴바디의 외경에 등각 방사구조로 배치된 한 쌍의 치형 절삭날을 포함하여 구성하되,

상기 한 쌍의 절삭날 중, 어느 하나의 치형 절삭날은 절삭 가공을 요하는 치형의 절단면적 보다 상대적으로 절단면적이 좁은 황삭용 절삭날로 구성되고, 나머지 치형 절삭날은 치형의 절단면적과 동일한 절단면적을 갖는 정삭용 절삭날로 구성되어서,

상기 툴 회전부에 형성된 회전축의 일회전에 의해 툴바디에 형성된 기어 성형단에는 황삭용 치형 절삭날과 정삭용 치형 절삭날이 순차적으로 절입되어 단계적으로 이루어지는 황삭과 정삭을 통해 정치수의 치형을 형성하도록 구성된 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 기어축 가공장치에는 선삭 가공부를 통해 선삭 가공된 환봉의 절입부위에 면취 바이트를 절입하여 선삭 가공된 환봉의 절입부위의 외경면에 조립 기준면을 형성하는 면취 가공부를 더 포함한다.

한편, 본 발명에 따른 기어축 일체형 기어의 제조방법은,

회전하는 기어축 가공장치의 환봉 고정척에 고정되어, 환봉 피딩부에 의해 가공공간 내에서 일방향으로 회전하는 환봉의 선단부에 선삭 가공부의 선삭 바이트를 절입하여, 회전하는 환봉의 선단부에 선삭 가공된 기어 성형단을 형성하는 기어 성형단 형성공정과;

상기 기준 조립면과 기어 성형단이 형성된 기어축의 전방에, 툴 회전부에 고정된 치형 가공툴을 정위치에 정렬하는 치형 가공툴 정렬 회전 공정과;

기어축 가공장치의 환봉 고정척과 환봉 피딩부가 회전하는 치형 가공툴에 기어축의 기어 성형단을 길이방향으로 회동 절입하여, 길이방향으로 회동 절입되는 기어 성형단의 외경에 치형들을 등각 방사구조로 형성하는 치형 가공공정; 및

상기 치형 가공공정에 의해 기어 성형단에 치형들을 등각 방사구조로 형성된 기어축의 후미에, 선삭 가공부의 선삭 바이트가 절입하여, 기어축 일체형의 기어를 환봉에서 절단하는 절단 취득공정을 포함하되,

상기 치형 가공공정에서, 치형 가공툴은 툴바디에 형성된 황삭용 치형 가공날과, 정삭용 치형 가공날을 기어 성형단에 길이방향으로 순차 절입하여서, 기어 성형단에 단계적으로 이루어지는 황삭과 정삭을 통해 정치수의 치형을 형성하도록 구성된 것을 특징으로 한다.

전술한 바와 같이 본 발명에서는,기어축 일체형 기어의 가공에 따른 연속성의 확보를 통한 생산성의 증대와 함께, 기어축 일체형 기어로 가공되는 환봉을 반복적으로 환봉 고정척 등지에 해체 및 재고정함에 따른 작업상의 번거로움과, 정밀도가 낮아지는 현상을 해소하여서, 향상된 치수 정밀도를 갖는 기어축 일체형의 기어를 단시간 내에 제조하도록 한다.

특히, 본 발명에서는 기어축의 단부에 초소형 기어의 일체로 형성된 기어를 제조함에 있어, 치형 가공부를 개량하여 과도한 부하 발생없이 정치수의 치형들의 가공이 가능하다.

그리고, 상기 치형 가공부에 의해 기어축에 형성되는 치형들이, 기어축의 충중심선과 기준 조립면의 중심선과 수직으로 정렬된 상태로 형성되어, 피조립체와의 조립시 치형들과 피조립체가 정형된 각도를 유지한 상태를 유지하도록 한 기어축 일체형 기어 가공시스템을 제공함에 있다.

도 1은 본 발명에서 바람직한 실시예로 제안하고 있는 기어축 일체형 기어 가공시스템과, 이를 이용한 기어축 일체형 기어의 제조방법에 의해 제조되는 기어축 일체형 기어를 보여주는 것이고,
도 2는 본 발명에서 바람직한 실시예로 제안하고 있는 기어축 일체형 기어 가공시스템을 전체 구성을 보여주는 것이고,
도 3은 본 발명에서 바람직한 실시예로 제안하고 있는 기어축 일체형 기어의 제조방법을 각 공정을 보여주는 흐름도이고,
도 4 내지 도 8은 본 발명에서 바람직한 실시예로 제안하고 있는 기어축 일체형 기어 가공시스템을 통한 기어축 일체형 기어의 성형과정을 모식적으로 보여주는 작용상태도이고,
도 9는 툴회전부와 치형 가공툴 사이에 형성된 절입 완충부의 세부 구성 및 작용상태를 보여주는 것이고,
도 10은 종래 호빙머신을 통한 기어의 가공상태를 모식적으로 보여주는 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에서 바람직한 실시예로 제안하고 있는 기어축 일체형 기어 가공시스템과, 이를 이용한 기어축 일체형 기어의 제조방법을 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에서 바람직한 실시예로 제안하고 있는 기어축 일체형 기어 가공시스템과, 이를 이용한 기어축 일체형 기어의 제조방법에 의해 제조되는 기어축 일체형 기어를 보여주는 것이고, 도 2는 본 발명에서 바람직한 실시예로 제안하고 있는 기어축 일체형 기어 가공시스템을 전체 구성을 보여주는 것이고, 도 3은 본 발명에서 바람직한 실시예로 제안하고 있는 기어축 일체형 기어의 제조방법을 각 공정을 보여주는 흐름도이고, 도 4 내지 도 8은 본 발명에서 바람직한 실시예로 제안하고 있는 기어축 일체형 기어 가공시스템을 통한 기어축 일체형 기어의 성형과정을 모식적으로 보여주는 작용상태도이고, 도 9는 툴회전부와 치형 가공툴 사이에 형성된 절입 완충부의 세부 구성 및 작용상태를 보여주는 것이다.

본 발명에서는 가공공간 내에 길이가 긴 환봉(10)을 길이방향으로 설정길이씩 단계적으로 회전 공급하면서, 상기 단계적으로 회전 피딩되는 환봉(10)을 선삭 가공하여 단부에 기어 성형단(21)이 일체로 형성된 기어축(20)을 가공 형성하고, 상기 기어축(20)의 기어 성형단(21)을 길이방향으로 등각 절삭하여 치형(22)들을 등각 방사구조로 형성하는 과정을 반복적으로 수행하여 도 1에서 보는 바와 같이 기어축 일체형의 기어(G)를 제조하는 가공시스템과, 이를 이용한 기어축 일체형 기어의 제조방법을 제안한다.

본 발명에서 바람직한 실시예에 따른 기어축 일체형 기어 가공시스템(1)은, 도 2에서 보는 바와 같이 환봉(10)을 길이방향으로 피딩하고, 피딩된 환봉(10)의 가공부위를 선삭 가공하여 기어 성형단(21)이 형성된 기어축(20)을 가공 형성하는 기어축 가공장치(100)와; 상기 기어축(20)의 기어 성형단(21)을 길이방향으로 등각 절삭하여 기어 성형단(21)의 외경에 치형(22)들을 등각 방사구조로 형성하는 치형 가공장치(200)를 포함한다.

상기 기어축 가공장치(100)는, 환봉(10)을 고정하여 일방향으로 회전하는 환봉 고정척(110)과; 상기 환봉 고정척(110), 또는 환봉 고정척에 고정된 환봉(10)을 가공공간 내에 길이방향으로 피딩하는 환봉 피딩부(120); 및 상기 환봉 피딩부(120)에 의해 가공공간 내에 절입하여 회전하는 환봉의 절입부위에 선삭 바이트(131)를 절입하여 선단에 기어 성형단(21)이 형성된 기어축(20)을 형성하는 선삭 가공부(130)를 포함한다.

여기서, 상기 환봉 피딩부(120)는 환봉 고정척(110) 자체를 길이방향으로 진출 공급하여 환봉 고정척(110)에 고정된 환봉(10)을 가공공간 내에 길이방향으로 진출하여 피딩되도록 구성하는 것도 가능하고, 상기 환봉 고정척(110)에 의한 고정상태가 일시적으로 해제된 환봉(10)을 길이방향으로 밀어 가공공간 내에 환봉(10)이 단계적으로 공급되도록 하는 것도 가능하며, 이들 모두를 본 발명의 권리범위로 예정한다.

따라서, 상기 기어축 가공장치(100)는 도 4와 같이 환봉 고정척(110)에 고정되어 일방향으로 회전하는 환봉(10)의 선단부에, 외경 절삭이나 측면 절삭 등을 도모하는 선삭 가공부(130)의 선삭 바이트(131)를 절입하여서, 환봉 고정척(110)에 고정되어 가공공간 내에서 일방향으로 회전하는 환봉(10)의 선단부에 기어 성형단(21)이 일체로 형성된 기어축(20)을 가공한다.

보다 바람직하게는, 도 2와 도 5에서 보는 바와 같이 상기 기어축 가공장치(100)에 선삭 가공부(130)를 통해 선삭 가공된 기어 가공축(20)에 면취 바이트(141)를 절입하여 선삭 가공된 기어축의 절입부위의 외경면에 조립 기준면(24)을 형성하는 면취 가공부(140)를 더 포함한다.

여기서, 상기 면취 가공부(140)에 의해 형성되는 기준 조립면(24)은 본 발명에 의해 제작된 기어축 일체형 기어(G)가 기준 조립면(24)이 형성된 피조립물(미도시)의 조립공에 설정된 각도로 조립되도록 하는 기능을 수행하는 구성요소이다.

즉, 본 발명에 의해 제조된 기어(G)는 피조립물의 조립공에 기어축(20)을 관통하여 조립함에 있어, 기준 조립면(24)을 피조립물의 조립공에 형성된 기준 조립면에 규합하여서 피조립물에 설정각도로 조립된다.

특히, 후술되는 바와 같이 상기 치형 가공장치(200)는 기어축(C1)의 축중심선(C)과 기준 조립면(24)의 중심선(C2)과 상하 직교하는 치형 가공 중심선(C3)을 중심으로 기어 성형단(21)에 길이방향으로 절입하여 치형(22)들을 형성함으로써, 각 치형(22)들은 조립 기준면(24)을 기준으로 설정된 각도를 유지하여 형성되도록 한다.

그리고, 상기 기어축 가공장치(100)의 선삭 가공부(130)에 의해 선삭 가공된 기어축(20)의 기어 성형단(21)은, 도 6 내지 도 7에서 보는 바와 같이 전방에 배치된 치형 가공장치(200)에 길이방향으로 회전 절입되면서 외경에 길이방향으로 절삭 가공된 치형(22)들이 등각 방사구조로 형성된다.

이때, 상기 기어축 가공장치(100)와 치형 가공장치(200)는 동일한 가공공간 내에 배치되어, 기어축 일체형 기어(G)로 가공되는 환봉(10), 또는 환봉(10)을 설정길이로 절단한 기어축(20)을 또 다른 회전척에 고정하는 과정없이, 선삭 가공을 요하는 길이가 긴 환봉(10)을 설정길이씩 단계적으로 절입 및 선삭 가공하여 기어 성형단(21)이 형성된 기어축(20)을 형성하는 기어축 가공공정과, 상기 기어축(20)을 길이방향으로 회전 절입하여서 기어 성형단(21)의 외경에 길이방향으로 절삭 가공된 치형(22)들을 등각 방사구조로 형성하는 치형 가공공정을 포함하는 기어의 가공에 따른 일련의 과정을 반복 수행함으로써, 외경에 치형(22)들이 등각 방사구조로 형성된 기어축 일체형의 기어(G)들을 연속하여 제조한다.

이때, 상기 치형 가공장치(200)는 치형 가공툴(210)과; 상기 치형 가공툴(210)을 회전축에 고정하여, 가공공간 내에서 일방향으로 회전되도록 하는 툴 회전부(220)를 포함한다.

본 실시예에서는 상기 치형 가공장치(200)에 수직으로 승강하여 치형 가공툴(210)의 절입 높이를 조절하는 수직 조절부(230)와; 수평으로 이동하여 치형 가공툴(210)의 절입 위치를 조절하는 수평 조절부(240)를 배치하여서, 수직 조절부(230)와 수평 조절부(240)를 통해 치형 가공툴(210)은 수직 절입높이와 수평 절입위치의 조절이 가능하도록 구성된다.

그리고, 상기 치형 가공툴(210)의 상하 이동을 도모하는 수직 조절부(230)와, 치형 가공툴(210)의 수평 이동을 도모하는 수평 조절부(240)는, 실린더 구조나, 웜기어 구조, 이송 테이블 구조 등이 채택될 수 있으며, 이러한 구조는 당분야의 기술적 수준을 고려할 때 범용인 관계로 본 명세서에는 이에 따른 상세한 설명이나 도면의 도시를 생략하고 있다.

그리고, 본 실시예에 따른 치형 가공툴(210)은 기어 성형단(21)이 형성된 기어축(20)의 선단부에 직교되게 배치되어 회전하는 툴바디(211)와; 상기 툴바디(211)의 외경에 돌출하여 형성되어 툴 회전부(220)에 의해 일방향으로 선회하면서, 길이방향으로 절입되는 기어축(20)의 기어 성형단(21)에 길이방향으로 절삭 가공하여서, 기어 성형단(21)의 외경에 길이방향으로 절삭 가공된 치형(22)들을 등각 방사구조로 형성하는 한 쌍의 치형 절삭날(212, 213)를 포함한다.

본 실시예에서는, 도 6 내지 도 7에서 보는 바와 같이 상기 툴바디(211)의 외경에 형성된 한 쌍의 절삭날(212, 213) 중, 어느 하나의 치형 절삭날(212)은 절삭 가공을 요하는 치형의 절단면적 보다 상대적으로 절단면적이 좁은 황삭용 절삭날(212)로 구성하고, 나머지 치형 절삭날은 치형의 절단면적과 동일한 절단면적을 갖는 정삭용 절삭날(213)로 구성한다.

따라서, 상기 치형 가공툴(210)은 툴 회전부(220)에 형성된 회전축(221)의 1회전에 의해 기어축(20)의 기어 성형단(21)에는 황삭용 치형 절삭날(212)과 정삭용 치형 절삭날(213)이 순차적으로 절입하여, 이들 치형 절삭날(212, 213)들에 의해 단계적으로 이루어지는 황삭과 정삭을 통해 정치수의 치형(22)을 형성한다.

이와 같이 황삭용 치형 절삭날(212)과 정삭용 치형 절삭날(213)을 갖는 치형 가공툴(210)을 통해 기어축(20)의 기어 성형단(21)을 순차적으로 절입 및 절삭되도록 구성하면, 기어 성형단(21)의 단계적인 절삭을 통해 기어 성형단(21)과, 기어 성형단(21)에 절입되는 치형 절삭날(212, 213) 사이의 물리적인 충돌이 감쇄된다.

그리하여, 기어 성형단(21)에 길이방향으로 절입되는 치형 절삭날(212, 213)의 물리적인 손상이 예방되고 기어 성형단(21)의 변형이나 기어축(20)의 고정상태가 불량해지는 현상이 예방되어서, 우수한 정도를 갖는 치형(22)들의 절삭 가공이 가능한 특이성을 갖는다.

보다 바람직하게는, 상기 치형 절삭날(212, 213)들이 형성된 치형 가공툴(210)의 툴바디(211)와, 상기 툴바디(211)를 고정하여 치형 가공툴(210)의 일방향 회전을 도모하는 툴 회전부(220)의 회전축(221) 사이에, 치형 절삭날(212, 213)이 치형 성형단(21)에 길이방향으로 절입되는 순간에 순간적인 충격을 완화하는 절입 완충부를 형성한다.

본 실시예에 따른 절입 완충부는, 도 9에서 보는 바와 같이 툴 회전부(220)의 회전축(221) 단부에 형성되는 하나 이상의 공회전 가이드 돌기(221a)와; 상기 공회전 가이드 돌기(221a)가 형성된 회전축(221)을 동심구조로 삽입한 툴바디(211)의 축공(211a)에 형성되어, 삽입된 회전축(221) 공회전 가이드 돌기(221a)의 공회전 각도를 제한하는 하나 이상의 공회전 슬롯(211b); 및 공회전 슬롯(211b)과 회전 가이드 돌기(221a)를 역방향으로 탄성 지지하는 완충부재(214)를 포함하고, 상기 완충부재(214)는 완충고무나 완충 스프링 등이 채택될 수 있다.

본 발명의 제 1 실시형태에서는 도 9a와 같이 코일형의 완충 스프링으로 이루어진 완충부재(214)를 공회전 슬롯(211b)과 공회전 가이드 돌기(221a) 사이에 배치하여서, 기어 성형단(21)과 상기 기어 성형단(21)에 절입되는 치형 가공툴(210) 사이의 순간적인 충돌이 감쇄되도록 한다.

그리고, 제 2 실시형태에서는 도 9b와 같이 상기 툴바디(211)의 축공(211a)에 등각 방사구조로 형성된 각 공회전 슬롯(211b)의 내벽에 일단을 고정단을 형성하고 타단은 탄성 절곡단이 형성한 캠형의 판스프링들을 경사지게 배치한 캠스프링형의 완충부재(215)를 배치하여서, 기어 성형단(21)과, 상기 기어 성형단(21)에 절입되는 치형 가공툴(210) 사이의 순간적인 충돌이 감쇄되도록 한다.

이때, 상기 툴바디(211)의 내경에는 구름 베어링(216)들이 배치되어, 상기 회전축(221)은 구름 베어링(216)을 통해 툴바디(211)의 축공(211a)과 구름 지지상태를 형성하도록 구성된다.

따라서, 상기 툴바디(211)는 치형 절삭날(212, 213)을 기어 성형단(21)에 절입되는 과정에 공회전 가이드(221a)를 공회전 슬롯(211b) 내에서 완충부재(214)를 탄성 압축하면서 기어 성형단(21)에 치형 절삭날(212, 213)이 절입되는 과정에 발생되는 충격을 완충한다.

결과적으로 절입되는 치형 절삭날(212, 213)의 물리적인 손상이 예방되고 또 기어 성형단(21)의 변형이나 환봉 고정척(110)에 고정된 기어축(20)의 고정상태가 불량해지는 현상이 예방된다.

그리고, 상기 치형 가공툴(210)은 도 1b와 도 7에서 보는 바와 같이 기어 성형단(21)에 길이방향으로 절입하여, 기어축(20)의 축중심선(C1)과 기준 조립면(24)의 중심선(C2)과 상하 직교하는 치형 가공 중심선(C3)을 중심으로 치형(22)들을 순차적으로 형성하여서, 적어도 최초에 절삭 가공하여 형성되는 치형(22)들은 기준 조립면(24)을 기준으로 직립하여 형성되도록 한다.

이와 같이 기어축(20)의 축 중심선(C1)과 기준 조립면(24)의 중심선(C1)과 직교하여 형성된 치형 가공 중심선(C3)을 중심으로 치형(22)을 형성되면, 기준 조립면(24)이 형성된 피조립물(30)의 기준 조립공(31)에 기어축 일체형 기어(1)를 설정된 각도로 조립되어서 피조립물(30)과 치형(22) 사이에 정형화된 조립각도가 유지되고, 결과적으로 피조립물과 치형 사이의 공차에 의해 피조립물의 작동범위가 정형화되게 유지되지 못하는 문제점이 해소된다.

도 4 내지 도 8은 본 발명에 따른 기어축 일체형 기어 가공시스템을 이용한 기어축 일체형 기어의 제조방법에 따른 각 공정을 모식적으로 보여주는 것으로, 하기에서는, 도 4 내지 도 8을 참조하여 본 발명에 따른 기어축 일체형 기어 가공시스템과, 이를 이용한 기어축 일체형 기어의 제조방법을 각 공정별로 상술하기로 한다.

[기어축 가공공정]

본 공정에서는 도 4에서 보는 바와 같이 회전하는 기어축 가공장치(100)의 환봉 피딩부(120)에 의해 가공공간 내에서 길이방향으로 피딩되어, 환봉 고정척(110)에 의해 일방향으로 회전하는 환봉(10)의 선단부에 선삭 가공부(130)가 선삭 바이트(131)를 절입하여서, 회전하는 환봉(10)의 선단부에 선삭 가공된 기어축(20)을 형성한다.

상기 환봉(10)의 선단부에 형성된 기어축(20)은, 단부에 기어 성형단(21)이 일체로 형성된 봉체로 구성된다.

[기준 조립면 가공공정]

본 공정에서는, 도 5에서 보는 바와 같이 상기 기어축 가공공정에 의해 기어 성형단(21)이 형성된 기어축(20)의 외경면에 면취 가공부(140)의 면취 바이트(141)를 절입하여서, 기어축(20)의 외경에 기준 조립면(24)을 면취하여 형성한다.

상기 기어축(20)에 형성되는 기준 조립면(24)은, 기어(G)의 기어축(20)이 관통되게 조립되는 피조립물(30)의 조립공(31)과 규합되어, 기어축 일체형 기어(G)가 피조립체(30)에 정형화된 각도로 조립되도록 하는 정각 조립수단이다.

[치형 가공툴 정렬공정]

본 공정에서는, 도 6 내지 도 7에서 보는 바와 같이 상기 기준 조립면(24)과 기어 성형단(21)이 형성된 기어축(20)의 전방에, 툴 회전부(220)에 고정된 치형 가공툴(210)을 정위치에 정렬하는 공정이다.

즉, 상기 치형 가공툴(210)의 절입 높이를 조절하는 수직 조절부(230)와, 수평으로 이동하여 치형 가공툴(210)의 수평 절입 위치를 조절하는 수평 조절부(240)를 통해 치형 가공툴(210)의 상하 및 좌우 위치를 조절하여서, 기어축(20)의 단부에 형성된 기어 성형단(21)에 절입되는 치형 절삭날(212, 213)들의 절입 깊이와 수평 위치를 설정한다.

특히, 본 발명에서는 도 7에서 보는 바와 같이 상기 기어 성형단(21)에 길이방향으로 절입되는 치형 가공툴(210)은 기어축(C1)의 축중심선(C)과 기준 조립면(24)의 중심선(C2)과 상하 직교하는 치형 가공 중심선(C3)을 중심으로 치형(22)들을 순차적으로 형성하여서, 각 치형(22)들은 기준 조립면(24)을 기준으로 설정된 각도를 유지한다.

[치형 가공공정]

본 공정에서는 도 7에서 보는 바와 같이 기어축 가공장치(100)의 환봉 고정척(110)과 환봉 피딩부(120)가 회전하는 치형 가공툴(210)에 기어축(20)의 기어 성형단(21)을 길이방향으로 회동 절입하여, 길이방향으로 회동 절입되는 기어 성형단(21)의 외경에 치형(22)들을 등각 방사구조로 형성한다.

본 실시예에서는, 상기 치형 가공툴(210)을 툴바디(211)에 형성된 황삭용 치형 절삭날(212)과, 정삭용 치형 절삭날(213)을 등각 회전하는 기어 성형단(21)에 길이방향으로 순차 절입하여서, 기어 성형단(21)에 단계적으로 이루어지는 황삭과 정삭을 통해 정치수의 치형(22)들을 등각 방사구조로 형성한다.

이때, 상기 기어 성형단(21)에는 황삭용 치형 절삭날(212)과 정삭용 치형 절삭날(213)이 단계적으로 절입되고 또 치형 가공툴(210)에는 절입 완충부가 형성된 관계로 치형 절삭날(212, 213)들이 기어 성형단(21)에 단계적으로 절입하여 치형(22)을 절삭 가공함에 따른 진동과 충격이 완화되고, 결과적으로 가공물인 기어축 일체형 기어는 정치수의 치형의 형성이 가능하므로 품질 안정성이 확보되고, 또 장치적으로는 치형 가공툴(210)의 변형이나 손상이 최소화된다.

[기어 절단 취득공정]

본 공정에서는, 도 8에서 보는 바와 같이 상기 치형 가공공정에 의해 기어축 일체형 기어(G)로 가공된 기어를 환봉(10)에서 절단하여, 기어(G)를 취득하는 공정이다.

즉, 기어축 가공장치(100)의 선삭 가공부(130)가 회전하는 환봉(10)에 절입되어, 환형(10)의 선단부에 절삭 가공된 기어축 일체형 기어(G)를 절단하게 된다.

이때, 상기 기어축 일체형 기어(G)의 절삭 가공을 마친 다음 치형 가공툴(210)은 수평 조절부(240)나 수직 조절부(230)를 통해 기어축 일체형 기어(G)의 취출경로에서 훼피하여 환봉(10)에서 절단하여 배출되는 기어축 일체형 기어(G)의 배출경로를 확보하는 것이 바람직하다.

따라서, 본 발명은 상기한 기준 조립면 가공공정과, 기어 성형단 형성공정과, 치형 가공툴 정렬공정, 치형 가공공정, 기어 절단 취득공정을 순차적으로 반복 실시함으로써, 치수 정밀도가 확보된 기어축 일체형 기어를 대량 생산할 수 있는 특이성을 갖는다.

1. 기어축 일체형 기어 가공시스템
100. 기어축 가공장치
110. 환봉 고정척 120. 환봉 피딩부
130. 선삭 가공부 131. 선삭 바이트
140. 면취 가공부 141. 면취 바이트
200. 치형 가공장치 210. 치형 가공툴
211. 툴바디 211a. 축공
211b. 공회전 슬롯 212. 황삭용 치형 절삭날
213. 정삭용 치형 절삭날 214, 215. 완충부재
216. 구름 베어링
220. 툴 회전부 221. 회전축
221a. 공회전 가이드
230. 수직 조절부 240. 수평 조절부
10. 환봉 20. 기어축
21. 기어 성형단 22. 치형
23. 치형 24. 기준 조립면
C1. 기어축 중심축 C2. 기준 조립면 중심선
C3. 치형 가공 중심선 G. 기어축 일체형 기어

Claims (3)

1. 환봉을 고정하여 일방향으로 회전하는 환봉 고정척과; 상기 환봉 고정척, 또는 환봉 고정척에 고정된 환봉을 가공공간 내에 길이방향으로 피딩하는 환봉 피딩부; 및 상기 환봉 피딩부에 의해 가공공간 내에 절입하여 회전하는 환봉의 절입부위에 선삭 바이트를 절입하여 선단에 기어 가공단이 형성된 기어축을 형성하는 선삭 가공부를 포함하는 기어축 가공장치와,
   상기 기어축 가공장치에 의해 길이방향으로 회전 공급되는 기어축의 기어 성형단에 치형 절삭날을 길이방향으로 절입하여서, 기어 성형단의 외경에 치형들이 등각 방사구조로 형성하는 치형 가공장치를 포함하되,
   상기 기어축 가공장치는, 환봉 고정척에 고정되어 일방향으로 회전하는 환봉의 선단부에, 외경 절삭이나 측면 절삭 등을 도모하는 선삭 가공부의 선삭 바이트를 절입하여서, 환봉 고정척에 고정되어 가공공간 내에서 일방향으로 회전하는 환봉의 선단부에 기어 성형단이 일체로 형성된 기어축을 가공하고,
   상기 치형 가공장치는, 치형 가공툴과; 상기 치형 가공툴을 회전축에 고정하여 가공공간 내에서 치형 가공툴이 일방향으로 회전되도록 하는 툴 회전부를 포함하여 구성되고,
   상기 치형 가공장치는, 기어축의 축중심선과 기준 조립면의 중심선과 상하 직교하는 치형 가공 중심선을 중심으로 기어 성형단에 길이방향으로 절입하여 치형들을 형성함으로써, 각 치형들은 조립 기준면을 기준으로 설정된 각도를 유지하여 형성되도록 하고,
   상기 치형 가공장치에 수직으로 승강하여 치형 가공툴의 절입 높이를 조절하는 수직 조절부와; 수평으로 이동하여 치형 가공툴의 절입 위치를 조절하는 수평 조절부를 배치하여서, 수직 조절부와 수평 조절부를 통해 치형 가공툴은 수직 절입높이와 수평 절입위치의 조절이 가능하도록 하고,
   상기 치형 가공툴은, 기어 성형단이 형성된 기어축의 선단부에 직교되게 배치되어 회전하는 툴바디와; 상기 툴바디의 외경에 돌출하여 형성되어 툴 회전부에 의해 일방향으로 선회하면서, 길이방향으로 절입되는 기어축의 기어 성형단에 길이방향으로 절삭 가공하여서, 기어 성형단의 외경에 길이방향으로 절삭 가공된 치형들을 등각 방사구조로 형성하는 한 쌍의 치형 절삭날을 포함하며,
   상기 한 쌍의 절삭날 중, 어느 하나의 치형 절삭날은 절삭 가공을 요하는 치형의 절단면적 보다 상대적으로 절단면적이 좁은 황삭용 절삭날로 구성되고, 나머지 치형 절삭날은 치형의 절단면적과 동일한 절단면적을 갖는 정삭용 절삭날로 구성되어서,
   상기 툴 회전부에 형성된 회전축의 일회전에 의해 툴바디에 형성된 기어 성형단에는 황삭용 치형 절삭날과 정삭용 치형 절삭날이 순차적으로 절입되어 단계적으로 이루어지는 황삭과 정삭을 통해 정치수의 치형을 형성하도록 구성되고,
   상기 치형 절삭날들이 형성된 치형 가공툴의 툴바디와, 상기 툴바디를 고정하여 치형 가공툴의 일방향 회전을 도모하는 툴 회전부의 회전축 사이에, 치형 절삭날이 치형 성형단에 길이방향으로 절입되는 순간에 순간적인 충격을 완화하는 절입 완충부를 형성하고,
   상기 절입 완충부는, 상기 툴 회전부의 회전축 단부에 형성되는 하나 이상의 공회전 가이드 돌기와; 상기 공회전 가이드 돌기가 형성된 회전축을 동심구조로 삽입한 툴바디의 축공에 형성되어, 삽입된 회전축 공회전 가이드 돌기의 공회전 각도를 제한하는 하나 이상의 공회전 슬롯; 및 공회전 슬롯과 회전 가이드 돌기를 역방향으로 탄성 지지하는 완충부재를 포함하며,
   상기 툴바디의 축공에 등각 방사구조로 형성된 각 공회전 슬롯의 내벽에 일단을 고정단을 형성하고, 타단은 탄성 절곡단이 형성한 캠형의 판스프링들을 경사지게 배치한 캠스프링형의 완충부재를 배치하여서, 기어 성형단과, 상기 기어 성형단에 절입되는 치형 가공툴 사이의 순간적인 충돌이 감쇄되도록 하고,
   상기 툴바디의 내경에는 구름 베어링들이 배치되어, 상기 회전축은 구름 베어링을 통해 툴바디의 축공과 구름 지지상태를 형성하도록 구성되며,
   상기 기어축 가공장치는, 선삭 가공부를 통해 선삭 가공된 환봉의 절입부위에 면취 바이트를 절입하여 선삭 가공된 환봉의 절입부위의 외경면에 조립 기준면을 형성하는 면취 가공부를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 기어축 일체형 기어 가공시스템.
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