KR102644496B1 - 원통캠의 가공방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 캠면의 편마모를 방지함으로써 내구성이 높고 정확한 동력 전달을 가능하게 하는 원통캠의 가공방법에 관한 것이다. 그 구성은, 원동절로서 원통체로 되어 있으며 상단면에 원주방향을 따라서 곡선 형태의 캠면이 마련되어 있는 원통캠; 종동절로서 상기 원통캠의 상단면인 캠면에 구름접촉한 상태에서 상하로 기동하는 휠;을 포함하는 원통캠 기구에 있어서; 상기 원통캠의 캠면은, 상기 원통캠의 1회전 당 상기 휠의 상하운동 패턴을 2차원 X-Y 좌표로 작도하여 운동궤적선을 생성하는 제1단계; 2차원 좌표상에 작도된 운동궤적선을 X축 방향을 따라 등간격으로 다수개로 분할하여 분할된 운동궤적선을 생성하는 제2단계; 상기 분할된 운동궤적선을 기준원통의 표면에 결합함으로써 기준원통의 벽체에 원주방향을 따라 휠의 상하운동 패턴을 나타내는 분할된 운동궤적선이 표시되도록 하는 제3단계; 기준원통에 표시된 분할된 운동궤적선의 윗부분을 트림으로 제거하여 베이스원통을 생성하는 제4단계; 상기 베이스원통 위에 평면상 보조원을 그리고 이를 분할된 운동궤적선과 동일한 개수로 분할하여 상기 베이스원통을 기준으로 하여 두께를 가지는 제작원통을 작도하되, 상기 분할된 운동궤적선의 각 분할점이 서로 1:1로 연결되도록 하는 제5단계를 포함함으로써; 상기 캠면 상의 임의의 반경방향의 직선이 원통축에 대해 직각을 이루도록 하는 것을 특징으로 한다.

Description

원통캠의 가공방법{Structure Of Top And Bottom Cam And Method For Manufacturing The Same}

본 발명은 캠에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 회전운동을 상하 왕복운동으로 변환시키기 위한 것으로서 캠의 편마모를 방지함으로써 내구성이 높고 정확한 동력 전달을 가능하게 하는 원통캠의 가공방법에 관한 것이다.

일반적으로 캠은 요소간의 직접적 접촉에 의해 회전운동을 왕복 직선운동(또는 각운동)으로 변환시키기 위한 중요하고도 기본적인 기계기구이다. 캠은 요구하는 운동패턴에 따라서 매우 다양한 형태로 제공된다. 캠면을 자신이 필요로 하는 패턴을 구현하기 위하여 캠면의 형태를 특수하게 가공하기도 한다.

특히 본 발명은 도 1에 도시된 바와 같이 수직축(Z)을 중심으로 축회전하는 원통캠(110)과 휠(120, 또는 캠팔로워)를 포함하고 있는 원통캠 기구(100)에 관한 것이다.

휠(120)은 고정된 지점에서 상하로만 기동하는 휠축(121)을 축중심으로 회전 가능하게 설치된다. 원통캠의 캠면(111)에는 휠(120)이 구름접촉하게 되며, 원통캠의 회전에 의해 휠은 캠면(111)에 대응되는 패턴대로 상하운동을 하게 된다. 이러한 원통캠 기구(100)는 다양한 산업분야에서 사용될 수 있다. 원통캠의 캠면과 휠의 접촉이 불량할 경우에는 소음과 마모가 심하게 발생하게 되며 편심하중이 작용하게 되며, 행정의 신뢰성이 떨어지게 된다.

일반적으로 종래에는 원통캠의 캠면은 CNC 등을 이용해 기계적으로 가공한 다음에 작업자의 수작업에 의해 후가공을 함으로써 표면 마감을 하였다. 이러한 작업방법은 인력과 시간의 낭비를 가져왔다. 그리고 후가공을 면밀하게 진행하더라도 미세한 오차가 생길 수 있으며 따라서 점접촉 및 편마모의 문제가 여전히 내재되어 있다.

대한민국 특허출원 제10-2010-0070487호 대한민국 특허출원 제10-2002-0047894호

위와 같은 문제에 대하여 본 발명의 목적은 원통체 형태로 되어 있으며 수직축을 중심으로 하여 축회전하는 원통캠이 캠동작시 어느 회전각도에서나 전체적으로 면접촉을 하게 함으로써 원통캠과 종동절인 휠 사이의 편심하중 내지 편마모가 발생하지 않도록 하는, 원통캠의 가공방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

위와 같은 목적은, 원동절로서 원통체로 되어 있으며 상단면에 원주방향을 따라서 곡선 형태의 캠면이 마련되어 있는 원통캠; 종동절로서 상기 원통캠의 상단면인 캠면에 구름접촉한 상태에서 상하로 기동하는 휠;을 포함하는 원통캠 기구에 있어서;

상기 원통캠의 캠면은,

상기 원통캠의 1회전 당 상기 휠의 상하운동 패턴을 2차원 X-Y 좌표로 작도하여 운동궤적선을 생성하는 제1단계;

2차원 좌표상에 작도된 운동궤적선을 X축 방향을 따라 등간격으로 다수개로 분할하여 분할된 운동궤적선을 생성하는 제2단계;

상기 분할된 운동궤적선을 기준원통의 표면에 결합함으로써 기준원통의 벽체에 원주방향을 따라 휠의 상하운동 패턴을 나타내는 분할된 운동궤적선이 표시되도록 하는 제3단계;

기준원통에 표시된 분할된 운동궤적선의 윗부분을 트림으로 제거하여 베이스원통을 생성하는 제4단계;

상기 베이스원통 위에 평면상 보조원을 그리고 이를 분할된 운동궤적선과 동일한 개수로 분할하여 상기 베이스원통을 기준으로 하여 두께를 가지는 제작원통을 작도하되, 상기 분할된 운동궤적선의 각 분할점이 서로 1:1로 연결되도록 하는 제5단계를 포함함으로써;

상기 캠면 상의 임의의 반경방향의 직선이 원통축에 대해 직각을 이루도록 하는 것을 특징으로 하는 원통캠 기구의 가공방법에 의해 달성된다.

본 발명의 다른 특징에 의하면, 상기 운동궤적선과 보조원의 분할 개수는 360개인 것일 수 있다.

본 발명에 따르면, 통체 형태로 되어 있으며 수직축을 축중심으로 하여 상대적으로 회전하는 원통캠이 캠동작시 어느 회전각도에서나 휠(또는 캠팔로워)와 전체적으로 선접촉을 하게 함으로써 원통캠과 휠 간의 편심하중 내지 편마모가 발생하지 않도록 하는, 원통캠의 가공방법이 제공된다. 이에 의하면 원통캠의 캠면을 별도로 가공할 필요가 없어서 제작비용을 절감할 수 있고, 나아가 캠면을 기계적으로 가공하게 됨으로써 더 정밀하고 정확한 동력전달을 하는 원통캠이 제공된다.

도 1은 종래기술에 의한 원통캠 기구의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 원통캠 기구의 사시도이다.
도 3 내지 도 8은 본 발명의 실시예에 의한 원통캠의 가공시 캠면을 3D로 표현하기 위한 작도방법을 순서에 따라 표현한 도면이다.

이하, 첨부된 도 2 내지 도 8을 동시에 참조하여 본 발명의 구체적인 내용을 상세하게 설명한다.

본 발명에 의한 원통캠 기구(1)는 원동절인 원통캠(3)과 종동절인 휠(5, 또는 캠팔로워. 이하 같음)로 구성된다. 원통캠(3)은 소정의 두께(T)를 가지는 원통체로 되어 있으며 그의 상단면에 원주방향을 따라서 곡선 형태의 캠면(7)이 마련되어 있다. 휠(5)은 원통캠(3)의 상단면인 캠면(7)에 접촉한 상태에서 구름운동을 하면서 상하방향(V)으로 기동하게 된다. 휠(5)은 휠축(9)을 중심으로 축회전 가능하게 되어 있다.

본 발명은 원통캠(3), 특히 그의 캠면(7)을 가공하는 방법에 관한 것이다.

캠면(7)을 CNC와 같은 자동화기계에 의해 실제로 가공된다. CNC는 입력된 수치대로 목적물을 절삭가공하는 것이다. 그러므로 원통캠(3)의 가공과정에서 중요한 부분을 차지하는 것은 원통캠의 캠면(7)을 CNC가 해석할 수 있는 3D 프로그램으로 작도하는 것이라 할 수 있다.

이하, 원통캠의 캠면을 3D 형태로 제작하는 방법에 대하여 설명한다.

제1단계는 상기 원통캠(3)의 1회전 당 상기 휠(5)의 상하운동 패턴을 2차원 좌표(X-Y좌표) 상에 작도하여 운동궤적선(11)을 생성하는 단계이다. 이 운동궤적선(11)은 사용자 또는 소비자의 요구에 의해 임의로 주어지는 것이며 직선과 곡선으로 이루어져 있다.

제2단계는 2차원 좌표(X-Y) 상에 작도된 운동궤적선(11)을 X축 방향을 따라 등간격으로 다수개로 분할한다. 이 과정에서 원동궤적선(11)을 일부로 하는 단일폐곡선(13)을 먼저 작도할 수 있다. 본 발명의 다른 특징에 의하면, 운동궤적선(11')의 분할 개수는 360개일 수 있다. 이는 원이 360°를 이루므로 1°마다 하나의 세그먼트가 만들어지도록 하기 위한 것이다.

제3단계는 다수의 세그먼트(11a)로 분할된 운동궤적선(11')을 기준원통(15)의 표면에 프로그램을 이용하여 결합시킴으로써 기준원통(15)의 벽체에 원주방향을 따라 휠의 상하운동 패턴을 나타내는 분할된 운동궤적선(11')이 표시되도록 한다.

이후, 제4단계에서는 기준원통(15)에 표시된 분할된 운동궤적선(11')의 윗부분을 트림으로 제거하여 3차원의 베이스원통(17)을 작도한다(도 6 참조).

5단계에서는 베이스원통(17)을 기준으로 하여 반경방향으로 두께(T)를 부여하기 위한 보조원(19)을 평면상 작도한 다음, 내부를 트림으로 제거한다(도 7 참조). 여기서 보조원(19)도 원주방향을 따라 동일한 개수로 분할한다. 그리고 분할된 운동궤적선(11')의 각 분할점(21)이 서로 1:1로 연결됨으로써 캠면(7) 상의 임의의 모든 반경방향의 직선(21)이 원통축(Z)에 대해 직각을 이루도록 한다. 이로써 도 8과 같이 소정의 두께(T)를 가지는 제작원통(23)이 완성된다. 이 제작원통(23)은 원통캠(3)의 형태와 같은 것이며 CNC가 읽고 그 형태 대로 가공할 수 있는 소스가 된다.

본 발명에 의하면, 원통캠(3)의 캠면(7) 상에 있는 반경방향의 직선(21) 성분은 지면에, 즉 X-Y 평면에 대하여 직각을 이루게 된다. 그러므로 캠면(7)에 접촉한 상태에서 구름운동하는 휠(5)의 외표면과 원통캠(3)은 원통캠(3)의 전체 두께(T)에 걸쳐 선접촉을 할 수 있게 된다.

위에 도시 및 설명된 구성은 본 발명의 기술적 사상에 근거한 바람직한 실시예에 지나지 아니한다. 당업자는 통상의 기술적 상식을 바탕으로 다양한 변경실시를 할 수 있을 것이지만 이는 본 발명의 보호범위에 포함될 수 있음을 주지해야 할 것이다. 위에 개시된 실시예는 다양한 조합이 가능할 것이며, 가능한 모든 조합은 본 발명의 권리범위 내에 있는 것이 된다.

1 : 원통캠 기구 3 : 원통캠
5 : 휠(캠팔로워) 7 : 캠면
9 : 휠축 11 : 운동궤적선
11 : 분할된 운동궤적선 13 : 단일폐곡선
15 : 기준원통 17 : 베이스원통
19 : 보조원 21 : 직선
23 : 제작원통

Claims (2)

1. 원동절로서 원통체로 되어 있으며 상단면에 원주방향을 따라서 곡선 형태의 캠면이 마련되어 있는 원통캠; 종동절로서 상기 원통캠의 상단면인 캠면에 구름접촉한 상태에서 상하로 기동하는 휠;을 포함하는 원통캠 기구에 있어서;
   상기 원통캠의 캠면은,
   상기 원통캠의 1회전 당 상기 휠의 상하운동 패턴을 2차원 X-Y 좌표로 작도하여 운동궤적선을 생성하는 제1단계;
   2차원 좌표상에 작도된 운동궤적선을 X축 방향을 따라 등간격으로 다수개로 분할하여 분할된 운동궤적선을 생성하는 제2단계;
   상기 분할된 운동궤적선을 기준원통의 표면에 결합함으로써 기준원통의 벽체에 원주방향을 따라 휠의 상하운동 패턴을 나타내는 분할된 운동궤적선이 표시되도록 하는 제3단계;
   기준원통에 표시된 분할된 운동궤적선의 윗부분을 트림으로 제거하여 베이스원통을 생성하는 제4단계;
   상기 베이스원통 위에 평면상 보조원을 그리고 이를 분할된 운동궤적선과 동일한 개수로 분할하여 상기 베이스원통을 기준으로 하여 두께를 가지는 제작원통을 작도하되, 상기 분할된 운동궤적선의 각 분할점이 서로 1:1로 연결되도록 하는 제5단계를 포함함으로써;
   상기 캠면 상의 임의의 반경방향의 직선이 원통축에 대해 직각을 이루도록 하는 것을 특징으로 하는 원통캠 기구의 가공방법.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 운동궤적선의 분할 개수는 360개인 것을 특징으로 하는 원통캠 기구의 가공방법.

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