KR19980070810A - 다축공작기계 및 다축공작방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가공면에 불연속부가 형성된 다수의 공작물을 동시에 동일 형상으로 가공하는 다축공작기계에 관한 것으로, 채터링, 요동 등의 증폭을 억제하여 가공 정밀도의 악화를 방지하기 위해, 구동모터에 연결된 다수의 구동풀리(7a, 7b, 7c)의 직경을 미세하게 변화시켜, 구동풀리(7a, 7b, 7c)로부터 벨트(10)를 통해 각 가공축(3a)의 피동풀리(8)로 전달되는 회전속도를 불규칙하게 변화시킴으로써, 가공축(3a)의 절삭날(9)이 접합부(s) 등의 불연속부를 통과하는 타이밍을 불규칙하게 변화시킨다.

Description

다축공작기계 및 다축공작방법

본 발명은, 예를 들어 자동차의 엔진에 사용되는 코넥팅 로드(connecting rod)와 같은 공작물의 내부 원통형 면을 가공하는 다축(多軸)공작기계 및 다축공작방법에 관한 것이다.

종래, 예를 들어 자동차 엔진에 사용되는 코넥팅 로드의 구멍의 내부 원통형 면을 가공할 때, 공통의 구동원으로 동시에 회전되는 다수의 가공축의 각 절삭날에 의해 다수의 코넥팅 로드의 내부 원통형 면을 동시에 가공하는 타입의 다축공작기계가 알려져 있다. 이들 다축공작기계에 의해, 다수의 코넥팅 로드에 대하여 동시에, 먼저, 거친 브로칭(broaching)가공 또는 거친 보링(boring)가공을 행하고, 다음에, 다듬질 보링(finish-boring)가공을 행하고, 마지막으로, 정밀 다듬질(super- finishing)가공과 같은 내경 호닝(honing)가공을 차례로 행한다.

그런데, 코넥팅 로드의 큰 단부는 캡부분과 본체부분으로 분할되어 있고, 따라서, 도 6에서 보여지는 바와 같이, 캡부분과 본체부분 사이의 접합부(s, s)에 불연속부가 형성되어 있으며, 또한, 큰 단부의 내부 원통형 면으로 열려 있는 오일 구멍(h)에 의해서도 불연속부가 형성된다. 상기한 바와 같이 마지막으로 정밀 다듬질 호닝가공을 코넥팅 로드에 불가피하게 행하는 이유는, 그러한 불연속부 때문에, 다듬질 가공을 통해서는, 도 6(A)에서 보여지는 바와 같이, 큰 단부의 내부 가공면의 소망의 표면 조도(粗度)와 원형도가 얻어질 수 없다는데 있다. 즉, 절삭날이 접합부(s, s)와 오일 구멍(h)을 통과할 때, 채터링(chattering) 또는 요동이 발생하기 쉽고, 다수의 코넥팅 로드가 같은 자세로 위치고정되어 동일 회전위상의 절삭날에 의해 가공될 때는, 다수의 절삭날이 거의 동시에 불연속부를 통과하기 때문에, 채터링 등이 증폭된다.

각각의 코낵팅 로드에 대한 절삭날의 회전위상을 변화시켜, 절삭날이 불연속부를 통과하는 타이밍을 서로 다르도록 조정한 때에도, 도 6(B)에 나타내어진 바와 같이, 원주방향을 따라 꽃잎형 물결모양이 주기적으로 발생되는 경향이 있어, 그다지 개선된 효과가 얻어지지 않는다. 따라서, 가공면에 불연속부가 형성된 다수의 공작물을 다축공작기계에 의해 동시에 가공하는 경우, 정밀 다듬질 가공 없이도 소망의 표면 조도와 원형도를 얻을 수 있게 하는 가공기술이 요망된다.

따라서, 본 발명의 목적은, 가공면에 불연속부를 가지는 다수의 공작물을 동시에 소망의 가공 정밀도로 가공할 수 있는 개선된 공작기술을 제공하는데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위해, 가공면에 불연속부가 형성된 다수의 공작물을 동시에 동일 형상으로 가공하는데 적합하게 된 본 발명의 다축공작기계는, 다수의 가공축과, 공작물을 가공하기 위해 각 가공축에 제공된 절삭수단과, 다수의 가공축을 동시에 회전시키기 위한 구동원과, 각 가공축의 회전위상을 불규칙하게 변화시키기 위해 구동원과 각 가공축 사이에 제공된 위상변화수단을 포함한다.

즉, 각 가공축의 절삭날이 불연속부를 통과하는 타이밍이 일정하면, 각 절삭날이 불연속부를 통과할 때 발생되는 채터링 등이 증폭되어, 가공면의 표면 조도 등이 악화된다. 공작물에 대한 절삭날의 회전위상을 변화시켜, 절삭날이 불연속부를 통과하는 타이밍을 바꿀 때라도, 작은 물결모양이 규칙적으로 반복되는 싸이클로 발생되므로, 이것은 채터링 등을 감소시키는 유효한 대책이 되지 못한다.

따라서, 절삭날이 불연속부를 통과하는 타이밍을 불규칙하도록 변화시켜 동일 싸이클의 반복을 방지할 수 있도록 각 가공축의 회전속도를 불규칙하게 변화시키기 위해 구동원과 각 가공축 사이에 위상변화수단이 제공되어 있다. 그리하여, 불연속부 통과 시점이 불규칙하도록 변화되면, 채터링 등의 증폭이 억제될 수 있어, 표면 조도 등의 가공 정밀도가 향상될 수 있다.

본 발명의 바람직한 형태에서, 다축공작기계는, 구동원에 작동적으로 연결된 다수의 구동풀리와, 각 가공축에 제공된 다수의 피동풀리와, 구동풀리로부터 각 가공축에 회전력을 전달하기 위해 각 구동풀리와 각 피동풀리 사이에서 연장하는 다수의 구동벨트를 포함하며, 각 구동풀리의 외경 또는 각 피동풀리의 외경을 변화시킴으로써 위상변화수단이 형성되어 있다. 즉, 다수의 구동풀리의 외경을 서로 다르게 하거나, 또는 피동풀리의 외경을 다르게 하면, 구동원으로부터의 회전력이 각각 상이한 회전속도로 각 가공축에 전달되어, 가공축의 회전위상이 변화될 수 있다. 이 경우, 단지 구동풀리 또는 피동풀리의 외경을 변화시키는 것만으로, 다른 구성부품을 바꾸지 않고도 가공 정밀도가 효과적으로 향상될 수 있다.

본 발명의 다른 형태에서는, 위상변화수단이, 구동풀리와 피동풀리를 이붙이 풀리(toothed pulley)로 형성하고, 구동벨트를 타이밍 벨트로 형성하여 구성된다. 이 경우, 각 풀리와 각 구동벨트의 톱니 수를 상이하게 형성하여, 각 가공축의 회전속도를 변화시키도록 한다.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 공통의 구동원에 의해 작동되는 다수의 가공축에 제공된 각각의 절삭수단에 의해, 가공면에 불연속부가 형성된 다수의 공작물을 동시에 동일 형상으로 가공하는 다축공작방법은, 가공축의 절삭수단에 의해 공작물의 내면을 가공하는 동안, 각 절삭수단이 불연속부를 통과하는 타이밍을 불규착하게 변화시키도록 각 가공축의 회전위상을 불규칙하게 변화시키는 단계를 포함한다. 이 방법을 적용함으로써, 채터링 등이 효과적으로 억제되어, 표면 조도 등과 같은 가공 정밀도가 향상될 수 있다.

본 발명의 상기 목적 및 다른 목적들과 이점들이 첨부 도면과 함께 하기 상세한 설명으로부터 명백하게 될 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 다축공작기계의 측면도.

도 2는 다축공작기계의 평면도.

도 3은 도 1의 A-A선 단면도.

도 4는 다수의 코넥팅 로드를 가공할 때의 상태를 설명하는 사시도.

도 5는 위상변화수단으로서의 구동풀리의 설명도.

도 6(A) 및 (B)는 종래의 방법으로 가공된 면의 상태를 나타내는 설명도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1: 다축공작기계 2: 위치결정부

3: 가공유니트 3a: 가공축

4: 구동모터 5: 베이스

6: 테이블 7: 구동풀리

8: 피동풀리 9: 절삭날

10: 벨트 11: 텐숀 로울러

W: 코넥팅 로드

도 1∼도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 다축공작기계(1)는, 자동차 엔진의 구성부품인 다수의 코넥팅 로드(W)를 동시에 가공하는데 적합한 형태의 공작기계로서 구성되어 있다.

도 4에 나타낸 바와 같이, 각각의 코넥팅 로드(W)는 큰 단부측의 대직경 구멍(a)과 작은 단부측의 소직경 구멍(c)을 가지고 있다. 또한, 큰 단부는 캡부분(Wa)과 본체부분(Wb)의 두 부분으로 분할되어 있고, 큰 단부의 내부 원통형 가공면에 접합부(s) 등의 불연속부가 형성되어 있다. 이 다축공작기계(1)는, 축방향을 수직으로 하여 위치고정된 3개의 코넥팅 로드(W)에 대하여 실질적으로 동시에, 큰 구멍(a)의 내부 원통형 면과 작은 구멍(c)의 내부 원통형 면을 동시에 가공하도록 구성되어 있다.

즉, 도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이, 코넥팅 로드(W)의 위치결정부(2)에 대하여 좌우측에 대칭으로 1쌍의 3축 가공유니트(3, 3)가 설치되어, 일측의 가공유니트(3)에 의해 큰 구멍(a)이 가공되고, 타측의 가공유니트(3)에 의해 작은 구멍(c)이 가공되도록 되어 있다. 좌우의 3축 가공유니트(3, 3) 각각을 구동시키기 위한 구동원으로서 1쌍의 구동모터(4, 4)가 좌우측에 설치되어 있다. 그리하여, 각 구동모터(4)로부터의 회전구동력이 각 가공유니트(3)의 3개의 가공축(3a, 3a, 3a)에 전달된다. 가공유니트(3, 3)는 베이스(5)상에서 전후로 이동가능한 좌우측 테이블(6)에 각각 장착되어 있다.

이하, 구동모터(4, 4)의 회전력을 각각의 가공유니트(3, 3)에 전달하는 수단을 도 3 및 도 4를 참조하여 상세히 설명한다. 3개의 풀리부분(7a, 7b, 7c)을 형성하도록 축방향으로 3부분으로 분할되어 있는 구동풀리(7)가 구동모터(4)의 출력축에 고정적으로 설치되어 있다. 또한, 각 가공유니트(3)의 3개의 가공축(3a, 3a, 3a) 각각의 기단부측에 피동풀리(8)가 고정적으로 설치되어 있고, 각 가공축(3a)의 선단부측에는 절삭날(9)이 설치되어 있다. 구동풀리(7)의 풀리부분(7a, 7b, 7c) 각각과 피동풀리(8, 8, 8) 각각과의 사이에 벨트(10)가 연장하여 설치되어, 각 풀리부분과 각 피동풀리를 작동적으로 연결하고 있다. 그 벨트(10)들중 2개는, 도 3에서 보여지는 바와 같이 텐숀 로울러(11, 11) 각각에 의해 장력하에 유지될 수 있다.

셋팅시, 먼저, 텐숀 로울러 없이 가공유니트(3)의 벨트(10)를 기준으로 하여 구동모터(4)의 위치조정을 행한 후, 가공유니트(3)의 다른 2개의 벨트(10, 10)가 텐숀 로울러(11, 11)의 위치조정을 통해 위치설정된다.

구동모터(4)의 구동풀리(7)를 보면, 작은 구멍(c)을 가공하기 위해 도 1의 우측에 설치된 구동풀리(7)의 풀리부분(7a, 7b, 7c)은 모두 직경이 동일하게 형성되어 있으나, 큰 구멍(a)을 가공하기 위해 도 1의 좌측에 설치된 구동풀리(7)의 풀리부분(7a, 7b, 7c)은 도 5와 같이 직경이 서로 미세하게 다르게 형성되어, 위상변화수단으로 기능하도록 되어 있다. 도 5의 중앙수평점선 윗쪽의 상반부는 구동풀리(7)의 단면을 나타내고, 하반부는 그 풀리의 외부 형상을 나타낸다. 따라서, 구동모터(4)의 회전이 좌측의 가공유니트(3)의 각 가공축(3a)에 미세하게 상이한 회전으로 전달되어, 각 가공축(3a)의 회전위상을 불규칙하게 변화시킬 수 있다. 한편, 도 5의 단면도로부터 보여지는 바와 같이, 구동풀리(7)의 중간부분은 경량화를 위해 비어 있는 구조로 되어 있으나, 이것은 본 발명과는 직접적인 관계가 없다.

다음에, 이상과 같은 다축공작기계의 작동을 설명한다. 위치결정부(2)에 3개의 코넥팅 로드(W)를 수직의 직립자세로 위치고정시키고, 큰 구멍(a)의 내부 원통형 면을 가공한다. 즉, 구동모터(4)의 회전력에 의해 가공유니트(3)의 가공축(3a, 3a, 3a)을 회전시키면서, 테이블(6)의 이동에 따라 전방으로 이송하여, 각 절삭날(9)에 의해 큰 구멍(a)의 내부 원통형 면을 동시에 가공한다. 그 다음, 가공축(3a, 3a, 3a)의 회전이 위상변화수단의 기능에 의해 서로 다르게 불규칙하게 제어되어, 절삭닐(9)이 불규칙한(랜덤한) 타이밍으로 접합부(s) 등의 불연속부를 통과함으로써, 공명 등의 증폭이 억제되어, 표면 조도, 원형도 등의 가공 정밀도가 향상된다. 상기한 가공방법으로 내부 원통형 면을 다듬질(finishing) 가공하는 것에 의해, 단지 다듬질 가공의 적용만으로 소망의 표면 조도와 원형도가 얻어질 수 있어, 종래의 가공방법에서는 다듬질 가공후에 불가피하게 요구되는 정밀 다듬질 호닝(super-finish honing)이 생략되거나 불필요하게 될 수 있다. 큰 구멍(a)을 가공한 후, 큰 구멍에 대하여 위에서 설명된 것과 실질적으로 같은 방법으로 작은 구멍(c)의 내부 원통형 면의 가공을 행한다. 그 순서는 반대로 하여도 좋다.

본 발명이 바람직한 실시형태로서 설명되었으나, 구동풀리(7)의 풀리부분(7a, 7b, 7c)이 3개의 독립적인 풀리로 대체될 수 있고, 구동풀리(7)가 상기한 예 대신에 V자형 홈을 가지도록 형성될 수도 있으며, 또한, 구동풀리(7)의 풀리부분(7a, 7b, 7c)의 직경을 변화시키는 대신에, 피동풀리(8)의 직경을 서로 다르게 변화시키는 것에 의해 위상변화수단을 구성할 수도 있음을 이해하여야 한다. 또한, 구동풀리(7)와 피동풀리(8)를 이붙이 풀리(toothed pulley)로 대체하고, 타이밍 벨트를 사용함으로써, 각 가공축(3a)의 회전수를 변화시키는 것도 가능하다.

상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 다축공작기계는 가공면에 불연속부가 형성된 다수의 공작물을 동시에 가공하는데 적합하다. 구동원과 각 가공축 사이에 위상변화수단이 제공되어, 각 가공축의 회전위상을 불규칙하게 변화시키도록 되어 있어, 절삭수단이 불연속부를 통과하는 타이밍을 불규칙하게 할 수 있어, 채터링 또는 요동의 증폭을 억제하여 가공 정밀도를 향상시킬 수 있다. 또한, 구동풀리의 외경 또는 피동풀리의 외경을 변화시키는 것에 의해 위상변화수단을 구성할 수 있기 때문에, 상당한 개조없이 기존 설비가 용이하게 사용될 수 있다.

Claims (4)

1. 가공면에 불연속부가 형성된 다수의 공작물을 동시에 동일 형상으로 가공하도록 된 다축공작기계로서, 다수의 가공축과, 공작물을 가공하기 위해 각 가공축에 제공된 절삭수단과, 다수의 가공축을 동시에 회전시키기 위한 구동원을 포함하는 다축공작기계에 있어서, 각각의 상기 가공축의 회전위상을 불규칙하게 변화시키기 위해 상기 구동원과 각각의 상기 가공축 사이에 위상변화수단이 제공된 것을 특징으로 하는 다축공작기계.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 다축공작기계가, 상기 구동원에 작동적으로 연결된 다수의 구동풀리와, 각각의 상기 가공축에 제공된 다수의 피동풀리, 및 상기 구동풀리로부터 각각의 상기 가공축에 회전력을 전달하기 위해 각각의 상기 구동풀리와 각각의 상기 피동풀리 사이에서 연장하는 다수의 구동벨트를 포함하고, 상기 위상변화수단이, 각각의 상기 구동풀리의 외경 또는 각각의 상기 피동풀리의 외경을 변화시킴으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 다축공작기계.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 다축공작기계가, 상기 구동원에 작동적으로 연결된 다수의 구동풀리와, 각각의 상기 가공축에 제공된 다수의 피동풀리, 및 상기 구동풀리로부터 각각의 상기 가공축에 회전력을 전달하기 위해 각각의 상기 구동풀리와 각각의 상기 피동풀리 사이에서 연장하는 다수의 구동벨트를 포함하고, 상기 위상변화수단이, 상기 구동풀리와 상기 피동풀리를 이붙이 풀리(toothed pulley)로 형성하고, 상기 구동벨트를 타이밍 벨트로 형성하여 구성되는 것을 특징으로 하는 다축공작기계.
4. 공통의 구동원에 의해 작동되는 다수의 가공축에 제공된 각 절삭수단에 의해, 가공면에 불연속부가 형성된 다수의 공작물을 동시에 동일 형상으로 가공하는 다축공작방법으로서, 각각의 상기 절삭수단이 불연속부를 통과하는 타이밍을 불규착하게 변화시키도록 각각의 상기 가공축의 회전위상을 불규칙하게 변화시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다축공작방법.