KR19990044228A - 공구 이송방법 - Google Patents

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KR19990044228A
KR19990044228A KR1019980701464A KR19980701464A KR19990044228A KR 19990044228 A KR19990044228 A KR 19990044228A KR 1019980701464 A KR1019980701464 A KR 1019980701464A KR 19980701464 A KR19980701464 A KR 19980701464A KR 19990044228 A KR19990044228 A KR 19990044228A
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허만 제이 스타트펠드
제임즈 에스 글리슨
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에드워드 제이.펠타
더 글리슨 웍스
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Abstract

공작물상의 적어도 하나의 치면을 생산하기 위한 기계가공단계에서 공구(2)를 공작물(14)내의 소정의 깊이까지 이송시키는 방법이다. 이 공작물(14)은 공작축선(W) 주위를 회전할 수 있으며 이 공구(2)는 공구축선(T) 주위를 회전할 수 있고 적어도 하나의 스톡 제거면(4)을 포함한다. 이 방법은 공구(2)가 공구축선(T) 주위를 회전하게 하는 단계와 회전공구(2)와 공작물(14)을 접촉시키는 단계를 포함한다. 공구는 소정의 깊이까지 이송경로(FT)를 따라 공작물에 대해 이송되며 이송경로(FT)의 적어도 한 부분은 적어도 제1 및 제2 이송벡터 성분(Ft1, Ft2)으로 구성되는 이송벡터에 의해 형성된다. 제1 및 제2 이송벡터 성분은 공작축선(W)에 의해 형성된 평면(PT)내에 위치되어 있으며 제1 이송벡터 성분(Ft1)을 가진 공구축선(T)의 방향은 거의 공구축선(T) 방향내에 있고 제2 이송벡터 성분(Ft2)은 거의 공작물(14)의 정면폭의 방향내에 있다.

Description

공구 이송방법
베벨기어 및 하이포이드기어를 생산하는데 있어서는 2개 타입의 단계, 즉 창성단계와 비창성단계가 일반적으로 사용된다.
창성단계에서 회전공구는 공작물내에서 소정의 깊이까지 이송된다. 일단 이 깊이에 도달하면 공구와 공작물은 공구의 스톡 제거면으로 표시되는 이론기어의 치면과 함께 창성기어의 축선 주위를 회전하는 이론 창성기어와 맞물려서 공작물의 회전을 모방하는 경로를 따라 구름운동(즉 기어절삭)을 함께 행한다. 톱니의 외형선 형상은 기어절삭중 공구와 공작물의 상대이동에 의해 형성된다.
본 발명은 베벨기어 등의 형성에 관한 것이다. 상세하게는, 본 발명은 공구를 공작물내에서 소정의 깊이까지 이송시키며 이송경로가 제어되는 이송방법에 관한 것이다.
도 1은 절삭공구의 축방향 단면표시를 도시하는 도면,
도 2는 절삭공구와 맞물린 피니언 부재의 반경방향 단면도에서 발명의 이송벡터와 종래기술의 이송벡터를 예시하는 도면,
도 3은 피니언 부재의 축방향 단면도에서 발명의 이송벡터의 성분을 예시하는 도면,
도 4는 기어의 정면폭을 따라 향한 발명의 이송벡터의 한 선분을 도시하는 도면,
도 5는 컴퓨터 제어식 다축기어 제조기계를 개략적으로 예시하는 도면,
도 6은 크레이들 모양의 기어제조기계를 개략적으로 예시하는 도면,
창성 단계는 2개의 카테고리 즉 정면 밀링과 정면 호빙으로 분류된다. 창성 정면 밀링에 있어서 공작물의 각 슬롯(연속 톱니의 인접 톱니 측면)은 개별적으로 형성된다. 하나의 톱니 슬롯이 형성된 후 커터는 공작물로부터 적절히 탈거되며, 공작물은 다음 톱니 슬롯 위치로 분할되고 커터와 공작물은 슬롯을 형성하도록 맞물린다. 이 단계는 모든 톱니 슬롯이 형성될 때까지 반복된다. 톱니 슬롯을 개별적으로 형성하며 커터의 탈거와 공작물의 분할이 필요한 단계는 간헐 단계 또는 간헐 분할 단계로서 알려져 있다. 공구가 톱니 슬롯내에서 소정의 깊이까지 이송된 후 기어절삭은 시작된다.
기어절삭에 있어 치면은 몇 개의 공지의 사이클중의 어느 사이클에 의해 형성될 수도 있다. 슬롯의 한 치면은 전방 기어절삭에 의해 형성될 수도 있으며 인접 치면은 역방향의 기어절삭에 의해 형성될 수도 있다. 대안적으로 톱니슬롯의 쌍방의 측면은 단일 전방 기어절삭으로 절삭될 수도 있으며 2차 절삭 또는 다듬질 절삭이 필요하면 이 절삭은 원하는 치면을 만들기 위해 역방향으로 이루어질 수도 있다. 일단 치면이 완성되면 공구는 공작물에서 적절히 탈거되며 다음에 공작물은 다음 슬롯위치로 분할된다. 이 간헐 분할은 공작물상의 모든 치면이 형성될 때까지 계속된다.
정면 호빙 창성은 연속 분할 공정이며 공구와 공작물 사이의 소정의 일정시각 회전은 기어 절삭에 겹쳐진다. 이 방식에서 공작물상의 모든 슬럿(그리고 따라서 모든 치면)은 단일 기어절삭에 의해 형성된다. 공구와 공작물은 일정시각 관계로 회전되며 다음에 공구는 공작물내로 이송되고 따라서 공구가 깊이 이송됨에 따라 모든 슬롯으로부터 스톡(stock)을 제거한다. 일단 최대의 깊이에 도달하면 원하는 창성 사이클은 공작물상의 모든 톱니를 완전히 형성하기 위해 시작된다.
간헐분할이든 연속분할이든 비창성단계에서 공작물의 톱니의 외형선 형상은 공구의 외형선으로부터 직접 생산된다. 공구는 공작물내로 이송되며 공구의 외형선 형상은 공작물에 전달된다. 기어절삭이 행해지지 않고 이는 도안 "크라운 기어"로서 알려진 이론 창성기어의 개념은 비창성공정에 적용가능하다. 이 크라운 기어는 치면이 공작물의 치면과 상보성인 이론기어인 것이다. 따라서 공구의 절삭 블레이드는 비창성 공작물의 치면을 형성할 때 크라운 기어의 톱니를 표시한다.
정면 밀링에서 통례적으로 공구는 표면으로부터 돌출하는 복수의 스틱 타입의 절삭 블레이드를 갖추고 있는 원형 커터를 포함한다. 이 절삭 블레이드는 측면 절삭날이 기어톱니의 길이방향으로 오목 표면을 생산하는 외측 절삭 블레이드가 될 수도 있으며 또는 절삭 블레이드는 측면 절삭날이 기어 톱니의 길이방향으로 볼록표면을 형성하는 내측 절삭 블레이드가 될 수도 있다. 또한 정면 밀링공구는 톱니슬롯의 쌍방의 측면을 형성하는 외측 및 내측 블레이드의 교체를 포함할 수도 있다. 각각의 톱니슬롯이 정면 밀링에서 개별적으로 형성됨으로 커터의 모든 블레이드는 슬롯이 형성중 각 슬롯을 통과한다.
정면 호빙에서 외측 블레이드와 내측 블레이드(그리고 어떤 경우에는 "바닥" 블레이드로서 알려진 제3 블레이드)는 커터 헤드내에 그룹상태로 배열되어 있다. 이 그룹은 공구와 공작물이 절삭중 일정 시각 관계로 회전됨에 따라 각 그룹이 연속하는 톱니 슬롯을 절삭할 정도로 위치되어 있다. 이 방식에서 모든 슬롯은 단일 플런지 절삭(plunge cutting)에 의하여 필수적으로 동시에 형성된다.
비창성 및 창성 단계에서 제1 단계는 절삭 또는 연삭공구를 공작물과 맞물리게 하여 공구를 공작물내에서 소정의 깊이까지 이송시키는 것이다. 공구는 공작물쪽으로 이동될 수도 있으며 공작물은 공구쪽으로 이동될 수도 있고 또는 공구와 공작물 쌍방이 서로를 향하여 이동될 수도 있다. 공구 및/또는 공작물 어느쪽이 이동되던지 관계없이 공구는 스톡제거가 완료되기 이전에 그리고 공구가 탈거(비창성 공정) 또는 기어절삭이 시작(창성 공정)되기 이전에 공작물의 소정의 플런지 깊이에 도달해야 한다.
공구가 공작물과의 초기 접촉으로부터 소정의 깊이 또는 최대 깊이까지 따라서 이동하는 경로는 변화할 수도 있다. 이론 창성기어를 모방하는 크레이들(cradle)을 포함하는 종래의 기계식 기어절삭 및/또는 연삭기계에서 1990년 미국 뉴욕 로체스터 소재의 더 글리슨 워크스 회사에 의한 "스파이럴 베벨기어 및 하이포이드 기어의 CNC 창성:이론과 실제"에서 골드리치(Goldrich)에 의해 검토된 바와 같이 이송경로는 크레이들(창성기어) 축선을 따르는 방향에 있다. 이 타입의 공구 이송이 잘 설정되는 한편 불균형된 하중 또는 스트레스에 주목하게 되었다.
골드리치의 동일 출판물은 또한 CNC 다축 기어 창성기계를 개시하며 공작물내로의 공구의 이송경로는 공구 축선을 따르는 방향내에 있을 수도 있다. 공구축선을 따르는 이송에서, 이송경로는 공구축선에 의해 형성된 평면과 설계 지점(톱니의 형상이 계산되는 점)에서의 톱니의 수직 벡터내에 놓여 있다. 이 평면은 수직평면으로 칭한다. 설계 지점은 통례상 톱니의 중간점이며 이 중간점은 톱니상의 루트-내지-톱(root-to-top)과 토-내지-힐(toe-to-heel)의 중간점이 된다. 이 타입의 이송은 이송경로가 크레이들 축선을 따를 때 공구가 혼입(混入)될 수도 있는 경우에 유리하다. 공구의 혼입은 과잉 스톡재료가 존재하며 공작물에 대한 운동으로 인하여 공구가 과잉 스톡재료를 제거하는 상태이다. 공구 축선을 따르는 이송은 공구의 혼입이 방지되는 방식으로 공구를 공작물에 향하게 한다. 그러나 공구축선을 따르는 이송은 특히 정면 호빙 창성단계에서 과다한 불균형된 공구 하중을 나타냈다.
골드리치는, 공구의 이송이 불균등한 압력각을 가진 절삭 블레이드의 칩 하중을 균형잡기 위해 공구축선에 대한 각도에서 행해지는 것을 더 개시하고 있다. 불균등한 압력각을 가진 절삭공구가 사용될 때 블레이드의 한쪽 측면은 다른 하나의 측면보다 많은 스톡재료를 제거할 수도 있어 따라서 한 세트의 블레이드가 다른 한 세트의 블레이드보다 급속하게 마모되게 한다. 공구를 공구 축선을 따라 이송시킬 때 불균일한 공구하중의 상태는 이러한 불균등한 압력각을 가진 공구를 사용함으로써 더 악화된다. 이 상태에서 이송경로는 공구축선에 대한 각도로 변화될 수도 있으나 이송경로는 수직평면내에 있다. 수직평면내의 이 각이진 이송경로는, 공구의 2개 측면 사이의 스톡제거가 균형잡히며 불균등한 스톡제거로 인한 블레이드 마모가 경감되는 방식으로 공구가 공작물에 접촉되게 한다.
팔마티너 쥬니어(Palmateer, Jr.) 외 다수인에게 허여된 미국 특허 제 5,310,295호는 축방향 평면내에 위치된 제1 및 제2 성분을 가진 이송벡터를 포함하는 적어도 한 부분을 이송경로를 따라, 공구를 공작물내로 상대적으로 이송시키는 방법을 개시한다. 축방향 평면은 이론창성기어의 축선과 공작물 축선에 의해 형성된다. 제1 이송벡터 성분은 이론창성기어 축선방향에 있으며 제2 이송벡터 성분은 이론창성기어의 축선에 거의 직각을 이룬다. 공구 이송공정은 불균일한 공구하중을 줄이게 하며 기계 진동을 감소시킨다.
그러나, 균형잡힌 칩 하중을 가진 공구를 대체로 이론 창성기어의 방향으로 이송시키는 단계는 기계진동을 상당한 양 일관성있게 줄이지 못하며 통상은 각 블레이드 그룹내에서, 특히 정면 호빙단계에서 제1 블레이드의 제2 절삭날상에서 주목되는 과대한 블레이드 마모의 결과로 된다.
칩 하중이 위에서 검토된 종래기술의 방법에서 외형상으로 균형잡힌다 하더라도 블레이드 그룹내의 제1 절삭 블레이드, 예컨대 외측 블레이드는 톱니 슬롯의 외부 절삭날과 함께 뿐만 아니라 팁부분과, 블레이드 팁이 이송중의 커터의 결과로서 새 깊이까지 절삭함에 따라 블레이드 팁 근처의 측면 여유날의 작은 부위와 함께 재료를 톱니 밖으로 제거시킨다. 재료를 제거시키는 여유측면부위는 또한 2차 절삭날로 칭한다.
본 발명자는 슬롯내의 블레이드상에 작용하는 비최적 절삭력은 기계진동과, 특히 제1 블레이드, 즉 새 슬롯을 절삭하는 제1 블레이드 또는 슬롯내의 새 깊이에서 절삭하는 제1 블레이드에 대한 공구 마모의 중요한 원인이라는 것을 알았다. 이것은, 제1 블레이드가 동일 톱니의 깊이 위치를 따르는 어느 블레이드보다도 많은 스톡을 제거함으로 제1 블레이드는 비최적 및 과다 절삭작용에 최대로 노출되는 이유로 믿게 되었다. 위에서 검토된 종래기술의 이송방법은 2차 절삭날을 다루지 않고 있으며 이들 자료에 개시된 칩 균형은 기하학적 형상이고 절삭 블레이드의 칩 하중을 균형잡는 것에 관한 것이다.
본 발명의 목적은 제1 블레이드의 2차 절삭날상의 칩하중을 주려서 그 결과 블레이드 마모와 단계가 유도하는 진동을 줄이는데 있다.
발명의 개요
본 발명은 공작물상의 적어도 하나의 치면을 제작하기 위한 기계가공단계에서 공구를 공작물내의 소정의 깊이까지 이송시키는 방법에 관한 것이다. 공작물은 공작축선 주위를 회전가능하며 공구는 공구축선 주위를 회전가능하고 공작물은 적어도 하나의 스톡 제거면을 포함한다.
이 방법은 공구를 공구축선 주위에서 회전시키는 단계와 회전하는 공구와 공작물을 접촉시키는 단계를 포함한다. 공구는 소정의 깊이까지 이송경로를 따라 공작물에 대하여 이송되며 이송경로의 적어도 한 부분은 적어도 제1 및 제2 벡터 성분을 포함하는 이송벡터에 의해 형성된다. 제1 및 제2 이송벡터 성분은 공작축선과 거의 공구축선방향으로 있는 제1 이송벡터성분과 거의 공작물의 정면 폭방향으로 있는 제2 이송벡터성분을 가진 공구축선방향에 의해 형성된 평면내에 위치되어 있다.
다축 컴퓨터 제어식 기계에 대한 발명의 방법을 실행함에 있어 초기 축선 설정위치는 기계에 입력된 설정 매개변수에 연동하여 계산된다. 컴퓨터 제어식 축선은 공구와 공작기어를 서로에 대하여 초기에 위치결정시키기 위하여 초기 설정위치까지 이동된다. 공작기어에 대한 공구의 이송경로는 기계에 입력된 이송매개변수에 연동하여 계산된다. 다음에 공구는 공구축선 주위를 회전하며 컴퓨터 제어식 축선은 회전하는 공구를 공작기어내의 소정의 깊이까지 이송경로를 따라 공작기어에 대해 이송시키도록 이동된다. 이송경로의 적어도 한 부분은 위에서 형성된 바와 같이 적어도 제1 및 제2 이송벡터성분을 포함하는 이송벡터에 의해 형성된다.
본 발명은 첨부도면을 참조로 하여 상세하게 검토될 것이다. 모든 도면에서 동일 특징 또는 성분은 동일 참조번호로 참조될 것이다.
도 1은 회전축선(T)을 가지고 스톡 제거공구(2)의 축방향 부분단면을 예시한다. 검토목적으로 지금부터 공구(2)는 절삭공구로 표시될 것이나, 연삭공구도 또한 본 발명에 의해 고려되며 본 발명내에 포함되어 있다는 것을 알아야 한다. 공구(2)는 예컨대 블레이크슬리(Blakesley)외 다수인에게 허여된 미국특허 제 4,575,285호내에서 개시된 타입과 같은 공구(2)의 표면에서 돌출하는 절삭 블레이드(4)를 포함한다. 예를 들어 절삭 블레이드(4)는 외측 블레이드로 고려될 것이며 따라서 절삭날(6), 팁 반경(8), 및 여유날(10)을 포함한다. 외측 블레이드가 설명되는 한편 본 검토는 내측 절삭 블레이드에 동등하게 적용된다는 것이 주목된다.
본 발명자는 현저한 기계진동과 공구마모는 팁 반경(8)에 인접한 여유날(10)의 부분(12) 위에 배치되어 있는 과다한 하중에 의해 발생된다는 것에 주목하였다. 여유날의 이 부분은 2차 절삭날로 칭한다. 이것은 특히, 공구를 공작물 슬롯내의 소정의 깊이까지 이송시킴으로써 발생되는 슬롯 깊이내의 모든 새 위치에서 톱니슬롯을 통과하려는 제1 절삭 블레이드에 대해 주의하게 된다. 여유날이 되는 날(10)에 있어서도, 블레이드(4)가 특정 슬롯길이의 위치를 통하는 제1 블레이드 이면 이 블레이드(4)는 그 절삭날(6)과 함께 스톡 재료와 마주치게 될 뿐만 아니라 팁 반경(8)과도 함께 스톡재료와 마주치게 될 것이며 여유날(10)의 한 부분과도 즉 2차 절삭날(12)과도 함께 스톡재료와 마주치게 될 것이다.
동일 슬롯위치를 통과하는 연속되는 블레이드(예를 들면 내측 블레이드)의 2차 절삭날상의 주목할만한 마모량은, 스톡이 앞의 외측 절삭 블레이드의 2차 절삭날에 의해 이전에 제거되었기 때문에 내측 블레이드의 2차 절삭날은 제거할 스독재료가 매우 적거나 또는 없으므로, 매우 적다. 2차 절삭날(12)은 커터상에 주목할만한 제1 마모를 도시하며 따라서 공구수명에 대해 한정인수(因數)가 된다. 진동과 마모는 주로 창성 및 비창성 쌍방의 타입의 정면 호빙공정에서 주목할만하나 정면 밀링단계도 또한 동일한 진동과 마모를 제시한다.
2차 절삭날(12)의 길이는 다음 식
에 의해 결정될 수 있다.
여기서 d＝2차 절삭날의 길이
n공작＝공작기어의 톱니의 수
n공구＝커터의 블레이드 그룹의 수
도 2는 축선(W)을 가지고 있으며 설명을 위해 2개만의 연속되는 톱니(14)가 예시되어 있는 공작기어(14)와 맞물리는 절삭공구(2)의 반경방향의 단면을 도시한다. 이 도 2에서 커터(2)는 톱니(16)의 길이방향의 크라우닝(crowning)을 이루도록 α양만큼 경사져서 도시되어 있다. 이송벡터(FG)는 앞에서 검토된 미국특허 제 5,310,295호내에 개시된 이송벡터를 예시하며 이론창성기어축선과 공작기어축선(W)에 의해 형성된 평면(PG)내에 놓여 있다. 본 발명자는, 이송벡터(FT)를 적어도 부분적으로 포함하는 이송경로를 따른 공작기어(14)에 대한 공구(2)의 이송단계는 2차 절삭날(12)의 마모를 현저하게 감소시키며 또한 2차 절삭날(12)에 의해 취해진 과도한 절삭작용과 결합된 기계진동을 상당히 감소시킨다는 것을 알았다. 이송벡터(FT)는 공작기어축선(W)과 공구축선(T)의 방향에 의해 형성된 평면(PT)내에 놓여 있다.
도 3은 평면(PT)으로 절단된 공작기어(14)의 축방향 단면도이며 발명의 이송벡터(FT)의 성분을 예시한다. 제1 이송벡터 성분(Ft1)은 공구축선(T) 방향으로 뻗는다(도 2를 또한 참조). 바람직하게는 제1 이송벡터 성분(Ft1)은 톱니의 루트선(18)에 직각으로 향해 있으나 절삭공구의 교정설치로 인해 수직으로부터 +/-5도 까지는 변할 수도 있다. 제2 이송벡터성분(Ft2)은 공작기어(14)의 정면 폭방향으로 뻗는다.
평면(PT)내에서의 발명의 이송벡터(FT)의 바람직한 방향은 공작기어축선(W)에 직각을 이루며 공작기어의 루트앵글과 동등한 방향(φ1)(FT(1))과 대향톱니슬롯(22)의 루트방향(20)에 직각을 이루며 공작기어의 루트앵글의 2배와 동등한 방향(φ2) (FT(2)) 사이에(및 합하여) 놓여 있으며, 이 루트앵글은 각도로 호칭된 φ0가 되는 제1 이송벡터 성분(Ft1)에 관련된다. φ1과 φ2사이의 벡터를 따른 이송단계가 공구(2)와 톱니(16) 사이의 간섭의 결과가 되어 원하는 톱니형태가 실현될 수 없는 상태에서 이송벡터의 각도상의 방향(φ)을 φ0(Ft1)쪽 방향으로 증대하여 조정하는 단계는 간섭을 점차적으로 감소시키며 결국은 간섭을 제거한다는 것을 알았다. 각도(φ1, φ2)의 사이의 간섭의 발생은 낮은 비율(즉, 예컨대 약 3.5 또는 그 이하)의 기어세트로써 빈번하게 되는 경향이 있다.
한 예로서 다음 기어세트의 피니언부재가 가공되었다.
피니어의 톱니의 수＝11
기어의 톱니의 수＝39
기어/피니언 비율＝3.5:1
피니언의 루트 앵글＝28.6°
위 검토가 주어지며 도 3을 참조하면, 각도(φ1)는 공작물의 루트앵글(즉, 28.6°)과 동등하며 각도(φ2)는 공작기어의 루트앵글의 2배(즉, 57.2°)와 동등하다. 따라서 공작물내로의 공구의 이송은 초기에 이들 2개 각도 사이에서 발생된다. 그러나 약 30°로 향한 초기 이송경로는 3.5:1의 낮은 비율이 주어져서 예기치 않은 것은 아닌 간섭의 결과가 된다. 공구 이송각도는 24°의 이송각도(φ)가 간섭이 되지 않는 결과가 될 때까지 2도의 간격을 두고 점차 감소되었다.
반대로 이송벡터(FT)가 발생되는 간섭없이 초기에 φ1과 φ2사이에 놓이는 상태에서 조차도 φ2쪽으로의 이송벡터(FT)의 증대되는 조정은 기계의 소음과 진동이 감소되는 결과가 될 수도 있다.
위의 예로서 다음 기어세트의 피니언 부재는 가공되었다.
피니언의 톱니의 수＝6
기어의 톱니의 수＝37
기어/피니언 비＝6.2:1
피니언의 루트앵글＝12.68°
앞의 검토가 주어지며 도3을 참조하면, 각도(φ1)는 공작물의 루트앵글(즉 12.68°)과 동등하며 각도(φ2)는 공작기어의 루트앵글의 2배(즉 25.36°)와 동등하다. 따라서 공작물내로의 공구의 이송은 이들 2개 각도 사이에서 초기에 발생된다. 그러나 φ1을 향한 초기 이송경로는 6.2:1의 더 높은 비율이 주어진 것으로 기대된 간섭이 없는 결과가 되었다. 그러나 기계소음과 진동은 검출되었으며 따라서 공구이송각도는 적은 변화로 약 14°까지 증대되었다. 그 후 2도의 간격을 두고 그 이상의 증대는 22°의 이송각도(φ)가 거의 기계소음 또는 진동이 없는 결과로 될 때까지 행해진다.
위 실예에서 얻은 결과를 근거로 하면 Ft1에 대해 약 20°내지 약 24°의 이송각도(φ)의 범위가 이송벡터(FT)에 가장 바람직하다. 대부분의 기어세트에서 이 범위는, 위에서 설명한 바와 같이 간섭이 낮은 비의 기어세트에서 발생하는 경우를 제외하고 각도(φ1, φ2) 사이에 있다. 이 경우에 이송각도의 범위는 낮은 한계각도(φ1)의 외측과 겹칠 수도 있으며 또는 이 낮은 한계각도(φ)의 외측에 있을 수도 있다.
물론 최적 이송벡터(위에서 설명한)를 결정하는 실험적 방법은 원하는 톱니슬롯형태를 발명의 이송벡터의 방향을 근거로 하여 계산된 톱니슬롯과 비교함으로써 교체될 수도 있다. 이 비교는 더 글리슨 워크스 회사에서 입수가능한 T2000과 같은 상업적으로 입수가능한 소프트웨어를 사용하여 집행될 수도 있다. 이 비교방법으로 많은 기계가공 시도가 회피될 수도 있으며 수용하기 어려운 공작물은 최적 이송벡터방향을 찾는 노력에서 생산되지 않는다.
도 4는 본 발명에 따른 공구이송으로 공작기어(14)의 정면에서 보이는 정면호빙단계를 도시한다. 위에서 설명한 바와 같이 정면호빙에 있어서 공작기어와 커터는 일정시각 작동관계로 회전하며 커터는 복수의 블레이드 그룹으로 구성되어 있어 각각의 연속 블레이드 그룹은 연속 톱니 슬롯내로 들어간다. 도 4에서 연속톱니슬롯은 21 및 23으로 확인된다. 커터와 공작기어가 회전함에 따라 외측 블레이드(25)와 내측 블레이드(26)를 포함하는 제1 블레이드 그룹(24)은 슬롯(21)내로 들어간다. 외측 블레이드(28)와 내측 블레이드(29)를 포함하는 제2 블레이드 그룹(27)은 슬롯(23)내로 들어간다. 본 발명의 이송방법없이도 슬롯을 통한 제1 블레이드의 2차 절삭날(즉 블레이드(25, 28))은 이 길이에서 스톡재료를 제거하기 위해 특정 톱니슬롯깊이에서 선행되는 블레이드가 없음으로 많은 절삭작용에 노출되어 있다. 내측 블레이드(26, 29)의 2차 절삭날은 앞의 외측 블레이드가 슬롯으로부터 많은 스톡재료를 이미 제거하였기 때문에 더 적은 양의 스톡재료와 접촉함으로 적은 마모를 표시한다. 따라서 슬롯을 통한 제1 블레이드의 2차 절삭날은 가장 빠르게 마모되며 고도의 절삭력은 기계내의 진동을 발생시킨다.
그러나 본 발명은 절삭 블레이드가 톱니슬롯을 통과함에 따라 주로 발명의 이송벡터(FT)의 제2 이송성분(Ft2)으로 인해 절삭 블레이드의 전위를 초래한다. 이 성분은 외측 블레이드를 톱니 플랭크로부터 멀리 전위시키며 내측 블레이드를 톱니 플랭크쪽으로 전위시키고 더 많은 칩의 하중을 내측 블레이드에 이동시키며 특히 내측 블레이드의 절삭날에 더 많은 칩의 하중을 이동시킨다. 더 큰 칩 하중을 가진 내측 블레이드를 가지고서, 선행하는 내측 블레이드가 톱니슬롯으로부터 더 큰 양의 스톡재료를 제거했기 때문에 더 큰 톱니깊이 위치에서 조차도 스톡재료를 제거하려는 모든 연속 외측 블레이드의 2차 절삭날에게는 적은 양의 스톡재료가 제공된다. 본 발명의 방법을 가지고서 쌍방의 블레이드 사이에는 이동성 균형이 초래되며, 그러므로 톱니슬롯을 형성하는 블레이드의 모든 절삭날 사이에 이동성 규형이 초래된다. 또한 공작기어의 정면폭을 따른 이송벡터성분(Ft2) 방향으로의 이송운동은 하이포이드 기어의 길이방향의 미끄럼 운동과 동일한 미끄럼 운동을 발생시킨다. 이 미끄럼 운동은 기계진동을 감소시키도록 진동댐퍼로서 작동한다.
본 발명의 방법은 공구와 공작기어를 위치시키며 작동적으로 맞물리게 하기 위한 복수의 컴퓨터 제어식 축선을 포함하는 컴퓨터 제어식 기계에 바람직하게 실행된다. 이러한 기계는 크렌저(Krenzer)외 다수인에게 허여된 미국특허 제 4,981,407호에 의해 개시된 타입의 자유형 컴퓨터 제어식 다축기어 제조기계를 개략적으로 표시하는 도 5에 도시되어 있다.
이 기계는 기계베이스(30), 공구헤드(32), 및 공작헤드(34)로 구성된다. 공구 미끄럼부(36)는 선형이동(Ay)을 위해 통로(38)를 거쳐 공구헤드(32)에 장착되어 있으며 공구헤드(32)는 선형이동(Ax)을 위해 통로(40)를 거쳐 기계베이스(30)에 장착되어 있다. 공구(42)는 공구 미끄럼부(36)에 장착되어 있으며 공구축선(WT) 주위를 회전할 수 있다. 공작헤드(34)는 아치형(피벗형) 이동(Ap)을 위해 통로(46)를 거쳐 공작테이블(44)에 장착되어 있으며 공작테이블(44)은 선형이동(Az)을 위해 통로(48)를 거쳐 기계베이스(30)에 장착되어 있다. 공작기어(50)는 공작헤드(34)에 장착되어 있으며 공작기어축선(WG) 주위를 회전할 수 있다.
본 발명에 필요한 기계운동은 기계 설정, 공구 이송, 및 원하면 기어절삭을 위해 컴퓨터에 입력된 지시에 연동하여 실행된다. 초기 설정위치는 계산되며 컴퓨터 제어식 축선은 설정위치에 이동된다. 다음에 공작물에 대한 공구의 이송경로는 Ax, Ay, 및 Az좌표와 같은 이송 매개변수에 연동하여 계산된다. 다음에 컴퓨터 제어식 축선은 이송경로를 따른 공작물에 대해 공구를, 위에서 설명된 이송벡터를 포함하는 적어도 한 부분만큼 이송시키도록 이동된다. 단계가 창성타입이면 컴퓨터 제어식 축선은, 기어절삭이 실행되며 그리고/또는 정면 호빙단계가 행해질 수도 있도록 공작물이 공구와 함께 일정시각 관계로 또한 회전될 수도 있는 방식으로 이동될 수도 있다.
도 5에 도시된 타입의 기계에서 공작기어축선에 의해 그리고 공구축선방향으로 형성된 평면내의 공구이송벡터는 기계 베이스에 계속 평행하는 공구축선(WT)의 방향과 기계베이스에 평행하게 고정되어 있는 공작기어축선(WG)의 방향으로 인하여 수평면내에 놓여 있다. 따라서 공구를 공작기어내로 이송시키는 단계는 아래에 검토된 바와 같이 유리한 수직방향의 이동없이도 발생될 것이다.
공작기계의 절삭력의 가장 중요한 성분은 수직방향에 있다. 하나 또는 2개의 미끄럼 통로(예를 들면 도 5의 40 및/또는 48)를 따른 수평이동은 공작기계의 최적상태를 제공하는 수직 절삭력에 직각을 이룬다. 공구 이송벡터가 수직성분을 포함하거나 또는 이송이 공작기어 또는 창성기어의 추가회전을 사용할 때 기계의 성능은 감소된다. 수직력은 미끄럼 통로의 수직이동에 대항하여 작동하며 또한 미끄럼부의 수직이동을 초래하는 기어와 볼 스핀들과 같은 동적으로 민감한 요소를 향해서 직접 작동한다. 이들 수직이동은 기계가공단계에 부정적인 영향을 미치는 추가진동을 유발한다.
발명의 방법은 또한 이송축선에 대한 경사진 공구를 적소에 향하게 하여 이송벡터가 공작기어축선에 의해 형성된 평면내에서 커터 축선방향으로 놓이도록 플런지 이송을 위해 크레이들 위치를 선택함으로써 도 6에 도시된 바와 같이 기계식 또는 컴퓨터 제어식 크레이들 모양의 기계에 실행될 수도 있다.
도 6은 기계베이스(62), 기계베이스(62)에 부착된 동로(66)상에서 선형(Xb)으로 이동가능한 공구헤드(64)를 포함하는 기계식 또는 컴퓨터 제어식 크레이들 모양의 기어기계를 예시한다. 또한 기계는 피벗축선(WP) 주위를 통로(74)상의 아치형 통로(∑)내에서 이동가능한 공작테이블(72)에 부착된 통로(72)상에서 선형(Xp)으로 이동가능한 공작헤드(68)를 포함한다. 공구헤드(64)상에 장착된 것은 크레이들 축선(WC) 주위를 회전가능한 크레이들(76)이며 크레이들(76)에 부착된 것은 편심, 스위블, 및 경사각도를 각각 제어하는 일련의 조정가능한 드럼(78, 80, 82)이다. 이들 드럼은 공구(84)를 공작기어(86)에 대해 적절한 방식으로 공구축선(WT) 주위를 회전할 수 있게 위치시키도록 설정되어 있다. 공작헤드(68)는 미끄럼부(88)를 포함하므로 그 결과 공작축선(WG) 주위를 회전가능한 공작기어(86)를 받치고 있다. 미끄럼부(88)는 위치되며 원하는 하이포이드 오프셋 거리(EM)에 설치된다.
크레이들(76) 또는 스위블(80) 세팅은 이들 세팅이 커터축선을 수평면내에 용이하게 위치결정하게 함으로 따라서 위에서 검토된 바와 같이 유리한 수평 이송평면을 용이하게 설정하게 함으로 경사진 커터가 발명의 이송벡터를 이루도록 향하게 사용될 수 있다. 이송축선에 대해 경사지게 향하게 하기 위한 수단은 또한 경사진 커터에게 적당한 톱니형태를 창성시키도록 공작기어에 대해 방향을 갖게 하는데 통상적으로 사용되는 스위블기구(80)가 될 수 있다. 이 스위블 회전은 이 경우에 첫째로 플런지 사이클을 위한 최적 경사방향을 제공하며 둘째로 적당한 톱니형상을 형성하기 위해 경사위치를 변화시키는 2중 기능을 갖는다.
본 발명의 공구 이송방법은 고도의 공구수명이 용이하게 얻어지며 특정한 기계의 성능의 개선이 용이하게 얻어지게 한다. 게다가 가공된 기어의 표면 다듬질이 공정의 타입, 즉 절삭 또는 연삭, 정면 호빙 또는 정면 밀링, 창성 또는 비창성 타입의 공정에 관계없이 개선된다. 스톡 제거공정의 타입에 무관하게 본 발명의 이송방법은 적용가능한데, 모든 타입의 절삭 또는 연삭공정에서 공구는 첫째로 원하는 깊이까지 이송경로를 따라 공작물내로 틀림없이 이송되기 때문이다.
본 발명이 바람직한 실시예를 참조로 하여 설명되는 한편 본 발명은 명세서에 한정되어 있는 것이 아니라는 것을 알아야 한다. 본 발명은 주제가, 첨부된 청구범위의 사상과 영역으로부터 벗어나지 않고 관련되는 당해 기술분야의 업자에게 명백하게 될 수정을 포함하도록 의도되어 있다.

Claims (21)

  1. 공작물의 적어도 하나의 치면을 생산하기 위한 기계가공단계에서 상기 공작물내에서 소정의 깊이까지 공구를 이송시키는 방법으로서, 상기 공구는 공구축선 주위를 회전가능하며 적어도 하나의 스톡 제거표면을 갖추고 있고, 상기 공작물은 공작축선 주위를 회전할 수 있는 공구 이송방법에 있어서,
    상기 공구가 상기 공구축선 주위를 회전하게 하는 단계,
    상기 회전공구와 상기 공작물을 접촉시키는 단계, 및
    상기 공구를 상기 소정의 깊이까지 이송경로를 따라 상기 공작물에 대하여 이송시키는 단계, 로 구성되어 있으며,
    상기 이송경로의 적어도 한 부분은 적어도 제1 및 제2 이송벡터 성분을 포함하는 이송벡터에 의해 형성되며, 상기 제1 및 제2 이송벡터 성분은 상기 공작축선에 의해 형성된 평면내에 그리고 상기 공구축선 방향으로 위치되어 있고, 상기 제1 이송벡터 성분은 거의 상기 공구축선 방향내에 있으며 상기 제2 이송벡터 성분은 거의 상기 공작물의 전면 폭방향내에 있는 것을 특징으로 하는 공구 이송방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 접촉단계 이전에 상기 공작물이 상기 공작축선 주위를 회전하게 하는 단계를 포함하며, 상기 공구와 공작물이 소정의 일정시간관계로 회전하여 이에 따라 상기 공작물의 모든 톱니의 치면은 상기 구름운동중 형성되는 것을 특징으로 하는 공구 이송방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 이송경로는 상기 이송벡터에 의해 거의 완전하게 형성되는 것을 특징으로 하는 공구 이송방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 기계가공단계는 기어세트의 부재를 형성하기 위한 절삭단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 공구 이송방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 기어절삭단계는 창성단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 공구 이송방법.
  6. 제 4 항에 있어서, 상기 기어절삭단계는 비창성 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 공구 이송방법.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 기계가공단계는 기어세트의 부재를 다듬질하기 위한 연삭단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 공구 이송방법.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 기어연삭단계는 창성단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 공구 이송방법.
  9. 제 7 항에 있어서, 상기 기어연삭단계는 비창성 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 공구 이송방법.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 공작물은 기어세트의 피니언 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 공구 이송방법.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 공작물은 기어세트의 기어부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 공구 이송방법.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 방법은 베이스를 갖추고 있는 기계에서 실행되며 상기 평면은 상기 베이스에 대해 수평으로 향하고 있는 것을 특징으로 하는 공구 이송방법.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 기계는 컴퓨터 제어식 다축기계인 것을 특징으로 하는 공구 이송방법.
  14. 제 12 항에 있어서, 상기 기계는 크레이들을 포함하는 것을 특징으로 하는 공구 이송방법.
  15. 컴퓨터 제어식 기계에 의해 스파이럴 베벨기어 및 하이포이드 기어를 형성하기 위한 단계에서 공구를 공작기어에 대해 이송시키는 방법으로서, 상기 컴퓨터 제어식 기계는 상기 공구와 상기 공작기어를 위치시키며 그리고 작동적으로 맞물리게 하기 위한 복수의 컴퓨터 제어식 축선을 포함하고, 상기 공구는 공구축선 주위를 회전하기 위해 배열되어 있으며 상기 공작기어는 공작축선 주위를 회전하기 위해 배열되어 있는 공구 이송방법에 있어서,
    상기 기계에 입력된 설정 매개변수에 연동하여 초기 설정위치를 계산하는 단계, 상기 공구와 공작기어를 서로에 대하여 초기에 위치시키기 위하여 상기 컴퓨터 제어식 축선을 초기 설정위치에 이동시키는 단계,
    상기 기계에 입력된 이송 매개변수에 연동하여 상기 공작기어에 대한 상기 공구의 이송경로를 계산하는 단계,
    상기 공구가 상기 공구축선 주위를 회전하게 하는 단계, 및
    상기 회전공구가 상기 이송경로를 따라 상기 공작기어에 대해 이송되도록 상기 컴퓨터 제어식 축선을 상기 공작기어내의 소정의 위치까지 이동시키는 단계로서, 상기 이송경로의 적어도 한 부분은 이송벡터에 의해 형성되어 있는 상기 컴퓨터 제어식 축선의 이송단계, 로 구성되어 있으며,
    상기 이송벡터는 적어도 제1 및 제2 이송벡터 성분으로 구성되며, 상기 이송벡터 성분은 상기 공작축선에 의해 형성된 평면내에, 그리고 상기 공구 축선방향으로 위치되어 있고, 상기 제1 이송벡터 성분은 거의 상기 공구 축선방향내에 있으며 상기 제2 이송벡터 성분은 거의 상기 공작기어의 정면폭방향내에 있는 것을 특징으로 하는 공구 이송방법.
  16. 제 15 항에 있어서, 베벨기어 및 하이포이드 기어를 형성하기 위한 상기 단계는 정면밀링을 포함하는 것을 특징으로 하는 공구 이송방법.
  17. 제 15 항에 있어서, 베벨기어 및 하이포이드 기어를 형성하기 위한 상기 단계는 정면호빙을 포함하는 것을 특징으로 하는 공구 이송방법.
  18. 제 15 항에 있어서, 상기 이송경로는 상기 이송벡터에 의해 거의 완전하게 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 공구 이송방법.
  19. 베벨기어 및 하이포이드기어를 생산하기 위한 정면 호빙단계에서 공구를 공작기어내에서 소정의 깊이까지 이송시키는 방법으로서, 상기 공구는 공구축선 주위를 회전할 수 있으며 복수의 스톡제거면을 갖추고 있고, 상기 공작기어는 공작축선 주위를 회전할 수 있는 공구 이송방법에 있어서,
    상기 공구가 상기 공구축선 주위를 회전하게 하는 단계,
    상기 공작기어가 상기 공작축선 주위를 회전하게 하는 단계로서, 상기 공구 및 공작기어는 일정시각관계로 회전하는 단계,
    상기 회전공구와 상기 회전공작물을 접촉시키는 단계, 및
    상기 공구를 상기 소정의 깊이까지 이송경로를 따라 상기 공작물에 대하여 이송시키는 단계, 로 구성되어 있으며,
    상기 이송경로의 적어도 한 부분은 적어도 제1 및 제2 이송벡터 성분으로 구성되는 이송벡터에 의해 형성되며, 상기 이송벡터 성분은 상기 공작축선에 의해 형성된 평면내에 그리고 상기 공구 축선방향내에 위치되어 있고, 상기 제1 이송벡터 성분은 거의 상기 공구 축선방향내에 있으며 상기 제2 이송벡터 성분은 거의 상기 공작물의 정면폭방향내에 있는 것을 특징으로 하는 공구 이송방법.
  20. 제 19 항에 있어서, 상기 이송경로는 상기 이송벡터에 의해 거의 완전하게 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 공구 이송방법.
  21. 제 19 항에 있어서, 상기 호빙단계는 정면 호빙 창성단계인 것을 특징으로 하는 공구 이송방법.
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