KR20000022074A - 비원형 형상의 내부 윤곽 및/또는 외부 윤곽을 가지는 공작물제조 방법 및 그 제조 장치 - Google Patents

비원형 형상의 내부 윤곽 및/또는 외부 윤곽을 가지는 공작물제조 방법 및 그 제조 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 등속으로 회전가능하게 구동되는 적어도 하나 이상의 공작물(8)과, 적어도 하나 이상의 공구(5)를 클램프 고정한 기계 절삭용 장치로서, 비원형 형상의 내부 윤곽 및/또는 외부 윤곽을 갖는 공작물 부재를 제조하는 방법 및 그 장치에 관한 것으로서, 특히 본 제조 방법에서 기계 가공 공구는 회전 축(2)에 반경방향으로 뿐만 아니라 이 회전 축(2)의 종방향에서 축방향으로 캐리지(3)에 의해 이송가능하다. 상업적으로 이용가능한 장비에 폭넓고 다양한 내부 윤곽 및/또는 외부 윤곽을 가지는 공작물 부재를 제조하는 제조 방법을 제공하기 위해서, 공구의 절단면이 크기와 방향에 있어서 공작물(8)의 회전 축(2)과 상이한 회전 축(6)을 중심으로 공작물(8)의 회전속도와 크기와 방향에서 상이한 등속으로 원형 경로를 그리면서 공구(5)는 회전가능하게 구동한다.

Description

비원형 형상의 내부 윤곽 및/또는 외부 윤곽을 가지는 공작물 제조 방법 및 그 제조 장치
절삭 기계 가공 공정에 의하여 다각형 외부 윤곽 및/또는 내부 윤곽을 가지는 공작물 부재를 제조하는 방법은 유럽 특허 제 0 097 346 호에 공지되어 있다. 이 공지 방법에서, 원형 경로상에 안내된 공작물은 전체 회전 동안에 공작물에 맞물리는데, 공구의 경로 속도는 각각의 회전 동안 주기 이동 법칙에 따라 제각기 변하게 된다. 각각의 회전 동안 이러한 공구 경로 속도의 영구적 변화는, 공구 구동용 프로그램가능한 기능의 트랜스미터 뿐만 아니라, 파스칼 곡선에 따라 제어되는 트랜스미션을 필요로 한다. 따라서, 상기 공지 방법은 다수의 다각형 내외부 윤곽의 제조를 가능하게 한다. 그러나, 상기 공지 방법은 공구의 경로 속도의 영구적 제어 때문에 복잡한 제어 기술과 기계 관련 비용을 필요로 하므로, 특별히 이 방법을 위해 고안되고 공구 구동을 위해 제어가능한 트랜스미션을 가지는 장치에서만 이 방법을 실행할 수 있다.
본 발명은 등속으로 회전 가능하게 구동되는 적어도 하나 이상의 공작물과, 적어도 하나 이상의 공구를 클램프 고정한 특히 기계 절삭 가공용 기계 장치로서, 비원형 형상의 내부 윤곽 및/또는 외부 윤곽을 가지는 공작물 부재를 제조하는 방법에 관한 것으로서, 본 제조 방법에서 기계 가공 공구는 공작물의 회전 축에 반경방향으로 뿐만 아니라 이 회전 축의 종방향에서 축방향으로 캐리지에 의해 이동가능하다. 또한, 본 발명은 이 제조 방법을 실행하기 위한 제조 장치에 관한 것이다.
도 1a는 편심 축이 없는 제 1 실시예의 개략도이고.
도 1b는 편심 축은 없지만, 횡방향 활주대를 구비한 추가 실시예의 개략도이고.
도 2는 편심 축을 갖는 장치의 개략도이고,
도 3은 도 1에 따른 장치로 제조가능한 삼각 윤관이고,
도 4a는 도 1에 따른 장치로 제조가능한 평탄한 측면을 갖는 사각 윤곽이고,
도 4b는 도 4a에 대응하는 오목 측면을 갖는 사각 윤곽이고,
도 5a는 도 1에 따른 장치로 제조가능한 오목 측면을 갖는 오각 윤곽이고,
도 5b는 도 5a에 대응하는 평탄한 측면을 갖는 오각 윤곽이고,
도 6는 도 2에 따른 장치로 제조된 다각 윤곽이며,
도 7은 도 2에 따른 장치로 제조된 다각 윤곽이다.
본 발명의 목적은 비원형 형상의 내부 윤곽 및/또는 외부 윤곽을 가지는 공작물 제조 방법을 제공하는데 있으며, 본 제조 방법에 따라 비원형 형상의 내부 윤곽 및/또는 외부 윤곽은 최소한의 제어-기술 비용과 상업적으로 이용가능한 장치를 이용하여 소망하는 대로 제조될 수 있다. 또한, 본 발명의 다른 목적은 이 방법을 실행하기 위한 제조 장치를 제공하는데 있다.
이 방법에 관한 본 목적의 해결은, 유효 표면을 가지는 공구가 원형 경로상에서 공구 축을 중심으로, 크기 및/또는 회전 방향에 관해서 공작물의 분당 회전수로 부터 벗어난 등속으로 회전가능하게 구동되고, 공구의 회전 축이 공작물의 회전 축과 상이하다는데 특징이 있다.
한편으로는, 유효 공구 표면의 상이한 회전 중심과 원형 이동 경로의 선택가능한 반경 때문에, 또한 다른 한편으로는 일정하게 회전하는 공작물의 상이한 속도와 선택적으로 상이한 회전 방향 때문에, 전술한 파라미터(parameter)로 부터 발생하는 유효 공구 표면의 다수의 이동 경로 형태가 도출될 수 있다. 본 방법의 특별한 장점은, 한편으로는 공작물과 공구의 일정한 회전 속도에도 불구하고 비원형 형상의 상이한 윤곽이 제조될 수 있고, 다른 한편으로는 캐리지상에 장착된 공구를 구동하기 위해서 공구와 공작물 사이에 회전 속도들을 커플링(coupling)하기 위한 복잡한 제어식 트랜스미션이 필요 없고 단지 개별적인 구동장치만이 필요하기 때문에 이 방법이 종래 장치에서도 실행될 수 있다는 점이다. 따라서, 원형 기하 형상에서 벗어난 형상의 윤곽은 회전 축의 축방향 오프셋(offset) 뿐만 아니라, 공구에 의해 그려지는 바깥 원의 반경과, 회전 축의 분당 회전수의 각각의 일정 비율에 따라 좌우될 뿐이다.
본 방법의 바람직한 실시예에 따르면, 한편으로는 공작물의 분당 회전수와 다른 한편으로는 공구의 분당 회전수 사이의 차이는 정수 비로 구성된다. 정수 비의 분당 회전수 차이는, 예컨대 삼각 윤곽에서는 2:1의 비율로, 사각 윤곽에서는 3:1의 비율로 발생한다.
본 방법의 변형 실시예에 있어서는, 공구 축 자체가 공구 축으로 부터 편향하는 편심 축을 중심으로 크기 및/또는 회전 방향에 관해서 공구의 분당 회전수로 부터 벗어난 등속으로 원형 경로상에서 구동됨으로써, 제조되는 다수의 윤곽이 더 증가될 수 있다.
세 개의 가능한 회전 축, 즉 공구 축과, 공작물 축, 및 편심 축은 본 발명의 일 실시예에 따라 서로에 대해서 평행하게 연장한다. 이들 평행하게 연장하는 회전 축들은 공작물의 똑바른 내부 윤곽 및/또는 외부 윤곽, 즉 공작물의 축에 평행한 윤곽을 생성한다.
본 발명의 추가 실시예에 따르면, 상기 회전 축들의 위치는 서로에 대해서 별개로 조절될 수 있다. 회전 축의 위치를 조절함으로써, 소위 위상 각도, 나사-형상의 외부 윤곽 및/또는 내부 윤곽이 제조될 수 있다.
원뿔형 윤곽과 구형 윤곽을 제조할 뿐만 아니라 원형 기하 형상에서 벗어난 윤곽의 직경을 변화시키기 위해서, 본 발명의 추가 실시예에서는, 상기 공구에 의해 그려지는 바깥 원의 반경을 공구 스핀들상에 배치되어 상기 공구의 회전 축과 함께 회전하는 횡방향 활주대(cross-slide rest)에 의해 연속적으로 조절하는 것이 제안된다.
본 발명의 장치에 관한 목적의 해결은, 공구가 한편으로는 공구 스핀들상에 클램프 고정되어 공작물의 회전 축과 상이한 공구의 회전 축을 중심으로, 크기 및/또는 회전 방향에 관해서 공작물의 분당 회전수로 부터 벗어난 등속으로 원형 경로상에서 회전가능하게 구동되는 점에 특징이 있다.
최종적으로, 본 발명에 있어서, 공구 축이 공구 스핀들에 편향 배열되어, 공구 축과 상이한 편심 축을 중심으로 크기 및/또는 회전 방향에 관해서 공구의 분당 회전수로 부터 벗어난 등속으로 원형 경로상에 구동되는 것이 제안된다. 이러한 회전 축의 추가로 인하여 비원형 형상의 다수의 새로운 내부 윤곽 및/또는 외부 윤곽의 제조가 가능해진다. 특히, 본 발명의 장치에 의하여, 공작물 벽내에 또는 심지어 공작물의 관통부내에 별개의 함몰부를 형성하는 것이 가능하다.
본 발명의 상이한 상세한 설명과 장점은 본 발명의 장치의 세 실시예가 도시된 첨부 도면을 참조로 이후에 기술한다.
도 1a, 도 1b 및 도 2에는, 비원형 형상의 내부 윤곽 및/또는 외부 윤곽을 가지는 공작물 제조 방법을 실행하기 위한 장치의 두 실시예에 대한 주요 도면이 개략적으로 도시된다. 기계 장치는 상세히 도시하지는 않았으나, 적어도 하나 이상의 공작물을 클램프 고정하기 위하여, 공작물을 그 회전 축(2)을 중심으로 회전가능하게 구동하는 공작물 스핀들(1)을 갖는다. 이 장치는 또한 공구 스핀들(4)이 공작물의 회전 축(2)의 종방향에서 축방향으로는 물론 공작물의 회전 축(2)에 대하여 반경방향으로는 이동가능도록 하는 캐리지(carriage)를 포함한다.
도 1a에 따르면, 공구(5)는 공구의 회전 축(6)을 중심으로 공작물의 분당 회전수에서 벗어난 등속으로 원형 경로상에서 회전가능하게 구동되는 공구 스핀들(4)에 배열된다. 도면에서 공작물의 회전 축(2)과 공구의 회전 축(6) 사이의 간격이 참조 부호(x)로 나타나 있다. 공구(5)의 능동 표면과 공구의 회전 축(6) 사이 간격은 참조 부호(w)로 나타나 있다.
도 1b에 도시된 실시예는 양방향 화살표 방향으로의 공구(5)의 이동에 따라 공구(5)의 원형 반경이 결정되는 고정 방식으로 공구 스핀들(4)상에 배열되는 횡방향 활주대(9)를 갖는다.
비원형 형상의 내부 윤곽 및/또는 외부 윤곽을 가지는 공작물 제조 방법을 실행하기 위한 장치의 제 2 실시예가 도 2에 도시되며, 이 장치는 공구의 회전 축(6)을 중심으로 뿐만 아니라 이 축(6)에 대해 반경방향으로 옮겨진 편심 회전 축(7)을 중심으로 회전하는 공구(5)를 갖는다. 회전 축(6)과 회전 편심 축(7) 사이 간격이 편심 반경(e)으로 나타나있다. 회전 축(2, 6, 7)을 중심으로 회전하는 회전가능한 종동 요소의 분당 회전수는 항상 일정하지만 크기 및/또는 회전 방향에 관해서는 다르다. 도 1 및 도 2에 도시된 실시예에서 회전 축들(2, 6)과, 회전 축(2, 6, 7)은 각기 서로에 대해서 평행하게 배열된다. 그러나, 회전 축들(2, 6)과, 회전 축들(2, 6, 7)을 각기 미리 결정된 각도로 서로에 대해서 공간적으로 오프셋 시켜 배열하는 것도 가능하다.
이후에 기술된 도 3 내지 도 7은 도 1 및/또는 도 2에 따른 장치로 제조가능한 예시적 형태의 내부 윤곽 및/또는 외부 윤곽을 도시한다.
도 3은 삼각 윤곽을 가지는 공작물(8)을 도시한다. 실시예로서 도시된 바와 같은 공작물(8)에 있어서의 공구(5)의 착수 지점(point of attack)이 도시하는 바와 같이, 이 다각 윤곽은 외부 윤곽 및/또는 내부 윤곽으로 제조될 수 있다. 그러한 삼각 윤곽을 제조하기 위해 다음에 명명한 파라미터는 도 1에 따른 장치로, 즉 편심 반경(e)이 없는 장치로 제조될 수 있다. 분당 회전수의 2대 1 정수 비에 입각하여, 도시된 삼각 형상이 생성된다. 공작물의 회전 축(2)을 중심으로 한 분당 회전수의 마이너스(-) 표시는 회전 방향이 공구의 회전 축(6)을 중심으로 한 회전과 반대라 것을 의미한다. 도 3에는, 공작물의 회전 축(2)과 공구의 회전 축(6) 사이 간격은 도 1에 대응하여 x로 표시되어 있고, 공구의 능동 표면과 공구의 축(6) 사이 간격은 w로 표시되어 있다. 이들 간격은 도표에서 반경으로 표시되어 있다.
부재 편심 공구
반 경 2.0 0.0 18.0
위상 각도 0.0 0.0 0.0
분당 회전수 -2.0 0.0 1.0
도 4a에는 사각 형상을 가지는 공작물(8)이 도시된다. 상관 파라미터 도표에서 볼 수 있는 바와 같이, 도 3의 윤곽에서 벗어난 이 다각 형상은 단지 -2:1에서 -3:1로 회전수의 비율를 변화시킴으로써 형성된다.
부재 편심 공구
반 경 2.0 0.0 18.0
위상 각도 0.0 0.0 0.0
분당 회전수 -3.0 0.0 1.0
도 4b는 오목하게 연장하는 측면을 가지는 사각 윤곽 공작물을 도시한다. 대응하는 파라미터 도표에서 알 수 있는 바와 같이, 이러한 다각 윤곽의 측면 형태 변화는 간격(x)과 간격(w)을 변화시킴으로써 달성된다.
부재 편심 공구
반 경 5.0 0.0 15.1
위상 각도 0.0 0.0 0.0
분당 회전수 -3.0 0.0 1.0
도 5a는 오각 형상을 갖는 공작물(8)을 도시한다. 파라미터 도표에서 알 수 있는 바와 같이, 이 다각 형상은 회전수의 비를 -4:1의 비로 변화시킴으로써 형성된다. 모든 상이한 파라미터는 도 3 및 도 4a에 따른 형상의 파라미터에 대응한다.
부재 편심 공구
반 경 2.0 0.0 18.0
위상 각도 0.0 0.0 0.0
분당 회전수 -4.0 0.0 1.0
또한, 도 5b는 오각 형상의 다각 윤곽을 도시하지만 이 오각 형상은 도 5a에 도시된 오각 윤곽과 비교해서 평탄한 측면을 갖는다. 오각 형상의 측면 형상 변화는 대응하는 파라미터 도표에서 볼 수 있는 바와 같이 간격(x)과 간격(w)의 파라미터를 변화시킴으로써 다시 달성된다.
부재 편심 공구
반 경 1.3 0.0 18.7
위상 각도 0.0 0.0 0.0
분당 회전수 -4.0 0.0 1.0
도 6은 도 2에 따른 장치, 즉 추가적 편심 회전 축(7)을 갖는 장치의 도움으로 제조된 다각 윤곽을 가지는 공작물(8)을 도시한다. 대응하는 파라미터 도표 뿐만 아니라 도면에서 알 수 있는 같이, 공작물의 회전 축(2)과 공구의 회전 축(6) 사이의 간격(x)은 편심 반경(e)에 대응한다.
부재 편심 도구
반 경 2.0 2.0 18.0
위상 각도 0.0 0.0 0.0
분당 회전수 -2.0 3.0 1.0
도 7은 삼각형이고, 나선형이며 원뿔형으로 연장하는 다각 윤곽을 가지는 공작물(8)을 도시한다. 대응하는 파라미터 도표에서 알 수 있는 바와 같이, 공작물 윤곽의 나선형으로 연장하고 원뿔형인 실시예는, 공구(5)에 의해 실행되는 매번의 절단을 위해 공작물의 회전 축(2)의 종방향에서 축방향으로 이동하는 동안에 간격(x) 뿐만 아니라 공구의 회전 축(6)에 대한 공작물의 회전 축(2) 위상 각도가 변화함으로써 달성된다. 나선형 윤곽은 위상 각도를 변화시킴으로써 형성된다. 공작물(8)의 원뿔형 실시예는 공작물의 회전 축(2)과 공구의 회전 축(6) 사이 간격(x)을 이 공작물의 회전 축(2)을 따라 균일하게 변화시킴으로써 달성된다.
1. 첫 번째 절단
부재 편심 도구
반 경 14.0 3.0 11.0
위상 각도 40.0 0.0 0.0
분당 회전수 1.0 -2.0 1.0
2. 두 번째 절단
부재 편심 도구
반 경 13.0 3.0 11.0
위상 각도 40.0 0.0 0.0
분당 회전수 1.0 -2.0 1.0
3. 세 번째 절단
부재 편심 도구
반 경 12.0 3.0 11.0
위상 각도 20.0 0.0 0.0
분당 회전수 1.0 -2.0 1.0
4. 네 번째 절단
부재 편심 도구
반 경 11.0 3.0 11.0
위상 각도 10.0 0.0 0.0
분당 회전수 1.0 2.0 1.0
5. 다섯 번째 절단
부재 편심 도구
반 경 10.0 3.0 11.0
위상 각도 0.0 0.0 0.0
분당 회전수 1.0 -2.0 1.0
상기 실시예로 부터 알 수 있는 바와 같이, 도 3 내지 도 7에 따르면, 비원형 형상의 상이한 내부 윤곽 및/또는 외부 윤곽은 고정식 프로그램가능한 파라미터중 하나만을 변화시킴으로써 달성될 수 있다. 이들 파라미터, 특히 분당 회전수는 일단 고정되면 전체 가공 공정 동안 일정하게 유지된다. 나선형 윤곽 및/또는 원뿔형 윤곽을 형성하기 위해서는, 공작물의 회전 축(2)을 따라 캐리지(3)가 전진하는 동안 개개 파라미터의 조절이 필요하다. 원형 이동 경로의 선택가능한 반경과 편향하는 회전 중심 뿐만 아니라, 한편으로는 일정하게 회전하는 공작물(8)의, 다른 한편으로는 공구(5)의 상이한 속도와 선택적인 회전 방향으로 인하여, 일정한 회전 속도에도 불구하고 상이한 윤곽을 생성하는 공구의 능동 표면의 전술한 파라미터-발생 이동 경로상에 근거한 다수의 윤곽을 생성한다. 예컨대, 공작물의 회전 축(2)과 공구의 회전 축(6) 사이 간격(x)이 공구(5)의 이동 경로의 반경(w) 보다 클 때, 다각 내부 윤곽이 예컨대 회전 방향과 분당 차동 회전수(differential revolution)의 함수로서 형성되고, 비율이 반대인 경우에는 대응하는 외부 윤곽 형상이 생성된다.
상기 설명에서 알 수 있는 바와 같이, 개시된 각각의 방법에 따라서 대응하는 장치의 비원형 형상의 상이한 내부 윤곽 및/또는 외부 윤곽이 통상의 기계 장치로써 형성될 수 있다.

Claims (9)

  1. 등속으로 회전가능하게 구동되는 적어도 하나 이상의 공작물과, 공작물의 회전 축에 반경방향 뿐만 아니라 이 회전 축의 종방향에서 축방향으로 캐리지에 의해 이동가능한 적어도 하나 이상의 공구를 클램프 고정하는 절삭 가공용 기계 장치로 비원형 형상의 내부 윤곽 및/또는 외부 윤곽을 제조하는 방법으로서, 상기 공구는 그 능동 표면이 원형 경로를 그리면서 공작물의 회전 축으로 부터 벗어나는 공구 축을 중심으로, 크기 및/또는 회전 방향에 관해서 공작물의 분당 회전수로 부터 벗어난 등속으로 회전가능하게 구동되는 것을 특징으로 하는 비원형 형상의 내부 윤곽 및/또는 외부 윤곽 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 한편으로는 공작물의 분당 회전수와, 다른 한편으로는 공구의 분당 회전수 사이 차이는 정수 비로 구성되는 것을 특징으로 하는 비원형 형상의 내부 윤곽 및/또는 외부 윤곽 제조 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 공구의 회전 축이 공구의 회전 축으로 부터 벗어나는 편심 축을 중심으로, 크기 및/또는 회전 방향에 관해서 공구의 분당 회전수로부터 벗어난 등속으로 원형 경로를 따라 구동되는 것을 특징으로 하는 비원형 형상의 내부 윤곽 및/또는 외부 윤곽 제조 방법.
  4. 제1항 내지 제3항중 어느 한 항에 있어서, 상기 회전 축들은 서로에 대해서 평행하게 연장하는 것을 특징으로 하는 비원형 형상의 내부 윤곽 및/또는 외부 윤곽 제조 방법.
  5. 제1항 내지 제3항중 어느 한 항에 있어서, 상기 회전 축들의 위치는 서로에 대해서 별개로 조절될 수 있는 것을 특징으로 하는 비원형 형상의 내부 윤곽 및/또는 외부 윤곽 제조 방법.
  6. 제1항 내지 제5항중 어느 한 항에 있어서, 상기 공구에 의해 그려지는 바깥 원의 반경은 상기 공구의 회전 축과 함께 회전하는 횡방향 활주대에 의해 연속적으로 조절될 수 있는 것을 특징으로 하는 비원형 형상의 내부 윤곽 및/또는 외부 윤곽 제조 방법.
  7. 제1항 내지 제6항중 적어도 어느 한 항에 따른 방법을 실행하기 위한 장치로서, 등속으로 구동되는 적어도 하나 이상의 공작물(8)을 클램프 고정하는 공작물 스핀들(1)과, 공작물(8)의 회전 축(2)에 반경방향으로 뿐만 아니라 이 회전 축(2)의 종방향에서 축방향으로 캐리지(3)에 의해 이동가능한 적어도 하나 이상의 공구(5)를 가지는 내부 윤곽 및/또는 외부 윤곽 제조 방법을 수행하기 위한 장치에 있어서, 상기 공구(5) 자체는 그것을 클램프 고정하는 공구 스핀들(4)상에서, 원형 경로상에 클램프 고정되고, 공작물의 회전 축(2)으로 부터 편향하는 공구의 회전 축(6)을 중심으로, 회전의 크기 및/또는 방향에 관해서 공작물(8)의 분당 회전수에서 벗어난 등속으로 원형 경로를 따라 회전가능하게 구동되는 것을 특징으로 하는 비원형 형상의 내부 윤곽 및/또는 외부 윤곽 제조 수단.
  8. 제7항에 있어서, 상기 공구의 회전 축(6)은 공구 스핀들(4)에 편심적으로 배열되고 편심 축(7)을 중심으로 등속으로 원형 경로상에서 구동되는데, 속도가 크기 및/또는 회전 방향에 관해서 공구(5)의 분당 회전수로 부터 벗어나 있고, 편심 축(7)이 공구의 회전 축(6)으로 부터 편향되어 있는 것을 특징으로 하는 비원형 형상의 내부 윤곽 및/또는 외부 윤곽 제조 장치.
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서, 횡방향 활주대(9)가 공구(5)에 의해 그려지는 바깥 원의 반경을 연속적으로 조절하기 위해서 공구 스핀들(4)상에 고정 배열되는 것을 특징으로 하는 비원형 형상의 내부 윤곽 및/또는 외부 윤곽 제조 장치.
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