KR20010109482A

KR20010109482A - 내경가공방법

Info

Publication number: KR20010109482A
Application number: KR1020010029952A
Authority: KR
Inventors: 하타노사케; 하라야수류키
Original assignee: 야마자끼마자꾸가부시끼가이샤
Priority date: 2000-05-31
Filing date: 2001-05-30
Publication date: 2001-12-10
Also published as: EP1160034A3; US6578453B1; JP2001341013A; CN1210126C; CN1326835A; EP1160034A2; TW501960B

Abstract

막대형상 본체(9a)의 첨단(尖端)에 절삭부위(9c)가 설치된 선삭공구(9)를 사용하여, 공구삽입구멍(5c)의 크기가 공작물내부의 피가공부위의 가공지름(D1)보다도 작은 자루구멍을 선삭가공할 때, 공구의 공구형상에 따른 형으로, 공구를 공작물의 공구삽입구멍으로부터, X축, Z축 방향 및 B축 방향으로 이동시켜, 공구의 절삭부위(9c)를 피가공부위(5e)에 위치결정하며 선삭가공을 개시한다. 공구를 B축 방향에 회전이동 시키는 것에 의해, 공구와 공작물의 공구삽입구멍(5c)과 간섭을 발생시키지 않고, 상기 선삭공구의 절삭부위(9c)를 공작물내측의 피가공부위(5e)에 위치결정 하는 것이 가능하여 선삭공구로서 포오밍바이트를 사용하지 않고 자루구멍의 가공이 가능하다.

Description

내경가공방법{Inside Diameter Machining Method}

본 발명은, 구멍 입구의 크기가 내부의 가공지름보다도 작은 자루구멍 등의 가공구멍을 선삭가공(turning operations)하기에 알맞은 내경가공방법에 관한 것이다.

종래에 이러한 종류의 자루구멍 가공은, 구멍 입구의 크기가 내부의 가공지름보다도 작기 때문에 내부의 가공지름에 맞춘 보오링절삭공구(boring cutting tool)를 공작물내부에 삽입할 수 없어, 보오링절삭공구를 사용되는 가공은 할 수 없었다. 따라서, 미리 가공해야 할 형상으로 형성된 포오밍바이트(forming tool)를 공작물내에 세트한 상태로 가공을 행하는 방법이 사용되었다.

그러나, 이러한 방법에서는, 특수한 포오밍바이트가 필요하며, 범용성이 부족할 뿐 만 아니라, 포오밍바이트를 공작물내에 세트하는 등의 번잡한 준비 작업이 필요하며, 효율적인 가공을 할 수 없었다. 또한, 나아가 포오밍바이트에 의한 가공으로서는 가공정밀도를 향상시키는 것이 곤란한 형편이었다.

본 발명은 상기 사정을 감안하여, 포오밍바이트를 사용하지 않고, 보오링절삭공구등의 보통의 절삭공구(cutting tool)를 사용하여 자루구멍 가공이 가능한 내경가공방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

도 1는 본 발명이 적용되는 공작기계에서의 자루구멍 가공의 일례를 도시한 도면,

도 2는 공구의 이동모양의 일례를 도시한 도면,

도 3는 도 2에 있어서의 절삭공구대(tool post)와 공구날끝의 통과좌표를 B 축의 회전각도와 동시에 도시한 도면.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 공작기계 2 : 주축

3 : 척 5 : 공자물

6 : 불규칙진동방지바 7 : 공구홀더

9 : 절삭공구

청구항1의 발명은, 막대형상 본체의 첨단(尖端)부에 절삭부위가 설치된 선삭(旋削:lathe turning)공구를 사용하여, 공작물의 내부를 가공하는 보오링 가공으로서, 상기 선삭공구를 삽입하는 공작물의 공구삽입구멍의 크기(예컨대, 직경 D2로 표시되어 있으나, 원형의 구멍에 국한되지 않는다)가 공작물내부의 피가공부위의 가공지름보다도 작은 가공구멍을 선삭가공할 때에,

상기 선삭공구의 공구형상에 따른 형으로, 가공되는 공작물의 상기 공구삽입구멍으로부터 서로 직교하는 제1, 제2의 축 방향(예컨대, X축 및 Z축 방향)및, 상기 제1, 제2의 축 방향에 직교하는 제3의 축 방향(예컨대, Y축 방향)을 중심으로 한 회전방향(예컨대, B축 방향)으로 상기 선삭공구를 이동시켜, 상기 선삭공구의 절삭부위를 공작물내측의 피가공부위로 위치결정 하여, 그 상태로 상기 공작물의 피가공부위에 대하여 선삭가공을 개시하는 구성으로 이루어진다.

청구항1의 발명은, 선삭공구를 제3의 축 방향(예컨대, Y축 방향)을 중심으로 한 회전방향(예컨대, B축 방향)으로 이동시키는 것에 의해, 상기 선삭공구와 공작물의 간섭이 발생하지 않고, 상기 선삭공구의 절삭부위를 공작물내측의 피가공부위에 위치결정 하는 것이 가능하여, 상기 선삭공구로서 포오밍바이트를 사용하지 않고 자루구멍등의 가공구멍 가공이 가능한 것이다.

청구항2의 발명은, 공작물내부의 가공을 수행할 때에, 공작물을 회전구동시키는 주축(主軸)측에 설치된 선삭공구유지수단에 의해 선삭공구를 유지하여 상기 선삭공구의 불규칙 진동(slight waviness at machine)을 방지하는 구성으로 이루어진다.

청구항2의 발명에 의하면, 절삭공구유지수단에 의해 절삭공구의 불규칙 진동이 효과적으로 방지되기 때문에 정밀도가 좋은 내경가공이 가능한 것이다.

청구항3의 발명은, 선삭공구를 공작물에 삽입할 때, 먼저 상기 선삭공구의 첨단부를 공구삽입구멍에 삽입하고, 상기 선삭공구의 첨단부에 연속하는 선삭공구의 본체부분을 삽입하며, 더욱이, 상기 삽입된 본체부분에 연속하는 선삭공구의 본체부분이 삽입되는 구성으로 이루어진다.

청구항3의 발명에 의하면, 선삭공구는 첨단부로부터 서서히 공구본체의 전장에 따른 형으로 공구삽입구멍에 삽입되므로, 상기 선삭공구는, 그 단면이 가장 작은 부위를 이용하여 상기 공작물의 공구삽입구멍을 통과할 수 있어, 공작물과 선삭공구사이의 간섭을 효과적으로 방지할 수 있는 것이다.

도 1에 도시한 바와 같이, 공작기계(1)는 Z축 방향에 평행인 축심(CT)주위에 회전구동 가능하게 설치된 주축(2)을 가지고 있고, 상기 주축(2)에는 척(3)이 주축(2)과 함께 축심(CT)주위를 회전 가능하게 설치된다. 상기 척(3)에는 복수개의 톱니(pawl)(3a)가 상기 축심(CT)(Z축)에 대하여 직교하는 방사방향인 화살표(M, L)방향으로 이동구동 가능하게 설치되어 있으며, 상기 톱니(3a)에는 보오링가공이 수행되는 공작물(5)이 공작물중심(CL)을 주축 축심(CT)에 일치시킨 형으로 유지된다.

상기 주축(2)에는 관통구멍(2a)이 축심(CT) 방향인 화살표(J, K)방향으로 형성되어 있으며, 상기 관통구멍(2a)에는 불규칙 진동방지바(6)가 도시되지 않은 실린더구동장치에 의해 화살표(J, K)방향으로 이동구동 가능하게 설치된다. 상기 불규칙 진동방지바(6)의 본체(6b) 첨단부에는 풋샤(pusher)(6a)가 상기 본체(6b)에 대하여 서로 대향회전가능(반드시 서로 대향회전이 가능하지 않거나, 풋샤(6a)가본체(6b)에 대하여 고정되어 있더라도 무방하다)하게 지지되며, 상기 풋샤(6a)의 첨단부에는 단면이 V 자형의 걸어맞춤홈(6c)이 축심(CT)에 대하여 직교하는 방향인 화살표(M, L)방향으로 형성된다. 상기 불규칙 진동방지바(6)의 본체(6b)에는 구멍(6e)이 축심(CT)방향으로 형성되며, 상기 구멍(6e)에는 코일용수철(6d)이 축설(縮設)된다.

또한, 상기 주축(2)의 오른쪽에는, 도시되지 않은 절삭공구대에 장착된 공구홀더(7)가 Z축 방향인 화살표(J, K)방향 및 Z축과 직교하는 방향인 X축 방향, 즉 화살표(N, P)방향으로 이동구동 가능하게 설치된다. 더욱이 상기 공구홀더(7)는 지면(紙面)과 직교하는 소정의 축(CT2), 즉, X 및 Z축에 직교하는 Y축을 중심으로 화살표(Q, R)방향, 즉 B축 방향으로 회전위치결정 및 구동 가능하게 설치되며, 상기 공구홀더(7)에는 보오링용의 절삭공구(9)가 착탈 가능하게 장착된다.

상기 절삭공구(9)는 직경이 D3인 막대부재를 첨단을 열쇠형상으로 굽혀서 형성한 본체(9a)를 가지고 있으며, 상기 본체(9a)의 첨단부에는 단면이 불규칙 진동방지바(6)의 걸어맞춤홈(6c)과 대응하는 형상의 돌기(9b)가 형성되어 있다. 본체(9a)의 첨단은 도 1 위쪽으로 굴곡 되어있으며, 그 첨단에는 칩(9c)이 장착된다.

한편, 척(3)에 톱니(3a)를 통해 장착되어 있는 공작물(5)은 전체가 대략 구형상(球形狀)으로 형성된 본체(5a)를 가지고 있으며, 상기 본체(5a)의 도면 중 좌우양측에는 공작물중심(CL)에 그 중심을 일치시킨 형으로 직경이 D2인 관통구멍(5b, 5c)이 형성되어 있다. 상기 본체(5a) 내부에는 대략 구형상(球形狀)의 내부공간(5d)이 형성되어 있으며, 본체(5a)의 내부공간(5d)에 면한 도면 중 상하에는 선삭가공이 수행될 직경이 D1되는 내통면(內筒面)(5e)이 형성되어 있다. 또한, 상기 관통구멍(5c)의 직경(D2)은 절삭공구(9)의 본체(5a)를 구성하는 막대부재의 직경(D3)보다 큰 직경으로 형성되어 있고, 더욱이 상기 내통면(5e)의 직경(D1)은 상기 관통구멍(5c)의 직경(D2)보다도 큰, 소위, 자루구멍으로 되어있다.

공작기계(1)는 이상과 같은 구성을 가지기 때문에, 공작물(5)의 내통면(5e) 부분을 내경가공하는 경우에는, 우선 도시되지 않은 공작기계(1)의 수치제어장치등을 사용하여 공구홀더(7)에 유지된 보오링절삭공구(9)를 그 첨단의 칩(9c)이 상기 공작물(5)의 내통면(5e)의 소정의 가공개시점(H)(도 2참조)에 위치결정 되도록 프로그램한다.

도 1로부터 분명하게 알 수 있듯이, 절삭공구(9)를 본체(9a)의 축심(軸心)(CL1)과 공작물중심(CL)이 일치된 상태로 좌측, 즉 Z축 방향으로 이동시키면 상기 절삭공구(9)와 공작물(5)이 간섭해버려, 상기 절삭공구(9)의 첨단의 칩(9c)이 가공개시점(H)에 위치결정 될 수 없다. 따라서, 도 2 및 도 3에 도시한 것과 같이, 프로그램에서는 우선 절삭공구(9)의 축심(CL1)을 X축에 평행인 방향으로 위치결정 한 상태에서, 공구홀더(7)를 X축(화살표N, P방향) 및 Z축 방향(화살표J, K방향)으로 이동 구동하면서 동시에 X, Z축에 대하여 직각 방향인 Y축을 중심으로 한 회전방향 인 B축 방향(화살표Q, R방향)으로도 회전구동 하여, 상기 칩(9c)의 첨단(9d)이, 도 2에 도시한 바와 같이, 대기점 S에서 점 A, B, C, D, E, F, G를 경유하여 가공개시점(H)에 위치결정 되도록 그 공구경로(tool path)를지시한다. 또한, 이때 필요하다면, 절삭공구대를 공구홀더(7)와 동시에 Y축 방향으로도 이동시켜 상기 절삭공구(9)와 공작물(5)의 간섭을 방지될 수 있도록 구성할 수도 있다.

상기와 같이 프로그램함으로써, 도 2에 도시한 바와 같이 절삭공구(9)는 막대형상 본체(9a)가 상기 본체(9a)의 굴곡형상에 따른 형으로서, 공작물(5)의 관통구멍(5c)에서 도 2 오른쪽방향으로 전체가 회전하여, 상기 공작물(5)과 간섭하지 않고 들어가 칩(9c)의 첨단을 소정의 가공개시점(H)에 위치결정 할 수 있는 것이다. 또한, 상기 공작물(5)의 관통구멍(5c)의 직경(D2)은, 상기 절삭공구(9)의 본체(9a)의 직경(D3)보다도 큰 직경으로 형성되어 있으므로, 상기 절삭공구(9)를 절삭공구(9)의 굴곡형상에 따른 형으로 관통구멍(5c)에 진입시킴으로써, 절삭공구(9)와 공작물(5)의 간섭은 미연에 방지될 수 있는 것이다. 나아가, 이러한 프로그램은 공지의 티칭(teaching)등의 수법을 사용하는 것에 의해 용이하게 작성할 수 있다.

이렇게 해서, 상술한 프로그램이 작성되면, 주축(2)을 회전구동 하여 척(3)를 통해 공작물(5)을 축심(CT) 중심으로 회전시키고, 그 상태로 전술한 프로그램에 의해 절삭공구(9)의 첨단부의 칩(9c) 부분을 관통구멍(5c)의 도 2 중 오른쪽에 대향시킨다(대기위치 S). 다음에, 상기 칩(9c)을 화살표(J)방향으로 이동시켜, 우선 상기 칩(9c)의 첨단을 상기 관통구멍(5c)의 오른쪽 첨단부에 삽입한다(점 A, B). 이 상태에서, 상기 칩(9c)의 첨단을 화살표(J)방향으로 서서히 이동시켜 절삭공구(9)의 첨단부를 관통구멍(5c) 내에 삽입함과 동시에, 상기 절삭공구(9)의본체를 화살표(R)방향으로 서서히 회전시켜, 상기 절삭공구본체(9a)의 첨단의 굴곡부(9e)가 공작물(5)과 간섭하지 않도록 상기 굴곡부(9e)를 관통구멍(5c) 내에 삽입한다(점 C, D, E, F, G). 이렇게 화살표(J)방향으로 상기 절삭공구(9)를 이동시킴과 동시에 화살표(R)방향으로 회전시키는 것에 의해, 상기 절삭공구(9)의 본체(9a)는 그 첨단부가 관통구멍(5c)에 삽입되며, 이어서 상기 첨단부에 연속하는 절삭공구(9)의 본체(9a) 부분이 관통구멍(5c)에 삽입되며, 더욱이, 상기 삽입된 본체부분에 연속하는 절삭공구(9)의 본체부분이 관통구멍(5c)에 삽입되어 가는 형으로, 첨단부분으로부터 서서히 관통구멍(5c)에서 내부공간(5d)으로 향하여 삽입된다.

이렇게 해서, 상기 칩(9c)의 첨단(9d)은 공작물(5)의 관통구멍(5c)에서 내부공간(5d) 내에 삽입되어 소정의 가공개시점(H)에 위치결정 되는 것이다. 이렇게 하는 것에 의해, 상기 절삭공구(9)는 그 단면이 가장 작은 부위를 이용하여 공작물(5)의 관통구멍(5c)을 통과할 수 있어, 상기 공작물(5)과 절삭공구(9)의 간섭이 효과적으로 방지될 수 있다.

다음에는, 주축(2)내의 불규칙 진동방지바(6)를 도시되지 않은 실린더구동장치및 코일용수철(6d)을 통해 도 1의 화살표(K)방향으로 구동시켜, 첨단의 풋샤(6a)를 공작물(5)의 내부공간(5d)내에 돌출시킨다. 공작물(5)의 내부공간(5d)내로 돌출된 상기 풋샤(6a)의 첨단과 공작물(5)내에 진입된 절삭공구(9)의 첨단이 접촉하며, 더욱이 회전상태의 풋샤(6a)의 걸어맞춤홈(6c)에 절삭공구(9)의 첨단의 돌기(9b)가 끼워 맞춤 결합되며, 도시되지 않은 실린더구동장치에 의해서 상기 불규칙 진동방지바(6)가 코일용수철(6d)로 화살표(K)방향으로 눌러지면, 상기 풋샤(6a)는 코일용수철(6d)의 탄성에 저항하여, 상기 코일용수철(6d)에 대하여 화살표(J)방향으로 상대적으로 눌러져서 이동되게 된다.

그렇게 하면, 가공개시점(H)에 위치결정 된 절삭공구(9)는 절삭공구(9)의 돌기(9b)가 불규칙 진동방지바(6)의 걸어맞춤홈(6c)과 걸어 맞춰짐으로써, 불규칙 진동방지바(6)의 코일용수철(6d)의 탄성에 기인하는 소정의 눌리는 힘으로 화살표(K)방향으로 눌리게 된다. 그 상태로, 보통의 보오링가공과 같이 상기 절삭공구(9)를 X축 및 Z축 방향으로 적절하게 이동시키면서, 칩(9c)의 첨단(9d)을 도 2의 가공종료점(I)까지 이동시켜 도면중의 내통면(5e)의 해칭부분을 가공 제거하는 선삭가공을 행하여 좌면(座面)(5f)를 절삭형성한다. 이때, 상기 절삭공구(9)의 첨단은 전술한 바와 같이, 상기 불규칙 진동방지바(6)에 의해 화살표(K)방향으로 눌리게 되므로, 상기 좌면(5f)의 가공에 따라 생기는 불규칙 진동이 효과적으로 억지(抑止)되어 정밀도가 좋은 가공면이 형성되는 것이다.

또, 전술한 바와 같이, 상기 불규칙 진동방지바(6)는 주축(2)내에 화살표(J, K)방향으로 상기 코일용수철(6d)에 의해 이동 가능하게 유지되어 있으므로, 절삭공구(9)가 가공에 있어서 화살표(J, K) 방향으로 이동되더라도 상기 절삭공구(9)와 불규칙 진동방지바(6)의 걸어 맞춤상태는 유지되어, 가공중에 상기 절삭공구(9)의 불규칙 진동의 발생은 억제되는 것이다.

이렇게 해서, 상기 절삭공구(9)의 칩(9c)의 첨단이 소정의 가공종료점(I)에 도달하여, 좌면(5f)의 가공이 완료된 상태에서, 상기 불규칙 진동방지바(6)를 도 1화살표(J)방향으로 후퇴시켜, 상기 절삭공구(9)와 불규칙 진동방지바(6)의 걸어 맞춤상태를 해제한다. 다음으로, 공구홀더(7)를 X축(화살표J, K방향 )및 Z축 방향(화살표N, P방향)으로 이동 구동시킴과 동시에 B축 방향(화살표Q, R방향)으로도 회전구동 하여, 상기 칩(9c)의 첨단(9d)을 상술한 역순으로(도 2에 도시된 것과 같이) 점 I, G, F, E, D, C, B, A를 경유하여 대기점 S까지 이동시키면, 공작물(5)에 대한 가공이 종료되는 것이다.

상술한 실시예는, 절삭공구(9)등의 선삭공구를 상기 선삭공구의 공구형상에 따른 형으로, 가공할 공작물의 관통구멍(5c)등의 공구삽입구멍으로부터 X, Z축 및 B축 방향으로 이동시켜, 칩(9c)의 첨단등의 가공부위를 공작물내측의 내통면(5e)등 피가공부위에 위치결정 할 때에, 티칭등으로 미리 프로그램한 경우에 관하여 설명하였다. 그러나, 본 발명은 이러한 방법에 한정되지 않고, 공작기계의 수치제어장치측에서 선삭공구와 공작물의 간섭상태를 판정하면서, 상기 선삭공구가 공작물과 간섭하지 않도록, 선삭공구를, 상기 선삭공구의 공구형상에 따른 형으로 공작물의 관통구멍(5c)등의 공구삽입구멍으로부터, X, Z축(필요하면 Y축도) 및 B축 방향에 이동시켜 피가공부위에 위치결정 되도록 하더라도 무방하다.

이상, 본 발명을 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명에 기재한 실시예는 예시적인 것이고, 한정적인 것이 아니다. 또한, 발명의 범위는 첨부된 청구항에 표시되고 있고, 실시예의 기술에 구속되는 것은 아니다. 따라서, 청구항에 속하는 변형이나 변경은 모두 본 발명의 범위내인 것이다.

상기와 같이 본 발명에 의하면, 절삭공구가 그 단면이 가장 작은 부위를 이용하여 공작물의 관통구멍을 통과할 수 있어, 공작물과 절삭공구의 간섭이 효과적으로 방지될 수 있으며, 나아가 절삭공구의 첨단이 불규칙 진동방지바에 의해 눌리게 되는 구성으로 되어 있어 좌면의 가공에 따라 생기는 불규칙 진동이 효과적으로 억제되게 되고 이에 따라 정밀도가 좋은 가공면이 형성될 수 있다.

Claims

막대형상 본체의 첨단부에 절삭부위가 설치된 선삭공구를 사용하여, 공작물의 내부를 가공하는 보오링 가공으로서, 상기 선삭공구를 삽입하는 공작물의 공구삽입구멍의 크기가 공작물내부의 피가공부위의 가공지름보다도 작은 가공구멍을 선삭가공할 때에,

상기 선삭공구의 공구형상에 따른 형으로, 가공해야 할 공작물의 상기 공구삽입구멍으로부터, 서로 직교하는 제1, 제2의 축 방향 및 상기 제1, 제2의 축 방향에 직교하는 제3의 축 방향을 중심으로 한 회전방향에 상기 선삭공구를 이동시켜, 상기 선삭공구의 절삭부위를 공작물내측의 피가공부위에 위치결정하며,

그 상태로 상기 공작물의 피가공부위에 대하여 선삭가공을 개시하는 구성으로 이루어진 내경가공방법.
청구항 1에 있어서,

상기 공작물내부의 가공을 행할 때에, 상기 공작물을 회전구동 시키는 주축측에 설치된 선삭공구유지수단에 의해 상기 선삭공구를 유지하며, 상기 선삭공구의 불규칙 진동을 방지하도록 하는 구성인 내경가공방법.
청구항 1에 있어서,

상기 선삭공구를 상기 공작물에 삽입할 때에는, 먼저 상기 선삭공구의 첨단부를 상기 공구삽입구멍에 삽입하고, 상기 첨단부에 연속하는 선삭공구의 본체부분을 삽입하며, 더욱이, 상기 삽입된 본체부분에 연속하는 선삭공구의 본체부분이 삽입되는 구성인 내경가공방법.