KR200217887Y1 - 기어 가공장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 창성형 기어 가공중 래크 기어 및 크라운 기어를 기어 세이퍼(Gear Shaper)를 이용하여 가공하는 기어 가공 장치에 대한 것이다.

본 고안의 기어 가공 장치는, 기어 가공기를 기어 톱니의 크기에 따라 가공하도록 설정된 프로그램 제어기를 통해 래크기어나 크라운 기어를 가공하도록 기어 세이퍼 테이블(9)에 속도 검출기(41)를 내장시키고, 작업대(1) 위에 이동 가능 하게 LM 가이드(2)를 통해 지지되는 작업 테이블(4), 작업 테이블을 이동시키도록 작동하는 볼 나사(5), 볼 나사(5)를 회전작동시키는 DC 서보 모터(7), 및 크라운 기어 가공시 작업 테이블(4) 위에 장착되어 테이블의 수평 회전운동을 수직 회전운동으로 변환하는 NC용 수직 인덱스(8)로 이루어지는 구성이다.

Description

기어 가공장치

본 고안은 창성형 기어 가공중 래크 기어 및 크라운 기어를 기어 세이퍼(Gear Shaper)를 이용하여 가공하는 기어 가공 장치에 대한 것이다.

일반적으로 기어의 가공은 창성법, 모방법, 총형법, 단조, 전조 등의 방법에 의해 실시되고 있는데, 기계적인 가공 방법으로는 창성법과 모방법이 대종을 이루고 있고, 총형법은 기계의 사양에서 벗어나거나 전용 가공기가 없는 경우, 또는 기어가 특수한 형태인 때 가공 하는 방법으로, 기어로서의 정밀성은 떨어진다.

그런데, 기어 전용 가공기는 기어의 특성, 형태 등에 따라 분류되고 여타 기계들 보다 고가이므로 기어 전문 가공업체에서도 모두다 보유하기는 힘든 실정이다.

대표적인 기어 가공기에서 홉핑(Hobbing)장치는 평기어, 헬리컬 기어, 스크류 기어등 원통형 기어의 가공에 사용되고, 기어 세이퍼는 평기어, 헬리컬 기어, 내접 기어등 원통형 기어중 단기어의 가공에 사용되며, 웜 기어를 가공하는 데는 웜기어 전용 가공기가 사용된다. 또한, 래크 기어를 가공하기 위해서는 래크 기어 전용 가공기가 사용되며, 톱니가 원주면과 직선인 베벨 기어를 가공하기 위해서는 베벨 기어 세이퍼가 사용되며, 톱니가 원주면과 소정 각도 비틀어진 헤리컬 베벨기어를 전문으로 가공하기 위해서는 헬리컬 베벨 기어 세이퍼가 사용된다.

또한, 톱니가 원주면에 곡선으로 이루어진 스파이럴 기어는 스파이럴 기어 전용 가공기가 사용되며, 스파이럴 기어중 곡선이 ″0″ 도인 제롤(Zerol) 기어는 제롤 기어 전용 가공기를 사용하여 가공한다.

위와 같이 기어는 형태와 특성에 따라 각각의 전용 가공기가 필요하고 또 전용 가공기는 작업 방법이나 특성이 틀리므로 호환성이 없다.

단적인 예로 형태가 비슷한 베벨 기어, 헬리컬 베벨 기어, 스파이럴 기어, 제롤 기어 등도 기어의 특성이 틀리므로 각각의 전용 기계가 필요하다.

앞에서 설명한 바와 같이, 래크 기어는 래크 기어 전용 가공기가 필요하고, 크라운 기어(Crown Gear)는, 형태는 베벨 기어와 유사하나 평기어와 결합되어 사용되는 관계로 특성은 평기어와 가까우므로 전용 기계가 더욱 필요하다. 특히, 크라운 기어는 성능상 중 하중의 동력 전달용이 아니라 계측기 등에서 회전 전달 방향만 바꾸는 역할을 하는 고정밀도가 요구되는 기어이므로 전용 가공기가 없는 경우 가공에 상당한 곤란을 느께게 된다.

그러면 전용기가 없어 총형법으로 래크 기어나 크라운 기어를 가공할 경우에는 밀링이나 세이퍼에서 공구(바이트, 엔드밀등)를 기어의 치형과 동일하게 형상가공하여 기어의 피치(Pitch)씩 수동 이송하며 가공하게 된다.

총형 가공시 문제점 으로는, 공구의 제작에 있어서 치형에 맞추어 공구를 수동 제작하므로 정밀성이 떨어지고 시간이 장시간 소요되며, 피치의 이송의 면에서 수동으로 1피치씩 이송하므로 정확한 피치 이송이 안되며, 공구의 마모면에서, 톱니수가 많을 경우 공구의 마모가 직접적으로 가공되는 치형에 영향을 주게 되어 치형이 일정하지 않고 특히 처음부터 공구의 치형에 문제점이 있을 경우 치명적인 문제가 있다.

본 고안은 상기 설명한 바와 같은 종래 기어 가공 기술의 문제를 해결하기 위하여 이루어진 것으로, 기어 세이퍼는 보유하고 있으나 래크 기어나 크라운 기어 전용 가공기가 없는 상태에서 기어 세이퍼를 이용하여 래크 기어나 크라운 기어를 가공할 수 있고, 기어 가공 전용 기계의 호환성을 높혀 경쟁력을 유지하고, 1대의 전용 기계로 3 종류의 각기 다른 기어를 가공할 수 있어 기어의 제조 단가를 낮출 수 있는 기어 가공 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 고안에서는, 기어 가공기를 기어 톱니의 크기에 따라 가공하도록 설정된 프로그램 제어기를 통해 래크 기어나 크라운 기어를 가공하도록 기어 세이퍼 테이블에 속도 검출기를 내장시키고, 작업대 위에 이동 가능하게 LM 가이드를 통해 지지되는 작업 테이블, 작업 테이블을 이동시키도록 작동하는 볼 나사, 볼 나사를 회전 작동시키는 DC 서보 모터, 및 크라운 기어 가공시 작업 테이블 위에 장착되어 테이블의 수평 회전운동을 수직 회전 운동으로 변환하는 NC용 수직 인덱스로 이루어지는 기어 가공 장치를 제공한다.

제1도는 본 고안에 따른 기어 가공 장치의 래크 기어 가공을 위한 구성을 도시한 도면.

제2도는 본 고안에 따른 기어 가공 장치의 크라운 기어를 가공하기 위한 구성을 도시한 도면.

제3(a)도는 본 고안 장치를 구성하는 작업 테이블을 지지하는 LM 가이드를 도시한 도면.

제3(b)도는 작업대(1)의 측면도.

제4도는 본 고안 장치를 사용하여 기어 가공 작업시의 개략적인 전기적 구성을 나타내는 회로도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 작업대 2 : LM 가이드

3 : LM 가이드 고정판 4 : 작업 테이블

5 : 볼 나사 6 : 기어 세이퍼 본체

7 : DC 서보 모터 18 : 기어 커터

9 : 기어 세이퍼 테이블 41 : 속도 검출기

42 : 프로그램 제어기

이하에서는 양호한 실시예를 도시한 첨부 도면과 관련하여 본 고안의 기어 가공 장치를 상세하게 설명한다.

일반적으로 창성법, 모방법 등으로 기어를 가공하기 위해서는 공작물을 장착하는 작업대와 공구와의 거리의 차이가 기어의 크기를 결정하는 데, 다시 말해서 기어의 크기는 평 기어의 경우 톱니의 크기(M)x 톱니수(Z)+2M = 외경(0D)로서 톱니의 크기에 따라 외경이 결정되므로 같은 기어를 가공하더라도 작업자의 실수로 거리 조정을 잘못했을 경우에는 전위(+,-)기어로 가공되어 버린다.

그러나 톱니의 크기가 다르더라도 톱니수(Z)만 같으면 작업하는 방법은 같은데, 이는 톱니의 크기에 영향을 주는 것은 작업대에서 공구까지의 거리에서 결정하기 때문이다.

본 고안에서는 기어 세이퍼(Gear Shaper)의 수평 회전 운동을 부속물을 통하여 직선운동과 수직 회전 운동으로 변환도 시키지만 DC 서보 모터와 볼 나사의 작용으로 틉니의 크기(M)를 결정하는것이 작업대와 공구 사이의 거리를 고려하여 톱니의 크기 그대로 설정하는 것에 의해 이루어진다.

래크 기어의 경우 피치원이 직선이므로 톱니수(Z)는 무한대이다. 그러므로 래크 기어 전용 가공기가 아니고 일반적인 기어 가공기로는 톱니수가 무한대이므로 가공이 불가능하므로 톱니의 크기를 세팅시켜주며 가공시 톱니수는 문제삼지 않아도 된다.

본 고안의 기어 가공 장치는 제1도 및 제2도 도시와 같이, 작업대(1), LM 가이드(2), 작업 테이블(4), 볼 나사(5), DC 서보 모터(7), NC용 수직 인덱스(8)로 구성되어 있다. 기어 세이퍼 본체(6)의 하부에 장착된 피니언식 기어 커터(18)에 의해 기어를 가공하도록 작업대(1) 위에 설치된 LM 레일 고정판(3) 위에 LM 레일(21)이 길이 방향으로 고정 설치되고, 이레일(21)위를 이동하는 LM 가이드(2) 위에 작업 테이블(4)이 설치되며, 이 작업 테이블(4)은 DC 서보 모터(7)에 결합되어작동되는 외주에 스크류를 구비한 로드 형상의 볼 나사(5)와 결합하여 이동되도록 구성한다. 작업 테이블(4) 측방의 기어세이퍼 테이블(9)에는 속도 검출기가 내장되어 작업 속도를 제어하도록 구성된다. 제1도 도시와 같이, 래크 기어 가공시는 작업 테이블(4)에 착탈 가능하게 설치되는 래크 기어 취부 부재(4a)에 래크 기어 가공용 공작물(A)을 설치하고 작업하도록 구성되며, 제2도 도시와 같이, 크라운 기어 가공시는 작업 테이블(4) 위에 NC용 수직 인덱스(8)를 설치하여 크라운기어 가공용 공작물(B)을 기어로 가공하도록 구성한다.

본 고안을 구성하는 작업대(1)는, 제3(a)도 도시와 같이, 작업대 연결판(11)의 고정홀(12)에 의해 기어 세이퍼와 연결되며, 작업베드(13), 작업 지지대(14), 작업대 안내판(15), 작업대 연결판(11), 작업 베드 지지판(16)으로 구성되어있다.작업 지지대(14)와 작업 베드 지지판(16)은 작업대(1)를 지탱하는 역할을 하며 작업대 안내판(15)은 기어 세이퍼의 이송시 작업대를 안내하는 역할을 한다.

LM 가이드(2)는 레일(21)과 LM 블록(22)으로 구성되며, LM 레일(21)은 작업대(1)위의 LM 고정판(23)에 고정되며, LM 블록(22)은 작업 테이블(4), 볼 나사(5)와 연결되어, 래크 기어 가공시 LM 레일(21) 위를 움직인다.

제1도 도시와 같이, 작업 테이블(4)은 볼 나사(5)와 연결되어 LM 블록(22) 위에서 LM 레일(21) 위를 이동한다. 볼 나사(5)는 DC 서보 모터(7)의 회전에 의해 미세한 움직임도 감지하여 회전하게 되고, DC 서보 모터(7)는 테이블에 장착된 속도 검출기(도시없음)에서 신호를 받아 작동되게 된다.

NC용 수직 인덱스(8)는, 크라운 기어 가공시 작업 테이블(4)을 중앙에 고정한 후 NC용 수직 인덱스(8)를 장착하여 작업테이블(4)의 수평 회전 운동을 수직 회전 운동으로 변환한다.

작업 회로가 제4도에 도시되는 데, 래크 기어를 가공할 때와 크라운 기어를 가공할 경우가 동일하며, 속도 검출기(41),프로그램 제어기(42) 및 서보팩(43)과 펄스 발생기(44), 이송부(45)가 전기적으로 연결되는 구성이다. 속도 검출기(41)에서 나오는 신호가 DC 서보 모터(7)로 가는것을 차단하고 NC용 수직 인덱스(8)와 연결 하면 되는 점이 래크 기어 가공시와 상이할 뿐이다.

이하에서는 상기 구성의 본 고안의 기어 가공 장치의 작동을 설명한다.

호빙(Hobbing) 머신, 기어 세이퍼, 기어 그라인더 등을 이용한 창성법에 의한 기어 가공은 원주 피치에 의한 분할 방법으로 외경의 크기가 같은 기어도 기어의 톱니의 크기에 따라 톱니수가 달라진다.

그러므로 창성형 기어 가공기는 공구의 회전과 테이블의 회전이 서로 연계 하여 주로 기어등으로 회전을 정확하게 전달되어서 가공하게 된다.

본 기어 가공 장치는 이를 착안한 것으로 테이블의 회전을 속도 검출기에서 읽어 그 읽은 정보 만큼 DC 서보 모터(7)나NC용 수직 인덱스(8)를 구동(회전)시켜 가공 하게 되는 구성이다.

기기의 조립은 앞의 설명과 첨부된 도면을 참조하여 조립후 기기를 기어 세이퍼 베드위에 올려 놓은후 기어 세이퍼 본체를 이송시켜 작업대 연결판(14)과 본체를 고정시키면, 기기는 기어 세이퍼와 같이 반경 방향으로 움직여 ″0″점 조정(공구와 공작물이 최초로 만나는 지점) 및 절삭 깊이를 조정할 수 있게 된다.

이어서 DC 서보 모터(7) 조작판(프로그램 제어기)에서 가공될 원피치를 계산하여 수치를 입력한다.

래크 기어 가공시 공작물을 작업 테이블(4)의 홈과 공작물 고정 볼트홀을 이용하여 고정한 다음 공구(피니언 커터)를 상하 운동 시키면서 기어 세이퍼 본체를 미세하게 전진시켜 ″0″점을 선정한후 테이블(기어 세이퍼)을 역회전시키면 DC 서보모터(7)는 속도 검출기에서 읽은 정보의 크기 만큼 볼 나사(5)를 역회전시키게 되어 작업 테이블(4)을 후진시키게 된다.

공작물이 충분히 후진되면 절삭 깊이 만큼 기어 세이퍼를 전지시키고 기어 가공 작업을 시작한다.

그러면 공구는 상하 운동과 회전 운동을 하고, 테이블(기어 세이퍼)은 회전 운동을 하게 된다.

테이블의 회전 운동을 읽은 속도 검출기는 DC 서보 모터(7)로 신호를 보내고 DC 서보 모터(7)는 볼 나사(5)를 회전시켜 작업 테이블(4)을 서서히 전진시키면서 래크 기어를 가공하게 된다.

크라운 기어 가공시는 작업 테이블(4)을 중앙에 오도록 조정한 후 고정홈과 고정 볼트홀을 이용하여 NC용 수직 인덱스(8)를 고정시킨다. 공작물을 NC용 수직 인덱스(8)에 센터링하여 고정한 후 공구를 상하 운동 시키면서 미세하게 기어 세이퍼를 전진시켜 ″0″점을 선정하고 일반 기어 세이퍼와 같이 절삭 깊이를 정하고 가공을 시작한다(래크 기어와 같이 후진 시킬 필요 없음).

절삭 깊이는 기어 세이퍼가 서서히 전진하여 충분한 절삭 깊이에 도달하면 자동적으로 기어 세이퍼의 전진이 멈추게 되며 이후 공구의 상하 회전 운동과 테이블 회전 운동만 일어나게 된다.

테이블의 회전 운동은 래크 기어 가공때와 같이 속도 검출기에서 읽은 신호로 NC용 수직 인덱스(8)를 회전시켜 크라운 기어를 가공하게 된다.

따라서, 상기 설명한 본 고안의 기어 가공 장치에 의하면, 창성법에 의한 기어 가공으로 기어의 품질을 향상시키고 다양한 크기의 래크 기어나 크라운 기어를 손쉽게 가공할 수 있으며, 기존의 기어 세이퍼를 이용하므로 다양한 기어의 제작으로 기계의 효율을 극대화 시키고 기어의 단가를 떨어뜨릴 수 있고, 작업 테이블, 속도 검출기와 볼 나사, 서보 모터나 NC용 인덱스의 조합으로 어떠한 기어 세이퍼에서도 그사양에 적절하게 작업할 수 있으며, 동력의 속도를 속도 검출기와 서보 모터나 NC용 인덱스로만 변화시킬 수 있으므로 큰 기어 변속기가 필요없어 협소한 장소에서도 설치할 수 있는 등 유용한 고안인 것이다.

Claims (1)

1. 기어 가공기를 기어 톱니의 크기에 따라 가공하도록 설정된 프로그램 제어기(42)와, 상기 프로그램 제어기(42)의 제어에 의해 기어나 크라운 기어를 가공시 작업 속도를 제어하기 위해 기어 세이퍼 테이블(9)네 내장되는 속도 검출기(41)와, 작업대(1) 위에 이동가능하게 LM 가이드(2)를 통해 지지되는 작업 테이블(4)과, 상기 작업 테이블을 이동시키도록 작동하는 볼 나사(5)와, 볼 나사(5)를 회전 작동시키는 DC서보 모터(7)와, 크라운 기어 가공시 작업 테이블(4)위에 장착되어 테이블의 수평 회전운동을 수직 회전 운동으로 변환하는 NC용 수직 인덱스(8)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 기어 가공 장치.