KR20070104587A

KR20070104587A - 베벨 기어를 그린 머시닝하는 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20070104587A
Application number: KR1020077018229A
Authority: KR
Inventors: 하트뮤스 뮬러; 조아침 토마스; 칼 마틴 립벡; 부르크하드 세이더; 디트마 로
Original assignee: 클린게르베르크 게엠베하
Priority date: 2007-08-08
Filing date: 2005-02-14
Publication date: 2007-10-26

Abstract

본 발명은 베벨 기어를 그린 머시닝하는 장치에 관한 것으로서, 휠 블랭크(K2)를 기어 절삭하기 위한 CNC 제어 가공 스테이션(60)을 구비한다. 가공 스테이션(60)은 기어 절삭 공구(62)를 수납하는데 사용되는 공구 스핀들(61)과 휠 블랭크(K2)를 수납하는데 사용되는 공작물 스핀들(33; 63)을 구비한다. 상기 가공 스테이션(60)은 또한 수직으로 작동하는 가공 스테이션에 관한 것이다. 상기 장치(50)는 공구 홀더(73)와 그리고 공작물 블랭크(K1)를 수납하는 공작물 스핀들(72)을 구비하는 수직 작동 스테이션(70)을 또한 구비한다.

상기 가공 스테이션(60)은 예비 가공 스테이션(40; 70)과 함께 기계적으로 하나의 기능 유닛을 형성하며, 여기에서 공작물 블랭크(K1)는 예비 가공 스테이션(70)에서 그린 머시닝이 실행되고 이어서 상기 제1 그린 머시닝 후에 휠 블랭크(K2)로서 제1 가공 스테이션(60)으로 이송되어 절삭된다. 상기 가공 스테이션(60)과 예비 가공 스테이션(70)은 데이터 및 제어에 의해 함께 링크된다.

Description

베벨 기어를 그린 머시닝하는 장치 및 방법 {Device and Method for Green Machining Bevel Gears}

본 발명은 베벨 기어를 그린 머시닝하는 장치에 관한 것으로서, 특히 건식 기계가공용으로 설계되는 장치에 관한 것이다. 본 발명은 또한 이에 상응하는 방법에 관한 것이다.

베벨 기어 및 유사한 기어 휠을 제작하는데 사용되는 다양한 공작기계들이 있다. 얼마 동안 그 제작을 자동화하려는 소망이 있어 왔다. 한가지 해결책은 이 시점까지 제한된 방식으로만 성공할 수 있었던 것으로서, 다수의 제작 단계가 동일한 공작기계에서 실행될 수 있도록 설계되는 머시닝 센터이다. 이러한 공작기계는 매우 복잡하고 비용이 많이 들뿐만 아니라 준비단계 (설치시간)에서 상대적으로 커다란 수고를 요한다. 한편 이러한 공작기계들은 고 유연성이라는 관점에서 개발되어 왔는데, 개별적인 제조 또는 매우 작은 세트를 생산하는데 더 적당하다.

공작물을 선삭하고 호빙하도록 설계된 컴팩트한 공작기계가 유럽특허 EP0832716 B1에 도시 및 설명되어 있는데, 이 공작물은 리척(rechuck)되거나 이송될 필요가 없다. 즉, 공작물은 척킹(chucking)된 후에 메인 스핀들에 안착되며 거기에서 다양한 공구를 사용하여 기계가공된다. 이 공작기계의 단점으로는 여러 부 재들의 배치때문에 건식 기계가공을 수행할 목적으로 설계되지 않았다는 점인데, 이는 핫칩(hot chip)을 제거하는 것이 건식 기계가공 동안에 특별히 중요하기 때문이다. 또한 공작물에 대하여 공구를 가지는 2개의 캐리지를 횡 배열함으로써 이동 간극이 한정된다. 도시된 공작기계는 베벨기어, 링 기어 등을 기계가공할 수 없고 오히려 평기어를 기계가공하도록 고안된 것이다.

다른 공작기계가 공개출원 DE 199 18289 A1에 개시되어 있는데, 공작물을 리척할 필요없이 2개의 단계가 순서대로 수행되는 것이 개시되어 있다. 이 공작기계에서 수행되는 첫번째 단계는 호빙 절삭기를 사용해서 평기어를 초벌절삭하여 공작물에 거친 윤곽과 표면을 주는 것이다. 그리고 나서 정밀가공이 이어지는데, 이를 위하여 공작물은 마찬가지로 동일한 척킹내에 머무른다.

공작물을 리척하지 않고 다단계로 공작물을 기계가공하는 이 공작기계는 그 설계 및 구현에 있어서 다수의 다른 파라미터들이 고려되어야 한다는 것이 단점으로 보인다. 다음 예로부터 명백한 것처럼 절충안이 다양한 목표들 사이에서 항상 발견되어야만 한다. 초벌가공 및 미세가공 모두 상기 공개출원에 개시된 공작기계에서 수행된다. 초벌가공은 높은 금속제거능력을 가지고 블랭크(blank)로부터 재료를 제거하는 방법이다. 이와는 대조적으로 미세가공에서는 매우 낮은 재료공급속도와 더 높은 정밀도가 사용된다. 이때문에 척킹에 관하여 전적으로 조건들이 다르게 된다. 그러나, 개별적인 공구들의 타입과 형태는 물론 그 작동 또한 크게 변화할 수 있다. 예시된 단계들의 일부분 또는 전부를 또한 건식 기계가공으로 수행하고자 한다면, 핫칩을 제거하기 위한 건식 기계가공의 특별한 요구조건들 때문에 개별적 인 축들과 공구들의 형태에 관하여 추가로 제한이 가해진다.

본 발명은 품질 손실없이 한편으로는 베벨 기어의 제작을 단순화하고 다른 한편으로는 그 제작속도를 높이기 위한 것이다.

본 발명의 다른 목적은 건식 기계가공을 위하여 고안된 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

이러한 목적들은 청구항1의 특징과 청구항14의 특징에 의하여 본 발명에 따라 달성된다. 추가 실시예들이 종속항으로부터 유래된다.

본 발명에 따른 방법은 경화처리 전에, 즉 그린(green) 상태에서 치면을 기계가공하도록 특히 고안된 것이다. 사용되는 공구들이 그에 상응하여 선택되어 진다.

본 발명의 예시적인 실시예들이 도면을 참조하면서 이하에서 더 상세히 설명된다.

도1은 베벨 기어의 기어 절삭에 있어서 여러 가지 기계가공단계를 나타내는 개략적 예시도이다.

도2는 본 발명에 따라, 베벨 기어의 그린 머시닝에 사용하기 위한 제1 장치의 개략도이다.

도3은 본 발명에 따라, 베벨 기어의 그린 머시닝에 사용하기 위한 제2 장치의 개략도이다.

관련되는 출판물과 특허에도 사용된 용어들이 본 설명과 관련하여 사용된다. 그러나 이러한 용어를 사용하는 것은 전적으로 더 나은 이해를 위해서라는 것을 주목하여야 한다. 본 발명에 따른 발명적 사상과 본 발명 청구항의 보호범위는 그 용어들의 특정한 선택에 의해 해석상 한정되어서는 아니 된다. 본 발명은 더 이상의 조치없이 다른 용어 시스템 및/또는 전문분야로 옮겨질 수 있다. 용어들은 그에 상응하여 다른 전문분야에 적용되어야 한다.

본 발명은 베벨 기어의 기계가공에 관한 것이다. 정의에 따르면, 이 용어는 링 기어 및 베벨 피니온도 포함한다. 축상의 오프셋이 없는 베벨기어와 축상의 오프셋을 가진 베벨 기어, 즉 소위 하이포이드 휠(hypoid wheel)이 역시 포함된다.

도1은 예시적인 방법의 순서(10)를 나타내는 개략도이다. 본 발명은 도시된 문맥에서 유리하게 사용될 수 있다. 주지하는 바와 같이, 이는 링 기어 또는 베벨 피니온의 기계가공예이다. 공작물 블랭크로부터 시작하면(단계 101), 이어지는 그린 머시닝 단계들이 도시된 예에서 수행된다. 예를 들면, (중심의) 구멍이 선삭에 의해 생성될 수 있다 (단계 102). 공작물 블랭크는 이어서 추가 기계가공을 위하여 회전될 수 있다 (단계 103). 회전 후에, 새로운 선삭이 이어질 수 있다 (단계 104). 이 단계들은 임의로 선택가능한데, 본 명세서에서는 프리폼(preform) 제작 또는 예비가공이라 한다. 프리폼 제작의 범위 내에서 다른 단계들 또는 대안적인 단계들이 역시 실행될 수 있다. 프리폼 제작의 종말에서는 공작물을 휠 블랭크라 한다. 단계 102 또는 단계 102 내지 104는 소위 예비가공 스테이션(40 또는 70)에 서 실행될 수 있다.

소위 기어 절삭이 이어진다. 본 발명에 따르면, 바람직하게는 휠 블랭크에 이(teeth)를 생성하기 위하여 (건식) 베벨 기어 절삭기가 사용된다 (단계 105). 선택적 단계인 디버링(deburring)이 이어진다 (단계106). 단계 105 또는 단계 105 내지 106은 본 발명에 따라 소위 기계가공 스테이션(30 또는 60)에서 실행될 수 있다. 다른 기계가공 스테이션이 사용될 수도 있다.

전형적으로 휠 블랭크를 경화시키기 위하여 열처리가 수행되고 (단계 107) 후가공 또는 미세가공 (단계 108)이 이어진다. 이렇게 하여 베벨 기어가 준비된다.

본 발명의 더 상세한 점이 개별적인 방법 단계들의 더 정확한 설명에 기초하여 그리고 2개의 예시적 실시예를 사용하여 이하에서 설명되는바, 각 실시예들의 상세한 것은 서로 교환되거나 결합될 수 있다.

베벨 기어를 그린 머시닝하는 본 발명의 방법은 다음 단계들을 포함한다. 참조부호는 도2와 도3과 관련된다. 공작물 블랭크(K1)는 예비가공 스테이션(40, 70)의 제1 공작물 스핀들(42, 72)에 척킹(chucked)된다. 가공물 블랭크(K1)의 제1 그린 머시닝이 하나 이상의 공구(43, 73.1-73.5)를 사용하여 수행된다. 공구(43) 또는 공구(73.1-73.5)는 예비가공 스테이션(40, 70)의 제1 공구 스핀들(41, 71)에 척킹된다. 이 제1 그린 머시닝은 다음의 드릴링 단계, 선삭 단계, 밀링 단계 등의 기계가공 단계 중 하나 이상을 포함한다. 이 제1 그린 머시닝의 목표는 공작물 블랭크(K1)로부터 휠 블랭크(K2)를 생성하는 것이다.

예비가공 스테이션(40, 70)으로부터 가공 스테이션(30, 60)으로 휠 블랭 크(K2)의 자동이송이 이어진다. 휠 블랭크(K2)는 제1 공작물 스핀들(42, 72)로부터 제2 공작물 스핀들(33, 63)로 이송되는데, 제2 공작물 스핀들은 가공 스테이션(30, 60)의 일부분이다. 상기 이송은 도3과 관련하여 설명되는 것처럼 가공 스테이션(30, 60) 및/또는 예비가공 스테이션(40, 70)에 통합되는 수단에 의해 수행될 수 있다. 하지만 외부 수단이 도 2와 관련하여 설명되는 바와 같이 이송을 위하여 사용될 수도 있다.

그리고 기어 절삭이 가공 스테이션(30, 60)에서 수행된다. 이는 다음과 같이 행해진다. 휠 블랭크(K2)의 제2 그린 머시닝이 공구(32, 62)를 사용하여 수행되는데, 이 공구는 가공 스테이션(30, 60)의 제2 공구 스핀들(31, 61)에 척킹된다. 이 제2 그린 머시닝의 목표는 휠 블랭크(K2)에 이(teeth)를 생성하는 것이다. 제2 그린 머시닝은 바람직하게는 절삭기 헤드(32, 62)를 사용한 휠 블랭크(K2)의 베벨 기어 이(teth)의 (건식) 밀링을 포함한다.

기술된 방법으로 이 단계들을 실행할 수 있도록, 가공 스테이션(30, 60)과 예비 가공 스테이션(40, 70)이 수직으로 동작하는 스테이션으로 설계되고 가공 스테이션(30, 60)은 예비 가공 스테이션(40, 70)과 함께 하나의 기계적인 기능 유닛을 형성한다.

모든 가공 단계들이 바람직하게는 건식으로 실행될 수 있다. 이 경우에 장치(20, 50)가 그에 상응하게 설계되고 구현되어야 한다.

본 발명에 따른 제1 장치(20)는 도2에 도시된다. 장치(20)는 베벨 기어의 그린 머시닝에 사용하도록 특히 설계되며, 휠 블랭크(K2)를 기어 절삭하기 위하여 CNC 제어 가공 스테이션(30)을 포함한다. 가공 스테이션(30)은 (건식 호빙 절삭기와 같은) 기어 절삭 공구(32)를 수용하기 위한 공구 스핀들(31)과 휠 블랭크(K2)를수용하기 위한 공작물 스핀들(33)을 구비한다.

본 발명에 따르면 가공 스테이션(30)은 수직으로 동작하는 가공 스테이션으로서, 기어 절삭하는 동안에, 휠 블랭크(K2)를 가지는 공작물 스핀들(33)이 기어 절삭 공구(32)를 가지는 공구 스핀들(31) 아래에 위치하거나 또는 휠 블랭크(K2)를 가지는 공작물 스핀들(33)이 기어 절삭 공구(32)를 가지는 공구 스핀들(31) 위에 안착된다. 본 발명에 따르면, 장치(20)는 공구 리테이너(41)를 구비하며 그리고 공작물 블랭크(K1)를 수용하기 위한 공작물 스핀들(42)을 구비하는 적어도 하나의 수직으로 동작하는 예비 가공 스테이션(40)을 추가로 포함한다.

본 발명에 따르면, 가공 스테이션(30)은 예비 가공 스테이션(40, 70)과 함께 하나의 기계적인 기능 유닛을 형성하는데, 공작물 블랭크(K1)는 예비 가공 스테이션(40)에서 제1 그린 머시닝이 수행되고, 이어서 제1 그린 머시닝 후에 휠 블랭크(K2)로서 가공 스테이션(30)으로 이송되어 거기에서 기어로 절삭된다. 가공 스테이션(30)은 CNC 제어기(34)를 가지는데, 도2에 나타내었다. 가공 스테이션(30)과 예비 가공 스테이션(40)은 제어 기술에 의해 서로 링크되는데, 이는 도2에 화살표(34.1)로 도시된다. 이 링크는 버스 또는 케이블 접속을 통해 수행될 수 있다. CNC 제어기(34)를 예비 가공 스테이션(40)에 링크하기 위하여 무선 접속과 같은 다른 타입의 인터페이스를 사용하는 것도 생각할 수 있다.

도2에 도시된 장치(20)의 다른 상세한 점이 이하에서 설명된다. 예비 가공 스테이션(40)은 주 회전축(A1)을 구비한다. 공작물 스핀들(42)은 이중 화살표(45.1)로 나타낸 것처럼 이 축(A1) 둘레를 회전할 수 있다. 더욱이 공작물 스핀들(42)은 캐리지(42.1)에 안착되며 화살표(45.2, 45.3, 45.4)로 도시된 것처럼 여러 방향으로 변위될 수 있다. 또한 공구 스핀들(41)은 그 길이방향의 축 둘레로 공구(43)가 회전하는 것을 원한다면 회전축을 구비할 수 있다. 도시된 실시예에서 공작물 스핀들(41)은 캐리지(41.1)에 안착되고 따라서 공구(43)와 함께 축(44.2)에 평행하게 변위될 수 있다. 축(44.2)을 따른 변위가능성이 절대적으로 필요한 것은 아닌데, 이는 공구(43)의 방향으로 축(45.2)에 평행하게 공작물 스핀들(42)을 변위시킴으로써 공구(43)가 맞물릴 수도 있기 때문이다.

가공 스테이션(30)은 주 회전축(A2)을 구비한다. 공구 스핀들(31)은 이중 화살표(35.1)로 나타낸 것처럼 이 축(A2) 둘레를 회전할 수 있다. 더욱이 공구 스핀들(31)은 캐리지(31.1)에 안착되며 화살표(35.2, 35.3, 35.4)로 도시된 것처럼 여러 방향으로 변위될 수 있다. 또한 공작물 스핀들(33)은 회전축(B2)과 피벗회전축(B3)을 구비한다. 공작물 스핀들(33)은 이중 화살표(36.1)로 나타낸 것처럼 이 축(B2) 둘레를 회전할 수 있다. 또한 공작물 스핀들(33)은 피벗회전축(B3) 둘레로 피벗회전될 수 있다. 도시된 예에서 공작물 스핀들(33)은 각(W)만큼 휠 블랭크(K2)와 함께 반시계 방향으로 피벗회전되었다.

도2에 도시된 축들의 배치는 축들의 가능한 배합이다. 2개의 가공 스테이션(30, 40)의 축들이 다른 형태로 구현될 수도 있다. 예를 들면 공작물 스핀들(33)이 안착될 수 있고 그래서 축(35.3)에 평행하게 움직일 수 있다. 이 경우에 캐리 지(31.1)는 이 방향으로 변위될 필요는 없다. 일반적으로 예비 가공 스테이션(40)과 또한 가공 스테이션(30)의 각 경우에 대하여 6개의 축으로 충분하다.

도시된 실시예에서, 공작물 스핀들(33)은 휠 블랭크(K2)와 함께 병진적으로 변위될 수 없다. 축(35.2)에 평행한 변위가능성이 절대적으로 필요한 것은 아닌데, 이는 공구(32)가 공작물(K2)의 방향으로 축(35.2)에 평행하게 공구 스핀들(31)을 변위시킴으로써 전진될 수 있기 때문이다. 그러나 추가 자유도를 얻기 위하여 공작물 스핀들(33)이 캐리지에 안착될 수도 있다.

여러 축들이 수치제어되는 축들이다. 개별적인 이동은 따라서 CNC 제어기(34)에 의해 수치적으로 제어될 수 있다. 제어기(34)는 모든 축들이 수치 제어되도록 설계되는 것이 바람직하다. 중요한 것은 개별적인 이동 순서가 조정되는 방식으로 일어난다는 것이다. 이 조정은 CNC 제어기(34)에 의해 수행된다.

본 발명에 따른 장치는 별개의 가공 스테이션(30, 40)이 수직으로 설계된다는 점에서 특별하며 다른 공지의 접근 방법으로부터 구별된다. 또한 공작물(K1, K2)의 기계가공에 대하여 가장 큰 이동 간극이 가능하도록 여러 수치제어되는 축들의 위치가 선택되어 진다. 이하의 개별 축들의 배열이 특히 바람직하다.

예비 가공 스테이션(40): 축(A1)은 공구(43)의 길이 방향 축에 평행하게 뻗어 있는데, 2개의 축이 방향(45.4)에 평행하게 상대 이동을 함으로써 서로에 대하여 오프셋될 수 있다. 따라서 예를 들면 밀링 절삭기 또는 선삭 치슬(43)을 사용하여 공작물 블랭크(K1)에 중심 홀(46)이 산출될 수 있다. 공구 스핀들(41)은 캐리지(41.1)를 포함하는데, 캐리지(42.1)를 포함하는 공작물 스핀들(42) 아래에 안착 되며 서로에 대한 상대 거리는 축(45.2)에 평행한 상대 변위를 수행함으로써 변화될 수 있다. 이러한 상대 거리의 변화는 축(45.2)에 평행한 캐리지(42.1)의 변위에 의해 및/또는 축(44.2)에 평행한 캐리지(41.1)의 변위에 의해 도시된 예제에서 수행될 수 있다. 바람직하게는 공구(43)의 길이방향 축과 2개의 축들(A1)이 (도면의 종이면에 수직한) 깊이 방향으로 역시 서로 오프셋될 수 있다. 이를 위하여 캐리지(42.1)는 축(45.3)에 평행하게 변위될 수 있다.

가공 스테이션(30): 축(A2)은 (각(W)이 0°라면) 축(B2)에 평행하게 뻗어 있는데, 각(W)은 바람직하게는 0°와 ±90°사이이며 공작물 스핀들(33)을 피벗회전시킴으로써 축들(A2와 B2) 사이에서 설정될 수도 있다. 공구 스핀들(31)은 캐리지(31.1)를 포함하는데 도시된 실시예에서는 공작물 스핀들(33) 위에 안착되며 서로에 대한 상대 거리는 축(35.2)에 평행한 상대 변위를 수행함으로써 변화될 수 있다. 이러한 상대 거리의 변화는 축(35.2)에 평행한 캐리지(31.1)의 변위에 의해 도시된 예제에서 수행될 수 있다. 바람직하게는 2개의 축들(A2, B2)이 (도면의 종이면에서) 횡방향으로 서로를 향해 쉬프트(shift)될 수 있다. 이를 위하여 캐리지(31.1)는 축(35.4)에 평행하게 변위될 수 있다. 바람직하게는 2개의 축들(A2, B2)이 (도면의 종이면에 수직한) 깊이 방향으로 서로를 향하여 이동될 수도 있다. 이를 위하여 캐리지(31.1)는 축(35.3)에 평행하게 변위될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 휠 블랭크(K2)를 수용하기 위한 공작물 스핀들(33)은 휠 블랭크(K2)를 척킹할 수 있도록 클램핑 또는 파지 수단을 구비한다. 클램핑 또는 파지 수단이 휠 블랭크(K2)를 자동으로 척킹하도록 설계되는 실시예가 특히 바람직하다.

장치(20)는 공급장치를 포함할 수 있는데, 이 공급장치는 예비 가공 스테이션(40)으로부터 가공 스테이션(30)으로 휠 블랭크(K2)의 이송을 실행한다. 공급장치는 예비 가공 스테이션(40) 내에서 휠 블랭크(K2)를 수납하여 가공 스테이션(30)으로 이송하는 예컨대 수평 컨베이어를 구비할 수 있다. 이러한 공급장치는 완전히 자동으로 작동하도록 설계되어 예컨대 클램핑 또는 파지 죠(jaw)를 개방함으로써 공작물 스핀들(42)이 휠 블랭크(K2)를 놓아 주어, 휠 블랭크(K2)가 수평 컨베이어의 컨베이어 라인을 따라 수평방향으로 움직이는 것이 바람직하다. 공작물 스핀들(33)의 클램핑 또는 파지 수단은 가공 스테이션(30)의 영역에서 휠 블랭크(K2)를 파지한다.

예비 가공 스테이션(40)의 공구 리테이너(41)는 리볼버 헤드를 구비하는 것이 바람직한데, 이 리볼버 헤드는 제2 실시예에 의거하여 설명되는 바와 같이 (도 3을 비교) 다수의 공구를 수용할 수 있다. 리볼버 헤드에 위치되는 공구들 중 적어도 하나가 개별적으로 구동될 수 있는 실시예가 특히 바람직하다.

예비 가공 스테이션(40)은 선삭, 밀링, 보링 등을 위하여 사용될 수 있다. 예비 가공 스테이션(40)은 공작물 블랭크(K1)의 방향을 바꾸는 수단을 구비할 수도 있다.

본 발명의 제2 실시예가 도3에 도시된다. 장치(50)는 베벨 기어의 그린 머시닝에 사용하도록 특히 설계된 것으로서 휠 블랭크(K2)의 기어 절삭을 위한 CNC 제어 가공 스테이션(60)을 구비한다. 가공 스테이션(60)은 기어 절삭 공구(62)를 수 용하기 위한 공구 스핀들(61)과 휠 블랭크(K2)를 수용하기 위한 공작물 스핀들(63)을 구비한다.

본 발명에 따르면 가공 스테이션(60)은 수직으로 동작하는 가공 스테이션으로서, 기어 절삭하는 동안에, 휠 블랭크(K2)를 가지는 공작물 스핀들(63)이 기어 절삭 공구(62)를 가지는 공구 스핀들(61) 아래에 위치한다. 하지만 기어 절삭 공구(62)를 가지는 공구 스핀들(61)이 휠 블랭크(K2)를 가지는 공작물 스핀들(63) 아래에 안착될 수도 있다. 본 발명에 따르면, 장치(50)는 공구 홀더(71)를 구비하며 그리고 공작물 블랭크(K1)를 수용하기 위한 공작물 스핀들(72)을 구비하는 적어도 하나의 수직으로 동작하는 예비 가공 스테이션(70)을 추가로 포함한다.

본 발명에 따르면, 가공 스테이션(60)은 예비 가공 스테이션(70)과 함께 하나의 기계적인 기능 유닛을 형성하는데, 공작물 블랭크(K1)는 예비 가공 스테이션(70)에서 제1 그린 머시닝이 수행되고, 이어서 제1 그린 머시닝 후에 휠 블랭크(K2)로서 가공 스테이션(60)으로 이송되어 거기에서 기어로 절삭된다. 가공 스테이션(60)은 CNC 제어기(64)를 가지는데, 도3에 나타내었다. 가공 스테이션(60)과 예비 가공 스테이션(70)은 제어 기술에 의해 서로 링크되어 있고, 이는 도3에 화살표(64.1)로 도시된다. 이 링크는 도2와 관련하여 기술된 링크와 동일 또는 유사하게 구현된다.

도3에 도시된 장치(50)의 다른 상세한 점이 이하에서 설명된다. 예비 가공 스테이션(70)은 주 회전축(A1)을 구비한다. 공작물 스핀들(72)은 이 축(A1) 둘레를 회전할 수 있다. 또한 공구 캐리어(73)는 피벗회전축(C2)을 구비하는데, 이 축은 도면의 종이면에 수직하다. 공구 캐리어(73)는 이중화살표(74.1)로 표시된 것처럼 이 축(C2) 둘레를 회전할 수 있다. 도시된 실시예에서는 공구 캐리어(73)가 캐리지(71)에 안착되어 축(75.1과 75.2)에 평행하게 공구(73.1-73.5)와 함께 변위될 수 있다. 축들(75.1과 75.2)에 평행한 공작물 스핀들(72)의 개별적인 변위가능성이 절대적으로 필요한 것은 아니지만 대안적 실시예(예를 들면 도2를 참조)에서 제공될 수 있다.

이하에서 장치(50)의 추가적인 특징을 기술한다. 이 특징들은 도2에 도시된 장치(20)와 관련하여 사용될 수도 있다.

장치(50)는 통합된 공급장치를 구비하는데, 이 공급장치는 예비 가공 스테이션(70)으로부터 가공 스테이션(60)으로 휠 블랭크(K2)의 이송을 실행한다. 공구 캐리어(73)는 참조번호(1)가 지시하는 영역에 특별한 클램핑 또는 파지 죠를 구비한다. 공작물 블랭크(K1)가 예비 가공 스테이션(70)에서 다듬질 가공된 후 가공 스테이션(60)으로 이송된다. 다듬질 가공된 공작물 블랭크(K1)를 공작물 블랭크(K1)와 구별될 수 있도록 본 명세서에서는 휠 블랭크(K2)라고도 한다. 제1 단계에서 공구 캐리어(73)는 휠 블랭크(K2)를 향하여 축(75.2)에 평행하게 캐리지(71)에 의해 이동되며 (즉, 상대 거리가 감소됨) 이 시점에서 아직까지 공작물 스핀들(72)에 척킹된다. 제거 및 이송을 위하여 휠 블랭크(K2)가 참조번호 1로 나타낸 클램핑 또는 파지 죠에 의해 수납되는데, 이 클램핑 또는 파지 죠는 휠 블랭크(K2)의 (중심) 홀(76.1)에 맞물린다. 이것이 발생하기 전에, 클램핑 또는 파지 죠는 (도3의) "3시 방향 위치"에서 "12시 방향 위치"로 이동된다. 클램핑 또는 파지 죠가 휠 블랭 크(K2)를 파지하자마자 휠 블랭크(K2)가 공작물 스핀들(72)에 의해 해제된다. 그리고서 공구 캐리어(73)는 도 3에 도시된 "12시 방향 위치"에서 "3시 방향 위치"로 (바람직하게는 시계방향으로) 회전하며, 캐리지(71)는 공작물 스핀들(63)의 방향으로 필요한한 멀리 이동한다. 이 공구 캐리어(73)의 위치가 도3에 참조번호 2로 표시된 위치에서 개략적으로 도시된다.

다음 단계에서 공작물 스핀들(63)은 "9시 방향 위치"로 회전된다. 도시된 실시예는 바람직한 것으로서, 축(75.1)에 평행한 어떠한 변위가능성도 공작물 스핀들(63)에 대하여 제공되지 않지만 오히려 캐리지(71)가 축(75.1)에 평행하게 좌우로 변위될 수 있다는 점에서 이송이 발생한다.

그리고 나서 공작물 스핀들(63)의 클램핑 또는 파지 죠는 휠 블랭크(K2)의 (중심) 구멍(76.2)에서 후방으로부터 맞물린다. 이 이송위치에서, 휠 블랭크는 K2'으로 표시되고 공작물 스핀들은 63'으로 표시된다. 공작물 스핀들(63')의 클램핑 또는 파지 죠가 닫히자마자 휠 블랭크(K2')는 공구 스핀들(73)의 클램핑 또는 파지 죠(1)에 의해 해제된다. 이제 공작물 스핀들(63)은 이송위치에서 가공위치로 (예컨대 각 W(90°)만큼) 회전될 수 있고 기어 절삭공구(62)를 사용하는 기계가공이 시작될 수 있다.

임의 선택사양으로는, 장치(50)가 공작물 블랭크(K1)의 방향을 바꾸는 수단을 구비할 수 있다. 이 수단은 도3에 개략적으로 도시되어 있고 참조번호 3으로 나타낸다. 도3의 전체 도시와 간섭하지 않도록 수단(3)은 척킹된 공작물 블랭크(K1)와 함께 더 작은 비율로 도시된다. 공작물 블랭크(K1)가 수단(3)에 의해 방향이 바 꾸어질 수 있음이 이중 화살표로 도시된다. 공작물 블랭크(K1)가 공작물 스핀들(72)과 함께 (상호작용하여) 방향이 바꾸어질 수 있도록 하는 방식으로 수단(3)이 안착되고 실행되는 것이 중요하다.

기계가공 스테이션(60)은 예를 들면 도합 6개의 축, 즉 피벗회전축(A2, 65.3), 2개의 선형축(65.1과 65.2)은 물론 공작물 피벗회전축(B2, 65.5), 스위블축(B3, 65.6) 및 (도면의 종이면에 수직한) 선형축(65.4)을 포함하는 축 배치를 구비할 수 있다. 적절한 도합 6개의 축을 가지는 다른 축 배치도 가능한 점은 명백하다.

도시된 실시예에서, 공구 캐리어(73)는 다수의 공구 홀더이다. 5개의 공구 홀더는 도시된 예에서 공구(73.1-73.5)를 구비한다. 공작물 캐리어(73)는 바람직하게는 공구 홀더들중 적어도 하나가 스핀들 헤드를 구비하는 방식으로 구현되어, 상응하는 공구를 개별적으로 구동할 수 있다. 공구(73.1)는 예를 들어 드릴이나 밀링 헤드일 수 있는데, 그 길이방향 축 둘레로 회전될 수 있다. 공구(73.2와 73.3)는 예컨대 각각이 공구 캐리어(73)의 공구 홀더에 영구적으로 척킹되는 절삭기 헤드 또는 선삭 치슬일 수 있다. 공구(73.3와 73.5)는 헤드 등을 디버링할 수 있다.

실시예들 모두는 본 발명 범주의 상황에 따라 적절히 변형 및 채택될 수 있다.

따라서 예를 들면 장치(20 또는 50)는 디버링에 사용될 수도 있다. 2가지 다른 접근방법이 있다. 한가지는 예비 가공 후에 예를 들면 도1의 단계 104 이후에 디버링이 실행되는 것이다. 이 경우 디버링은 예비 가공 스테이션(70)에서 생긴다.

다른 방법으로는 베벨 기어 밀링 이후에, 예를 들면 단계 106 이후에 디버링이 실행되는 것이다. 후자의 경우에 공구 캐리어(73)의 디버링 공구를 사용하여 휠 블랭크(K2)의 기계가공이 허용되도록 공작물 스핀들(63)이 축(B3) 둘레로 반시계방향으로 회전된다. 이 경우 디버링은 예비 가공 스테이션(70)과 가공 스테이션(60)의 상호작용을 통해 생긴다.

가공 스테이션이 독자적으로 또는 예비 가공 스테이션과 함께 하나의 기능적 유닛으로서 작동가능하도록 설계된 CNC 제어기를 가공 스테이션이 구비한다는 점에서 구별되는 장치가 특히 바람직하다. 이렇게 하면 가공 스테이션을 단독으로 작동시킬 수 있게 되고 예비 가공 스테이션 및/또는 다른 스테이션들을 추가함으로써 필요할 때 확장시킬 수 있다. 가공스테이션에 위치하거나 또는 가공 스테이션과 함께 동작하도록 설계되는 하나의 CNC 제어기만이 있다는 점은 예비 가공 스테이션이 비용면에서 더 효율적으로 구현될 수 있는 장점이 있다. 이 원가 절감은 예비 가공 스테이션이 그 자체의 CNC 제어기를 요구하지 않는다는 것에 주로 기인한다. 또한, 2개의 스테이션의 링크가 더 간단하고 장치의 별개의 이동 순서의 조정이 더 간단하다.

본 발명에서 제공되는 것처럼, 가공 스테이션과 예비 가공 스테이션을 공동으로 작동시킬 수 있도록, 예비 가공 스테이션이 부가 연결부를 사용하여 기계적으로 그리고 제어기술에 의해 가공 스테이션에 연결가능하다. 가공 스테이션의 CNC 제어기를 위한 제어 기술 접속이 예비 가공 스테이션의 축을 수치제어하고 개별적인 이동 순서를 조정할 수 있도록 한다. 수평 컨베이어를 사용한 또는 도3의 통합 된 공급장치에 의한 예비 가공 스테이션으로부터 가공 스테이션으로의 정확한 이송은 두 스테이션의 기계적 연결에 의해 가능해진다. 칩 수집장치(F1, F2)는 칩들이 용이하게 그리고 후방에 문제없이 제거될 수 있도록 하는 방식으로 2개의 스테이션의 기계적인 연결에 의해 서로 결합될 수도 있다.

바람직하게는 예비 가공 스테이션은 그 자체의 구동을 구비하는데, 이는 CNC 제어기에 의해 모두 제어가능하다. 따라서 예비 가공 스테이션과 가공 스테이션은 동시에 사용될 수 있다. 이는 예비 가공 스테이션에서 공작물 블랭크(K1)의 그린 머시닝과 가공 스테이션에서 휠 블랭크(K2)의 기어 절삭을 적어도 부분적으로 동시에 허용한다.

가공 스테이션이 베벨 기어를 건식 밀링하도록 설계된 실시예가 특히 바람직하다.

본 발명에 따르면 고성능의 철, 경금속(hard metal), 세라믹 또는 서멧(금속과 세라믹의 결합)으로 제조되는 공구들은 각각이 적절한 경질 재료 코팅을 구비하며 베벨 기어의 이를 가공하는데 사용된다.

하나 이상의 공작물이 공작기계에서 항상 기계가공될 수 있다는 점이 본 발명의 장점으로 보인다. 따라서 대체로 매우 컴팩트한 제조라인이 가능하여 극히 작은 공간에서 구현될 수 있고 특별한 양만큼 합당한 가격으로 입수할 수 있게 한다.

이러한 컴팩트한 제조라인은 서두에서, 예를 들면 EP 0832716 B1호에 언급된 종래 공작기계보다 더 높은 스루풋을 가진다.

Claims

휠 블랭크(K2)를 기어 절삭하기 위한 CNC 제어 가공 스테이션(30; 60)을 구비하고, 상기 가공 스테이션(30, 60)은 기어 절삭 공구(32; 62)를 수납하는 공구 스핀들(31; 61)과 상기 휠 블랭크(K2)를 수납하는 공작물 스핀들(33, 63)을 구비하는, 베벨 기어의 그린 머시닝에 사용하기 위한 장치(20; 50)로서,

상기 가공 스테이션(30; 60)은 수직으로 작동하는 가공 스테이션(30; 60)으로서, 기어 절삭하는 동안에 휠 블랭크(K2)를 가지는 상기 공작물 스핀들(33; 63)이 기어 절삭 공구(32; 62)를 가지는 상기 공구 스핀들(31; 61) 아래 또는 위에 위치되며;

상기 장치(20; 50)는 공구 홀더(41. 71)와 그리고 공작물 블랭크(K1)를 수납하는 공작물 스핀들(42; 72)을 구비하는 적어도 하나의 수직으로 작동하는 예비 가공 스테이션(40; 70)을 추가로 구비하고, 상기 가공 스테이션(30; 60)은 상기 예비 가공 스테이션(40; 70)과 함께 기계적인 기능 유닛을 형성하며, 상기 공작물 블랭크(K1)는 상기 예비 가공 스테이션(40; 70)에서 제1 그린 머시닝이 실행되고 이어서 상기 제1 그린 머시닝 후에 상기 휠 블랭크(K2)로서 상기 가공 스테이션(30; 60)으로 이송되어 거기에서 기어로 절삭되며, 상기 가공 스테이션(30; 60)과 예비 가공 스테이션(40; 70)은 서로 제어 기술에 의해 링크되는 것을 특징으로 하는 베벨 기어의 그린 머시닝에 사용하기 위한 장치.
제1항에 있어서, 상기 가공 스테이션(30; 60)은 CNC 제어기(34; 64)를 구비하고 상기 가공 스테이션(30; 60)은 독자적으로 또는 상기 예비 가공 스테이션(40; 70)과 함께 기능 유닛으로서 작동가능한 것을 특징으로 하는 베벨 기어의 그린 머시닝에 사용하기 위한 장치.
제2항에 있어서, 상기 가공 스테이션(30; 60)과 상기 예비 가공 스테이션(40; 70)은 개별적인 구동기를 구비하고, 이 구동기들은 상기 CNC 제어기(34; 64)에 의해 모두 조정가능하여 상기 공작물 블랭크(K1)의 제1 그린 머시닝과 휠 블랭크(K2)의 기어 절삭이 적어도 부분적으로 동시에 실행될 수 있는 것을 특징으로 하는 베벨 기어의 그린 머시닝에 사용하기 위한 장치.
제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 예비 가공 스테이션(40; 70)은 부가 접속을 통해 상기 가공 스테이션(30; 60)에 기계적으로 그리고 제1 그린 머시닝이 가공 스테이션(30; 60)의 CNC 제어기(34; 54)에 의해 조절가능한 방식으로 제어 기술에 의해 연결가능한 것을 특징으로 하는 베벨 기어의 그린 머시닝에 사용하기 위한 장치.
제1항 내지 제4항중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 장치(20; 50)는 예비 가공 스테이션(40; 70)으로부터 가공 스테이션(30; 60)으로 상기 휠 블랭크(K2)의 자동 이송을 실행하는 공급장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 베벨 기어의 그린 머 시닝에 사용하기 위한 장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서, 수직으로 작동하는 예비 가공 스테이션(40; 70)에서, 공구 홀더(41; 71)가 공작물 블랭크(K1)를 가지는 공작물 스핀들(42; 72) 아래에 위치되는 것을 특징으로 하는 베벨 기어의 그린 머시닝에 사용하기 위한 장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 예비 가공 스테이션(40; 70)의 공구 홀더(41; 71)는,

밀링 공구(43, 73.1)를 갖춘 공구 홀더(41; 73)를 구비하거나 또는 선삭 치슬(73.2)용 수납부를 구비하고 선삭 치슬(73.2)을 갖추어,

예비 가공 스테이션(40; 70)의 공작물 스핀들(42; 72)에 수용되는 공작물 블랭크(K1)를 기계가공하는 것을 특징으로 하는 베벨 기어의 그린 머시닝에 사용하기 위한 장치.
제1항 내지 제7항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 예비 가공 스테이션(40; 70)의 공구 홀더는 회전가능한 스핀들 헤드를 가진 공구 홀더를 구비하는 공구 캐리어(73)를 구비하여, 상응하는 공구(73.1)를 개별적으로 구동시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 베벨 기어의 그린 머시닝에 사용하기 위한 장치.
제1항 내지 제8항 중 어느 하나의 항에 있어서, 칩 수집장치(F1, F2)가 각 경우에 가공 스테이션(30; 60) 아래 그리고 예비 가공 스테이션(40; 70) 아래에 제공되고, 상기 칩들은 바람직하게는 상기 수집장치(F1, F2)의 각각에서 후방으로 제거되는 것을 특징으로 하는 베벨 기어의 그린 머시닝에 사용하기 위한 장치.
제1항 내지 제9항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 가공 스테이션(30; 60)은 베벨 기어 밀링 공작기계이며 바람직하게는 건식 밀링을 위하여 특히 설계된 것을 특징으로 하는 베벨 기어의 그린 머시닝에 사용하기 위한 장치.
제10항에 있어서, 후-가공 스테이션을 더 구비하고, 상기 후-가공 스테이션은 바람직하게는 기어 휠 블랭크(K2)를 디버링하도록 설계된 것을 특징으로 하는 베벨 기어의 그린 머시닝에 사용하기 위한 장치.
제1항 내지 제11항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 공구 홀더(41; 71)는 선삭후의 디버링 또는 밀링 후의 디버링을 위한 디버링 공구를 구비하는 것을 특징으로 하는 베벨 기어의 그린 머시닝에 사용하기 위한 장치.
제1항 내지 제11항 중 어느 하나의 항에 있어서, 예비 가공 스테이션(40; 70)과 가공 스테이션(30; 60)은 각각이 6개의 축을 가지며, 이 축들은 CNC 제어기(34; 64)로 조정가능한 것을 특징으로 하는 베벨 기어의 그린 머시닝에 사용하기 위한 장치.
베벨 기어를 그린 머시닝 하는 방법으로서,

(a) 예비 가공 스테이션(40; 70)의 제1 공작물 스핀들(42; 72)에 공작물 블랭크(K1)를 척킹하는 단계;

(b) 예비 가공 스테이션(40; 70)의 제1 공구 스핀들(41; 73)에 척킹되는 공구(43; 73.1-73.5)를 사용하여 공작물 블랭크(K1)의 제1 그린 머시닝을 수행하여, 공작물 블랭크(K1)로부터 휠 블랭크(K2)를 생성하는, 제1 그린 머시닝 수행단계;

(c) 예비 가공 스테이션(40; 70)으로부터 가공 스테이션(30; 60)으로 휠 블랭크(K2)를 자동 이송하되, 상기 휠 블랭크(K2)는 제1 공작물 스핀들(42; 72)로부터 가공 스테이션(30; 60)의 제2 공작물 스핀들(33; 63)로 이송되는, 자동이송단계; 및

(d) 가공 스테이션(30; 60)의 제2 공구 스핀들(31; 61)에 척킹되는 공구(32; 62)를 사용하여 휠 블랭크(K2)의 제2 그린 머시닝을 수행하여, 휠 블랭크(K2)에 이를 생성하는 제2 그린 머시닝 단계를 구비하고, 가공 스테이션(30; 60)과 예비 가공 스테이션(40; 70)은 수직으로 작동하는 스테이션이며 가공 스테이션(30; 60)은 예비 가공 스테이션(40; 70)과 함께 기계적인 기능 유닛을 형성하는 것을 특징으로 하는 베벨 기어를 그린 머시닝 하는 방법.
제14항에 있어서, 가공 스테이션(30; 60)과 예비 가공 스테이션(40; 70)은 제어 기술에 의해, 바람직하게는 버스(34.1; 64.1)를 통해 서로 링크되는 것을 특징으로 하는 베벨 기어를 그린 머시닝 하는 방법.
제14항 또는 제15항에 있어서, 공작물 블랭크(K1)의 제1 그린 머시닝을 수행하는 동안에 제2 그린 머시닝이 휠 블랭크(K2)에 적어도 부분적으로 동시에 수행되는 것을 특징으로 하는 베벨 기어를 그린 머시닝 하는 방법.
제14항 내지 제16항 중 어느 하나의 항에 있어서, 예비 가공 스테이션(70)으로부터 가공 스테이션(60)으로 휠 블랭크(K2)가 자동 이송되는 동안에 통합된 공급장치가 사용되며 그리고 하기의 단계들이 실행되는 것을 특징으로 하는 베벨 기어를 그린 머시닝 하는 방법.

제1 공구 캐리어(73)에 제공되는 클램핑 또는 파지 수단(1)에 의해 휠 블랭크(K2)를 수용하는 단계;

상기 휠 블랭크(K2)와 함께 축(C2) 둘레로 제1 공구 캐리어(73)를 회전시키는 단계;

제1 공구 캐리어(73)에 제공되는 상기 클램핑 또는 파지 수단(1)으로부터 제2 공작물 스핀들(63)에 제공되는 클램핑 또는 파지 수단까지 휠 블랭크(K2)를 이송하는 단계; 및

상기 휠 블랭크(K2)와 함께 축 둘레로 제2 공작물 스핀들(63)을 회전시켜서 휠 블랭크(K2)를 상기 단계 (d) 전의 가공 위치에 이르게 하는, 회전 단계;
제14항 내지 제17항 중 어느 하나의 항에 있어서, 제2 그린 머시닝은 절삭 헤드(32; 62)를 사용하는 밀링, 바람직하게는 건식 밀링을 구비하는 것을 특징으로 하는 베벨 기어를 그린 머시닝 하는 방법.
제17항에 있어서, 휠 블랭크(K2)를 자동 이송하는 동안에 CNC 제어기(34; 64)에 의해 4개의 축(65.6, 74.1, 75.1, 75.2)을 따라서 및/또는 둘레로 이동이 실행되는 것을 특징으로 하는 베벨 기어를 그린 머시닝 하는 방법.