KR20110104528A - 공작기계 및 기어링 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공작기계에 관한 것으로, 특히 다음을 포함하는 밀링 기계에 관한 것이다.
- 기계 프레임;
- 공구를 수용하기 위해 상기 기계 프레임에 설치된 공구 캐리어;
- 공구축(5)에 대하여 상기 공구 캐리어에서 회전하며 구동하는 공구를 위한 구동 장치(4);
- 공작물(7)을 안착하기 위해 상기 기계 프레임(1)에 설치된 받침 장치(6);
- 상기 공구 캐리어(2)와 상기 받침 장치(6) 사이에 제1 상대 각 운동을 발생시키기 위한 제1 회전 구동 장치 및 상기 공구 캐리어와 상기 받침 장치 사이에 제2 상대 각 운동을 발생시키기 위한 제2 회전 구동 장치;
- 세 개의 축을 따라 상기 공구 캐리어와 상기 받침 장치 사이에 상대 병진 운동을 발생시키기 위한 병진 구동 장치; 및
- 사실상 동시에 상기 공구 캐리어와 상기 받침 장치 사이의 상기 상대 직선 운동 및 상기 공구 캐리어와 상기 받침 장치 사이의 상기 상대 각 운동을 제어 가능하게 하는 그러한 방법으로 디자인된 제어 장치;로
상기 공구는 정면 또는 정면 원주 밀링 커터로 디자인되었고 블레이드를 포함하며, 이는 상기 공작물에서 밀링되는 기어링의 적어도 한 부분의 외형을 나타내며;
상기 블레이드의 외경은 두 개의 인접한 톱니 플랭크의 간격- 톱니 갭-보다 크다;
본 발명은 제어 장치가 제조되는 상기 기어링의 부분을 통해, 제조되는 상기 기어링의 상기 톱니 갭 베이스 및/또는 상기 톱니 끝에 대하여 동일하거나 대체로 동일한 거리로 기계가공되는 상기 톱니 플랭크를 따라 구형으로 이동되는 상기 공구를 움직이기 위해 디자인된 것을 특징으로 한다.

Description

공작기계 및 기어링 제조 방법{MACHINE TOOL AND METHOD FOR PRODUCING GEARING}

본 발명은 공작기계(machine-tool)에 관한 것으로, 스퍼 기어(spur gear), 컨트레이트 기어(contrate gear), 웜 기어(worm gear) 및 베벨 기어(bevel gear) 같은 톱니를 지닌 기어 밀링 방법에 관한 것뿐만 아니라 특히 밀링 기계(milling machine)에 관한 것이다.

외접 기어링을 갖는 그런 특정한 톱니를 지닌 기어는 주로 직선 혹은 나선으로 절삭될 수 있다. 나선 기어링는 특히 베벨 기어와 함께 또한 알려져 있는데, 이는 톱니 플랭크가 원의 원호 형태로 종방향 굴곡을 나타내는 것을 의미한다. 그러한 베벨 기어는 또한 나선 베벨 기어로 부른다. 만약 축 오프셋이 제공된다면, 베벨 기어는 그때 또한 하이포이드 기어(hypoid gears)로 불린다. 더불어, 팔로이드(palloid), 클린게르베르크(Klingelnberg), 및 글리슨(Gleason) 같은 다수의 추가적 기어링이 또한 알려져 있다.

주로 두 가지 방법, 즉, 모방 밀링(profile milling) 및 호브 기계가공(hob machining)이 외접 기어링을 제조할 때 이용된다. 모방 밀링을 위해 밀링 공구의 외형이 직접적으로 공작물(workpiece)에 적용되고, 한편 절삭 동작은 회전 밀링 공구에 의해 단독으로 수행되고, 그러는 동안에 공작물은 일반적으로 정지해 있다. 공작물은 톱니 갭(tooth gap)의 제조 후에 톱니 피치(tooth pitch)에 의해 더 회전된다. 커터 헤드 및 엔드 밀링(cutter head and end mill)이 특히 공구로 응용됨을 알 수 있다. 호브 기계가공은 스퍼 기어 같은 직선 또는 나선 절삭 외접 톱니를 지닌 기어의 경제적 제조를 위해 이용되고, 한편 공구는 톱니가 되는 공작물에 웜 구동(worm drive)을 형성하는 단일 또는 다중-스타트 웜(multi-start worm)을 기하학적으로 나타낸다. 호브는 톱니 갭을 제조하기 위해 밀링 사이클 동안에 구동되고 밀링 사이클 동안에 일반적으로 병진(translationally)으로 움직인다.

소위 연속 인덱싱 기어링 프로세스(continuously indexing gearing process)(연속 인덱싱 프로세스(continuous indexing process))가 또한 호브 기계가공에 포함된다. 그렇게 하기 위해 커터 헤드는 오직 공구의 축방향으로만 향하는 다수의 커터를 그것의 정면에 나타내는 공구로 사용되는데, 이는 밀링 헤드의 외경에 대하여 집중적으로 배치된다. 각각의 커터는 서로 다른 방법으로 디자인되고 이런 이유로 각각의 절삭 기하학적 구조를 나타내서, 각각의 커터는 오직 플랭크의 특정 부분을 제거한다. 공구의 회전 외형, 다시 말해서 모든 커터의 블레이드는 제조되는 톱니 갭을 얻을 수 있도록 한다. 이러한 방법으로, 공작물과 공구는 서로에 대하여 어떤 규칙성을 갖고 회전하여, 톱니 갭의 톱니 플랭크는 각각의 블레이드의 인벨로핑 절삭(enveloping cut)에 의해 형성된다.

연속 인덱싱 프로세스 동안에 요구되는 막대한 보강은 불리함을 드러내는데 이는 공작물과 공구의 회전 속도가 밀링되는 기어링에 따라 정확히 조정되어야하기 때문이다. 밀링 사이클의 복잡한 작업은 구입하기에 고가인 특수 목적용 기계를 요구한다.

이른바 플런징 방법(plunging method)의 경우, 또한 개별 인덱싱 기어링 방법(individually indexing gearing method)(개별 인덱싱 방법(individual indexing method))으로 불리는데, 톱니 갭은 공구를 플런징함으로써 개별적으로 형성된다. 공작물은 플런징 사이클 동안에 가만히 있으며, 상기 공작물은 베벨 기어가 완성될 때까지 톱니 피치에 의해 더 인덱싱되고 뒤따르는 톱니 갭은 밀링된다. 그렇게 하기 위해, 밀링 헤드가 연속 인덱싱 프로세스 중에 사용되나, 그것의 커터는 전체적으로 동일한 형태를 가지고 밀링되는 톱니 갭의 프로파일(profile)에 상응한다.

기술한 방법의 주요 단점은 공구가 주로 오직 주어진 기어링에 대해서만 적합하다는 것이다. 만약 특수한 기어링이 요구된다면 특수한 밀 커터가 또한 요구되어야만 하는데, 이는 종종 비쌀뿐만 아니라 대부분의 경우에 긴 납품 기간을 요구한다.

단일 인덱싱 또는 연속 인덱싱 프로세스를 이용하는 나선형 기어링을 지닌 베벨 기어의 제조 중에 공구의 외경은 요구된 기어링 및 특히 제조되는 베벨 기어의 외경에 좌우된다. 이유는 특히 톱니 플랭크 서클의 종방향 아크(arc) 반경이 주로 밀링 헤드의 회전축에 대한 블레이드 직경의 반에 대응하기 때문이다. 그러므로, 무거운 공구 및 그에 따른 더 강력한 구동 장치가 필요한 반면 공구의 무거운 무게로 인해 감소된 피드(feed) 및 회전 속도가 가능한데, 기계가공 시간이 길어진다. 공구의 무게에 따라, 후자는 항상 공구 매거진(tool magazine)에 놓여 있는 것이 아니라, 수동으로 교환되는 것이 필요하다. 예를 들어 산업용 로봇에 의한 어떠한 조작은 공구 교환 중의 과도한 관성 하중(inertia load)으로 인해 논외이다. 상대적으로 작은 톱니를 지닌 기어를 제조할 시에, 공구는 공작기계의 공구 매거진에 여전히 장착될 수 있으나 대부분의 경우 그것들의 상대적으로 큰 직경은 많은 공간을 요구하며 따라서, 상당히 큰 공구 매거진이 사용될 수 있어야 한다.

단일 및 연속 인덱셍 프로세스 중의 커터 헤드의 조절은 시간설정(setting-up time)과 관련하여 특히 단점임이 드러나는데 이는 회전 외형대로 밀링되는 톱니 갭의 정확한 기하학적 구조를 얻을 수 있는 그러한 방법으로 모든 커터들이 정밀하게 배치되어야하기 때문이다.

고속 금속 절삭(high speed metal cutting, HSC)을 이용하여 베벨 기어뿐만 아니라 톱니를 지닌 기어를 제조하기 위해 보다 최근에 검사가 착수되었다. 이 방법은 매우 높은 회전 속도 및 피드 레이트(feed rate)를 지녔으나 상대적으로 아주 적은 금속 절삭 성능(최소 칩 두께)으로 톱니 갭을 한 줄씩 제거하는 엔드 또는 모방 밀링(end or profile milling)을 사용한다. 5축 공작기계 상에서 수행되는 기계가공 프로세스는 특히, 지나치게 공작기계의 스핀들(spindle) 및 베어링(bearing)에 명백히 과부하를 하지 않는 작은 금속 절삭 용량때문에, 특히 긴 기계가공 시간을 포함한다.

이는 종래 기술에 대한 공보 제DE 37 52 009 T3호 문서에서 인용되고, 한편 상기 문서에서 게시된 특징들은 청구항 1의 서두에 요약되어 있다. 상기 문서는 베벨 기어 및 하이포이드 기어를 제조하기 위한 다중축 톱니를 가진 기어 호빙 기계(multi-axis toothed gear hobbing machine)를 기술하고, 한편 제어 장치가 제공되는데, 이는 다섯 개의 축을 따라 동시에 공작물에 대해 공구 캐리어 및 받침 장치를 움직일 수 있다. 그러나 공구가 공작물로 밀어 넣어지는 방법으로 인해, 공구가 톱니 플랭크 종방향 곡률의 곡률 반경의 두 배에 해당하는 외경을 나타내는 것이 필요하다. 그러므로 각각의 새로운 종방향 톱니 플랭크 커브에 대한 각각의 새로운 기어링의 기하학적 구조에 대해 각각 새로운 공구를 준비하는 것이 필요하다. 또한, 상기 기계는 특수한 기어링 이외의 다른 구성요소를 제조하기 위한 범용 밀링 기계로 사용되도록 디자인되지 않는다.

유럽 특허 명세서 제EP 0 850 120 B1호는 공작기계 인피드 공정(infeed process)을 기술하는데, 이는 포트모양(pot-shaped) 밀링 헤드의 각각의 블레이드의 마모를 감소시킨다. 그러므로 직경이 차례로 제조되는 나선형 기어링의 곡률 반경에 맞추어져야 하고, 플런징 프로세스 동안에 톱니 갭 방향에 비스듬해야 하며, 한편 피드 벡터(feed vector)는 톱니 갭 베이스에 대하여 수직 방향의 구성요소와 기어링의 종방향 구성요소를 포함한 포트모양 밀링 헤드를 삽입할 것이 제안된다. 공구가 공작물의 전 두께(full depth)에 도달하면, 다시 작업물에서 바로 빠져나오거나 (비생성 방법(non-generating method)으로 불리는 모방 밀링을 위해) 호브 기계가공의 경우 기어 호빙(hobbing)을 시작하기 위해 공작물의 원주 방향으로 이동될 수 있다.

유럽 특허 명세서 제EP 0 690 760 B1호는 사용된 밀링 헤드의 개개의 톱니에서 마모를 줄이기 위한 공작기계 인피드 프로세스를 또한 기술한다. 여기서 또한, 피드 벡터는 정확히 말하면 기어 호빙 사이클이 시작되기 전에 이전에 언급한 특허에서와 같이 밀링 헤드로 한정된다. 밀링 헤드의 외경이 기어링의 아치(arch)에 정확히 맞춰져야 하고 처음에 서술한 바와 같이, 각각의 커터가 단일-시동 또는 다중-시동 웜(single-start or multi-start worm)을 형성하기 위해 각각의 절삭 기하학적 구조를 나타내야 한다는 점은 결국 불리하다.

본 발명의 목적은 따라서 특히 종래기술의 단점을 해결하는 기어링, 특히 베벨 기어 또는 피니언(pinion)을 제조하기 위한 프로세스를 제공하는 것이다. 특히, 기계가공시간 및 특히 제조되는 톱니를 지닌 기어의 주 프로세스 시간이 최소화되어야 한다. 동시에, 톱니를 지닌 기어는 가능한한 비용 효율적으로 그리고 치수면에서 정확하게 제조하기 쉬워야 한다. 그렇게 하기 위해, 톱니를 지닌 기어는 하나 또는 여러 클램핑 작업과 함께 기계 상에서 완벽하게 형태가 만들어지도록 바람직하게 밀링될 것이다. 범용 밀링 기계는 기어링을 제조하기 위해 본 발명에 따른 가능한 공구를 이용하여 특히 유리하게 응용됨을 알 수 있을 것이다.

상기 목적은 독립항에 따른 공작기계, 방법 및 공구에 의해 충족된다. 종속항은 본 발명의 바람직한 실시예를 나타낸다.

예를 들어 밀링 기계 같은 본 발명에 따른 공작기계는 기계 프레임(machine frame), 공구를 수용하기 위하여 기계 프레임에 설치된 공구 캐리어, 공구축에 대하여 공구 캐리어에서 공구를 회전 구동하기 위한 구동 장치(drive device); 공작물을 받치기 위하여 기계 프레임에 설치된 받침 장치, 특히 공작물 축에 대하여 공작물 및/또는 받침 장치를 회전시키기 위하여 공구 캐리어와 받침 장치 사이에 제1 상대 각 운동(relative angular movement)을 발생시키기 위한 제1 회전 구동 장치(rotary dirve device), 및 공구 캐리어와 받침 장치 사이에 제2 상대 각 운동을 발생시키기 위한 제2 회전 구동 장치, 세 개의 축을 따라 공구 캐리어와 받침 장치 사이에 상대 병진 운동(relative translation movement)을 발생시키기 위한 병진 구동 장치(translational drive device), 공구 캐리어와 받침 장치 사이의 상대 직선 운동(relative rectilinear movements) 및 공구 캐리어와 받침 장치 사이의 상대 각 운동을 대체로 동시에 제어 가능하게 하는 그러한 방법으로 디자인된 제어 장치(control device)를 포함하며, 한편 상기 공구는 정면 또는 정면 원주 밀링 커터(face or face circumference milling cutter)로 디자인되며 블레이드를 포함하며, 상기 블레이드는 공작물에서 밀링되는 기어링의 적어도 한 부분의 외형을 나타낸다.

본 발명에 따르면, 블레이드의 외경은 (또한 공구 블레이드의 비행 서클(flight circle)의 두 배로 나타나는) 두 개의 인접한 톱니 플랭크(톱니 갭)의 간격보다 더 크고, 한편 공구는 제조되는 기어링 부분에서 앞쪽 블레이드 및 특히 동시에 원주 블레이드를 공작물에 밀어 넣는 그러한 방법으로 공구의 외부 원주 지역에 배치된 블레이드의 일부를 이용하여 조절될 수 있다.

제어 장치는, 제1 및/또는 제2 회전 구동 장치 및/또는 상술한 적어도 하나의 병진 구동 장치를 작동시킴으로써, 그 다음에 기계가공되는 톱니 플랭크를 따라 이동시켜 공구를 움직인다. 이러한 이동 동작 중에, 특히 다수의 블레이드에 의해 형성된 외부 원주의 공구의 거리는 밀링되는 기어링의 톱니 갭 베이스 및/또는 톱니 끝에 대하여 적어도 대체로 일정하게 있다.

예를 들어 본 발명에 따른 공작기계로 나선형 기어링을 갖는 공작물을 제조하기 위해, 제어 장치는 공구가 제조되는 직선 톱니의 종방향 톱니 플랭크 커브를 따라 옮겨 놓여지는 그러한 방법으로 유리하게 구동장치를 작동하고, 한편 공구축 각의 각각의 기울기는 종방향의 톱니 플랭크 커브에 대하여 (일반적으로 톱니 플랭크에 대하여) 일정하게 있다. 이는 예를 들어 톱니 플랭크의 기하학적 구조에 따라 횡단 및/또는 종단 방향에서 종방향의 톱니 플랭크 커브에 관련하여 특히 적어도 다섯 개의 축에서 제어 장치를 이용하여 공구축의 기울기가 영구히 수정되기 때문에 얻어질 수 있다.

그러므로 본 발명에 따른 공작기계는 주로 5축 밀링 기계를 나타낸다. 공작물에 대해 공구 및/또는 받침 장치를 병진하거나 회전하여 각각 공구 캐리어를 움직이기 위하여 추가적인 축을 제공하는 것이 물론 또한 가능하다. 공작기계는 자동화된 작업을 위해 장착될 수 있고 예를 들어 공구 교환 장치, 공구 매거진, 공작물 교환 장치 및/또는 팔레트 교환장치(pallet changer)를 포함한다. 기능성을 늘리기 위해, 공작기계는 예를 들어 회전하는 또는 선회하는 기계 테이블 같은 추가적인 병진 및/또는 회전 구동 장치를 또한 보일 수 있다. 유사하게, 공작기계는 선반(lathe), 연삭(grinding) 또는 경화(hardening) 기계와 같은 추가적인 기계를 포함하는 기계가공 중심 또는 제조 라인의 부분이 될 수 있다.

공구는 적어도 하나의 블레이드를 포함하고 공작물의 정면 기계가공 또는 정면 원주 기계가공을 가능하게 하는 그러한 방법으로 설치된다. 그렇게 하기 위해, 공구는 밀링 헤드, 사이드 밀링 커터 또는 T-그루빙 커터(T-grooving cutter)로 디자인될 수 있다. 상기 적어도 하나의 블레이드는 적어도 하나의 경사면(rake face) 및 하나의 자유면(free face)으로 형성된 프로파일을 포함하고, 한편 블레이드 프로파일은 톱니 갭의 적어도 한 부분을 제조하기 위하여, 플랭크면(flank face)에 대한 제1 인덱싱 블레이드(indexing blade) 및 톱니 갭 베이스의 적어도 한 부분에 대한 제2 인덱싱 블레이드를 유리하게 나타낸다. 그러한 기법은 동일한 밀링 사이클 동안에 완벽하게 완성된 밀링 기하학적 구조를 지닌 톱니 갭 베이스의 적어도 한 부분뿐만 아니라 플랭크면으로 제조하는 것을 가능하게 한다.

블레이드는 바람직하게는 실제로 공구로부터 보면 공구의 축 방향을 향한다. 따라서, 그것들은 공작물을 가리키는 공구의 전면(front face)에 대해 수직으로 확장하지 않는다. 그 대신에, 상술한 블레이드는 전면에 대해 주로 평행하거나 각을 이루며 확장할 수 있다. 추가적으로, 개개의 커터의 공구의 원주 방향을 따라 블레이드가 또한 각각 제공될 수 있는데, 이는 그리고 나서 공구의 전면에 대하여 각을 이루거나 수직으로 확장한다.

본 발명에 따른 공작기계로 기어링을 제조하기 위한 본 발명에 따른 방법은 다음의 단계를 포함한다:

(a) 기계가공되는 기어링 부분 외부에 공구를 위치시키는 단계;

(b) 공구를 회전 구동하는 단계;

(c) 톱니 플랭크의 적어도 한 부분의 외형이 밀링되는 그러한 방법으로 제어 장치를 이용하여 대체로 모든 구동 장치 또는 선택된 구동장치의 동시 작동으로 공작물에서 제조되는 기어링 부분을 통해 공구의 원주 부분에 배치된 블레이드 일부분을 이용하여 공구를 통과하는 단계; 한편 공구는 특히 외부 원주에서 공구의 일정한 또는 대체로 일정한 간격으로 기계가공되는 톱니 플랭크를 따라 옮겨 지는데, 상기 외부 원주는 톱니 갭 베이스 및/또는 톱니 갭 끝에 대하여 외부 원주에 위치한 블레이드의 비행 서클로 형성된 것을 특징으로 하는 단계;

(d) 제조되는 기어링의 부분으로부터 공구를 되가져오는 단계;

(e) 적어도 하나의 톱니 피치에 의해 오프셋(offset)된 지점에서 공작물 축 주위를 돌아서 공작물 및/또는 공구를 회전시키는 단계;

(f) 공작물의 모든 톱니 플랭크가 동일한 방법으로 기계가공되고 톱니 갭이 완성될 때까지 특히 공구 회전이 중단되지 않을 경우에 (c) - (f) 단계를 반복하는 단계.

공구는 그러한 효과를 위해 제공된 블레이드로 전면 및 원주면 각각의 일부분과 동시에 공작물의 일부분을 유리하게 제거한다. 그러므로 공구와 공작물 사이의 메쉬(mesh) 외부의 기어링의 깊이 방향에 대하여 공구와 공작물 사이의 상대적 위치 선정의 조정 및 앞서 언급한 일정한 간격으로 오직 기계가공되는 톱니 플랭크의 파편 제거 밀링 중에 공구를 움직이는 것이 어떠한 방식으로라도 가능하다. 그리고 나서 그 결과로서 공구(또는 공작물 또는 둘 다)는 메쉬 외부의 설정 깊이로 이동하고, 물질이 그 후에 기어 호빙 운동에 의해 공작물로부터 제거되고, 한편 저절로 이런 기어 호빙 운동의 여러 단계가 여러 깊이에서 수행될 수 있다. 대안으로, 상대적인 위치 선정은 또한 기어링 부분에서 깊이 방향에 대하여 공구와 공작물 사이, 특히 톱니 갭의 한 쪽 끝에서 설정될 수 있고, 공구는 상술한 일정한 간격으로 기계가공되는 톱니 플랭크를 따라 파편을 제거하는 동안 이동될 수 있다.

공구는 시작 시점 및 밀링 사이클 중에 설치될 수 있고 공구축이 항상 기계가공되는 플랭크면에 대해 동일한 각으로 있는 그러한 방법으로 특히 영구적으로 이동될 수 있다. 동시에, 공구는 특히 모든 회전 및/또는 병진 구동 장치를 이용하여 종방향의 플랭크 커브를 따라 이동할 수 있다. 이는 공구의 전진 운동(advance movement)의 방향 벡터가 플랭크에 대하여 더 많이 또는 더 적게 끊임없이 접선으로 또는 그것에 평행하게 확장하는 것을 의미한다. 다시 말해서, 공구축의 기울기는 톱니 플랭크 또는 톱니 갭의 기하학적 구조에 따라 횡단 및/또는 종단 방향에서 종방향 톱니 플랭크 커브에 대하여 특히 적어도 다섯 개의 축에서 제어 장치를 이용하여 영구히 수정되고, 반면 공구축과 종방향 톱니 플랭크 커브 각은 종방향 톱니 플랭크 커브의 종단 및/또는 횡단 방향에 계속 일정하게 유지된다. 따라서, 실제 모든 알려진 면과 원주 외부 기어링가 얻어질 수 있다. 그러나, 완전히 새로운 기어링가 이 방법으로 또한 제조될 수 있다.

기어링은 기어링이 적어도 대략 완료된 설정점(setpoint) 밀링 기하학적 외형을 채택하는 그러한 방법으로 예비기계가공 공구를 이용하여 거친 기계가공 사이클(rough machining cycle)에서 예비밀링(premill)되고, 기어링이 완성된 설정점 밀링 기하학적 구조를 채택하는 그러한 방법으로 정교한 기계가공 공구를 이용하여 그 다음의 정교한 기계가공 사이클(fine machining cycle)에서 모양을 만들기 위해 밀링되며, 한편 (a) - (f) 단계가 각각 수행된다. 거친 기계가공 사이클과 정교한 기계가공 사이에 적어도 하나의 추가적인 기계가공 사이클, 특히 밀링 사이클이 삽입될 수 있다. 밀링된 외형을 점검하기 위한 측정 사이클이 다양한 기계가공 사이클 사이에 삽입될 수 있다. 이 맥락에서 측정 사이클은 예를 들어 측정 센서 또는 광학 측정 장치(카메라, 레이저)를 이용하여 공작기계에서 바로 수행될 수 있다. 예를 들어 열 처리 및/또는 연삭(grinding) 또는 필링(peeling) 기계가공과 같은 기어링에 또 다른 기계가공을 하는 작업을 갖는 정교한 기계가공 사이클을 계속하는 것이 또한 가능하다. 기계가공은 예를 들어 연 기계가공(soft machining)과 경 기계가공(hard machining)으로 나누어질 수 있는데, 이는 연 기계가공 후에 공작물이 일단 경화되면, 경 기계가공 전에 우선 먼저 경화되는 것을 의미한다. 일단 경화된 공작물의 마지막 작업 사이클은 일반적으로 예를 들어 연삭, 필링 또는 밀링(스무딩(smoothing))에 의한 정교한 기계가공이다.

본 발명은 기어링을 제조하기 위해 서로 다른 밀링 공구, 특히 동일한 기계 상에서 단일 톱니 갭 내부에 서로 다른 밀링 공구, 특히 외경에 및/또는 블레이드의 형태에 여러 가지의 밀링 공구를 사용하는 것을 가능하게 한다. 본 발명은 또한 공구와 공작물 사이의 최적 블레이드 메쉬를 고려하여 정확히 공구 방향 벡터를 설정할 기회를 제공한다. 특히 예를 들어 모듈(12)과 같은 더 큰 톱니를 지니는 기어와 함께 높은 스톡 제거율(high stock removal rate)로 인해 상당히 줄어든 기계가공 시간이 달성될 수 있고 한편 밀링 커터는 비용효율적인 절삭판을 이용하여 유리하게 사용될 수 있다.

특히 러핑(roughing) 중에, 종래 기술(계속 또는 간헐 기어 호빙, 횡방향 밀링(traverse milling))과 비교하여 밀링 공구는 전방 피드 경로(forward feed path)를 따라 이동될 수 있으며, 이는 사용된 공작기계 및 공구의 제조능력을 최적으로 이용한다. 톱니 갭 내의 공구의 전방 피드 경로는 단일 설정 경로로 한정되어서는 안된다. 또한, 톱니 갭의 크기에 따라 선택될 수 있는 절삭부는 여러 경로를 포함한다. 절삭부는 톱니 갭의 너비뿐만 아니라 깊이에 유리하게 적용할 수 있다. 제조되는 톱니 갭의 깊이는 여러 단계에서 기계가공될 수 있는데, 따라서 기계가공은 다수의 면(plane)을 포함한다. 여러 공구의 전방 피드 경로는 각각의 면 상에 서로 아주 가까이 위치할 수 있다. 면 상에서 감소되는 경향이 있는 전방 피드 경로의 수는 깊이 증가에 따라 줄어드는데, 그 이유는 톱니 갭의 너비가 깊이 증가에 따라 또한 감소되기 때문이다. 톱니 갭의 깊이 및 너비에 관련된 절삭부는 다음의 파라미터(parameter)에 따라 유리하게 조절될 수 있다:

- 모듈의 크기

- 톱니 갭의 형태에 영향을 주는 톱니의 수

- 사용된 공구의 기하학적 구조, 특히 절삭 너비, 블레이드의 형태, 깍여질 재료의 톱니 피치의 크기

- 공작기계의 제조능력, 예를 들어 각각 스핀들 동력(spindle power) 스핀들 회전력(spindle torque), 기계 구조의 견고성,

- 톱니의 기하학적 구조, 특히 톱니 높이 및/또는 플랭크 각.

고려되는 전방 피드 경로에 최적인 서로 다른 밀링 공구를 사용할 수 있는 것이 특히 유리하다. 최신 공작기계, 특히 기계가공 중심에서 관측되는 상당히 작은 칩간 시간(chip-to-chip-time) 때문에, 공구 교환에 소요되는 시간은 최적의 공구 삽입에 의한 절약된 시간과 비교하여 거의 알아채기 힘들다. 예를 들어, 큰 절삭판을 지닌 밀링 공구가 톱니 갭의 상부에서 사용될 수 있는데, 이는 특히 큰 절삭 너비를 나타내고 특히 높은 스톡 제거율이 달성될 수 있다. 깊이를 증가시키고 따라서 공구 갭의 너비가 감소하는 경우에 더 작은 절삭 너비를 지닌 밀링 공구가 바람직하게 사용된다.

특정 경우에 있어서, 서로 아주 가까이 위치하는 전방 피드 경로를 동일한 면에 배치하지 않고 톱니 끝 또는 갭 베이스에 대해 각각 다른 깊이에 배치하는 것이 필요할 수 있다. 이는 예를 들어 재료의 많은 부분이 단일 밀링 경로를 이용하여 큰 절삭판에 맞춰진 밀링 공구를 이용하여 톱니 갭으로부터 제거되고 나서 잔여물이 더 작은 절삭판에 맞춰진 밀링 공구를 이용하여 제거되는 것과 같은 경우이다.

원형 절삭판에 맞춰진 밀링 공구는 특히 공구 갭 러핑을 위해 잘 제공한다. 절삭판은 서로 다른 사이즈, 질 및 서로 다른 소위 기하학적 구조(예를 들어 양 또는 음의 경사각을 갖는)에서 비용효율적으로 제조될 수 있다. 상기의 성과는 따라서 궁극적으로 최소 공구 비용이다.

톱니 갭의 기계가공을 위한 전방 피드 경로는 바람직하게는 사행형(meandering fashion)으로 확장하는데, 이는 다양한 경로가 전방 피드 경로들 사이에서 빠른 운동을 야기하지 않고 직접적으로 서로 인접함을 의미한다. 그러므로 성과는 예를 들어 플런징 - 기어 호빙 - 횡단 오프셋 등등 또는 플런징 - 기어 호빙 - 플런징 - 기어 호빙 - 오프셋 - 기어 호빙 - 플런징 - 기어 호빙 등등과 같은 서로 다른 프로세스 시퀀스를 지닌 전방 피드 경로일 수 있다.

톱니 갭을 기계가공하기 위해 서로 다른 공구를 사용할 때, 적합한 공구로 모든 톱니 갭을 우선 기계가공하는 것이 유리하다. 하나의 톱니 피치로 톱니를 지닌 기어를 인덱싱하기 위한 시간은 하나의 공구를 교환하는 시간보다 일반적으로 더 짧음에 주의해야 한다. 특정한 요구조건에 대해, 예를 들어 매우 높은 정확성을 요구하는 경우에, 다음의 톱니 갭을 기계가공하기 전에 모든 단일 톱니 갭에 대하여 완벽한 러핑 기계가공을 우선 수행하는 것이 거꾸로 유리하다는 것이 증명될 수 있다. 최신 공작기계의 공구 교환기를 이용하여 많은 공구 교환이 일반적으로 예상되어야만 하는데, 칩간 시간은 그러나 단지 약 2~3초 지속되며, 이는 본 발명에 따른 제어 장치를 갖춘 상응하는 공작기계가 사용될 수 있기 때문에 심지어 이러한 방법으로도 높은 제조성이 달성될 수 있음을 설명한다.

전방 피드 경로는 톱니 플랭크의 종방향에 대하여 대체로 동일간격으로 이어진다. 나선형 베벨 기어링에서, 톱니 플랭크는 종방향에 대해 곡선을 이루고, 또한 톱니 갭은 밖으로 항하여 넓어진다. 이는 전방 피드 경로도 주로 굴곡을 따라 확장하고 각각의 밀링 깊이에 대한 그것들의 간격이 안으로, 즉 회전축 방향으로 감소하는 것을 포함한다. 밀링 기계의 절삭 너비에 따라 밀링 사이클에 의해 제거되는 재료의 양은 따라서 외단부에서보다 앞서 톱니 갭의 내단부에 교차지점을 발생시킨다. 내단부에서의 이러한 교차지점 때문에 많은 경우에 있어서 전방 피드 경로의 일부분이 톱니 갭의 전체 길이에 걸쳐 확장하는 것이 필요하지 않다. 그러므로 성과는 적어도 하나의 짧아진 전방 피드 경로 및 그 결과로 인한 최소 기계가공 시간이다.

전방 피드 경로의 사행 집적(meandering accumulation) 덕분에, 반-회전(counter-rotating) 방향에서뿐만 아니라 동-회전(co-rotating) 방향에서의 밀링이 가능하다. 특정한 경우에, 오직 동-회전 방향 또는 오직 반-회전 방향으로 밀링하는 것이 확실히 유리함을 입증할 수 있다. 그러므로 각각의 전방 피드 경로 단부에서 공작물에 메쉬 없이 각각의 다음 전방 피드 경로의 시작 위치로 밀링 공구를 이동할 필요가 있다. 이는 바람직하게는 빠르게 일어나야 한다. 전체 사행 전방 피드 경로는 정확히 말하면 중간의 빠른 시퀀스에 의해 중단되는 경우이다.

원형판을 지닌 밀링 공구를 사용할 때, 파형 재료 잔여물이 톱니 플랭크에 잔존하는데 이는 톱니 플랭크에 대해 뒤따르는 경화 및 그 다음의 스무딩 기계가공에 해로울 수 있다. 이러한 재료 잔여물의 제거를 각각 예방하기 위해 직선 절삭날 부분을 지닌 절삭판을 포함하는 마지막 거친 공구로 바람직하게는 밀링공구가 사용된다. 요구되는 톱니 플랭크 모양은 아주 좋은 정확도를 갖는 그러한 공구로 제조될 수 있다. 깊이에 대하여 여러 단계에서 이러한 공구를 이용하여 기계공정을 수행하는 것이 또한 가능하다. 대안으로, 직선 부분이 원형 부분에 연결되는 특히 판형의 원형 블레이드를 지닌 밀링 공구가 사용될 수 있는데, 따라서 이러한 직선 부분은, 행해져야 할 공구 교환을 요구함이 없이, 상기 파형 재료 잔여물을 제거하는데 사용될 수 있다.

특히 공모양의 톱니 플랭크 외형을 얻기 위해 직선 절삭날 부분 대신에 약간 아치형인 절삭날 부분이 파형 재료 잔여물을 제거하기 위해 제공될 수 있다.

원형 절삭판에 더하여, 원형 외부 표면을 갖는 일반적인 블레이드, 절삭판 또는 보통의 블레이드가 각각 적어도 일부분을 따라 직선으로 디자인된 러핑을 위해 또한 사용될 수 있다. 특히 정확하게 직선 절삭날 부분에 의해 톱니 플랭크 모양이 제조될 수 있다. 절삭판은 예를 들어 사다리꼴일 수 있고, 한편 모서리가 반경을 지닐 때 이러한 실시예에 특히 적합하다. 그러므로 모서리에서 마모가 최소화되고, 게다가, 소위 부드러운 절삭(soft cut)이 이루어질 수 있는데, 이는 공작물 재료 안으로 절삭날를 밀어넣을 때 블레이드의 메쉬 충격이 최소임을 의미한다. 그러므로 공작기계는 압력을 덜 받고 더 적은 진동을 발생시키는데, 이는 표면 품질에 긍정적인 영향을 준다.

두 개의 직선 부분이 원형 끝을 지닌 V자와 유사한 전면 원형 부분에 연결되는 특정 실시예에서 절삭판이 제공된다. 그러한 절삭판은 높은 기계가공 정확도 및 매우 부드러운 절삭과 함께 매우 높은 재료 제거 성능으로 이어진다.

그러한 절삭판은 절삭판을 옮기는 밀링 공구의 방향이 융통성 있게 움직일 때 러핑을 위해 특히 유리하게 사용될 수 있다. 만약 예를 들어 톱니 갭의 톱니 깊이가 다섯 단계로 밀링되면, 절삭판의 직선 절삭날 부분이 톱니 플랭크의 전체 높이에 걸쳐 각각의 면에 메쉬된다. 따라서 블레이드 과부하 또는 떨림의 위험이 있다. 공작기계가 적어도 5개의 자유도(degrees of freedom) 때문에 공구 방향 벡터를 융통성 있게 수정하는 것이 이제 가능하다. 방향 벡터는 이미 밀링된 공작물의 표면으로부터 각각의 다음 면에서 밀링할 때 알파각(angle alpha)에 의해 직선 절삭날 부분이 뒤로 기울어지는 그러한 방법으로 조정될 수 있다. 이 상황에서, 원형판의 예를 들어 위에서 이미 설명한 바와 같이, 파형 재료 잔여물이 톱니 플랭크에 다시 남는다. 알파각이 0으로 다시 맞춰지는 그러한 방법으로 공구 방향 벡터가 조정되므로 재료 잔여물은 하나의 동일한 공구를 지닌 그러한 경우에 제거될 수 있다. 재료 잔여물은 거친 금속 절삭에 뒤따르는 기계가공 단계에서 제거된다. 기술한 밀링 공구를 사용하면, 특수한 밀링 공구를 교체할 필요가 없으며, 이는 시간 절약을 가능하게 한다.

알파각의 크기는 예를 들어 밀링 공구의 크기(모듈), 톱니의 수 및/또는 톱니를 지닌 기어의 재료뿐만 아니라 기하학적 구조에 따라 선택될 수 있고 바람직하게는 1°과 20°사이, 특히 2°와 12°사이, 특히 유리하게 3°와 7°사이를 포함한다.

빠른 공구 교환은 각각의 플랭크를 기계가공하기 위한 개별적인 공구를 사용하는 것을 가능하게 한다. 밀링 커터가 오목한 플랭크를 기계가공하기 위해 최적화되고, 또 다른 밀링 커터는 볼록한 플랭크를 기계가공하기 위해 최적화된다. 최적의 밀링 결과와 긴 사용 기간을 얻기 위해 모든 공구는 해당하는 톱니 플랭크의 특정한 필요조건에 따라, 예를 들어 사다리꼴 블레이드의 각에 대하여, 최적화될 수 있다.

상기 설명에 따른 변화하는 공구 방향 벡터는 예를 들어 각각 공구축의 공구 회전 축에 의해 설명될 수 있으며, 제조되는 기어링에 대하여 톱니 플랭크 상에서, 특히 수직축에 대하여 이미 결정된 방향을 가지며, 한편 수직은 예를 들어 정규 지점(normal point)을 통해 확대할 수 있고 일부는 톱니 기저(톱니 갭 베이스)와 톱니 끝 사이의 톱니 위에 일부는 톱니 플랭크(종방향으로)를 따라 배치된다.

본 발명에 따른 방법의 유리한 실시예에 따라, 우선 모든 톱니의 제1 톱니 플랭크가 밀링에 의해 제조되며 그리고 나서 제2 톱니 플랭크는 다른 톱니 쪽에 배열한다.

본 발명에 따른 공구는 공구 회전 중의 비행 서클이 원반 외관, 원통형 또는 원추형 외관 및/또는 도넛형 외관을 보이는 다수의 블레이드들을 나타낸다. 모든 블레이드는 제조되는 기어링 동일한 톱니 플랭크의 기계가공을 위해 배열되고, 한편 다수의 그러한 블레이드가 각각의 톱니 플랭크를 위해 제공되는데, 상기 블레이드는 공통 비행 서클(common flight circle)에 위치된다.

특히 유리하게 모든 블레이드들은, 또는 절삭을 얻기 위해 절삭판을 사용할 때, 제조되는 기어링의 동일한 톱니 플랭크의 기계가공을 위해 공구에 제공되는 모든 절삭판들은 서로 동일하다.

동일한 절삭판 각각의 동일한 블레이드들의 그룹은 이를 테면 톱니 플랭크마다 제공될 수 있고, 한편 블레이드들은 동일한 비행 서클 상에 각각 위치된다.

본 발명은 바람직한 실시예를 이용하여 예시를 드는 방법으로 아래에서 이제 설명될 것이다.

도 1은 알려진 단일 인덱셍 또는 연속 인덱셍 프로세스에 따른 공구 메쉬의 도식의 부분적인 부분도이고,
도 2는 본 발명에 따른 공작기계의 개략적인 도식이고,
도 3은 본 발명에 의한 방법에 따른 기어링을 제조하기 위한 공작물에서 공구 메쉬의 개략적인 도식이고;
도 4는 톱니 갭의 깊이 방향에서 세 개의 면(E1, E2 및 E3)을 구비한 절삭부에 대한 예시에 의한 첫 번째 가능성이고;
도 5는 도 4에 대한 대안적인 실시예를 도시한 것으로, 한편 서로 다른 공구가 서로 다른 면에 사용되며;
도 6은 특히 반경에 의해 톱니 끝에서 서로 연결된 평행한 맞은편의 플랭크에서 직선 공구를 사용할 때의 절삭부의 다른 가능성에 대해 도시한 것이며;
도 7은 그러한 취지의 공구가 제공된 절삭 형태에 대한 대안적인 실시예를 도시한 것으로, 블레이드는 원형 끝을 지닌 V자 형태를 가졌고 블레이드 과부하가 알파각 제공에 의해 방지되며;
도 8은 톱니 갭의 오목한 형태로 인한 서로 다른 길이의 밀링 경로를 지닌 톱니 갭에 대한 정면도이고;
도 9는 절삭 경로의 도식도로, 한편 프로토피런스(protoperance)라고도 불리는 압입자국(indentation)을 톱니의 기저 부분에서 얻을 수 있으며;
도 10 내지 12는 서로 다른 형태의 절삭판을 구비한 공구의 가능한 실시예를 도시하고;
도 13은 공구의 유리한 실시예에 대한 정면도이다.

도 1은 종래기술에 따른 단일 인덱싱 또는 연속 인덱싱 프로세스에 의한 기어링(13)를 제조하기 위한 공작물(7) 내로의 공구(3) 메쉬의 도식적인 묘사이다. 공구(3)는 밀링 헤드로 형성되고 그 중에서 오직 한 개만이 도시된 다수의 커터들(22)을 포함한다. 다수의 커터들(22)은 공구(3)의 외경에 대해 동심으로 배치되며, 한편 커터(22)는 공구(3)의 외부 원주 내부에 반경방향으로 위치한다. 커터(22)는 공구(3)의 축방향으로 확장하며, 한편 그것의 종방향 축은 공구(3)의 공구축(5)에 대체로 평행하게 이어진다. 커터(22)는 각각 적어도 하나의 블레이드(14)를 나타내고, 한편 블레이드(14)는 단일 인덱싱의 경우에 동일하고 특히 제조되는 톱니 갭(17)의 형태를 나타낸다. 이 방법에서, 공작물(7)은 단지 조금만 움직이고 오직 공구(3)만이 회전한다. 역으로, 연속 인덱셍 프로세스의 경우에 공작물(7)과 공구(3)는 특정한 규칙성을 갖고 서로에 관하여 그것의 회전축 주위를 회전한다.

도 2는 본 발명에 따른 공작기계의 기본 구성요소의 도식도이다. 상기 기계는 기계 프레임(1) 및 예를 들어 베벨 기어로 기계가공되는 공작물(7)을 안착하기 위해 그것에 대해 설치된 받침 장치(6)를 포함한다. 회전 구동 장치(8)가 공작물 축(10, 이 경우에는 C축)에 대해 공작물(7) 및/또는 받침 장치(6)를 회전하기 위해 받침 장치(6) 및/또는 공작물(7)과 연합된다. 또한, 기계 프레임(1)은 공구축(5)에 대해 공구(3)를 포함하는 공구 캐리어(2)를 회전 구동하기 위한 구동 장치(4)를 지닌다. 공구 캐리어(2)뿐만 아니라 구동 장치(4)는 이 경우 앵글 헤드(angular head) 내로 재편성한다. 앵글 헤드는 이 경우 서로 수직인 세 개의 축(X, Y, Z)을 따라 공작물에 대해 이동한다. 그 목적을 달성하기 위해, 적어도 하나의 병진 구동 장치(11)가 제공된다. 또한, 공구는 공구축(5)과 공작물 축(10) 사이에 상대 각 운동을 발생시키기 위하여 Y축(B축)을 돌아 구부러질 수 있다. 여기서 공작기계는 그 결과 제어 장치(12)를 통해 거의 동시에 제어될 수 있는 5개의 축을 포함한다.

물론, 다른 축의 배열이 또한 생각될 수 있다. 받침 장치(6), 공작물(7), 공구(3) 또는 공구 캐리어(2)가 서로에 대해 상대적으로 이동될 수 있는 것을 이용하여 추가적인 이동 또는 회전축이 제공될 수 있다.

유사하게, 공작기계는 공구 캐리어(2)와 미도시된 공구 매거진 사이에서 특히 자동 공구 교환을 가능하게 하는 미도시된 공구 교환 장치를 구비할 수 있다.

공작기계는 또한 특히 다양한 기계가공 사이클 중에 밀링된 기어링의 기하학적 구조를 점검하기 위해 외부의 측정 장치와 연결할 수 있다.

도 3은 기어링(13)을 제조하기 위한 공작물(7)에 대한 본 발명에 따른 공구(3) 메쉬의 도식도이다. 공구(3)는 이 경우에 밀링 헤드로 디자인되고 커터(22)를 수용하기 위한 본체(base body, 23)를 포함한다. 커터(22)는 예를 들어 교체가능한 인덱서블 인써트(indexable inserts)로 디자인될 수 있다. 커터(22)는 적어도 하나의 블레이드(14)를 나타낸다. 도 3a에 따르면, 커터(22)는 주로 또는 완전히 수평면(level plane)으로 확장한다. 블레이드(14)의 비행 서클은 따라서 원반 외관을 나타낸다. 도 3b에 따르면, 커터(22)는 공구(3)가 회전할 때 원추형 외관을 펼치기 위해 상기 축에 대해 주로 수직으로 확장하는 그러한 수평면에 대하여 공구(3)(공구축, 5)의 회전축(5) 방향으로 기울어진다. 커터(22)는 이 경우에 본체(23)의 원주 상에서 등거리에 위치하고 여기서 본체(23)의 외경을 넘어 반경 방향에 도달한다.

톱니 갭(17)을 제조하기 위해, 공구(3)가 공작물(7)에 충돌하는 것을 방지하기 위해 공구(3)가 공구(3)의 외경이 공구축(5)에 대해 공작물(7)의 바깥쪽에 있는 그러한 방법으로 시작 지점에서 우선 이동된다. 동시에 또는 이어서, 공구축(5)이 밀링되는 톱니 갭의 기하학적 구조에 따른 톱니 플랭크(15, 16)에 대해 위치된다. 만약 기어링(13)이 아치형의 플랭크 - 기어링을 통해 톱니 플랭크 커브(21)에 수직인 부분에서 보여지는 - 를 나타내면 공구축(5)이 설정되고 특히 블레이드(14)가 캠버형 톱니 플랭크(cambered tooth flank, 15, 16) 상에서 실제로 항상 접선으로 위치하는 그러한 방법으로 이동될 수 있다.

회전 공구(3)는 그리고 나서 공작물(7)에서 피드 방향으로 톱니 플랭크 커브(21)를 따라 이동된다. 도 3에서 볼 수 있는 바와 같이, 공구축(5)이 제거되는 톱니 플랭크 면, 여기서 도면부호 15에 대해 수직으로 또는 각지게 배열되고, 한편 아치형의 기어링, 특히 베벨 기어에서 공구축(5)의 절대 방향은 영구히 정정되거나 공구(3)의 이동 중에 달라지는데, 이는 제거되는 톱니 플랭크 면, 여기서 도면부호 15에 대한 이러한 상대적 방향을 유지하기 위함이다. 공구축(5)은 이 경우에 현재 기계가공되는 톱니 갭(17)의 바깥쪽으로 확장한다. 그렇게 하기 위해, 공구(3)는 공구(3), 특히 블레이드(14)의 외부 원주가 각각 공구축에 관한 블레이드(14)의 비행 서클의 외형이 톱니 갭 베이스(20) 및/또는 톱니 끝(19)에 항상 평행하며 이어지는 그러한 방법으로 유도될 수 있다. 기어링의 기하학적 구조에 따라, 주로 공작기계의 5개의 축 모두는 톱니 플랭크 커브(21)를 따라 또는 톱니 플랭크 커브(21)에 평행선을 따라 공구(3)의 전진 운동 동안에 제어 장치(12)(도1)를 통해 동시에 조작된다.

그 결과, 톱니 갭(17)의 각각의 플랭크(15, 16)는 각각 이 방법으로 적용된다. 톱니 플랭크(15, 16) 전체를 따라 밀링 사이클이 완료되면, 공구는 시작 지점으로 되돌아 올 수 있으며 공작물(7)을 지닌 받침 장치(6)가 톱니 피치에 의해 오프셋되는 위치 내로 공작물 축에 대해 움직일 수 있다. 그 다음의 톱니 플랭크가 이어서 밀링된다. 공작물이 톱니 피치에 의해 더 인덱스 되기 전에 예를 들어 우선 거친 공구(거친 기계가공 사이클)로 그리고 나서 부드러운 공구(정교한 기계가공 사이클)로 각각의 톱니 플랭크(15, 16)를 연속하여 여러 차례 기계가공하는 것이 또한 가능하다. 대안으로, 스무딩 공구가 사용되기 전에 모든 톱니의 모든 톱니 플랭크(15, 16)가 우선 러핑되는데, 이는 그리고 나서 정교한 기계가공을 달성하기 위해 모든 톱니의 모든 톱니 플랭크(15, 16)를 매끄럽게 및/또는 연마하기 위한 것이다.

마지막으로, 톱니 피치로 공작물 밀링과 인덱싱에 의해 제1 톱니 플랭크(15)를 제조하는 것이 또한 가능하며, 한편 제조되는 톱니 플랭크의 외형을 따라 공작물을 보낼 때 특히 공구의 방향은 제1 방향에서 각각 제1 방향 범위로 유지되고, 그리고 나서 공작물 밀링과 인덱싱에 의해 제2 톱니 플랭크(16)를 제조하기 위해 공작물에 대하여 공구의 방향을 변경하는 것이 또한 가능하며, 한편 주로 그런 이유로 공구의 방향이 제2 방향에서 각각 제2 방향 범위로 유지된다. 다음 기계가공 단계, 특히 경화 및/또는 정교한 기계가공을 계속하기 위한 모든 톱니 플랭크(15, 16)의 밀링 다음에도 또한 가능하고, 한편 정교한 기계가공은 예를 들어 상술한 시퀀스에서 다시, 모든 톱니 플랭크 15를 기계가공하고 모든 톱니 플랭크 16을 기계가공하는 것이다.

본 발명의 실시예의 거친 기계가공 사이클에서, 슬릿(slit)이 특히 이전에 기술한 제조 시퀀스에 따라 정교한 기계가공 사이클에서 서로 마주보는 톱니 플랭크 양쪽이 각각 제조되기 전에 제조되는 톱니 갭 안에 우선 밀링된다.

일반적으로 공구(3)에 대하여 각각 공구 캐리어(2)에 대해 공작물(7) 상에서 공작물의 상대 운동을 유발하기 위해 공작물을 돌리지 않거나 (인덱싱하기 위해) 그것만을 돌리지 않고 공구를 돌리는 것이 또한 당연히 가능하다.

또한, 추가적인 중간 기계가공 사이클 또는 몇몇 중간 기계가공 사이클이 거친 기계가공 사이클과 정교한 기계가공 사이클 사이에 제공될 수 있다. 기계가공 및/또는 중간 기계가공 사이클을 끝마치기 위하여 예비기계가공이 각각의 기계가공 사이클에 대하여 최적의 절삭 파라미터를 산출하는 단일 또는 서로 다른 공구를 이용하여 완료될 수 있다. 주 프로세스 시간 및 그에 따른 전반적인 기계가공 시간은 그러므로 특히 줄어들고, 공구 비용은 감소한다.

도 4는 하나의 동일한 공구로 러핑이 수행될 수 있는 절삭부의 예시를 도시한다. 공구는 예를 들어 특히 커터로 구성된 원주에 걸쳐 배열된 다수의 원형 또는 부분적으로 원형인 블레이드를 나타낸다.

도시된 묘사에서, 절삭 시퀀스는 예를 들어 우선 E1면, 즉 톱니 갭(17) 깊이의 3등분의 첫 번째가 자유롭게 절삭되거나 호브되고 나서, E2면, 즉 톱니 갭 깊이의 3등분의 두 번째 그리고 나서 E3면, 즉 톱니 갭 깊이의 3등분의 세 번째와 같은 방법으로 선택될 수 있다. E3면 상에서 톱니 갭의 종방향을 따라, 특히 동시에 톱니 플랭크(15, 16) 모두를 따라 단일 기어 호빙이 충분한 반면, 톱니 플랭크를 따라 반복되는 기어 호빙이 E2면에서 한번은 톱니 플랭크 15를 따라서 그리고 한번은 톱니 플랭크 16을 따라서, 그리고 E1면에서 한번은 톱니 플랭크 15를 따라, 한번은 톱니 플랭크 16을 따라 그리고 한번은 톱니 플랭크(15, 16) 양쪽 사이의 중심으로, 항상 톱니 갭의 종방향으로, 보다 위에 위치한 추가적인 면(E1, E2)에서 필요하다.

도 5는 광범위하게는 도 4의 그것과 대응하지만 서로 다른 면에 대해 서로 다른 공구를 갖는 추가로 가능한 절삭 패턴을 도시한다. 톱니 갭(17)의 안쪽에 위치된 면이 깊어질수록, 사용되는 공구의 블레이드는 더 작아진다. 이는 톱니 플랭크(15, 16)(검정색으로 색칠됨) 상에서 잔여물의 양을 줄이는 것을 가능하게 한다.

도 6은 그것의 블레이드가 우선 톱니 플랭크 15를 따라 그리고 나서 톱니 플랭크 16을 따라 이동되는 공구로 추가로 가능한 절삭부를 도시한다. 블레이드의 직선 부분으로 인해, 톱니 플랭크(15, 16) 상의 잔여물은 톱니 갭의 종방향을 따라 전방 피드 경로로 각각 제거될 수 있다. 공구축은 그에 따라 모든 단일 플랭크를 프로세스할 때 공작물에 대하여 각각 다른 방향에 다른 방향 벡터를 나타낸다.

도 7은 광범위하게는 도 6에 대응하나, 공구가 톱니 갭의 종방향을 따라 기울어진 톱니 플랭크 15(이어서 또한 톱니 플랭크 16에 대하여, 미도시)에 대하여 양의 알파각이 블레이드와 톱니 플랭크 15 사이에 성립되는 그러한 방법으로 절삭날를 따라 이동된다. 이는 절삭날의 과적 없이 높은 금속 절삭 성능을 얻는 것을 가능하게 한다. 잔여물은 마지막 밀링 단계에서 동일한 공작물과 함께 제거될 수 있고, 한편 알파각은 그러면 0과 같거나 거의 0도일 것이다. 기술된 절삭 패턴은 톱니 플랭크(15, 16)의 내부 부분이 밀링될 때 톱니 플랭크(15, 16)의 외부 부분을 손상으로부터 또한 방지하는데, 이는 외부 부분에서 어떠한 공구의 충격도 효과적으로 방지되기 때문이다.

도 7에서 보여진 바람직한 실시예에서, 공구의 맞은편 블레이드는 서로 사선으로 확장하여, 따라서 특히 그러한 외부 원주를 갖는 절삭판이 사용되기 때문에 절삭 패턴은 원형 끝을 지닌 V자 형태를 가진다. 맞은편 블레이드 사이의 각은 예를 들어 1°내지 10°, 특히 4°내지 6°, 바람직하게는 5°로 맞은편 톱니 플랭크 15, 16 사이의 각보다 작다. 예를 들어, 블레이드들 사이의 각은 35°이고 톱니 플랭크 15, 16 사이의 각은 40°이다.

도 8은 두 개의 톱니 끝(19) 사이의 원추형 톱니 갭(17)에 관한 정면도에서 가능한 절삭 패턴을 도시한다. 보여지는 바와 같이, 공구의 절삭 경로는 톱니 갭(17)의 종방향으로, 톱니를 가진 기어에 관하여 우선 외부에서 내부로 톱니 플랭크 15를 따라, 그리고 나서 외부로부터 내부로 톱니 플랭크 16을 따라, 그리고 나서 외부에서 내부로 다시 톱니 플랭크 16에 대해서 블레이드 너비 간격을 이용하여 더 톱니 갭 내부로, 그에 따라 톱니 플랭크 15를 따라 블레이드 너비 간격을 이용하여 다른 쪽에, 그리고 나서 외부에서 내부로 그리고 뒤로 다시 톱니 플랭크 15 및 16 사이의 중간 부분으로 확장하고, 한편 톱니 갭 길이 전체는 외부에서 내부로 마지막 이동 중에 움직이지는 않는데 이는 좁은 내부 단부로 인해 이와 같은 것이 필요하지 않기 때문이다. 그러므로 짧은 기계가공 시간이 얻어질 수 있다.

도 9는 톱니 플랭크(15, 16)와 함께 톱니 갭(17)을 다시 도시하고, 한편 압입자국이 톱니 플랭크(15, 16)의 각각의 하부 단부 부분에 제공된다. 그러한 압입자국은 특히 원형 절삭날이 사용되기 때문에 본 발명에 따른 장치를 이용하여 각각 본 발명에 따른 방법을 지닌 본 발명에 따른 거친 도구로 형성될 수 있다. 마지막으로, 본 발명에 따른 블레이드의 배열 및 외형을 지닌 스무딩 공구를 디자인하는 것이 또한 가능하다.

도 10, 11, 및 12는 본 발명에 따른 서로 다른 모양의 공구(3)에 대한 개략의 실시예를 도시하는데, 각각은 본체(23)와 다수의 커터(22)를 포함하고, 한편 도 10에 따르면 커터(22)는 제1 비행 서클이 원추형 외관 형태이고 제2 비행 서클이 원반 외관 형태인 그러한 블레이드(14)를 나타낸다. 원추형 외관을 형성하는 블레이드는 반경을 통해 원반을 형성하는 블레이드(14)에 연결된다.

도 11 및 12에서 원형 커터(22)에는 상응하는 원형 블레이드(14)가 제공되고, 한편 도 11에 따른 본체(23)는 커터(22)를 수반하는 비스듬하게 뻗는 암(arm)을 나타내며, 한편으로는 역으로 도 12에 따라 커터(22)를 수반하는 암은 각이 져서 아래쪽으로 향한다.

도 13은 두 개의 커터 그룹을 포함하는 본 발명에 따른 공구(3)에 대한 모범적인 실시예를 나타낸다. 이 경우에, 제1 커터 그룹은 도면부호 22로 표기되고 제2 커터 그룹은 도면부호 22'로 표기된다. 보여지는 바와 같이, 모든 커터(22, 22')는 공구(3)의 회전 중에 비행 서클 상에 위치한다. 예를 들어, 제2 그룹의 커터(22')는 공구(3) 본체(23)에서 더 안으로 그리고 공구(3) 본체(23) 상의 더 위로 반경방향으로 배열된다. 제1 그룹의 커터(22)는 예를 들어 도 10에 따른 커터(22)에 대응하며, 한편 도 10의 커터(22')는 그러면 커터(22) 위에 그리고 그것과 비교하여 더 왼쪽에 배열될 수 있다.

톱니 갭의 종방향을 따라 공구를 움직일 때 본 발명에 따른 자유 이동은 심지어 절삭날이 각각 직선인 블레이드를 이용하여 수직 크라우닝(crowning)을 갖는 톱니 플랭크를 얻을 수 있게 한다. 이 수직 크라우닝은 본 발명에 따라 디자인된 스무딩 공구를 이용하여 특히 유리하게 성취될 수 있고 서로 다른 면(그러므로 서로 다른 깊이) 및 톱니 플랭크 표면을 따라 수직 중앙선 또는 직선에 대하여 서로 다른 알파각을 지닌 각각에서 여러 전방 피드 경로로 톱니에 의해 전방으로 이동된다. 알파각의 변화는 예를 들어 상당히 작고 특히 단지 각도의 일부 정도일 수 있다.

본 발명에 따른 방법의 장점은 공구 형태가 제조되는 기어링의 톱니 플랭크의 외형에 관련되지 않고 그 결과 서로 다른 외형을 지닌 기어링가 하나의 동일한 공구로 제조될 수 있다는 것이다. 공구 블레이드의 비행 서클 반경은 공작물과 관계없이 유리하게 자유로이 선택될 수 있다. 톱니 플랭크 라인에 대하여 십자형인 공구축의 기울기는 톱니 형태와 공구의 블레이드 형태에 따라 상대적으로 다양하게 조정될 수 있다.

본 발명에 따른 방법은 또한 십자형으로 그리고 특히 호빙 방향에 대하여 종방향으로 기울어진 공구축을 구비한 호빙 절삭 프로세스로 나타낼 수 있는데, 한편 공구 블레이드는 정확한 플랭크 각형(angularity), 즉 제조되는 플랭크 외형에 꼭 들어맞는 정확한 외부 형태를 나타내지 않고 융통성 있게 사용될 수 있다. 이는 공작물의 기계가공 시간 감소뿐만 아니라 공구 비용, 공작기계의 다면 응용성에 있어서 상당한 감소를 가져온다.

본 발명의 방법에 따라, 호빙 기계가공과 융통성 있는 공구축의 방향 벡터를 지닌 플런징 밀링의 조합이 가능하고, 한편 파편 제거 성능이 종래의 방법에 대해 상당히 증가될 수 있다. 서로 다른 밀링 외형 특히, 옆면 밀링 커터부터 (포괄적인) 정면 삽입 톱니 밀링 커터 또는 포트 밀링 커터(pot milling cutter)가 사용될 수 있다.

전반적인 전면이 동시에 생성되는 각각의 톱니 갭에 밀어 넣어지는 종래의 엔드 밀을 이용한 베벨 기어 밀링과 비교하여, 공구는 본 발명에 따라 대체로 더 큰 직경을 지니도록 디자인될 수 있는데, 그 이유는 톱니 갭에 대해 십자형으로 기울어진 공구축때문에, 특히 공구에서 각이진 절삭판을 지닌, 오직 블레이드의 일부분만이 항상 톱니 갭에 밀어 넣어지기 때문이다. 이로써, 더 큰 파편을 위한 공간이 공구 내에 제공될 수 있다. 이는 특히 두꺼운 금속 절삭뿐만 아니라 각각의 공구로 쓸기를 이용하여 공작물로부터 더 큰 물질의 제거를 달성하는 것을 가능하게 한다. 이에 의하여, 더 높은 정확도을 다시 얻을 수 있는데, 이는 공구가 공작물을 너무 자주 쓸지 않기 때문이다.

커터는 바람직하게는 공구의 전면, 공구축에 대하여 커터의 외부 원주 및 내부 원주를 이용하여 공작물로부터 물질을 제거할 수 있는 그러한 블레이드를 나타낸다.

1 : 기계 프레임 2 : 공구 캐리어
3 : 공구 4 : 구동 장치
5 : 공구축 6 : 받침 장치
7 : 공작물 8, 9 : 회전 구동 장치
10 : 공작물 축 11 : 병진 구동 장치
12 : 제어 장치 13 : 기어링
14 : 블레이드 15, 16 : 톱니 플랭크
17 : 톱니 갭 18 : 부분
19 : 톱니 끝 20 : 톱니 갭 베이스
21 : 톱니 플랭크 커브 22 : 커터
23 : 본체

Claims (15)

1. 기계 프레임(machine frame, 1);
   상기 기계 프레임(1)에 설치되어 공구(tool, 3)를 수용하는 공구 캐리어(tool carrier, 2);
   상기 공구 캐리어(2)에서 공구축(5)에 대한 상기 공구(3)의 회전 구동을 위한 구동 장치(drive device, 4);
   상기 기계 프레임(1)에 설치되어 공작물(workpiece, 7)이 안착되는 받침 장치(receiving device, 6);
   상기 공구 캐리어(2)와 상기 받침 장치(6) 사이에 제1 상대 각 운동(relative angular movement)을 발생시키기 위한 제1 회전 구동 장치(rotary drive device, 8) 및 상기 공구 캐리어(2)와 상기 받침 장치(6) 사이에 제2 상대 각 운동을 발생시키기 위한 제2 회전 구동 장치(9);
   세 개의 축을 따라 상기 공구 캐리어(2)와 상기 받침 장치(6) 사이에 상대 병진 운동을 발생시키기 위한 병진 구동 장치(translational drive device, 11); 및
   사실상 동시에 상기 공구 캐리어(2)와 상기 받침 장치(6) 사이의 상기 상대 직선 운동(relative rectilinear movement) 및 상기 공구 캐리어(2)와 상기 받침 장치(6) 사이의 상기 상대 각 운동을 제어 가능하게 하는 그러한 방법으로 디자인된 제어 장치(control device, 12);를 포함하며,
   상기 공구(3)는 정면 또는 정면 원주 밀링 커터(face or face circumference milling cutter)로 디자인되고 상기 공작물(7)에서 밀링되는 기어링(13)의 적어도 한 부분의 외형을 나타내는 블레이드(blade, 14)를 포함하며;
   상기 블레이드(14)의 외경은 두 개의 인접한 톱니 플랭크(tooth flank, 15, 16)의 간격인 톱니 갭(17)보다 큰;
   공작기계, 특히 밀링머신(milling machine)에 있어서,
   상기 제어 장치(12)는, 제조되는 상기 기어링(13)의 부분을 통해, 제조되는 상기 기어링의 상기 톱니 갭 베이스(20) 및/또는 상기 톱니 끝(19)에 대하여 동일하거나 대체로 동일한 거리로 기계가공되는 상기 톱니 플랭크(15, 16)를 따라 구형으로 이동되는 상기 공구(3)를 움직이기 위해 디자인된 것을 특징으로 하는 공작기계.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 블레이드(14)의 외경은 상기 공작물(7)에서 제조되는 나선형 기어링의 종방향 톱니 플랭크 커브 반경의 두 배보다 더 크거나 더 작고, 상기 톱니 플랭크의 종방향으로 원추형 톱니 갭을 지니며, 오목한 톱니 플랭크의 종방향 톱니 플랭크 커브 반경의 두 배보다 더 크거나 볼록한 톱니 플랭크 반경의 두 배보다 더 작은 것을 특징으로 하는 공작기계.
   
3. 청구항 1 또는 2에 있어서,
   상기 공구축(5)은 특히 상기 공작물(7)의 톱니 플랭크면의 제거되는 표면에 대해 수직이거나 특히 45°와 135°사이의, 특히 80°와 100°사이의 각이 진 것을 특징으로 하는 공작기계.
   
4. 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 공구축(5)의 각이 특히 영구히 변화하는 기계가공되는 상기 톱니 플랭크(15, 16)를 따라 움직일 때 상기 공작물(3)의 직경에 대해서 달라지는 것을 특징으로 하는 공작기계.
   
5. 청구항 1 내지 4 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 공구축(5)은 상기 제조되는 기어링(13) 부분의 바깥쪽에서 구동하는 것을 특징으로 하는 공작기계.
   
6. 청구항 1 내지 5 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 블레이드(14)는 상기 공구(3)에서 보면 상기 공구(3)의 반경 방향으로 향하는 것을 특징으로 하는 공작기계.
   
7. 청구항 1 내지 6 중 어느 한 항에 따른 공작기계로 기어링(13)를 제조하는 방법에 있어서,
   상기 제조되는 기어링 부분(18)의 바깥쪽에 공구(5)를 위치시키는 단계;
   공구(3)를 회전시켜 구동하는 단계;
   상기 공구(3)가 상기 제조되는 기어링의 상기 톱니 갭 베이스(20) 및/또는 상기 톱니 끝(19)에 대해서 동일하거나 대체로 동일한 간격으로 기계가공되는 상기 톱니 플랭크(15, 16)를 따라 전체적으로 교체되고 한편 톱니 플랭크(15, 16) 외형의 적어도 한 부분이 밀링(mill)되는 그러한 방법으로 제어 장치(12)를 이용하여 하나 또는 여러 개의 구동 장치들(4, 8, 9)을 제어함으로써 제조되는 기어링(13) 부분(18)에서 상기 공작물(7)을 통과하여 상기 공구(3)의 원주 부분에 배치된 상기 블레이드(14)의 일부분을 이용하여 상기 공구(3)가 통과하는 단계;
   상기 공구(5)를 상기 제조되는 기어링(13)의 부분(18)으로부터 되가져오는 단계;
   적어도 하나의 톱니 피치(pitch)에 의해 오프셋(offset)한 위치에서 상기 공작물 축(10) 주위를 돌아서 상기 공작물(7) 및/또는 상기 공구(3)를 회전시키는 단계; 및
   상기 공작물(7)의 모든 톱니 플랭크가 동일한 방법으로 기계가공되고 상기 톱니 갭이 완성될 때까지 상기 세 번째부터 다섯 번째 단계를 계속하는 단계;
   를 갖는 것을 특징으로 하는 기어링 제조 방법.
   
8. 청구항 7에 있어서,
   상기 두 번째 단계부터 네 번째 단계는 우선 상기 제조되는 기어링(13)의 모든 개개의 톱니에 제1 톱니 플랭크(15, 16)를 제조하기 위해 각각 수행되고 각각은 상기 제조되는 기어링(13)의 모든 개개의 톱니의 제2 톱니 플랭크(15, 16)의 제조을 위해 이어서 반복되는데, 이는 상기 다섯 번째 단계가 수행되기 전에 행해지거나, 상기 두 번째 단계부터 다섯 번째 단계가 우선 상기 제조되는 기어링(13)의 모든 개개의 톱니의 제1 톱니 플랭크(15, 16)를 제조하기 위해 각각 수행되고 상기 제조되는 기어링(13)의 모든 개개의 톱니의 제2 톱니 플랭크(15, 16)를 제조하기 위해 이어서 각각 반복되는 것을 특징으로 하는 기어링 제조 방법.
   
9. 청구항 7 또는 8에 있어서,
   상기 기어링(13)는 상기 기어링가 적어도 거의 완성된 설정점 밀링 기하학적 구조(setpoint milling geometry)를 적용하는 그러한 방법으로 예비기계가공 공구(premachining tool)를 이용하여 거친 기계가공 사이클(rough machining cycle)로 예비밀링(premill)되고, 상기 기어링(13)가 완성된 설정점 밀링 기하학적 구조를 적용하는 그러한 방법으로 정교한 기계가공 공구(fine machining tool)를 이용하여 그 다음의 정교한 기계가공 사이클(fine machining cycle)로 모양을 만들기 위해 밀링되고, 한편 상기 첫 번째부터 여섯 번째 단계는 각각 수행되는 것을 특징으로 하는 기어링 제조 방법.
   
10. 청구항 9에 있어서,
    상기 거친 기계가공 사이클 및 정교한 기계가공 사이클 뒤에 적어도 하나의 추가적인 기계가공 사이클, 특히 열처리 및/또는 연삭(grinding) 또는 필링(peeling) 사이클이 상기 기어링에 수행되는 것을 특징으로 하는 기어링 제조 방법.
    
11. 청구항 7 내지 10 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 부분적으로 직선이거나 거의 직선인 블레이드(14)가 끼워진 공구(3)가 사용되고, 상기 블레이드(14)의 직선 부분은 소정의 알파각(angle alpha)으로 설정되는데, 이는 특히 상기 톱니 플랭크(15, 16)를 제조할 때 상기 톱니 플랭크(15, 16)에 대하여 0°보다 크고 5°보다 작거나 같고, 한편 상기 알파각은 특히 모든 개개의 톱니 플랭크(15, 16)를 제조할 때와 특히 이어서 알파각 0°가 조정되는 뒤따르는 기계가공 단계(15, 16) 동안에 달라지는 것을 특징으로 하는 기어링 제조 방법.
    
12. 청구항 1 내지 6 중 어느 한 항에 따르는 공작기계에 사용하기 위한 및/또는 청구항 7 내지 11 중 어느 한 항에 따르는 방법에 사용하며, 상기 공구의 회전 중의 비행 서클(flight circle)이 원반 표면, 원통형 또는 원추형 표면 및/또는 도넛형 표면을 보이는 다수의 블레이드들(14)을 갖는 공구에 있어서,
    상기 다수의 모든 블레이드들(14)은 제조되는 기어링(13)의 동일한 톱니 플랭크(15, 16)의 기계가공을 위해 배치되고, 한편 다수의 그러한 블레이드들(14)은 각각의 톱니 플랭크(15, 16)를 위해 제공되며, 상기 블레이드는 공통 비행 서클(common flight circle)에 위치한 것을 특징으로 하는 공구.
    
13. 청구항 12에 있어서,
    모든 블레이드들(14)은 공통 비행 서클, 또는 각각 다수의 블레이드들(14)이 제공된 오직 두 개 또는 세 개의 그룹에 위치하는 반면, 한 그룹의 모든 블레이드(14)는 동일한 비행 서클에 위치하는 것을 특징으로 하는 공구.
    
14. 청구항 12 또는 13에 있어서,
    상기 블레이드(14)는 다수의 커터들(22)로 형성되며, 상기 커터는 특히 본체에(base body, 23)에서 분리할 수 있거나 단단히 접착되어 설치된 것을 특징으로 하는 공구.
    
15. 청구항 14에 있어서,
    상기 커터(22)는 원형, 부분적으로 원형, 타원형 또는 부분적으로 타원형 원주를 지닌 판(plate)으로 디자인된 것을 특징으로 하는 공구.
    

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