KR20110111080A - 고하중용 대리드 볼스크류 너트의 내경 나선 연마방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고하중용 대리드 볼스크류 너트의 내경 나선을 연마하는 방법에 있어서, 상기 너트의 내경에 형성된 나선 홈의 리드각 및 곡률을 확인하는 나선 확인 단계와, 상기 나선 확인 단계에서 확인된 나선에 대응되는 연마면 및 직경을 가지는 숫돌을 회전축에 장착하는 숫돌 장착단계와, 상기 회전축이 상기 너트의 중심과 평행하게 유지되면서 상기 숫돌 장착단계에서 장착된 숫돌을 이용하여 너트의 내경이 연마되는 내경연마단계가 포함된다.
이에 의하면, 대리드 볼스크류 너트의 내경 나선 홈 연마 시 숫돌의 회전축과 너트 내경의 간섭은 물론 숫돌의 드레싱과정 없이 나선 홈 연마가 안정적이고 빠르게 이루어질 수 있는 이점이 있다.

Description

고하중용 대리드 볼스크류 너트의 내경 나선 연마방법{ A sprial glinding method for inner race of high-lead ball screw nut for heavy lode }

본 발명은 고하중용 대리드 볼스크류 너트의 내경 나선 연마방법에 관한 것이다.

일반적으로 볼스크류는 위치결정 장비에 필수적인 부품으로 스크류와 너트 및 스크류와 너트 사이에 구비되는 복수의 강구를 포함하도록 구성되며, 강구의 이동경로를 형성하기 위하여 스크류의 외면과 너트의 내면에 원호상 또는 고딕(Gothic)형상의 단면을 갖는 나선 홈이 형성된다.

따라서, 상기와 같은 나선 홈 사이로 복수의 강구를 삽입하고 스크류를 회전시키게 되면, 스크류의 회전운동이 너트의 직선 운동으로 전환될 수 있다.

한편, 상기와 같이 구성되는 볼스크류는 다른 이송기구에 비해 구름저항, 백래쉬, 마멸 특성 등이 우수해서 공작기계 및 정밀측정 장비의 이송시스템에 널리 사용되고 있으며, 최근에는 이송시스템의 정밀도에 대한 연구와 고속화에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다.

이에 볼스크류의 고속화에 따른 회전 진동을 극복하기 위하여 너트의 리드 길이를 증가시키는 방법이 이용되고 있는데, 이와 같이 너트의 리드 길이를 증가시키게 될 경우에는 아래와 같은 문제점이 발생하게 된다.

도 1 및 도 2 에는 종래 기술에 의한 대리드 볼스크류 너트의 내경 나선 연마시 문제점을 보이기 위한 도면이 도시되어 있다.

일반적으로 볼스크류 너트의 나선 홈은 저석축을 리드각 만큼 기울여 가공을 하게 된다.

하지만, 상기 도면을 참조하여 살펴보면 리드의 길이가 증가되면서 너트(1)의 내경을 따라 저석(20)의 위치가 이동할 경우 연마과정에 볼스크류 너트(1)의 리드 길이와 내경에 형성된 나선 홈(10)의 리드 각(ß1)에 의해 저석(20)을 회전시키기 위한 저석축(40)과 너트(1)의 내경이 도 1 의“A”와 같이 간섭되는 부분이 발생하는 문제점을 가진다.

즉, 종래 기술에서는 너트(1)의 나선 홈(10)을 연삭하기 위한 저석(20)의 가공 시 로터리 다이아몬드 드레서(Rotary diamond dresser)를 통한 드레스 각과 나선 홈(10)의 리드 각(ß1)이 동일한 각도를 가지도록 기울기를 주어서 가공을 하게 된다. 따라서, 이와 같이 가공된 저석(20)을 이용하여 나선 홈(10)을 가공하게 될 경우에는 저석축(40)의 기울기(ß2)가 리드 각(ß1)과 동일한 기울기를 가지게 되어 연마 깊이가 길어지면서 저석축(40)과 너트(1)의 내경 사이에 간섭이 발생하게 된다.

한편, 도 2 에 도시된 바와 같이 상기와 같은 간섭을 방지하기 위하여 저석축(40)의 기울기(ß2)를 나선 홈의 리드 각(ß1) 보다 적게 형성한 경우에는 저석(20)이 너트(1)의 내경에 형성된 나선 홈(10)과 B영역과 같이 직접 간섭을 일으켜서 나선 홈(10)의 곡률이 변하게 되면서 정격하중이 낮아지는 문제점이 발생할 수 있다.

즉, 저석축(40)을 상기 리드 각(ß1) 보다 적은 기울기를 가지도록 기울여 연마가공을 하게 되면, 저석(20)의 측면과 나선 홈(10) 사이에 간섭이 발생하게 되어 나선 홈(10)의 폭이 넓게 가공되는 문제점이 발생하게 된다.

그리고, 이와 같은 문제점으로 인하여 강구의 접촉각이 낮아지면서 정격하중이 작아지게 되는 문제점이 발생하게 된다.

본 발명은 너트의 내경 연마를 위한 숫돌의 회전축이 너트의 내경 중심과 평행하게 위치되어 회전축과 너트의 내경이 간섭되지 않으면서 나선 홈의 폭이 변화되지 않도록 하는 고하중용 대리드 볼스크류 너트의 내경 연마방법을 제공하는 것이다.

본 발명은 고하중용 대리드 볼스크류 너트의 내경 나선을 연마하는 방법에 있어서, 상기 너트의 내경에 형성된 나선 홈의 리드각 및 곡률을 확인하는 나선 확인 단계와, 상기 나선 확인 단계에서 확인된 나선에 대응되는 연마면 및 직경을 가지는 숫돌을 회전축에 장착하는 숫돌 장착단계와, 상기 회전축이 상기 너트의 중심과 평행하게 유지되면서 상기 숫돌 장착단계에서 장착된 숫돌을 이용하여 너트의 내경이 연마되는 내경연마단계가 포함되는 것을 특징으로 한다.

상기 나선 확인단계에서는 상기 나선 홈의 리드각 및 나선 홈 반지름의 곡률을 확인하는 것을 특징으로 한다.

상기 숫돌 장착단계에서 선택되는 숫돌은 너트의 내경 중심에 수직으로 위치된 상태에서 상기 나선 홈에 수용되는 크기의 직경 및 나선 홈과 접하는 연마면을 가지도록 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 숫돌 장착단계에서 선택되는 숫돌은 상기 회전축에 끼움 고정되는 베이스에 숫돌 입자가 전착되어 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 너트의 내경 나선 홈을 연마하는 과정에서 회전축이 숫돌의 내경과 나란하게 형성되고, 숫돌의 연마면이 나선 홈의 리드각 및 반지름 곡률에 대응되도록 형성되므로 숫돌의 드레싱이 필요치 않는 이점이 있다.

또한, 본 발명에 따르면 너트와 숫돌을 회전시키기 위한 회전축이 수평으로 위치하여 나선 홈의 가공이 이루어지게 되므로 너트가 지면과 수평하게 고정될 수 있다.

따라서, 본 발명에 따르면 고가의 장비 대신 선반에 너트를 고정시켜 대리드 볼스크류 너트를 가공할 수 있는 이점이 있다.

뿐만 아니라, 전착식 숫돌을 사용하여 연마가 이루어지게 되므로 숫돌의 형상을 상대적으로 연삭면이 넓은 고하중용 대리드 볼스크류 너트에 적용하기 용이하며, 높은 절삭성을 이용하여 가공이 용이하게 이루어질 수 있는 이점이 있다.

도 1 및 도 2 는 종래 기술에 의한 대리드 볼스크류 너트의 내경 나선 연마시 문제점을 보인 도면.
도 3 에는 본 발명에 따른 고하중용 대리드 볼스크류 너트의 내경 나선 연마방법을 위한 연마장치의 구성을 보인 도면.
도 4 는 본 발명에 따른 고하중용 대리드 볼스크류 너트의 내경을 연마하는 과정을 보인 순서도.
도 5 는 본 발명에 따른 고하중용 대리드 볼스크류 너트의 내경에 접하는 강구의 이상적인 접촉각과 이에 따른 나선홈의 형상을 보이기 위한 도면.
도 6 은 본 발명에 따른 고하중용 대리드 볼스크류 너트의 내경 나선을 연마하기 위한 숫돌의 일실시 예를 보인 도면.
도 7 은 도 6 에 도시된 숫돌을 이용하여 고하중용 대리드 볼스크류 너트의 내경을 연마하는 모습을 개략적으로 보인 도면.
도 8 은 본 발명에 따른 고하중용 대리드 볼스크류 너트의 내경 나선을 연마하기 위한 숫돌의 다른 실시 예를 보인 도면.
도 9 는 도 8 에 도시된 숫돌을 이용하여 고하중용 대리드 볼스크류 너트의 내경을 연마하는 모습을 개략적으로 보인 도면.

이하에서는 도면을 참조하여, 본 발명의 구체적인 실시예를 설명한다. 다만, 본 발명의 사상은 제시되는 실시예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이다.

도 3 에는 본 발명에 따른 고하중용 대리드 볼스크류 너트의 내경 나선 연마방법을 위한 연마장치의 구성을 보인 도면이 도시되어 있다.

도면을 참조하면, 본 발명에 따른 고하중용 대리드 볼스크류 너트(1)의 내경 나선을 연마하기 위한 연마장치에는 우선, 상기 너트(1)를 파지하여 회전시키면서 전진 또는 후진 이동을 가능하게 하는 너트 파지수단(100)이 구비된다.

이를 위해 상기 너트 파지수단(100)에는 상기 너트(1)를 파지하여 고정할 수 있도록 하는 너트 고정척(120)이 마련되고, 상기 너트 고정척(120)은 모터의 회전력을 전달받아 상하로 전진 또는 후진하면서 회전하는 너트 회동부(140)와 연결된다.

그리고, 본 발명에 따른 연마장치에는 상기 너트 파지수단(100)의 전측으로 상기 너트(1)의 내경에 삽입되어 회전하면서, 상기 너트(1) 내경에 형성된 나선 홈(10)을 연마하기 위한 숫돌(240)과 이를 회전시키기 위한 회전축(220)을 포함하는 연마수단(200)이 구비된다.

상세히, 상기 회전축(220)은 회전력을 발생시키는 연마모터와 연결되어 상기 너트(1) 방향으로 소정길이 돌출된다. 그리고, 상기 숫돌(240)은 상기와 같이 돌출되는 회전축(220)의 단부에 수직으로 회전가능하도록 고정된다.

그리고, 도시되지는 않았지만, 상기 연마수단(200)에는 상기 숫돌(240)이 연결된 회전축(220)이 소정의 기울기로 기울어질 수 있도록 연마모터가 수용된 하우징을 기울이기 위한 각도 조절부가 더 포함될 수 있으며, 이러한 각도 조절부는 실린더 또는 모터를 이용하여 경사도를 부여할 수 있도록 구성된다.

따라서, 상기 연마수단(200)은 상기 너트(1)의 내경에 형성된 나선 홈(10)을 연마하기 위하여 회전축(220)을 소정 각도로 기울여 상기 숫돌(240)을 회전시킬 수 있게 된다.

여기서, 상기 회전축(220)의 기울기는 상기 너트(1)의 내경 중심과 수평이 되도록 조절되며, 상기 너트(1)가 지면과 수평하게 위치될 경우에는 상기 회전축(220)의 기울기도 지면과 수평을 이루게 된다.

따라서, 본 발명에 따르면, 상기 너트(1)의 지면과 수평하게 고정된 상태에서 전/후로 회전하면서 이동하게 되더라도 상기 회전축(220)이 이에 대응하여 지면과 수평을 이루도록 조절될 수 있으므로, 상기 너트(1)가 상대적으로 저렴한 장비인 선반에 고정될 수 있다.

이하에서는 상기와 같은 구성을 가지는 연마장치를 이용하여 대리드 볼스크류 너트(1)를 연마하는 과정에 대하여 설명한다.

도 4 에는 본 발명에 따른 고하중용 대리드 볼스크류 너트의 내경을 연마하는 과정을 보인 순서도가 도시되어 있다.

그리고, 도 5 에는 본 발명에 따른 고하중용 대리드 볼스크류 너트의 내경에 접하는 강구의 이상적인 접촉각과 이에 따른 나선홈의 형상을 보이기 위한 도면이 도시되어 있고, 도 6 에는 본 발명에 따른 고하중용 대리드 볼스크류 너트의 내경 나선을 연마하기 위한 숫돌의 일실시 예를 보인 도면이 도시되어 있으며, 도 7 에는 도 6 에 도시된 숫돌을 이용하여 고하중용 대리드 볼스크류 너트의 내경을 연마하는 모습을 개략적으로 보인 도면이 도시되어 있다.

본 발명에 따르면 너트(1)의 내경 나선 홈(10)의 연마를 위해서 우선, 상기 너트(1)의 내경에 형성된 나선 홈(10)의 리드 각 및 곡률을 확인하는 나선 확인단계(S100)가 수행된다.

즉, 상기 나선 홈(10)은 고딕(Gothic) 형상으로 형성되어 제 1 반지름(R1)과 제 2 반지름(R2)을 가지며, 아래에서 설명할 숫돌은 각각의 반지름에 접하는 연마면을 가지게 된다. 여기서, 상기 제 1 반지름(R1) 및 제 2 반지름(R2)에 접하는 강구(400)의 접촉각은 42°내지 45°범위를 가지도록 강구(400)의 크기 및 나선 홈(10)이 형성되는 것이 바람직하다.

이는 상기와 같은 접촉각의 범위 이내에서 볼스크류의 회전감이 좋고 저항의 변화와 영향이 줄어들게 되므로 상기 나선 홈(10)의 설계 시에는 이를 고려하여 나선 홈(10)의 곡률과 강구(400)의 크기를 결정하며, 이와 함께 나선 홈(10)의 리드각을 결정하게 된다.

따라서, 상기 나선 확인단계(S100)에서는 아래에서 설명할 숫돌(240)이 너트(1)의 내경 중심과 나란한 회전축(220)에 장착된 상태에서 접하게 되는 연마면 및 직경을 결정하는 기준이 된다.

한편, 상기 나선 확인단계(S100)를 통해 나선 홈(10)의 반지름 곡률과 리드 각을 확인한 이후에는 이에 대응되는 숫돌(240)을 회전축(220)에 장착하는 숫돌 장착단계(S200)가 수행된다.

상기 숫돌 장착단계(S200)에서 선택되는 숫돌(240)은 상기 회전축(220)과 결합되는 베이스(242)에 연마를 위한 숫돌입자가 전착 되어 형성되는 연마면을 포함하여 구성된다.

상세히, 상기 베이스(242)는 상기 회전축(220)에 단부가 고정되고, 상기 연마면이 전착되는 부분이 상기 나선 홈(10)의 반지름 곡률 및 리드 각을 고려하여 사출성형되어 형성된다.

즉, 상기 베이스(242)의 성형 시에는 상기 나선 확인단계(S100)에서 확인되는 정보에 상기 회전축(220)이 너트(1)의 내경 중심과 수평하게 유지되는 상태에서 베이스(242)가 수직으로 위치되어 회전하는 상태를 고려하여 직경과 연마를 위한 숫돌입자가 전착되는 부분이 형성된다.

보다 상세히, 상기 베이스(242)의 직경은 도 7에 도시된 바와 같이 상기 나선 홈(10)의 제 1 반지름(R1)을 가지는 곡면의 단부에서 수직으로 상기 제 2 반지름(R2)을 가지는 곡면의 단부에 이르는 거리와 대응되는 길이를 가지게 된다.

그리고, 상기와 같이 직경이 결정된 베이스(242)의 측부에는 상기 제 1 반지름(R1)의 곡률 및 리드각에 대응되는 형상으로 형성되어 숫돌입자가 전착되어 형성되는 제 1 연마면(244)이 형성되고, 상기 제 2 반지름(R2)의 곡률 및 리드각에 대응되는 형상으로 형성되어 숫돌입자가 전착되어 형성되는 제 2 연마면(246)이 형성된다.

이와 같은 방법으로 숫돌(240)이 형성되면 드레서에 의해 연마되어 내경을 가공하는 종래 기술에 비해 숫돌(240)의 내구성이 향상될 수 있다.

또한, 상기 연마면은 베이스(242)에 전착되는 숫돌 입자의 특성에 따라 절삭성이 향상될 수 있다.

따라서, 따라서, 상대적으로 연삭면이 넓은 고하중용 대리드 볼스크류 너트의 내경 나선의 연마가 가능하게 되어 도 8 및 도 9에 도시되는 형태가 가능하게 된다.

한편, 상기 숫돌 장착단계(S200)에서 선택되는 숫돌(240)은 상기 회전축(220)이 너트(1)의 내경 중심과 수평을 유지하는 상태에서 상기 나선 홈(10)의 리드 각 및 곡률에 대응되는 형상을 가지는 것으로 결정된다.

한편, 상기와 같이 숫돌(240)이 선택되면, 선택된 숫돌(240)을 이용하여 너트(1)의 내경 나선 홈(10)을 연마하는 내경 연마단계(S300)가 수행된다.

상기 내경 연마단계(S300)에서는 우선, 상기 너트파지수단(100)에 의해 고정된 너트(1)의 기울기를 확인하여 상기 연마수단(200)을 통해 회전축(200)의 기울기가 너트(1)의 내경 중심과 수평을 이룰 수 있도록 조정하게 된다.

물론, 상기 너트파지수단(100)이 선반과 같이 지면과 수평을 유지하면서 고정된 너트(1)를 회전시키며 전진 또는 후진 가능하게 이동시킬 경우에는 상기 연마수단(200)의 회전축(220)도 별도로 기울기를 조절하지 않고 지면과 수평을 유지하도록 조작한다.

그리고, 상기와 같이 회전축(220)의 기울기 조작이 완료되면 상기 숫돌(240)을 회전시키고, 상기 너트파지수단(100)을 통해 너트(1)를 회전시키며 상기 숫돌(240)을 향하여 이동시키게 된다.

여기서, 상기 숫돌(240)은 상기 너트(1)의 내경 일면에 접하여 회전하게 되고, 상기 숫돌(240)이 상기 너트(1)의 내경에 진입하여 회전하게 되면 상기 너트(1)가 전진 또는 후진하면서 상기 제 1 연마면(244)에 의해 제 1 반지름(R1)을 가지는 곡면이 연마되고, 제 2 연마면(246)에 의해 제 2 반지름(R2)을 가지는 곡면이 연마된다.

한편, 상기와 같은 내경 연마단계(S300)에서는 숫돌(240)의 연마면과 나선 홈(10)의 형상이 대응되므로 숫돌(240)의 마모가 줄어들게 되며, 연마면이 베이스(242)에 전착되는 숫돌입자에 의해 형성되므로 내구성이 향상되어 별도의 드레싱이 필요치 않게 된다.

100..... 너트 파지수단 120..... 너트 고정척
140..... 너트 회동부 200..... 연마수단
220..... 회전축 240..... 숫돌
242..... 축결합부 244..... 제 1 연마부
246..... 제 2 연마부 248..... 중심부
400..... 강구
S100.... 나선 확인단계 S200..... 숫돌 장착단계
S300.... 내경 연마단계

Claims (4)

1. 고하중용 대리드 볼스크류 너트의 내경 나선을 연마하는 방법에 있어서,
   상기 너트의 내경에 형성된 나선 홈의 리드각 및 곡률을 확인하는 나선 확인 단계;
   상기 나선 확인 단계에서 확인된 나선에 대응되는 연마면 및 직경을 가지는 숫돌을 회전축에 장착하는 숫돌 장착단계;
   상기 회전축이 상기 너트의 중심과 평행하게 유지되면서 상기 숫돌 장착단계에서 장착된 숫돌을 이용하여 너트의 내경이 연마되는 내경연마단계;가 포함되는 고하중용 대리드 볼스크류 너트의 내경 나선 연마방법.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 나선 확인단계에서는 상기 나선 홈의 리드각 및 나선 홈 반지름의 곡률을 확인하는 것을 특징으로 하는 고하중용 대리드 볼스크류 너트의 내경 나선 연마방법.
   
3. 제 2 항에 있어서, 상기 숫돌 장착단계에서 선택되는 숫돌은,
   너트의 내경 중심에 수직으로 위치된 상태에서 상기 나선 홈에 수용되는 크기의 직경 및 나선 홈과 접하는 연마면을 가지도록 형성되는 고하중용 대리드 볼스크류 너트의 내경 나선 연마방법.
   
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 숫돌 장착단계에서 선택되는 숫돌은 상기 회전축에 끼움 고정되는 베이스에 숫돌 입자가 전착되어 형성되는 것을 특징으로 하는 고하중용 대리드 볼스크류 너트의 내경 나선 연마방법.
   

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