KR20120124018A

KR20120124018A - 스밀링된 스플라인 장치 및 스밀링된 스플라인 장치를 제조하기 위한 스밀링 과정

Info

Publication number: KR20120124018A
Application number: KR1020110125941A
Authority: KR
Inventors: 댄 이. 페뷔스; 윌리엄 에이치. 헤이워드
Original assignee: 페이필드 매뉴팩처링 컴파니, 인코포레이티드
Priority date: 2011-05-02
Filing date: 2011-11-29
Publication date: 2012-11-12

Abstract

성형 및 밀링 작용의 조합, 혹은 스밀링에 의해, 절삭 공구는 스플라인의 전체 사용가능한 부를 통하여 이동되며 공구 릴리프를 후퇴, 역 방향 앞의 숄더와 같은 인접한 특징부의 면으로 기계가공한다. 스밀링 장치 및 제조 방법은 환형 스플라인 릴리프를 위한 필요성을 제거하며 강도를 위하여 스플라인 맞물림의 전체 길이가 사용될 수 있다. 스밀링 과정에 의해 제조된 스플라인 연결 장치의 유효 넓이는 공간을 절약하며 스플라인 연결의 하중 전달 능력을 증가시킨다.

Description

스밀링된 스플라인 장치 및 스밀링된 스플라인 장치를 제조하기 위한 스밀링 과정{SMILLED SPLINE APPARATUS AND SMILLING PROCESS FOR MANUFACTURING THE SMILLED SPLINE APPARATUS}

본 발명은 스플라인(spline)에 근접한 숄더(shoulder) 및 카운터보어(counterbore) 표면과 같은 인접한 특징부를 갖는 스플라인의 분야이다.

기계적 스플라인은 일반적으로 회전 운동 및 토크를 전달하기 위하여 샤프트(shaft) 및 칼라(collar)를 결합하도록 사용된다. 만일 샤프트 상의 칼라 혹은 칼라 상의 카운터보어와 같은 인접한 특징부가 존재하지 않으면, 스플라인의 전체 길이는 맞물리고 강도(strength)를 위하여 사용될 수 있으며 각각의 부품을 생산하기 위하여 종래의 제조 방법이 사용될 수 있다. 그러나, 만일 하나 혹은 두 부재(member)가 인접한 특징부를 가지면, 공구 간격을 허용하기 위하여 스플라인 릴리프(spline relief)가 필요하다. 환형 릴리프(annular relief)의 길이(혹은 폭)는 연결의 강도를 감소시키는 스플라인 맞물림의 전체 길이에 비례하여 감소시킨다. 특징부에 가까운 스플라인을 기계 가공하는(machining) 통상의 종래 기술 방법은 성형(shaping) 및 밀링(milling)을 포함한다. 성형은 환형 형태의 릴리프 영역 내로, 스플라인의 사용가능한 부(portion)를 통하여 이동하고 후퇴하는, 역방향 바로 앞에서 멈추며, 사이클을 반복하는, 스플라인 축과 평행한 고정된 절삭 공구를 포함한다. 밀링은 환형 형태의 릴리프 영역 내로, 스플라인의 사용가능한 부(portion)를 통하여 이동하고 후퇴하는, 역방향 바로 앞에서 멈추며, 사이클을 반복하는, 스플라인 축에 정상적인 회전 절삭 공구를 포함한다.

도 1은 종래의 커터 성형기((cutter-shaper, 106) 및 그것의 작동 경로와 함께 베이스(base, 101), 숄더(102), 실린더형 외부 스플라인 부(199), 및 환형 공구 릴리프(103)를 갖는 가공물(101A)을 도시한 종래의 외부 스플라인 도면(1a)의 라인 1-1을 따라 절단된 단면도(100)이다. 실린더형 외부 스플라인은 복수의 톱니(teeth, 104)를 포함한다. 참조번호 105는 스플라인의 상단 부를 나타낸다.

계속해서 도 1을 참조하면, 커터 성형기 공구(106)는 가공물(101A)을 자르는, 혹은 더 자세히는 실린더형 스플라인 부(199)를 자르는, 복수의 커터 성형기 공구 블레이드(107)를 포함한다. 커터 움직임(108)은 커터 성형기(106)의 하향 스트로크(downward stroke, 109), 그 다음에 스플라인(가공물)으로부터 커터 성형기 공구(106)를 제거하는 측면 혹은 역 스트로크(110), 그 다음에 커터 성형기 공구의 수직 혹은 상향 스트로크(11), 및 마지막으로 또 다른 절삭을 위하여 일직선으로 커터 성형기 공구(106)를 이동시키는 재위치 스트로크(repositioning stroke, 112)를 포함한다. 반제품을 생산하기 위하여 커터 성형기 공구(106)의 몇몇 혹은 다중 경로가 만들어진다. 가공물(101A)은 커터 성형기 공구(106)와 동시에 회전된다.

도 1a는 도 1의 배경도(100A)이며 외부 스플라인을 지탱하는 상부 실린더 부 주위 및 외부 스플라인 톱니 아래를 원주상으로 확장하는 환형 커터 성형기 공구 릴리프(103)를 도시한다. 도 1a를 참조하면, 톱니(121), 톱니 면(122) 및 톱니 필렛(tooth pillet, 123)이 도시된다. 도 1b는 종래 기술인 도 1a의 정면도이다. 도 1c는 위에서 설명된 동일한 부품을 도시한 종래 기술 도 1a의 상면도이다.

도 2는 암 연결 부재(칼라 부재, 201A)의 베이스(201), 카운터보어 맞물림 표면(206), 실린더형 내부 스플라인 부(톱니(205), 톱니 공간(204)), 및 성형기 커터 공구 릴리프(shaper-cutter tool relief, 203)를 도시한 배경도(200)이다. 참조 번호 202A는 내부 스플라인을 나타낸다. 암 칼라 연결을 만드는 절삭 성형기 공구는 도시되지 않는다.

도 2a는 도 2의 라인 2A-2A를 다라 절단된 종래 기술의 단면도(200A)이다. 카운토보어 맞물림 표면(206)과 같이 도 2a에 내부 원주 성형기 커터 공구 환형 공구 릴리프(203)가 잘 도시된다. 대표적인 톱니(205) 및 대표적인 톱니 공간(204)이 도 2a 및 2b에 잘 도시된다. 도 2b는 도 2의 상단도(200B)이다.

도 3은 유효 면 넓이(EF), 환형 커터 성형기 공구 릴리프(103, 203) 및 스플라인 연결의 전체 길이(SC)를 도시한 종래 기술의 내부 스플라인(220A) 및 함께 결합된 종래 기술의 외부 스플라인(199)의 단면도(300)이다. 종래 기술의 스플라인 연결의 유효 면 넓이(EF)는 상대적으로 작으며 따라서 길이는 하중을 한정한다. 상대적으로 작은 것에 의해, 유효 면 넓이(EF)는 단지 스플라인 연결 길이의 일부를 의미한다. 종래 기술의 스플라인 연결의 유효 면 넓이(EF)는 단지 스플라인 연결의 길이의 50%일 수 있다. 도 3에 도시된 것과 같이, 외부 스플라인(199) 및 내부 스플라인(220A)의 제조 면 넓이(manufactured face width, FW)는 동일하다.

스플라인을 디자인하는데 있어서, 스플라인 연결에 의해 전달되기 위하여 필요한 하중(토크)이 확인된다. 다음으로, 전달된 토크의 함수로서의 스플라인 크기가 필요한 피치 직경(pitch diameter)의 적절한 범위를 결정한다. 스플라인의 캐패시티를 전달하는 토크는 피치 직경, 전단 응력(shear stress) 및 스플라인 연결의 길이의 함수이다. 일단 피치 직경이 명시되면, 디자인 엔지니어는 그때 내부 및 외부 스플라인 톱니의 모든 톱니가 맞물리지는 않을 수 있는 것을 고려한 스플라인 연결의 길이를 계산한다. 토크를 효율적으로 전달하기 위하여 스플라인 연결을 효율적으로 사용하고 유효 면 넓이(EF)를 최대화하는 것이 중요하다. 도 1. 1a, 1b, 1c, 2, 2a, 2b 및 2c에 도시된 종래 기술에서, 커터 성형기가 완전히 자르며 스플라인으로부터 후퇴하도록 허용하기 위하여 스플라인의 단 및 인접한 특징부 사이에 큰 환형 커터 성형기 릴리프가 필요하다. 환형 커터 성형기 릴리프는 도 3의 CR로서 디자인되며 유효 면 넓이는 다음과 같이 표현된다:

EF=SC-2CR

따라서, 환형 커터 성형기 공구 릴리프의 길이는 종래 기술의 스플라인 연결의 유효 면 넓이를 감소시키는 것을 도 3으로부터 쉽게 도시될 수 있다. 환형 커터 성형기 공구 릴리프가 갖는 문제는 스플라인이 인접한 특징부를 제조할 때마다 발생한다. 일반적으로, 인접한 특징부는 숄더 및 카운터보어이나, 그것에 적용된 이름과 관련된 또 다른 인접한 특징부가 상당한 공구 릴리프를 필요로 할 것과 같이 문제점을 야기할 것이다.

동일한 하중 전달 능력을 위하여 환형 릴리프를 사용하는 종래의 스플라인 연결보다 짧은 스밀링된 스플라인 연결 길이를 만드는 것이 본 발명의 목적이다.

스플라인 연결의 넓이와 동일한 스밀링된 스플라인 유효 면 넓이를 만드는 것이 본 발명의 또 다른 목적이다.

주어진 스플라인 연결 및 주어진 피치 직경에 대한 하중 전달 능력을 증가시키는 것이 본 발명의 또 다른 목적이다.

각진 릴리프 혹은 원뿔 형태의 릴리프가 인접한 숄더 및 카운터보어 내로 스밀링되는, 수(male) 스플라인 연결 장치 및 암 스플라인 연결 장치를 포함하는 스밀링된 스플라인 연결을 생산하는 것이 본 발명의 또 다른 목적이다.

이미 존재하는(사용되는) 스플라인으로 사용될 수 있는 수 스플라인 연결 장치 혹은 암 스플라인 연결 장치를 생산하는 것이 본 발명의 또 다른 목적이다.

그것들의 유효 면 넓이를 최대화하기 위하여 스플라인 연결 내의 환형 릴리프를 제거하며 그것들의 유효 면 넓이를 스플라인 연결 길이와 동일하게 만드는 것이 본 발명의 또 다른 목적이다.

스플라인의 형태는 공구의 형태에 의해 정의되며 직선 면, 각진 면, 나선형, 완전한 곡선, 혹은 디자인하기 바람직할 수 있는 다른 형태일 수 있다. 스밀링은 통상의 기계 장비 및 상대적으로 저가의 공구를 갖는 외부 샤프트 및 내부 칼라 모두에 실행될 수 있다. 스밀링은 용어 성형 및 밀링의 조합이다. 스밀링 과정은 성형 일부 특징 및 밀링의 일부 특징을 가지며, 따라서 이러한 과정에 붙여진 이름이 "스밀링"이다. 스밀링 과정으로 생산된 제품은 "스밀링된(smilled)" 것으로 불린다.

성형 및 밀링 작용의 조합, 혹은 스밀링에 의해, 절삭 공구는 스플라인의 전체 사용가능한 부를 통하여 이동하며 후퇴, 역방향 전에 인접한 특징부의 면 내로 각진 릴리프를 기계가공한다. 각진 릴리프는 부분적으로 원뿔 형태의 부를 포함한다. 스밀링 디자인 및 제조 방법은 환형 스플라인 릴리프를 위한 필요성을 제거하며 스플라인 맞물림의 전체 길이가 강도를 위하여 이용될 수 있다. 스밀링 과정에 의해 제조된 스플라인 연결 장치의 유효 넓이는 공간을 보호하며 스플라인 연결의 능력을 전달하는 하중을 증가시킨다.

스플라인 공구 커터의 사용은 각각의 톱니 공간의 크기를 완성하는데 단지 하나의 경로만을 필요로 한다. 회전 커터는 기본적으로 톱니 공간 형태를 생산하는 단의 형태를 갖는 표준이다. 형태는 직선 면(90^o), 각진(30^o 혹은 45^o), 나선형(기본 원형 및 압력 각에 의해 정의된 것과 같이), 완전 반경(사인 파와 유사한) 등일 수 있다. 가공물은 각각이 톱니 공간(360^o/톱니의 수)을 완성하여 인덱스(index)된다. 홀딩 각(holding angle, 경사 각)은 공구 디자이너가 결정할 것이다(각진 릴리프를 생성하기 위하여 숄더로 들어갈 때 45^o는 강성의 공격 각을 제공한다). 중요한 한 가지 양상은 결합 부분이 최대 맞물림을 갖는 숄더-투-숄더(shoulder-to-shoulder)에 위치하는 것과 같이 인접한 숄더 내로 전체 스플라인 맞물림 길이의 바로 아래를 스밀링하는 것이다. 숄더 아래의 릴리프 포켓(relief pocket)은 서로 맞물려서는 안된다.

스밀링 스플라인 연결은 종래의 성형 및 릴리프 설정보다 높은 64%의 토크 운반량으로 만족스럽게 테스트되어 왔다.

베이스 부, 숄더 부 및 실린더 부를 포함하는 수 스플라인 연결 장치가 개시된다. 숄더 부는 베이스 부 및 실린더 부 사이에 존재한다. 실린더 부는 그 위에 외부 스플라인을 포함하며, 외부 스플라인은 인접한 톱니 공간 사이에 복수의 톱니를 형성하는, 그 안에 서로 떨어져 원주상으로 간격을 두는 복수의 톱니 공간을 포함한다. 톱니 공간은 인접한 톱니 및 인접한 톱니를 연결하는 필렛(fillet)에 의해 형성된다. 복수의 톱니 공간 각각은 수 스플라인 연결 장치의 숄더 및 베이스 부 내로 각지게 확장하는 공구 간격을 위하여 스플라인 릴리프 부를 포함한다. 외부 스플라인의 복수의 톱니 각각은 각진 면, 직선 면, 나선형, 완전 곡면, 혹은 일직면일 수 있는 면들을 포함한다.

베이스 부 및 상부를 포함하는 암 칼라 연결 장치가 개시된다. 상부는 그 안에 우묵 들어간 일반적으로 실린더형 형태의 허브 부를 포함한다. 허브 부는 카운터보어 맞물림 표면에서 끝나는 내부 스플라인을 포함한다. 내부 스플라인은 인접한 톱니 공간 사이에 복수의 톱니를 형성하는, 그 안에 서로 떨어져 원주상으로 간격을 두는 복수의 톱니 공간을 포함한다. 톱니 공간은 인접한 톱니 및 인접한 톱니를 연결하는 필렛에 의해 형성된다. 복수의 톱니 공간 각각은 카운터보어 맞물림 표면 내로 각지게 확장하는 공구 간격을 위한 각지게 방향지워진 스플라인 릴리프 부를 포함한다. 내부 스플라인의 복수의 톱니 각각은 각진 면, 직선 면, 나선형, 완전 곡면, 혹은 일직면일 수 있는 면들을 포함한다.

여기에 스플라인 연결 장치가 개시되며 수 스플라인 장치 및 암 칼라 장치를 포함한다. 수 스플라인 연결 장치는 베이스 부, 숄더 부 및 실린더 부;를 포함한다. 숄더부는 베이스 부 및 상기 실린더 부 사이에 존재한다. 실린더 부 상에 외부 스플라인이 존재하며 인접한 제 1 톱니 공간 사이에 외부 스플라인 톱니를 형성하는, 그 안에 서로 떨어져 원주상으로 간격을 두는 복수의 제 1 톱니 공간을 포함한다. 복수의 제 1 톱니 공간 각각은 인접한 외부 스플라인 톱니 및 인접한 외부 스플라인 톱니를 연결하는 필렛에 의해 형성된다. 복수의 제 1 톱니 공간 각각은 수 스플라인 연결 장치의 숄더 및 베이스 부 내로 각지게 확장하는 공구 간격을 위한 각진 스플라인 릴리프 부를 포함한다. 암 칼라 장치는 베이스 부 및 상부:를 포함한다. 일반적으로 실린더형 형태의 허브 부는 암 칼라 장치의 상부 내로 우묵 들어간다. 우묵 들어간 허브 부는 내부 원주 및 내부 스플라인을 포함한다. 내부 스플라인은 인접한 제 2 톱니 공간 사이에 내부 스플라인 톱니를 형성하는, 그 안에 서로 떨어져 원주상으로 간격을 두는 복수의 제 2 톱니 공간을 포함한다. 복수의 제 2 톱니 공간은 카운터보어 맞물림 표면 내로 각지게 확장하는 공구 간격을 위한 내부 스플라인 릴리프 부를 포함한다.

외부 스플라인의 복수의 외부 스플라인 톱니 각각은 내부 스플라인의 복수의 제 2 톱니 공간 중 각각의 하나에 존재한다. 내부 스플라인의 복수의 내부 스플라인 톱니 각각은 외부 스플라인의 복수의 제 1 톱니 공간 중 각각의 하나에 존재한다. 외부 스플라인의 복수의 외부 스플라인 톱니 각각은 복수의 내부 스플라인 톱니 중 두 개와 상호 맞물릴 수 있으며 복수의 내부 스플라인 각각은 외부 스플라인의 복수의 외부 스플라인 톱니 중 두 개와 상호 맞물릴 수 있다. 수 스플라인 장치의 외부 스플라인의 복수의 외부 스플라인 톱니 각각은 제 1 길이를 가지며 암 칼라 장치의 허브 부의 내부 스플라인의 복수의 내부 스플라인 톱니 각각은 제 1 길이와 동일한 제 2 길이를 갖는다. 제 1 및 제 2 길이는 스밀링 과정에 의해 만들어진 스플라인 연결 장치의 유효 면 넓이(EFs)이다. 외부 스플라인의 전체 길이는 토크 전달의 효과를 최대화하기 위하여 내부 스플라인의 전체 제 2 길이와 맞물린다.

수 스플라인 장치의 실린더 부는 암 칼라 장치의 상부 내에 우묵 들어간, 일반적으로 실린더형 형태의 허브 부의 카운터보어 맞물림 표면과 맞물리며 수 스플라인 장치의 숄더 부는 암 칼라 장치의 상부와 맞물린다. 위에서 설명된 것과 같이, 복수의 외부 스플라인 톱니의 부는 복수의 내부 스플라인 톱니의 부와 맞물린다.

본 발명의 또 다른 표현은 수 부재 및 암 부재를 포함하는: 스플라인 연결 장치를 포함한다. 수 부재는 숄더 부 및 실린더 부를 포함한다. 수 부재의 실린더 부는 숄더 부로부터 상부의 상단까지 확장하며 그 위에 제 1 길이를 갖는 외부 스플라인을 포함한다. 암 부재는 베이스 부 및 상부를 포함한다. 상부는 그 안에 제 2 길이를 갖는 내부 스플라인을 갖는 카운터보어를 포함한다. 내부 스플라인은 카운터보어 맞물림 표면에서 끝난다. 수 및 암 부재는 암 부재의 상부와 맞물리는 수 부재의 숄더 부와 함께 결합된다. 수 부재의 실린더 부의 상부 표면은 암 부재의 카운터보어 맞물림 표면과 맞물린다. 스를라인의 제 1 및 제 2 길이는 동일하다. 외부 스플라인은 내부 스플라인과 완전히 딱 들어맞으며 스밀링된 연결의 유효 면 넓이는 스플라인의 제 1 및 제 2 길이와 동일하다.

외부 스플라인을 제조하기 위한 스밀링 과정이 개시되고 청구된다. 과정은 외부 스플라인에 의해 전달되는 하중을 결정하는 단계를 포함한다. 하중은 적용 파라미터에 의해 결정된다. 결정된 하중을 기초로 하여 외부 스플라인의 피치 직경이 선택된다. 그때 톱니의 수는 원주 피치가 충분히 크며 따라서 외부 스플라인의 톱니가 하중을 다룰 수 있는 것과 같이 선택된다. 그때 외부 스플라인의 길이는 결정된 하중 및 외부 스플라인의 선택된 피치 직경을 기초로 하여 결정된다. 다음으로, 공구 경사 각(tool inclimation angle, β)이 선택되며, 부품 공간 포함 각(part space included angle, α)이 또한 선택된다. 부품 공간 포함 각(α)은 일반적으로 적절한 압력 각을 수용하도록 원하는 합리적인 범위의 각으로부터 선택된다. 공구 원뿔 포함 각(tool cone included angle, 2τ)이 공구 경사 각 및 부품 공간 포함 각에 관하여 표현된 알고리즘을 기초로 하여 결정된다. 일단 공구 원뿔 포함 각(2τ)이 알려지면, 회전 절삭 공구의 길이는 필요로 하는 실제 외부 스플라인 면적을 기초로 하여 결정된다. 회전 절삭 공구는 일반적으로 원뿔형으로 성형된 절삭 부를 갖는다. 다음으로, 가공물이 엔드밀(endmill) 내의 적절한 가공물에 고정된다(chucked). 고정 이후에, 가공물은 적절한 크기의 공구 및 5축 마작(Mazak) 엔드밀로 스밀링 과정을 사용하여 적절한 외부 공간 각(톱니 공간)을 생성하도록 밀링된다. 과정은 공구의 간격을 위하여 가공물의 인접한 구조 내의 각진 공구 릴리프를 스밀링하는 단계를 더 포함한다. 릴리프는 부분적으로 원뿔 형태이다. 일반적으로, 가공물은 실린더형 형태이며 인접한 구조는 숄더 혹은 카운터보어 표면이다. 스플라인을 생성하기 위하여, 가공물은 회전하여 인덱스되는데 이는 원주상으로 간격을 두는 스플라인 톱니를 형성하는 가공물의 원주 주위의 복수의 균일한 간격의 각을 밀링할 수 있도록 한다.

필요로 하는 실제 외부 스플라인 면적을 기초로 하여 공구를 크기화하는 단계는 공구 공간 포함 각(2τ)에 도달하기 위하여 경사 각(β) 및 부품 공간 포함 각(α)에 관하여 표현된 알고리즘의 사용을 포함한다. 일단 공구 공간 포함 각(2τ)이 알려지면, 형태 직경(form diameter)까지 캡(cap) 반경은 공구의 일 단을 달성하며 공구 원뿔은 원하는 대로 스플라인을 완전히 스밀링하기 위하여 스플라인 외부로 충분히 길게 확장한다. 일반적으로, 경사 각(β)은 바람직하게는 30-60^o 범위이며 부품 공간 각(α)은 바람직하게는 40-75^o 범위이다. 알고리즘은 예를 들면, 여기서 아래에 표현된 방법론을 통합하여, 엑셀 스프레드시트(Excel spreadsheet)를 사용하여 실행될 수 있다.

회전 절삭 공구는 카바이드 원뿔형 절삭 부(carbide conically-shaped cutting portion)를 포함하며 공구는 각진 스플라인을 생성하기 위하여 두 개의 스트레이트 플루트(straight flute) 및 반경 캡을 포함한다. 각진 스플라인을 스밀링하는데 단일 플루트가 또한 사용될 수 있다. 만일 나선형 스플라인을 원한다면 그때 절삭 공구는 적절한 공간 각(톱니 공간) 및 나선형 톱니를 생산하기 위하여 복수의 나선형 반경을 포함한다. 나선형 반경은 나선형 톱니의 원하는 형태에 의해 결정된다.

내부 스플라인을 제조하기 위한 과정이 개시되고 청구된다. 과정은 외부 스플라인과 관련하여 위에서 설명된 것과 동일한 단계인 내부 스플라인에 의해 전달되는 하중을 결정하는 단계를 포함한다. 다음으로, 위에서 설명된 것과 같이 결합하는 외부 스플라인의 피치 직경이 선택된다. 다음으로, 결정된 하중을 기초로 한 내부 스플라인 장치의 길이 및 외부 스플라인 장치의 선택된 피치 직경이 결정된다. 다음으로, 외부 스플라인의 원주 피치가 충분히 크며 따라서 외부 스플라인의 톱니가 하중을 다룰 수 있는 것과 같이 톱니의 수(N)가 선택된다. 다음으로, 외부 부품 공간 포함 각(2α^o)이 선택되며 공식 2α^o-((360/N)^o)을 사용하여 내부 부품 공간 포함 각이 결정된다. 경사 각(β) 및 내부 부품 공간 포함 각(2α^o-((360/N)^o))에 관하여 표현된 알고리즘을 기초로 하여 공구 원뿔 포함 각(2τ)을 결정하기 위하여 공구 경사 각(β)이 선택된다. 회전 절삭 엔드밀 공구는 그리고 나서 공구 공간 포함 각(2τ)에 도달하기 위하여 경사 각 및 내부 부품 공간 포함 각(2α^o-((360/N)^o))에 관하여 표현된 알고리즘을 기초로 하여 크기화된다. 일단 공구 공간 포함 각(2τ)이 알려지면, 형태 직경까지 캡 반경은 공구의 일 단을 달성하며 공구 원뿔은 원하는 대로 부품을 완전히 스밀링하기 위하여 스플라인 외부로 충분히 길게 확장한다. 적절한 가공물은 그리고 나서 마작 엔드밀 혹은 상업적으로 이용가능한 다른 형태의 다축 엔드밀 내에서 고정된다. 회전 절삭 카바이드 공구 각진 형태 릴리프는 그리고 나서 가공물의 인접한 가공물 내에 스밀링된다. 일반적으로, 적절한 가공물은 그 안에 카운터보어를 포함하며 차례로, 카운터보어는 내부 원주를 갖는다. 원주상으로 간격을 두는 적절한 내부 스플라인 톱니 및 동일한 간격을 두는 내부 공간 각(톱니 공간)을 생산하기 위하여, 가공물은 회전하여 인덱스되는데 이는 가공물의 카운토보어의 내부 원주 주위의 복수의 균일한 간격을 두는 적절한 내부 공간 각(톱니 공간)을 밀링할 수 있도록 하며 따라서 원주상으로 간격을 두는 내부 스플라인 톱니를 형성한다. 사용되는 회전절삭 공구는 일반적으로 환형 공구 릴리프를 갖는 스플라인을 제조하기 위하여 사용되는 성형기 커터 공구보다 훨씬 덜 비싸다.

인접한 구조에 근접한 스플라인을 제조하기 위한 과정이 개시되고 청구된다. 가공물은 상부 실린더 부 및 인접한 구조를 포함하며, 상부 실린더 부는 단 부 및 길이를 포함한다. 회전 절삭 공구는 가공물의 상부 실린더 부와 관련하여 경사 각에서 지향되며, 물론, 회전 절삭 공구는 원하는 절삭 작용을 실행하기 위하여 회전한다. 가공물의 상부 실린더 부의 단 부는 회전하는 회전 절삭 공구에 의해 맞물린다. 회전 절삭 공구는 상부 실린더 부의 길이를 따라 그것의 절삭 작용에 의해 재료를 제거하는 가공물의 상부 실린더 부의 단 부로부터 이동되며 회전하는 절삭 공구 릴리프를 형성하는 가공물의 인접한 구조 내로 이동된다. 회전 절삭 공구 릴리프는 원뿔 형태의 절삭 공구에 의해 형성된 각진 포켓의 형태이다. 공구의 절삭 작용에 의해 톱니 공간이 또한 형성된다. 다음으로, 회전 절삭 공구가 가공물의 인접한 구조로부터 회전하는 회전 절삭 공구의 경사 각을 따라 후퇴된다. 회전 절삭 공구는 그리고 나서 그것의 초기 위치(홈(home))에 수직으로 돌아오며 가공물은 다음 스밀링 작동을 위하여 위치된다. 가공물은 각각의 톱니 공간을 절삭한 후에 회전되거나, 혹은 인덱스된다. 가공물의 상부 실린더 부의 단 부를 맞물리는 단계; 회전하는 회전 절삭 공구를 상부의 길이를 따라 그것의 절삭 작용에 의해 재료를 제거하는 가공물의 상부 실린더 부의 단 부로부터 이동시키며 회전하는 절삭 공구 릴리프를 형성하는 가공물의 인접한 구조 내로 이동시키는 단계; 및 회전 절삭 공구를 가공물의 인접한 구조로부터 회전하는 회전 절삭 공구의 경사 각을 따라 후퇴시키는 단계;가 그리고 나서 반복된다.

이러한 과정과 관련하여, 외부 스플라인을 위한 회전 절삭 공구를 크기화하는 단계는 부품 공간 포함 각 및 경사 각을 기초로 한다. 방금 설명된 과정은 인접한 구조가 숄더이며 회전 절삭 공구 릴리프가 경사 각에서 숄더 내로 확장하는 외부 스플라인을 생산할 수 있다.

인접한 구조에 근접한 스플라인을 제조하기 위한 또 다른 과정이 개시되고 청구된다. 과정의 단계는 그 안에 카운터보어 및 카운터보어에 근접한 인접한 구조를 갖는 가공물을 확보하는 단계를 포함한다. 카운터보어는 단 부 및 길이를 포함한다. 홈 위치에서, 회전 절삭 공구는 가공물의 카운터보어의 단 부와 관련하여 경사 각에서 지향되며, 물론, 회전하며 가공물의 카운터보어의 단 부와 맞물린다.

다음으로, 회전하는 회전 절삭 공구는 카운터보어의 길이를 따라 그것의 절삭 작용에 의해 재료를 제거하는 가공물의 카운터보어의 단 부로부터 이동되며 회전하는 절삭 공구 릴리프를 형성하는 가공물의 인접한 구조 내로 이동된다. 회전 절삭 공구 릴리프의 생성 후에, 회전 절삭 공구는 가공물의 인접한 구조로부터 회전하는 회전 절삭 공구의 경사 각을 따라 후퇴된다.

과정의 뒤따르는 단계는 회전 절삭 공구를 초기 위치(홈 위치)로 돌아오게 하는 단계; 각각의 톱니 공간을 생성한 후에 가공물의 회전에 의해 가공물을 인덱스하는 단계; 및 가공물의 카운터보어의 단 부를 회전하는 회전 절삭 공구와 맞물리는 단계; 카운터보어의 길이를 따라 그것의 절삭 작용에 의해 재료를 제거하는 가공물의 카운터보어의 단 부로부터 이동시키며 회전하는 절삭 공구 릴리프를 형성하는 가공물의 인접한 구조 내로 이동시키는 단계; 및 회전 절삭 공구를 가공물의 인접한 구조로부터 회전하는 회전 절삭 공구의 경사 각을 따라 후퇴시키는 단계;를 반복하는 단계;를 포함한다.

전술된 과정은 내부 스플라인을 생산할 수 있고 인접한 구조는 카운터보어 맞물림 표면일 수 있으며 회전 절삭 공구 릴리프는 경사 각에서 카운터보어 내로 확장한다. 이러한 과정과 관련되어, 회전 절삭 공구를 크기화하는 단계는 공구 원뿔 포함 각에 도달하기 위하여 부품 공간 포함 각 및 경사 각을 기초로 한다.

본 발명의 이러한 목적 및 다른 목적들은 아래에 설명될 본 발명의 도면 및 살명들을 참조할 때 더 잘 이해될 것이다.

도 1은 종래의 커터 성형기 및 그것의 작동 경로와 함께 베이스, 숄더, 실린더형 외부 스플라인 부, 및 환형 공구 릴리프를 도시한 종래 기술의 도 1a의 라인 1-1을 따라 절단된 단면도이며,
도 1a는 도 1의 배경도이다.
도 1b는 종래 기술 도 1a의 정면도이다.
도 1c는 종래 기술 도 1a의 상면도이다.
도 2는 암 연결 부재(칼라 부재)의 베이스, 숄더, 실린더형 내부 스플라인 부, 및 성형기 커터 공구 릴리프를 도시한 배경도이다.
도 2a는 도 2의 라인 2A-2A를 따라 절단된 종래 기술의 단면도이다.
도 2b는 도 2의 상면도이다.
도 3은 유효 면 넓이, 환형 커터 릴리프 및 스플라인 연결의 전체 길이를 도시한 종래 기술의 내부 및 외부 스플라인의 단면도이다.
도 4는 피치 직경, 외부 골 지름과 외부 외경, 내부 골 지름과 내부 외경, 및 원주 피치를 도시한 스밀링 과정을 사용하여 제조된 각진 스플라인 연결 장치의 외부 및 내부 스플라인의 개략도이다.
도 4a는 외부 공간 각, 내부 톱니 각, 내부 공간 각, 및 외부 톱니 각을 도시한 스밀링 과정을 사용하여 제조된 각진 스플라인 연결 장치의 외부 및 내부 스플라인의 개략도이다.
도 4b는 피치 직경, 외부 골 지름과 외부 외경, 내부 골 지름과 내부 외경, 및 원주 피치를 도시한 스밀링 과정을 사용하여 제조된 나선형의 스플라인 연결 장치의 외부 및 내부 스플라인의 개략도이다.
도 5는 가공물의 숄더 부 및 베이스 부 내로 절단된 각진 릴리프를 갖는 외부 스플라인을 생산하기 위하여 각진 카바이드 엔드밀로 기계가공된, 도 5a의 라인 5-5를 따라 절단된 가공물의 부분 단면도이다.
도 5a는 실린더 부의 상부 상의 완성된 외부 스플라인, 및 중간 숄더 및 베이스 부 내로 절단된 공구 간격을 위한 각진 릴리프를 도시한 가공물의 배경도이다.
도 5b는 도 5에 도시된 가공물의 상면도이다.
도 5c는 도 5b의 라인 5C-5C를 따라 절단된 단면도이다.
도 6은 가공물 내의, 카운터보어 맞물림 표면에서 끝나는 카운터보어 내에 있는 내부 스플라인의 배경도이다.
도 6a는 가공물의 카운터보어 맞물림 표면 및 상부 내로 절단된 내부 스플라인 및 각진 릴리프를 도시한 도 6의 라인 6A-6A를 따라 절단된 단면도이다.
도 6b는 가공물의 상부의 상부 표면을 도시한 도 6 및 6a에 도시된 가공물의 상면도이다.
도 7은 완전히 상호 맞물리거나 함께 결합되는 수 스플라인 장치 암 칼라 장치의 단면도이다.
도 7a는 부분적으로 상호 맞물리거나 함께 결합되는 수 스플라인 장치 암 칼라 장치의 단면도이다.
도 7b는 서로 떨어져 분리된 수 스플라인 장치 암 칼라 장치의 단면도이다.
도 7c는 상호 맞물린 상태의 수 스플라인 장치의 외부 스플라인 및 암 스플라인 장치의 내부 스플라인을 도시한 도 7의 라인 7C-7C를 따라 절단된 단면도이다.
도 7d는 도 7c의 확대도이다.
도 7e는 스밀링 과정에 의해 만들어진 도 7에 도시된 장치가 스플라인 연결의 길이(SC)와 동등한 유효 면 넓이(EF)를 가지며 도 3의 종래 기술의 유효 면 넓이(EF)는 동일한 스플라인 연결의 길이(SC)에 대한 유효 면 넓이보다 매우 작다는 것을 도시하는, 서로에 관해 도시된 두 도 7 및 도 3의 단면도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예, 즉, 45^o의 경사 각에 지향되는 엔드밀을 사용하여 가공물 상에 스밀링되는 외부 스플라인을 도시한 수 스플라인 장치의 정면도이다.
도 8a는 또 다른 가공물의 배경도이다.
도 8b는 도 8a의 가공물의 상면도이다.
도 8c는 도 8b의 라인 8B-8B를 따라 절단된 도 8b의 단면도이다.
도 8d는 본 발명의 또 다른 실시 예, 즉, 외부 스플라인과 인접한 숄더 내에 원주 릴리프를 갖는, 도 8 및 8a에 도시된 가공물과 유사한 가공물의 실시 예이다.
도 8e는 도 8d의 상면도이다.
도 8f는 도 8e의 라인 8F-8F를 따라 절단된 단면도이다.
도 8g는 내부 공간(톱니 공간)을 내부 스플라인의 톱니와 결합할 수 있는 수 스플라인 장치의 실린더 부 내로 스밀링하는 공구를 도시한 도 8의 라인 8G-8G를 따라 절단된 상면도이다.
도 9는 가공물과 관련하여 45^o의 경사 각에서 스밀링 커터 카바이드 공구를 도시한 스밀링 과정의 개략도이다.
도 9a는 공구 원뿔 포함 각(2τ)을 결정하기 위하여 타원형 돌출부의 일부로서 도시된, 경사 각(β), 및 부품 공간 경사 각(2α)에서의 스밀링 커터 카바이드 공구의 개략도이다.
도 9b는 도 9c에 도시된 것과 같이 공구의 절삭 프로파일을 갖는 부품 공간 포함 각의 타원형 돌출부를 지향하는 시계반대방향으로 90^o 회전된 타원형 돌출부를 갖는 도 9a의 라인 9B-9B를 따라 절단된 도면이다.
도 9c는 부품 공간 포함 각의 타원형 돌출부의 방향에서 본 카바이드 스밀링 커터를 도시한 도 8g의 확대도이다.
도 9d는 가공물로부터 아직 제거되지 않는 재료를 도시한 도 9a와 유사한 개략도이다.
도 9e는 공구 원뿔 포함 각을 기초로 한 등식을 기초로 한 공구, 공구 경사 각, 및 부품 공간 반각의 개략도이다.
도 10은 그 안에 스밀링 과정에 의해 만들어진 카운터보어 및 내부 스플라인을 갖는 캐리어이다.
도 10a는 도 10의 상면도이다.
도 11은 제 1 및 제 2 플루트를 갖는 나선형 카바이드 엔드밀 절삭 공구의 단면도이다.
도 11a는 라인 11A-11A의 방향으로 절단된 나선형 카바이드 엔드밀 절삭 공구의 단면도이다.
도 11b는 서로 다른 반경(R1, R2, R3)을 도시한 나선형의 엔드밀의 표면의 확대도이다.
도 12는 각진 카바이드 엔드밀 절삭 공구의 정면도이다.
도 12a는 도 12의 각진 카바이드 엔드밀 절삭 공구의 단면도이다.

도 4는 피치 직경(D), 내부 긴 지름(major internal diameter, Dri), 외부 긴 지름(dae), 내부 골 지름(minor internal diameter, Dai), 외부 골 지름(Dre), 및 원주 피치(circular pitch, CP)를 도시한 스밀링 과정을 사용하여 제조된 각진 스플라인 연결 장치의 외부 및 내부 스플라인의 개략도(400)이다. 도 4는 또한 각진 외부 톱니의 톱니 두께(TT) 및 내부 스플라인의 공간 폭(SW)을 도시한다. 작동 깊이(WD) 및 외부 스플라인 톱니 및 내부 긴 지름(Dri) 사이의 간격(Cr)과 같이 형태 내부 직경(Dfi) 및 형태 외부 직경(Dfe)이 도 4에 도시된다.

도 4a는 외부 공간 각(SAe), 내부 톱니 각(TAi), 내부 공간 각(SAi) 및 외부 톱니 각(TAe)을 도시한 스밀링 과정을 사용하여 제조된 각진 스플라인 연결 장치의 외부 및 내부 스플라인의 개략도(400A)이다. 외부 공간 각(SAe)은 부품 공간 경사 각(2α)과 동일한 60^o로 가정하며 공구 원뿔 포함 각(2τ)을 계산하기 위하여 부품 슬롯 반각(part slot half angle, α)에 대한 값이 사용된다. 일단 공구 원뿔 포함 각(2τ)이 알려지면, 형태 직경까지 캡 반경은 공구의 일 단을 달성하며 공구 원뿔은 완전한 부품을 만들기 위하여 부품 외부로 충분히 길게 확장한다. 내부 부품 공간 포함 각(2α^o-((360/N)^o))이 도 4a에 도시되는데 이때 α는 부품 슬롯 반각이며, N은 톱니의 수이다. 도 4a에 백래쉬(backlash, B)가 또한 도시된다.

도 4b는 피치 직경(D), 내부 긴 지름(Dri), 외부 긴 지름(Dae), 내부 골 지름(Dai), 외부 골 지름(Dre) 및 원주 피치(CP)를 도시한 스밀링 과정을 사용하여 제조된 나선형의 스플라인 연결 장치의 외부 및 내부 스플라인의 개략도(400B)이다. 도 4b는 또한 나선형 외부 톱니의 톱니 두께(TT) 및 내부 스플라인의 공간 폭(SW)을 도시한다. 형태 내부 직경(Dfi) 및 형태 외부 직경(Dfe)이 도 4b에 도시된다. 압력 각(Φ) 및 백래쉬(B)가 또한 도 4b에 도시된다. 나선형 실시 예의 경우에 있어서, 외부 공간 각(SAe)은 부품 공간 경사 각(2α)과 동일한 60^o로 가정하며 스플라인의 실제 스밀링을 위한 공구 크기를 계산하기 위하여 그때 다른 파라미터와 함께 사용되는 공구 포함 각을 계산하기 위하여 부품 슬롯 반각(α) 및 경사 각에 대한 값이 사용된다. 일단 공구 원뿔 포함 각(2τ)이 알려지면, 형태 직경까지 캡 반경은 공구의 일 단을 달성하며 공구 원뿔은 완전한 부품을 스밀링하기 위하여 부품 외부로 충분히 길게 확장한다. 스플라인의 실제 스밀링을 위한 공구 크기를 계산하기 위하여 그때 다른 파라미터와 함께 사용되는 공구 경사 각을 계산하기 위하여 사용되는, α는 부품 슬롯 반각이며, N은 톱니의 수인, 내부 부품 공간 포함 각(2α^o-((360/N)^o))이 사용된다. 일단 공구 원뿔 포함 각(2τ)이 알려지면, 형태 직경까지 캡 반경은 공구의 일 단을 달성하며 공구 원뿔은 완전한 부품을 스밀링하기 위하여 부품 외부로 충분히 길게 확장한다. 도 4b에 백래쉬(B) 및 베이스 서클(base circle)이 또한 도시된다.

도 11은 제 1(1104) 및 제 2 플루트(1105)를 갖는 나선형 카바이드 엔드밀 절삭 공구(1102)의 정면도(1100)이다. 참조 번호 1101은 공구의 길이를 표현하도록 사용되며 참조 번호 1103은 생크(shank)의 직경을 나타낸다. 도 11a는 라인 11A-11A의 방향으로 절단된 나선형 카바이드 엔드밀 절삭 공구(1102)의 단면도(1100A)이다. 도 11b는 서로 다른 반경(R1, R2, R3)을 도시한 나선형의 엔드밀의 표면의 확대도(1100B)이다. 이러한 반경은 여기서 설명되는 것과 같이 외부 스플라인 혹은 내부 스플라인 중의 하나 상의 나선형 톱니를 자른다. 참조 번호 1107은 공구 원뿔 포함 반각(τ)을 나타낸다.

도 12는 일반적으로 원뿔 형태의 각진 카바이드 엔드밀 절삭 공구(1201A)의 정면도(1200)이다. 도 12a는 도 12의 각진 카바이드 엔드밀 절삭 공구(1201A)의 단면도(1200A)이다. 각진 카바이드 엔드밀 절삭 공구(1201A)의 생크 직경(1201), 절삭 공구의 길이(1202) 및 공구 원뿔 포함 각(1203)이 도 12a에 도시된다. 절삭 표면 길이(1204) 및 플루트 표면의 길이(1205)가 또한 도 12a에 도시된다. 참조 번호 1206, 1207은 제 1 플루트를 나타내며 참조 번호 1208, 1209는 제 2 플루트를 나타낸다.

도 4a를 참조하면, 2α=60^o의 부품 공간 포함 각 및 경사 각(β, 45^o)에 대하여, 도 9e로부터 유래된 아래에 지시된 공식을 사용하여 공구 원뿔 포함 각(1203)은 41.40^o로 계산된다. 일단 공구 원뿔 포함 각(2τ)이 알려지면, 형태 직경까지 캡 반경은 공구의 일 단을 달성하며 공구 원뿔은 완전한 부품을 스밀링하기 위하여 부품 외부로 충분히 길게 확장한다.

도 9는 가공물을 절삭하는 가공물과 관련하여 45^o의 경사 각에서 각진 스밀링 커터 카바이드 공구(536)를 도시한 스밀링 과정의 개략도(900)이다. 참조 번호 845T는 절삭 공구(536) 뒤의 톱니이다.

도 4a 및 도 9를 참조하면, 참조 번호 846S는 도 9에서 비록 단 하나의 톱니(845T) 만이 보이나, 외부 공간 각(SAe)을 나타낸다. 성형 및 밀링 작용의 조합, 혹은 스밀링에 의해, 절삭 공구는 스플라인의 전체 사용가능한 부를 통하여 이동할 수 있으며 리트랙팅(540), 역방향(541) 앞의 절삭 공구 릴리프(846R)를 인접한 특징부(836)의 표면 내로 기계 가공하며, 사이클(542, 539, 540, 541)을 반복한다. 이러한 실시 예에 있어서, 인접한 특징부(836)는 숄더이다. 스밀링 디자인 및 제조 방법은 스플라인 아래 혹은 위에 원주상으로 위치되는 환형 스플라인 릴리프의 필요성을 제거한다. 스밀링 장치 및 과정의 사용으로, 증가된 스플라인 연결 강도를 위한 맞물림을 위하여 스플라인의 전체 길이가 사용될 수 있다. 스플라인 연결 장치의 유효 넓이는 공간을 절약하며 하중 전달 능력을 증가시킨다.

계속 도 9를 참조하면, 각진 기원의 절삭 공구(536)는 도 9에 도시된 것과 같이 아래쪽으로 단지 하나의 통로만을 만든다. 도시된 것과 같이 절삭 공구(536)는 오른손잡이용 커터이다. 그러나, 어떠한 절삭 방향도 사용될 수 있으며, 예를 들면, 왼손잡이용 커터도 사용될 수 있다. 도 9는 또한 외부 긴 지름(Dae) 및 외부 골 지름(Dre)을 도시한다.

계속 도 9를 참조하면, 가공물의 상부 실린더 부의 단 부(837)는 회전하는 회전 절삭 공구(536)에 의해 통로(542)를 따라 맞물린다. 회전 절삭 공구(536)는 가공물의 상부 실린더 부의 단 부(837)로부터 공간 각(846S, 톱니 공간)을 형성하는 도면의 통로(539)에 따른 상부 실린더 부의 길이를 따라 이동되며 회전 절삭 공구 릴리프(846R)를 형성하는 가공물의 인접한 구조(836, 예를 들면, 숄더(836)) 내로 이동된다. 다음으로, 회전 절삭 공구(536)는 가공물의 인접한 구조(숄더, 836)로부터 회전하는 회전 절삭 공구(536)의 경사 각에서 통로(540)를 따라 후퇴된다. 회전 절삭 공구(536)는 그리고 나서 통로(541)를 따라 그것의 초기 위치로 돌아오며 가공물은 다음 스밀링 작동을 위하여 위치된다. 가공물은 다음 스밀링 작동 이전에 회전하여 인덱스된다. 통로(542)를 따라 가공물의 상부 실린더 부의 단 부(837)를 회전하는 회전 절삭 공구에 맞물리는 단계; 회전하는 회전 절삭 공구를 가공물의 상부 실린더 부의 단 부(837)로부터 통로(539) 및 상부의 길이를 따라 이동시키며 회전 절삭 공구 릴리프를 형성하는 가공물의 인접한 구조(836) 내로 이동시키는 단계; 및 회전 절삭 공구를 통로(540)를 따라 가공물의 인접한 구조로부터 회전하는 회전 절삭 공구의 경사 각을 따라 후퇴시키는 단계;가 그리고 나서 반복된다. 회전 절삭 공구(536)는 그리고 나서 통로(541)를 따라 초기 위치로 돌아오며 가공물은 다음 스밀링 작동을 위하여 위치된다.

도 9d는 가공물로부터 아직 제거되지 않는 재료를 도시한 도 9a와 유사한 개략도이다. 이전에 설명된 것과 같이, 외부 스플라인 혹은 내부 스플라인으로부터 재료를 제거하기 위하여 단지 하나의 통로만이 필요하다.

도 9a는 직교 면에서 경사 각(β) 및 횡단면에서 타원형 돌출부의 일부로서 도시된 부품 공간 경사 각(2α)에서의 스밀링 커터 카바이드 공구의 개략도(900A)이다. 도 9b는 도 9c에 도시된 것과 같이 공구의 절삭 프로파일을 갖는 부품 공간 포함 각의 타원형 돌출부를 향하는 시계반대방향으로 90^o 회전된 타원형 돌출부를 갖는 도 9a의 라인 9B-9B를 따라 절단된 도면(900B)이다. 도 9c는 부품 공간 포함 각(2α)의 타원형 돌출부의 방향에서 본 카바이드 스밀링 절삭 공구(536)를 도시한 도 8g의 확대도(900C)이다.

도 9e에 도시된 분석의 목적은 공구 원뿔 포함 각(2τ)의 결정이다. 공구 원뿔 포함 각(2τ)의 이해는 공구 디자이너가 주어진 경사 각(β) 및 부품 공간 반각(α)의 정확한 비율로 만들도록 허용한다. 공구 원뿔 포함 반각(τ), 주어진 경사 각(β) 및 부품 슬롯 반각(α)에 대한 해결의 유래는 도 9e를 기초로 하여 다음과 같다. 도 9a 및 9b와 관련하여 동등한 유래가 실행될 수 있으나 여기에는 도시되지 않는다. 도 9e를 참조하면, 부품 슬롯 표면에 탄젠트(tangent)인 공구 타원 상에 지점(P)의 X, Y 좌표를 위치시키는데, 여기서 W₁=공구 타원 장 반축(tool ellipse major semi-axis)이며, W₂=공구 타원 단(minor) 반축이다. 그리고 나서 바람직한 결과(τ)에 이르게 하는 높이(A)를 알아낸다.

타원의 공식은 다음과 같다:

타원 상의 어떤 지점(P)에서 탄젠트 라인 슬로프를 알아내기 위하여 타원에 대한 공식의 제 1 유도식을 얻는다.

"a" 및 τ에 대한 값은 도 9e의 삼각법에 의해 획득된다.

도 9e를 참조하면, 일단 공구 원뿔 포함 반각(τ)이 알려지면, 그리고 나서 분명히 공구 원뿔 포함 각인 2τ가 알려진다. 일단 공구 원뿔 포함 각(2τ)이 알려지면, 형태 직경까지 캡 반경은 공구의 일 단을 달성하며 공구 원뿔은 완전한 부품을 만들기 위하여 부품 외부로 충분히 길게 확장한다. 내부 스플라인의 원하는 사양과 함께 스플라인 외부 공간 각(2α)의 실제 설정이 고려되어야만 한다.

회전하는 각진 카바이드 엔드밀 절삭 공구 및 회전하는 나선형 카바이드 엔드밀 절삭 공구를 위한 공구를 크기화하는 과정은 실제로 나선형 공구와 관련된 반경(R1, R2, 및 R3)의 결정을 추가하는 것과 동일하다. 디자인 엔지니어는 나선형 톱니의 면적을 기초로 하여 시도 및 에러 과정을 통하여 R1, R2, R3를 크기화한다.

스밀링 과정으로 스플라인을 만들기 위하여 사용될 수 있는 재료는 합금강(alloy steel) 8620, 8820, 4820, 4320, 4340, 4140, 9310 등 혹은 연성 철(ductile iron) 등급 D4512, D5506, D7003 등 혹은 300 시리즈의 스테인레스강과 같으나 이에 한정하지 않는, 의도된 하중을 다룰 수 있는 모든 공학 재료들이다.

도 5는 가공물(531)의 숄더 부(532) 및 베이스 부(531B) 내로 절단된 각진 절삭 공구 릴리프(503R, 505R, 507R, 509R, 511R, 513R, 515R, 517R, 519R, 521R, 523R, 525R, 527R, 529R)를 갖는 외부 스플라인을 생산하기 위하여 각진 카바이드 엔드밀(536)로 기계가공된, 도 5a의 라인 5-5를 따라 절단된 가공물(531)의 부분 단면도(500)이다.

도 5a는 상부 실린더 부(531C) 상에 외부 스플라인 톱니(504T, 506T, 508T, 510T, 512T, 514T, 516T, 518T, 520T, 522T, 524T, 526T, 528T, 530T)를 갖는 완성된 외부 스플라인, 및 중간 숄더(532) 및 베이스 부(531B) 내로 절단된 공구 간격을 위한 각진 릴리프(503R, 505R, 507R, 509R, 511R, 513R, 515R, 517R, 519R, 521R, 523R, 525R, 527R, 529R)를 도시한 가공물의 배경도(500A)이다. 내부 스플라인 톱니와 결합하기 위한 외부 공간(톱니 공간, 503S, 505S, 507S, 509S, 511S, 513S, 515S, 517S, 519S, 521S, 523S, 525A, 527S, 529S)이 또한 도 5a에 도시된다. 실린더 상단(535)은 도 7에 도시된 것과 같이 아래에 외부 스플라인 장치(531A)가 내부 스플라인 장치(631A)에 결합될 때 여기에 설명된 것과 같이 카운터보어 맞물림 표면(630C)과 맞물린다.

다시 도 5 및 5a를 참조하면, 위에서 설명된 것과 같이 회전 절삭 공구(536)는 절삭을 시작할 수 있는 가공물(531)의 상단에 도시된다. 그러나, 도시된 것과 같이 외부 스플라인 각(톱니 공간)은 참조 번호 505S로 나타낸다. 도 5에 도시된 것과 같은 공구는 공구(536)는 오른손잡이용 절삭 공구이며 화살표(536R)는 공구의 회전을 나타낸다. 공구 상에 절삭 플루트(536A, 536B)가 도시된다. 공구는 또한 왼손잡이용 공구일 수 있으며 단지 하나의 플루트만을 사용할 수 있다.

공구의 홈 위치는 화살표(541)의 상단에 위치한다. 공구(536)는 경사 각(β)에서 화살표(542)의 통로를 따라 가공물과 맞물린다. 공구는 다음으로 화살표(539)의 통로를 따라 아래쪽으로 재료를 슬롯/공간 각/톱니 공간(505S)를 도시하는 절삭 및 절삭 뒤의 외부 스플라인 톱니(506T)의 형성을 야기하는 상부 실린더 부(531C)의 외부 원주로부터 절삭하는 단계를 진행한다. 동일한 스밀링 과정을 생산하기 위하여 다른 공구 통로가 사용될 수 있다. 예를 들면 홈 위치는 도 5를 볼 때 더 높아질 수 있다. 공구는 통로(539)를 따라 계속 진행되며 각진 릴리프를 숄더(532) 및 베이스(531B) 내로 자른다. 참조 번호 540은 경사 각(β)을 따라 공구의 후퇴를 나타낸다. 참조 번호 541은 경로(541)를 따라 공구의 홈 위치로 공구의 재위치를 나타낸다. 공구가 그것의 홈 위치로 이동되는 동안에, 가공물(531)은 다음 스밀링 작동을 위하여 가공물을 재위치시키기 위하여 화살표(537A)에 의해 나타낸 것과 같이 회전하거나 혹은 인덱스된다. 계속 도 5를 참조하면, 슬롯/외부 공간 각/톱니 공간(519S) 및 외부 스플라인 톱니(518T)가 도시된다. 참조 번호 519R은 숄더(532)로 잘려진 추가적인 각진 릴리프를 도시한다. 각각의 톱니 공간은 각각의 각진 릴리프를 갖는다.

도 5b는 도 5에 도시된 가공물의 상면도(500B)이며 공구 간격을 위한 외부 스플라인 릴리프(503R, 505R, 507R, 509R, 511R, 513R, 515R, 517R, 519R, 521R, 523R, 525R, 527R, 529R), 내부 스플라인 톱니와 결합하기 위한 외부 공간(톱니 공간, 503S, 505S, 507S, 509S, 511S, 513S, 515S, 517S, 519S, 521S, 523S, 525A, 527S, 529S), 및 외부 스플라인 톱니(504T, 506T, 508T, 510T, 512T, 514T, 516T, 518T, 520T, 522T, 524T, 526T, 528T, 530T)를 도시한다.

도 5c는 도 5b의 라인 5C-5C를 따라 절단된 단면도(500C)이며 아래에 더 상세히 설명된 것과 같이 도 7에 사용된 외부 스플라인의 도면(도 5c)이다.

도 5 및 5a를 참조하면, 베이스 부(531B), 숄더 부(532) 및 실린더 부(531C)를 포함하는 수 스플라인 연결 장치(531A)가 개시된다.

숄더 부(532)는 베이스 부(531B) 및 실린더 부(531C) 사이에 존재한다. 실린더 부(531C)는 그 위에 외부 스플라인(599S)을 포함하며, 외부 스플라인은 인접한 톱니 공간 사이에 복수의 외부 스플라인 톱니(504T, 506T, 508T, 510T, 512T, 514T, 516T, 518T, 520T, 522T, 524T, 526T, 528T, 530T)를 형성하는, 그 안에 서로 떨어져 원주상으로 간격을 두는 복수의 톱니 공간(503S, 505S, 507S, 509S, 511S, 513S, 515S, 517S, 519S, 521S, 523S, 525A, 527S, 529S)을 포함한다. 톱니 공간은 인접한 톱니 및 인접한 톱니를 연결하는 필렛에 의해 형성된다. 복수의 톱니 공간 각각은 수 스플라인 연결 장치의 숄더(532) 및 베이스 부 내로 각지게 확장하는 공구 간격을 위하여 스플라인 릴리프 부를 포함한다. 외부 스플라인의 복수의 톱니 각각은 각진 면, 직선 면, 나선형 면, 완전 곡면, 혹은 일직면일 수 있는, 면을 포함한다.

도 6은 일반적으로 카운터보어(631B)가 가공물(631A)의 중심 내에 존재하는 스밀링 과정에 의해 제조된 내부 스플라인의 배경도(600)이다. 가공물(631A)은 베이스 부(631) 및 상부(632)를 포함한다. 때때로, 여기서 사용되는 것과 같이, 도 6, 6a 및 6b에 설명된 구조를 정의하기 위하여 용어 암 칼라 장치가 사용된다. 원주 카운터보어(631B)는 인접한 구조, 즉, 카운터보어 맞물림 표면(630C)에서 끝난다. 도 6a는 가공물의 카운터보어 맞물림 표면(630C) 및 가공물(632T)의 상부 내로 절단된 내부 스플라인(631B) 및 각진 공구 릴리프(602R, 604R, 606R, 608R, 610R, 612R, 614R, 616R, 618R, 620R, 622R, 624R, 626R, 628R)를 도시한 도 6의 라인 6A-6A를 따라 절단된 단면도(600A)이다. 도 6a는 아래에 더 상세히 설명될 것과 같이 도 7에 사용된다. 도 6b는 가공물의 상부의 상부 표면(632T)을 도시한 도 6 및 6a에 도시된 가공물의 상면도(600B)이다.

도 6, 6a, 6b는 일반적으로 가공물(631A)의 상부 내의 원주 카운터보어(631B)를 도시한다. 카운터보어의 내부 원주 주위에 동일하게 간격을 두는 것과 같이 도 6, 6a 및 6b에 외부 스플라인 결합 톱니(602S, 604S, 606S, 608S, 610S, 612S, 614S, 616S, 618S, 620S, 622S, 624A, 626S, 628S)에 의해 상호 맞물리기 위한 복수의 내부 공간(톱니 공간)이 도시된다. 카운터보어는 원하는 깊이(혹은 길이로 표현될 수 있는 높이)까지 가공물(631A)의 상부 내로 계속되며 평평한 카운터보어 맞물림 표면(630C)에서 끝난다. 카운터보어 맞물림 표면(630C)은 각진 공구 릴리프가 스밀링 과정을 사용하여 생성되는 인접한 구조이다. 복수의 내부 스플라인 톱니(603T, 605T, 607T, 609T, 611T, 613T, 615T, 617T, 619T, 621T, 623T, 625T, 627T), 각진 공구 릴리프(602R, 604R, 606R, 608R, 610R, 612R, 614R, 616R, 618R, 620R, 622R, 624R, 626R, 628R) 및 카운터보어 맞물림 표면(630C)이 또한 도 6, 6a 및 6b에 도시된다. 각각의 톱니 공간은 그것들과 함께 관련된 개별적인 각진 공구 릴리프를 갖는다.

도 6, 6a 및 6b를 참조하면, 베이스 부(631) 및 상부(632)를 포함하는 암 칼라 연결 장치(631A)가 도시된다. 상부는 그 안에 우묵 들어간 일반적으로 실린더 형태의 허브 부(631B)를 포함한다. 허브 부는 카운터보어 맞물림 표면(630C)에서 끝나는 내부 스플라인을 포함한다. 내부 스플라인은 인접한 톱니 공간 사이에 복수의 톱니(603T, 605T, 607T, 609T, 611T, 613T, 615T, 617T, 619T, 621T, 623T, 625T, 627T)를 형성하는, 그 안에 서로 떨어져 원주상으로 간격을 두는 복수의 톱니 공간(602S, 604S, 606S, 608S, 610S, 612S, 614S, 616S, 618S, 620S, 622S, 624A, 626S, 628S)을 포함한다. 톱니 공간은 인접한 톱니의 면 및 인접한 톱니를 결합하는 필렛에 의해 형성된다. 복수의 톱니 공간 각각은 카운터보어 맞물림 표면(630C) 내로 각지게 확장하는 공구 간격을 위한 스플라인 릴리프 부를 포함한다. 내부 스플라인의 복수의 톱니 각각은 각진 면, 일직면, 나선형 면, 완전 곡면, 혹은 일직면일 수 있는 면들을 포함한다.

도 7은 완전히 상호 맞물리거나 혹은 함께 결합된 스밀링된 수 스플라인 장치(531) 및 스밀링된 암 칼라 장치(631) 단면도(700)이다. 도 7은 도 7c의 라인 7-7을 따라 절단된다. 도 6a에 도시된 것과 같은 암 칼라 장치가 도 7에 도시된다. 도 5c에 도시된 것과 같은 수 스플라인 장치(531)기 암 칼라 장치(631)와의 결합 맞물림으로 도 7에 도시된다. 계속 도 7을 참조하면, 수 스플라인 및 암 스플라인 장치가 완전히 결합될 때, 외부 스플라인의 실린더 부의 상부 표면(535)이 카운보어 맞물림 표면(630C)과 맞물린다. 외부 스플라인 톱니(504T)가 내부 스플라인 장치의 슬롯 혹은 내부 공간(톱니 공간, 618S) 내에 도시된다. 외부 스플라인 톱니(518T)가 암 부재의 슬롯 혹은 내부 공간(톱니 공간, 604S) 내에 도시된다. 상부(632) 내에 존재하는 카운터보어 맞물림 표면(630C) 내로 절단되는 것과 같이 각진 공구 릴리프(618R, 604R)가 도시된다. 암(내부) 스플라인 장치(암 칼라 장치)의 상부(632T)는 수(외부) 스플라인 장치의 중간 숄더(532)와 맞물린다. 수 스플라인의 각진 공구 릴리프는 도 7의 도면에서 보이지 않는데 그 이유는 라인 5C-5C를 따른 것과 같이 도 5b에 도시된 것과 같이 외부 스플라인 톱니(504T-518T)를 통하여 단면 절단되었기 때문이다.

계속 도 7을 참조하면, 유효 면 넓이(EFs, 스밀링)는 스플라인 연결 길이(SC)와 동일하다. 외부 스플라인 톱니의 길이(L₁) 및 내부 스플라인 톱니의 길이(L₂)가 동일한, 외부 스플라인 톱니 및 내부 스플라인 톱니의 전체 길이의 사용은 주어진 스플라인 연결 길이, 및 내부 스플라인 톱니와 구조의 주어진 피치 직경을 위하여 상당히 증가된 하중 전달 능력을 가능하게 한다. 외부 스플라인 톱니의 길이(L₁) 및 내부 스플라인 톱니의 길이(L₂)가 도시된 도 7b가 참조된다.

계속 도 5-7을 참조하면, 그 안에 스플라인 연결 장치(701)가 개시되며 수 스플라인 장치(531A) 및 암 칼라 장치(631A)를 포함한다. 수 스플라인 연결 장치(531A)는 베이스 부(531), 숄더 부(532) 및 실린더 부(531C)를 포함한다. 숄더 부(532)는 베이스 부(531B) 및 실린더 부(531C) 중간에 존재한다. 외부 스플라인은 실린더 부(531C) 상에 존재하며 인접한 제 1 톱니 공간 사이에 외부 스플라인 톱니를 형성하는, 그 안에 서로 떨어져 원주상으로 간격을 두는 복수의 제 1 톱니 공간(503S, 505S, 507S, 509S, 511S, 513S, 515S, 517S, 519S, 521S, 523S, 525A, 527S, 529S)을 포함한다. 복수의 제 1 톱니 공간 각각은 인접한 외부 스플라인 톱니의 면 및 인접한 외부 스플라인 톱니를 결합하는 필렛에 의해 형성된다. 복수의 제 1 톱니 공간 각각은 수 스플라인 장치의 숄더 및 베이스 부 내로 각지게 확장하는 공구 간격을 위한 스플라인 릴리프 부를 포함한다. 암 칼라 장치(631A)는 베이스 부(631) 및 상부(632)를 포함한다. 일반적으로 실린더 형태의 허브 부는 암 칼라 장치의 상부(632) 내로 우묵 들어간다. 우묵 들어간 허브 부는 내부 원주 및 내부 스플라인을 포함한다. 내부 스플라인은 카운터보어 맞물림 표면(630C)에서 끝난다. 내부 스플라인은 인접한 제 2 톱니 공간 사이에 내부 스플라인 톱니를 형성하는, 그 안에 서로 떨어져 원주상으로 간격을 두는 복수의 제 2 톱니 공간(602S, 604S, 606S, 608S, 610S, 612S, 614S, 616S, 618S, 620S, 622S, 624A, 626S, 628S)을 포함한다. 제 2 톱니 공간은 인접한 내부 스플라인 톱니의 면 및 인접한 내부 스플라인 톱니를 결합하는 필렛의 면에 의해 형성된다. 복수의 제 2 톱니 공간 각각은 카운터보어 맞물림 표면 내로 각지게 확장하는 공구 간격을 위한 내부 스플라인 릴리프 부를 포함한다.

외부 스플라인의 복수의 외부 스플라인 톱니 각각은 내부 스플라인의 복수의 제 2 톱니 공간 중 각각 하나에 존재한다. 내부 스플라인의 복수의 내부 스플라인 톱니 각각은 외부 스플라인의 복수의 제 1 톱니 공간 중 각각 하나에 존재한다. 외부 스플라인의 복수의 외부 스플라인 톱니 각각은 복수의 내부 스플라인 톱니 중 두 개와 상호 맞물릴 수 있으며 복수의 내부 스플라인 톱니 각각은 외부 스플라인의 복수의 외부 스플라인 톱니 중 두 개와 상호 맞물릴 수 있다.

도 5a 및 7을 참조하면, 수 스플라인 장치의 외부 스플라인의 복수의 외부 스플라인 톱니 각각은 숄더(532)로부터 실린더 부(531C)의 상부 표면(535)까지 측정되는 것과 같은, 제 1 길이(L₁)를 갖는다. 도 6a 및 7b를 참조하면, 암 칼라 장치의 허브 부의 내부 스플라인의 복수의 내부 스플라인 톱니 각각은 상부(632)의 상부(632T)로부터 카운터보어 맞물림 표면(630C)까지 측정된 것과 같은, 제 2 길이(L₂)를 갖는다. 외부 스플라인의 제 1 길이(L₁)는 내부 스플라인의 제 2 길이(L₂)와 동일하다. 제 1 길이(L₁) 및 제 2 길이(L₂)는 도 7에 도시된 것과 같은 스밀링 과정에 의해 만들어진 스플라인 연결 장치의 유효 면 넓이(EFs)이다.

수 스플라인 장치(531A)의 실린더 부(535)는 암 칼라 장치(631A)의 상부(632) 내로 우묵 들어간 일반적으로 실린더 형태의 허브 부의 카운터보어 맞물림 표면(630C)과 맞물리며 수 스플라인 장치(531A)의 숄더(532)는 암 칼라 장치(632)의 상부(632)의 상부 표면(632T)과 맞물린다. 위에서 설명된 것과 같이, 복수의 외부 스플라인 톱니의 부는 복수의 내부 스플라인 톱니의 부와 상호 맞물린다. 톱니의 맞물림은 완전 맞물림 혹은 부분 맞물림일 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시 예는 수 부재 및 암 부재를 포함하는 스플라인 연결 장치를 언급한다. 수 부재는 숄더 부(532) 및 실린더 부(531C)를 포함한다. 수 부재의 실린더 부(531C)는 숄더 부로부터 상부의 상부로 확장하며 그 위에 제 1 길이(L₁)를 갖는 외부 스플라인(599S)을 포함한다. 암 부재는 베이스 부(631) 및 상부(632)를 포함한다. 상부는 그 안에 제 2 길이(L₂)를 갖는 내부 스플라인을 갖는 카운터보어(631)를 포함한다. 내부 스플라인은 카운터보어 맞물림 표면(630C)에서 끝난다. 수 및 암 부재는 암 부재의 상부와 맞물리는 수 부재의 숄더 부와 함께 서로 결합된다. 수 부재의 실린더 부의 상부 표면은 암 부재의 카운터보어 맞물림 표면과 맞물린다. 스플라인의 제 1,(L₁) 및 제 2 길이(L₂)는 동일하다. 외부 스플라인은 내부 스플라인과 완전히 딱 들어맞으며 스밀링된 연결의 유효 면 넓이(EFs)는 스플라인의 제 1,(L₁) 및 제 2 길이(L₂)와 동일하다.

도 7a는 부분적으로 상호 맞물리거나 함께 결합되는 수 스플라인 장치(531) 및 암 칼라 장치(631)의 단면도(700A)이다. 도 7a는 외부 스플라인 내의 슬롯/공간 각/톱니 공간과 상호 맞물리는 암 내부 스플라인 톱니(605T, 607T, 609T, 611T, 613T, 615T 및 617T)를 도시한다. 톱니(504T)는 슬롯 혹은 공간(톱니 공간, 618S)과 부분적으로 맞물리며 톱니(518T)는 슬롯 혹은 공간(톱니 공간, 604S)과 부분적으로 맞물린다. 톱니 공간(604S, 606S, 608S, 610S, 612S, 614S, 616S 및 618S) 역시 도 7a에 도시된다. 예를 들면, 도 7에 도시된 것과 같이 완전히 맞물릴 때, 스플라인이 결합되는 것을 보장하기 위하여 외부 수단이 사용된다는 것을 이해하여야 할 것이다.

도 7b는 서로 떨어져 분리된 수 스플라인 장치(531) 및 암 칼라 장치(631)의 단면도(700B)이다. 도 7c는 상호 맞물린 상태의 수 스플라인 장치의 외부 스플라인 및 암 스플라인 장치의 내부 스플라인을 도시한 도 7의 라인 7C-7C를 따라 절단된 단면도(700C)이다. 모든 내부 스플라인 톱니, 모든 외부 스플라인 톱니, 모든 외부 슬롯/공간 각/톱니 공간, 및 모든 내부 슬롯/공간 각/톱니 공간이 도 7c에 도시된다. 도 7d는 도 7c의 확대도(700D)이다. 내부 톱니(601T, 627T, 및 625T)와 같이 확대도(700D)에 외부 스플라인 톱니(520T, 522T, 524T)가 도시된다. 내부 슬롯 혹은 톱니 공간(602S, 628S, 및 626S)과 같이 도 7d에 외부 슬롯 혹은 톱니 공간(521S, 523S 및 525S)이 도시된다.

도 7e는 스밀링 과정에 의해 만들어진 도 7에 도시된 장치가 스플라인 연결의 길이(SC)와 동등한 유효 면 넓이(EFs)를 가지며 도 3의 종래 기술의 유효 면 넓이(EF)는 동일한 스플라인 연결의 길이(SC)에 대한 유효 면 넓이보다 매우 작다는 것을 도시하는, 서로에 관해 도시된 두 도 7 및 도 3의 단면도(700E)이다. 도 3에 나타낸 것과 같이, 외부 스플라인(199) 및 내부 스플라인(220A)의 제조된 면 넓이(FW)는 길이가 동일하다. 종래 기술의 유효 면 넓이는 다음과 같다:

EF=SC-2CR

그리고 다음의 유효 면 넓이(스밀링, EFs)보다 상당히 작다:

EFs=SC

도 7e는 도 3의 종래 기술에 대한 스밀링 스플라인 연결의 직접적인 그래픽 비교를 허용한다. 스밀링된 스플라인 연결은 더 효율적이며 주어진 연결 길이(SC)를 위하여, 스밀링된 연결의 유효 면 넓이(EFs)는 종래 기술의 유효 면 넓이(EF)보다 더 길다.

도 8은 본 발명의 일 실시 예, 즉, 45^o의 경사 각에서 지향되는 엔드밀을 사용하여 가공물 상에 스밀링되는 외부 스플라인(899)을 도시한 수 스플라인 장치의 정면도(800)이다. 참조 번호 869T, 871T, 873T, 875T, 877T는 도 8의 실시 예의 외부 스플라인 톱니를 나타내며 참조번호 870S, 872S, 874S, 876S, 878S는 결합하는 내부 스플라인의 톱니를 받기 위한 공간 각(혹은 톱니 공간)을 나타낸다. 참조 번호 801은 가공물의 베이스를 나타내고, 참조 번호 802는 가공물의 중간 부를 나타내고, 참조 번호 803은 가공물의 실린더 부의 상부를 나타내며 참조 번호 804는 가공물 상의 숄더를 나타낸다. 참조 번호 820은 공구 홀더(holder)를 나타내고, 참조 번호 821은 척(chuck)을 나타내며, 참조번호 825는 마작사의 5축 엔드밀을 나타낸다. 스밀링 과정을 실행하기 위하여 적절한 경사 각에서 회전 절삭 공구(536)를 지향할 수 있는 모든 엔드밀이 적절할 것이다. 참조 번호 888, 889는 가공물을 고정하는 척을 나타낸다.

스밀링 과정의 부가적 장점은 예를 들면, 마작 5-축 엔드밀과 같은 기계가 가공물의 일 면의 모든 특징부를 기계의 하나의 설정으로 기계가공할 수 있으며 가공물은 공장 주위의 다른 작업 위치로 전달될 필요가 없는 것과 같이 감소된 기계 설정 시간이다. 또한 부가적으로, 가공물의 주어진 면을 위한 모든 기계가공 작동이 마작 5-축 엔드밀과 같은 단일 엔드밀에 의해 실행되기 때문에, 정렬 에러가 실제로 제거된다. 바꾸어 말하면, 만일 외부 스플라인 톱니의 하나가 가공물의 또 다른 특징부와 관련하여 정렬되거나 혹은 가공물의 특정 원주 위치가 가공물의 또 다른 특징부과관련하여 정렬되면, 그때 가공물의 면당 단일 고정이 존재하기 때문에, 재-고정(다중 설정)에 의한 정렬 불량이 제거된다.

도 8a는 또 다른 가공물(831), 스핀들(spindle)의 배경도(800A)이다. 림(rim, 832)은 스핀들을 또 다른 구조에 부착하기 위하여 나사산의 볼트 홀(threaded bolt hole)을 포함한다. 리세스(860)는 실린더형 스핀들(834) 주위를 원주상으로 확장한다. 통로(passageway, 880)는 스핀들을 통과한다. 숄더(836)는 외부 스플라인(897)에 인접한 구조이다. 외부 스플라인 톱니(839T, 841T, 843T, 845T), 결합하는 내부 스플라인의 톱니를 받기 위한 공간 각/톱니 공간/슬롯(847T, 840S, 842S, 844S, 846S, 848S), 및 공구 간격 릴리프(840R, 842R, 844R, 846R, 848R)가 도 8a에 도시된다.

도 8b는 도 8a에 설명된 특징부를 도시한 도 8a의 가공물/스핀들(831)의 상면도(800B)이다. 도 8c는 톱니 공간(846S) 및 릴리프(846R)를 도시한 도 8b의 라인 8C-8C를 따라 절단된 도 8b의 스핀들/가공물(831)의 상면도의 단면도(800C)이다.

도 8d는 본 발명의 또 다른 실시 예, 즉, 외부 스플라인(897A)에 인접한 숄더(836A) 내에 원주 홈(836G)을 갖는, 도 8 및 8a에 도시된 가공물과 유사한 가공물의 실시 예의 배경도(800D)이다. 도 8d에서, 홈(836G) 및 홈 내의 챔퍼(chamfer, 836C)가 도시된다. 도 8d의 실시 예의 톱니 공간을 만들기 위한 과정에서, 공구 간격 릴리프는 릴리프와 같은 홈(836G) 기능으로서 필요하지 않다. 도 8e는 도 8d의 동일한 소재 및 특징부를 도시한 도 8d의 상면도(800E)이다. 도 8f는 톱니 공간(846S), 홈(836G) 및 챔퍼(836C)를 도시한 도 8e의 라인 8F-8F를 따라 절단된 단면도이다.

도 8g는 번호가 표시되지 않은 외부 톱니 공간을 내부 스플라인의 톱니와 결합할 수 있는 수 스플라인 장치(831)의 실린더 부 내로 스밀링하는 공구를 도시한 도 8의 라인 8G-8G를 따라 절단된 상면도이다. 도 8g는 공구의 몇몇 양상을 도시하기 위하여 도 9c와 관련하여 사용된다.

도 10은 그 안에 스밀링 과정에 의해 만들어진 카운터보어 및 내부 스플라인(1020)을 갖는 캐리어(carrier)의 배경도(1000)이다. 도 10a는 도 10의 상면도(1000A)이다. 캐리어는 장치의 내부 원주 주위에 동일하게 간격을 두는 복수의 톱니(1003T, 1005T, 1007T)를 포함한다. 톱니 공간(1002S, 1004S, 1006S 및 1008S)은 캐리어의 내부 원주 주위에 동일하게 간격을 두며 외부 스플라인 톱니와 결합할 수 있다. 위에서 설명된 것과 같이 카운터보어(1020)의 내부 원주 내의 톱니 공간을 스밀링하는 과정에서 카바이드 절삭 원뿔 공구(536)가 도시된다.

다른 많은 단계뿐만 아니라 가공물을 확보하는 단계를 포함하는, 인접한 구조에 근접한 스플라인을 제조하기 위한 방법이 개시되며 청구된다. 도 5 및 9를 참조하면, 가공물(531A)은 상부 실린더 부(531C) 및 인접한 구조(532)를 포함하며, 상부 실린더 부는 단 부 혹은 상부(535) 및 길이를 포함한다. 회전 절삭 공구(536)는 가공물의 상부 실린더 부(531C)와 관련하여 경사 각(β)에 지향되며, 물론, 회전 절삭 공구(536)는 회전된다(536R). 가공물의 상부 실린더 부의 단 부(535)는 회전하는 절삭 공구(536)에 의해 그것의 홈 위치(541 화살표의 끝 부분)로부터 공구(536)를 이동시킴으로써 맞물린다. 회전 절삭 공구는 상부 실린더 부(531C)의 길이를 따라 그것의 절삭 작용에 의해 재료를 제거하는 가공물의 상부 실린더 부의 단 부(536)로부터 라인 혹은 벡터(vector, 539)를 따라 이동되며 회전 절삭 공구 릴리프(505R)를 형성하는 가공물(531A)의 인접한 구조(532) 내로 이동된다. 톱니 공간(505S)과 같은, 톱니 공간이 공구(536)의 절삭 작용에 의해 형성된다. 다음으로, 회전 절삭 공구(536)는 회전하는 회전 절삭 공구(536)의 경사 각을 따라 가공물의 인접한 구조로부터 라인 혹은 벡터(540)를 따라 후퇴된다. 회전 절삭 공구는 그리고 나서 라인 혹은 벡터(541)를 따라 수직으로 그것의 초기 위치(홈)로 돌아오며 가공물은 다음의 스밀링 작동을 위하여 위치된다. 가공물(531A)은 각각의 톱니 공간을 절삭한 후에 회전되거나, 혹은 인덱스되며 따라서 또 다른 톱니 공간이 형성될 수 있다. 스플라인 톱니는 떨어져 간격을 두는 두 개의 톱니 공간 사이에 형성된다. 가공물의 상부 실린더 부의 단 부를 회전하는 절삭 공구와 맞물리는 단계; 상부의 길이를 따라 그것의 절삭 작용에 의해 재료를 제거하는 가공물의 상부 실린더 부의 단 부로부터 회전하는 회전 절삭 공구를 이동시키며 회전하는 절삭 공구 릴리프를 형성하는 가공물의 인접한 구조 내로 이동시키는 단계; 및 회전하는 회전 절삭 공구의 경사 각을 따라 가공물의 인접한 구조로부터 회전 절삭 공구를 후퇴시키는 단계;가 그리고 나서 반복된다.

이러한 과정과 관련하여, 외부 스플라인을 위한 회전 절삭 공구(536)를 크기화하는 단계는 도 9e와 관련하여 위에서 설명된 것과 같이 결정된 공구 원뿔 포함 각(2τ), 명목상 60^o로 선택된 부품 공간 포함 각(2τ), 및 경사 각(β)을 기초로 한다. 일단 공구 원뿔 포함 각(2τ)이 알려지면, 회전 공구의 길이가 결정된다. 형태 직경에서 캡(cap) 반경이 달성되며 공구 원뿔은 부품의 공간/슬롯을 완전히 스밀링하기 위하여 부품의 외부로 충분히 길게 확장한다. 방금 전술한 과정은 인접한 구조가 숄더이며 회전 절삭 공구 릴리프가 경사 각에서 숄더 내로 확장하는 외부 스플라인을 생산할 수 있다.

도 10 및 다른 도면들을 참조하여 인접한 구조에 근접한 스플라인을 제조하기 위한 또 다른 과정이 개시되고 청구된다. 도 10을 참조하면, 과정의 단계는 그 안에 카운터보어(1020) 및 카운터보어(1020)에 근접한 인접한 구조(1030C)를 갖는 가공물을 확보하는 단계를 포함한다. 참조 번호 1020은 일반적으로 카운터보어 및 카운터보어의 내부 원주 상에 형성되는 내부 스플라인을 나타내는데 사용된다. 카운터보어(1020)는 카운터보어 맞물림 표면(1020)의 깊이까지 확장한다. 카운터보어는 단 부(1001) 및 단 부(1001)로부터 카운터보어 맞물림 표면(1030C)까지의 거리와 같은 길이를 포함한다. 홈 위치에서, 회전 절삭 공구는 가공물의 카운터보어(1020)의 단 부(1001)와 관련하여 경사 각에서 지향된다. 회전 절삭 공구(536)는 물론 회전하며(536R) 가공물의 카운터보어의 단 부(1001)와 맞물린다. 다음으로, 회전하는 회전 절삭 공구(536)는 카운터보어의 길이를 따라(단 부(1001)로부터 카운터보어(1020)까지) 그것의 절삭 작용에 의해 재료를 제거하는 가공물의 카운터보어의 단 부로부터 이동하며 회전하는 절삭 공구 릴리프(예를 들면, 1002R)를 형성하는 가공물의 인접한 구조(1030C) 내로 이동한다. 회전 절삭 공구 릴리프의 생성 후에, 회전 절삭 공구는 가공물의 인접한 구조로부터 회전하는 회전 절삭 공구의 경사 각을 따라 후퇴된다.

과정의 뒤따르는 단계는 회전 절삭 공구를 초기 위치(홈 위치)로 돌아오게 하는 단계; 각각의 톱니 공간을 생성한 후에 가공물의 회전에 의해 가공물을 인덱스하는 단계; 및 가공물의 카운터보어의 단 부를 회전하는 회전 절삭 공구와 맞물리는 단계; 회전하는 회전 절삭 공구를 카운터보어의 길이를 따라 그것의 절삭 작용에 의해 재료를 제거하는 가공물의 카운터보어의 단 부로부터 이동시키며 각진 회전 절삭 공구 릴리프를 형성하는 가공물의 인접한 구조 내로 이동시키는 단계; 및 회전 절삭 공구를 가공물의 인접한 구조로부터 회전하는 회전 절삭 공구의 경사 각을 따라 후퇴시키는 단계;를 반복하는 단계;를 포함한다.

방금 전술된 과정은 내부 스플라인을 생산할 수 있고 인접한 구조는 카운터보어 맞물림 표면일 수 있으며 회전 절삭 공구 릴리프는 경사 각에서 카운터보어 내로 확장할 수 있다. 이러한 과정과 관련되어, 회전 절삭 공구를 크기화하는 단계는 부품 공간 포함 각 및 경사 각을 기초로 하는, 공구 원뿔 포함 각을 기초로 한다. 외부 스플라인을 제조하기 위한 스밀링 과정이 개시되고 청구된다. 과정은 외부 스플라인에 의해 전달되는 하중을 결정하는 단계를 포함한다. 하중은 적용 파라미터에 의해 결정된다. 도 4 내지 4C 및 도 9 내지 9b를 참조하면, 결정된 하중을 기초로 하여 외부 스플라인을 위하여 피치 직경(D)이 선택된다. 그때 톱니의 수(N)는 원주 피치(CP)가 충분히 크며 따라서 외부 스플라인의 톱니가 충분히 크고 특정 하중을 다룰 수 있는 것과 같이 선택된다. 그때 외부 스플라인의 길이는 결정된 하중, 외부 스플라인의 선택된 피치 직경, 톱니와 샤프트 상의 원주 피치(CP), 전단(shear)과 압력 스트레스, 스플라인의 적합성 및 내부 스플라인 톱니와 외부 스플라인 톱니 사이의 획득가능한 상호 맞물림을 기초로 하여 결정된다. 다음으로, 공구 경사 각(β)이 선택되며, 부품 공간 포함 각(2α)이 또한 선택된다. 부품 공간 포함 각은 합리적인 범위의 각으로부터 선택된다. 공구 원뿔 포함 각(2τ)은 공구 경사 각(β) 및 부품 공간 포함 각(α)과 관련하여 표현된 알고리즘을 기초로 하여 계산된다.일단 공구 원뿔 포함 각(2τ)이 알려지면, 형태 직경 아래로 캡 반경은 공구의 일 단을 달성하며 공구 원뿔은 완전한 부품을 만들기 위하여 부품 외부로 충분히 길게 확장한다.

다음으로, 가공물이 적절한 엔드밀 내에 고정된다. 고정 이후에, 가공물은 적절한 크기의 공구 및 5축 마작 엔드밀로 스밀링 과정을 사용하여 적절한 외부 공간 각(톱니 공간)을 생성하도록 스밀링된다. 과정은 공구의 간격을 위하여 가공물의 인접한 구조 내의 각진 릴리프를 스밀링하는 단계를 더 포함한다. 일반적으로, 가공물은 실린더 형태이며 인접한 구조는 숄더이다. 스밀링된 스플라인을 생성하기 위하여, 가공물은 회전하여 인덱스되는데 이는 원주상으로 간격을 두는 외부 스플라인 톱니를 형성하는 가공물의 원주 주위의 균일한 간격을 두는 복수의 각(톱니 공간)을 스밀링할 수 있도록 한다.

공구를 크기화하는 단계는 공구 원뿔 포함 각(2τ)에 도달하기 위하여 경사 각(β) 및 부품 공간 포함 각(α)과 관련하여 표현된 알고리즘의 사용을 포함한다. 일단 공구 원뿔 포함 각(2τ)이 알려지면, 형태 직경까지 캡 반경은 공구의 일 단을 달성하며 공구 원뿔은 완전한 부품을 만들기 위하여 부품 외부로 충분히 길게 확장한다. 일반적으로, 그러나 독점적이지 않게, 경사 각(β)은 바람직하게는 30-60^o 범위이며 부품 공간 각(α)은 바람직하게는 40-75^o 범위이다.

회전 절삭 공구는 카바이드 절삭 부를 포함하며 공구는 각진 스플라인을 생성하기 위하여 두 개의 스트레이트 플루트 및 반경 캡을 포함한다. 각진 적용에서 단일 플루트가 사용될 수 있다. 만일 나선형 스플라인을 원한다면 그때 절삭 공구는 적절한 공간 각(톱니 공간) 및 나선형 톱니를 생산하기 위하여 복수의 나선형 반경을 포함한다. 나선형 톱니를 생산하기 위하여 몇몇 플루트들이 사용될 수 있다.

만일 일직면의 스플라인이 스밀링되면, 회전 절삭 공구(엔드밀)는 실린더 형태로 도달할 것이며 경사 각은 90^o에 도달할 것이다. 숄더와 같이 인접한 구조 내로 스밀링된 릴리프는 깊이가 실린더 형태의 회전 절삭 공구의 직경일 수 있는 원형 통로에 도달할 수 있다.

내부 스플라인을 제조하기 위한 과정이 개시되고 청구되며 이는 외부 스플라인을 제조하기 위한 과정과 유사하다. 과정은 외부 스플라인과 관련하여 위에서 설명된 것과 동일한 단계인 내부 스플라인에 의해 전달되는 하중을 결정하는 단계를 포함한다. 다음으로, 위에서 설명된 것과 같이 결합하는 외부 스플라인의 피치 직경이 선택된다. 다음으로, 결정된 하중을 기초로 한 내부 스플라인 장치의 길이 및 외부 스플라인 장치의 선택된 피치 직경이 결정된다. 다음으로, 외부 스플라인의 원주 피치가 충분히 크며 따라서 외부 스플라인의 톱니가 하중을 다룰 수 있는 것과 같이 톱니의 수(N)가 선택된다. 다음으로, 외부 부품 공간 포함 각(2α^o)이 선택되며 공식 2α^o-((360/N)^o)을 사용하여 내부 부품 공간 포함 각이 결정된다. 회전 절삭 엔드밀 공구는 그리고 나서 공구 원뿔 포함 각(2τ)에 도달하기 위하여 경사 각(β) 및 내부 부품 공간 포함 각(2α^o-((360/N)^o))에 관하여 표현된 알고리즘을 기초로 하여 크기화된다. 일단 공구 원뿔 포함 각(2τ)이 결정되면, 그리고 나서 캡 반경은 형태 직경에 위치되며 공구의 다른 단은 슬롯/공간의 완전한 스밀링을 보장하기 위하여 부품 외부로 충분히 멀리 확장한다. 적절한 가공물은 그리고 나서 마작 엔드밀 혹은 상업적으로 이용가능한 다른 형태의 다축 엔드밀 내에서 고정된다. 가공물은 그리고 나서 회전 절삭 카바이드 공구 및 가공물 내의 적절한 내부 공간 각을 생산하는 엔드밀을 사용하여 스밀링된다. 회전 절삭 카바이드 공구 각진 릴리프는 그리고 나서 가공물의 인접한 구조 내에 스밀링된다. 일반적으로, 적절한 가공물은 그 안에 카운터보어를 포함하며 차례로, 카운터보어는 내부 원주를 갖는다. 원주상으로 간격을 두는 적절한 내부 스플라인 톱니 및 동일한 간격을 두는 적절한 내부 공간 각(톱니 공간)을 생산하기 위하여, 가공물은 회전하여 인덱스되는데 이는 가공물의 내부 원주 주위의 복수의 균일한 간격을 두는 적절한 내부 공간 각(톱니 공간)을 스밀링할 수 있도록 하며 따라서 원주상으로 간격을 두는 내부 스플라인 톱니를 형성한다.

본 발명은 단지 여기에 완전히 개시된 본 발명에 따른 실시 예로서 제시되었다. 여기에 제공된 실시 예들의 변경 및 변형들이 만들어질 수 있으며 그러한 변경 및 변형들은 특히 여기에 포함되며 그러한 모든 변경 및 변형들은 첨부된 청구항의 범위 내에 있다.

101 : 베이스
101A : 가공물
102 : 숄더
103 : 릴리프
104 : 톱니
105 : 실린더 섹션 상부
106 : 커터 성형기
107 : 절삭 블레이드
121 : 톱니
122 : 톱니의 측면
123 : 필렛
199 : 실린더형 섹션
201 : 암 연결 부재의 베이스
201A : 암 연결 부재
202 : 암 연결 부재의 상부
203 : 암 연결 부재의 릴리프
204 : 톱니 공간
205 : 암 연결 부재의 톱니
206 : 암 연결 부재의 숄더 혹은 바닥
503R, 505R, 507R, 509R, 511R, 513R, 515R, 517R, 519R, 521R, 523R, 525R, 527R, 529R : 공구 간격을 위한 외부 스플라인 릴리프
503S, 505S, 507S, 509S, 511S, 513S, 515S, 517S, 519S, 521S, 523S, 525A, 527S, 529S : 톱니 공간, 내부 결합 톱니를 위한 외부 공간
504T, 506T, 508T, 510T, 512T, 514T, 516T, 518T, 520T, 522T, 524T, 526T, 528T, 530T : 외부 스플라인 톱니
531 : 수 연결 장치, 가공물
531A : 수 혹은 외부 스플라인 연결 장치
531B : 수 연결 장치 베이스 부
531C : 수 연결 장치의 실린더 부
532 : 숄더
535 : 실린더 상부
536 : 엔드밀 공구
536A, 536B : 공구의 플루트 단
536R : 공구(506)의 회전을 나타내는 화살표
537A : 공구(506)의 다음 통로를 위하여 그것을 위치시키는 가공물(501)의 회전
541 : 공구의 수직 벡터
542 : 공구의 위치 벡터
599S : 외부 스플라인으로의 화살표
602R, 604R, 606R, 608R, 610R, 612R, 614R, 616R, 618R, 620R, 622R, 624R, 626R, 628R : 공구 간격을 위한 외부 스플라인 릴리프
602S, 604S, 606S, 608S, 610S, 612S, 614S, 616S, 618S, 620S, 622S, 624A, 626S, 628S : 톱니 공간, 외부 스플라인 결합 톱니를 위한 내부 공간
603T, 605T, 607T, 609T, 611T, 613T, 615T, 617T, 619T, 621T, 623T, 625T, 627T : 내부 스플라인 톱니
603C : 카운터보어 맞물림 표면
631 : 암 칼라 장치의 베이스 부
631A : 내부 스플라인 연결 장치
631B : 카운터보어 내의 내부 스플라인
632 : 암 칼라 장치의 상부
801 : 가공물의 베이스
802 : 가공물의 중간 부
803 : 가공물의 실린더 부의 상부
804 : 가공물 상의 숄더
820 : 공구 홀더
821 : 척
825 : 마작 5축 엔드밀
831 : 스핀들 가공물
832 : 스핀들의 림
833 : 나사산의 볼트 홀
834 : 스핀들
836, 836A : 인접한 숄더
836G : 인접한 숄더(836A) 내의 홈
836C : 챔퍼, 홈(836G)의 일부
837 : 수 스플라인 장치의 실린더 부의 상부
839T, 841T, 843T, 845T, 847T : 외부 스플라인 톱니
840R, 842R, 844R, 846R, 848R : 공구 간격 릴리프
840S, 842S, 844S, 846S, 848S : 결합하는 내부 스플라인의 톱니를 받기 위한 공간 각
860 : 스핀들의 림(831) 내의 리세스
869T, 871T, 873T, 875T, 877T : 외부 스플라인 톱니
870S, 872S, 874S, 876S, 878S : 결합하는 내부 스플라인의 톱니를 받기 위한 공간 각
880 : 스핀들 내의 통로
888, 889 : 가공물 척
897 : 도 8a의 외부 스플라인을 지시하는 화살표
897A : 외부 스플라인
1003T, 1005T, 1007T : 내부 스플라인 톱니
1002R, 1004R, 1006R, 1008R : 카운터보어 맞물림 표면(1030C) 내의 릴리프
1002S, 1004S, 1006S, 1008S : 결합하는 외부 스플라인의 톱니를 받기 위한 공간 각
1020 : 카운터보어 및 내부 스플라인
1030C : 카운터보어 맞물림 표면
1101 : 공구의 길이, 약 4 인치
1102 : 나선형 엔드밀 카바이드 절삭 공구
1103 : 공구의 생크(shank) 직경, 약 0.56 인치
1104 : 제 1 플루트
1005 : 제 2 플루트
1007 : 반경(R1, R2, R3)에 의해 변형된 제 1 절삭 각
1201 : 각진 카바이드 엔드밀 절삭 공구의 생크 직경, 약 0.56 인치
1202 : 절삭 공구의 길이, 4인치
1203 : 공구 간격 포함 각 41.40^o
1204 : 절석 표면의 길이, 약 0.543 인치
1205 : 플루트 표면의 길이, 약 0.875 인치
1206, 1207 : 제 1 플루트
1208, 1209 : 제 2 플루트
B : 백래시
BC : 베이스 서클
CR : 골밑 간격
D : 피치 직경
Db : 베이스 서클의 직경
CP : 원주 피치, 인접한 톱니의 상승 부 사이의 피치 서클을 따른 거리
L₁ : 스밀링 과정에 의해 만들어진 외부 스플라인의 길이
L₂ : 스밀링 과정에 의해 만들어진 내부 스플라인의 길이
P : 지름 피치, 피치 직경의 인치 당 스플라인 톱니의 수
R1, R2, R3 : 나선형 엔드밀 절삭 공구(1102) 상의 반경
TT : 피치 직경에서의 톱니 두께
SW : 피치 직경에서의 공간 넓이
Dfi : 형태 내부 직경
Dfe : 형태 외부 직경
Dai : 내부 골 지름
Dre : 외부 골 지름
Dae : 외부 긴 지름
Dri : 내부 긴 지름
SAi : 내부 공간 각
SAe :외부 공간 각
TAi : 내부 톱니 각
TAe : 외부 톱니 각
SC : 스플라인 연결의 길이
EF :유효 면 넓이 길이, 종래 기술
EFs : 유효 면 넓이 길이, 스밀링
FW : 제조 면 넓이 길이
α : 부품 공간 반각
β : 경사 각
τ : 공구 원뿔 반각
W₁=공구 타원 장 반축
W₂=공구 타원 단 반축
ф : 압력 각

Claims

베이스 부, 숄더 부 및 실린더 부를 포함하며:
상기 숄더부는 상기 베이스 및 상기 실린더 부 사이에 존재하며;
상기 실린더 부는 그 위에 외부 스플라인을 포함하며, 상기 외부 스플라인은 인접한 톱니 공간 사이에 복수의 톱니를 형성하는, 그 안에 서로 떨어져 원주상으로 간격을 두는 복수의 톱니 공간을 포함하며, 상기 톱니 공간은 인접한 톱니 및 상기 인접한 톱니를 연결하는 필렛에 의해 형성되며; 및
상기 복수의 톱니 공간 각각은 수 스플라인 연결 장치의 상기 숄더 부 및 상기 베이스 부 내로 각지게 확장하는 공구 간격을 위하여 스플라인 릴리프 부를 포함하는 것을 특징으로 하는, 수 스플라인 연결 장치.
제 1항에 있어서, 상기 외부 스플라인의 상기 복수의 톱니 각각은 각진 면을 갖는 것을 특징으로 하는, 수 스플라인 연결 장치.
제 1항에 있어서, 상기 외부 스플라인의 상기 복수의 톱니 각각은 일직면을 갖는 것을 특징으로 하는, 수 스플라인 연결 장치.
제 1항에 있어서, 상기 외부 스플라인의 상기 복수의 톱니 각각은 나선형 면을 갖는 것을 특징으로 하는, 수 스플라인 연결 장치.
제 1항에 있어서, 상기 외부 스플라인의 상기 복수의 톱니 각각은 완전한 곡선 면을 갖는 것을 특징으로 하는, 수 스플라인 연결 장치.
베이스 부 및 상부,
그 안에 내부 스플라인을 포함하는 일반적으로 실린더형 형태의 허브 부를 포함하며:
상기 내부 스플라인은 카운터보어 맞물림 표면에서 끝나며;
상기 내부 스플라인은 인접한 톱니 공간 사이에 복수의 톱니를 형성하는, 그 안에 서로 떨어져 원주상으로 간격을 두는 복수의 톱니 공간을 포함하며, 상기 톱니 공간은 인접한 톱니 및 상기 인접한 톱니를 연결하는 필렛에 의해 형성되며; 및
상기 복수의 톱니 공간 각각은 상기 카운터보어 맞물림 표면 내로 각지게 확장하는 공구 간격을 위한 스플라인 릴리프 부를 포함하는 것을 특징으로 하는, 암 칼라 연결 장치.
제 6항에 있어서, 상기 내부 스플라인의 상기 복수의 톱니 각각은 각진 면을 갖는 것을 특징으로 하는, 암 칼라 연결 장치.
제 6항에 있어서, 상기 내부 스플라인의 상기 복수의 톱니 각각은 일직면을 갖는 것을 특징으로 하는, 암 칼라 연결 장치.
제 6항에 있어서, 상기 내부 스플라인의 상기 복수의 톱니 각각은 나선형 면을 갖는 것을 특징으로 하는, 암 칼라 연결 장치.
제 6항에 있어서, 상기 내부 스플라인의 상기 복수의 톱니 각각은 완전한 곡선 면을 갖는 것을 특징으로 하는, 암 칼라 연결 장치.
스플라인 연결 장치에 있어서,
수 스플라인 연결 장치 및 암 칼라 연결 장치를 포함하되:
상기 수 스플라인 장치는 베이스 부, 숄더 부 및 실린더 부를 포함하며: 상기 숄더부는 상기 베이스 및 상기 실린더 부 사이에 있으며; 상기 실린더 부는 그 위에 외부 스플라인을 포함하며, 상기 외부 스플라인은 인접한 제 1 톱니 공간 사이에 외부 스플라인을 형성하는, 그 안에 서로 떨어져 원주상으로 간격을 두는 복수의 제 1 톱니 공간을 포함하며, 상기 제 1 톱니 공간 각각은 인접한 외부 스플라인 톱니 및 상기 인접한 외부 스플라인 톱니를 연결하는 필렛에 의해 형성되며; 및 상기 복수의 제 1 톱니 공간 각각은 상기 수 스플라인 연결 장치의 상기 숄더 부 및 상기 베이스 부 내로 각지고 원뿔형으로 확장하는 공구 간격을 위하여 스플라인 릴리프 부를 포함하며;
상기 암 칼라 연결 장치는 베이스 부 및 상부, 그 안에 내부 스플라인을 포함하는, 내부 원주를 갖는 일반적으로 실린더형 형태의 허브 부를 포함하며; 상기 내부 스플라인은 카운터보어 맞물림 표면에서 끝나며; 상기 내부 스플라인은 인접한 제 2 톱니 공간 사이에 내부 스플라인 톱니를 형성하는, 그 안에 서로 떨어져 원주상으로 간격을 두는 복수의 제 2 톱니 공간을 포함하며, 상기 제 2 톱니 공간은 인접한 내부 스플라인 톱니 및 상기 인접한 내부 스플라인 톱니를 연결하는 필렛에 의해 형성되며; 및 상기 복수의 제 2 톱니 공간 각각은 상기 카운터보어 맞물림 표면 내로 각지고 원뿔형으로 확장하는 공구 간격을 위한 내부 스플라인 릴리프 부를 포함하며;
상기 외부 스플라인의 상기 복수의 외부 스플라인 톱니 각각은 상기 내부 스플라인의 상기 복수의 제 2 톱니 공간 중 각각의 하나에 존재하며; 및
상기 내부 스플라인의 상기 복수의 내부 스플라인 톱니 각각은 상기 외부 스플라인의 상기 복수의 제 1 톱니 공간 중 각각의 하나에 존재하는;
것으로 구성된 것을 특징으로 하는 스플라인 연결 장치.
제 11항에 있어서, 상기 외부 스플라인의 상기 복수의 외부 스플라인 톱니 각각은 상기 복수의 내부 스플라인 톱니 중 두 개를 상호 맞물릴 수 있으며 상기 복수의 내부 스플라인 톱니 각각은 상기 외부 스플라인의 상기 복수의 외부 스플라인 톱니 중 두 개를 상호 맞물릴 수 있는 것을 특징으로 하는, 스플라인 연결 장치.
제 11항에 있어서, 상기 수 스플라인 장치의 상기 외부 스플라인의 상기 복수의 외부 스플라인 톱니는 제 1 길이를 가지며 상기 암 칼라 장치의 상기 허브 부의 내부 스플라인의 상기 복수의 내부 스플라인 톱니는 제 2 길이를 가지며, 상기 제 1 길이 및 제 2 길이는 동일한 것을 특징으로 하는, 스플라인 연결 장치.
제 12항에 있어서, 상기 수 스플라인 장치의 상기 외부 스플라인의 상기 복수의 외부 스플라인 톱니는 제 1 길이를 가지며 상기 암 칼라 장치의 상기 허브 부의 내부 스플라인의 상기 복수의 내부 스플라인 톱니는 제 2 길이를 가지며, 상기 제 1 길이 및 제 2 길이는 동일한 것을 특징으로 하는, 스플라인 연결 장치.
제 13항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 길이는 상기 수 스플라인 장치의 상기 외부 스플라인 및 상기 암 칼라 장치의 상기 내부 스플라인의 유효 면 넓이인 것을 특징으로 하는, 스플라인 연결 장치.
제 11항에 있어서, 상기 수 스플라인 장치의 상기 실린더 부는 상기 암 칼라 장치의 상부 내에 우묵 들어간 일반적으로 실린더형 형태의 상기 허브 부의 상기 카운터보어 맞물림 표면과 맞물리며; 및
상기 수 스플라인 장치의 상기 숄더는 상기 암 칼라 부의 상부와 맞물리는 것을 특징으로 하는, 스플라인 연결 장치.
제 15항에 있어서, 상기 수 스플라인 장치의 상기 실린더 부는 상기 암 칼라 장치의 상부 내에 우묵 들어간 일반적으로 실린더형 형태의 상기 허브 부의 상기 카운터보어 맞물림 표면과 맞물리며; 및
상기 수 스플라인 장치의 상기 숄더는 상기 암 칼라 부의 상부와 맞물리는 것을 특징으로 하는, 스플라인 연결 장치.
제 11항에 있어서, 상기 외부 스플라인 톱니의 상기 복수의 외부 스플라인 톱니 부는 상기 복수의 내부 스플라인 톱니 부와 상호 맞물리는 것을 특징으로 하는, 스플라인 연결 장치.
제 11항에 있어서, 상기 외부 스플라인의 상기 복수의 외부 스플라인 톱니 각각은 각진 면을 포함하며; 및
상기 내부 스플라인의 상기 복수의 내부 스플라인 톱니 각각은 각진 면을 포함하는 것을 특징으로 하는, 스플라인 연결 장치.
제 11항에 있어서, 상기 외부 스플라인의 상기 복수의 외부 스플라인 톱니 각각은 일직면을 포함하며; 및
상기 내부 스플라인의 상기 복수의 내부 스플라인 톱니 각각은 일직면을 포함하는 것을 특징으로 하는, 스플라인 연결 장치.
제 11항에 있어서, 상기 외부 스플라인의 상기 복수의 외부 스플라인 톱니 각각은 나선형 면을 포함하며; 및
상기 내부 스플라인의 상기 복수의 내부 스플라인 톱니 각각은 나선형 면을 포함하는 것을 특징으로 하는, 스플라인 연결 장치.
제 11항에 있어서, 상기 외부 스플라인의 상기 복수의 외부 스플라인 톱니 각각은 완전한 곡선 면을 포함하며; 및
상기 내부 스플라인의 상기 복수의 내부 스플라인 톱니 각각은 완전한 곡선 면을 포함하는 것을 특징으로 하는, 스플라인 연결 장치.
스플라인 연결 장치에 있어서,
수 부재 및 암 부재를 포함하되:
상기 수 부재는 숄더 부 및 실린더 부를 포함하며: 상기 실린더 부는 상부 표면 및 그 위에 외부 스플라인을 포함하며, 상기 외부 스플라인은 인접한 제 1 톱니 공간 사이에 외부 스플라인 톱니를 형성하는, 그 안에 서로 떨어져 원주상으로 간격을 두는 복수의 제 1 톱니 공간을 포함하며, 상기 복수의 제 1 톱니 공간 각각은 상기 수 부재의 상기 숄더 내로 각지게 확장하는 공구 간격을 위한 스플라인 릴리프 부를 포함하며;
상기 암 부재는 베이스 부 및 상부, 그 안에 내부 스플라인을 포함하는 내부 원주를 갖는 일반적으로 실린더형 형태의 허브 부를 포함하며: 상기 내부 스플라인은 카운터보어 맞물림 표면에서 끝나며; 상기 내부 스플라인은 인접한 제 2 톱니 공간 사이에 내부 스플라인 톱니를 형성하는, 그 안에 서로 떨어져 원주상으로 간격을 두는 복수의 제 2 톱니 공간을 포함하며, 상기 제 2 톱니 공간은 인접한 내부 스플라인 톱니 및 상기 인접한 내부 스플라인 톱니를 연결하는 필렛에 의해 형성되며; 및 상기 복수의 제 2 톱니 공간 각각은 상기 카운터보어 맞물림 표면 내로 각지게 확장하는 공구 간격을 위한 내부 스플라인 릴리프 부를 포함하며;
상기 외부 스플라인의 상기 외부 톱니는 제 1 길이를 가지며 상기 내부 스플라인의 상기 내부 톱니는 제 2 길이를 가지며, 상기 제 1 및 제 2 길이는 동일하며;
상기 수 및 암 부재는 서로 결합되며, 상기 수 부재의 상기 숄더 부는 상기 암 부재의 상부와 맞물리며, 상기 수 부재의 상기 실린더 부의 상부 표면은 상기 암 부재의 상기 카운터보어 맞물림 표면과 맞물리며, 상기 외부 스플라인의 상기 외부 톱니는 상기 맞물림의 유효 면 넓이가 상기 외부 및 내부 톱니의 길이와 동일한 것과 같이 상기 외부 톱니의 상기 제 1 길이 및 상기 내부 톱니의 상기 제 2 길이를 따라 상기 내부 스플라인의 상기 내부 톱니와 완전히 딱 들어맞는;
것으로 구성된 것을 특징으로 하는, 스플라인 연결 장치.
스플라인 연결 장치에 있어서,
수 부재 및 암 부재를 포함하되:
상기 수 부재는 숄더 부 및 실린더 부를 포함하며: 상기 실린더 부는 상부 표면을 포함하며, 상기 수 부재의 상기 실린더 부는 상기 숄더부로부터 확장하고 제 1 길이를 갖는 외부 스플라인을 포함하며;
상기 암 부재는 베이스 부 및 상부를 포함하며; 상기 상부는 그 안에 제 2 길이를 갖는, 그 안에 내부 스플라인을 갖는 카운터보어를 포함하며; 상기 내부 스플라인은 카운터보어 맞물림 표면에서 끝나며;
상기 수 및 암 부재는 서로 결합되며, 상기 수 부재의 상기 숄더 부는 상기 암 부재의 상부와 맞물리며, 상기 수 부재의 상기 실린더 부의 상부 표면은 상기 암 부재의 상기 카운터보어 맞물림 표면과 맞물리며, 상기 제 1 길이 및 제 2 길이는 동일하며, 상기 외부 스플라인은 상기 내부 스플라인과 완전히 딱 들어맞으며, 상기 연결의 상기 유효 면 넓이는 상기 스플라인의 상기 제 1 및 제 2 길이와 동일한;
것으로 구성된 것을 특징으로 하는 스플라인 연결 장치.
외부 스플라인에 의해 전달되는 하중을 결정하는 단계;
상기 결정된 하중을 기초로 하여 상기 외부 스플라인의 피치 직경을 선택하는 단계;
원주 피치가 충분히 크며 따라서 상기 외부 스플라인의 상기 톱니가 충분히 크고 상기 하중을 다룰 수 있는 것과 같이 톱니의 수를 선택하는 단계;
상기 결정된 하중 및 상기 외부 스플라인의 상기 선택된 피치 직경을 기초로 하여 상기 외부 스플라인의 길이를 결정하는 단계;
공구 경사 각(β)을 선택하는 단계;
부품 공간 포함 각(α)을 선택하는 단계;
공구 경사 각 및 부품 공간 포함 각에 관하여 표현된 알고리즘을 기초로 한, 공구 원뿔 포함 각(2τ)을 결정하는 단계;
필요로 하는 실제 외부 스플라인 면적을 기초로 하여 공구를 크기화하는 단계;
엔드밀에 적절한 가공물을 고정시키는 단계;
상기 공구 및 엔드밀을 사용하여, 상기 가공물 내에 적절한 톱니 공간을 밀링하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 외부 스플라인을 제조하기 위한 과정.
제 25항에 있어서, 상기 공구를 크기화하는 단계는 공구의 일 단에서 캡 반경을 형성하는 단계 및 공구 원뿔이 상기 외부 스플라인 외부로 충분히 길게 확장하는 것과 같이 공구 길이를 수립하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 외부 스플라인을 제조하기 위한 과정.
제 25항에 있어서, 상기 경사 각(β)은 바람직하게는 30-60^o 범위인 것을 특징으로 하는, 외부 스플라인을 제조하기 위한 과정.
제 25항에 있어서, 상기 부품 공간 각(α)은 바람직하게는 40-75^o 범위인 것을 특징으로 하는, 외부 스플라인을 제조하기 위한 과정.
제 25항에 있어서, 상기 공구의 간격을 위하여 상기 가공물의 인접한 구조 내에 릴리프를 밀링하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 외부 스플라인을 제조하기 위한 과정.
제 25항에 있어서, 상기 가공물은 실린더 형태이며 상기 인접한 구조는 숄더인 것을 특징으로 하는, 외부 스플라인을 제조하기 위한 과정.
제 25항에 있어서, 상기 가공물을 회전하여 인덱스하는 단계 및 원주상으로 간격을 두는 외부 스플라인 톱니를 형성하는 상기 가공물의 원주 주위에 동일하게 간격을 두는 복수의 톱니 공간을 밀링하는 것을 가능하게 하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 외부 스플라인을 제조하기 위한 과정.
제 25항에 있어서, 상기 공구는 두 개의 스트레이트 플루트 및 하나의 반경 캡을 포함하는 것을 특징으로 하는, 외부 스플라인을 제조하기 위한 과정.
제 25항에 있어서, 상기 공구는 상기 적절한 공간 각(톱니 공간) 및 나선형 톱니를 생산하기 위하여 복수의 나선형 반경을 포함하는 것을 특징으로 하는, 외부 스플라인을 제조하기 위한 과정.
상기 내부 스플라인에 의해 전달되는 하중을 결정하는 단계;
결합하는 외부 스플라인의 피치 직경을 선택하는 단계;
상기 결정된 하중 및 상기 외부 스플라인 장치의 선택된 피치 직경을 기초로 하여 상기 내부 스플라인 장치의 길이를 결정하는 단계;
상기 외부 스플라인의 원주 피치가 충분히 크며 따라서 상기 외부 스플라인의 상기 톱니가 상기 하중을 다룰 수 있는 것과 같이 톱니의 수(N)를 선택하는 단계;
외부 부품 공간 포함 각(2α^o)을 선택하는 단계;
공식 2α^o-((360/N)^o)을 사용하여 내부 부품 공간 포함 각을 결정하는 단계;
공구 경사 각(β)을 선택하는 단계;
경구 경사 각(β) 및 상기 내부 부품 공간 포함 각(2α^o-((360/N)^o))과 관련하여 표현된 알고리즘을 기초로 하여 공구 원뿔 포함 각(2τ)을 결정하는 단계;
상기 공구의 제 1 단에서의 형태 직경에서 캡 반경을 수립하는 공구를 크기화하는 단계 및 상기 공구의 제 2 단을 형성하기 위하여 상기 공구 원뿔을 상기 부품 외부로 충분히 길게 확장하는 단계;
엔드밀 내에 적절한 가공물을 고정하는 단계;
상기 공구 및 엔드밀을 사용하여, 상기 가공물 내에 적절한 내부 공간 각(톱니 공간)을 밀링하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 내부 스플라인을 제조하기 위한 과정.
제 34항에 있어서, 상기 가공물의 인접한 구조 내에 릴리프를 밀링하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 내부 스플라인을 제조하기 위한 과정.
제 34항에 있어서, 상기 적절한 가공물은 그 안에 카운터보어를 포함하며, 상기 카운터보어는 내부 원주를 갖는 것을 특징으로 하는, 내부 스플라인을 제조하기 위한 과정.
제 34항에 있어서, 상기 가공물을 회전하여 인덱스하는 단계 및 원주상으로 간격을 두는 내부 스플라인 톱니를 형성하는 상기 가공물의 내부 원주 주위에 동일하게 간격을 두는 복수의 적절한 내부 공간 각(톱니 공간)을 밀링하는 것을 가능하게 하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 내부 스플라인을 제조하기 위한 과정.
단 부 및 길이를 포함하는 상부 실린더 부 및 인접한 구조를 포함하는 가공물을 확보하는 단계;
상기 가공물의 상기 상부 실린더 부와 관련하여 경사 각에 회전 절삭 공구를 향하게 하는 단계;
상기 회전 절삭 공구를 회전시키는 단계;
상기 가공물의 상기 상부 실린더 부의 상기 단 부를 상기 회전하는 회전 절삭 공구와 맞물리는 단계;
상기 가공물의 상기 상부 실린더 부로부터 재료를 제거하는 상기 상부의 상기 길이를 따라 상기 가공물의 상기 상부 실린더 부의 상기 단 부로부터 상기 회전하는 회전 절삭 공구를 이동시키며 회전 절삭 공구 릴리프를 형성하는 상기 가공물의 상기 인접한 구조 내로 이동시키는 단계; 및
상기 회전하는 회전 절삭 공구의 상기 경사 각을 따라 상기 가공물의 상기 인접한 구조로부터 상기 회전 절삭 공구를 후퇴시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 인접한 구조에 근접한 스플라인을 제조하기 위한 과정.
제 38항에 있어서,
상기 회전 절삭 공구를 초기 위치로 돌아오게 하는 단계;
상기 가공물을 인덱스하는 단계;
상기 가공물의 상기 상부 실린더 부의 상기 단 부를 상기 회전하는 회전 절삭 공구와 맞물리는 단계; 상기 가공물의 상기 상부 실린더 부로부터 재료를 제거하는 상기 상부의 상기 길이를 따라 상기 가공물의 상기 상부 실린더 부의 상기 단 부로부터 상기 회전하는 회전 절삭 공구를 이동시키며 회전 절삭 공구 릴리프를 형성하는 상기 가공물의 상기 인접한 구조 내로 이동시키는 단계; 및 상기 회전하는 회전 절삭 공구의 상기 경사 각을 따라 상기 가공물의 상기 인접한 구조로부터 상기 회전 절삭 공구를 후퇴시키는 단계;를 반복하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 인접한 구조에 근접한 스플라인을 제조하기 위한 과정.
제 38항에 있어서, 상기 스플라인은 내부 스플라인이고, 상기 인접한 구조는 숄더이며 상기 회전 절삭 공구 릴리프는 상기 경사 각에서 상기 숄더 내로 확장하는 것을 특징으로 하는, 인접한 구조에 근접한 스플라인을 제조하기 위한 과정.
제 38항에 있어서, 상기 스플라인은 외부 스플라인이며 상기 회전 절삭 공구는 상기 공구의 공구 원뿔 포함 각, 부품 공간 포함 각, 및 경사 각을 기초로 하여 크기화되는 것을 특징을 하는, 인접한 구조에 근접한 스플라인을 제조하기 위한 과정.
그 안에 단 부 및 길이를 포함하는 카운터보어 및 인접한 구조를 포함하는 가공물을 확보하는 단계;
상기 가공물의 상기 카운터보어의 상기 단 부와 관련하여 경사 각에 회전 절삭 공구를 향하게 하는 단계;
상기 회전 절삭 공구를 회전시키는 단계;
상기 가공물의 상기 카운터보어의 상기 단 부를 상기 회전하는 회전 절삭 공구와 맞물리는 단계;
상기 카운터보어의 상기 길이를 따라 상기 가공물의 상기 카운터보어의 상기 단 부로부터 상기 회전하는 회전 절삭 공구를 이동시키며 회전 절삭 공구 릴리프를 형성하는 상기 가공물의 상기 인접한 구조 내로 이동시키는 단계; 및
상기 회전하는 회전 절삭 공구의 상기 경사 각을 따라 상기 가공물의 상기 인접한 구조로부터 상기 회전 절삭 공구를 후퇴시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 인접한 구조에 근접한 스플라인을 제조하기 위한 과정.
제 42항에 있어서,
상기 회전 절삭 공구를 초기 위치로 돌아오게 하는 단계;
상기 가공물을 인덱스하는 단계;
상기 가공물의 상기 카운터보어의 상기 단 부를 상기 회전하는 회전 절삭 공구와 맞물리는 단계; 상기 카운터보어 상기 길이를 따라 상기 가공물의 상기 카운터보어의 상기 단 부로부터 상기 회전하는 회전 절삭 공구를 이동시키며 회전 절삭 공구 릴리프를 형성하는 상기 가공물의 상기 인접한 구조 내로 이동시키는 단계;를 반복하는 단계; 및, 상기 회전하는 회전 절삭 공구의 상기 경사 각을 따라 상기 가공물의 상기 인접한 구조로부터 상기 회전 절삭 공구를 후퇴시키는 단계;를 반복하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 인접한 구조에 근접한 스플라인을 제조하기 위한 과정.
제 42항에 있어서, 상기 스플라인은 내부 스플라인이고, 상기 인접한 구조는 카운터보어 맞물림 표면이며, 상기 회전 절삭 공구 릴리프는 상기 경사 각에서 상기 카운터보어 내로 확장하는 것을 특징으로 하는, 인접한 구조에 근접한 스플라인을 제조하기 위한 과정.
제 42항에 있어서,
상기 스플라인은 내부 스플라인이며;
상기 회전 절삭 공구는 부품 공간 포함 각 및 경사 각의 함수로서 공구 원뿔 포함 각을 기초로 하여 크기화되며;
캡 반경은 상기 공구의 제 1 단을 형성하는 형태 직경에서 형성되며 공구 원뿔은 상기 공구의 제 2 단을 형성하기 위하여 상기 스플라인 외부로 충분히 길게 확장하는 것을 특징으로 하는, 인접한 구조에 근접한 스플라인을 제조하기 위한 과정.