KR20140015333A - 금속 작업물의 가공 및 경화를 위한 방법 및 공작 기계 - Google Patents

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KR20140015333A
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모세 이스라엘 메이다
볼프강 혼
하이너 랑
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마그 이아스 게엠베하
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Abstract

본 발명은 금속 작업물(2)을 가공하고 경화시키기 위한 방법 및 공작 기계(1)에 관한 것이다. 작업물 홀더(4 ∼ 6)에 고정되는 작업물(2)은 먼저 기계가공 장치(7, 8)로 기계가공되고, 이어서 경화 장치(9)로 경화된다. 기계가공된 작업물(2)은 경화를 위해 먼저 가열 유닛(62)에 의해 가열되고 이어서 급랭 장치(63)로 급랭된다. 급랭은 예컨대 액체 또는 기체 질소와 같은 저온 냉각제를 사용하여 일어난다. 한번의 고정으로 작업물(2)을 기계가공하고 경화시키며 또한 가열된 작업물(2)을 신속하게 급랭시킴으로써 높은 기계가공 품질 짧은 기계가공 시간 및 사이클 시간이 얻어진다.

Description

금속 작업물을 기계가공하고 경화시키기 위한 방법 및 공작 기계{METHOD AND MACHINE TOOL FOR MACHINING AND HARDENING METALLIC WORKPIECES}
본 발명은 금속 작업물의 가공 및 경화를 위한 방법 및 공작 기계에 관한 것이다.
DE 197 49 939 C2(US 6 684 500 B1에 대응함)에는 크랭크축을 가공하기 위한 공작 기계가 알려져 있는데, 여기서 크랭크축은 고정 장치(clamping device)에서 기계가공되고 다음에 경화된다. 경화를 위해, 크랭크축은 레이저 또는 인덕터(inductor)로 가열된다. 단점은, 냉각 후에 크랭크축은 바람직하지 않은 왜곡을 보인다는 것인데, 이러한 왜곡은 가공에 부정적인 영향을 주며 또한 재가공을 필요하게 할 수도 있다.
본 발명의 목적은, 높은 가공 품질로 금속 작업물의 간단한 가공 및 경화를 가능하게 해주는 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적은 청구항 1 의 특징을 갖는 방법으로 달성된다. 가공될 작업물은 한번의 고정으로 금속 절삭되고 경화된다. 경화를 위해, 가공된 작업물은 통상적인 방식으로 가열되고 이어서 저온 냉각 매체로 급랭된다. 작업물과 접촉하면 0℃(273.15 K) 훨씬 아래의 매우 낮은 온도를 갖게 되는 상기 저온 냉각 매체에 의해, 따뜻해진 작업물이 신속하게 냉각되며, 그리하여 종래 기술에 비해 왜곡이 낮고 또한 명확히 감소된다. 이 때문에, 경화된 작업물은 높은 가공 품질을 갖는다. 왜곡이 낮기 때문에, 경화된 작업물을 왜곡으로 인해 가공할 필요가 더 이상 전혀 없으며 또는 제한된 정도로만 재작업하기만 하면 된다. 냉각이 신속하고 재작업이 더 이상 요구되지 않으므로, 가공 시간 및 사이클 시간이 또한 각각 줄어든다. 저온 냉각 매체는 증발하므로, 작업물과 공작 기계가 그 저온 냉각 매체에 의해 더럽혀지는 일이 없다. 저온 냉각 매체에 대한 처리도 필요하지 않다.
작업물은 가열 유닛으로 가열되며, 이 가열 유닛은 바람직하게는 레이저 및/또는 인덕터로 설계되며 작업물을 따라 선형적으로 구동될 수 있다. 작업물에 열을 연속적으로 가하기 위해, 가열은 가열 유닛을 통과해 구동하는 중에 작업물이 회전할 때 일어난다. 그 후에 즉시, 가열된 작업물의 급랭이 그 작업물을 따라 선형적으로 구동될 수 있는 급랭 유닛에 의해 일어난다. 이 급랭 유닛은 저온 냉각 매체를 가열된 작업물에 이송하는데 사용되고 가열 유닛 옆에 배치된다. 작업물을 연속적으로 또한 목표한 대로 냉각하기 위해, 급랭은 바람직하게는 작업물이 회전할 때 일어난다.
청구항 2 에 따른 방법에 의하면, 작업물의 신속하고 청결한 급랭이 보장된다. 액체 또는 기체 질소, 액체 또는 기체 산소, 기체 수소, 기체 헬륨, 액체 또는 기체 아르곤, 기체 이산화탄소 및 액체 또는 기체 천연 가스가 냉각 매체로서 적합하다. 바람직하게는 질소가 사용된다.
청구항 3 에 따른 방법에 의하면, 작업물의 신속한 급랭이 보장된다.
청구항 4 에 따른 방법에 의하면, 급랭 중에 작업물의 열이 본질적으로 대류에 의해서만 제거되므로 작업물의 왜곡이 낮게 된다. 저온 냉각 매체는 기체로 저장되어 작업물에 안내될 수 있거나 또는 액체로 저장되어 있다가 작업물에 이송되는 중에만 기체 상태로 될 수 있다.
청구항 5 에 따른 방법에 의하면, 저온 냉각 매체의 온도는 극히 낮을 수 있고 이에 따라 작업물의 신속한 급랭이 일어날 수 있다.
청구항 6 에 따른 방법에 의하면, 저온 냉각 매체의 저장이 간단해지고 또한 구성 공간에 대해 최적화된다.
청구항 7 에 따른 방법에 의하면, 가공 시간과 사이클 시간이 각각 짧아질 수 있다. 저온 냉각 매체는 이전의 냉각 매체 보다 상당히 더 효과적으로 공구의 날을 냉각시키며, 그래서 더 높은 절삭 속도, 이에 따른 더 높은 금속 절삭 생산성 및 더 긴 공구 수명을 이룰 수 있다. 어쨌든 저온 냉각 매체는 작업물의 급랭을 위해 제공되므로, 금속 절삭 중에 공구를 냉각시키기 위한 추가적인 수고가 낮게 된다. 저온 냉각 매체가 증발된 후에, 전체 가공은 건식으로, 즉 이전의 냉각용 윤활유가 없이 수행될 수 있다. 이리하여, 가공된 작업물 및 공작 기계는 완전히 청결하다. 냉각용 윤활유를 처리할 필요가 없으므로, 그에 따른 비용도 절감될 수 있다.
청구항 8 에 따른 방법에 의하면, 가공 시간이 단축된다. 금속 절삭 및 경화가 한번의 고정으로 일어나므로, 두 가공 단계들은 병행적으로 일어날 수 있다. 기계 가공 장치에 의해 기계 가공이 여전히 일어날 수 있는 중에, 가열 유닛 및 급랭 유닛 각각에 의해, 가공된 작업물은 국부적인 가열 및 급랭으로 이미 경화될 수 있다. 병행적인 금속 절삭 가공 및 경화는 비교적 큰 축방향 치수를 갖는 축형 작업물에 특히 유용하다.
청구항 9 에 따른 방법에 의하면, 작업물에 대한 미세 가공이 동일한 고정으로 일어나므로 높은 가공 품질이 보장된다. 따라서, 경화로 인한 작업물의 약간의 왜곡은 쉽게 또한 신속하게 재작업될 수 있다. 추가로, 표면 마무리를 위한 다른 가공 단계도 쉽게 또한 신속하게 수행될 수 있다.
청구항 10 에 따른 방법에 의하면, 짧은 가공 시간이 보장된다. 저온 냉각 매체 때문에, 미세 가공에 사용되는 공구는 더욱 효과적으로 냉각될 수 있고, 그래서 더 높은 가공 속도와 생산성 및 더 긴 공구 수명이 얻어진다. 어쨌든 저온 냉각 매체는 경화를 위해 제공되므로, 미세 가공 중에 사용되는 공구를 냉각하기 위한 추가적인 수고는 낮게 된다. 저온 냉각 매체는 증발하므로, 미세 가공된 작업물 및 공구 모두는 완전히 청결하다. 이전의 냉각용 윤활유에 대한 처리는 완전히 없다.
청구항 11 에 따른 방법에 의하면, 미세 가공이 작업물의 경화와 병행하여 일어나므로, 가공 시간이 단축된다. 병행 가공은, 특히 작업물이 저온 냉각 매체로 인해 극히 빠르게 냉각되므로 가능하게 되는 것이다. 상기 병행 가공은 큰 축방향 치수를 갖는 축형 작업물에 특히 유용하다.
청구항 12 에 따른 방법에 의하면, 높은 가공 품질이 보장된다. 작업물 홀더는 기부 프레임에 대해 열적으로 절연되므로, 고정시의 열적 왜곡이 최소화될 수 있고, 그리하여, 고정으로 인해 작업물에 작용하는 힘은 전체 가공 중에 본질적으로 동일하게 유지된다. 따라서, 고정으로 인한 작업물의 왜곡은 생기지 않는다.
청구항 13 에 따른 방법에 의하면, 축형 작업물의 가공시에 높은 가공 품질이 보장된다.
청구항 14 에 따른 방법에 의하면, 높은 가공 품질이 보장된다. 고정된 작업물의 축방향 팽창은 탄성적인 설치로 보상되며, 따라서, 고정의 결과로 작업물에 작용하는 힘은 전체 가공 중에 본질적으로 동일하게 유지된다.
청구항 15 에 따른 방법에 의하면, 높은 가공 품질이 보장된다. 측정된 축방향 힘에 따라 작업물 홀더 중의 하나를 조절하므로, 고정된 작업물의 축방향 팽창이 간단하게 또한 신속하게 보상될 수 있으며, 그리하여, 작업물에 작용하는 힘은 전체 가공 중에 본질적으로 균일하게 유지된다.
본 발명의 목적은 또한 높은 가공 품질로 금속 작업물의 간단한 가공 및 경화를 가능하게 해주는 공작 기계를 제공하는 것이다.
이 목적은 청구항 16 의 특징을 갖는 공작 기계로 달성된다. 본 발명에 따른 공작 기계의 이점은 이미 언급한 본 발명에 따른 방법의 이점에 상당한다. 특히, 본 발명에 따른 공작 기계는 청구항 2 ∼ 15 에 따라 더 개량될 수 있다.
본 발명의 다른 특징, 이점 및 상세 내용은 이하의 예시적인 실시 형태로부터 알 수 있을 것이다.
도 1 는 금속 작업물의 금속 절삭 가공 중에 있는 공작 기계의 사시도이다.
도 2 는 도 1 의 공작 기계의 부분 절개도이다.
도 3 은 도 1 의 공작 기계의 가공 장치 및 경화 장치의 상세도이다.
도 4 는 기계가공된 작업물의 경화 중에 있는 도 1 의 공작 기계의 사시도이다.
도 5 는 도 4 의 공작 기계의 부분 절개도이다.
도 6 은 경화된 작업물의 미세 가공 중에 있는 도 1 의 공작 기계의 사시도이다.
경화된 축형 금속 작업물(2)을 만들기 위한 공작 기계(1)는 기부 프레임(3)을 포함하고, 이 기부 프레임 위에는 3개의 작업물 홀더(4 ∼ 6), 2개의 가공 장치(7, 8) 및 경화 장치(9)가 설치되어 있다.
제 1 작업물 홀더(4)는 작업물 스핀들로 설계되어 있고 클램핑 척(clamping chuck; 10)을 갖고 있으며, 이 클램핑 척은 x-방향에 평행한 회전 축선(12)을 중심으로 스핀들 구동 모터(11)에 의해 회전가능하게 구동될 수 있다. 작업물 스핀들(4)은 기부 프레임(3)의 전방측(13)에 설치되고 x-방향에 평행하게 선형적으로 구동가능하다. 이러한 목적으로, 전방측(13)에는 제 1 x-안내 레일(14)들이 x-방향에 수직인 y-방향으로 서로 거리를 두고 배치되어 있으며, 그 안내 레일 상에는 작업물 스핀들(4)이 제 1 x-슬라이드(15)에 의해 설치되어 있다. x-슬라이드(15)는 제 1 x-구동 모터(16)에 의해 x-안내 레일(14)을 따라 선형적으로 구동될 수 있다.
제 2 작업물 홀더(5)는 상기 작업물 홀더(4)의 반대쪽에서 제 2 x-슬라이드(17)에 의해 x-안내 레일(14)에 설치되어 있다. 작업물 홀더(5)는 테일스톡(tailstock)의 형태로 되어 있고, 또한 한 점까지 이르는 작업물 홀더(18)를 갖고 있는데, 이 작업물 홀더는 회전 축선(12)과 동심으로 설치되며 또한 하우징(19) 안에 회전가능하게 설치된다. 작업물 홀더(18)는 스프링 요소(20)에 의해 하우징(19) 안에 스프링 설치되며 그 스프링 요소(20)의 스프링력에 대항하여 x-방향으로 축방향으로 움직일 수 있다. 작업물 홀더(18)에 작용하는 축방향 힘을 측정하기 위해 힘 센서(21)가 그 작업물 홀더와 하우징(19) 사이에 설치되며, 이 힘 센서는 축방향 힘의 측정값을 제어 장치(22)에 보내게 된다. 작업물 홀더(18)와 하우징(19) 사이에는 열 절연부(23)가 배치되어 있는데, 이 열 절연부는 하우징(19)에 대하여 작업물 홀더(18)를 열적으로 절연시킨다.
제 3 작업물 홀더(6)는 받침대로 설계되어 있으며 y-방향으로 작업물(2) 아래쪽에 설치된다. 상기 받침대(6)는 제 3 x-슬라이드(24)에 고정되어 있고, 이 슬라이드는 x-방향에 평행한 제 2 x-안내 레일(26)들 상에서 제 3 x-구동 모터(25)에 의해 선형적으로 구동된다. x-안내 레일(26)들은 전방측(13)에서 y-방향으로 서로 거리를 두고 상기 x-안내 레일(14)의 아래쪽에 배치된다. x-안내 레일(14, 26)들은 서로 평행하다.
상기 가공 장치(7, 8)는 고정된 작업물(2)을 금속 절삭 가공하는데 사용된다. 기부 프레임(3)의 상측부(27)에는 제 3 x-안내 레일(28)들이 설치되어 있는데, 이들 안내 레일은 x 및 y-방향에 수직인 z-방향으로 서로 거리를 두고 있으며 x-방향에 평행하다. 상기 x-안내 레일(28) 상에는 제 4 x-슬라이드(29)가 설치되어 있고 제 4 x-구동 모터(30)에 의해 x-방향에 평행하게 선형적으로 구동될 수 있다. x-슬라이드(29)의 일 전방측(31)에는 제 1 y-안내 레일(32)들이 배치되어 있는데, 이들 안내 레일은 x-방향으로 서로 거리를 두고 있고 y-방향에 평행하다. 상기 y-안내 레일(32) 상에는 제 1 y-슬라이드(33)가 설치되어 있는데, 이 슬라이드는 y-구동 모터(34)에 의해 y-방향에 평행하게 선형적으로 구동될 수 있다. y-슬라이드(33)에는, 다수의 공구(36)를 갖는 제 1 공구 터릿(turret)(35)이 고정되어 있다. 이 공구 터릿(35)은 하우징(37)을 갖고 있으며, 이 하우징 안에는 회전 구동 모터(38)가 설치되어 있으며, 이 구동 모터에 의해 회전 디스크(39)가 회전 축선(40)을 중심으로 회전가능하게 구동될 수 있다. 회전 축선(12, 40)은 서로 평행하고 또한 x-y 평면에도 평행하다.
저온 냉각 매체(41)를 공급하기 위해 가공 장치(7)는 공급 라인(42)을 갖고있는데, 이 공급 라인은 저장 탱크(43)에서부터 그때 작업물(2)에 사용 중인 공구(36)까지 이른다. 공급 라인(42)은 예컨대 회전 디스크(39) 및 사용 중인 공구(36)를 통과하여 직접 그 공구(36)의 날(blade)까지 이른다. 저장 탱크(43)는 열적으로 절연되어 있고 냉각 유닛(44)에 의해 냉각될 수 있다. 저온 냉각 매체(41)는 제 1 공급 펌프(68)에 의해 공급 라인(42)을 통해 공구(36)에 전달될 수 있다.
제 2 가공 장치(8)는 상기 제 1 가공 장치(7)에 상당하게 설계되며 제 5 x-슬라이드(45)를 갖고 있으며, 이 슬라이드는 x-안내 레일(28) 상에서 제 5 x-구동 모터(46)에 의해 x-방향에 평행하게 선형적으로 구동될 수 있다. x-슬라이드(45)의 일 전방측(47)에는 제 2 y-안내 레일(48)이 설치되어 있으며, 이 안내 레일 상에서는 제 2 y-슬라이드(49)가 제 2 y-구동 모터(50)에 의해 y-방향에 평행하게 선형적으로 구동될 수 있다. y-슬라이드(49) 상에는 제 2 공구 터릿(51)이 설치되어 있고, 이 공구 터릿은 제 1 공구 터릿(35) 쪽으로 향해 있다. 공구 터릿(51)은 하우징(52)을 가지며, 이 하우징 안에는 회전 구동 모터(53)가 설치되어 있다. 이 회전 구동 모터(53)에 의해 회전 디스크(54)가 회전 축선(56)을 중심으로 공구(55)와 함께 회전 구동될 수 있다. 회전 축선(56)은 회전 축선(40)과 일치하게 배치되어 있다. 사용 중인 공구(55)의 날에 저온 냉각 매체(41)를 공급하기 위해 제 2 공급 라인(57)이 저장 탱크(43)와 공구(55) 사이에 배치되어 있다. 공급 라인(57)은 예컨대 회전 디스크(54) 및 사용 중인 공구(55)를 통과한다. 저온 냉각 매체(41)는 제 2 공급 펌프(69)에 의해 저장 탱크(43)로부터 공구(55)에 전달될 수 있다.
경화 장치(9)는 x-슬라이드(29) 상에서 이동할 수 있도록 선형적으로 y-방향에 평행하게 배치된다. 이러한 목적으로, x-슬라이드(29)의 정면측(58)에는 제 3 y-안내 레일(59)이 z-방향으로 서로 거리를 두고 설치되어 있다. y-안내 레일(59) 상에는, 제 3 y-슬라이드(60)가 설치되어 있고 제 3 y-구동 모터(61)에 의해 선형적으로 구동될 수 있다. 상기 경화 장치(9)는 U-형 가열 유닛(62) 및 급랭 유닛(63)을 포함하며, 이들 두 유닛은 y-슬라이드(60) 상에서 서로 옆에 설치된다. 가열 유닛(62)은 인덕터로 설계되어 있어, 작업물(2)이 유도(induction)로 가열될 수 있다. 급랭 유닛(63)은 저온 냉각 매체(41)를 공급하기 위한 공급 라인(64) 및 작업물(2)의 담금질 후에 저온 냉각 매체(41)를 배출시키기 위한 흡입 라인(65)을 포함한다. 공급 라인(64)은 저장 탱크(43)에서부터 직접 인덕터(62)까지 이른다. 저온 냉각 매체(41)는 제 3 공급 펌프(66)에 의해 저장 탱크(43)로부터 공급 라인(64)을 통하여 작업물(2)에 전달될 수 있다. 흡입은 제 4 공급 펌프(67)에 의해 일어난다. 바람직하게는, 흡입된 저온 냉각 매체(41)는 다시 저장 탱크(43)에 전달된다.
구동 모터(11, 16, 25, 30, 34, 38, 46, 50, 53, 61) 및 공급 펌프(66 ∼ 69)는 제어 장치(22)에 연결되어 있고 이 제어 장치로 제어될 수 있다.
다음에는 상기 공작 기계(1)에 의한 작업물(2)의 가공 및 경화를 설명한다. 먼저 작업물(2)이 작업물 스핀들(4)과 테일스톡(5) 사이에 고정되고 받침대(6)로 지지된다. 그리고 나서 작업물(2)은 작업물 스핀들(4)에 의해 회전 구동되고 가공 장치(7) 및/또는 가공 장치(8)로 금속 절삭 가공된다. 작업물(2)에 사용 중인 공구(36 및/또는 55)는 저온 냉각 매체(41)로 냉각된다. 이러한 목적으로, 냉각 매체(41)는 공급 펌프(68, 69)에 의해 공급 라인(42, 57)을 통해 공구(36, 55)의 날에 전달된다. 금속 절삭 중에, 공구(36, 55)는 슬라이드(29, 33, 45, 49)에 의해 선형적으로 구동된다. 금속 절삭은 도 1 ∼ 3 에 나타나 있다.
금속 절삭과 병행하여, 작업물(2)은 경화 장치(9)로 경화된다. 이러한 목적으로, 작업물(2)은 금속 절삭 중에 가열 유닛(62) 및 인덕터 각각에 의해 오스테나이트화 온도로 국부적으로 가열되고 이어서 급랭 유닛(63)에 의해 급랭된다. 작업물(2)은 경화 중에 회전 축선(12)을 중심으로 회전하므로 고르게 가열 및 급랭된다. 급랭을 위해, 저온 냉각 매체(41)가 공급 펌프(66)에 의해 공급 라인(64)을 통해 작업물(2)에 전달되며, 이 작업물(2)에 도달한 후에는 다시 공급 펌프(67)에 의해 흡입 라인(65)을 통해 흡입되어 제거된다. 저온 냉각 매체(41) 때문에 작업물(2)은 극히 빠르게 냉각되고 그래서 작업물(2)의 왜곡이 낮게 유지된다. 경화 중에, 경화 장치(9)는 통상적인 방식으로 슬라이드(29, 60)에 의해 선형적으로 구동된다. 대안적으로, 경화는 작업물(2)의 금속 절삭 후에만 시작될 수 있다. 경화는 도 4 및 5 에 나타나 있다.
경화와 병행하여, 경화된 작업물(2)에 대한 미세 가공 및 재작업이 각각 일어난다. 미세 가공 중에, 작업물(2)은 예컨대 금속 절삭으로 가공될 수 있고 또는 작업물(2)의 표면은 다른 방법으로 개선될 수 있다. 미세 가공은 제 1 가공 장치(7) 및/또는 제 2 가공 장치(8)로 일어난다. 미세 가공을 위해 작업물(2)에 사용 중인 공구(36, 55)는 저온 냉각 매체(41)로 냉각된다. 이러한 목적으로, 저온 냉각 매체(41)는 공급 펌프(68, 69)에 의해 저장 탱크(43)로부터 공구(36, 55)의 날에 전달된다. 대안적으로, 미세 가공은 경화가 완료된 후에 시작될 수 있다. 미세 가공은 도 6 에 나타나 있다.
저온 냉각 매체(41) 때문에, 작업물(2)의 금속 절삭 및/또는 미세 가공 동안에 상기 사용 중인 공구(36, 55)의 날은 더욱 효과적으로 냉각되며, 그래서 절삭 속도와 가공 생산성이 증가된다. 저온 냉각 매체(41)는 늦어도 급랭 후에 증발하므로, 작업물(2)과 전체 공작 기계(1)가 청결하게 된다. 냉각 매체(41)에 대한 처리(이전의 냉각 매체의 경우에는 필요함)는 필요 없다.
전체 제작 공정 중에, 작업물(2)에 작용하는 축방향 힘은 힘 센서(21)로 측정된다. 고정된 작업물(2)의 축방향 팽창은 스프링 요소(20)에 의해 어떤 한도내에서 보상된다. 탄성 설치에도 불구하고 측정된 축방향 힘이 어떤 한도를 초과하면, 작업물 스핀들(4) 및/또는 테일스톡(5)은 x-방향으로 조절될 것이다. 스프링 요소(20)와 힘 센서(21) 각각의 큰 온도 변동을 방지하기 위해, 작업물 홀더(18)는 절연부(23)에 의해 열적으로 차폐된다. 작업물(2)의 금속 절삭, 경화 및 미세 가공이 한번의 고정으로 일어나므로, 한편으로 높은 가공 품질과 다른 한편으로는 더 짧은 가공 시간 및 사이클 시간이 각각 얻어지게 된다.
바람직하게는 질소가 저온 냉각 매체(41)로 사용된다. 질소(41)는 저장 탱크(43) 내에서 그의 비등점(-195.79℃ 및 77.36 K) 아래의 온도에서 액체 상태로 저장된다. 공급 라인(42, 57, 64)을 통해 전달되는 중에, 질소(41)는 작업물(2)과 공구(36, 55)에 각각 도달할 때까지 액체로 유지될 수 있다. 대안적으로, 질소(41)는 작업물(2)에 도달하여 공구(36, 55)에서 나갈 때까지 기체 상태로 유지될 수 있으며 또한 비등점 보다 높지만 바람직하게는 -180℃(93.15 K) 보다 낮은 온도를 가질 수 있다.
원리적으로, 질소, 산소, 수소, 헬륨, 아르곤, 이산화탄소 및 천연 가스를 포함하는 그룹에서 선택되는 적어도 1종의 매체가 저온 냉각 매체(41)로서 사용될 수 있다. 저온 냉각 매체(41)는 액체 및/또는 기체일 수 있다. 금속 절삭, 경화 및/또는 미세 가공 중에 저온 냉각 매체(41)가 작업물(2)에 도달하면 -60℃(213.15 K) 미만의 온도를 갖게 되며, -120℃(153.15 K) 미만일 수 있고, -150℃(123.15 K) 미만일 수 있으며 또한 -180℃(93.15 K) 미만일 수 있다.
제작될 작업물(2)은 예컨대 축, 기어, 피니언 축, 크랭크축, 캠축, 변속 레버 축 및/또는 플랜지 부품일 수 있다. 금속 절삭 및 미세 가공은 선삭, 선반 밀링, 냉간 전조(cold rolling), 치형 절삭, 드릴링, 크랭크축 밀링, 캠축 밀링 및/또는 연삭으로 일어날 수 있다.

Claims (16)

  1. 금속 작업물을 가공하고 경화시키기 위한 방법으로서,
    가공될 작업물(2)을 공작 기계(1)의 작업물 홀더(4 ∼ 6)에 고정시키는 단계;
    상기 작업물 홀더(4 ∼ 6)에 고정된 작업물(2)을 금속 절삭 가공하는 단계; 및
    상기 작업물 홀더(4 ∼ 6)에 고정되어 가공된 작업물(2)을 가열하고 또한 작업물 홀더(4 ∼ 6)에 고정되어 가열된 그 작업물(2)을 저온 냉각 매체(41)로 급랭시켜, 작업물(2)을 경화시키는 단계를 포함하는, 금속 작업물을 가공하고 경화시키기 위한 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 저온 냉각 매체(41)는 질소, 산소, 수소, 헬륨, 아르곤, 이산화탄소 및 천연 가스를 포함하는 그룹에서 선택되는 적어도 1종의 매체인 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 저온 냉각 매체(41)는 가열된 작업물(2)에 도달하면 -60℃ 미만, 특히 -120℃ 미만, 특히 -150℃ 미만, 그리고 특히 -180℃ 미만의 온도를 갖는 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 저온 냉각 매체(41)는 가열된 작업물(2)에 기체로 도달하는 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 저온 냉각 매체(41)는 가열된 작업물(2)에 액체로 도달하는 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 저온 냉각 매체(41)는 액체로 저장되는 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 금속 절삭에 사용되는 공구(36, 55)가 상기 저온 냉각 매체(41)로 냉각되는 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 가열 및 특히 급랭은 작업물(2)의 금속 절삭 가공 중에 일어나는 방법.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 경화된 작업물(2)이 상기 작업물 홀더(4 ∼ 6)에 고정된 상태에서 미세 가공이 일어나는 방법.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 미세 가공에 사용되는 공구(36, 55)가 상기 저온 냉각 매체(41)로 냉각되는 방법.
  11. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서, 상기 미세 가공은 작업물(2)의 급랭 중에 일어나는 방법.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 작업물 홀더(5)는 상기 공작 기계(2)의 기부 프레임(3)에 대해 열적으로 절연되는 방법.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 작업물(2)은 축형으로 되어 있고 양 단부에서 작업물 홀더(4 ∼ 6)에 고정되는 방법.
  14. 제 13 항에 있어서, 적어도 하나의 작업물 홀더(5)는 고정된 작업물(2)의 축방향 팽창을 보상하기 위해 스프링 설치되는 방법.
  15. 제 13 항 또는 제 14 항에 있어서, 적어도 하나의 작업물 홀더(5)에서 축방향 힘이 힘 센서(21)에 의해 측정되고, 이 축방향 힘에 따라 상기 고정된 작업물(2)의 축방향 팽창이 작업물 홀더(4, 5) 중 한 작업물 홀더의 운동으로 보상되는 방법.
  16. 금속 작업물을 가공하고 경화시키기 위한 공작 기계로서,
    기부 프레임(3);
    가공될 작업물(2)을 고정시키기 위해 상기 기부 프레임(3)에 설치되는 작업물 홀더(4 ∼ 6);
    작업물(2)을 금속 절삭 가공하기 위한 가공 장치(7, 8);
    가공된 작업물(2)을 경화시키기 위한 경화 장치(9); 및
    가공 및 경화를 제어하기 위한 제어 장치(22)를 포함하고,
    상기 경화 장치는,
    작업물(2)을 가열하기 위한 가열 유닛(62); 및
    작업물 홀더(4 ∼ 6)에 고정되어 있는 가열된 작업물(2)이 저온 냉각 매체(41)로 급랭될 수 있도록 구성되어 있는 급랭 유닛(63)을 구비하는, 금속 작업물을 가공하고 경화시키기 위한 공작 기계.
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