KR20140109894A

KR20140109894A - 크랭크핀들을 둘러싸는 크랭크샤프트의 적어도 플랫 숄더를 선삭하는 머신 및 방법

Info

Publication number: KR20140109894A
Application number: KR1020147016986A
Authority: KR
Inventors: 에르빈 융커
Original assignee: 에르빈 융커 마쉬넨파브리크 게엠베하
Priority date: 2011-12-22
Filing date: 2012-12-18
Publication date: 2014-09-16
Also published as: EP2794156A1; EP2794156B1; BR112014015288A8; DE102011089654A1; JP2015502267A; US20140325838A1; BR112014015288A2; ES2571604T3; WO2013092599A1; CN104039485A; RU2627828C2; KR102020853B1; RU2014130101A; CN104039485B; JP6078079B2; DE102011089654B4; US9475121B2

Abstract

크랭크샤프트 내의, 상기 크랭크샤프트의 인접 치크들(3)에서 베어링 핀(4)의 옆에 배치된 협폭의 플랫 숄더들(9)이 선삭 공구(14)에 의한 선삭으로 기계가공된다. 본 공정에서, 크랭크샤프트는 고정 방식으로 클램핑되어 있는 크랭크샤프트가 회전 클램핑 축(22)을 중심으로 회전하며, 또한 크랭크샤프트의 중앙 베어링 핀들(2)에 의해 형성된 중앙 길이방향 축이 배치된다. 그 결과, 베어링 핀들(4)은 회전 클램핑 축(22)을 중심으로 원형 경로 상에서 기하축(6)에 의하여 회전한다. 선삭 공구(14)는 서로 직교하는 2개의 움직임 방향들(32, 36)에서 수직 및 측면 이동에 관하여 베어링 핀들(4)의 이동을 추종한다. 그 결과, 선삭 공구(14)는 베어링 핀(4)의 플랫 숄더(9)과 일치된 측면 맞물림으로 존재한다.

Description

크랭크핀들을 둘러싸는 크랭크샤프트의 적어도 플랫 숄더를 선삭하는 머신 및 방법{MACHINE AND METHOD FOR TURNING AT LEAST FLAT SHOULDERS OF A CRANKSHAFT THAT SURROUND BEARING PINS}

본 발명은 이전의 독일 특허출원 10 2011 076 809.2의 "the complete machinging of unmachined journals/pins and flat shoulders of forged or cast blanks for a crankshaft"에 기술된 방법으로부터 시작된다. 이러한 이전의 제안에 따르면, 블랭크(blank)들에서 시작되는 크랭크샤프트의 기계가공이 크랭크샤프트의 개별 영역들 사이에서의 선삭(turning), 거친 연삭(rough grinding) 및 정밀 연삭(fine grinding)의 공정들에 대한 신규 분배 방식에 의해 개선되었다. 보다 구체적으로, 상기 절차는 다음과 같다:

a) 먼저, 중앙 베어링 저널들과 관련된 플랫 숄더들이 선삭에 의해 기계가공되고,

b) 이어서, 중앙 베어링 저널들과 크랭크핀들이 거친 연삭되어, 그 전에는 플랫 숄더들이 없던 것이 그 후에는 플랫 숄더들이 있게 되며, 마지막으로,

c) 그 후에, 중앙 저널들과 크랭크핀들이 최종 사이즈로 마무리 연삭(finish grinding)된다.

그 결과 발생하는 장점들 중의 하나는, 단계 b 이후에 남게 되는 오버사이즈(oversize)가 종래의 저널들/핀들 및 플랫 숄더들의 마무리 연삭을 위하여 요구되는 오버사이즈보다 작아지는 것이다. 따라서, 종래의 절차에 따르면 중앙 베어링 저널들 상의 플랫 숄더들이 항상 거친 연삭되어야 하는 그 종래의 절차보다, 후속 마무리 연삭이 더 신속하고 또한 연삭 디스크들에 대한 마모를 적게 하면서 달성된다.

이전의 독일 특허출원 10 2011 076 809.2에 따르면, 중앙 베어링 저널들 상의 대형 플랫 숄더들의 기계가공에 포함되어 있는 이전까지의 종래의 거친 연삭이 선삭 공정에 의해 대체될 수 있다는 것을 이미 알게 되었다. 한편, 거친 연삭은 크랭크핀들을 측면으로 둘러싸면서 크랭크샤프트의 웨브들 상에 위치되어 있는 플랫 숄더들에 대한 기계가공을 위하여 존속되어야만 하는 것으로 여겨졌다. 이러한 맥락에서, 상기 크랭크샤프트의 회전 동안에 편심 이동하는 크랭크샤프트 영역이 선삭에 의하여 경제적으로 및 정밀도 있게 기계가공될 수 있는 방식으로 선삭 머신을 만드는 것이 얼마나 어려운지는 명시적으로 설명되었다. 또한, 크랭크핀들 상의 플랫 숄더들은 중앙 베어링 저널들 상의 플랫 숄더들보다 상당히 작다. 그러므로, 연삭 디스크들 중의 폭이 넓은 면들을 사용하여 크랭크핀들의 플랫 숄더들을 거친 연삭하고, 이에 의하여 크랭크핀들 자체 및, 경우에 따라서는, 언더컷들이 또한 기계가공되는 종래의 절차는 계속 존속되었다.

한편, 상기 이전의 출원에서 제안된 방법 및 관련 생산 라인을 더욱 개선하고자 하는 소망이 발생하였다. 따라서, 본 발명의 기본 목적은, 크랭크샤프트의 웨브들 상에서 크랭크핀들을 둘러싸고 있는 플랫 숄더들이 선삭에 의하여 경제적으로 및 큰 정밀도로 기계가공되는, 선삭 방법 및 선삭 머신을 제공하는 것이다. 이러한 목적은 주조 또는 단조 크랭크샤프트 블랭크들 상의 기계가공되지 않은 플랫 크랭크핀 숄더들을 기계가공하는 것과 주로 관련이 있으며, 이에 한정되지 않는다.

상기 목적은 청구항 1의 특징 전체를 통하여 달성된다.

본 발명에 따른 방법은 명확한 원리를 기초로 하며, 기계적으로 단순한 구성을 가지면서 신뢰성이 있는 선삭 머신을 위한 전제 조건이다. 선삭 공정 동안에, 크랭크샤프트가 한 위치에서 유지되며, 단지 중앙 베어링 저널들에 의해 규정된 중앙 길이방향 축을 중심으로 하는 회전만을 수행한다. 반면에, 선삭 공구는 선형이면서 서로 직교하는 3개의 움직임 방향들, 즉 3개의 움직임 축들 상에서 이동된다. 이들 중의, 제 1 움직임 방향은 크랭크샤프트의 길이방향 축에 평행하게 연장된다. 따라서, 타겟 위치는 주로 크랭크핀이 그 사이에 존재하는 2개의 인접한 웨브들 사이의 간극이 된다. 그러므로, 선삭 공구가 적어도 하나의 선택된 플랫 숄더 내로 공급되며, 선삭 공구의 절삭 깊이가 또한 설정된다. 제 1 움직임 방향에 수직한 제 2 움직임 방향은, 플랫 숄더들과 맞물리게 선삭 공구의 주 절삭 에지를 고정하는 역할을 하며; 따라서 선삭 공구는 수평방향으로 플랫 숄더를 계속 추종해야 한다. 전제 조건에 따라 수직인 제 3 움직임 방향은, 크랭크샤프트의 모든 회전 위치들 - 및 이에 따른 크랭크핀의 연속적으로 변화하는 모든 위치들에서 크랭크핀의 기하축과 동일한 레벨에서 선삭 공구를 유지한다. 그러므로, 선삭 공정 동안에, 선삭 공구는 연속적으로 제 2 움직임 방향 및 제 3 움직임 방향으로 이동되어야 하며, 여기서 이들 2 방향들에서의 이동은 정밀하게 제어되어야 하고 서로 매칭되어야 한다. 그 결과, 선삭 공구는 주기적 상하 움직임인 제 3 움직임 방향에 의하여 크랭크핀의 레벨로 연속적으로 조정되어야 한다. 제 2 움직임 방향에서의 움직임은 주기적 전후 움직임이며, 주 절삭 에지가 크랭크핀의 기하축의 레벨이 되는 상태에서, 절삭 공구가 계속해서 플랫 숄더와 맞물리도록 유지하는 효과를 갖는다.

알려져 있는 오실레이팅 스트로크 연삭(oscillating stroke grinding) 공정과 유사하게, 본 발명에 따른 상기 기계가공 방법도 또한 "오실레이팅 스트로크 선삭(oscillating stroke turning)"으로 지칭될 수 있다. 모션 시퀀스(motion sequence)에 있어서, 본 발명에 따른 방법은 맞물림 위치가 항상 동일하다는 장점을 갖는다. 즉, 선삭 공구는 주 절삭 에지가 수평하게 된 상태에서 크랭크핀의 센터 플레인(center plane)의 전면에 항상 일정하게 존재하게 된다. 한편, 오실레이팅 스트로크 연삭 동안에는, 반드시 연삭 디스크가 수평 방향에서 선형적으로 전후 이동되어야 하지만, 연삭 디스크와 크랭크핀 상의 웨브들 사이의 맞물림 영역은 계속해서 레벨이 달라지며, 이것은 액상 연삭 매체(liquid grinding medium)의 공급에 어려움을 야기한다. 다른 방식들에 있어서도, "오실레이팅 스트로크 선삭"은 오실레이팅 스트로크 연삭에 비해 장점들을 가지며, 그 이유는 선삭 공구가 상대적은 단순하며, 크랭크샤프트가 연삭의 경우보다 더 빠르게 회전될 수 있기 때문이다. 또 다른 주요 장점은 공구 비용들에서 얻어질 수 있으며, 인덱서블 인서트(indexable insert)들이 사용되는 경우에는 그 비용이 더 낮게 유지될 수 있다.

본 발명에 따른 방법의 유리한 개선점은 양쪽 면 상에 주 절삭 에지들을 갖는 선삭 공구를 이용하여 작업을 수행하게 된다는 것에 있다. 그것이 2개의 인접한 웨브들 사이의 간극 내에 삽입됨에 따라, 크랭크핀의 2개의 플랫 숄더들은 동시에 기계가공된다. 이에 의해, 본 발명에 따른 방법의 경제성은 더욱 증대된다.

본 방법의 다른 실시예에 따라, 플랫 숄더들을 선삭함에 있어서, 단부 상에 주 절삭 에지들이 또한 제공되는 선삭 공구를 사용하면 더욱 유리하다. 단부 상의 주 절삭 에지는, 플랫 숄더들의 선삭 이후에 언더컷이 생성되도록 하는 방식으로 설계된다. 여기서도, 크랭크핀의 양쪽 면 상에 2개의 언더컷을 동시에 생성하는 것이 가능하다.

예를 들어, 본 발명에 따른 방법은 리서큘레이팅 볼 스핀들(recirculating ball spindle)을 통하여 모터들을 포지셔닝하는 방식에 의하여 제어된 제 2 및 제 3 움직임 방향에 대한 구동을 수행하는 것에 의해 행해질 수 있다. 이들은 정밀하고 신뢰적으로 동작하는 것으로 시험 및 검증이 이루어진 디바이스들이다. 그러나, 특히 유리한 실시예에 따르면, 제 2 및 제 3 움직임 방향들에 대한 구동들이 각각의 크랭크 메커니즘들에 의해 수행되는 것이 제공된다. 마찬가지로, 이것은 백래시(backlash) 없이 신뢰적으로 동작하는 것으로 시험 및 검증이 이루어진 구동 요소이다. 원칙적으로, 크랭크 메커니즘들 각각은 커넥팅 로드 저널에 의하여 그 위에 배열되어 있는 편심 디스크, 컴포넌트들 중의 하나(즉, 중간 슬라이드 또는 공구 슬라이드)에 대한 구동 동작이 선형 방식으로 이동되도록 가해지는 커넥팅 로드로 이루어진다. 유사하게 가능한 리서큘레이팅 볼 스핀들에 의한 구동과 비교할 때, 크랭크 메커니즘은 그것의 키네메틱스(kinematics)에 기초하여, 직선 운동의 전환점들(points of reversal)에서 속도 조정이 일어나는 매우 명확한 장점을 갖는다. 전환점들에 접근함에 따라, 직선 운동의 속도는 감소되며, 일단 전환점을 통과하면, 속도가 다시 점진적으로 증가된다. 이에 따라, 중간 슬라이드 및 공구 슬라이드에 대한 부드럽고, 조화로운 직선 운동이 획득되며, 그것을 달성하기 위한 특별한 제어 비용을 필요로 하지도 않는다. 또한, 크랭크 메커니즘의 회전 속도는 1 회전 이내의 각속도 관점에서 조정될 수 있다.

본 발명에 따른 방법은 이전의 독일 특허출원 10 2011 076 809.2에 따라 처음 기술된 방법에 유리하게 사용될 수 있다. 기계가공되지 않은 크랭크샤프트가 중앙 길이방향 축에 의한 회전을 위해 클램핑되어 있는 경우, 크랭크핀들의 플랫 숄더들은, 이전에 알려진 방법으로 거친 연삭될 시에, 본 발명에 따른 방법에 의해서도 선삭될 수 있다. 그러면, 상기 이전의 출원으로부터 알려진 방법은 플랫 숄더들이 중앙 베어링 저널들과 관련되는 것에 전후한 본 방법의 개시에서, 크랭크핀들과 관련된 플랫 숄더들이 이제는 선삭도 되는 방식으로 수정되게 된다. 이에 의해, 상기 이전의 출원에서 이미 주장한 장점들은 더욱 증대된다. 즉, 이전에 크랭크핀들의 거친 연삭에서 사용되었으며 그들의 폭이 넓은 면들로 플랫 숄더들을 거친 연삭해야 했던 연삭 디스크들에 대한 마모가 감소된다. 지금까지와 같은 최종 사이즈로 마무리 연삭을 했던 경우보다 더 작은 오버사이즈로부터 시작되는 것이 가능한 것으로부터 추가적인 장점들이 발생한다.

본 발명에 따른 방법을 수행하기에 특히 적합한 크랭크샤프트 선삭 머신의 실시예가 청구항 8에 나타나 있다. 이 크랭크샤프트 선삭 머신의 유리한 추가 실시예들은 청구항 9 내지 15의 주제이다.

본 발명에 따른 선삭 머신의 상세들은 그것의 길이 방향으로 클램핑되고 길이 방향으로 회전 구동되는 크랭크샤프트에 기초한 것이기 때문에, 연삭 머신들에 친숙한 종류의 복수 배열을 구현하는 것이 또한 가능하며, 이것은 생산 라인들의 설치를 가능하게 한다. 예를 들어, 2개의 선삭 공구들이 본 발명에 따른 크랭크샤프트 선삭 머신의 공구 슬라이드 상에서 서로 거리를 두고서 제공될 수 있으며, 이 경우, 크랭크샤프트 상에 동일한 포지셔닝 각도를 가진 2개의 크랭크핀들의 플랫 숄더들이 동시에 기계가공될 수도 있다. 공통의 회전 구동 클램핑 디바이스에 의하여 적어도 2개의 선삭 유닛들이 조립될 수 있는 청구항 15에 따른 복수의 배열은 특히 유리하다. 이 경우에, 각각의 선삭 유닛은 메인 슬라이드, 중간 슬라이드, 제 1 및 제 2 크랭크 메커니즘 및 공구 캐리어를 포함한다. 선삭 유닛들은 각각의 선삭 공구들에 대하여 독립적으로 제어가능한 구동 유닛들을 형성한다. 이러한 배열에서는, 크랭크샤프트 상에 상이한 포지셔닝 각도를 갖는 크랭크핀 베어링들의 플랫 숄더들이 동시에 기계가공될 수 있다. 따라서, 다수의 상이한 버전의 경제적 생산 라인들을 구축하는 것이 가능해진다.

본 발명은 아래의 도면들에 나타나 있는 예시적 실시예들에 의하여 보다 상세히 기술된다.
도 1은 선삭 작업(turning work)이 수행되는 크랭크샤프트의 부분이다.
도 2는 도 1의 세부 영역 A의 단면도를 나타낸다.
도 3은 본 발명에 따른 방법이 수행될 수 있는 크랭크샤프트 선삭 머신을 통한 길이방향 섹션을 나타낸다.
도 4는 크랭크샤프트와 선삭 공구(turning tool)의 상호작용 동안의 각종 동작 단계들을 도시한다.
도 5의 (a) 내지 (c)는 도 3에 따른 크랭크샤프트 선삭 머신 상에서 상이한 설정들을 수행하는 각종 방식들을 나타낸다.
도 6a는 제 1 작업 단계에서의 선삭 동작의 도면이다.
도 6b는 제 2의, 더욱 고급 작업 단계에서의 대응하는 도면을 나타낸다.
도 7은 복수의 맞물림(engagement)으로 연삭 방법(grinding method)이 수행될 수 있는 방식을 도시한다.

도 1은 크랭크샤프트의 부분을 나타낸다. 그 사이에 측면 방향 및 축 방향으로 크랭크핀(4)이 존재하는 해당 웨브(3)들을 가진 2 개의 중앙 베어링 저널(2)이 도시되어 있다. 베어링 저널(2)들은, 작동시에 그것을 중심으로 크랭크샤프트(1)가 회전하는 공통의 중심 길이방향 축(5)을 가지며, 크랭크핀(4)은 기하축(gemetrical axis)(6)을 갖는다. 플랫 숄더(flat shoulder)(8)를 통하여 베어링 저널(2)에 합체되는 플랜지(10)가 좌측의 베어링 저널(2)에 인접하게 제공된다. 마찬가지의 방식으로, 크랭크핀(4)과 그 인접 웨브(3)들 사이에는 플랫 숄더(9)들이 배치된다. 이들은, 이를 테면, 서로 대향하고 있는 웨브들의 나머지 측면들(side faces)에 대한 페데스탈(pedestal)을 형성한다. 그러므로, 웨브(3)의 원주 윤곽(circumferential contour) 상부 영역에 합체되는, 플랫 숄더(9)의 환상의 라운드된 단차(annular rounded step)(7)가, 이 측면의 하부 영역에서 확인될 수 있으며, 이러한 영역이 도 1에 도시되어 있다.

도 2는 크랭크핀(4)의 영역에서의 플랫 숄더(9) 설계를 더 도시한다. 이 경우에, 크랭크핀(4)의 기하축(6)을 통과하는 부분 단면도는, 대략 도 1의 세부 영역 A에서 인접 웨브(3)들과의 크랭크핀(4)의 에지 윤곽(edge contour)를 통과하는 것으로 나타나 있다. 도 2에서 해칭된 영역은 선삭 이후의 윤곽에 대응한다. 이것은, 양쪽 면들 상의 플랫 숄더(9)들의 평평한 윤곽으로부터 언더컷(undercut)(11)들을 거쳐 원통형 원주 윤곽(12)으로 이행(transition)되며, 이것은 선삭 이후의 마지막 베어링 표면(12a)을 연삭하는 것에 의해 더 기계가공된다. 도 2에는, 선삭 이전에 크랭크핀(4)과 플랫 숄더(9)들이 가지게 되는 미가공 윤곽(13)이 점선으로 도시되어 있다. 본 발명은 미가공 윤곽(13)을 선삭하는 것에 의하여 선삭된 윤곽을 달성하는 것에 관한 것이며, 도 2에서 이 선삭된 윤곽은 선삭된 플랫 숄더(9)들에 의하여 제한되고, 또한 특정 실시예에서는, 언더컷(11)들에 의해 제한된다.

도 3의 길이방향 단면도에는, 본 목적에 적합한 크랭크샤프트 선삭 머신이 도시되어 있다. 본 선삭 머신을 설명하기 위한 본래의 기하학적 선(geometrical line)은 도 1에 도시된 평면에 수직한, 회전 클램핑 축(rotation and clamping axis)(22)이다. 이 축은 도 1에 도시되지 않으며 일반적인 방법에서는 워크피스 헤드스톡(headstock) 및 테일스톡(tailstock)으로 구성될 수 있는 회전 구동 클램핑 디바이스(rotary driving and clamping device)에 의해 고정되어 있다. 이 회전 클램핑 축(22)은 일반적으로 수평방향이며, 클램핑샤프트(1)가 클램핑되는 경우에는, 그것의 중앙 길이방향 축(5)과 동일하다. 수평방향의 연장 레일(23)들 상에는, 마찬가지로 수평방향으로 정렬된 머신 베드(21)가, 작동시에 수평방향으로 및 회전 클램핑 축(22)에 대하여 평행하게 이동되는 메인 슬라이드(24)를 유지한다. 이 방향이 20으로 표시되어 있으며, 머신 툴 엔지니어링의 일반적인 관행에 따르면, 이것은 Z 축이 된다. 따라서, 이것은 도 1의 도면의 평면과 수직이 되며, 사선 화살표로 표시되어 있다. 메인 슬라이드(24)는 예를 들어, 랙 드라이브(25)에 의해 전후로 이동될 수 있다.

수평방향이고 회전 클램핑 축(22)에 수직이며, 중간 슬라이드(26)가 구동되어 제어된 방식으로 슬라이딩하는, 슬라이드웨이(slideway)(27)는 메인 슬라이드(24) 상에 장착되어 있다. 그것의 움직임 방향이 양방향 화살표(32)로 표시되어 있으며, 즉 업계의 관행에 따라 X 방향으로 표시되어 있다. 중간 슬라이드(26)는 제 1 크랭크 메커니즘(28)에 의해 구동되며, 이 제 1 크랭크 메커니즘(28)은 베이스부(31)를 통해 메인 슬라이드(24) 상에서 지지되어 있다. 제 1 크랭크 메커니즘(28)은 모터-구동식 편심 디스크(29) 및 이에 피봇 결합되는 커넥팅 로드(30)로 구성되며, 커넥팅 로드(30)의 일부는 중간 슬라이드(26)에 피봇 결합되어 있다. 커넥팅 로드(30)는 커넥팅 로드 저널(47)에 의해서 편심 디스크(29)에 피봇 결합되어 있다. 커넥팅 로드 저널(47)은 반경 방향으로 조정가능한 방식으로 편심 디스크(29)에 결합되어 있기 때문에, 중간 슬라이드(26)의 작동 행정(working stroke)이 단순한 방식으로 증가 또는 감소될 수 있다.

중간 슬라이드(26)는 상방 연장 스탠드(33)를 더 운반하며, 이 상방 연장 스탠드(33) 상에서는 수직 슬라이드웨이(34)를 통해 제어된 방식으로 공구 슬라이드(35)가 구동되어 슬라이딩한다. 그것의 움직임 방향은 양방향 화살표(36)(Y축에 대응)로 표시되어 있다. 공구 슬라이드(35)는 제 2 크랭크 메커니즘(37)에 의해 구동되며, 이 제 2 크랭크 메커니즘(37)은 구동 모터, 편심 디스크(38) 및 커넥팅 로드(39)로 구성되고, 이 커넥팅 로드(39)는 커넥팅 로드 저널(49)에 의하여 편심 디스크(38)에 피봇 결합되어 있으며, 그것의 일부가, 공구 슬라이드(35)에 피봇 결합되어 있다. 또한, 공구 슬라이드(35)의 작동 행정은 편심 디스크(38) 상의 커넥팅 로드 저널(49)에 대한 반경 방향 조정(radial adjustment)에 의하여 증가 또는 감소될 수 있다. 선삭 공구(14)는 공구 슬라이드(35)에 클램핑되어 있으며, 도 1에서는, 클램핑되어 있는 크랭크샤프트(1)의 크랭크핀(4)에 맞춰 이미 정렬되어 있다.

메인 슬라이드(24)에 측면방향으로 인접해 있는, 머신 베드(21)는 워크 테이블(44)을 운반하며, 이 워크 테이블(44)은 앞서 설명한 회전 구동 클램핑 디바이스의 베이스부(45)를 운반한다. 상기 예시적 실시예에서, 회전 클램 축(22)은 작동 시에 고정되어 있다. 즉, 회전 동작에 있어서, 클램핑되어 있는 크랭크샤프트(1)는 회전 운동만을 수행하며, 선형 운동은 수행하지 않는다. 그러나, 이것은 회전 구동 클램핑 디바이스가 워크피스 헤드스톡 및 테일스톡을 포함하는 경우에 있어서, 이들 유닛들이 크랭크샤프트(1)들의 클램핑 및 상이한 크랭크샤프트 길이들에 대한 조정을 필요로 할 시에, 회전 클램핑 축(22)의 방향으로 베이스부(45) 상에서 선형 방식으로 이동될 가능성을 배제하지 않는다. 도 3의 회전 구동 클램핑 디바이스의 우측에 놓여 있는 선삭 머신의 모든 부품들은 완전한 자급식(self-contained) 구성 유닛이며, 이것은 전적으로 선삭 공구의 제어 이동을 위해서 사용된다. 또한, 이 구성 유닛은 선삭 유닛으로 지칭될 수도 있으며, 복수의 선삭 유닛들은 예를 들어, 도 6의 단일의 회전 구동 클램핑 디바이스와 연동될 수 있다. 이를 테면, 2개의 서브어셈블리 간의 경계상에, 커버(46)를 제공함으로써 어떠한 칩들도 수평 슬라이드웨이(27)에 도달하지 않도록 보장한다.

전술한 크랭크샤프트 선삭 머신은 다음과 같이 작동한다. 즉, 연장 레일(23)들 상의 메인 슬라이드(24)를 이동시키는 것에 의하여, 공구 캐리어(40)가 특정 선삭 공구(14)와 함께, 2개의 웨브(3) 사이의 간극 전방으로 이동된다. 중앙 베어링 저널(2)들에 클램핑되어 있는 크랭크샤프트(1)는 회전 구동 클램핑 디바이스에 의해 회전하게 되며, 그 결과, 회전 클램핑 축(22) 주위에서 동심으로 회전(화살표 41 방향 참조)하게 된다. 그 결과, 크랭크핀(4)은 회전 클램핑 축(22) 주위의 원형 경로(circular path) 상에서 이동한다. 이어서, 편심 디스크(38)가 회전 축(50)을 중심으로 회전(화살표 43 방향 참조)하는 제 2 크랭크 메커니즘(37)이 작동되기 시작하여, 선삭 공구(14)와 함께 공구 캐리어(40)를 상하 수직 방향(36)으로 이동시킨다. 이 프로세스 동안에, 선삭 공구(14)의 직선 움직임은, 선삭 공구(14)의 주 절삭 에지가 크랭크핀(4)의 기하축(6)의 레벨에 있도록 하는 방식으로, 크랭크핀(4)의 선회 움직임과 매칭되어야 한다. 선삭 공구(14)는 지속적으로 크랭크핀(4)을 수직방향으로 추종하게 된다. 이 프로세스는 도 4에서 a 내지 d의 선택된 위치 예를 사용하여 명확하게 도시되어 있다.

그러나, 절삭 공구(14)는 주 절삭 에지에 의하여 한쪽 또는 양쪽 모두의 웨브(3)들의 플랫 숄더(9)에 대하여 측면방향으로 절삭하도록 되어 있다. 그러므로, 수평방향 움직임(화살표 32 방향)은 수직방향 움직임(화살표 36 방향)과 함께 동시에 필요하다. 이것은 편심 디스크(29)가 회전 축(50)을 중심으로 회전함에 따라(회전 방향 42 참조) 수평 움직임 방향(32)에서 전후로 중간 슬라이드(26)를 이동시키고 또한 이에 따라 스탠드(33)도 이동시키는 제 1 크랭크 메커니즘(28)에 의하여 제공된다. 이에 따라, 절삭 공구(14)는 지속적으로 크랭크핀(4)을 수평방향으로 추종하게 된다. 마찬가지로, 이 프로세스가 도 4에 명확하게 도시되어 있다. 또한, 수평 추종 움직임은 절삭 공구(14)의 작동 행정시에 중첩되어야만 하며, 이것은 적어도 플랫 숄더(9) 및 가능하게는 언더컷(11)들의 반경 크기에 걸쳐 연장된다.

상기의 모든 움직임 프로세스는 동시에 실행되어야 하며 또한 지속적으로 서로 매칭되는 방식으로 실행되어야 한다. 이러한 목적을 위하여, 모든 관련된 위치 파라미터들을 고려하는 CNC 제어기가 사용된다. 제 1 크랭크 메커니즘(28) 및 제 2 크랭크 메커니즘(37)을 구비한 상기 실시예는, 반환점에 접근함에 따라 중간 슬라이드(26) 및 공구 슬라이드(35)의 선형 조정 속도가 감소하고, 이와 유사하게, 반환점으로부터의 거리가 증가함에 따라 다시 속도가 증가하게 되는 장점을 갖는다. 이것은 완전 자동 방식으로 매칭된 속도와 함께 발생하는 원활한 동작을 위한 요구조건을 만족시킨다.

도 5의 (a) 내지 (b)는 크랭크 메커니즘(28)과 크랭크샤프트(1) 간의 조정 가능성들에 대한 개략도이며, 여기서는 제 1 크랭크 메커니즘(28)이 나타나 있으며, 상기 메커니즘은 X1 축을 따르는 제 2의, 수평 방향 움직임(32)을 야기한다. 또한, 동일한 조정 가능성이 제 2 크랭크 메커니즘(37)에 대해 사용될 수 있지만, 절대적으로 필수인 것은 아니다. 그리고, 이러한 움직임들은 터닝 제트(turning jet)의 스트로크를 조정하여, 그것을 "커넥팅 로드 베어링 센터"로 조정하는 역할을 한다. 도 5의 (a) 내지 (b)의 도시는 상당히 단순화되어 있다. 따라서, 관심 대상인 기본 기구학적 관계만이 도시되어 있기 때문에, 커넥팅 로드(30)와 선삭 공구(14) 사이에 위치된 트랜스미션 부재는 생략되어 있다. 도 5의 (a)는 커넥팅 로드 저널(47)의 데드 센터(dead center) 위치 바깥쪽의 좌측에 있는 크랭크 메커니즘(28)을 보여준다. 이것과의 비교로, 도 5의 (b)에는 제 1 크랭크 메커니즘(28) 전체가 크랭크샤프트(1)로부터 동일한 데드 센서 위치에서 수평 방향으로 더 멀리 이동되어 있다. 이것은, 제 1 크랭크 메커니즘(28) 전체가 베이스부(31) 상에서 수평 방향으로 이동되는 경우에 달성될 수 있으며, 이것을 달성하기 위하여 베이스부(31)는 도 3에 도시된 것보다 폭이 더 넓어야만 한다. 다르게는, 구동 유닛 전체가 수평방향으로 이동될 수 있다.

도 5의 (b)에 도시된 변경 설정은, 회전 구동 클램핑 디바이스가 로딩 및 언로딩되는 경우에 절삭 공구(14)를 옆으로 물러나게 이동시키는 가능성을 제공한다. 또한, 도 5의 (a) 및 (b)에 나타낸 조정 가능성은 면 선삭(face turning) 동안에 선삭 공구(14)의 유효 반경 크기가 변경될 수 있도록 보장하는 것을 가능하게 하며, 면 선삭 동안에는 조정이 수행되어야만 한다. 커넥팅 로드(30)를 자동으로 신장 및 수축시키는 것에 의해 동일한 효과가 달성될 수도 있다. 그러나, 이러한 구조적 변형은 매우 복잡하며, 따라서 크랭크 메커니즘(28) 전체의 수평 조정이 일반적으로 바람직하다.

도 5의 (c)는 도 5의 (a) 및 (b)의 것에 대한 반대편에 있는 데드 센터 위치를 나타내며, 본 도면에서 그 외에는 동일하다. 이중 화살표(51)는 편심 디스크(26) 상에서 커넥팅 로드 저널(47)을 반경 방향으로 이동시키는 것이 가능함을 나타낸다. 따라서, 크랭크샤프트(1) 상의 상이한 스트로크 길이의 크랭크핀(4)이 선삭에 의해서 기계가공될 수 있게 하는 것이 가능하다.

다른 변형으로서, 교번 동작 모드(alternating operating mode)가 가능하며, 여기서는 순방향 및 역방향으로 교번적으로 방향 전환되는 프로세스에 의해 오실레이팅 방식(oscillating fashion)으로 편심 디스크들(29 및 38)의 움직임이 발생한다. 이러한 방식으로, 제어기 단독에 의해서 상이한 이동 거리들이 또한 설정될 수 있으며, 기계적 조정이 수행될 필요가 없다.

절삭 공구(14)가 크랭크핀(4)의 플랫 숄더(9)에 대하여 측면방향 안쪽으로 침투하는 절삭 깊이는, 마찬가지로, 수평 연장 레일(23) 상의 메인 슬라이드(24)를 이동시키는 것에 의해 조정될 수 있다. 그러나, 시간을 절약하기 위해, 다수의 경우들에서는, 양쪽 면 모두에 주 절삭 에지들을 구비한 절삭 공구(14)가 사용될 것이다. 이 경우에, 절삭 공구(14)가 2개의 인접한 플랫 숄더(9)들 사이에 다시 진입하게 되며, 여기서는, 본 바람직한 실시예에 따라, 2개의 인접한 플랫 숄더(9)가 단일의 선삭 가공에서 선삭된다.

도 6a 및 도 6b는 다른 실시예를 보여주며, 여기서 선삭 공구(14)는 2개의 인덱서블 인서트(indexable insert)(16)들을 가진 인서트 캐리어(15)을 구비하고 있다. 이 2개의 인덱서블 인서트(16)들 각각은 2 쌍의 주 절삭 에지들(17, 18)을 가지며, 여기서는, 도 6a 및 도 6b의 예시에 따라, 하부의 쌍들(17 및 18)이 각 경우에 있어서 능동 상태이다. 선삭 공구(14)가 수평 방향(32)으로 공급됨에 따라, 크랭크핀(4)의 플랫 숄더(9)가 바깥쪽의 주 절삭 에지(17)들(도 6a 참조)에 의해서 가장 먼저 절삭된다. 가공이 더 큰 침투 깊이로 진행됨에 따라, 내향하는 하부의 주 절삭 에지(18)들이 또한 유효하게 작용되며, 이 선삭 가공에 의하여, 레벨 플랫 숄더(9)들의 연삭과 함께, 단일의 가공으로 언더컷(11)들이 생성된다(도 6b 참조). 이것은 과소 평가될 수 없는 경제적 장점이 된다.

선삭 시에, 상이한 크랭크핀(4)들을 가진 수개의 쌍들의 플랫 숄더(9)들에 대하여 동시에 선삭 공구들이 복수 맞물리는 경우에는 경제적 효과가 더욱 증대될 수 있다. 도 7은 원칙적으로 예시된 선삭 머신의 머신 베드(60)의 위에서 바라본 도면을 나타낸다. 본 명세서에서 이미 설명한 회전 구동 클램핑 디바이스는 워크피스 헤드스톡(headstock)(63) 및 테일스톡(tailstock)(64)으로 구성되며, 이들은 회전 클램핑 축(65)을 함께 고정한다. 제 1 선삭 공구(66)를 가진 제 1 선삭 유닛(61) 및 제 2 선삭 공구(67)를 가진 제 2 선삭 유닛(62)은 회전 구동 클램핑 디바이스에 인접 배열되어 있다. 가공 동안에, 회전 구동 클램핑 디바이스는 머신 베드(16) 상에 고정된 상태를 유지하며, 클램핑되어 있는 크랭크샤프트(1)만이 회전 구동된다.

반대로, 제 1 선삭 유닛(61) 및 제 2 선삭 유닛(62)은 수평 연장 레일 상에서 이동가능하도록 배열되며, 도 3을 참조하여 이미 기술된 단일 선삭 유닛에 의한 방식으로 구성된다. 도 7의 경우에, 2개의 선삭 유닛(61, 62) 각각은 독립적으로 이동될 수 있으며, 동작 시에는, 그 각각이 그들 사이의 상이한 크랭크핀을 둘러싸는 선택된 쌍들의 웨브들(68, 69)에 맞물린다. 크랭크핀 베어링들의 각도 위치는 서로 동일하거나 위상 변이될 수 있다. 2개의 절삭 유닛(61, 62)이 존재하고, 그 각각은 독립 제어 방식으로 사용될 수 있기 때문에, 도 7에 나타낸 실시예는 크랭크샤프트(1) 상에 동일 또는 다른 위치 각도로 있는 크랭크핀들의 플랫 숄더들을 선삭하는데 사용될 수 있다. 그 크랭크샤프트(1) 상의 위치 각도가 일치하는 2개의 크랭크핀들의 플랫 숄더들에 대한 동시 기계가공이 단일의 선삭 유닛으로 수행될 수 있으나, 이것은 단일의 공구 슬라이드(35) 상에 적어도 2개의 선삭 공구(66, 67)를 구비하고 있어야만 한다.

1: 크랭크샤프트(crankshaft)
2: 중앙 베어링 저널(central bearing journal)
3: 웨브들(webs)
4: 크랭크핀(crankpin)
5: 중앙 길이방향 축(central longitudinal axis)
6: 크랭크핀의 기하축(geometrical axis of the crankpin)
7: 플랫 숄더의 단차(step of the flat shoulder)
8: 중앙 저널의 플랫 숄더(flat shoulder of the central journal)
9: 크랭크핀의 플랫 숄더(flat shoulder of the crankpin)
10: 플랜지(flange)
11: 언더컷(undercut)
12: 원통형 원주 윤곽(cylindrical circumferential contour)
12a: 베어링 표면(bearing surface)
13: 거친 윤곽(rough contour)
14: 선삭 공구(turning tool)
15: 인서트 캐리어(insert carrier)
16: 인덱서블 인서트(indexable insert)
17: 제 1 주 절삭 에지(first major cutting edge)
18: 제 2 주 절삭 에지(second major cutting edge)
20: 회전 클램핑 축에 평행한, 수평 방향용 화살표 방향(z 축)
21: 머신 베드
22: 회전 클램핑 축
23: 연장 레일(running rails)
24: 메인 슬라이드(main slide)
25: 랙 드라이브(rack drive)
26: 중간 슬라이드(intermediate slide)
27: 슬라이드웨이, 수평(slideway, horizontal)
28: 제 1 크랭크 메커니즘(first crank mechanism)
29: 편심 디스크(eccentric disk)
30: 커넥팅 로드(connecting rod)
31: 베이스부(base part)
32: 수평 방향(X 축)용 방향 화살표
33: 스탠드
34: 슬라이드웨이, 수직
35: 공구 슬라이드(tool slide)
36: 수직 방향(Y 축)용 방향 화살표
37: 제 2 크랭크 메커니즘
38: 편심 디스크
39: 커넥팅 로드
40: 공구 캐리어(tool carrier)
41: 크랭크샤프트의 회전 방향
42: 제 1 크랭크 메커니즘의 편심 디스크의 회전 방향
43: 제 2 크랭크 메커니즘의 편심 디스크의 회전 방향
44: 워크 테이블
45: 회전 구동 클램핑 디바이스의 베이스부
46: 커버
47: 커넥팅 로드 저널
48: 회전 축
49: 커넥팅 로드 저널
50: 회전 축
60: 머신 베드
61: 제 1 선삭 유닛
62: 제 2 선삭 유닛
63: 워크피스 헤드스톡
64: 테일스톡
65: 회전 클램핑 축
66: 제 1 절삭 공구
67: 제 2 절삭 공구
68: 웨브
69: 웨브

Claims

크랭크샤프트의 웨브들(webs) 상에서 크랭크핀들을 둘러싸는 플랫 숄더(flat shoulder)들을 선삭하는 방법으로서,
a) 상기 크랭크샤프트(1)는 길이방향 축(5)을 중심으로 회전 구동될 수 있고 - 상기 길이방향 축(5)은 수평하게 연장되며 중앙 베어링 저널(central bearing journal)들을 관통함 -;
b) 선삭 공구(14)의 주 절삭 에지(major cutting edge)가 적어도 하나의 플랫 숄더(9)에 대하여 측면으로 세팅되고, 선형이면서 상호 직교하는 3개의 움직임 방향들(20, 32, 36)을 구비하고 - 제 1 움직임 방향(20)은 상기 크랭크샤프트(1)의 길이방향 축(2)에 대하여 수평하면서 평행함 -;
c) 상기 3개의 움직임 방향들(20, 32, 36)을 야기하는 구동은, 상기 웨브들(3) 사이에 진입하는 상기 선삭 공구(14)가 상기 크랭크샤프트(1)의 모든 회전 위치들에서 상기 크랭크핀(4)의 기하축(geometrical axis)(6)과 동일한 레벨(level)에 있도록 하는 방식으로, 상기 크랭크샤프트(1)의 회전 움직임에 의해 조정되는 방식으로 제어되는 것을 특징으로 하는, 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 크랭크핀(4)을 둘러싸는 플랫 숄더들(9) 모두는, 양쪽 면에 주 절삭 에지들을 구비한 선삭 공구(14)의 동작에 의하여 동시에 기계가공되는, 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 플랫 숄더들(9)에서 상기 크랭크핀(4)의 베어링 표면(12)으로의 이행부(transition)에 제공되는 언더컷(11)은, 단부에도 주 절삭 에지들이 구비된 선삭 공구(14)에 의하여 상기 플랫 숄더들(9)의 선삭 이후에 단일 패스(single pass)에서 생성되는, 방법.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
제 2 움직임 방향(32) 및 제 3 움직임 방향(36)의 구동들은 크랭크 메커니즘들(28, 37) 각각에 의하여 제공되는, 방법.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 기재된 방법을 사용하여, 적어도 기계가공되지 않은 중앙 베어링 저널들(2)과 크랭크핀들(4) 및 크랭크샤프트(1)의 단조 또는 주조 블랭크들 상에서 상기 중앙 베어링 저널들(2)과 크랭크핀들(4)을 둘러싸는 그들 각각의 플랫 숄더들(8, 9)을 완전 기계가공하는 방법으로서,
a) 먼저, 상기 중앙 베어링 저널들(1)과 연계된 플랫 숄더들(8) 및 상기 크랭크핀들(4)과 연계된 플랫 숄더들(9)이 선삭(turning)에 의하여 기계가공되는 공정 - 상기 크랭크핀들(4)과 연계된 플랫 숄더들(9)의 선삭은 상기 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 기재된 방법에 따라 발생함 -;
b) 상기 플랫 숄더들(8)이 없는 상기 중앙 베어링 저널들(2) 및 상기 플랫 숄더들(9)이 없는 상기 크랭크핀들(4)이 거친 연삭(rough grinding)되는 공정; 및
(c) 상기 중앙 베어링 저널들(2) 및 상기 크랭크핀들(4)이, 상기 거친 연삭 공정에 의해 달성된 오버사이즈(oversize)에서 최종 사이즈로 마무리 연삭(finish grinding)되는 공정을 포함하는, 방법.
제 5 항에 있어서,
상기 중앙 베어링 저널들(2)과 연계된 플랫 숄더들(8)은 상기 크랭크핀들(4)과 연계된 플랫 숄더들(9)에 앞서 선삭에 의하여 기계가공되는 것을 특징으로 하는, 방법.
제 5 항에 있어서,
상기 크랭크핀들(4)과 연계된 플랫 숄더들(9)은 상기 중앙 베어링 저널들(2)과 연계된 플랫 숄더들(8)에 앞서 선삭에 의하여 기계가공되는 것을 특징으로 하는, 방법.
크랭크샤프트의 웨브들 상에서 크랭크핀들을 둘러싸는 플랫 숄더들을 선삭하고, 특히 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 기재된 방법을 수행하는 크랭크샤프트 선삭 머신으로서,
a) 동심적으로 클램핑되어 기계가공될 상기 크랭크샤프트(1)의 길이방향 축(5)의 방향을 결정하는 수평 회전 클램핑 축(22)이, 회전 구동 클랭핑 디바이스에 의해 머신 베드(21)에 고정되고;
b) 중간 슬라이드(26)를 운반하는 메인 슬라이드(24)가 상기 회전 클램핑 축(22)에 대하여 수평하면서 평행하게 이동되고;
c) 상기 중간 슬라이드(26)가 상기 메인 슬라이드(24) 상에 지지된 제 1 크랭크 메커니즘(28)에 의하여 상기 회전 클램핑 축(22)에 대하여 수직하게 이동되고, 이에 따라 상기 회전 클램핑 축(22)으로부터 교번 거리(alternating distance)로 이동되고;
d) 상기 중간 슬라이드(26)는, 그 일부분에서, 수직 방향(36)으로 이동될 수 있는 공구 슬라이드(35)를 운반하고, 또한 상기 중간 슬라이드(26) 상에서 지지된 제 2 크랭크 메커니즘(28)으로부터의 구동을 수용하여 선삭 공구(14)를 운반하고;
e) 상기 선삭 공구(14)가 상기 클램핑된 크랭크샤프트(1)의 크랭크핀(4)의 기하축(6)과 항상 동일한 레벨에 있도록 하고 이 레벨에서 선삭에 의하여 적어도 하나의 플랫 숄더(9)를 기계가공 하도록 하는 방식으로, 제어 디바이스가 상기 회전 클램핑 축(22)의 각각의 회전 위치에 따라 상기 제 1 및 제 2 크랭크 메커니즘들(28, 37)을 제어하는 것을 특징으로 하는, 크랭크샤프트 선삭 머신.
제 8 항에 있어서,
상기 제 1 크랭크 메커니즘(28) 및 상기 제 2 크랭크 메커니즘(37)의 커넥팅 로드 저널들(47, 49)은, 반경 방향으로 조정가능한 방식으로 배열되는 것을 특징으로 하는, 크랭크샤프트 선삭 머신.
제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
상기 제 1 크랭크 메커니즘(28) 및 상기 제 2 크랭크 메커니즘(37)의 커넥팅 로드들(30, 39)은, 조정가능한 길이로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 크랭크샤프트 선삭 머신.
제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
상기 조정은 상기 머신 제어 디바이스에 의해 자동으로 수행되는 것을 특징으로 하는, 크랭크샤프트 선삭 머신.
제 8 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 크랭크 메커니즘들(28, 37) 중의 적어도 하나는, 전반에 걸쳐 단일 방향으로 회전 구동되는 것을 특징으로 하는, 크랭크샤프트 선삭 머신.
제 8 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 크랭크 메커니즘들(28, 37) 중의 적어도 하나는, 교번적으로 회전 구동되는 것을 특징으로 하는, 크랭크샤프트 선삭 머신.
제 8 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 머신 제어 디바이스는 CNC 원리로 동작하는 것을 특징으로 하는, 크랭크샤프트 선삭 머신.
제 8 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
- 상기 메인 슬라이드(24), 상기 중간 슬라이드(26), 상기 제 1 크랭크 메커니즘(28), 상기 공구 슬라이드(35) 및 상기 제 2 크랭크 메커니즘(37)이 구조적으로 결합되어, 독립적으로 구동 및 제어되는 제 1 선삭 유닛(61)을 형성하고,
- 동일한 구성의 제 2 선삭 유닛(62)이 상기 제 1 선삭 유닛(61)에 인접하게 상기 머신 베드(21) 상에 배열되고, 또한
- 상기 제 1 선삭 유닛(61) 및 상기 제 2 선삭 유닛(62)은 공통의 회전 구동 클램핑 디바이스와 구조적으로 및 기능적으로 동일한 방식으로 연계되고, 서로 독립적으로 제어되며,
- 상기 제 1 선삭 유닛(61)에 위치된 상기 제 1 선삭 공구(66) 및 상기 제 2 선삭 유닛(62)에 위치된 제 2 선삭 공구(67)는, 상기 수평 회전 클램핑 축(65)의 반대편의 상이한 길이 세그먼트들에 놓이는 것을 특징으로 하는, 크랭크샤프트 선삭 머신.