KR20140138091A - 크랭크샤프트 가공용 기계 - Google Patents

Abstract

크랭크샤프트 가공용 기계는 적어도 하나의 크랭크샤프트(100)를 지지하기 위한 지지체(2), 및 크랭크샤프트를 기계 가공하기 위한 가공툴을 작동시키는 적어도 하나의 액추에이터(1)를 포함한다. 지지체(2)는 크랭크샤프트의 적어도 두 개의 메인 저널(103)에 상응하여 크랭크샤프트를 고정시키도록 구성된 적어도 두 개의 클램핑 장치(21)로 크랭크샤프트를 지지하도록 구성되어 있다. 지지체(2)는 크랭크샤프트(100)의 길이 방향 축(B)과 액추에이터 사이의 영각을 수정하기 위해 수직축(A)에 대하여 회전한다. 지지체는 회전 기구(22)가 크랭크샤프트(100)와 상호 작용하지 않는 후퇴 위치와, 크랭크샤프트(100)를 그 길이 방향 축(B)에 대하여 회전시키기 위해 회전 기구(22)가 크랭크샤프트(100)와 상호 작용하는 작동 위치 사이로 변위 가능한 회전 기구(22)를 구비한다.
상기 기계는 크랭크샤프트에 경량화 구멍을 제조하는데 적합하다.

Description

크랭크샤프트 가공용 기계{MACHINE FOR MACHINING CRANKSHAFTS}

본 발명은 크랭크샤프트 제조 분야에 관한 것이다.

차량 구성 부품의 분야에서는 종종, 예를 들어 연료 소비를 줄이기 위해 구성 부품들의 무게를 감소시키려는 시도를 하고 있다. 예를 들어, 종종 경량화 구멍(lightening hole)이 크랭크샤프트에 만들어진다. 이러한 구멍은 크랭크샤프트의 다른 영역을 천공함으로써 만들어질 수 있다.

도 1은 플랜지측(101) 및 풀리측(102)을 가지며, 메인 저널(main journal)(103), 크랭크핀 저널(104) 및 평형추(105)를 갖는 크랭크샤프트(100)의 실예를 도시하고 있다. 크랭크핀 저널은 엔진의 형식에 따라 다른 방식으로 분포될 수 있다. 예를 들어, 도 2a는 180°레이아웃을 도시하고, 도 2b는 120°레이아웃을 도시하고, 도 2c는 90°레이아웃을 도시한다.

도 3은 크랭크핀(104)으로부터 내부 재료를 제거함에 따라 크랭크샤프트의 중량을 줄이기 위해 천공된, 크랭크샤프트의 경량화 구멍(107)들 중 하나를 확대하여 개략적으로 도시한다. 그러나, 경량화 구멍(107)의 위치 및 방향은, 상기 경량화 구멍이, 특히 윤활 구멍(106)에 가까운 영역과 같이, 임계적인 지점에서 더 높은 파손 위험을 발생할 수 있다는 점에서 중요하다. 그 결과, 경량화 구멍(107)의 위치 및 배향은 신중하게 계산하여 설계할 필요가 있다. 결과적으로, 도 4에 개략 도시된 바와 같이, 크랭크샤프트는 다른 방향으로 놓여 있는 복수의 경량화 구멍(107)을 가질 수 있다. 이러한 형식의 복수 개의 구멍을 기계 가공하는 것은, 기계 가공을 위한 요소들이 가공툴에 대하여 적절하게 배치되도록 허용하고, 가공툴이 어떠한 장애물과 만나지 않고 가공될 영역에 접근하도록 허용하는 기계를 필요로 한다. 예를 들어, 천공될 구멍의 방향이 대응하는 기계 스핀들의 방향과 일치하도록 크랭크샤프트를 배치할 필요가 있다.

많은 종류의 크랭크샤프트 가공용 기계가 종래 기술로 알려져 있다. 이러한 기계에서, 크랭크샤프트는 종종 그 단부에서 크랭크샤프트를 회전시키기 위해 배치되어 있는 장치에 의해 지지되어 있으며, 예로서 US-6203478-B1, EP-0397049-A2, 및 DE-19749939-A1을 참고하기 바란다. 이러한 장치 또는 그 장치의 부품들이 종종 DE-19749939-A2의 경우와 같이, 기본적으로 크랭크샤프트의 길이 방향 축에 평행하게 일정한 축방향 변위를 허용하도록 배치되어 있지만, 크랭크샤프트는 그 단부에서 지지된 채로 지지되며, 크랭크샤프트의 단부와 상호 작용하는 요소들은 따라, 특히 어떤 각도로부터 크랭크샤프트의 일정한 부분들에 접근하기 어렵게 할 수 있다.

본 발명의 제1 양태는, 예로서 크랭크샤프트에서 경량화 구멍을 제조하기 위한 및/또는 플랜지 및 샤프트의 기계 가공과 같은 크랭크샤프트 기계 가공의 다른 단계들을 위한 크랭크샤프트 가공용 기계에 관한 것이다. 상기 기계는,

적어도 하나의 크랭크샤프트를 지지하기 위한 지지체(예로서, 타워 또는 이와 유사한 형상으로 된 지지체);

크랭크샤프트를 기계 가공(예로서, 크랭크샤프트에서 경량화 구멍을 제조하기 위한, 발명의 일부 실시예에서, 액추에이터 또는 액추에이터들은 종래 방식과 같이 다양한 축을 따라 변위 가능한 캐리지 형식으로 배치될 수 있고, 본 발명의 일부 실시예에서, 액추에이터는 10, 15, 20 또는 25 mm 이상의 직경을 갖는 경량화 구멍을 천공하기 위한 툴을 구비할 수 있다)하기 위한 가공툴을 작동시키기 위한 적어도 하나의 액추에이터, 예로서 스핀들을 포함하고,

상기 지지체는 각각의 크랭크샤프트 메인 저널에 상응하여 크랭크샤프트를 고정하도록 구성된 적어도 두 개의 클램핑 장치를 갖는 적어도 하나의 크랭크샤프트를 지지하도록 구성되어 있다. 두 개 이상의 메인 저널에 의한 크랭크샤프트의 클램핑은 견고한 클램핑을 제공하는데, 이는 이것이 견디어내는데 상당한 기여를 하기 때문에 유리하다. 경량화 구멍은 상당한 치수, 예로서, 10, 15, 20 또는 25 mm 이상의 직경을 가질 수 있으며, 이는 천공이 높은 레벨의 응력을 수반할 수 있다는 것을 의미한다. 견고하고 강건한 클램핑은 기본이다. 크랭크샤프트당 클램핑 장치의 수는 크랭크샤프트 크기에 따라 다를 수 있다.

지지체는 영각(angle of attack)이 크랭크샤프트의 길이 방향 축(그 메인 저널을 통과하는)과 경량화 구멍을 제조하기 위한 액추에이터 및/또는 대응 툴 사이에서 수정될 수 있도록 수직축에 대하여 회전한다.

지지체는 회전 기구가 크랭크샤프트와 상호 작용하지 않는 후퇴 위치와, 상기 크랭크샤프트를 상기 길이 방향 축에 대하여 회전시키기 위해 상기 회전 기구가 상기 크랭크샤프트, 예로서 크랭크샤프트의 한 단부와 상호 작용하는 작동 위치 사이에서 변위 가능한 회전 기구를 구비한다. 이러한 방식으로, 지지체는 툴과 크랭크샤프트의 길이 방향 축 사이에서 영각을 수정하기 위해 그리고 크랭크샤프트를 그 길이 방향 축에 대해 회전시키도록 회전될 수 있으므로, 많은 기계 툴에서의 종래 방식과 같이, X, Y 및 Z 축을 따라 세 개의 직교 방향으로 변위될 수 있는, 액추에이터를 회전시킬 필요 없이, 적절한 위치에 구멍을 배치할 수 있게 된다. 또한, 회전 기구가 그 후퇴 위치와 작동 위치 사이에서 변위될 수 있기 때문에, 회전 기구는 크랭크샤프트를 향한 툴의 접근에 장애물이 놓이지 않도록 후퇴될 수 있다. 더욱이, 크랭크샤프트의 양쪽 단부가 자유로이 접근할 수 있게 지지될 수 있으면, 또한 회전 기구가 이러한 기능에 대하여 방해됨이 없이 크랭크샤프트의 플랜지 및 샤프트를 기계 가공할 수 있다.

종종, 경량화 구멍은 표면 준비에 사전 작업이 요구되는 거칠고 경사진 표면상에 만들어진다. 기계는 상기 사전 준비 작업 및/또는 다른 치수를 갖는 구멍을 천공하기 위하여, 툴 액추에이터상에서, 예로서 스핀들상에서 툴을 교체하기 위한 툴 스토어(tool store) 및 자동 시스템을 구비할 수 있다.

본 발명의 일부 실시예에서, 회전 기구는 상기 회전 기구가 상기 후퇴 위치와 상기 작동 위치 사이로 직선형으로 변위할 수 있도록 지지체에 장착되어 있다. 이는 매우 간단한 구성을 허용함으로써, 회전 기구는 크랭크샤프트의 단부가 자유로이 지지되어 크랭크샤프트에 대한 툴의 접근에 대하여 장애물이 나타나지 않는 후퇴 위치와, 회전 기구가 크랭크샤프트상에, 예로서 크랭크샤프트의 단부상에 작용하여 크랭크샤프트를 그 길이 방향 축에 대해 회전시키는 작동 위치 사이에서 직선적으로 변위될 수 있다. 예를 들어, 회전 기구는 상기 회전 기구가 상기 후퇴 위치와 상기 작동 위치 사이로 수평으로 변위할 수 있도록 지지체에 장착될 수 있으며, 이는 기계가 특별히 간단하고 실용적인 디자인을 허용한다. 예를 들어, 회전 기구는 상기 위치들 사이에서 이동하는 캐리지를 포함할 수 있으며, 캐리지는 지지체상에서 안내되며, 예를 들어 스핀들 또는 이와 유사한 것의 회전에 의해 구동된다.

본 발명의 일부 실시예에서, 회전 기구는 상기 회전 기구가 상기 후퇴 위치와 상기 작동 위치 사이에서 크랭크샤프트의 길이 방향 축에 대해 수직 방향으로 변위할 수 있도록 지지체에 장착되어 있다. 따라서, 회전 기구는 크랭크샤프트의 단부와 마주보는 영역으로부터 용이하고 신속하게 후퇴될 수 있으며, 이에 의해 다른 각도에서 그 단부를 포함하여 크랭크샤프트에 용이하게 접근할 수 있게 해준다.

본 발명의 일부 실시예에서, 회전 기구는 상기 회전 기구가 상기 후퇴 위치와 상기 작동 위치 사이로 곡선 궤도를 따라 변위할 수 있도록 지지체에 장착되어 있다. 이것은 또한 간단한 구성을 허용함으로써, 크랭크샤프트의 단부가 자유로이 지지되어 크랭크샤프트에 대한 툴의 접근에 대하여 장애물이 나타나지 않는 후퇴 위치와, 회전 기구가 크랭크샤프트를 회전시키기 위해 크랭크샤프트상에, 예로서 크랭크샤프트의 단부상에 작용하는 작동 위치 사이에서 회전 기구가 축에 대해, 예로서 수평축 또는 수직축에 대해 경사지게 피벗하면서 변위될 수 있다.

본 발명의 일부 실시예에서, 각각의 클램핑 장치는 상기 크랭크샤프트를 로딩 및/또는 언로딩하기 위한 개방 위치와, 상기 크랭크샤프트를 조이는 폐쇄 위치 사이에서 동시에 변위되도록 구성된 두 개의 죠(jaw)를 갖는 자동-센터링 바이스를 포함한다. 이러한 방식의 자동-센터링 바이스를 사용하는 것은 크랭크샤프트의 위치가 클램핑 장치에 의해 명확하게 규정되도록 기계에서 크랭크샤프트의 용이하고 정확한 위치 설정을 할 수 있게 해준다.

본 발명의 일부 실시예에서, 기계는 길이 방향 축에 대하여 그 편심부의 위치와 관련하여 정확하게 크랭크샤프트가 배치되게하는 것을 보장하기 위해, 바꾸어 말하면, 예를 들어, 크랭크핀 저널이 정확하게 배치되어 있음을 보장하기 위하여 적어도 하나의 각도 위치 설정 기구를 포함한다. 본 발명의 일부 실시예에서, 각각의 위치 설정 기구는, 예를 들어, 두 개의 위치 설정 부재, 예로서 두 개의 클로(claw) 또는 죠를 포함하고, 상기 위치 설정 부재는 상기 위치 설정 부재가 그들 사이에서 상기 크랭크샤프트의 크랭크핀 저널을 파지하는 제1 폐쇄 위치와, 상기 위치 설정 부재가 상기 크랭크샤프트를 그 길이 방향 축에 대해 회전하도록 허용하며 크랭크핀 저널과의 접촉을 통해 그 회전이 억제되지 않는 개방 위치 사이로 피벗하도록 배치되어 있다. 바꾸어 말하면, 위치 설정 기구는 큰 개구를 갖는 위치 설정 기구이며, 여기에서 위치 설정 부재들은 분리 또는 개방되어 위치 설정 부재들이 크랭크샤프트의 길이 방향 축에서 크랭크샤프트의 회전을 억제하지 않게 된다. 이것이 두 개의 클로 또는 죠일 수 있는 위치 설정 부재들의 피벗팅으로 인하여 가능하게 주어져 있는바, 각도 위치 설정 기구에 후퇴 운동을 제공할 필요성이 회피되고, 이는 간단하게 개방 및 폐쇄될 수 있으며, 더 간단한 구조, 더 큰 효율성을 주며 또한 파손의 위험은 더 줄어든다.

본 발명의 일부 실시예에서, 적어도 하나의 상기 클램핑 장치는 상기 기계를 다른 형식의 크랭크샤프트에 적용시키기 위해, 상기 클램핑 장치들 사이의 거리, 및/또는 회전 기구에 대한 및/또는 지지체에서의 기준점에 대한 상기 클램핑 장치들의 위치를 조정할 수 있도록, 크랭크샤프트의 길이 방향 축에 평행한 방향으로 변위할 수 있다. 이는 기계의 적응성(flexibility)을 증가시킬 수 있게 한다.

본 발명의 일부 실시예에서, 지지체는 적어도 두 개의 크랭크샤프트를, 하나의 크랭크샤프트가 다른 크랭크샤프트의 상단에 고정시키도록 구성되어 있다. 이러한 방식으로, 다른 것의 상단에 하나가 배치된 두 개의 툴 액추에이터 또는 스핀들을 갖는 상태에서, 두 개의 크랭크샤프트에 동시에 작용할 수 있다. 크랭크샤프트들이 수직으로 배치되는 덕분에, 바꾸어 말하면, 다른 것의 상단에 하나가 있기 때문에(동일한 수평면에서 하나의 옆에 다른 하나가 있는 것 대신에), 크랭크샤프트는, 예를 들어 수직축에 대하여 지지체의 회전 각도에 따라, 다른 크랭크샤프트에 대해 툴들 중 하나의 접근을 방해하지 않는다. 바꾸어 말하면, 툴들은 양쪽 크랭크샤프트에 대해 동일한 접근 용이성을 가지며, 다른 크랭크샤프트를 지나쳐 하나의 크랭크샤프트에 접근하기가 결코 더 용이하지 않다. 이는 크랭크샤프트들 중 하나가 다른 크랭크샤프트에 대한 접근을 차단할 수 있는, 동일한 수평면상에서 서로 이웃한 크랭크샤프트의 빈번하게 사용되는 배치에 비하여 유리하다. 추가로, 크랭크샤프트들이 서로 이웃하여 동일한 수평면에 배치되어 있으면, 수직축에 대한 크랭크샤프트들의 지지체의 회전에 따른 거리는 기계 가공을 위한 경량화 구멍들 사이에서 변할 수 있으며, 따라서 적어도 두 개의 크랭크샤프트의 경량화 구멍들은 동시에 가공될 수 없다.

본 발명의 일부 실시예에서, 지지체는 칩을 수용하기 위한 공간 위에서, 다른 것의 상단에 하나가 있으며 수평으로 배향된 적어도 두 개의 크랭크샤프트를 지지하도록 구성되어 있다. 바꾸어 말하면, 테이블에서, 평행하게 동일한 수평면에서 지지된 크랭크샤프트들을 갖는 대신에, 그들은 칩들을 수용하기 위한, 피트(pit)와 같은 공간 위에서 다른 것의 상단에 하나가 배치될 수 있다. 이러한 공간은 한 장소에서 칩들의 축적을 방지하기 위해 칩 제거 시스템의 일부 형식, 예를 들어 컨베이어 벨트 또는 유사한 것과 연관될 수 있다. 칩과 접촉할 수 있는 부품들은 기계류에 칩이 부착되는 위험을 줄이기 위해, 예를 들어 스테인레스강으로 제조될 수 있다.

본 발명의 일부 실시예에서, 액추에이터는 상기 크랭크샤프트들 중 하나를 기계 가공하기 위한 가공툴을 작동시키도록 배치되어 있고, 상기 기계는 상기 크랭크샤프트들 중 다른 크랭크샤프트를 기계 가공하기 위한 가공툴을 작동시키도록 배치된 적어도 하나의 다른 액추에이터를 추가로 포함한다. 양쪽 액추에이터들은 서로 독립적으로 축방향으로 변위할 수 있다. 바꾸어 말하면, 각각의 액추에이터 또는 스핀들은 서로 독립적으로 축방향으로 변위할 수 있으며, 이는 적응성을 증가시키며 요소들의 위치 설정에서의 오류, 또는 툴 치수에서의 오류 및 허용오차의 보정을 가능하게 한다. 또한, 크랭크샤프트들 중 하나가 다른 것과 다르게 기계 가공될 수 있다는 것을 의미하며, 이는, 예를 들어 두 개의 크랭크샤프트에 다른 생산이력제(traceability) 마킹을 제공하기 위해 관심을 둘 수 있는 것이다.

본 발명의 일부 실시예에서, 기계는, 보조 요소가 크랭크샤프트와 상호 작용하는 작동 위치와, 보조 요소가 크랭크샤프트와 상호 작용하지 않는 후퇴 위치 사이로 변위할 수 있는 적어도 하나의 보조 요소를 포함하고, 상기 보조 요소는 상기 보조 요소가 상기 후퇴 위치와 상기 작동 위치 사이에서 양호하게 직선형 방식으로 변위할 수 있도록 지지체에 장착되는 것이 바람직하다. 이러한 보조 요소는 프로세스에서 얼마 동안 크랭크샤프트와 상호 작용하도록 구성된 어떤 툴 또는 다른 장치(예를 들어, 이것은 크랭크샤프트를 위치 설정 및/또는 고정하기 위한 장치가 될 수 있다)가 될 수 있고, 보조 요소가 후퇴될 수 있다는 사실은 크랭크샤프트에 대해 다른 툴들의 접근을 용이하게 하는 역할을 하며, 이와 동일한 방식으로 회전 기구를 후퇴하는 것이 이와 동일한 목적으로 작용한다.

본 발명의 일부 실시예에서, 기계는 크랭크샤프트의 축방향 위치 설정 시스템을 포함하고, 상기 축방향 위치 설정 시스템은 기준점, 예로서 스토퍼에 대하여 크랭크샤프트의 축방향 위치를 고정하기 위하여, 하나 이상의 푸셔 및/또는 하나 이상의 스토퍼 또는 카운터포인트(counterpoint)를 포함할 수 있다. 본 발명의 이러한 실시예들에서, 보조 요소는 축방향 위치 설정 기구의 부분을 형성하는 축방향 위치 설정 요소가 될 수 있다. 예를 들어, 보조 요소는 크랭크샤프트가 기계 가공을 위해 적절한 기준 위치에 있을 때, 접촉하여 정지할 수 있는 스토퍼가 될 수 있고, 또는 푸셔 또는 다른 요소가 크랭크샤프트를 축방향으로 기준 위치로 변위할 수 있다. 따라서, 이러한 축방향 위치 설정 요소(또는 다른 형식의 보조 요소)는, 상기 축방향 위치 설정 요소가 크랭크샤프트(예로서, 크랭크샤프트의 마주보는 한 단부, 예로서 회전 기구와 상호 작용하는 단부의 대향한 단부)와 상호 작용하는 작동 위치와, 축방향 위치 설정 요소가 크랭크샤프트와 상호 작용하지 않는 후퇴 위치 사이에서 변위할 수 있다.

본 발명의 일부 실시예에서, 보조 요소(예로서, 축방향 위치 설정 요소)는, 상기 보조 요소가 상기 후퇴 위치와 상기 작동 위치 사이에서, 예를 들어 직선형으로 또는 곡선 궤도를 따라 변위할 수 있도록 지지체에 장착되어 있다.

본 발명의 일부 실시예에서, 보조 요소는 회전 기구가 장착되어 있는 지지체의 측면에 대향한 지지체의 한 측면에 장착되어 있다. 회전 기구는 캐리지를 포함할 수 있고, 보조 요소는 다른 캐리지 상에 장착될 수 있고, 이러한 캐리지들은 각각의 후퇴 위치와 작동 위치 사이에서, 예를 들어 평행한 궤도를 따라 변위할 수 있다. 이것은 컴팩트 디자인을 달성하게 하는데, 즉 가공 툴들이 다른 방향 및 각도에서 크랭크샤프트들에 접근하도록 허용할 필요가 있을 때, 회전 기구 및 보조 요소(예로서, 축방향 위치 설정 요소)가 그들 각각의 작동 위치들로부터 독립적으로 또는 조화된 형태로 후퇴될 수 있다. 논리적으로, 축방향 위치 설정 기구의 경우에, 이러한 기구는 다른 요소들, 예로서 다른 푸셔 및/또는 스토퍼 요소들을 포함할 수 있으며, 이는, 예를 들어, 크랭크샤프트를 회전하게 만드는데 사용되는 액추에이터와 병합하는 방식으로 또는 상기 액추에이터와 별개로, 지지체 자체 및/또는 회전 장치에 장착될 수 있다.

본 발명의 일부 실시예에서, 기계는 조작기(manipulator)를 포함하는 크랭크샤프트 로딩 및 언로딩용 시스템을 추가로 포함하고, 상기 조작기는, 상기 지지체가 동시에 보유하도록 구성되어 있는 각각의 크랭크샤프트에 대하여, 하나의 크랭크샤프트를 지지체로 운반하기 위한 제1 클램핑 조립체와 하나의 크랭크샤프트를 지지체로부터 제거하기 위한 제2 클램핑 조립체를 구비한다. 이러한 방법으로, 예를 들어 로봇형 조작기 또는 갠트리형(gantry type) 조작기가 될 수 있는 조작기는 기계 가공될 하나, 두 개 또는 그 이상의 크랭크샤프트를 갖는 지지체에 접근하고, 지지체로부터 이미 기계 가공된 크랭크샤프트들을 수집하고, 기계 가공될 새로운 크랭크샤프트를 지지체에 배치하고, 그리고 이미 가공된 크랭크샤프트들과 상호 작용할 수 있다. 이것은 사이클 시간의 축소를 가능하게 한다. 조작기는 이미 가공된 크랭크샤프트를 전달하고, 지지체에 지지된 크랭크샤프트들이 가공되고 있는 시간 동안에 가공될 새로운 크랭크샤프트들을 수용하고, 조작기가 지지체에 접근할 때마다 조작기는 가공된 크랭크샤프트들 모두를 수집하여 기계 가공을 위한 새로운 크랭크샤프트들을 로딩할 수 있다.

본 발명의 일부 실시예에서, 하나의 툴을 위한 각각의 액추에이터 또는 스핀들은 세 개의 직교 방향에서, 바꾸어 말하면, 종래와 같이 X, Y 및 Z 축을 따라 변위하도록 구성되어 있다.

본 발명의 일부 실시예에서, 크랭크샤프트들은 수평으로 배치된 길이 방향 축에서 지지체에 클램핑되어 있다.

본 발명의 일부 실시예에서, 회전 기구는, 이 회전 기구가 상기 작동 위치에서 크랭크샤프트의 한 단부와 상호 작용하여 그 길이 방향 축에 대해 크랭크샤프트를 회전시키기 위해, 변위될 수 있도록 지지체의 한 측면에 장착되어 있다. 이러한 구성은 매우 간단하고 실용적이다.

본 발명의 다른 양태는 크랭크샤프트의 기계 가공 방법에 관한 것으로서, 상술한 실시예들 중 어느 하나에 따른 기계의 지지체에 크랭크샤프트를 배치하는 단계, 및 지지체를 수직축을 따라 회전시키며 그리고 크랭크샤프트를 그 길이 방향 축을 따라 회전시키면서 기계 스핀들에 대하여 상기 크랭크샤프트를 배향하는 단계를 포함한다. 이러한 방법은 추가로 크랭크샤프트에서 적어도 하나의 경량화 구멍을 제조하는 단계를 포함할 수 있다.

설명을 보충하기 위해 그리고 본 발명의 특성들의 적절한 이해에 기여하는 관점을 가지고, 실제적인 실시예의 예에 따라 한 세트의 도면이 발명의 상세한 설명의 병합 부분으로 첨부되어 있고, 이는 예시에 한정되지 않는다.
도 1은 종래 기술에 따른 통상적인 크랭크샤프트의 개략도이다.
도 2a 내지 도 2c는 크랭크샤프트의 크랭크핀 저널의 다른 통상적인 레이아웃을 개략적으로 도시한다.
도 3은 크랭크샤프트에서 경량화 구멍의 배치를 개략적으로 도시한다.
도 4는 크랭크샤프트에서 여러 개의 경량화 구멍의 배치를 개략적으로 도시한다.
도 5는 본 발명의 가능한 실시예에 따른 기계의 개략적인 평면도이다.
도 6은 상기 기계의 측면도이다.
도 7은 상기 기계의 지지체의 정면도이다.
도 8은 상기 기계의 클램핑 장치의 실시예를 개략적으로 도시한다.
도 9는 상기 기계의 위치 설정 기구의 일부를 개략적으로 도시한다.
도 10은 클램핑 장치들 사이의 거리가 어떻게 변화되는 지를 개략적으로 도시한다.
도 11은 본 발명의 가능한 실시예에서 칩들이 어떻게 수집되는 지를 개략적으로 도시한다.
도 12 및 도 13은 지지체에서 크랭크샤프트들을 로딩 및 언로딩하기 위한 조작기의 두 개의 가능한 실시예를 개략적으로 도시한다.
도 14a 내지 도 14c는 크랭크샤프트가 기계 가공 스핀들에 대하여 어떻게 배향될 수 있는지 개략적으로 도시한다.
도 15 및 도 16은 본 발명의 대안 실시예에 따른 지지체의 개략도이다.

도 5 내지 도 7은 어떻게 본 발명의 가능한 실시예에 따른 기계가 수직축에 대하여 회전 또는 피벗할 수 있는 타워 형상의 지지체(2)를 포함하는지를 개략적으로 도시한다. 도 7에 도시된 바와 같이, 지지체는 그들의 메인 저널들 중 두 개(크랭크샤프트의 방식에 따라 크랭크샤프트는 더 많은 메인 저널, 예로서 세 개 이상의 메인 저널에 의해 보유될 수 있다)에 의해 각각의 크랭크샤프트를 보유하여 고정하기 위해 두 쌍의 클램핑 장치(21)를 포함한다. 바꾸어 말하면, 클램핑 장치들은, 각 크랭크샤프트의 길이 방향 축(B)이 수평으로 배치된 상태에서, 각각의 크랭크샤프트(100)를 다른 것의 상단에 하나를 클램핑하기 위해 2열로 다른 것의 상단에 하나가 배치되어 있다. 각각의 클램핑 장치(21)는 도 8에 개략적으로 도시된 바와 같이, 크랭크샤프트를 로딩 및/또는 언로딩하기 위한 개방 위치와, 크랭크샤프트를 조이는 폐쇄 위치 사이로 동시에 변위할 수 있는 두 개의 죠(21A, 21B)를 가질 수 있다. 죠들은, 죠들이 폐쇄될 때, 크랭크샤프트가 명확한(well-defined) 위치에서 그 길이 방향 축(B)에 배치되도록 경사진 또는 굴곡진 표면을 갖는 자동-센터링 구조를 가질 수 있다.

도 5 및 도 6에서 모두 볼 수 있듯이, 기계는 두 개의 스핀들(1)이 각각의 툴, 예로서 경량화 구멍들을 천공하기 위한 툴을 작동시키기 위해 배치되어 있는 프레임(11)을 포함한다. 이러한 스핀들은 두 개의 수평 직각축을 따라 그리고 하나의 수직축을 따라, 바꾸어 말하면 네 개의 축, X, Y 및 Z1/Z2를 따라 변위할 수 있으며, 바꾸어 말하면, 각 스핀들(1)은 서로 독립적으로 축방향으로 변위할 수 있으며, 이는 적응성을 증가시키고, 툴 치수 등의 오류 및 허용 오차로 인하여 요소들의 위치 설정시의 오류를 보정하는 것을 가능하게 한다. 또한, 서로 다른 방식으로 기계 가공할 수 있으며, 관심이 가는 것은, 예를 들어 두 개의 크랭크샤프트에 다른 생산 이력제 마킹을 제공하는 것이다. 이러한 방법으로, 크랭크샤프트(100)와 스핀들(1) 사이의 위치 설정은 5 자유도에 따라 변할 수 있으며, 소위 3 자유도는 네 개의 축, X, Y 및 Z1/Z2를 따라가는 스핀들의 선형 변위에 해당하고, 2 자유도는 수직축을 따라가는 지지체의 회전과 길이 방향 축(B)에서의 크랭크샤프트의 회전에 해당한다.

크랭크샤프트를 그 길이 방향 축(B)에서 회전시키기 위하여, 기계는 지지체의 한 측면에 장착되어 있는 회전 기구(22)를 포함하며, 상기 회전 기구는, 이 회전 기구가 크랭크샤프트(100)와 상호 작용하지 않는 후퇴 위치와, 회전 기구(22)가 상기 길이 방향 축(B)에 대하여 크랭크샤프트(100)를 회전시키기 위해 크랭크샤프트(100)와 상호 작용하는 작동 위치 사이로 도 5 및 도 6에 도시된 화살표를 따라 변위될 수 있도록 되어 있다. 도 7 및 도 10에서 알 수 있듯이, 회전 기구는 한 부분에서, 액추에이터 수단에 의해 수평으로 구동되며 가이드들의 시스템(상세히 도시되지 않음)에 의해 안내되어 변위할 수 있는 캐리지(22A)를 포함하며, 다른 한 부분에서 크랭크샤프트를 제어하는 방식으로 회전시키기 위해 크랭크샤프트의 한 단부와 연결될 수 있는 액추에이터(22B)를 포함한다.

길이 방향 축(B)에 대하여 경사진 위치의 관점에서 크랭크샤프트의 정확한 위치 설정을 보장하기 위해, 기계는 각각의 크랭크샤프트에 상응하며, 도 7, 도 9 및 도 10에서 알 수 있듯이, 두 개의 위치 설정 부재(23A, 23B)를 포함하는 각도 위치 설정 장치(23)를 포함하고, 상기 위치 설정 부재(23A, 23B)는 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 위치 설정 부재(23A, 23B)가 그들 사이에서 상기 크랭크샤프트의 크랭크핀 저널(104)을 파지하는 제1 폐쇄 위치와, 상기 위치 설정 부재(23A, 23B)가 도 9에서 파선으로 가리키는 바와 같이, 상기 크랭크샤프트를 그 길이 방향 축에 대해 회전하도록 허용하며 크랭크핀 저널과의 접촉을 통해 상기 회전을 방해하지 않는 개방 위치 사이로 피벗하도록 배치되어 있다. 바꾸어 말하면, 이것은, 위치 설정 부재들이 크랭크샤프트의 회전을 방해하지 않도록 크게 분리 또는 개방될 수 있는, 큰 개구부를 갖는 위치 설정 기구이다. 이는 위치 설정 장치(23)에 후퇴 운동을 제공할 필요가 없게 하고, 이 위치 설정 기구는 단순하게 개폐될 수 있다.

이러한 기계와, 두 개의 직교축을 직선형으로 따라 변위할 수 있는 스핀들(1)에 의하여, 도 14a 내지 도 14c에 도시된 바와 같이, 경량화 구멍을 만들기 위하여, 스핀들에 대하여 크랭크샤프트를 정확하게 배치할 수 있다. 도면에서, 직선 화살표는 천공될 구멍의 필요한 방향을 가리킨다. 스핀들(1) 및 대응 툴에 대하여 크랭크샤프트를 정확하게 배향하기 위해, 크랭크샤프트는 그 길이 방향 축(B)에서 회전되고(도 14a에서 도 14b로 가는 단계), 지지체는 그 수직축(A)에서 회전된다(도 14b에서 도 14c로 가는 단계). 논리적으로, 이러한 두 단계는 어떠한 순서로도 실시될 수 있는데, 동시에 또는 차례대로 실시될 수 있다.

도 10은 어떻게 클램핑 장치(22)들 중 하나가 다른 형식의 크랭크샤프트(클램핑 장치의 새로운 위치와 같이, 파선으로 도시된)에 용이하게 기계를 적용시키기 위하여 크랭크샤프트의 길이 방향 축과 평행하게, 즉 수평으로 변위될 수 있는지를 개략적으로 도시한다. 본 발명의 일부 실시예에서, 하나보다 많은 클램핑 장치들이 이러한 방식으로 변위될 수 있다.

도 11은, 어떻게 본 발명의 가능한 실시예에 따라 두 개의 크랭크샤프트(100)가 지지체(2)의 한 측면에서 수평으로 배향된 그 길이 방향 축을 각각 가지면서 다른 것의 상단에 하나가 배치될 수 있는지 도시하며, 따라서 기계 가공 중에 발생되는 칩들이 칩 수집용 피트(pit)(30)로 떨어지도록 되어 있으며, 상기 피트에서 칩들이 칩 제거 시스템(31)을 통해 운반되어 칩들의 과도한 축적을 방지하게 된다.

도 12 및 도 13은 어떻게 기계가, 지지체가 동시에 보유하도록 구성되어 있는 각각의 크랭크샤프트에 대하여, 하나의 크랭크샤프트를 지지체(2)로 운반하기 위한 제1 클램핑 조립체(41A, 42A)와 하나의 크랭크샤프트를 지지체(2)로부터 제거하기 위한 제2 클램핑 조립체(41B, 42B)를 구비하는 조작기(41, 42)를 포함하는 크랭크샤프트 로딩 및 언로딩을 위한 시스템을 포함할 수 있는지 개략적으로 도시하고 있다. 도 12의 경우에, 조작기는 프레임(44)의 길이를 가로질러 직선형으로 변위할 수 있고 수평축(45)을 따라 피벗할 수 있으므로, 조작기가 제1 클램핑 조립체(41A)의 죠들에 의해 조여지는, 도 12에 도시된 바와 같이, 위에서부터 두 개의 크랭크샤프트를 수용할 수 있도록 되어 있다. 이어서, 조작기는 수평축(45)을 따라 시계 방향으로 90도 회전하며, 지지체(2)를 향하여 직선형으로 변위한다. 일단 거기에서, 제2 클램핑 조립체(41B)의 죠들은 지지체에서 이미 가공되어 있는 크랭크샤프트들을 수집한다. 다음에, 조작기(41)는 가공될 새로운 크랭크샤프트들을 지지체에 로딩하기 위하여, 지지체 반대쪽에 제1 클램핑 조립체(41A)를 위치시키기 위해 수평축(45)에서 180도로 회전한다. 다음으로, 조작기는 후퇴하여 가공된 크랭크샤프트를 언로딩하고 가공하기 위한 새로운 크랭크샤프트를 수용하게 된다. 지지체에 장착된 크랭크샤프트들이 가공될 때, 이러한 로딩 및 언로딩 작동을 동시에 실시할 수 있다.

도 13은 대안예로서 도 12에 도시된 것과 같이 프레임에 장착된 조작기 대신에, 조작기(42)가 로봇 암에 장착되어 있는 것을 도시한다.

도 15 및 도 16은 대안예로서, 캐리지(22A)에 추가하여, 캐리지(22A)가 장착되어 있는 측면에 대향한 지지체(2)의 측면에 제2 캐리지(24A)가 장착되어 있는 것을 도시한다. 제2 캐리지(24A)에서, 축방향 위치 설정 요소(24B)가 장착되어 있으며(본 발명의 다른 실시예에서 이것은 다른 형식의 디바이스가 될 수 있는데, 예를 들어 툴 또는 유사한 것, 또는 기계 가공될 부품을 위치 설정 및/또는 고정하기 위한 디바이스), 이는 축방향에서 크랭크샤프트를 정확하게 배치하는 작용을 하고, 또는 어떠한 다른 디바이스가 기계 가공을 방해하지 않도록 후퇴될 필요가 있을 수 있다. 이러한 축방향 위치 설정 요소(24B)는 스토퍼 또는 카운터포인트가 될 수 있으며, 여기에 크랭크샤프트가 하나 이상의 푸셔(24C)의 사용에 의하여 밀릴 수 있으며, 푸셔는 지지체 자체에 또는 유사한 것, 및/또는 도 15에 개략 도시된 바와 같이, 회전 기구의 캐리지(22A)에 장착될 수 있다. 대안으로서, 축방향 위치 설정 요소(24B)는 푸셔 또는 이와 유사한 것일 수 있다. 캐리지들(22A, 24A)은 양쪽 다 그들 각각의 작동 위치(액추에이터(22B) 및 축방향 위치 설정 요소(24B)가 제각기 크랭크샤프트와 상호 작용하여 크랭크샤프트를 회전시키며 또한 스토퍼로서 작용하는)와, 각각의 후퇴 위치(다른 위치 및 각도에서부터 크랭크샤프트에 대해 툴 또는 액추에이터(1)의 접근을 방해하지 않는) 사이로 직선적으로 변위할 수 있다. 도 16에서 또한 회전 기구(22)의 일부를 형성하는 죠(22C)들이 개략적으로 도시되어 있다.

본원에서, 용어 "포함하다" 및 그 변형어("포함하는"과 같은)는 배제하는 것으로 해석되어서는 안 되며, 바꾸어 말하면, 그 용어는 다른 요소들, 다른 단계들 등을 위시하여 기재되어 있을 가능성을 배제하지 않는다.

동시에, 본 발명은 기재된 특정 실시예로 제한하지 않으며, 또한 청구범위에서 추론될 수 있는 발명의 범위 내에서 당해 기술에 숙련된 통상의 기술자에 의해 구현될 수 있는 변경예(예로서, 재료, 치수, 구성 부품, 구성 등의 선택의 관점에서)를 망라한다.

Claims (17)

1. 크랭크샤프트 가공용 기계로서,
   적어도 하나의 크랭크샤프트(100)를 지지하기 위한 지지체(2);
   상기 크랭크샤프트를 기계 가공하기 위한 가공툴을 작동시키는 적어도 하나의 액추에이터(1)를 포함하고;
   상기 지지체(2)는 상기 크랭크샤프트의 적어도 두 개의 메인 저널(103)에 상응하여 크랭크샤프트를 고정시키도록 구성된 적어도 두 개의 클램핑 장치(21)를 사용하여 적어도 하나의 크랭크샤프트를 지지하도록 구성되어 있으며,
   상기 지지체(2)는 상기 크랭크샤프트(100)의 길이 방향 축(B)과 상기 액추에이터(1) 사이의 영각을 수정하기 위해 수직축(A)에 대하여 회전할 수 있는, 크랭크샤프트 가공용 기계에 있어서,
   상기 지지체는 회전 기구(22)가 상기 크랭크샤프트(100)와 상호 작용하지 않는 후퇴 위치와, 상기 크랭크샤프트(100)를 그 길이 방향 축(B)에 대하여 회전시키기 위해 상기 회전 기구(22)가 상기 크랭크샤프트(100)와 상호 작용하는 작동 위치 사이로 변위 가능한 상기 회전 기구(22)를 구비하는, 크랭크샤프트 가공용 기계.
2. 제1항에 있어서,
   상기 회전 기구(22)는 상기 회전 기구(22)가 상기 후퇴 위치와 상기 작동 위치 사이에서 직선적으로 변위할 수 있도록 상기 지지체(2)에 장착되어 있는, 크랭크샤프트 가공용 기계.
3. 제2항에 있어서,
   상기 회전 기구(22)는 상기 회전 기구(22)가 상기 후퇴 위치와 상기 작동 위치 사이에서 수평으로 변위할 수 있도록 상기 지지체(2)에 장착되어 있는, 크랭크샤프트 가공용 기계.
4. 선행하는 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 회전 기구(22)는 상기 회전 기구(22)가 상기 후퇴 위치와 상기 작동 위치 사이에서 상기 크랭크샤프트의 길이 방향 축에 대해 수직 방향으로 변위할 수 있도록 상기 지지체(2)에 장착되어 있는, 크랭크샤프트 가공용 기계.
5. 제1항에 있어서,
   상기 회전 기구(22)는 상기 회전 기구(22)가 상기 후퇴 위치와 상기 작동 위치 사이에서 곡선 궤도를 따라 변위할 수 있도록 상기 지지체(2)에 장착되어 있는, 크랭크샤프트 가공용 기계.
6. 선행하는 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 회전 기구(22)는 상기 회전 기구(22)가 후퇴 위치에 있을 때, 상기 크랭크샤프트의 대응 단부가 가공툴에 자유로이 접근할 수 있도록 배치되어 있는, 크랭크샤프트 가공용 기계.
7. 선행하는 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
   각각의 클램핑 장치(21)는 상기 크랭크샤프트를 로딩 및/또는 언로딩하기 위한 개방 위치와, 상기 크랭크샤프트를 조이는 폐쇄 위치 사이에서 동시에 변위되도록 구성된 두 개의 죠(21A, 21B)를 갖는 자동-센터링 바이스를 포함하는, 크랭크샤프트 가공용 기계.
8. 선행하는 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
   두 개의 위치 설정 부재(23A, 23B)를 포함하는 적어도 하나의 각도 위치 설정 장치(23)를 더 포함하고, 상기 위치 설정 부재(23A, 23B)는 상기 위치 설정 부재(23A, 23B)가 그들 사이에서 상기 크랭크샤프트의 크랭크핀 저널(104)을 파지하는 제1 폐쇄 위치와, 상기 위치 설정 부재(23A, 23B)가 상기 크랭크샤프트를 그 길이 방향 축에 대해 회전하도록 허용하는 개방 위치 사이로 피벗하도록 배치되어 있는, 크랭크샤프트 가공용 기계.
9. 선행하는 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
   적어도 하나의 상기 클램핑 장치(21)는 상기 기계를 다른 형식의 크랭크샤프트에 적용시키기 위해 상기 클램핑 장치(21)들 사이의 거리를 조정할 수 있도록, 상기 크랭크샤프트의 길이 방향 축(B)에 평행한 방향으로 변위할 수 있는, 크랭크샤프트 가공용 기계.
10. 선행하는 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 지지체(2)는 적어도 두 개의 크랭크샤프트를, 하나의 크랭크샤프트가 다른 크랭크샤프트의 상단에서, 양호하게는 수평으로 배향되어, 양호하게는 칩을 수용하기 위한 공간(30)에 걸쳐 조이도록 구성되어 있는, 크랭크샤프트 가공용 기계.
11. 제10항에 있어서,
    상기 액추에이터(1)는 상기 크랭크샤프트(100)들 중 하나를 기계 가공하기 위한 가공툴을 작동시키도록 배치되어 있고, 상기 기계는 상기 크랭크샤프트(100)들 중 다른 크랭크샤프트를 기계 가공하기 위한 가공툴을 작동시키도록 배치된 적어도 하나의 다른 액추에이터(1)를 더 포함하고, 상기 양쪽 액추에이터들은 서로 독립적으로 축방향으로 변위(Z1/Z2)할 수 있는, 크랭크샤프트 가공용 기계.
12. 선행하는 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    보조 요소(24B)가 상기 크랭크샤프트와 상호 작용하는 작동 위치와, 보조 요소가 상기 크랭크샤프트와 상호 작용하지 않는 후퇴 위치 사이에서 변위할 수 있는 적어도 하나의 보조 요소(24B)를 포함하고, 상기 보조 요소(24B)는 상기 보조 요소(24B)가 상기 후퇴 위치와 상기 작동 위치 사이에서 양호하게 직선적 방식으로 변위할 수 있도록 상기 지지체(2)에 양호하게 장착되어 있는, 크랭크샤프트 가공용 기계.
13. 제12항에 있어서,
    상기 크랭크샤프트의 축방향 위치 설정 기구(24)를 포함하고, 상기 적어도 하나의 보조 요소(24B)는 상기 축방향 위치 설정 기구(24)의 부분을 형성하는 축방향 위치 설정 요소(24B)인, 크랭크샤프트 가공용 기계.
14. 제12항 또는 제13항에 있어서,
    상기 보조 요소(24B)는 상기 지지체(2)의 제1 측면에 장착되어 있고, 상기 회전 기구는 상기 제1 측면에 대향한 상기 지지체(2)의 제2 측면에 장착되어 있고, 상기 회전 기구는 양호하게 캐리지(22A)를 포함하고, 상기 보조 요소(24B)는 다른 캐리지(24A) 상에 양호하게 장착되어 있고, 상기 캐리지들은 각각의 후퇴 위치와 작동 위치 사이에서 양호하게 평행한 궤도를 따라 변위할 수 있는, 크랭크샤프트 가공용 기계.
15. 선행하는 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    조작기(41, 42)를 포함하는 크랭크샤프트 로딩 및 언로딩용 시스템을 더 포함하고, 상기 조작기는, 상기 지지체(2)가 동시에 지지하도록 구성되어 있는 각각의 크랭크샤프트에 대하여, 하나의 크랭크샤프트를 상기 지지체(2)로 운반하기 위한 제1 클램핑 조립체(41A, 42A)와 하나의 크랭크샤프트를 상기 지지체(2)로부터 제거하기 위한 제2 클램핑 조립체(41B, 42B)를 구비하는, 크랭크샤프트 가공용 기계.
16. 선행하는 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 회전 기구(22)는 상기 크랭크샤프트를 그 길이 방향 축(B)에 대해 회전시키기 위해, 상기 작동 위치에서 상기 크랭크샤프트(100)의 한 단부와 상호 작용하도록 상기 회전 기구(22)가 변위될 수 있도록 상기 지지체(2)의 한 측면에 장착되어 있는, 크랭크샤프트 가공용 기계.
17. 크랭크샤프트에서 경량화 구멍을 제조하기 위한 방법으로서,
    상술한 실시예들 중 어느 하나에 따른 기계의 지지체(2)에 크랭크샤프트를 배치하는 단계, 및
    - 상기 지지체(2)를 수직축(A)을 따라 회전시키며, 및
    - 상기 크랭크샤프트를 그 길이 방향 축(B)을 따라 회전시키면서,
    기계 스핀들에 대하여 상기 크랭크샤프트를 배향하는 단계를 포함하고,
    상기 방법은 상기 크랭크샤프트에 적어도 하나의 경량화 구멍을 제조하는 단계를 더 포함하는, 방법.

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