KR20160103340A - 내치 기어 가공용 척 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스토퍼를 사용하지 않고 여러 개의 조오에 미리 정한 간격으로 형성한 지지 핀이 공작물의 내치와 맞물리게 공작물을 고정하여 보스 면 등을 가공할 수 있게 구성함으로써, 내치가 있는 공작물을 안정적으로 지지하여 정밀하게 가공할 수 있게 한 내치 기어 가공용 척을 제공하는 데 그 목적이 있다.
특히, 본 발명은 이러한 지지 핀이 내치의 피치 원 위의 점에서 서로 접하여 맞물리게 하여 공작물을 지지하여 고정할 수 있게 구성함으로써, 공작물을 균일하게 클램핑할 수 있게 하여 회전할 때의 런 아웃(Run-out)과 편차를 줄여 정밀 가공을 할 수 있게 한 내치 기어 가공용 척을 제공하는 데 다른 목적이 있다.
또한, 본 발명은 실제 공작물을 지지하는 지지 핀의 길이 중간 부분에 그루브를 더 형성함으로써, 공작물에 내치를 가공할 때 이들 내치의 중간 부분이 볼록하게 돌출하더라도 내치의 양쪽 끝 부분을 통해 공작물을 안정적으로 지지할 수 있게 하여 불량을 없애면서도 정밀가공을 할 수 있게 한 내치 기어 가공용 척을 제공하는 데 또 다른 목적이 있다.

Description

내치 기어 가공용 척{CHUCK FOR MACHINING INTERNAL GEAR}

본 발명은 내치 기어 가공용 척에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 공작물의 내치에 끼워지도록 여러 개의 조오를 구성하고, 특히 이 조오에 형성한 여러 개의 지지 핀이 미리 정한 간격으로 내치와 맞물려 공작물을 고정하여 보스 면 등을 가공할 수 있게 구성함으로써, 공작물을 안정적으로 고정할 수 있어 가공 정밀도를 높일 수 있게 한 것이다.

일반적으로 척(Chuck)은 공작물을 장착하기 위한 공구로서, 보통 조오(Jaw)를 이용하여 공작물을 가공할 수 있게 고정한다. 이러한 척은, 여러 개의 조오를 함께 움직이게 하거나 하나씩 조절하여 공작물을 고정한다. 특허문헌 1 내지 특허문헌 3에는 이런 척에 대한 기술이 개시되어 있다.

특허문헌 1은, 대상물이 상측에 위치하도록 형성되는 회전판과, 일 단부 측이 상기 회전판에 연결되어 상기 회전판과 함께 회전 구동되게 형성되는 샤프트를 구비하는 로테이팅 어셈블리; 및 상기 대상물이 상기 회전판에 대해 고정되게 작동하는 척킹 유닛과, 상기 샤프트의 타 단부 측에 연결되어 구동력을 발생시키는 구동 유닛과, 상기 샤프트의 중공부 내에서 연장하도록 형성되고 상기 척킹 유닛과 상기 구동 유닛을 연결하여 상기 구동력에 의해 상기 척킹 유닛이 작동되도록 하는 연결 유닛을 구비하는 척킹 어셈블리를 포함하는, 대상물을 척킹하여 로테이팅시키는 장치 및 그에 사용되는 척킹 유닛을 제공한다.

특험문헌 2는 종래의 연동척에 있어서 조의 이동과 설치가 편리하고, 수시로 공구나 피가공물을 교체할 때 조의 조임과 해제가 편리하도록 하는 피가공재 고정용 연동척을 제공하고자 하는데 그 목적이 있다. 또한, 선반이나 밀링머신과 같은 대형 공작기계에만 고정설치하여 사용하기보다는 정반과 같은 평면 작업대에 설치하여 각종 제품의 검사 또는 계측시 대상물품을 고정 지지할 수 있는 피가공재 고정용 연동척을 제공하고자 하는데 또 다른 목적이 있다.

특허문헌 3은 선반작업용 척에 관한 것으로, 가공하고자 하는 가공물 외부에 다른 부속이 결합 또는 형성되어 상기 가공물의 외경이 서로 다른 가공물이 쉽게 삽입될 수 있도록 승강부재의 승강을 통하여 물림부에 형성된 삽입공의 지름 폭을 넓히거나 좁게 조절하여 외경이 서로 다른 가공물이 용이하게 고정 삽입되는 선반작업용 척에 관한 것이다. 이를 위해, 바디부재와, 상기 바디부재 내부에 승강 가능하게 구비되는 승강부재 및 상기 승강부재 내측에 구비되며, 하부가 상기 바디부재와 회동가능하게 결합하고, 상부에 상기 승강부재의 승강에 의해 가공물이 삽입되는 삽입공의 지름 폭이 조절되는 조부재와, 상기 조부재의 하부 외면을 감싸도록 구비되며, 상기 승강부재의 승강에 의해 탄성 복원되어 상기 조부재를 회동시키는 탄성체를 포함한다.

하지만, 이런 기존의 척은 내치 기어를 가공할 때 다음과 같은 문제가 있다. 여기서는, 내치 기어의 한가지 예로, 도 1과 같이 무단 변속기(CVU)에 사용하는 리어 기어를 공작물로 예로 들어 설명한다.

(1) 내치 기어와 같은 공작물(10)을 척에 고정하기 위해서는 조오를 이용하는 데, 이때 조오가 공작물(10)의 외치(12)나 테두리 부분을 지지하므로, 작업 높이에 차이가 생겨 정밀하게 보스 면(13)을 가공할 수 없었다.

(2) 특히, 이처럼 척으로 공작물(10)에 보스 면(13)을 가공할 때에는 스토퍼로 보스 면(130)을 가공하지 않는 공작물(10)의 반대쪽 면을 지지해야 하나, 이처럼 작업 높이 차이 때문에 정밀 가공이 어려웠다.

(3) 이는, 스토퍼로 공작물의 테두리 부분이나 외치 부분을 지지하여 보스 면을 가공함에 따라 보스 면의 표면 평탄도가 떨어진다.

한국등록특허 제1456663호 (등록일 : 2014.10.24) 한국등록특허 제1394531호 (등록일 : 2014.05.07) 한국등록특허 제1481958호 (등록일 : 2015.01.07)

본 발명은 이러한 점을 고려하여 발명한 것으로, 스토퍼를 사용하지 않고 여러 개의 조오에 미리 정한 간격으로 형성한 지지 핀이 공작물의 내치와 맞물리게 공작물을 고정하여 보스 면 등을 가공할 수 있게 구성함으로써, 내치가 있는 공작물을 안정적으로 지지하여 정밀하게 가공할 수 있게 한 내치 기어 가공용 척을 제공하는 데 그 목적이 있다.

특히, 본 발명은 이러한 지지 핀이 내치의 피치 원 위의 점에서 서로 접하여 맞물리게 하여 공작물을 지지하여 고정할 수 있게 구성함으로써, 공작물을 균일하게 클램핑할 수 있게 하여 회전할 때의 런 아웃(Run-out)과 편차를 줄여 정밀 가공을 할 수 있게 한 내치 기어 가공용 척을 제공하는 데 다른 목적이 있다.

또한, 본 발명은 실제 공작물을 지지하는 지지 핀의 길이 중간 부분에 그루브를 더 형성함으로써, 공작물에 내치를 가공할 때 이들 내치의 중간 부분이 볼록하게 돌출하더라도 내치의 양쪽 끝 부분을 통해 공작물을 안정적으로 지지할 수 있게 하여 불량을 없애면서도 정밀가공을 할 수 있게 한 내치 기어 가공용 척을 제공하는 데 또 다른 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 내치 기어 가공용 척은, 내치(11)를 가진 공작물(10)의 한 면에 다른 구성과 접하는 보스 면을 가공하기 위한 내치 기어 가공용 척(Chuck)에 있어서, 회전하는 척의 회전 중심을 기준으로 대칭되게 같은 각도의 호 형상으로 이루어진 적어도 3개의 조오(110a~110c)를 포함하고, 상기 각 조오(110a~110c)에는 상기 내치(11)와 맞물릴 수 있도록 미리 정한 위치에 지지 핀(111)을 1~4개씩 형성한 것을 특징으로 한다.

특히, 상기 각 지지 핀(111)은 내치(11)의 피치 원(Pitch Circle)에서 접하여 맞물리게 한 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 각 지지 핀(111)에는 길이 중간 부분에 그루브(111a)를 더 형성한 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 조오는 6개이고, 상기 지지 핀(111)은 각 조오에 두 개씩 형성한 것을 특징으로 한다.

마지막으로, 본 발명에 따른 내치 기어 가공용 척은, 풀 타입 척인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 내치 기어 가공용 척은 다음과 같은 효과가 있다.

(1) 조오에 형성한 여러 개의 지지 핀이 내치와 맞물려 공작물을 고정하여 주므로 공작물의 중심 부분이 척킹되어 흔들림이 적을 뿐만 아니라 안정적으로 보스 면을 가공할 수 있다.

(2) 특히, 조오에 형성한 지지 핀이 내치의 피치 원에서 맞물리게 형성하므로, 기어에서 가장 큰 힘을 받는 피치 선에서 공작물을 지지할 수 있어 더욱 안정적으로 지지할 수 있다.

(3) 또한, 각 조오에 각각 형성하는 지지 핀의 길이 중간 부분에 그루브를 더 형성하므로, 내치를 가공할 때 각 치의 중간 부분이 바깥쪽으로 볼록하게 돌출하더라도 그루브가 이 돌출 부분을 수용할 수 있어 공작물을 안정적으로 지지할 수 있다.

(4) 별도의 스토퍼를 사용하지 않고 조오에 형성한 지지 핀 만으로 공작물을 고정하여 보스 면을 가공할 수 있으므로 본 발명에 따른 척의 구성을 단순화할 수 있다.

(5) 편차와 회전할 때의 흔들림을 줄일 수 있어 정밀도가 높은 보스 면을 가공할 수 있어 품질을 향상할 수 있다.

도 1은 공작물로 사용하는 CVU 리어 기어의 형상을 보여주기 위한 이미지.
도 2는 본 발명의 실시예 1에 따라 6개의 조우에 각각 2개씩 지지 핀을 형성한 척의 예를 보여주는 사진.
도 3은 본 발명의 실시예 1에 따라 지지 핀의 위치를 달리한 조오를 가진 척으로 공작물을 가공하기 위해 고정한 상태를 보여주는 사진.
도 4는 본 발명의 실시예 1에 따른 척에서 조오와 접촉 위치를 달리하여 가공한 테스트 결과를 보여주는 표.
도 5는 본 발명의 실시예 2에 따라 6개의 조우에 각각 2개씩 형성한 지지 핀에 그루브를 제작한 척의 예를 보여주는 사진.
도 6은 공작물에 정상적으로 이루어진 내치와 비정상적으로 이루어진 내치의 형상을 보여주기 위한 단면도.
도 7은 내치가 있는 공작물로서, CVU의 리어 기어에서 각 내치의 양쪽(Top,Bot)과 그 중간 부분(Mid)에서 내치의 높이를 측정한 그래프.
도 8은 비정상적으로 이루어진 내치와 맞물리는 상태를 보여주기 위한 것으로, (a)는 실시예 1의 지지 핀과 내치의 맞물림을, (b)는 실시예 2의 지지 핀과 내치의 맞물림을 각각 보여주는 도면.
도 9는 실시예 1에 따른 척으로 30개의 공작물에 대하여 런 아웃(Run-out)을 측정한 결과를 보여주는 그래프.
도 10은 실시예 2에 따른 척으로 50개의 공작물에 대하여 런 아웃(Run-out)을 측정한 결과를 보여주는 그래프.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 안 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 최고의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 따라 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 한가지 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형례가 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

본 발명의 실시예 1에 따른 내치 기어 가공용 척(100)은, [도 1] 및 [도 2]와 같이, 척에 적어도 3개의 조오(110a~110c)를 형성하여 공작물(10)의 내치(11) 안에 위치하도록 형성하고, 특히 각 조오(110a~110c)에 1~4개의 지지 핀(111)을 형성한 것이다.

특히, 본 발명은 이들 각 지지 핀(111)이 내치(11)와 맞물리게 하여 안정적으로 회전 지지할 수 있게 하여 정밀 가공을 할 수 있게 한 것이다. 이때, 상기 각 지지 핀(111)은 내치(11)의 피치 원 상에서 서로 접하게 구성하여 이러한 회전 지지가 더욱 안정적으로 이루어질 수 있게 한 것이다.

이하, 이러한 구성에 대하여 더욱 상세하게 설명한다. 여기서, 도면번호 "10"은 통상의 내치 기어의 일례로서 [도 1]의 CVU(Continuously Variable Unit)의 리어 기어와 같은 공작물을, "11"은 이 공작물에 형성한 내치를 각각 나타낸다.

척(100)은, [도 2]와 같이, 공작물(10)을 고정하기 위하여 적어도 3개의 조오(110a~110c)를 포함한다. 도면에서는 6개의 조오(110a~110f)를 같은 형상의 원호 형상으로 형성한 예를 보여준다. 이에, 여기서는 6개의 조오(110a~110f)를 형성한 것을 예로 들어 설명한다.

특히, 상기 각 조오(110a~110f)에는 공작물(10)에 미리 가공하여 형성한 내치(11)와 맞물릴 수 있도록 지지 핀(111)을 형성한다. 이때, 지지 핀(111)은 조오(110a~110f)의 개수에 따라 달라지나 각 조오(110a~110f)에 1~4개씩 형성한다. 도면에서는 6개의 조오(110a~110f)에 대하여 각각 2개씩 12개를 형성한 예를 보여준다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 상기 지지 핀(111)은 내치(11)의 피치 원과 접하여 맞물리게 형성하는 것이 바람직하다. 피치 원(Pitch Circle)은 두 개의 기어가 맞물리는 위치를 정하기 위한 기준이 되는 원으로, 본 발명에서는 이 기준이 되는 원에서 지지 핀(111)이 공작물(10)과 맞물리게 하여 견고하게 지지할 수 있게 한다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에서, 상술한 조오(110a~110f)의 구성을 풀 타입 척(Pull-type Chuck)에 구성함으로써, 공작물(10)의 척킹력을 높여 정밀하게 가공할 수 있게 하는 것이 바람직하다. 여기서, 풀 타입 척은 공작 기계 등에서 절삭 공구를 부착하는 축(Arbor)을 고정한 상태에서 조오를 당기면 공작물에 가해지는 힘이 여러 방향으로 향하도록 한 통상의 척으로, 이와 반대로 작용함에 따라 일정 방향으로만 힘이 가해지는 푸쉬 타입 척(Push-type Chuck)과 구분한다. 이처럼 풀 타입 척에 장착한 조오(110a~110f)의 효과에 대해서는 아래의 가공 테스트를 통해 설명한다.

(가공 테스트)

가공 테스트 조건은 크게, (1) 클램핑 위치, (2) 척킹 방법, (3) 척의 종류, 그리고 (4) 가공 조건으로 나눌 수 있다.

우선, 클램핑 위치는, [도 3]과 같이, 조오에 형성한 지지 핀의 개수와 맞물리는 위치에 따라 4개로 구분하였다. 이 중에서, (a)는 6개의 조오에 각각 하나씩 모두 6개의 지지 핀을 형성하고, 각 지지 핀이 이뿌리 원(Root Circle)과 접하도록 형성하고, (b)는 지지 핀을 형성하지 않고 6개의 조오가 각각 이끝원(Addendum Circle)과 접하도록 형성한다. 그리고, (c)는 6개의 조오에 각각 하나씩 모두 6개의 지지 핀을 형성하고 각 지지 핀이 피치 원에 접하도록 형성하고, (d)는 6개의 조오에 각각 두 개씩 모두 12개의 지지 핀을 형성하고 각 지지 핀이 피치 원에 접하도록 형성한다.

척킹 방법은 (ㄱ)조오와 함께 기존 척에 구성한 스토퍼를 함께 이용하여 공작물을 고정할 것인지, (ㄴ)조오를 통해서만 공작물을 고정할 것인지로 구분한다.

척의 종류는, 상술한 바와 같이, (A) 푸시 타입 척(Push-type Chuck)과, (B) 풀 타입 척(Pull-type Chuck)으로 구분한다.

마지막으로, 가공 조건은 가공 속도와 척킹 압력 그리고 회전수와 같이 실제 공작물을 가공하기 위한 조건으로, 여기서는 각각의 조건에 같은 조건으로 가공물을 가공한다.

이 같은 조건에서 테스트한 결과는 [도 4]와 같다. [도 4]에서, 대문자 "A"와 "B"는 각각 풀 타입과 푸쉬 타입의 척을, 소문자 (a)~(d)는 상술한 클램핑 위치에 따른 구분을, 자음 (ㄱ)과 (ㄴ)은 상술한 척킹 방법에서 스토퍼의 유무를 각각 나타낸다. 그리고, 테스트는 5개의 공작물(#1~#5)에 대하여 테스트한 결과이며, 그 결과로 최댓값(MAX), 최솟값(MIN), 그 평균(AVG), 그리고 표준 편차(STDEV)를 각각 보여준다.

[도 4]와 같이, 푸쉬 타입의 척(A)보다는 풀 타입의 척(B)이, 그리고 스토퍼가 있을 때(ㄱ)보다는 스토퍼가 없을 때(ㄴ)에, 이뿌리원에서 접할 때(a)보다 피치원과 접할 때(c)에, 그리고 지지 핀이 6개일 때(c)보다 12개일 때에 런 아웃(run-out)과 편차를 최소화하면서 균일하게 클램핑해 주고 있음을 알 수 있다.

따라서, 본 발명은 공작물을 견고하게 고정하여 이처럼 런 아웃과 편차를 줄일 수 있으므로 그만큼 정밀 가공을 할 수 있다.

본 발명의 실시예 2에 따른 기어 가공용 척은, [도 5]와 같이, 실시예 1과 비교할 때 지지 편(111)의 길이 중간 부분에 그루브(111a)를 더 형성한 것이다.

이는, [도 6]과 같이, 공작물(10)에 내치(11)를 형성할 때, 내치(11)가 정상적으로 형성한 경우 도면에서 좌우 부분이 일정하여 좌우에서 측정한 내치(11)의 높이가 같아야 한다. 하지만, 실제 내치(11)를 가공한 공작물(10)에서 그 높이를 측정해 보면 각 내치(11)에서 중간 부분이 볼록하게 돌출한 비정상적인 내치(11a)가 만들어진다.

즉, [도 7]은 30개의 내치를 가진 공작물에 대하여 각 내치의 양쪽 부분(Top,Bot) 그리고 중간 부분(Mid)에서의 높이를 측정한 결과이다. 그 결과를 다음의 [표 1]과 같다.

구분	측정값(㎜)
Top 평균	44.574
Mid 평균	44.566
Bot 평균	44.579
Top-Mid 사이 편차	0.008
Top-Bot 사이 편차	-0.005
Mid-Bot 사이 편차	-0.013
1) Top은 [도 1]의 윗면 부분에서 측정한 높이를, Mid는 내치의 폭 중간 부분에서 측정한 높이를, Bot는 [도 1]의 아랫면 부분에서 측정한 높이를 각각 나타낸다.

위의 [표 1]과 같이, 중간 부분과 끝 부분 사이의 편차가 크게 나타나는 것을 알 수 있고 이는 높이차이에 따른 내치(11a)인 것에 기인한다.

이에, 실시예 2는, [도 5] 및 [도 8]과 같이, 지지 핀(111)에 그루브(111a)를 형성하여 이처럼 볼록하게 튀어나온 불량 내치(11a)의 중간 부분을 수용할 수 있게 한 것이다. [도 8]에서 (a)는 실시예 1에 따라 제작한 조오(110a)로 불량 내치(11a)를 지지하는 상태를, (b)는 실시예 2에 따른 조오(110)로 불량 내치(11a)를 지지하는 상태를 각각 보여준다.

한편, 실시예 1과 실시예에 따른 척으로 공작물에 대하여 실제로 측정한 런 아웃과 표준편차를 비교한 결과는 다음과 같다.

실시예 1과 실시예 2는 모두 피치 원 위에 12개의 지지 핀이 내치와 맞물리도록 구성한 것이고, 스토퍼를 사용하지 않고 풀 타입 척에 고정하여 실시예 1은 30개를 그리고 실시예 2는 50개의 공작물에 대하여 테스트한 결과이다. 이때, 실시예 1과 실시예 2의 차이점은, 실시예 2에만 그루브를 형성한 것이다.

시험 결과는, 실시예 1의 [도 9] 및 실시예 2의 [도 10]과 같이, 다음의 [표 2]와 같은 런 아웃 평균과 표준 편차를 얻을 수 있다. 도면에서, 일련 번호는 공작물의 시편 번호이다.

구분	평균(㎜)	표준 편차	최댓값(㎜)	최솟값(㎜)
실시예 1	0.027	0.011	0.052	0.010
실시예 2	0.022	0.009	0.042	0.006

이처럼 실시예 2의 경우가 실시예 1의 경우보다 평균과 표준 편차가 낮다. 특히, 실시예 1의 경우, [도 9]와 같이 시편 번호 "14"번의 경우 최댓값이 0.052㎜로 불량이 발생하였으나, 실시예 2에서는 이러한 불량이 발생하지 않았다.

따라서, 실시예 2의 경우가 실시예 1의 경우보다 우수한 런 아웃 특성과 원통도를 얻을 수 있다.

100 : 척
110a~110f : 조오
111 : 지지 핀
111a : 그루브

Claims (5)

1. 내치(11)를 가진 공작물(10)의 한 면에 다른 구성과 접하는 보스 면을 가공하기 위한 내치 기어 가공용 척(Chuck)에 있어서,
   회전하는 척의 회전 중심을 기준으로 대칭되게 같은 각도의 호 형상으로 이루어진 적어도 3개의 조오(110a~110c)를 포함하고,
   상기 각 조오(110a~110c)에는 상기 내치(11)와 맞물릴 수 있도록 미리 정한 위치에 지지 핀(111)을 1~4개씩 형성한 것을 특징으로 하는 내치 기어 가공용 척.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 각 지지 핀(111)은 내치(11)의 피치 원(Pitch Circle)에서 접하여 맞물리게 한 것을 특징으로 하는 내치 기어 가공용 척.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 각 지지 핀(111)에는 길이 중간 부분에 그루브(111a)를 더 형성한 것을 특징으로 하는 내치 기어 가공용 척.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 조오는 6개이고,
   상기 지지 핀(111)은 각 조오에 두 개씩 형성한 것을 특징으로 하는 내치 기어 가공용 척.
   
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 내치 기어 가공용 척은 풀 타입 척인 것을 특징으로 하는 내치 기어 가공용 척.

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