KR20180034087A - 치형을 구비하는 샤프트의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 오차 발생을 최대한 억제할 수 있는 샤프트의 제조 방법을 제안한다. 본 발명의 제조방법은, 가공샤프트의 일단부를 선반의 척에 물린 상태에서, 센터드릴을 이용하여 타단부에 센터용 홈을 가공하는 센터 가공 과정과; 상기 센터 가공 과정에서 성형된 센터용 홈의 내면을 연마하는 센터 연마 과정; 샤프트의 원통면을 연마 가공하는 원통 연마 과정; 그리고 샤프트를 치연마 전용 공구에서 샤프트의 타단부에 치형을 가공하는 치연마 과정을 포함한다. 여기서 센터 연마 과정과 원통 연마 과정은 샤프트의 중심과 동심의 출력축을 가지는 전용 어태치먼트에 의하여 수행되고, 센터 연마 과정은 전용 어태치먼트에 센터 연마 공구를 장착한 상태에서, 그리고 원통 연마 과정은 전용 어태치먼트에 원통 연마 공구를 장착한 상태에서 진행된다.

Description

치형을 구비하는 샤프트의 제조방법{Method for manufacturting a shaft having teeth}

본 발명은 일측 단부에 치형을 구비하는 샤프트의 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 허용 공차가 아주 작으면서 센터 연마, 원통 연마, 그리고 치형을 가공하는 치연마가 순차적으로 진행되는 치형을 구비하는 샤프트의 제조 방법에 관한 것이다.

철도 차량 또는 중장비 등에 사용되는 기계 부품 중의 하나로서, 특정한 치수의 길이를 가지면서 일단부에 치형을 가지고 있는 샤프트(이하에서는 치형을 구비하는 샤프트라고 칭함)를 들 수 있다. 그리고 이러한 샤프트 중에서 요구되는 정도가 높은 것은 수미크론의 허용 공차를 가지고 있는 것도 있기 때문에, 실질적으로 아주 정밀한 가공을 필요로 한다.

이러한 샤프트를 제조하는 종래의 방법에 대하여 살펴보면, 도 1의 (a)에 도시된 바와 같이, 샤프트(10)의 내측 단부를 선반의 척(2)에 물린 상태에서, 샤프트(10)의 외측 단부에 센터드릴(4)을 이용하여 센터작업을 수행한다. 이렇게 하여 센터작업이 완료되면, 선반에서 툴을 변경하여 센터연마 작업을 수행하게 되는데, (b)에 도시한 바와 같이 선반에서 센터연마공구(6)로 툴을 교환한 다음, 센터 작업이 완료된 부분을 보다 정밀하게 연마하는 센터 연마를 수행하게 된다.

여기서 (a)에서의 센터 작업과 (b)에서의 센터 연마 작업은 실질적으로 샤프트(10)에 대하여 작업을 수행하는 툴이 한 번 바뀐 상태임을 알 수 있다. 본 발명에서와 같은 샤프트에 대한 작업은 실질적으로 허용 공차가 아주 작아서 정밀한 작업이 요구되나, 이러한 작업에서 툴이 변경된다는 것은 실질적으로 정확한 중심에서 어긋나게 될 우려가 있다고 할 수 있다.

그리고 (b)에서 센터 연마 작업이 완료된 후에는, (c)에 도시한 바와 같이 다시 센터(8)로 툴을 변경한 후, 연마숫돌(9)을 이용하여 샤프트의 원통을 연마하는 원통 연마 작업을 수행하게 된다. 이와 같이 하여 원통연마가 완료되면, 샤프트(10) 자체를 다른 기계장치(치연마 전용장치)(20)에 설치한 후, 치연마 숫돌(12)을 이용하여 치형을 가공하는 치연마 과정이 진행된다.

이와 같이 치형을 가공하는 전용장치에서도 상기 샤프트(10)의 일단부는 해당하는 전용장치의 척(18)에 일단부가 물린 상태이고, 타단부는 센터(14)에 의하여 중심이 지지되는 상태에서 치연마숫돌(12)에 의하여 하나의 치형이 가공된다. 이 때, 샤프트(10)의 몸통은 방진구(16)에 의하여 지지되고 있어서, 정확한 동심을 유지할 수 있도록 하고 있다. 그리고 상기 치연마숫돌(12)에 의하여 하나의 치형이 가공되면, 척(18)이 일정 각도 회전하여 인접한 치형을 가공하게 된다. 그리고 이러한 과정이 치형의 갯수만큼 반복되어 전체적인 치형이 완료되면 실질적으로 샤프트의 가공이 완료되는 것이다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 치형을 구비하고 있는 샤프트(10)의 가공에 있어서는, 센터드릴(4)에 의한 (a)센터 작업, 센터연마공구(6)에 의한 (b)센터연마작업, 센터(8)가 중심을 지지하는 상태에서 원통연마숫돌(9)에 의한 원통연마 작업, 그리고 치연마숫돌(12)에 의한 치연마 가공과 같은 다단계 작업으로 이루어지고 있다. 그리고 이와 같은 종래의 작업에 있어서는 각각의 단계에서 다른 공구(툴)를 사용하고 있음을 알 수 있다.

그러나 위에서 언급한 바와 같이, 본 발명에서 다루는 샤프트는 정밀도가 요구되는 작업이기 때문에, 모든 작업에서 툴이 바뀐다고 하는 것은 정확한 센터를 확보하고 유지하지 못하는 경우가 발생할 우려가 크다. 즉, 각 공정 별로 새로운 툴을 사용하게 되면, 실질적으로 샤프트의 중심점과 관련하여 오차가 발생할 수밖에 없는 기본적인 문제가 존재하고 있다고 할 수 있다.

본 발명은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 툴의 변경을 최소화함으로써 정확한 센터를 유지할 수 있도록 하여 공차를 최대한 억제할 수 있는 치형을 구비하는 샤프트의 제조 방법을 제공하는 것을 목적을 한다.

본 발명의 제조 방법은, 샤프트의 일단부를 선반의 척에 물린 상태에서, 센터드릴을 이용하여 타단부에 센터용 홈을 가공하는 센터 가공 과정과; 상기 센터 가공 과정에서 성형된 센터용 홈의 내면을 연마하는 센터 연마 과정; 샤프트의 원통면을 연마 가공하는 원통 연마 과정; 그리고 샤프트를 치연마 전용 공구에서 샤프트의 타단부에 치형을 가공하는 치연마 과정을 포함한다. 여기서 센터 연마 과정과 원통 연마 과정은 샤프트의 중심과 동심의 출력축을 가지는 전용 어태치먼트에 의하여 수행되고, 센터 연마 과정은 전용 어태치먼트에 센터 연마 공구를 장착한 상태에서, 그리고 원통 연마 과정은 전용 어태치먼트에 원통 연마 공구를 장착한 상태에서 진행된다.

이상과 같은 본 발명의 샤프트 제조 방법에 의하면, 전용 어태치먼트의 출력축은 샤프트의 축방향 중심점과 동일한 축 중심을 가지고 있고, 이러한 전용 어태치먼트에 의하여 센터 연마 및 원통 연마 과정이 진행된다. 따라서 적어도 이러한 두 개의 공정에서는 동일한 축중심을 기준으로 연마가 진행됨을 알 수 있다.

이와 같이 본 발명에서는 센터 연마와 원통 연마가 동일한 축중심을 가지는 전용 어태치먼터에 의하여 진행되기 때문에, 실질적으로 샤프트의 가공 시 오차의 발생을 최대한 억제할 수 있음을 알 수 있다. 이와 같이 오차의 발생을 억제한다는 것은 궁극적으로는 제품의 품질의 향상은 물론이고 불량율의 저감에 기초하는 생산성 향상의 효과를 기대할 수 있을 것이다.

도 1은 종래의 작업 순서를 보인 예시도.
도 2는 본 발명의 작업 순서를 보인 예시도.
도 3은 본 발명의 연마 장치의 구성을 보인 예시도.

다음에는 도면에 도시한 실시 예에 기초하면서 본 발명에 의한 치형을 구비하는 샤프트의 제조 방법에 대하여 상세하게 살펴보기로 한다. 도 2에서 (a) 내지 (d)는 본 발명에 의한 제조방법의 각각 공정(과정)을 의미하는 것이고, 도 2에서는 이러한 각각의 공정에서의 특징이 보이도록 예시적으로 도시하고 있다.

도 2의 (a)에 도시한 바와 같이, 샤프트(10)의 내측 단부를 선반의 척(2)에 물린 상태에서, 센터드릴(4)를 이용하여 외측단부에 센터가공을 수행한다. 여기서 상기 척(2)은 선반의 주축대에 장착되어 있고, 선반의 주축에 의하여 대상물(샤프트)은 회전할 수 있도록 지지되고 있다. 이러한 센터가공 자체는 종래의 것과 동일하게 수행된다고 할 수 있고, 이는 샤프트(10)의 단부에 센터를 잡기 위한 센터용 홈을 가공하는 것이고, 이러한 센터가공을 위한 센터드릴(4)은 범용 선반 또는 CNC 선반 자체에 설치되어 이와 같은 센터가공 작업이 수행된다.

이와 같이 (a)과정에서 센터 작업이 완료된 다음에는 센터용 홈의 내면을 연마하는 센터 연마 공정이 진행된다. 본 발명에서의 센터 연마 공정은, 도시한 바와 같은 전용 어태치먼트(30)를 이용하여 진행된다. 즉, 본 발명의 센터 연마 공정(b) 및 후술하는 원통 연마 공정(c)은 실질적으로 전용 어태치먼트(30)를 통하여 진행되기 때문에, 실질적으로 동심을 가지는 상태에서 진행된다고 할 수 있다.

여기서 본 발명의 전용 어태치먼트(30)에 대하여 도 3을 참조하면서 살펴보기로 한다. 본 발명의 전용 어태치먼트(30)는, 베이스(32)와 베이스(32)에서 직립한 수직 방향의 칼럼(34), 그리고 상기 칼럼(34)의 상부에 설치되는 헤드(36)를 포함하고 있다. 그리도 상기 헤드(36)의 내부에는, 칼럼(34)의 내부에 설치되어 있는 구동축(도시 생략)의 동력을 수평방향으로 전환하기 위한 한 쌍의 베벨기어(36a)가 설치되어 있고, 출력 측의 베벨기어에는 출력축(38)이 설치되어 있다.

상기 출력축(38)은 실질적으로 수평축이라고 할 수 있고, 이러한 헤드(36)의 출력축(38)을 통하여, 위에서 설명한 연터 연마 공정(b) 및 아래에서 설명할 원통 연마 공정(c)이 진행될 수 있는 것이다. 상기 전용 어태치먼트(30)의 출력축(38)에는 센터연마공구(30A)와 원통연마공구(30B)를 선택적으로 장착할 수 있다. 이와 같은 공구(30A,30B)를 어태치먼트(30)의 출력축(38)에 장착하는 것은, 선반 등과 같은 공작기계에서 다양한 가공용 툴을 교환하는 공지된 구조를 이용하여 충분히 가능할 것임은 당연하다. 이러한 전용 어태치먼트(30)는, 회전력을 출력할 수 있는 구동 모터를 칼럼(34) 내부에 구비하도록 구성하는 것도 가능하고, 외부에 설치되는 구동모터에서의 동력을 칼럼(34)을 통하여 출력축(38)으로 전달하도록 구성하는 것도 가능하다.

이와 같은 센터연마공구(30A)에 의하여 도 2의 (b)과정에서 진행되는 센터연마가 진행되는데, 이러한 센터연마과정은 (a)과정에서 성형된 센터용 홈의 내측면을 정밀하게 연마함으로써 정밀도를 확보하기 위한 것이라고 할 수 있다. 이와 같은 센터 연마 과정(b)은, 상기 전용 어태치먼트(30)의 출력축(38)에 센터연마공구(30A)를 장착한 상태에서 진행된다. 본 발명의 전용 어태치먼트(30)의 출력축(38)은 샤프트(10)의 정중심과 일치하는 것으로, 이러한 출력축(38)에 센터연마공구(30A)를 장착하여 센터 연마를 수행한다.

이와 같이 전용 어태치먼트(30)에 센터연마공구(30A)를 장착한 상태에서 센터 연마과정이 완료되면, 다음에는 샤프트(10)의 원통 형상의 외측면을 연마하는 원통연마과정(c)이 진행된다. 본 발명의 원통연마과정(c)은, 샤프트(10) 중에서 연마를 필요로 하는 일부 구간에서 진행되는데, 예를 들면 도 2에서 A로 표시된 하나의 직경을 가지는 구간이다.

이러한 'A'구간에서의 원통 연마는, 상기 전용 어태치먼트(30)가 원통연마공구(30B)를 장착한 상태에서 진행된다. 이러한 원통연마공구(30B)는 실질적으로 드럼형상의 연마 숫돌이라고 할 수 있다. 그리고 원통 연마 과정(c)에서는, 상기 전용 어태치먼트(30)가 이동하여 샤프트(10)의 측면 부분에 밀착되는 상태로 진행된다. 도 2에서는 이해의 편의를 위하여 전용 어태치먼트(30)가 샤프트(10)의 하측면에서 원통 연마를 수행하는 것으로 도시되고 있으나, 실제로는 전용 어태치먼트(30)의 출력축(38)은 샤프트(10)의 중심축과 일치하는 높이를 가지고 있는 것이기 때문에 샤프트(10)의 후방(도 2에서 보면 샤프트의 뒷쪽)으로 이동하여 샤프트(10)와 동일한 높이에서 실질적인 원통 연마가 이루어질 것이다.

그리고 이러한 원통 연마 과정에서는, 선반의 주축도 설정된 회전 속도로 회전하고, 상기 전용 어태치먼트(30)도 좌우 방향으로 이동하면서 진행될 것이다. 전용 어태치먼트(30)의 좌우 방향(샤프트의 축 방향) 이동은, 범용 선반에서는 수동으로 이루어질 수도 있고, CNC 선반에서는 선반 자체의 기능에 의하여 자동으로 이루어지도록 하는 것도 가능할 것이다.

이상에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에서의 센터 연마 과정 및 원통 연마 과정은, 전용 어태치먼트(30)에 의하여 수행됨을 알 수 있다. 이러한 전용 어태치먼트(30)는 가공 대상물인 샤프트(10)의 중심선과 동축인 회전축을 가지고 있어서, 실질적으로 두 개의 작업이 동축 상에서 이루어지게 되기 때문에, 적어도 이러한 두 가지 공정의 가공 오차가 발생하지 않도록 하고 있는 것이다.

그리고 본 발명에서 이용하고 있는 어태치먼트(30)는 실질적으로 샤프트(10) 또는 선반의 주축(척)과 동심을 이루는 출력축(38)을 가지고 있음을 알 수 있다. 이러한 출력축의 높이를 변화시킬 수 있으면 실질적으로 다양한 가공장치에 사용될 수 있을 것임은 당연하다.

이상에서와 같이 하여, 샤프트(10)의 원통 연마 공정이 완료되면, 다음에는 (d)에 도시한 바와 같은 치연마 과정이 진행된다. 이러한 치연마 과정은, 샤프트(10)의 외측 단부에 치형을 성형하는 공정이라고 할 수 있고, 선반이 아닌 치형 가공을 위한 전용 공구에서 진행된다. 또한 이와 같은 치연마 과정(d) 자체는 종래와 실질적으로 동일하다.

즉, 치연마 과정(d)은, 가공하고자 하는 샤프트(10) 자체를 치연마 전용장치(20)에 설치한 후, 치연마 숫돌(12)을 이용하여 치형을 가공하는 과정이다. 이러한 치연마 과정(d)에서는, 상기 샤프트(10)의 일단부(내측 단부)는 전용장치(20)의 척(18)에 물린 상태이고, 샤프트(10)의 타단부는 센터(14)에 의하여 중심이 지지되는 상태에서 치연마숫돌(12)에 의하여 하나의 치형이 가공된다.

여기서 샤프트(10)의 몸통은 방진구(16)에 의하여 지지되고 있어서, 진동을 흡수함과 동시에 정확한 동심을 유지할 수 있도록 하고 있다. 그리고 샤프트(10)가 고정된 상태에서 상기 치연마숫돌(12)에 의하여 하나의 치형이 가공되면, 척(18)이 일정 각도 회전하여 고정된 상태를 유지하면서, 인접한 치형이 가공된다. 그리고 이러한 과정이 치형의 갯수만큼 반복되어 전체적인 치형이 완료되면 실질적으로 샤프트(10)의 가공이 완료되는 것이다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 의하면, 샤프트(10)와 동심의 출력축을 가지는 전용 어태치먼트(30)를 이용하여 센터 연마 가공 및 원통 연마 가공을 수행함으로써, 중심에 대한 가공 오차를 최소화하는 것을 기본적인 기술적 착상으로 하고 있다. 이와 같은 기술적 범주 내에서 당업계의 통상의 기술자에게 있어서는 다른 여러 가지 변형이 가능할 것임은 당연하고, 본 발명의 보호범위는 특허청구의 범위에 적혀 있는 사항에 의하여 정해져야 할 것이다.

10 ..... 샤프트
20 ..... 치연마 전용 장치
30 ..... 전용 어태치먼트
30A ..... 센터연마공구
30B ..... 원통연마공구
32 ..... 베이스
34 ..... 칼럼
36 ..... 헤드
38 ..... 출력축

Claims (1)

1. 샤프트의 일단부를 선반의 척에 물린 상태에서, 센터드릴을 이용하여 타단부에 센터용 홈을 가공하는 센터 가공 과정과;
   상기 센터 가공 과정에서 성형된 센터용 홈의 내면을 연마하는 센터 연마 과정;
   샤프트의 원통면을 연마 가공하는 원통 연마 과정; 그리고
   샤프트를 치연마 전용 공구에서 샤프트의 타단부에 치형을 가공하는 치연마 과정을 포함하고;
   상기 센터 연마 과정과 원통 연마 과정은 샤프트의 중심과 동심의 출력축을 가지는 전용 어태치먼트에 의하여 수행되고, 센터 연마 과정은 전용 어태치먼트에 센터 연마 공구를 장착한 상태에서, 그리고 원통 연마 과정은 전용 어태치먼트에 원통 연마 공구를 장착한 상태에서 진행되는 것을 특징으로 하는 치형을 구비하는 샤프트의 제조방법.

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