KR20190032698A - 볼스크류 양단부의 풀림 열처리 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 훨링(whirling)공법에 의해 가공된 볼스크류의 샤프트 단부를 가공하는 볼스크류 양단부의 풀림 열처리 장치로서, 상기 샤프트를 회전 가능하게 지지하는 주축부; 상기 주축부에 의해 지지된 샤프트의 길이방향을 따라 이송되어 샤프트를 가열하는 코일; 및 상기 코일에 고주파 전류를 인가하는 고주파 유도 가열부;를 포함하며, 상기 주축부는, 상기 샤프트의 길이방향 단부 부위가 상기 코일에 의해 가열되도록, 상기 샤프트의 길이방향 단부 부위를 제외한 나머지 길이방향 부위 중 일부위를 회전 가능하게 지지하는 것을 특징으로 한다.

Description

볼스크류 양단부의 풀림 열처리 장치{ANNEALING DEVICE FOR BOTH ENDS OF BALL SCREW}

본 발명은, 볼스크류 양단부의 풀림 열처리 장치에 관한 것으로서, 상세하게는, 훨링(whirling) 공법으로 가공된 볼스크류의 샤프트 단부가 일정 경도 미만이 되게끔 가공하는 볼스크류 양단부의 풀림 열처리 장치에 관한 것이다.

볼스크류는 회전운동을 직선운동으로 변환 시키는 기계적 장치를 말하며, 도 1에 도시된 바와 같이 샤프트(1)와, 샤프트(1)에 마련되는 볼너트(2) 및 샤프트(1)의 양단부에 마련되는 베어링(3)을 포함할 수 있다.

볼스크류를 구성하는 샤프트의 제조 공정을 살펴보면, 먼저 샤프트의 경도를 높이기 위하여 고주파 경화 열처리 또는 침탄 경화 열처리과정을 수행하게 된다.

경화 열처리된 샤프트의 길이방향 부위는 볼스크류의 리드부 순환용 볼이 조립된다. 이때, 샤프트의 길이방향 양단부는 베어링(3)이 결합되는 관계로 인하여 경화 열처리를 적용하지 않는다. 즉, 베어링(3)이 결합되는 샤프트(1)의 양단부를 일정 표면 경도를 가지도록, 예컨대, HRC (Hardness Rockwell C) 30 미만으로 유지하여 베어링(3)이 결합되기 위한 절삭 가공에 용이하도록 한다.

그러나, 최근에는 샤프트의 생산량을 극대화 시키는 목적으로 훨링(whirling)공법이 대두되고 있다. 훨링 공법은 HRC 60 이상으로 표면이 경화된 소재에 하드터닝 공법으로 리드부를 형성하여 볼스크류를 구성하는 샤프트를 가공하는 기술이다. 이러한 기술을 적용함으로서 볼스크류의 샤프트가 대량 생산될 수 있다.

하지만, 샤프트를 형성하는 소재 전체가 HRC 60 이상으로 경화 열처리된 관계로 인하여 볼스크류를 구성하는 샤프트의 특성상 샤프트의 양단부가 절삭가공이 가능한 표면 경도, 즉, HRC 30 미만을 가지도록 풀림 열처리가 요구되고 있다.

즉, 훨링 공법으로 가공된 볼스크류의 샤프트는 그 양단부가 풀림 열처리될 필요성이 있다. 하지만, 종래의 열처리기는 단순히 샤프트의 양단부를 감싸는 연속연결형 유도가열 코일을 사용하기 때문에, 코일로 인가되는 과도한 전류로 인하여 샤프트가 휘어지는 현상과 열처리 깊이의 불균일 현상이 발생되는 문제점이 있었다.

다시 정리하면, 도 2에 도시된 바와 같이, 샤프트를 형성하는 소재(4)의 원주방향으로 연속 연결형 유도가열 코일(5)이 적용되어 풀림 열처리를 수행한다. 이러한 방식은 소재(4)의 회전이나 코일(5)의 이송 기능을 전혀 고려하지 않았기 때문에 소재(4)가 코일(5)로 인가되는 과도한 전류로 인하여 휘게 되거나, 외경 치수가 변경되는 문제점이 발생한다. 또한, 열처리 깊이의 불균일, 탈탄 현상도 발생된다. 이에 따라, 풀림 열처리 후 선삭과 외경 연삭의 여유량이 증가하여 제작 공수가 증가되는 문제점도 발생된다.

따라서, 본 출원인은, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명을 제안하게 되었으며, 이와 관련된 선행기술문헌으로는, 대한민국 공개특허 제10-2012-0011286호의 '생산성을 향상시킨 중공 샤프트 제조장치 및 그 방법'이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 훨링 공법으로 1차 가공된 샤프트의 단부를 절삭 가능한 경도가 되도록 풀림 열처리하는 장치를 제공하는데 목적이 있다.

본 발명은, 훨링(whirling)공법에 의해 가공된 볼스크류의 샤프트 단부를 가공하는 볼스크류 양단부의 풀림 열처리 장치로서, 상기 샤프트를 회전 가능하게 지지하는 주축부; 상기 주축부에 의해 지지된 상기 샤프트의 길이방향을 따라 이송되어 상기 샤프트를 가열하는 코일; 및 상기 코일에 고주파 전류를 인가하는 고주파 유도 가열부;를 포함하며, 상기 주축부는, 상기 샤프트의 길이방향 단부 부위가 상기 코일에 의해 가열되도록, 상기 샤프트의 길이방향 단부 부위를 제외한 나머지 길이방향 부위 중 일부위를 회전 가능하게 지지할 수 있다.

또한, 상기 주축부는, 프레임의 상부에 배치되는 스핀들; 상기 스핀들에 일측에 마련되어 상기 샤프트를 지지하는 척; 및 상기 스핀들을 회전시키는 구동모터;를 포함할 수 있다.

또한, 상기 코일을 상기 샤프트의 길이방향을 따라 이송시키는 이송부를 더 포함하며, 상기 이송부는, 상기 샤프트의 길이방향과 평행하게 배치되는 회전축; 상기 회전축에 마련되어 상기 회전축의 길이방향을 따라 이송되며, 상기 코일과 연결되는 이송 블럭; 및 상기 회전축에 회전력을 제공하는 서보 모터;를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 볼스크류 양단부의 풀림 열처리 장치는, 훨링 공법에 의해 가공되어 일정 경도 이상으로 경화된 샤프트의 단부 부위를 절삭 가공이 가능한 경도가 되게끔 풀림 열처리 가공할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 볼스크류 양단부의 풀림 열처리 장치는, 코일이 회전되는 샤프트의 길이방향을 따라 이송되는 구조를 가지므로, 샤프트의 열처리 깊이가 균일하게 유지됨에 따라서 샤프트가 휘어지거나 치수가 변경되는 현상이 방지될 수 있고, 또한 탈탄(脫炭) 현상도 방지될 수 있다.

도 1은 볼스크류의 측면도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 볼스크류 양단부의 풀림 열처리 장치의 구성을 보여주는 평면도.
도 3은 도 2에 도시된 A영역의 확대도.
도 4는 도 3에 도시된 코일의 측면도.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.

그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

이하, 도 2 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 볼스크류 양단부의 풀림 열처리 장치가 상세하게 설명된다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략된다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 볼스크류 양단부의 풀림 열처리 장치의 구성을 보여주는 평면도이고, 도 3은 도 2에 도시된 A영역의 확대도이고, 도 4는 도 3에 도시된 코일의 측면도이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 볼스크류 양단부의 풀림 열처리 장치는, 훨링(whirling) 공법에 의해 HRC 60 이상으로 표면이 경화된 샤프트의 단부를 풀림 열처리하는 장치라 할 수 있다. 즉, 훨링 공법에 의해 가공된 샤프트의 단부가 절삭가공이 가능한 경도, 예컨대 HRC 30 미만을 가지도록 풀림 열처리를 실시하는 장치라 할 수 있다.

위와 같은 볼스트류의 풀림 열처리 장치(100)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 샤프트(S)를 회전 가능하게 지지하는 주축부(110)와, 상기 주축부(110)에 의해 지지된 샤프트(S)의 길이방향을 따라 이송되어 샤프트(S)를 가열하는 코일(C); 및 상기 코일(C)에 고주파 전류를 인가하는 고주파 유도 가열부(200)를 포함할 수 있다.

상기 주축부(110)는, 프레임(10)의 상부에 배치되는 스핀들(111, spindle)과, 상기 스핀들(111)의 일측에 마련되어 상기 샤프트(S)를 지지하는 척(112, chuck)) 및 상기 스핀들(111)을 회전시키는 구동모터(113)를 포함할 수 있다.

상기 스핀들(111)의 타측에는 풀리(114)가 마련될 수 있으며, 이 풀리(114)는 상기 구동모터(113)의 출력축에 마련된 풀리(115)와 벨트(116)를 매개로 연결될 수 있다. 따라서, 상기 구동모터(113)가 구동되면 상기 스핀들(111)이 회전될 수 있다.

그리고, 상기 스핀들(111)의 일측에 마련되는 척(112)은 상기 샤프트(S)의 길이방향 단부 부위가 상기 코일에 의해 가열될 수 있도록, 상기 샤프트(S)의 길이방향 단부 부위를 제외한 나머지 길이방향 부위 중에서 일부분을 회전 가능하게 파지할 수 있다.

상기 코일(C)은, 전술한 바와 같이, 고주파 유도 가열부(200)로부터 고주파 전류를 전달받아 상기 샤프트(S)를 가열할 수 있으며, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 샤프트(S)의 둘레방향을 따라 2회 또는 3회 회전된 원형의 형태를 가질 수 있다.

위와 같은 형태를 가지는 코일(C)은, 풀림 열처리 되고자 하는 샤프트(S)의 길이방향 부위 전체를 감싸지 않고 그 길이방향 일부만 감싸기 때문에, 과도한 전류로 인한 샤프트(S)의 휨 현상과 열처리 깊이의 불균일 현상이 발생되는 것을 방지하기에 적합하다고 할 수 있다.

그리고, 본 발명의 일 실시예에 따른 볼스크류 양단부의 풀림 열처리 장치(100)는, 상기 코일(C)을 상기 샤프트(S)의 길이방향을 따라 이송시키는 이송부(300)를 포함할 수 있다.

상기 이송부(300)는, 상기 주축부(110)와 마찬가지로 프레임(10)의 상부에 배치될 수 있으며, 상기 샤프트(S)의 길이방향과 평행하게 마련되는 이송 스크류(310)와, 상기 이송 스크류(310)에 마련된 상태에서 상기 이송 스크류(310)의 길이방향을 따라 이송되며, 상기 코일(C)과 연결되는 이송 블럭(320) 및 상기 이송 스크류(310)에 회전력을 제공하는 서보 모터(330)를 포함할 수 있다.

상기 이송부(300)는 회전운동을 직선운동으로 변환하는 공지의 볼스크류와 같은 구성이라 할 수 있으며, 이에 따라, 상기 코일(C)은, 상기 서보 모터(330)가 구동되면, 상기 이송 스크류(310)의 길이방향을 따라 직선 왕복운동 가능한 상기 이송 블럭(320)에 의해 상기 샤프트(S)의 길이방향을 따라 직선 왕복 운동될 수 있다.

참고로, 상기 이송 블럭(320)은 상기 이송 스크류(310)에 마련된 볼 너트와(311)와 연결되어 있으며, 상기 이송 스크류(310)의 길이방향을 따라 직선운동되는 볼 너트(311)에 의해 상기 이송 스크류(310)의 길이방향을 따라 직선 왕복 운동될 수 있는 것이다.

그리고, 상기 코일(C)은 상기 샤프트(S)의 단부를 시작점으로 하여 상기 척(112)이 파지하고 있는 상기 샤프트(S)의 길이방향 부위까지 직선 왕복 운동될 수 있다.

이때, 상기 척(112)이 파지하고 있는 상기 샤프트(S)의 길이방향 부위는 훨링 공법에 의해 경화된 소재상태로 유지될 필요성이 있으므로, 상기 코일(C)이 상기 척(112)에 근접하게 이동되었을 때, 상기 척(112)에 근접하게 배치된 상기 샤프트(S)의 길이방향 부위로 냉각수를 공급하는 냉각용 호스(120)가 상기 척(112) 부근에 마련될 수 있다.

상기 냉각용 호스(120)는 도시되지 않은 냉각수 저장 탱크로부터 냉각수를 공급받을 수 있으며, 이에 따라, 상기 척(112)에 의해 파지된 상기 샤프트(S)의 길이방향 부위가 훨링 가공에 의해 형성되었던 경도로 유지될 수 있다.

상기 고주파 유도 가열부(200)는, 상기 코일(C)에 고주파 전류를 인가할 수 있으며, 본 발명의 일 실시예에서는 상기 이송 블럭(320)을 경유하여 상기 코일(ㅊ)과 연결될 수 있다. 참고로, 상기 고주파 유도 가열부(200)는 일반 산업분야에서 널리 사용되는 고주파 유도 가열장치로 구현될 수 있으며, 그 세부적인 구성설명은 본 발명의 요지가 모호해지지 않도록 하기 위하여 생략된다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 볼스크류 양단부의 풀림 열처리 장치(100)는, 상기 코일(C)의 이동거리 및 이동속도를 제어하고, 또한, 상기 샤프트(S)의 회전속도를 제어하는 제어부(미도시)를 더 포함할 수 있다.

상기 제어부는 상기 서보 모터(330)에 구동신호를 인가하여 상기 서보 모터(330)회전량을 제어할 수 있다.

이에 따라, 상기 샤프트(S)의 단부에서부터 상기 척(112)이 파지하고 있는 샤프트(S)의 길이방향 부위까지 이동되는 상기 코일(C)의 이동속도 및 이동거리가 제어될 수 있다.

또한, 상기 제어부는 상기 구동 모터(113)에 구동신호를 인가하여 상기 구동모터(113)의 회전량을 제어할 수도 있다. 이에 따라, 상기 주축부(110)의 스핀들(111) 및 척(112)의 회전속도가 제어될 수 있으므로, 결국, 상기 샤프트(S)의 회전속도가 제어될 수 있다.

또한, 상기 제어부는 상기 냉각용 호스(120)와 연결된 냉각수 탱크를 제어하여 상기 척(112)에 근접하게 배치된 샤프트(S)의 길이방향 부위에 냉각수 공급을 제어할 수도 있다.

위와 같은 제어부는 예컨대, 터치 스크린으로 구현된 조작부와 연결될 수 있으며, 사용자가 터치 스크린으로 구현된 조작부를 작동시킴에 따라서 상기 코일(C)의 이동속도 및 이동거리를 제어할 수 있고, 또한, 상기 샤프트(S)의 회전속도 및 냉각수의 공급여부를 제어할 수 있다.

지금까지 본 발명에 따른 구체적인 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다.

그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 특허 청구의 범위뿐 아니라 이 특허 청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

100 : 풀림 열처리 장치 110 : 주축부
111 : 스핀들 112 : 척
113 : 구동모터 114, 115 : 풀리
116 : 벨트 120 : 냉각용 호스
200 : 고주파 유도 가열부 300 : 이송부
310 : 이송 스크류 311 : 볼 너트
320 : 이송 블럭 330 : 서보 모터
S : 샤프트 C : 코일

Claims (3)

1. 훨링(whirling)공법에 의해 가공된 볼스크류의 샤프트 단부를 가공하는 볼스크류 양단부의 풀림 열처리 장치로서,
   상기 샤프트를 회전 가능하게 지지하는 주축부;
   상기 주축부에 의해 지지된 상기 샤프트의 길이방향을 따라 이송되어 상기 샤프트를 가열하는 코일; 및
   상기 코일에 고주파 전류를 인가하는 고주파 유도 가열부;를 포함하며,
   상기 주축부는, 상기 샤프트의 길이방향 단부 부위가 상기 코일에 의해 가열되도록, 상기 샤프트의 길이방향 단부 부위를 제외한 나머지 길이방향 부위 중 일부위를 회전 가능하게 지지하는 것을 특징으로 하는 볼스크류 양단부의 풀림 열처리 장치.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 주축부는,
   프레임의 상부에 배치되는 스핀들;
   상기 스핀들에 일측에 마련되어 상기 샤프트를 지지하는 척; 및
   상기 스핀들을 회전시키는 구동모터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 볼스크류 양단부의 풀림 열처리 장치.
   
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 코일을 상기 샤프트의 길이방향을 따라 이송시키는 이송부를 더 포함하며,
   상기 이송부는,
   상기 샤프트의 길이방향과 평행하게 배치되는 회전축;
   상기 회전축에 마련되어 상기 회전축의 길이방향을 따라 이송되며, 상기 코일과 연결되는 이송 블럭; 및
   상기 회전축에 회전력을 제공하는 서보 모터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 볼스크류 양단부의 풀림 열처리 장치.

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