KR20230117369A

KR20230117369A - 초연마 연삭 공구의 컨디셔닝

Info

Publication number: KR20230117369A
Application number: KR1020237020940A
Authority: KR
Inventors: 라르스 웬트
Original assignee: 라이스하우어 아게
Priority date: 2020-12-15
Filing date: 2021-12-07
Publication date: 2023-08-08
Also published as: EP4263132A1; MX2023007020A; CH718158A1; US20230415305A1; WO2022128630A1; CN116615307A; JP2023552716A

Abstract

초연마 재료로 만들어진 유리화 결합된(vitrified-bonded) 연마 입자를 포함하는 연삭 공구(320)로 기어 연삭 기계에서 작업물을 기계 가공하는 방법에서, 먼저 연삭 공구가 드레싱된다. 이어서, 연삭 공구의 원하는 마모 상태가 얻어지도록 그 드레싱된 연삭 공구가 컨디셔닝된다. 그 후, 드레싱 및 컨디셔닝된 연삭 공구를 사용하여, 미리 치부가 있는 작업물이 기계 가공된다. 컨디셔닝은, 작업물의 가장자리 영역에 대한 열적 손상을 일으킬 수 있는 연삭 공구의 바람직하지 않은 연삭 거동을 방지한다. 컨디셔닝이 컨디셔닝 운동학으로 수행되며, 이 컨디셔닝 운동학은 기계 가공 운동학과 다르고 드레싱 운동학에 대응할 수 있다. 컨디셔닝 을 위해, 작업물의 기본 형상과는 다른 기본 형상을 갖는 컨디셔닝 공구(416; 425)가 사용된다.

Description

초연마 연삭 공구의 컨디셔닝

본 발명은, 프로파일 연삭 휠 또는 연삭 웜으로 구성되고 초연마재, 특히 cBN으로 만들어진 유리화 결합된(vitrified-bonded) 연마 입자를 갖는 연삭 공구로 기어 연삭 기계에서 작업물을 기계 가공하기 위한 방법, 및 이러한 방법을 수행하도록 설계된 기어 연삭 기계에 관한 것이다.

기어 연삭에서, 연삭 공구에 대한 상이한 사양 중에서 선택을 수 있다. 유리화 결합을 갖는 드레싱 가능한 코런덤(corundum) 공구 및 전기도금 결합을 갖는 드레싱 가능하지 않는 cBN 공구 외에, 유리화 결합을 갖는 드레싱 가능한 cBN 공구도 알려져 있다. 유리화 결합된 cBN 공구는 드레싱 가능한 결합으로 인해 전기 도금 결합 공구보다 증가된 유연성을 나타낸다. 고성능 cBN 절단 입자로 인해, 유리화 결합된 cBN 공구는 높은 재료 제거율을 달성할 수 있다. 그 결과, 코런덤 공구에 비해 두 드레싱 작업 사이의 기계 가공 양이 증가될 수 있다.

유리화 결합된 cBN 공구의 단점은, 바람직하지 않은 연삭 거동이 발생한다는 것이다(Research Report FVA 778 I, IGF No. 18580 N, 2020년 11월 16일에 www.fva-net.de에서 검색됨). "연삭 거동"이라는 용어는, 유리화 결합된 cBN 공구를 사용할 때, 열처리된 작업물의 가장자리 영역에 대한 열적 손상(소위 연삭 화상(burn))이 드레싱 직후에 발생할 수 있는 현상을 나타내는 것으로 이해된다. 예를 들어, 기어의 불연속적인 프로파일 연삭(개별적인 기어 틈이 순차적으로 연삭됨) 중에, 가장자리 영역에 대한 열적 손상은 종종 드레싱 후에 첫 번째로 기계 가공된 기어 틈에서 기록된다. 이러한 연삭 거동(불충분한 칩 공간, 노출된 결합, cBN 입자의 평평화)을 설명하기 위한 다양한 접근 방식이 있다.

이 문제를 극복하기 위해, 종래 기술은, 연삭 공구를 "길들이기"함으로써 드레싱 후에 연삭 공구를 컨디셔닝하는 것을 제안하였다. 이를 위해 2가지 전략이 제안되었다. 제1 전략에 따르면, 드레싱 후에, 첫 번째 기어 틈 또는 첫 번째 작업물이 감소된 송입(infeed) 및/또는 감소된 축방향 이송 속도로 기계 가공된다. 이 전략은 실행하는 데에 비용이 많이 들고, 처음에 기계 가공된 작업물의 특성이 나중에 기계 가공된 작업물의 특성에서 벗어나게 할 수 있다. 제2 전략에 따르면, 드레싱 후에, 하나 또는 여러 개의 희생 작업물이 먼저 기계 가공된 다음에 폐기된다. 이러한 전략은 시간 소모적이고 비용 집약적이다.

US2005272349A1은, 연삭 공구를 드레싱한 후 희생 요소에 복수의 컷(cut)이 만들어지는, 초연마 연삭 공구를 컨디셔닝하는 방법을 개시한다. 희생 요소의 기하학적 구조는, 이어서 연삭 공구로 기계 가공되는 작업물의 기하학적 구조에 대응한다.

본 발명의 목적은, 유리화 결합된 초연마 연마 입자를 갖는 연삭 공구를 사용할 때, 공구 수명 초기에 작업물의 가장자리 영역에 열적 손상을 야기하지 않고 또한 희생 작업물을 기계 가공할 필요 없이 작업물의 균일한 기계 가공을 보장하는 방법을 개시하는 것이다.

이 목적은 청구항 1에 따른 방법으로 달성된다. 다른 실시 형태는 종속 청구항에 주어져 있다.

따라서, 초연마 재료, 특히 cBN으로 만들어진 유리화 결합된(vitrified-bonded) 연마 입자를 포함하는 연삭 공구로 기어 연삭 기계에서 작업물을 기계 가공하기 위한 방법이 제안되며, 이 방법은,

a) 연삭 공구를 드레싱하는 단계;

b) 연삭 공구의 원하는 마모 상태가 얻어지도록 그 드레싱된 연삭 공구를 컨디셔닝하는 단계 - 기어 연삭 기계는 컨디셔닝 운동학을 실행함 -; 및

c) 드레싱 및 컨디셔닝된 연삭 공구를 사용하여, 미리 치부가 형성되어 있는 작업물을 미리 결정된 기본 형상으로 기계 가공하는 단계 - 기어 연삭 기계는 기계 가공 운동학을 실행함 -;를 포함한다.

본 방법은, 컨디셔닝 운동학은 기계 가공 운동학과는 다른 것을 특징으로 한다.

따라서 종래 기술과 대조적으로, 희생 작업물이 컨디셔닝을 위한 기계 가공 운동학으로 기계 가공되지 않고 컨디셔닝은 특수한 컨디셔닝 운동학으로 연삭 공구에 대해 움직이는 컨디셔닝 공구로 수행된다. 특히, 컨디셔닝 운동학은 연삭 공구를 드레싱하기 위해 사용될 수 있는 것과 같은 드레싱 운동학에 대응할 수 있다. 따라서, 작업물과 상이한 기본 형상을 갖는, 특히 드레싱 공구의 기본 형상을 갖는 컨디셔닝 공구가 컨디셔닝에 사용될 수 있다. 예를 들어, 작업물이 기어 성형되는 경우, 컨디셔닝 공구도 바람직하게 기어 성형되지 않는다. 대신에, 컨디셔닝 공구는 예를 들어 회전하는 디스크형 컨디셔닝 공구 또는 움직이지 않는 예컨대 핀 또는 치형 컨디셔닝 공구일 수 있다.

기계 가공 운동학과는 다른 컨디셔닝용 운동학을 사용하면 다양한 이점이 있다. 특히, 운동 순서가 최적의 컨디셔닝 결과를 달성하도록 특별히 적합하게 될 수 있기 때문에, 컨디셔닝은 훨씬 더 목표된 방식으로 수행될 수 있다. 예를 들어, 연삭 공구의 회전 축선에 대한 반경 방향의 컨디셔닝 공구의 송입, 연삭 공구 및 해당되는 경우 컨디셔닝 공구의 회전 속도, 작용 방향(상향 절삭 또는 하향 절삭 방향)과 같은 기술적 파라미터가 있으며, 그리고 컨디셔닝이 연삭 공구의 전체 작업 프로파일을 따라 선 접촉으로 수행되지 않으면, 윤곽 이송 속도와 중첩 정도를 구체적으로 조정할 수 있다. 별도의 컨디셔닝 운동학을 갖는 컨디셔닝 공구를 사용하면, 희생 작업물을 기계 가공될 작업물로 교체하기 위해 컨디셔닝 후에 발생하는 비생산적인 유휴(idle) 시간도 줄일 수 있다. 또한 희생 작업물과는 달리, 컨디셔닝 공구는 여러 번 사용될 수 있다. 이로써 재료 소비가 크게 줄어든다.

이 문서에서는 다음과 같은 정의를 사용한다.

본 문서에서, "초연마 재료"는, 실온에서의 비커스 미세 경도가 코런덤(corundum)의 미세 경도보다 높은 재료인 것으로 이해된다. 초연마 재료의 부류는, 특히, 입방정 질화붕소(cBN) 및 다이아몬드를 포함한다. 미리 치부가 형성되어 있는 강 작업물의 하드(hard) 마무리를 위해, cBN은 다이아몬드와는 달리 전형적인 기어 재료에 대한 화학적 친화력이 없기 때문에 특히 중요하다. 이와 관련하여, 본 발명은, 특정 방식으로, 연마체가 유리화 결합된 cBN 입자에 의해 형성되는 연삭 공구에 관한 것이다.

작업물의 "열적 가장자리 영역 손상" 또는 "연삭 화상(burn)"은 ISO 14104:2017-04에 특정되어 있는 손상 패턴으로 정의된다. 열적 가장자리 영역 손상이 있는지에 대한 확인은 ISO 14104:2017-04에 정의되어 있는 표면 템퍼(temper) 에칭 방법으로 수행된다. ISO 14104:2017-04에 따라 3형 에칭 후에 작업물이 FA/NB2 분류를 충족하지 않으면, 본 문서에서 정의된 바와 같은 작업물의 가장자리 영역에 대한 열적 손상이 존재하는 것이다.

본 문서에서, "기본 형상"이라는 용어는, 사소한 치수 차로부터 추출된, 대상물의 기하학적 형상을 의미한다. 예를 들어 원통형 기어의 치부 두께, 프로파일 형상 또는 플랭크 라인이 다르더라도, 예를 들어, 동일한 헬릭스 각도, 동일한 모듈 및 동일한 치부 수를 갖는 2개의 원통형 기어는 동일한 기본 형상을 갖는 대상물인 것으로 간주된다. 반대로. 원통형 기어 치부 또는 고정된 핀, 치부 또는 로드(rod)가 없는 디스크는 원통형 기어와는 다른 기본 형상을 갖는 대상물인 것으로 간주된다.

본 문서에서 "드레싱" 또는 "트루잉(truing)"이라는 용어는, 한편으로, 연삭 공구의 원하는 기하학적 형상이 생성되거나 복원되고, 다른 한편으로는, 회전하는 연삭 공구를 드레싱 공구와 맞물리게 하여 그 연삭 공구가 갈리게 되는(sharpened) 과정을 의미하는 것으로 이해된다.

본 문헌에서, "컨디셔닝"이라는 용어는, 원하는 마모 상태를 구체적으로 초래하는 것을 의미하는 것으로 이해된다. 컨디셔닝 동안에, 드레싱 동안에 생성되는 바와 같은, 연삭 공구의 기하학적 형상은 바람직하게는 더 이상 변경되지 않는다. 컨디셔닝은 특히 연마 입자를 부분적으로 노출시키기 위해 드레싱 후에 연마 입자 사이의 결합제를 제거하는 역할을 할 수 있다.

"드레싱 운동학", "컨디셔닝 운동학" 및 "기계 가공 운동학"이라는 용어는, 각각 "드레싱", "컨디셔닝" 및 "기계 가공" 과정 동안에 연삭 기계에 의해 수행되는 운동의 순서를 의미하는 것으로 이해된다. 특히, 드레싱 운동학은, 연삭 공구를 드레싱하기 위해 드레싱 공구가 회전하는 연삭 공구와 맞물리게 되는 일련의 운동인 것으로 이해된다. 드레싱 운동학은, 연삭 기계의 기계 베드에 대한 연삭 공구의 운동 및/또는 기계 베드에 대한 드레싱 공구의 운동을 포함할 수 있다. 드레싱 운동학은 연삭 기계의 하나 이상의 수치 제어(NC) 축에 의해 생성된다. 따라서, "컨디셔닝 운동학"은, 연삭 공구를 컨디셔닝하기 위해 컨디셔닝 공구가 회전하는 연삭 공구와 맞물리는 일련의 운동을 의미하는 것으로 이해되며, "기계 가공 운동학"은, 작업물을 기계 가공하기 위해 회전하는 연삭 공구가 작업물과 맞물리게 되는 일련의 운동을 의미하는 것으로 이해된다.

연관된 운동이 운동 길이, 속도 등과 같은 개별적인 파라미터에 있어 다를 뿐만 아니라 운동의 기본적인 순서도 다르면, 두 운동학은 다른 것으로 간주된다. 예를 들어, 연삭 웜을 사용하는 연속적인 창성 기어 연삭시의 기계 가공 운동학은, 연삭 웜이 회전하는 드레싱 휠로 드레싱되는 드레싱 운동학과 다르다. 예를 들어, 연속적인 창성 기어 연삭시의 기계 가공 운동학은, 롤링 조건을 만족하기 위해 연삭 웜과 작업물의 회전 속도의 강제 결합을 포함하지만, 드레싱 운동학은 그러한 강제 결합을 포함하지 않는다. 또한, 프로파일 연삭 휠을 사용하는 불연속적인 프로파일 연삭시의 기계 가공 운동학은, 회전하는 드레싱 휠로 프로파일 연삭 휠을 드레싱하기 위한 드레싱 운동학과 근본적으로 다르다. 예를 들어, 기계 가공 운동학에서는, 하나의 치부 틈을 기계 가공한 후에 프로파일 연삭 휠이 다음 치부 틈과 맞물리는 것이 필요하다. 이 요소는 드레싱 운동학에서는 완전히 빠져 있다.

본 발명에 따르면, 컨디셔닝 운동학은 기계 가공 운동학과 다른데, 즉, 컨디셔닝 동안에는, 작업물을 기계 가공하기 위해 사용되는 운동의 순서와 다른 순서의 운동이 수행된다. 컨디셔닝 공구는 바람직하게는, 작업물 스핀들과 다른 컨디셔닝 장치에 클램핑되는데, 즉, 희생 작업물이 사용될 때와 달리, 컨디셔닝은 작업물 스핀들의 도움으로 수행되지 않고, 그와는 별개인 컨디셔닝 장치의 도움으로 수행된다. 컨디셔닝 장치는 특히 드레싱 장치에 통합되거나 그것과 조합될 수 있다.

특히, 컨디셔닝 공구의 기본 형상은, 연삭 공구를 드레싱하기 위해 특별히 사용되는 드레싱 공구의 기본 형상에 대응하거나, 여러 개의 드레싱 공구가 사용되는 경우 이들 드레싱 공구 중 하나의 기본 형상에 대응할 수 있다. 예를 들어, 회전식 디스크형 드레싱 공구가 드레싱에 사용되는 경우, 컨디셔닝 공구도 디스크형일 수 있으며 드레싱 공구와 유사한 치수를 가질 수 있다. 그래서 컨디셔닝 운동학은 이 드레싱 공구에 대한 드레싱 운동학에 대응할 수 있다.

그러나, 컨디셔닝 공구의 기본 형상은 또한 실제 사용되는 드레싱 공구의 기본 형상과 다를 수 있다. 예를 들어, 드레싱은 회전하는 디스크형 드레싱 공구로 수행될 수 있는 반면, 컨디셔닝 공구는 예를 들어 핀, 치부 또는 로드와 같은 움직이지 않는 요소로 설계된다. 따라서, 컨디셔닝 운동학은 사용되는 실제 드레싱 운동학과 다를 수 있다. 그럼에도 불구하고, 이 경우의 컨디셔닝 운동학은 또한 드레싱에도 사용될 수 있는 것과 같은 운동학이기도 하며, 이와 관련하여, 컨디셔닝 운동학은 또한 이 경우에 드레싱 운동학에 대응한다.

바람직하게는, 컨디셔닝 공구는 컨디셔닝 동안에 연삭 공구와 접촉하게 되는 영역에서 금속, 특히 강으로 만들어진다. 바람직하게는, 강은 작업물이 만들어지는 강과 유사한 특성을 갖는 강이다. 특히, 작업물에 사용되는 것과 동일한 종류의 강일 수 있다. 특히, 컨디셔닝 공구는, 경질 재료 코팅이 생략된 드레싱 공구의 본체(강으로 만들어짐)에 대응할 수 있다.

이미 언급한 바와 같이, 일부 실시 형태에서, 컨디셔닝 공구는 컨디셔닝 과정 동안에 움직이지 않는다. 다른 실시 형태에서, 컨디셔닝 공구는 컨디셔닝 과정 동안에 회전하며, 이 회전은 연삭 공구의 회전에 대해 하향 절삭("상승") 또는 상향 절삭("통상적인") 방향일 수 있다.

회전하는 컨디셔닝 공구의 경우, 그 컨디셔닝 공구는 드레싱 롤의 기본 형상, 즉 디스크형 기본 형상을 가질 수 있다. 특히, 컨디셔닝 공구는 소위 프로파일 롤(profile roll) 또는 형상 롤(form roll)의 형상을 가질 수 있다. "프로파일 롤"이라는 용어는, 드레싱 롤의 프로파일 형상이 연삭 공구에 전달되도록 연삭 공구를 선 접촉으로 드레싱하도록 구성된 드레싱 롤에 관한 것으로 이해되어야 한다. 선 접촉은, 예를 들어, 연삭 공구의 한 플랭크의 영역에서만 일어날 수 있거나, 2개의 인접하는 플랭크에서 일어날 수 있으며, 또는 연삭 공구의 중간 머리부 및/또는 발부 영역을 포함할 수도 있다. 다른 한편으로, "형상 롤"이라는 용어는, 연삭 공구를 점 접촉으로 드레싱하기 위해 제공되는 드레싱 롤에 관한 것으로 이해되어야 한다. 이미 설명한 바와 같이, 컨디셔닝 공구는 바람직하게는 경질 재료 코팅 없이 강으로 만들어진 드레싱 롤의 본체에 대응한다.

컨디셔닝 공구가 회전하도록 구성되어 있는지 아니면 움직이지 않도록 구성되어 있는지에 관계없이, 컨디셔닝 공구는 일반적으로 컨디셔닝 과정 동안에 연삭 공구의 작업 프로파일의 적어도 일부분과 선 접촉할 수 있거나, 그 작업 프로필의 일부분과 점 접촉할 수 있다. 컨디셔닝 공구가 연삭 공구의 전체 작업 프로파일을 따라 선 접촉하지 않는 경우, 기어 연삭 기계는, 컨디셔닝 공구와 연삭 공구 사이의 접촉 위치가 컨디셔닝 동안에 연삭 공구의 프로파일을 따라 변하도록 연삭 공구와 컨디셔닝 공구 사이의 상대 운동을 수행할 수 있다.

이미 언급한 바와 같이, 본 발명은 단계 c)의 모든 작업물이 동일한 가공 파라미터, 특히 작업물 스핀들 축선에 수직인 동일한 송입 및 작업물 스핀들 축선을 따른 동일한 축방향 이송 속도로 기계 가공될 수 있도록 한다. 이러한 기계 가공 파라미터는. 단계 b)가 수행되지 않은 경우에 단계 c)에서 적어도 제 1 작업물의 기계 가공 중에 열적 가장자리 영역 손상이 발생하도록 선택될 수 있다. 이는, 단계 c)에서의 기계 가공 중에 더 이상 열적 가장자리 영역 손상이 발생하지 않도록 단계 b)에서 컨디셔닝이 수행되기 때문에 가능하다.

단계 a) ∼ c)는 여러 번 반복될 수 있다. 컨디셔닝 과정 b)는 동일한 컨디셔닝 공구로 여러 번 수행될 수 있다. 따라서, 희생 작업물과는 달리, 컨디셔닝 공구는 단일 컨디셔닝 과정 후에 버려질 필요가 없으며, 여러 번 재사용될 수 있다.

단계 c)에서의 작업물 기계 가공은 특히 연속적인 창성 기어 연삭 또는 불연속적인 프로파일 연삭으로 수행될 수 있다. 따라서 연삭 공구는 연삭 웜 또는 프로파일 연삭 휠일 수 있다.

본 발명은 또한 위에서 개시된 방법을 수행하도록 특별히 구성된 기어 절삭 기계를 제공한다. 이 기어 절삭 기계는 다음을 포함한다:

연삭 공구가 클램핑될 수 있는 공구 스핀들;

작업물이 클램핑될 수 있는 적어도 하나의 작업물 스핀들;

드레싱 공구가 클램핑될 수 있는 드레싱 장치;

공구 스핀들, 작엄물 스핀들 및 드레서를 구동시키고 또한 이것들을 서로에 대해 운동시키기 위한 복수의 기계 축선; 및

기계 축선을 제어하기 위한 제어 유닛.

기어 절삭 기계는, 작업물 스핀들과 다른 컨디셔닝 장치를 포함하는 것을 특징으로 하며, 컨디셔닝 공구는 컨디셔닝 장치에 클램핑될 수 있다. 그리고 제어 유닛은, 공작 기계가 위에서 언급한 유형의 방법을 수행하도록 기계 축선을 제어하도록 구성되며, 그래서 컨디셔닝은, 기계 가공 운동학과 다르고 바람직하게는 드레싱 운동학에 대응하는 컨디셔닝 운동학으로 수행된다.

본 발명의 바람직한 실시예는, 단지 설명을 위한 것이며 제한적인 방식으로 해석되어서는 안 되는 도면을 참조하여 이하에서 설명된다.
도 1은 예시적인 실시 형태에 따른 기어 연삭 기계의 사시도를 나타낸다.
도 2는 드레싱 장치의 영역에서 도 1의 기어 연삭 기계의 일 섹션을 나타내고, 기어 연삭 기계의 일부분은 단순화를 위해 나타나 있지 않다.
도 3은 도 2의 섹션을 나타내고, 연삭 웜 대신에 프로파일 연삭 휠이 연삭 공구로서 제공된다.
도 4는 작업물과 맞물리는 연삭 웜을 보여주는 스케치를 나타낸다
도 5는 작업물과 맞물리는 프로파일 연삭 휠을 보여주는 스케치를 나타낸다.
도 6은 본 발명에 따른 방법에 대한 흐름도를 나타낸다.

전형적인 공작 기계의 설계

도 1은 창성(generating) 기어 연삭에 의한 기어의 하드(hard) 마무리를 위한 공작 기계의 일 예를 나타낸다. 수평 공간 방향은 X 및 Y로 표시되고, 수직 공간 방향(중력 방향)은 Z로 표시된다. 기계는 송입(infeed) 슬라이드(210)가 송입 방향(X1)을 따라 이동 가능하도록 배치되는 기계 베드(100)를 갖는다. 송입 방향(X1)은 수평 공간 방향(X)에 대응한다. 송입 슬라이드(210)에는 타워형 공구 캐리어(200)가 수직 피봇 축선(C1)(이하, C1 축선이라고 함)을 중심으로 선회 가능하도록 장착된다. 이송 슬라이드(220)가 축방향 이송 방향(Z1)을 따라 이동 가능하도록 공구 캐리어(200)에 배치된다. 이송 방향(Z1)은 수직 공간 방향(Z)에 대응한다. 이송 슬라이드(220)는, 수평 피봇 축선(A1)(이하 A1-축선이라고 함)을 중심으로 이송 슬라이드(220)에 대해 선회 가능한 공구 헤드(300)를 지탱한다. A1-축선은 송입 방향(X1)에 평행하다. 공구 헤드(300)에는 공구 스핀들(310)이 이동 방향(Y1)을 따라 이동 가능하도록 배치된다. 이동 방향(Y1)은 A1-축선에 수직이고 축방향 이송 방향(Z1)에 대해 각도를 이루며, 이 각도는 A1-축선에 대한 공구 헤드(300)의 피봇 각도에 달려 있다. 연삭 웜 형태의 연삭 공구(320)가 공구 스핀들(310)에 클램핑되어 공구 스핀들 축선(B1)을 중심으로 회전한다(도 2 내지 도 5 참조). 공구 스핀들 축선(B1)은 이동 방향( Y1)에 평행하다.

드레싱 장치(400)가 기계 베드(100)에 배치된다. 드레싱 장치(400)로부터 멀어지는 방향으로 향하는 공구 캐리어(200)의 일 측면에, 작업물 스핀들(500)(도 1에서 부분적으로만 나타나 있음)이 기계 베드(100)에 배치되어, 그에 클램핑된 작업물(510)을 수직 작업물 스핀들 축선(C')(도 4 및 5 참조)을 중심으로 회전시킨다. 공구 캐리어(200)는, 기계 가공 위치와 드레싱 위치 사이에서 C1 축선을 중심으로 180°선회 가능하다. 공구 캐리어(200)의 기계 가공 위치에서, 연삭 공구(320)는 작업물(510)과 맞물릴 수 있다(도 4 및 5 참조). 드레싱 위치에서, 연삭 공구(320)는 아래에서 더 상세히 설명되는 드레싱 장치(400)의 드레싱 공구와 맞물릴 수 있다(도 2 및 3 참조). 도 1에서, 공구 캐리어(200)는 드레싱 위치에 있는 것으로 나타나 있다.

기호로만 표시된 기계 제어 장치(600)는 기계에 있는 센서로부터 신호를 수신하고 그 기계, 공구 스핀들, 작업물 스핀들 및 드레싱 장치의 선형 및 피봇 축을 제어한다.

도 1에 따른 기계 개념은 US5857894A에 개시되어 있다. 대응하는 기계는 스위스 발리셀렌에 있는 Reishauer AG로부터 RZ 400이라는 명칭으로 구입 가능하다.

드레싱 및 컨디셔닝 장치

도 2에는, 상이한 방향에서 본 도 1의 기계의 일 섹션이 도시되어 있다. 보다 명확한 표현을 위해 기계의 일부분은 생략되었다.

도 2에서 연삭 공구(320)는 자유 부유(free-floating) 상태로 도시되어 있다. 그러나, 그 연삭 공구는 도 1에 도시된 바와 같이 공구 스핀들(310)에 여전히 클램핑됨을 이해할 것이다. 이하의 논의를 위해, 연삭 공구(320)는 유리화 결합된(vitrified-bonded) cBN으로 만들어진 연마체를 포함한다고 가정한다.

특히, 도 2는 드레싱 장치(400)의 구조를 나타낸다. 이 드레싱 장치(400)는, 수직 축선(C_P1)을 중심으로 기계 베드에 대해 선회 가능할 뿐만 아니라 2개의 직교 수평 방향(X_P,Y_P)을 따라 선형으로 이동 가능한 제1 드레싱 스핀들(410)을 포함한다. 피봇 구동기(411), 제1 선형 구동기(412) 및 제2 선형 구동기(도 2에서는 보이지 않음)가 이러한 목적을 수행한다. 디스크형 드레싱 공구(415)가 회전을 위해 제1 드레싱 스핀들(410)에 클램핑된다. 드레싱 장치(400)는 제2 드레싱 스핀들(420)을 더 포함하며, 이 드레싱 스핀들은 피봇 구동기(421)에 의해 수직 축선(C_P2)을 중심으로 기계 베드에 대해 선회 가능하다. 제2 디스크형 드레싱 공구가 회전을 위해 제2 드레싱 스핀들(420)에 클팸핑될 수 있다.

본 발명과 관련하여, 디스크형 제1 컨디셔닝 공구(425)가 드레싱 공구 대신에 제2 드레싱 스핀들(420)에 클램핑된다. 추가적으로 또는 대안적으로, 움직이지 않는 제2 컨디셔닝 공구(416)가 제공될 수 있다. 움직이지 않는 컨디셔닝 공구(416)는 홀더(417)에 유지되며, 도 2의 예에서 그 홀더는 제1 드레싱 스핀들(410)의 하우징에 움직이지 않도록 배치된다.

따라서, 본 발명과 관련하여, 드레싱 장치(400)는 조합된 드레싱 및 컨디셔닝 장치의 기능을 수행한다. 엄밀히 말하면, 드레싱 공구(415)가 클램핑되어 있는 제 1 드레싱 스핀들(410)만이 실제 드레싱 장치를 형성하는 반면, 컨디셔닝 공구(425)가 클램핑되어 있는 제2 드레싱 스핀들(420) 및 움직이지 않는 컨디셔닝 공구(416)를 갖는 홀더(417)는 컨디셔닝 장치를 형성한다.

NC 축을 사용하여 X1, Y1, Z1, A1, X_P, Y_P, C_P1 및 C_P2에 대한 운동을 발생시키면, 연삭 공구(320)는 3개의 드레싱 또는 컨디셔닝 공구(415, 416, 425) 각각과 선택적으로 맞물릴 수 있다.

프로파일 연삭 휠 형태의 연삭 공구

도 2의 연삭 공구(320)는 연삭 웜인 반면, 도 3은 프로파일 연삭 휠 형태의 연삭 공구(321)의 사용을 도시한다. 여기에 설명되는 모든 고려 사항은 이러한 유형의 연삭 공구에도 준용하여 적용된다. 프로파일 연삭 휠이 사용되는 경우 "이동 방향"이라는 용어 대신에 Y1 방향에 대해 일반적으로 "접선 이송 방향"이라는 용어가 사용된다.

드레싱 및 컨디셔닝 과정

연삭 공구(320 또는 321)를 드레싱하기 위해, 회전 연삭 공구(320, 321)는 먼저 역시 회전하고 있는 드레싱 공구(415)와 맞물리게 된다. 이로써, 연삭 공구(320, 321)의 원하는 외부 윤곽이 생성되거나 복원되며 연삭 공구(320, 321)가 갈리게 된다(shrpened).

이러한 방식으로 드레싱되는 연삭 공구(320, 321)의 바람직하지 않은 연삭 거동을 피하거나 적어도 감소시키기 위해, 전술한 바와 같이, 회전 연삭 공구(320, 321)는 회전 컨디셔닝 공구(425) 및/또는 움직이지 않는 컨디셔닝 공구(416)와 맞물리게 된다. 컨디셔닝은, 기계 가공이 모든 작업물에 대해 동일한 기술적 파라미터로 수행되더라도 작업물에 대한 후속 기계 가공 동안에 그 작업물의 가장자리 영역에 열적 손상이 발생하지 않는 것이 보장될 때까지 수행된다.

드레싱 및 컨디셔닝 공구

도 1 내지 3에 나타나 있는 유형의 드레싱 공구 및 컨디셔닝 공구 대신에, 다른 유형의 드레싱 및 컨디셔닝 공구가 사용될 수 있다. 따라서, 드레싱 및 컨디셔닝 장치는 다르게 구성될 수 있다.

드레싱 공구(415)는 유리화 결합된 cBN으로 만들어진 연마체를 드레싱하기에 적합한 임의의 드레싱 공구일 수 있다. 이러한 드레싱 공구는 다양한 실시 형태로 종래 기술에 알려져 있다. 드레싱 공구는 다양한 방식으로 드레싱에 사용될 수 있다.

예를 들어, 드레싱 공구의 프로파일을 연삭 공구의 프로파일 상에 맵핑하기 위해 연삭 웜의 드레싱이 드레싱 공구와 연삭 공구 사이의 선 접촉으로 수행될 수 있다는 것이 알려져 있다. 이를 "프로파일 드레싱"이라고 한다. 드레싱 공구가 회전하면, "프로파일 롤"이라고 한다. 드레싱 공구 및 드레싱 장치에 따라, 프로파일 드레싱 중에 웜 스타트의 각 플랭크가 개별적으로 드레싱될 수 있거나, 웜 스타트의 양 플랭크가 동시에 드레싱될 수 있거나, 또는 멀티-스타트 연삭 웜의 2개 이상의 웜 스타트의 플랭크가 동시에 드레싱될 수 있다. 플랭크에 추가로, 웜 스타트의 머리부 및/또는 발부 영역을 동시에 또는 연속적으로 드레싱하는 것도 가능하다. 동일한 드레싱 공구 또는 다른 드레싱 공구가 이러한 목적으로 사용될 수 있다(예컨대, US6234880B1 참조).

또한 점 접촉으로 연삭 웜을 드레싱하는 것이 알려져 있으며, 그에 의해, 드레싱 공구는 연삭 웜의 플랭크를 따라 한 줄씩 안내된다. 이를 "형상(form) 드레싱"이라고 한다. 드레싱 공구가 회전하면, 이를 "형상 롤"이라고 한다.

혼합 형태도 알려져 있는데, 이 경우, 상이한 드레싱 공구로 또는 동일한 드레싱 공구의 상이한 영역으로, 프로파일의 일부분이 선 접촉으로 드레싱되고 다른 부분은 점 접촉으로 드레싱된다(예컨대, US6012972A 참조).

따라서, 드레싱 공구에 대한 많은 설계가 있다. 예를 들어, 드레싱 공구(415)의 경우와 같이, 드레싱을 위해 드레싱 공구 축선을 중심으로 회전하도록 구동되는 디스크형 드레싱 공구(드레싱 롤)가 알려져 있다. 그래서 그 드레싱 공구는, 예를 들어 다이아몬드 입자의 연마 코팅이 가해지고 강으로 만들어지는 디스크형 본체를 갖는다. 다른 한편으로, 다른 유형의 드레싱 공구는 움직이지 않도록 구성된다. 이러한 드레싱 공구는 또한, 연마재로 코팅되며 강으로 된 본체를 가질 수 있다.

프로파일 연삭 휠을 드레싱하기 위한 다른 유형의 드레싱 방법 및 대응하는 드레싱 공구도 알려져 있다. 특히, 프로파일 연삭 휠이 선 접촉 또는 점 접촉으로 드레싱될 수 있다. 이는 다시 드레싱 공구(415) 유형의 회전 디스크형 드레싱 공구 또는 움직이지 않는 드레싱 공구로 행해질 수 있으며, 여기서 드레싱 공구는 강 및 연마 코팅으로 만들어진 본체를 가질 수 있다.

컨디셔닝 과정 및 이러한 목적으로 사용되는 컨디셔닝 공구에 대해 마찬가지로 다양한 구성이 가능하다. 연삭 공구의 컨디셔닝 역시 선 접촉 또는 점 접촉으로 수행될 수 있다. 컨디셔닝 공구는 회전하도록 또는 움직이지 않도록 구성될 수 있다. 특히, 컨디셔닝 공구는, 연마 코팅이 생략된 드레싱 공구의 강(steel) 본체에 의해 형성될 수 있으며, 그래서 연삭 공구는 본체의 강으로 직접 컨디셔닝된다.

컨디셔닝 공구는 드레싱 공구와 동일한 유형일 수 있다. 예를 들어, 드레싱 공구와 컨디셔닝 공구는 모두 드레싱 또는 컨디셔닝 중에 회전하는 디스크형 공구일 수 있다. 그러나, 컨디셔닝 공구는 드레싱 공구와 다를 수도 있다. 예를 들어, 드레싱 공구가 회전할 수 있지만, 컨디셔닝 공구는 움직이지 않는다.

결정적인 것은, 컨디셔닝을 위해 작업물 스핀들에 클램핑된 희생 작업물로 컨디셔닝이 수행되는 것이 아니라 별도의 컨디셔닝 공구로 수행된다는 것이다. 컨디셔닝 공구는 작업물 스핀들에 클램핑되지 않으며, 컨디셔닝은, 작업물 기계 가공에 사용되는 운동학에 대응하는 운동학으로 수행되지 않고, 전형적인 드레싱 작업의 운동학에 대응하는 운동학으로 컨디셔닝이 수행된다. 컨디셔닝에 사용되는 운동학은 드레싱에 사용되는 실제 운동학과 다를 수 있지만(예컨대, 드레싱 공구와 컨디셔닝 공구는 동일하지 않기 때문에), 그럼에도 불구하고, 그 운동학은 드레싱에 사용될 수 있는 운동학이다.

도 1 내지 3의 예에서, 드레싱에도 사용될 수 있는 동일한 운동 축선이 컨디셔닝에 사용될 수 있다. 이들 축선은 축선(X_P, Y_P, C_P1 및/또는 C_P2)을 포함한다. 이들 축선은 작업물의 기계 가공과는 관련이 없는 순수하게 드레싱 및 컨디셔닝 축선이다. 따라서, 도 1 내지 3의 예에서 컨디셔닝 중의 운동 순서는 작업물의 기계 가공 중의 운동 순서와는 분명히 완전히 다르다.

작업물의 기계 가공

컨디셔닝 후에, 작업물에 대한 기계 가공이 수행된다. 완벽을 기하기 위해, 이는 연속적인 창성 기어 연삭의 예에 대해 도 4에 도시되어 있고, 불연속적인 프로파일 연삭의 예에 대해서는 도 5에 도시되어 있다.

도 4의 예에서, 연삭 공구(320)는 작업물(510)과 구름 맞물림되는 연삭 웜이다. 동시에, 작업물(510)은, 연삭 공구(320)의 회전 속도에 대한 미리 결정된 회전 속도 비를 갖는 회전 속도로 작업물 스핀들 축선(C')을 중심으로 회전한다. 이 구름맞물림은 기계 제어 장치(600)에 의해 전자적으로 이루어진다. 연삭 공구(320)는 작업물의 전체 폭에 걸쳐 이송 방향(Z1)을 따라 연속적으로 동시에 전진되며, 필요하다면, 이동 방향(Y1)을 따라 이동된다. 이러한 운동학은 드레싱 및 컨디셔닝에 사용되는 운동학과는 크게 다르다는 것이 명백하다.

도 5의 예에서, 연삭 공구(321)는 프로파일 연삭 휠이다. 회전하는 연삭 공구(321)는 작업물(510)의 각 치부 틈 안으로 순차적으로 삽입되어 그 치부 틈을 기계 가공된다. 치부 틈의 기계 가공 동안, 작업물(510)은 움직이지 않고, 연삭 공구(321)가 작업물의 전체 폭에 걸쳐 이송 방향(Z1)을 따라 연속적으로 전진된다. 이어서, 작업물은 다음 치부 틈을 기계 가공하기 위해 회전된다. 이러한 운동학도 드레싱 및 컨디셔닝 동안의 운동학과는 크게 다르다는 것이 분명하다.

흐름도

전술한 방법은 도 6의 흐름도의 형태로 요약된다. 단계 701에서, 연삭 공구가 드레싱된다. 단계 702에서 연삭 공구가 컨디셔닝된다. 그 후, 단계 703에서 작업물이 기계 가공된다. 연삭 공구가 재프로파일링되고 그리고/또는 다시 갈릴 필요가 있는 정도로 마모되면, 단계 701 및 702가 다시 수행된다.

기타 변형예

본 발명은 전술한 실시예에 제한되지 않으며, 추가 변형예가 가능하다. 특히, 본 발명은 임의의 특정 기계 설계에 제한되지 않고, 드레싱 및 컨디셔닝을 가능하게 하는 임의의 기어 연삭 기계와 함께 사용될 수 있다.

100 기계 베드
200 공구 캐리어
210 송입 슬라이드
220 이송 슬라이드
300 공구 헤드
310 공구 스핀들
320, 321 연삭 공구
400 드레싱 장치
410 드레싱 스핀들
411 피봇 구동기
412 선형 구동기
415 드레싱 공구
416 컨디셔닝 공구
417 홀더
420 드레싱 스핀들
421 피봇 구동기
425 컨디셔닝 공구
500 작업물 스핀들
510 작업물
600 기계 제어 장치
701-703 절차 단계
X, Y, Z 좌표
X1 송입 방향
Y1 이동 방향
Z1 축방향 이송 방향
A1 공구 헤드의 피봇 축선
C1 공구 캐리어의 피봇 축선
C' 작업물 스핀들 축선
X_P, Y_P 변위 방향 드레싱/컨디셔닝
C_P1, C_P2 피봇 축선 드레싱/컨디셔닝

Claims

초연마 재료, 특히 cBN으로 만들어진 유리화 결합된(vitrified-bonded) 연마 입자를 포함하는 연삭 공구(320; 321)를 사용하여 기어 연삭 기계에서 작업물(510)을 기계 가공하기 위한 방법으로서,
a) 연삭 공구(320; 321)를 드레싱하는 단계;
b) 상기 연삭 공구(320; 321)의 원하는 마모 상태가 얻어지도록 그 드레싱된 연삭 공구(320; 321)를 컨디셔닝하는 단계 - 상기 기어 연삭 기계는 컨디셔닝 운동학을 실행함 -; 및
c) 드레싱 및 컨디셔닝된 연삭 공구(320; 321)를 사용하여, 미리 치부가 형성되어 있는 작업물(510)을 기계 가공하는 단계 - 상기 기어 연삭 기계는 기계 가공 운동학을 실행함 -;를 포함하고,
상기 컨디셔닝 운동학은 기계 가공 운동학과는 다른, 기어 연삭 기계에서 작업물을 기계 가공하기 위한 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 컨디셔닝 운동학은 드레싱 공구(415)에 대한 드레싱 운동학에 대응하는, 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
공작 기계는 컨디셔닝 공구(416; 425)가 클램핑되는 컨디셔닝 장치(417; 420)를 포함하고, 단계 b)에서의 컨디셔닝은 상기 컨디셔닝 공구(416; 425)로 수행되며,
상기 공작 기계는 작업물(510)이 단계 c)에서 클램핑되는 작업물 스핀들(500)을 포함하고,
상기 컨디셔닝 장치(417; 420)는 상기 작업물 스핀들(500)과 다른, 방법.
제 3 항에 있어서,
상기 컨디셔닝 공구(416; 425)는 상기 작업물(510)의 기본 형상과 다른 기본 형상을 갖는, 방법.
제 4 항에 있어서,
상기 컨디셔닝 공구(416; 425)는 드레싱 공구(415)의 기본 형상에 대응하는 기본 형상을 갖는, 방법.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 컨디셔닝 공구(416; 425)는, 컨디셔닝 동안에 상기 연삭 공구(320; 321)와 접촉하는 영역에서 금속, 특히 강으로 만들어지는, 방법.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 연삭 공구(320; 321)는 컨디셔닝 단계 동안 회전하고, 상기 컨디셔닝 공구(416)는 컨디셔닝 단계 동안에 움직이지 않는, 방법
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 연삭 공구(320; 321)는 컨디셔닝 단계 동안에 회전하고, 상기 컨디셔닝 공구(424)는 컨디셔닝 단계 동안에 상기 연삭 공구(320; 321)에 대해 상향 절삭(up-cut) 또는 하향 절삭(down-cut) 방향으로 회전하는, 방법.
제 8 항에 있어서,
상기 컨디셔닝 공구(425)는 드레싱 롤, 특히 프로파일 롤 또는 형상 롤의 기본 형상을 가지며, 바람직하게는 경질 재료 코팅이 없는 드레싱 롤의 금속 본체에 대응하는, 방법.
제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 컨디셔닝 공구(416; 425)는 컨디셔닝 단계 동안에 상기 연삭 공구(320; 321)와 선 접촉 또는 점 접촉하는, 방법.
제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 기어 연삭 기계는, 컨디셔닝 공구(416; 425)와 연삭 공구(320; 321) 사이의 접촉 위치가 컨디셔닝 동안에 연삭 공구(320; 321)의 프로파일을 따라 변하도록 연삭 공구(320; 321)와 컨디셔닝 공구(416; 425) 사이의 상대 운동을 수행하는, 방법.
제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
단계 c)의 모든 작업물(510)은 동일한 기계 가공 파라미터, 특히 송입(infeed) 및 축방향 이송 속도로 기계 가공되며,
상기 기계 가공 파라미터는, 단계 b)가 수행되지 않으면 단계 c)에서 적어도 제1 작업물(510)의 기계 가공 동안에 열적 가장자리 영역 손상이 발생하도록 선택되며,
단계 b)에서 컨디셔닝은, 단계 c)에서의 기계 가공 동안에 열적 가장자리 영역 손상이 발생하지 않도록 수행되는, 방법.
제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
컨디셔닝 단계 b)는 동일한 컨디셔닝 공구(415; 426)로 여러 번 수행되는, 방법.
제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 연삭 공구(320; 321)는 연삭 웜 또는 프로파일 연삭 휠인, 방법.
기어 절삭 기계로서,
연삭 공구(320; 321)가 클램핑될 수 있는 공구 스핀들(310);
작업물(510)이 클램핑될 수 있는 적어도 하나의 작업물 스핀들(500);
적어도 하나의 드레싱 공구(415)가 클램핑될 수 있는 드레싱 장치(400);
상기 공구 스핀들(310), 작업물 스핀들(500) 및 드레싱 장치(400)를 구동시키고 또한 이것들을 서로에 대해 운동시키기 위한 복수의 기계 축선(X1, Y1, Z1, A1, C1, C', X_P, Y_P, C_P1, C_P2); 및
상기 기계 축선(X1, Y1, Z1, A1, C1, C', X_P, Y_P, C_P1, C_P2)을 제어하기 위한 제어 유닛(600)을 포함하고,
기어 절삭 기계는, 작업물 스핀들(500)과는 다른 컨디셔닝 장치(417; 420)를 포함하며, 적어도 하나의 컨디셔닝 공구(416; 425)가 상기 컨디셔닝 장치(417; 420)에 클램핑될 수 있고,
상기 제어 유닛은, 공작 기계가 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따른 방법을 수행하도록 상기 기계 축을 제어하도록 구성되어 있는, 기어 절삭 기계.