KR20240049335A - 스퍼 치형부 생성 장치 및 방법 - Google Patents

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KR20240049335A
KR20240049335A KR1020247009327A KR20247009327A KR20240049335A KR 20240049335 A KR20240049335 A KR 20240049335A KR 1020247009327 A KR1020247009327 A KR 1020247009327A KR 20247009327 A KR20247009327 A KR 20247009327A KR 20240049335 A KR20240049335 A KR 20240049335A
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tooth
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workpiece
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KR1020247009327A
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안드레아스 카이저
다니엘 쾨니히
프랑크 아이혤만
Original Assignee
섀플러 테크놀로지스 아게 운트 코. 카게
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Abstract

본 발명은 스퍼 치형부를 생성하기 위한 장치(1)에 관한 것으로, 상부 배치된 공구(2)를 갖는 공구 홀더(3)를 포함하며, 공구(2)는 공작물(5) 상에 스퍼 치형부를 형성하기 위한 단부에 정합 치형부(4)를 갖고, 공구 홀더(3)는 구동축(6)을 중심으로 한 회전으로 구동되고, 종방향으로 변위되도록 설계되고, 공구(2)의 종축(7)은 공구 홀더(3)의 구동축(6)에 대해 각도(10)를 두고 배치되어 공구(2)의 종축(7)이 워블 지점(8)에서 공구 홀더(3)의 구동축(6)과 만나고, 워블 지점(8)은, 공작물(5) 상에 공구(2)의 워블링 롤링과 연관된 공구 홀더(3)의 회전 및 종방향 변위의 결과로서, 공구(2)의 정합 치형부(4)의 치형 수와 동일하지 않은 수의 치형을 갖는 치형부가 공작물(5) 상에 생성되도록, 치형 베이스 평면(9)의 전방 또는 후방으로 구동축(6)을 따라 공구(2)의 정합 치형부(4)의 치형 베이스 평면(9)에 대해 오프셋된다.

Description

스퍼 치형부 생성 장치 및 방법
본 발명은 공작물 상에 스퍼 치형부를 생성하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
스퍼 치형부는 샤프트 등과 같은 2개의 회전 구성요소 사이에 축방향으로 작동하는 커플링을 위해 사용된다. 스퍼 치형부는 허스 커플링으로도 알려져 있다. 이러한 스퍼 치형부는 통상적으로 회전축 주위로 움직이는 치형 림을 가지며, 이 치형 림은 최적의 경우 스퍼 치형부를 마주하는 정합 치형부에서 유격이 없는 맞물림을 달성한다. 일반적으로, 스퍼 치형부는 기계가공(예를 들어, 밀링) 또는 성형(예를 들어, 워블 리벳팅)에 의해 생성된다. 예를 들어, 일반 스퍼 치형부는 구동 샤프트와 이에 작동 가능하게 연결된 각각의 휠 사이의 회전 운동을 전달하기 위해 휠 베어링 상에 사용된다.
워블 리벳팅 공정을 수행하기 위해, 구동축을 중심으로 한 회전 구동을 위한 공구 헤드가 제공되고 공구 홀더의 구동축에 대해 각도를 두고 배치된다. 공구 헤드의 종축과 공구 홀더의 구동축은 워블 지점이라고 불리는 교차점에서 교차한다. 공구 헤드의 경사는 기계가공될 공작물 상에 작용하는 공구 헤드의 대응면이 구동축 상의 이 교차점에 위치하는 방식으로 설계된다. 공구 홀더가 구동축을 중심으로 회전 구동될 때, 경사진 공구 헤드는 워블 지점 주위로 워블링 운동을 수행하며, 그 동안 공구 헤드의 종축은 원추형 경로 상에서 가이드된다. 종축 상의 교차점으로부터 거리를 두고 위치된 공구 헤드의 임의의 축 지점은 공작물 축 주위의 원형 경로를 설명하는 반면, 축 교차점에 위치된 대응면은 고정된 상태로 유지되고 교차점이나 워블 지점에서 워블링 피봇팅 운동만 수행한다.
공구 홀더를 기계가공될 공작물 상으로 축방향으로 전진시킴으로써, 공구 헤드의 워블링 대응면이 공작물과 접촉하게 된다. 더욱 균일하거나 진동하는 축 전진을 통해, 워블링 대응면이 공작물의 단부면을 형성한다. 공작물의 재료가 유동하기 시작하고 냉간 성형된다. 워블 리벳팅 동안, 공구는 원형 경로 상의 워블링 운동을 설명한다.
예를 들어, 공구 헤드의 대응면은 정합 치형부로 설계될 수 있으며, 워블링 운동은 공작물의 단부면 상에 스퍼 치형부를 형성한다. 여기서, 대응면은 대응면 직경의 절반에 상응하는 길이의 라인을 따라 공작물의 단부면과 접촉한다. 깔끔한 리벳팅 결과를 위해, 공구의 대응면 또는 정합 치형부는 공구 헤드의 종축과 공구 홀더의 구동축의 교차점에 가능한 한 정확하게 위치할 필요가 있다. 공구 헤드 상의 정합 치형부의 경우, 워블 지점은 일반적으로 정합 치형부의 치형 베이스 평면 내에 위치한다. 치형 베이스 평면은 공구 헤드의 종축에 대해 반경방향으로 배치되고 스퍼 치형부로 설계된 정합 치형부의 치형을 실질적으로 중앙에서 분할하는 평면을 의미하는 것으로 이해된다. 워블 지점이 치형 베이스 평면 내에 있는 경우, 동일한 수의 치형을 갖는 공작물 상의 치형부가 공구 헤드 상의 정합 치형부를 사용하여 생성된다.
본 발명의 목적은 스퍼 치형부를 생성하기 위한 개선된 장치 및 개선된 방법을 제안하는 것이다. 특히, 목적은 스퍼 치형부를 생성할 때 가공력을 감소시키는 것이다. 목적은 청구항 1의 주제에 의해 달성된다. 바람직한 구현예가 종속항, 상세한 설명 및 도면에 밝혀질 수 있다.
본 발명에 따른 스퍼 치형부를 생성하기 위한 장치는 상부 배치된 공구를 갖는 공구 홀더를 포함하며, 공구는 공작물 상에 스퍼 치형부를 형성하기 위한 단부면 상에 정합 치형부를 갖고, 공구 홀더는 구동축을 중심으로 한 회전으로 구동되고, 종방향으로 변위되도록 설계되고, 공구의 종축은 공구 홀더의 구동축에 대해 각도를 두고 배치되어 공구의 종축이 워블 지점에서 공구 홀더의 구동축과 만나고, 워블 지점은, 공작물 상에 공구의 워블링 롤링과 연관된 공구 홀더의 회전 구동 및 종방향 변위를 통해, 공구의 정합 치형부의 치형 수와 동일하지 않은 수의 치형을 갖는 치형부가 공작물 상에 생성되는 방식으로, 치형 베이스 평면의 전방 또는 후방으로 구동축을 따라 공구의 정합 치형부의 치형 베이스 평면에 대해 오프셋된다.
즉, 공구의 종축은 공구의 정합 치형부 형성 단부면의 중심이 치형 베이스 평면 상, 공구 홀더의 구동축 상, 및 워블 지점에 위치하도록 공구 홀더의 구동축에 대해 각도를 두고 배치된다. 스퍼 치형부를 생성하기 위해 공구 홀더가 실질적으로 수직으로 이동할 수 있는, 실질적으로 수직으로 배향된 구동축의 예를 사용하여, 공구는, 워블 지점이 중력축에 대한 공구 홀더의 종축에 대해 치형 베이스 평면 위 또는 아래에 위치되는 방식으로, 공구 홀더에 비스듬하게 또는 경사지게 배치된다.
공구 홀더는 스퍼 치형부를 생성하기 위한 공구를 수용하도록 설계된다. 스퍼 치형부는 특히 허스 커플링으로 이해되어야 한다. 이를 위해, 공구 홀더는 공구가 교체될 수 있도록 설계된 리셉터클을 갖는다.
공구 홀더에 대한 공구의 경사는 기계가공될 공작물 상에 작용하는 공구의 정합 치형부가 구동축 상의 워블 지점에 위치하는 방식으로 설계된다. 공구 홀더의 회전은, 공작물의 종축이 원추형 경로 상에서 이동하는, 공구의 워블링 피봇팅 운동을 일으킨다. 정합 치형부는, 치형부가 공작물 상에 형성될 수 있는 방식으로, 워블 지점에 따라 선택된다. 정합 치형부가 공작물 상에서 롤링함에 따라, 공작물의 재료가 유동하기 시작하여, 치형부가 소성 변형을 통해 공작물 상에 형성된다.
축 방향과 반경 방향은 공구의 단부 상의 정합 치형부 또는 공구 홀더의 구동축과 관련하여 이해되어야 한다. 공구 홀더와 관련하여, 이는 공구 홀더의 축 방향이 공구 홀더의 중심축 또는 회전축을 따라 연장되고 반경 방향이 공구 홀더의 반경을 따라 연장된다는 것을 의미한다. 구동축은 유리하게는 공작물의 종축과 정렬되어, 특히 공작물 상에 형성된 치형부의 중심과 정렬되어 배치된다. 구동축에 대해 각도를 두고 경사진 공구와 관련하여, 이는 축 방향이 단부측 정합 치형부의 중심축 또는 회전축을 따라 연장되고 반경 방향이 정합 치형부의 반경을 따라 연장된다는 것을 의미한다.
치형 베이스 평면에 대해 워블 지점을 오프셋함으로써, 수정된 롤링 직경과 수정된 롤링 원주가 공작물 상에 생성될 수 있다. 예를 들어, 30개의 치형을 갖는 공구가 29개의 치형만을 위한 공간을 갖는 공작물의 더 작은 원주 상에서 롤링되는 경우, 공구는 회전당 하나의 치형을 생략한다. 즉, 공구가 회전할 때마다, 정합 치형부의 각각의 치형이 원주 방향으로 공작물 상의 치형부 내에 있는 인접한 치형 갭 내로 가이드된다. 따라서, 공구는 원주 상에서 하나의 치형만큼 덜 롤링하고, 공구 치형은 리벳팅 다이의 1회 회전 후에 하나의 치형만큼 더 이동한다.
일 예시적인 구현예에 따르면, 워블 지점은, 정합 치형부가 공작물 상에 워블링과 함께 롤링할 때, 공구의 정합 치형부의 치형 수보다 적은 수의 치형을 갖는 치형부가 공작물 상에 생성되도록, 공구 홀더의 방향으로 구동축을 따라 공구의 정합 치형부의 치형 베이스 평면에 대해 오프셋된다. 워블 지점은 바람직하게는 공구 홀더의 방향으로 치형 베이스 평면으로부터 구동축을 따라 멀리 오프셋되어, 즉, 공작물이 공구의 정합 치형부보다 정확히 하나의 치형 및 정확히 하나의 치형 갭을 덜 갖도록, 공작물로부터 더 멀리 배치된다. 이 경우, 공작물 상의 공구의 롤링 직경 및 롤링 원주는 워블 지점이 치형 베이스 평면 내에 위치할 때 정합 치형부에 의해 생성될 수 있는 롤링 직경 또는 롤링 원주보다 더 작다.
대안적으로, 워블 지점은, 정합 치형부가 공작물 상에 워블링과 함께 롤링할 때, 공구의 정합 치형부의 치형 수보다 많은 수의 치형을 갖는 치형부가 공작물 상에 생성되도록, 공구 홀더에 반대편 방향으로 구동축을 따라 공구의 정합 치형부의 치형 베이스 평면에 대해 오프셋된다. 워블 지점은 바람직하게는 공작물의 방향으로 치형 베이스 평면으로부터 구동축을 따라 멀리 오프셋되어, 즉, 공작물이 공구의 정합 치형부보다 정확히 하나의 치형 및 정확히 하나의 치형 갭을 더 갖도록, 공구 홀더로부터 더 멀리 배치된다. 이 경우, 공작물 상의 공구의 롤링 직경 및 롤링 원주는 워블 지점이 치형 베이스 평면 내에 위치할 때 정합 치형부에 의해 생성될 수 있는 롤링 직경 또는 롤링 원주보다 더 크다.
본 발명은 정합 치형부가 원주 방향으로 서로 인접하게 배열되고 반경 방향으로 연장되는 복수의 치형을 가지며, 서로 인접하게 배열된 각각의 모든 2개의 치형이 각각의 경우 치형 갭만큼 서로 이격되어 있다는 기술적 교시를 포함한다. 따라서, 치형과 치형 갭은 원주 주위의 단부에서 교번한다. 스퍼 치형의 기하학적 라인은 회전축 상의 공통 지점 중앙에서 만나고, 따라서 치형은 공구의 종축을 향해 반경 방향으로 연장된다.
일 예시적인 구현예에 따르면, 정합 치형부의 치형은 복수의 엠보싱 치형과 복수의 가이드 치형을 포함한다. 따라서, 정합 치형부의 모든 치형 중 제1 개수는 엠보싱 치형으로 설계되고, 정합 치형부의 모든 치형 중 제2 개수는 가이드 치형으로 설계된다. 따라서, 정합 치형부의 치형은 부분적으로 상이한 기능을 수행한다. 특히, 이는, 공구의 정합 치형부 상에 상이하게 설계된 치형을 통해, 공구 상의 축방향 하중과 스퍼 치형부를 생성하기 위한 장치 상의 하중이 감소될 수 있게 하기 위한 것이다.
엠보싱 치형은 공작물 상의 치형을 형상화하도록 설계된다. 따라서, 이는 워블 리벳팅 동안 공작물 상에 형성된 치형부에 대한 네거티브 형태를 형성한다. 이와 대조적으로, 가이드 치형은, 특히 워블 리벳팅의 시작 시 공작물 상에 치형을 예비 성형하고, 워블링 피봇팅 운동 동안 이미 적어도 부분적으로 형성된 치형 또는 치형 플랭크를 따라 공구를 가이드하기 위한 것이다. 따라서, 가이드 치형은 공작물의 치수 정확도에 기여한다. 공작물 상의 스퍼 치형부 생성의 종료 시, 특히 공구 홀더의 축방향 이송 이동의 종료 시, 공구는, 공구의 정합 치형부가 공작물 상에 완전히 형성된 모든 치형 또는 치형 갭을 갖도록, 자주 워블링되어야 한다. 즉, 생성 공정의 종료 시, 공작물 상의 치형부의 각각의 치형 또는 각각의 치형 갭은 엠보싱 치형에 의해 적어도 1회 스탬핑되어야 한다.
이를 위해, 적어도 2개의 엠보싱 치형은 각각의 경우에 정합 치형부의 원주 방향으로 서로 인접하게 배열되고 각각의 치형 갭만큼 서로 이격되어 있다. 정합 치형부는 공작물 상의 네거티브 형태의 치형부이기 때문에, 공작물 상의 원주 방향으로 양 측 상에 인접한 치형 갭을 갖는 치형을 형성하거나 엠보싱하기 위해 2개의 인접한 엠보싱 치형이 필요하다. 엠보싱은 압력 하에서 각각의 치형을 형성하기 위한 공작물의 국부적 소성 변형을 의미하는 것으로 이해된다. 엠보싱은 공작물 재료의 재료 유동을 야기한다. 2개 초과의 엠보싱 치형이 원주 방향으로 인접하게 배열되고 각각의 경우에 치형 갭만큼 서로 이격되어 있는 것이 고려될 수 있다.
바람직하게는, 적어도 2개의 엠보싱 치형 및 적어도 1개의 가이드 치형이 정합 치형부의 원주 방향으로 교대로 배열된다. 즉, 가이드 치형 및 엠보싱 치형은 원주에 걸쳐 교대로 분포되어 배열되며, 적어도 2개의 엠보싱 치형은 항상 인접하게 배열되고 각각의 경우에 치형 갭만큼 서로 이격되어 있다. 예를 들어, 2개의 엠보싱 치형이 원주 방향으로, 가이드 치형, 바람직하게는 2개 또는 3개의 가이드 치형이 원주 방향으로 이에 인접하게, 2개의 엠보싱 치형이 다시 원주 방향으로 이에 인접하게 배열될 수 있으며, 원주 방향으로 인접한 치형은, 구성 또는 기능의 유형에 관계없이, 하나의 치형 갭만큼 서로 이격되어 배열된다.
가이드 치형과 비교하여 엠보싱 치형의 상이한 기능을 실현하기 위해, 엠보싱 치형은 각각 가이드 치형보다 공구의 축 방향으로 더 높은 치형 팁을 갖는다. 따라서, 가이드 치형은 공구의 축 방향으로 더 짧은 치형 팁을 갖는다. 가이드 치형 및 엠보싱 치형의 치형 루트는 각각 동일하게 디자인되었으며, 가이드 치형은 단지 치형 팁에서 잘려진다. 동일한 치형 루트는 워블링 운동 동안 정합 치형부의 가이드를 보장한다.
대안적으로 또는 추가적으로, 정합 치형부의 원주 방향으로 서로 인접하게 배열된 각각의 모든 2개의 가이드 치형 사이 및/또는 가이드 치형과, 정합 치형부의 원주 방향으로 이에 인접하게 배열된 엠보싱 치형 사이의 치형 갭은 2개의 엠보싱 치형 사이의 치형 갭보다 공구의 축 방향으로 더 깊다. 즉, 정합 치형부의 원주 방향으로 서로 인접하게 배열된 각각의 모든 2개의 가이드 치형 사이 또는 가이드 치형과 정합 치형부의 원주 방향으로 이에 인접하게 배열된 엠보싱 치형 사이의 치형 갭의 가장 낮은 지점은, 치형 갭이 공작물의 치형부 상의 각각의 치형의 최종 형상화를 위해 사용되지 않는 리세스로 역할을 하도록, 공구의 축방향으로 2개의 엠보싱 치형 사이의 치형 갭과 비교하여 후방으로 오프셋된다. 공작물 상에 정합 치형부를 롤링할 때, 재료는 더 깊은 치형 갭으로 유동할 수 있으며, 공작물 상의 치형부의 최종 기하학적 구조와 비교하여 돌출된 이 재료는, 2개의 엠보싱 치형 사이의 치형 갭이 이 예비 성형된 치형을 만날 때, 최종 형상이 된다. 엠보싱 치형 및 각각의 경우에 2개의 엠보싱 치형 사이에 형성된 치형 갭은 궁극적으로 공작물 상의 치형부의 각각의 치형의 최종 형상화를 수행한다. 이는 엠보싱 힘이 엠보싱 치형에 집중될 수 있게 하며, 가이드 치형 상의 엠보싱 힘의 제거는 변형을 위해 전반적으로 요구되는 노력을 줄여준다.
본 발명에 따른 스퍼 치형부를 생성하기 위한 방법에서, 스퍼 치형부를 생성하기 위한 장치는 상부 배치된 공구를 갖는 공구 홀더를 포함하며, 공구는 공작물 상에 스퍼 치형부를 형성하기 위한 단부면 상에 정합 치형부를 갖고, 공구 홀더는 구동축을 중심으로 한 회전으로 구동되고, 종방향으로 변위되도록 설계되고, 공구의 종축은 공구 홀더의 구동축에 대해 각도를 두고 배치되어 공구의 종축이 워블 지점에서 공구 홀더의 구동축과 만나고, 워블 지점은 치형 베이스 평면의 전방 또는 후방으로 구동축을 따라 공구의 정합 치형부의 치형 베이스 평면에 대해 오프셋되며, 공구 홀더는, 공구의 정합 치형부의 치형 수와 동일하지 않은 수의 치형을 갖는 치형부가 공작물 상에 형성되는 방식으로 기계가공될 공작물의 표면 상에서 공구가 워블링과 함께 롤링하도록, 공작물의 방향으로 축방향으로 변위되고 구동축을 중심으로 회전 구동된다.
본 발명에 따른 공작물 상에 스퍼 치형부를 생성하기 위한 장치의 기술적 효과, 이점 및 구현예의 예 및 정의가 포함된 앞선 설명 섹션은 또한 본 발명에 따른 스퍼 치형부를 생성하기 위한 방법에 준용하여 적용된다.
스퍼 치형부는 특히 구동 휠 베어링을 갖는 휠 베어링 조립체를 위해, 예를 들어, 휠 베어링을 구동 샤프트 또는 액슬 저널에 결합하기 위해 사용된다. 따라서, 스퍼 치형부는 바람직하게는 휠 베어링 허브를 액슬 저널에 회전 불가능하게 연결하기 위해 사용될 수 있다. 휠 베어링 조립체 내의 스퍼 치형부는 특히 높은 하중에 노출된다.
본 발명을 개선하는 추가 조치는, 본 발명의 3개의 바람직한 예시적인 구현예의 설명과 함께, 도면을 참조하여 하기에 더 자세히 설명되며, 동일하거나 유사한 요소에는 동일한 참조 부호가 제공된다.
도 1은 제1 예시적인 구현예에 따라 공작물 상에 스퍼 치형부를 생성하기 위한 장치의 개략도를 도시한다.
도 2는 제2 예시적인 구현예에 따라 공작물 상에 스퍼 치형부를 생성하기 위한 장치의 개략도를 도시한다.
도 3은 도 1 및 도 2에 따른 본 발명에 따른 장치의 공구의 개략적인 사시도를 도시한다.
도4는 도3에 따른 공구의 정합 치형부의 개략적인 단부도를 도시한다.
도 5는 도 3 및 도 4에 따른 공구의 개략적인 사시 종방향 단면도를 도시한다.
도 6은 치형 프로파일을 예시하는 도 3 내지 도 5에 따른 공구의 정합 치형부의 개략적인 전개도를 도시한다.
도 1 및 도 2는 공작물(5) 상에 스퍼 치형부를 생성하기 위한 장치(1)의 2개의 상이한 예시적인 구현예를 도시한다. 장치(1)는 공구 홀더(3) 및 그 위에 배치된 공구(2)를 포함한다. 공구(2)는 공작물(5) 상에 스퍼 치형부를 형성하기 위해 단부면 상에, 즉, 공작물(5)을 향하는, 정합 치형부(4)를 갖는다. 공구 홀더(3)는 구동축(6)을 중심으로 한 회전으로 구동되고, 종변위 방향(15)으로 구동축(6)을 따라 종방향으로 변위되도록 설계된다.
공구(2)의 종축(7)은, 종축(7)이 워블 지점(8)에서 구동축(6)과 만나는 방식으로 공구 홀더(3)의 구동축(6)에 대해 각도(10)를 두고 배치된다. 스퍼 치형부로 설계된 정합 치형부(4)의 중심은 공구(2)의 종축(7) 상에 정확히 위치한다. 따라서, 정합 치형부(4)의 중심은 또한 공구 홀더(3)의 구동축(6)에 위치한다.
도 1에 따른 제1 예시적인 구현예에서, 워블 지점(8)은 치형 베이스 평면(9)의 전방으로 구동축(6)을 따라 공구(2)의 정합 치형부(4)의 치형 베이스 평면(9)에 대해 오프셋되어 배치된다. 본 예시에서, 워블 지점(8)은 따라서 치형 베이스 평면(9) 아래에 배치된다. 즉, 워블 지점(8)은 공구 홀더(3)로부터 멀어지는 방향으로 또는 공작물(5)을 향해 구동축(6)을 따라 공구(2)의 정합 치형부(4)의 치형 베이스 평면(9)에 대해 오프셋된다.
공구 홀더(3)가 구동축(6)을 중심으로 회전 운동하도록 설정되면, 이는 구동축(6)에 대해 비스듬하게 배치된 공구(2)의 워블링 운동을 야기한다. 공구 홀더(3)가 공작물(5)의 방향으로 종방향으로 또는 축방향으로 공구(2)와 함께 동시에 변위되면, 공구(2)의 정합 치형부(4)가 공작물(5)의 단부면(18) 상에서 워블링과 함께 롤링하여, 공작물 재료의 소성 변형을 통해 공작물(5) 상에 다수의 치형을 갖는 치형부를 생성한다(여기에는 더 자세히 도시되지 않음). 공작물(5) 상의 치형의 수는 치형 베이스 평면(9)에 대한 워블 지점(8)의 위치 및 공구(2)의 경사에 따라 달라진다.
도 1에 따른 제1 예시적인 구현예에서, 워블 지점(8)은, 워블 리벳팅 공정에서 공구(2)의 정합 치형부(4)의 치형 수보다 많은 수의 치형이 공작물(5) 상에 생성되도록 구동축(6) 상의 치형 베이스 평면(9)으로부터 거리(이 경우에 정확히 하나의 치형만큼)를 두고 위치된다. 이는 공작물(5) 상의 치형부가 공구(2)의 정합 치형부(4)보다 정확히 하나의 치형 및 하나의 치형 갭을 더 갖는다는 것을 의미한다. 워블 지점(8)이 공작물(5)의 방향으로 치형 베이스 평면(9)의 전방에 위치하도록 구동축(6)에 대해 공구(2)를 배치함으로써, 공구(2)의 정합 치형부(4)의 외경 또는 원주보다 더 큰 롤링 직경 및 롤링 원주가 공작물(5) 상에 생성된다.
도 2에 따른 제2 예시적인 구현예에서, 워블 지점(8)은 치형 베이스 평면(9)의 후방으로 구동축(6)을 따라 공구(2)의 정합 치형부(4)의 치형 베이스 평면(9)에 대해 오프셋되어 배치된다. 본 예시에서, 워블 지점(8)은 따라서 치형 베이스 평면(9) 위에 배치된다. 즉, 워블 지점(8)은 공구 홀더(3)의 방향으로 구동축(6)을 따라 공구(2)의 정합 치형부(4)의 치형 베이스 평면(9)에 대해 또는 공작물(5) 반대편 치형 베이스 평면(9)의 측 상에 위치한다.
도 2에 따른 제2 예시적인 구현예에서, 워블 지점(8)은, 공작물(5) 상의 공구(2)의 롤링이 정합 치형부(4)의 치형 수보다 적은 수의 치형을 생성하도록 구동축(6) 상의 치형 베이스 평면(9)으로부터 거리(이 경우에 정확히 하나의 치형만큼)를 두고 위치된다. 이는 공작물(5) 상의 치형부가 공구(2)의 정합 치형부(4)보다 정확히 하나의 치형 및 하나의 치형 갭을 덜 갖는다는 것을 의미한다. 워블 지점(8)이 공구 홀더(3)의 방향으로 치형 베이스 평면(9)의 후방에 위치하도록 구동축(6)에 대해 공구(2)를 배치함으로써, 공구(2)의 정합 치형부(4)의 외경 또는 원주보다 더 작은 롤링 직경 및 롤링 원주가 공작물(5) 상에 생성된다.
공작물(5) 상에 스퍼 치형부를 생성할 때, 공구 홀더(3)가 회전할 때마다, 정합 치형부(4)의 하나의 치형은 따라서 이의 형성을 위한 공작물(5) 상의 동일한 치형 갭 내로 직접적으로 맞물리지 않는다. 오히려, 정합 치형부(4)의 각각의 치형은 워블 지점(8)의 배치에 따라 치형 베이스 평면(9)의 전방 또는 후방으로 이전 또는 후속 치형 갭 내로 가이드된다. 생성 공정의 종료 시, 공작물(5) 상의 전체 치형부가 치수적으로 정확하게 형성된다.
도 3 및 도 5는 추출된 공구(2)를 도시한다. 공구(2)는 공구(2)를 공구 홀더(3)에 연결하도록 설계된 생크(16)를 갖는다. 생크(16)의 일 단부에서, 반경방향으로 확장된 영역(17)이, 정합 치형부(4)가 형성되는 자유 단부면 상에 형성된다. 공구(2)의 종축(7)에 동축으로 보어(19)가 제공되며, 이 보어는 공구(2)를 공구 홀더(3)에 끼워맞춤할 때 환기를 제공하도록 실질적으로 설계된다.
도 3 내지 도 5에서, 정합 치형부(4)는 원주 방향으로 서로 인접하게 배열되고 반경 방향으로 연장되는 복수의 치형(11a, 11b, 12)을 갖는다. 서로 인접하게 배열된 각각의 모든 2개의 치형(11a, 11b, 12)은 각각의 경우에 치형 갭(13, 14)만큼 서로 이격되어 있다. 치형(11a, 11b, 12)은 가상 연장에서 공구(2)의 종축(7)과 만나고 종축(7)에 대해 반경 방향으로 연장되는 방식으로 배향된다. 정합 치형부(4)의 치형(11a, 11b, 12) 및 치형 갭(13, 14)의 설계 및 기능은 하기에 더 자세히 설명된다.
도 6은 정합 치형부(4)의 개략적인 전개도를 도시한다. 이 도면은 원주 방향(U)으로 인접한 치형(11a, 11b, 12)을 도시하며, 각각의 치형 갭(13, 14)은 각각의 경우에 2개의 치형(11a, 11b, 12) 사이에 배열되고, 그 갭은 치형(11a, 11b, 12)을 서로 이격시킨다.
본 경우에, 정합 치형부(4)는 치형(11a, 11b, 12)이 상이한 기능을 수행하도록 상이하게 설계되도록 설계된다. 따라서, 정합 치형부(4)는 여러 개의 엠보싱 치형(11a, 11b) 및 여러 개의 가이드 치형(12)을 포함한다. 엠보싱 치형(11)은 각각 가이드 치형(12)보다 공구(2)의 축 방향으로 더 높은 치형 팁을 가지며, 이는 엠보싱 치형(11a, 11b)이 소성 변형을 수행하여 공작물(5) 상에 치형부를 형상화하는 반면, 가이드 치형(12)은 워블링 운동 동안 공구(2)의 가이드를 일으키고, 특히 생성 공정의 시작에서, 공작물(5) 상의 치형부의 예비 형상화를 일으킨다.
정합 치형부(4)의 원주 방향(U)으로, 2개의 엠보싱 치형(11a, 11b)이 각각의 경우에 서로 인접하게 배열되고 각각의 치형 갭(13)만큼 서로 이격되어 있다. 제1 치형 갭(13)이 사이에 배열된 상태로 서로 인접하게 배열된 2개의 엠보싱 치형(11a, 11b)에 의해, 하나의 치형이 각각의 경우에 공작물(5) 상의 최종 윤곽 내에 형성된다. 본 경우에, 2개의 엠보싱 치형(11a, 11b) 및 2개의 가이드 치형(12)은 각각의 경우에 원주 방향(U)으로 교대로 배열된다. 가이드 치형(12) 및 엠보싱 치형(11a, 11b)의 수는 임의로 선택될 수 있고; 임의의 경우에, 적어도 2개의 엠보싱 치형(11a, 11b)은 서로 인접해야 한다. 원주 방향(U)으로 인접한 각각의 모든 2개의 가이드 치형(12) 사이에, 각각의 모든 2개의 엠보싱 치형(11a, 11b) 사이의 치형 갭(13)보다 공구(2)의 축 방향으로 더 깊은 제2 치형 갭(14)이 형성된다. 이는 롤링 동안 예비 형상화를 생성하며, 이는 엠보싱 치형(11a, 11b)을 사용한 직접적인 최종 형상화에 비해 더 낮은 축방향 힘을 필요로 한다. 공작물(5) 상에 치형을 예비 성형하기 위한 제2 치형 갭(14)은, 예를 들어, 서로 인접하게 배열된 2개의 가이드 치형(12) 사이 및/또는 가이드 치형(12)과 정합 치형부(4)의 원주 방향으로 이에 인접하게 배열된 엠보싱 치형(11a, 11b) 사이에 정합 치형부(4)의 원주 방향으로 배열될 수 있다. 이 경우에, 치형 갭(13)은 가이드 치형(12)과 정합 치형부(4)의 원주 방향으로 이에 인접하게 배열된 엠보싱 치형(11a, 11b) 사이에 형성되며, 갭은 2개의 엠보싱 치형(11a, 11b) 사이의 치형 갭(13)과 실질적으로 동일한 형상을 갖는다.
따라서, 정합 치형부(4)의 치형(11a, 11b, 12)의 상이한 구성으로 인해, 축방향 가공력은 감소되고, 이에 의해 장치(1), 특히 공구(2)의 사용 수명이 개선된다. 유일한 중요한 점은 스퍼 치형부의 생성의 종료 시, 특히 공구 홀더(3)의 축방향 이송 이동의 종료 시, 공구(2)는, 공구(2)의 정합 치형부(4)가 공작물(5) 상에 완전히 형성된 모든 치형 또는 치형 갭을 갖도록, 자주 워블링되어야 한다는 것이다. 즉, 공작물(5) 상의 각각의 치형은 한 쌍의 엠보싱 치형(11a, 11b)과 그 사이에 배열된 치형 갭(13)에 의해 워블링 롤링을 통해 적어도 1회 형성되어야 한다.
또한, 여기에서 모든 치형(11a, 11b, 11c)의 치형 루트는 실질적으로 동일한 구성이라는 점에 유의해야 한다. 엠보싱 치형(11a, 11b)과 비교하여, 가이드 치형(12)은 공구(2)의 축 방향으로 더 짧도록 단지 치형 팁에서 잘려진다. 더 깊은 치형 갭(14)은 공작물(5)의 재료가 예비 형상화를 위해 유동할 수 있는 재료 리세스로 역할을 하며, 이 재료는 2개의 엠보싱 치형(11a, 11b) 사이 또는 엠보싱 치형(11a, 11b)과 가이드 치형(12) 사이의 치형 갭(13)과 만날 때, 최종 근접 형상(near-net shape) 또는 최종 형상으로 이어진다. 본 경우에, 공작물(5)의 재료가 상응하는 치형 갭(13)을 갖는 한 쌍의 엠보싱 치형(11a, 11b)에 의해 원하는 최종 형상으로 소성 변형될 때 공작물(5) 상의 각각의 치형의 최종 형상이 생성된다.
1 장치
2 공구
3 공구 홀더
4 공구의 정합 치형부
5 공작물
6 구동축
7 공구의 종축
8 워블 지점
9 치형 베이스 평면
10 각도
11a, 11b 엠보싱 치형
12 가이드 치형
13 치형 갭
14 치형 갭
15 공구 홀더의 종변위 방향
16 생크
17 공구의 반경방향 확장 영역
18 공작물의 단부면
19 보어
U 원주 방향

Claims (10)

  1. 스퍼 치형부를 생성하기 위한 장치(1)로서, 상부 배치된 공구(2)를 갖는 공구 홀더(3)를 포함하며, 공구(2)는 공작물(5) 상에 스퍼 치형부를 형성하기 위한 단부면 상에 정합 치형부(4)를 갖고, 공구 홀더(3)는 구동축(6)을 중심으로 한 회전 구동과, 종변위를 위해 설계되고, 공구(2)의 종축(7)은 공구 홀더(3)의 구동축(6)에 대해 각도(10)를 두고 배치되어 공구(2)의 종축(7)이 워블 지점(8)에서 공구 홀더(3)의 구동축(6)과 만나고,
    워블 지점(8)은, 공작물(5) 상에 공구(2)의 워블링 롤링과 연관된 공구 홀더(3)의 회전 구동 및 종방향 변위를 통해, 공구(2)의 정합 치형부(4)의 치형 수와 동일하지 않은 수의 치형을 갖는 치형부가 공작물(5) 상에 생성되는 방식으로, 치형 베이스 평면(9)의 전방 또는 후방으로 구동축(6)을 따라 공구(2)의 정합 치형부(4)의 치형 베이스 평면(9)에 대해 오프셋되는 것을 특징으로 하는, 장치.
  2. 제1항에 있어서, 워블 지점(8)은, 정합 치형부(4)가 공작물(5) 상에 워블링과 함께 롤링할 때, 공구(2)의 정합 치형부(4)의 치형 수보다 적은 수의 치형을 갖는 치형부가 공작물(5) 상에 생성되도록, 공구 홀더(3)의 방향으로 구동축(6)을 따라 공구(2)의 정합 치형부(4)의 치형 베이스 평면(9)에 대해 오프셋되는 것을 특징으로 하는, 장치.
  3. 제1항에 있어서, 워블 지점(8)은, 정합 치형부(4)가 공작물(5) 상에 워블링과 함께 롤링할 때, 공구(2)의 정합 치형부(4)의 치형 수보다 많은 수의 치형을 갖는 치형부가 공작물(5) 상에 생성되도록, 공구 홀더(3)에 반대편 방향으로 구동축(6)을 따라 공구(2)의 정합 치형부(4)의 치형 베이스 평면(9)에 대해 오프셋되는 것을 특징으로 하는, 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 정합 치형부(4)는 원주 방향으로 서로 인접하게 배열되고 반경 방향으로 연장되는 복수의 치형(11a, 11b, 12)을 가지며, 서로 인접하게 배열된 각각의 모든 2개의 치형(11a, 11b, 12)은 각각의 경우 치형 갭(13, 14)만큼 서로 이격되어 있는 것을 특징으로 하는, 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 정합 치형부(4)의 치형은 복수의 엠보싱 치형(11a, 11b) 및 복수의 가이드 치형(12)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 장치.
  6. 제5항에 있어서, 적어도 2개의 엠보싱 치형(11a, 11b)은 각각의 경우에 정합 치형부(4)의 원주 방향으로 서로 인접하게 배열되고 각각의 치형 갭(13)만큼 서로 이격되어 있는 것을 특징으로 하는, 장치.
  7. 제6항에 있어서, 적어도 2개의 엠보싱 치형(11a, 11b) 및 적어도 1개의 가이드 치형(12)은 정합 치형부(4)의 원주 방향으로 교대로 배열되는 것을 특징으로 하는, 장치.
  8. 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 엠보싱 치형(11a, 11b)은 각각 가이드 치형(12)보다 공구(2)의 축 방향으로 더 높은 팁 헤드를 갖는 것을 특징으로 하는, 장치.
  9. 제5항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 정합 치형부(4)의 원주 방향으로 서로 인접하게 배열된 각각의 모든 2개의 가이드 치형(12) 사이 및/또는 가이드 치형(12)과, 정합 치형부(4)의 원주 방향으로 이에 인접하게 배열된 엠보싱 치형(11) 사이의 치형 갭(14)은 2개의 엠보싱 치형(11a, 11b) 사이의 치형 갭(13)보다 공구(2)의 축 방향으로 더 깊은 것을 특징으로 하는, 장치.
  10. 스퍼 치형부(1)를 생성하기 위한 방법으로서, 스퍼 치형부(1)를 생성하기 위한 장치는 상부 배치된 공구(2)를 갖는 공구 홀더(3)를 포함하며, 공구(2)는 공작물(5) 상에 스퍼 치형부를 형성하기 위한 단부면 상에 정합 치형부(4)를 갖고, 공구 홀더(3)는 구동축(6)을 중심으로 한 회전 구동과, 종변위를 위해 설계되고, 공구(2)의 종축(7)은 공구 홀더(3)의 구동축(6)에 대해 각도(W)를 두고 배치되어 공구(2)의 종축(7)이 워블 지점(8)에서 공구 홀더(3)의 구동축(6)과 만나고,
    워블 지점(8)은 치형 베이스 평면(9)의 전방 또는 후방으로 구동축(6)을 따라 공구(2)의 정합 치형부(4)의 치형 베이스 평면(9)에 대해 오프셋되며, 공구 홀더(3)는, 공구(2)의 정합 치형부(4)의 치형 수와 동일하지 않은 수의 치형을 갖는 치형부가 공작물(5) 상에 형성되는 방식으로 기계가공될 공작물(5)의 표면 상에서 공구(2)가 워블링과 함께 롤링하도록, 공작물(2)의 방향으로 축방향으로 변위되고 구동축(6)을 중심으로 회전 구동되는 것을 특징으로 하는, 방법.
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