KR100316838B1 - 연마가공시소재가받는과도한열응력을방지하는방법 - Google Patents
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Abstract
연마축을 갖춘 연마장치와 구동기에 의하여 연마할 때 피가공소재가 받는 과대한 열응력을 식별하는 방법이 소개되어 있는바 이때 연마축의 회전수가 계측이 되고 이 값은 데이터처리로 입력이 된다. 이로부터 연마축의 운동에너지량이 구해지며 이 값이 연마버닝(연소)의 특성기준값과 비교가 된다.
Description
본 발명은 청구항 1의 전제부에 의한 방법에 관한 것이다.
특수한 프로필을 갖는 기어 또는 기타 소재와 같은 고품질의 구성 부품을 제조하는 경우에 있어서, 고도의 정밀도 및 형상 정확도를 얻기 위하여 황삭 및 담금질 후에 미세 가공을 하는 것이 점차 중요해 지고 있다. 미세 가공 방법으로서 연마 작업이 자주 사용된다. 이 작업을 통하여, 한편으로는 담금질 전 가공으로부터, 다른 한편으로는 담금질 뒤틀림으로부터 발생되는 초과 치수가 제거된다. 기어의 경화 가공에 있어서, 초과 치수는 대부분 0.1mm 내지 0.3mm의 범위이다.
연마 작업은 상기 초과 치수를 제거함으로서 몇 ㎛ 정도의 오차만이 허용되는 최종 형상을 만들어 내야 한다. 한편으로는 기계당 및 단위 시간당 최대 생산량을 획득하기 위하여, 상기 담금질 및 미세 가공이 가급적 보다 짧은 시간 내에 실행되어야 하는 경제성 고려가 필요하다,
이와 같이 서로 대립되는 2개의 요구 조건은 과거에 이미 효과적인 연마작업의 실시예를 이끌어 내었고, 이 경우에 있어서 통상의 연마제(예: 탄화 규소, 특수 강옥) 외에도 다이아몬드와 입방 결정형 질화 붕소가 사용되었다. 실제적으로 미세 가공 작업은 금속 제거에 있어서 고도의 특정 속도 즉, 연마 시간 1초당 최대로 제거되는 초과 치수의 ㎣ 및 연마 숫돌의 폭 1mm당 최대로 제거되는 초과 치수의 ㎣ 으로 수행된다. 그러나 최적 능력의 한계는 연마 숫돌이 소재와의 접촉면에서 국부적으로 높은 열이 발생하여 소재 내에 열에 의한 조직 변형이 일어날 정도의 큰 이송 속도로 가공되는 정도에 이른다. 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 이 상태를 연마 버닝(연소) 또는 열 버닝이라 하는데, 이것은 쓸모없게 되는 정도의 소재의 열 손상을 의미한다. 이러한 연마 버닝은 여러 가지 원인에 의하여 발생된다. 이 경우에 있어서 가장 빈도 높은 원인을 들면 다음과 같다 :
- 연마 숫돌의 마멸;
- 부가적인 마멸을 갖는 연마 숫돌;
- 초과 치수 오차 및 센터링 오차;
- 과대한 이송 속도;
- 소재의 장착에 있어서의 오차;
- 불충분한 냉각.
따라서 산업적인 생산에 있어서 연마 버닝의 감시는 중요한 품질 표준이다. 상기 목적을 위하여 종종 에칭 방법이 사용되는데, 이 경우에 샘플로 사용되는 소재는 이들 조직의 가장자리 영역에서 일어나는 어떠한 변화를 가시화하기 위하여 다양한 용액에서 에칭된다. 그러나 상기 방법은 비용이 많이 들며, 모든 소재의 시험도 불가능하다. 또한, 이 방법은 가공이 끝난 후에야 비로소 적용 가능하며, 연마 작업동안에는 소재의 연마 버닝 검사가 불가능하다.
DE-PS 40 25 552에는 소재의 열응력을 식별하기 위한 방법 및 장치가 공지된다. 여기서는 연마 가공을 받은 표면의 온도 상승이 감지되고, 이러한 실제값은 기준값과 비교된다. 상기 기준값은 연마 작업의 동일한 매개 변수 하에서 기준 소재상에서 연마 버닝을 유도하는 연마 숫돌로 결정된다. 연마 숫돌에 의한 연마 작업은 안전도 여건을 감안하여 위험한 연마 버닝을 일으키는 임계 온도에 상응하는 온도 상승이 감지되자마자 종료된다. 가공되어야 하는 소재상의 온도 측정은 어려우면서도 부정확한 것이므로, 연마 작업에 의하여 발생되는 온도상승 대신에, 온도에 의한 소재의 형상 변화를 조사해 보는 것이 제안되었다. 그러나 이러한 기준 측정에 있어서, 가공되는 소재에 고가의 측정 장치가 설치되어야 하는데, 이것은 간단한 연마 버닝의 감지 방법을 저해하고, 신뢰 가능한 측정결과를 허용하지 않는다. 또한, 상기 방법은 단지 이미 발생한 연마 버닝의 감지가능성 즉, 손상 감지 가능성만 확인될 뿐이다. 이것에 의해서는 연마 버닝이 방지될 수 없다.
본 발명은 청구항 1의 전제부에 따른 연마 가공시 소재의 과도한 열응력을 방지하는 방법을 개발하기 위한 과제에 기초하여, 연마 버닝에 대한 감지의 신뢰도를 증대시키는 데 있다.
본 과제는 청구항 1의 특징부에 따른 방법으로 해결된다. 조사에 의하면 절단이든지 마찰이든지 간에 연마의 질에 관계없이 언제나 가해진 모든 기계적 에너지는 열에너지로 전환된다는 것을 알 수 있다. 공작 기계의 스핀들에 의해 구동 에너지의 형태로 시스템에 제공되는 거의 모든 에너지는 연마 공정 중에 열에너지로 전환되며, 소재에 의해 기계화되어야 한다. 발생되는 연마 버닝은 단위시간당 및 가공 면적당 과다한 기계 에너지로부터 열에너지로의 전환으로서 나타난다.
기어의 연마는 특히 어렵다. 여기서 서로 다른 인접하는 치에 속하며 그들 사이의 치 스페이스를 형성하는 2개의 치면은 하나의 연마 작업에서 연마된다.
각각의 치면에 있어서, 위치에 따라 최대로 허용 가능한 표면 온도, 및 이것에 따라 최대로 허용 가능한 동력 손실이 있게 마련이다. 따라서 전환된 에너지의 양은 연마 버닝 또는 연마 버닝 위험도를 감지하기 위하여 측정되고 평가되어야 한다. 여기서 인접하는 2개의 동시 연마되는 치면의 에너지 분포가 결정되어야 한다. 이것에 의하여 열적 손상은 초과 치수의 불균일한 분포 및 연마되어야 하는 2개의 치면상의 온도 진행 동안 양 치면으로부터 기인하는 불균형을 통하여 보다 잘 감지될 수 있다.
전환된 열에너지는 동시에 가공되어야 하는 2개의 치면에 대하여 측정된다. 이 경우에 유입된 에너지가 어떻게 양 치면에 분포되는가가 확인되어야 한다. 중요한 것은 유입된 총 에너지의 양이 아니라, 치면 상에서 각각 나타나는 최고값이다. 측정된 열에너지가 주어진 한계값을 초과하는 경우에는, 연마 버닝이 발생한 것으로 결정하여야 한다. 주어진 이송 속도에서 측정 에너지가 아직도 명백히 한계값 이하인 경우에는, 이송 속도는 증가되어야 한다. 이송 속도는 위험 정도가 반드시 한계값 이하에 있도록 조정되는 경우에는, 기타 유리한 조건(양호한 연마 숫돌, 적은 초과 치수 문제) 하에서 더 큰 이송 속도로 이동 가능하다. 이송 속도 조정은 연마 숫돌의 상태에 맞춰 행해지며, 동시에 연속적으로 초과 치수에 따라 조정된다.
본 발명에 따르면, 스핀들 회전 속도는 사용된 에너지를 결정하는데 사용되고, 이것으로부터 구동 유닛의 에너지가 얻어질 수 있다.
연마 버닝 발생의 위험성을 지속적으로 온라인으로 파악함으로써, 이송속도의 최적화가 이루어질 수 있고, 이것은 신뢰성 있는 연마 버닝 예방을 가능하게 한다. 연마 버닝은 우선 치 스페이스에서의 과도한 압력의 결과로서, 그리고 황삭 가공시 실제 연마 숫돌의 연마 특성 및 실제 초과 치수에 비해 과도한 이송 속도의 결과로서 발생한다. 증가된 압력은 한계간을 초과하는 온도 상승을 초래한다. 측정 결과에 의하면 연마된 치 스페이스 단부에서 압력 상승이 이루어지고, 이 경우에 연마 버닝의 위험성이 더 크게 나타난다는 것을 알 수 있다. 이러한 현상은 특히, 치 스페이스의 최종 3/4 부위에서 현저하게 발생한다. 이것은 연마 작업 동안 발생하는 열의 누적 효과에 기인하는 것이다.
연마 작업 동안에 치 스페이스에서 열에너지로 변환되는 에너지는 본질적으로 초과 치수와 연마 숫돌의 연마력에 의하여 결정된다. 또한, 온도는 단위 시간당 및 표면 면적당 소모된 에너지에 의하여 결정된다. 시간은 이송 속도에 의하여 결정되는 한편, 연마 표면은 일정한 매개 변수이다, 연마 숫돌이 치 스페이스 내에 얼마나 중심에 가깝게 삽입되는가에 따른 피치 오차가 발생하는 경우에만 상기 표면이 불안정하며, 상기 피치 오차가 너무 큰 경우에는 하나의 치면측이 부분적으로 또는 전체적으로 연마되지 않는다. 그러나 다른 하나의 치면측은 이것에 상응하는 큰 초과 치수를 갖는다. 피치 오차는 연마 숫돌이 치 스페이스내에 얼마나 중심에 가깝게 삽입되느냐에 따라 발생한다.
시간당 에너지 소모는 구동 스핀들 회전 속도 감소 및 스핀들 전류 변동으로 나타낸다. 추가적으로 분할 장치의 전류가 측정되는 경우에는 바로 가공된 양측 치면의 초과 치수 분포에 대한 결과가 나온다. 피치 오차가 나타나는 경우에 에너지는 치면상에서 비대칭적으로 변환되며, 한 치면이 다른 하나의 치면보다 더 뜨겁게 된다. 상기 초과 치수 또는 초과 치수의 분포는 본질적으로 결정적인 연마 버닝의 요소를 구성한다.
상술한 상호 관계에 의하여 연마 버닝 위험도에 대한 측정이 가능하며, 한계값이 주어지는 경우에는 연마 중 연마 버닝의 측정이 가능하다.
결정되어야 할 회전 속도들은 각운동량의 유도 센서 또는 이미터에 의해서 나타낼 수 있다. 타코 제네레이타, 회전각 센서등과 같은 다른 종류의 회전속도 제어도 사용 가능하다. 분할 장치의 모터 전류는 분할 장치를 구동시키는 전기 모터의 제어부 내에서 분류기 또는 바이패스 저항에 의해 측정 가능하다. 회전 속도 신호는 연마 숫돌이 치 스페이스에 진입하는 경우에 현저한 감속을 행한다 상기 회전 속도의 감소는 공회전 속도의 8%에 달할 수 있다. 그 다음에 회전 속도는 치 스페이스를 가공하는 동안 안정값에 도달한다. 상기 치 스페이스를 빠져나오는 경우에는 회전 속도가 증가되며, 연이어 공회전 속도에 이르게 된다. 이러한 회전 속도의 변동은 각각의 치 스페이스의 가공 동안 되풀이된다.
여기서 연마 버닝의 감지는 사실상 치 스페이스 내의 안정 회전 속도에 따른다. 따라서 치 스페이스 단부 또는 전체 치 스페이스에 걸친 연마 버닝의 유형이 감지될 수 있다. 치 스페이스 진입부의 연마 버닝 상태는 치 스페이스 진입부에서의 회전 속도 신호의 구배로 산정 가능하다, 경사도가 크면 클수록 초과치수가 더 크거나 또는 초과 치수 분포가 보다 더 비대칭형으로 된다.
특히, 기어 가공 시에 연마 버닝 위험도의 감지에 사용되는 또 다른 신호는분할 장치의 모터 전류이다. 여기서 언급되는 모터 전류는 헬리컬 기어를 연마하는 동안에 분할 장치 축을 회전시키는데 필요한 모터 전류이며, 치 스페이스내의 영역이 평가된다. 모터 전류는 좌우측 치면 사이의 초과 치수의 차이에 의해 변하며, 이것은 연마 숫돌이 분할 장치의 축과 동시 또는 반대로 회전하게 한다. 치면의 비대칭 또한 연마 숫돌의 비대칭적 마모에 따라서, 정확한 연마각을 유지하기 위하여 다소간의 전류가 필요하다. 소재의 지지구 역할을 하는 분할 장치는 동시에 유도된 토크를 수용하는 수단으로서 작용한다.
전력 변동에 따른 오차의 영향을 피하기 위하여 구동 스핀들의 모터 전류가 부가되는 매개 변수로 작용한다 전력 변동으로 인한 회전 속도 감소가 발생하는 경우에는 구동 스핀들의 모터 전류의 도움으로 전력 변화가 고려된다. 이러한 부가적인 고려가 없는 경우에는 훨씬 낮은 저속 회전 속도에 의하여 가정되는 에너지 전환이 이루어져서 이송 속도가 불필요하게 감소된다.
영속적으로 평가되는 매개 변수인 모터 전류 및 회전 속도는 기계 내부에서 구동 스핀들의 이송 속도를 제어한다. 여기서 이송 속도는 항상 결정되고 산출된 값이 설정된 한계값 내의 전환 에너지가 되도록 한다. 이송 속도는 이와 동시에 전환 에너지가 한계값 범위 내에서 어느 정도의 일정한 안전 여유를 가지고 거의 같은 간격으로 진행되도록 각각 제어된다. 전환 에너지가 증대되는 경우에 이송 속도는 이러한 에너지 증가에 따라서 한계값을 초과하지 않도록 억제된다. 이것으로 인하여 가공된 소재에는 전혀 연마 버닝이 생기지 않으며, 소재는 제한없이 계속 가공될 수 있다.
비록 감소된 이송 속도로 인하여 가공 시간이 길어진다 하더라도, 소재는 연마 버닝 때문에 분류되지 않는다. 따라서 이송 속도는 필요하다면 설정 가능한 최소값으로 감소시킨다. 그러나 경험에 의하면 손상되고 연마 버닝에 의해 영향을 받은 연마 숫돌은 소정의 시간이 지난 후 가공된 소재에 의하여 자기 클리닝됨을 알 수 있다. 따라서 일단 연마 버닝이 발생되었거나 또는 거의 연마 버닝에 이른 연마 숫돌은 절대적으로 정상 작업 조건을 갖춘 연마 숫돌로 복귀될 수 있다. 따라서 계속적인 감독하에서 구동 스핀들의 이송 속도는 자가 클리닝 후에 재차 상승하여 한계값에 다시 이르게 된다.
가공된 소재의 연마 버닝 상태에 대하여 얻어진 지식은 다른 종류의 실시예에서 전위될 수 있다. 한편으로는 직접적인 경고 장치가 연마 기계 운전자에게 소재가 연마 버닝을 받았음을 경고할 수 있다. 또한, 영향을 받은 소재가 직접적으로 보여질 수도 있다. 또한, 상기 목적을 위하여 예를 들어, 발광 다이오드, 액정 지시계의 스케일, 투사 스크린이나 기타 유사 수단으로 된 시각적 경고 장치가 사용될 수 있다. 경고로서 예를 들어, 시각적 경고 장치를 보도록 운전자에게 지시하는 청각적 지시 장치가 제공되는 것도 바람직하다. 경고 장치는 예를들어 다음과 같이 설계될 수 있다 :
화면상에 각 기어에 대한 스케일과 연마 상태에 대한 스케일이 설치된다. 각각의 스케일은 기어상의 연마 버닝이 이미 어느 정도 증가되었음을 보여주는 최대값 색인을 수반한다. 이러한 정보는 연마 작업 개시 전에 각 기어가 장착되는 맨드릴에 대하여 리셋되고 연마 작업 완료시까지 구축된다. 연마 작업이 완료될 때에운전자는 한계값을 참조하여 어떤 기어가 연마 버닝을 받았으며 어떤 기어가 그렇지 않은지를 알 수 있다. 분할 장치의 모터 전류에 의한 대칭도 측정 및 회전 속도 차이에 의해서도 연마 숫돌의 상태를 측정할 수 있다. 또한, 상기 측정도 지시될 수 있다. 연마 발열을 받은 기어들은 운전자에 의해 분류되어 더 이상의 가공 공정으로부터 제외된다. 예를 들어, 연마 버닝된 변속기 기어들에 대한 차후의 하자 보수 요구는 이것으로써 방지된다. 이것을 통하여 클레임의 번거로움, 클레임 비용 및 추가적인 수리 비용을 피할 수 있다. 또한, 화면 출력에 부가하여 파악된 데이터 및 이것에 따른 상기 값으로부터 만들어지는 분석 결과가 내부 메모리에 기록된다. 상기 메모리는 심지어 가공 기계가 정전되는 경우에도 어느 정도의 데이터가 여전히 존재하도록 보호되는 분리된 배터리를 갖는 것이 바람직하다. 기록 장치 내에는 예를 들어 일자, 시간 및 각 기어를 수반하는 맨드릴에 대한 체크 결과가 저장되어 언제라도 후에 호출 가능하다.
또한, 시각적 경고 장치 대신에 발광 다이오드 형태의 간이 경고 장치가 설치될 수도 있다. 이 경우에 녹색 발광 다이오드는 " 연마 버닝이 없음" 을 지시하고, 적색 발광 다이오드는 "연마 버닝" 을 지시할 수 있다.
상술한 경고 방법에 있어서, 생산된 소재에 연마 버닝이 발생한 것을 감지할 수 있다. 이러한 소재들은 생산 기계의 운전자에 의해서 분류되며, 더 이상의 가공을 하지 않는다. 가장 좋은 방법은 연마 버닝의 발생을 완전히 배제하는 것이다. 상기 목적을 위해서는 연마 버닝의 위험도에 대한 기준이 산정되어야 한다. 주어진 이송 속도에서 상기 위험이 명백히 한계값 이하인 경우에는 이송 속도는 증가될
있다. 한계값은 연마 버닝의 위험이 존재하는 시작점을 지시한다.
가공 기계의 제어 시스템은 다음과 같이 작동된다 :
우선 기어를 수반하는 새로운 맨드릴이 가공 기계에 삽입된다. 상기 새로운 맨드릴에 대한 새로운 이송 속도는 최종 맨드릴의 조정된 이송 속도에 맞춰지지만, 우선 단지 상기 값의 1/2로 조정된다. 그 다음에, 장착된 모든 기어에 걸쳐 치스페이스가 황삭 가공된다. 치 스페이스에 포함되고 한계값으로부터 존재하는 거리로 산정되는 값에 적합하게, 가공 기계가 한계값 이하에서 가급적 최소의 거리로 이동되도록 이송 속도가 증가하거나 또는 경우에 따라 감소된다. 이것으로 인하여 개개의 소재의 가공 시간이 단축되는 결과가 된다. 더 높은 또는 더 낮은 값으로의 이송 속도 맞춤은 치 스페이스 간에 반복되며, 각각의 시간은 감지된 값으로부터 산출된다. 상기 제어 시스템을 갖는 경우에는 연마 숫돌 상태에 관하여 각 맨드릴마다 알게 된다. 동시에 연마 버닝을 지시하는 한계값 이내에서 적절히 유의하여 움직이고 치 스페이스의 치면 상에서 상이한 초과 치수 분포가 고려되도록 제어된다. 실제 관계되는 모든 매개 변수를 고려하여 최적의 회전 속도로 조정된 이송 속도에 의해서 가공 소재의 생산량을 현저히 높일 수 있다. 동시에 100% 연마 버닝 검사는 가공 기계에서 어떠한 불량품이 생기지 않도록 한다. 따라서 소재 손실은 거의 0 에 가깝다. 또한, 제어 시스템은 연마 숫돌의 클리닝 가능성을 고려하여 이송 속도가 더럽혀진 연마 숫돌로 인하여 회복된 후에, 이송 속도는 연마 숫돌의 자가 클리닝 후, 다시 증가될 수 있다. 연마 숫돌이 사용 중이고 계속 사용 가능하면, 교환 및 제거되지 않고 계속 생산에 사용되어야 한다. 또한, 이러한 국면은 연마 버닝의 위험에 노출되는 소재 없이 비용 절감을 가져온다.
소재를 수반하는 주 맨드릴에 야기되는 토크에 관하여 결론이 유도될 수 있는 분할 장치의 전류 소비 또는 상응하는 신호의 측정은 치 스페이스의 양 치면의 초과 치수 분포에 대한 비대칭성의 척도로 된다.
연마 버닝의 원인은 과다한 운동 에너지가 열에너지로 전환되기 때문이다. 소재에 전달되는 열에너지는 전혀 측정될 수 없거나 또는 소재나 공구에서 큰 소모만이 측정될 수 있기 때문에, 순간적으로 존재하는 해당 구동 스핀들의 운동 에너지에 대한 거의 지연 없는 측정은 판단의 적절한 요소가 된다.
구동 스핀들의 운동 에너지는 스핀들 모터 및 구동 스핀들의 회전 에너지와 실제적인 순간에 모터에서 운동 에너지로 전환되는 전력으로 구성된다.
치면에서 전환되지 않는 운동 에너지의 양은 회전 속도 하강의 구배에 의하여 직접적으로 나타난다. 따라서 구동 스핀들의 회전 속도는 측정되고 평가되어야 한다. 상기 목적을 위하여 구동 스핀들에 의해 주어지는 각 운동량은 유리한 방법으로 평가될 수 있다. 상기 목적을 위하여 예를 들어, 자석식 리시버가 스핀들 하우징의 상부에 설치될 수 있으며, 스핀들에 고정되는 구성 부품에 의해서 주기적인 회전 속도가 측정될 수도 있다. 이러한 구성 부품은 스핀들 상에 위치하는 나사 뚜껑일 수 있다. 따라서 이것으로부터 회전 간격이 산정될 수 있다.
치 스페이스에서의 마찰의 각 변동 및 이에 따른 출력 전환의 각 변동은 순간 회전 속도를 나타낸다. 전환된 에너지는 가공되고 있는 양 치면에 분포된다. 주어진 순간에서 상기 분포가 얼마나 정확한가는 분할 장치의 전류로부터 감지 가능하다. 분할 장치는 공작 기계의 구성요소로서, 연마 스핀들이 그것을 따라 이동하는 동안, 소재를 지지하는 맨드릴을 선회시킨다. 초과 치수의 비대칭도에 따라 기어의 치면은 분할 장치의 회전을 촉진시키거나 저지시키려 한다. 주 맨드릴의 구동은 이러한 촉진이나 저지를 제거하려 함과 동시에, 끝까지 제동 또는 가속 토크를 걸어준다. 후자는 분할 장치에 의해서 수용되는 전력의 크기와 극성에 의해서 나타난다. 따라서 분할 장치가 받은 전류는 연마되어야 하는 양치면에서의 에너지 인입의 비대칭도에 대한 척도가 된다. 분할 장치의 베어링 브래킷 상의 와이어 스트레일 게이지는 제동 또는 가속 토크의 정확한 값을 제공할 수 있다. 이것들은 제어와 관련되는 히스테리시스에 종속되지 않는다. 이것은 분할 장치 및 주 맨드릴 사이에 있을 수 있는 토크 측정 축에 동일하게 적용한다. 상기 측정 축은 연마할 치면에서의 에너지 인입의 비대칭도에 대한 척도로서 시동 토크를 전달한다.
연마 버닝의 위험은 실제적으로 두가지 유형으로 나타난다 : 그 하나는 저속 유형으로 나타나는데, 이 경우에 연마 숫돌의 활성 표면은 감소된다. 이것은 연마 숫돌에 들어 있는 칩 사이의 간격이 마모로 증가되는 것에서 유래한다. 이러한 현상은 순전히 칩의 분포에 의하여 우발적으로 일어나며, 초과 치수 오차에 의해 유발될 수도 있다. 그러나 슷돌에 회복할 시간 및 자가 클리닝될 시간이 주어지는 경우에는 전환될 수 있다. 이것을 위해 요구되는 드레싱 작업은 예를들어, 적은 이송 속도를 갖는 연마 작업이다. 이것은 천천히 진행되며 보통 20개이상의 치면이 드레싱을 위해 소요된다.
또 하나의 유형은 연마 버닝 위험에 대하여 적절한 것으로서 급속 유형이다.각 치면은 예상외의 초과 치수 오차를 제공할 수 있는데, 이것은 연마 숫돌이 치 스페이스 내에 삽입될 때 구동 스핀들의 격렬한 제동을 일으킨다. 이 경우에 구동 스핀들의 회전 에너지의 변경은 매개 변수로 사용되고, 연마 버닝 위험도를 결정하기 위하여 알려진 회전 속도 구배와 비교된다. 치 스페이스로 유입될 때 회전 속도가 특히 현저하게 떨어지면, 이것은 치 스페이스 시작부에서의 초기연마 버닝의 징후이다. 이것은 주로 극단의 헬리컬 기어의 경우에 연마 숫돌이 현저히 마모되고, 구동 스핀들 및 가공할 치가 항복되는 경우에 발생한다. 회전속도는 더 이상 선형으로 변화하지 않고 아래쪽으로 지수적으로 변화한다. 연마작업은 늦추어서 시작한다. 이 경우에도 이송 속도의 직접 감소만이 연마 버닝을 방지하는데 도움이 된다. 구동 스핀들의 모터 전류는 치의 크기와 기어 비에 따라 다르다.
숫돌의 초과 치수 오차와 마모는 함께 위험 요소를 나타낸다. 이송 속도 제어에 의하여 상기 위험은 연마 버닝이 발생할 때까지의 한계값 이하로 유지될 수 있다. 이송 속도는 더 이상 불량의 허용 가능성과 경제적 한계의 절충에 의존하지 아니하고, 연마 숫돌과 기어의 순간적인 상태에 의존한다.
상기 구동 스핀들은 연마 성능이 양호할 경우에는 적은 에너지를 흡수하는 한편, 연마 성능이 불량한 경우에는 높은 에너지 흡수를 나타낸다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명 및 본 발명의 적용 영역을 간략히 설명한다.
제 1도는 연마 배치의 개략 설명도,
제 2도는 연마기의 정면도,
제 3도는 연마할 소재의 설치도,
제 4도는 연마기의 분할 장치 및 연마 헤드 배치의 측면도,
제 5도는 본 발명에 따른 연마 헤드의 정면도이다.
기어를 연마할 경우에는 1개의 단일 프로파일 연마 숫돌을 사용하는 길이 방향 연마 방식이 압도적이다. 연마 숫돌 상에서 다수개의 프로파일이 서로 인접하여 배열되어 윤곽을 나타내는 연마 숫돌들에 의한 연마 방식에 반하여, 단일 프로파일 연마 숫돌은 연마할 기어가 두개의 치 사이에서 놓여 발생되는 정확한 프로파일만을 갖는다. 이러한 단일 프로파일형 연마 숫돌의 개략적인 설명도는 제 1도에 도시된다.
제 1A도에서 기어(2)가 도시되어 있는데, 여기에서는 명료함을 위하여 2개의 치(4 및 6)만 도시한다. 설명은 서로 인접한 치면(8 및 10) 및 그 사이에 있는 치근(12)으로 구성되는 치 스페이스(14)가 단일 프로파일 연마 숫돌에 의해 연마된다는 전제 하에서 행해진다. 이러한 연마 숫돌의 외부 윤곽의 형상은 연마할 치 스페이스(14)의 내부 윤곽의 형상에 상응한다.
제 1B도에는 기어(2)의 사시도가 도시되는데, 이것도 역시 명료함을 위하여 2개의 치(4 및 6)만이 도시된다. 제 1B도에서 가공에 종속되는 연마면은 평행선에 의한 음영으로 도시된다. 연마 작업 동안에 기어(2)는 제 2도에 도시되는 바와 같이 연마기예 속해 있는 지지대(17; 주 맨드릴)에 위치된다. 평행선으로 강조되는 연마면의 연마에 의하여, 상기 연마면에는 온도 상승이 있게 되는데, 이것은 상기 온도가 일정 한계값을 초과하는 경우에 소재의 가장자리 층에 열적조직 변형을 일으킬 수 있다.
제 2도는 기어 연마를 위하여 사용하는 범용 연마기 유닛(18)을 도시한다. 기계 베드(20)위에 기계 테이블(22)이 위치된다. 스위치 캐비넷 콘솔(24)은 클램핑 레버(28)가 설치된 제어 패널(26)을 지지하는데, 이것에 의하여 제어 패널(26)은 운전자의 개별 요구에 따라 조정될 수 있다. 상기 제어 패널(26)은 연마 버닝을 지시하기 위하여 상술한 장치를 포함할 수 있어서, 운전자가 항상 소재의 연마 상태에 대하여 실제적으로 알 수 있다. 유압 상승 시스템(30)은 기계테이블(22)의 조정을 가능하게 한다. 운전자는 자동 로딩을 위한 문(32)과 마찬가지로 기계 커버(34)에 속해 있는 전면 슬라이딩 문(31)을 통하여 또는 기계(18)의 밀폐된 작업 공간으로의 접근이 가능하다. 자동 로딩을 위한 문(32)은 공압 실린더(36)에 의하여 작동되는 한편, 슬라이딩 문(31)은 제어 핸들(38)에 의해서 열릴 수 있다. 제 2도에는 기계 유닛(18)에 있는 분할 장치(40)의 배치가 개략적으로 도시된다. 분할 장치(40)는 기계의 작업 공간내로 돌출되며, 가공할 소재나 또는 가공할 소재(기어)를 수반하는 주 맨드릴(여기에서는 도시되지 않음)을 지지한다.
가공할 소재를 지지하는 장치의 하나가 제 3도에 도시된다. 분할 장치(40)는 센터(42)를 갖는데, 이것은 주 맨드릴(44)의 고정구 내에 맞물려진다. 반대편에서 주 맨드릴(44)은 심압대 센터(46)에 의하여 지지된다 심압대 센터(46)를 갖는 심압대, 및 센터(42)를 갖는 분할 장치(40)는 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공지된 바와 같은 형태에 상응한다. 주 맨드릴(44)에는 여러 개의 기어(2)가 배치된다. 가공할 소재의 형태에 따라서 심압대 센터(46)와 분할 장치 센터(42)가 적응되고 조절되어야 한다. 가공 작업 동안에 주 맨드릴(44)은 분할 장치에 의해서 각각의 치 스페이스만큼 선회되며, 이것은 인접한 치스페이스가 즉시 차례차례로 가공되는 것을 요하지 않는다. 오히려 기계 여건상 좀 더 떨어져 위치되는 치근도 연속적으로 가공 가능하다.
제 4도는 분할 장치(40)의 조정 가능성을 보여주는 반면에, 제 5도는 연마 헤드(50)의 배열과 그것의 조정 가능성을 나타내 주고 있다. 따라서 제 4도는 분할 장치(40)의 측면도를 도시한다. 여기서, 분할 장치의 스핀들(52)은 A-축을 중심으로 회전 운동, 특히 일정한 크기의 각도로 좌(-) 우(+)로 회전한다. 상기 도면은 제 5도에 따른 (+X) 방향에서 분할 장치 스핀들을 바라본 본 것이다. 분할 장치(40)를 지지하는 기계 테이블(44)은 Y-축을 따라 조정된다. 여기서 (+)방향으로의 테이블 조정은 연마 헤드(50)의 상승을 의미하며, (-)방향으로의 조정은 연마 헤드(50)가 연마 깊이까지 소재내로 하강함을 의미한다. 연마 숫돌(54)을 갖는 연마 헤드(50)의 배열은 제 4도에서 개략적으로 도시되는 한편, 제 5도는 연마 헤드(50)의 정면도를 도시한다. 연마 헤드(50)는 핸들(56)에 의하여 수직 방향으로 조정 가능하며, 동시에 가공할 소재에 대하여 매우 정밀한 스케일로 정확히 조정 가능하다. 또한, 기계(18)의 연마 캐리지(58)를 이동시키거나 또는 연마 헤드(50)을 회전시키는 조정이 가능하다. 따라서 연마 작업에 있어서, 연마캐리지(58)의 (+X)방향 변위는 연마 이송 속도를 가능하게 하고, 연마 캐리지(58)의 (-X)방향 이송은 연마 작업의 귀환 행정을 가능하게 한다. B-축을 중심으로 하는 연마 헤드(50)의 선회는 (+B)방향으로 " 우향" 의 피치 방향을 갖는 헬리컬 기어 소재의연마를 위하여 연마 숫돌(54)을 조정해 준다. 연마 헤드(50)의 (-B)방향으로의 선회는 " 좌향" 의 피치 방향을 갖는 헬리컬 기어 소재의 연마를 위하여 연마 슷돌(54)을 조정해 준다. 소재 축을 따라 평 기어 또는 평행한 일직선의 치 스페이스가 연마되는 소재는 연마 헤드(50)와 연마 스핀들의 정확한 수직 위치를 요한다. 연마 숫돌(54)은 그것의 외부 윤곽으로서 연마할 치 스페이스의 내부 윤곽의 프로파일을 갖는다. 단일 프로파일의 연마 숫돌로 횡방향 연마를 하게 되면, 치 스페이스가 연속적으로 연마된다. 여기서 연마 숫돌은 바람직한 피치에 따라서 소재 축에 대하여 경사진다. 현존하는 모든 피치가 연마될 수 있다.
여기서 도시되지 않는 적절한 수단에 의하여 상기 연마 헤드(50)은 연마캐리지(58)에 고정된다. 연마 캐리지58)의 양측에는 벨로우즈(62)가 설치되는데, 이것은 연마 캐리지(58)가 X-축을 따라 이송되는 경우에 이 운동에 적응하도록 되어 있다.
연마 버닝 손상을 방지 또는 개별 소재의 연마 버닝의 발견으로 인하여, 더 이상 소재는 에칭조 시험에 의존할 필요 없게 되었다. 따라서 환경적으로 문제가 있는 에칭조 방법은 필요 없게 되었다,
본 발명은 상술한 배열에 한정되지 아니한다. 이것은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공지된 개선안을 포함하며, 이것은 발명의 기본 개념에서 발전되는 것이다. 본 발명에 의한 방법에 필요한 매개 변수는 도면상에 이것에 관한 보다 상세한 설명을 할 필요 없이 연마기의 표시된 주요 구성부로 하여금 제안되는 방법 또는 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 알려진 조치에 의해 획득될 수 있다. 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 그가 본 발명에 의한 방법에 따라 적용할, 예상되고 상술된 매개 변수들을 획득하여 고려하기 위하여, 측정치 픽업 부품을 기계 장치 상에 설치할 수 있다.
Claims (17)
- 연마 스핀들과 구동 기계를 포함하는 연마 장치에 의한 연마 가공시 소재의 과열 응력을 방지하는 방법에 있어서,상기 연마 스핀들의 회전 속도가 계측되고, 이 값은 데이터 처리 장치로 입력되며, 이것으로부터 상기 연마 스핀들의 운동 에너지 값이 감지되고, 이 값은 연마 버닝의 특성을 나타내는 기준값과 대비되는 것을 특징으로 하는, 연마가공시 소재의 과열 응력을 방지하는 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 소재가 연마 버닝 상태에 있음을 지시하기 위하여 경고 장치가 사용되는 것을 특징으로 하는, 연마 가공시 소재의 과열 응력을 방지하는 방법.
- 제 2 항에 있어서,상기 경고 장치로서 시각적 경고 장치가 사용되는 것을 특징으로 하는, 연마 가공시 소재의 과열 응력을 방지하는 방법.
- 제 2 항에 있어서,상기 경고 장치로서 청각적 경고 장치가 사용되는 것을 특징으로 하는, 연마가공시 소재의 과열 응력을 방지하는 방법.
- 제 2항에 있어서,상기 경고 장치로서 결합된 시각적 및 청각적 경고 장치가 사용되는 것을 특징으로 하는, 연마 가공시 소재의 과열 응력을 방지하는 방법.
- 제 1 항에 있어서,전압의 변동이 감지됨으로써 상기 구동 스핀들 회전 속도의 변동이 고려되는 것을 특징으로 하는, 연마 가공시 소재의 과열 응력을 방지하는 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 구동 스핀들의 이송 속도는 전환된 운동 에너지에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는, 연마 가공시 소재의 과열 응력을 방지하는 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 구동 스핀들의 이송 속도는 기준값을 초과하는 경우에 다시 원상으로 복귀되는 것을 특징으로 하는, 연마 가공시 소재의 과열 응력을 방지하는 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 연마 스핀들의 이송 속도는 한계값을 초과하지 않도록 조정되는 것을특징으로 하는, 연마 가공시 소재의 과열 응력을 방지하는 방법.
- 제 1 항에 있어서,기어 연마시 연마 장치의 분할 장치의 회전 토크값이 감지되며, 이 값이 데이터 처리 장치로 입력되며, 이것으로부터 치 스페이스 초과 치수 분포의 대칭도가 파악되고, 이 값이 이송 속도 조정에 고려되는 것을 특징으로 하는, 연마가공시 소재의 과열 응력을 방지하는 방법.
- 제 1 항에 있어서,기어 연마시 연마 장치의 분할 장치의 비틀림 토크가 감지되며, 이 값은 데이터 처리 장치에 입력됨으로써 연마 숫돌의 마모 대칭도가 파악되고, 이 값이 이송 속도 조정에 고려되는 것을 특징으로 하는, 연마 가공시 소재의 과열 응력을 방지하는 방법.
- 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,상기 분할 장치로부터 회전을 위하여 이것에 전달된 비틀림 토크와 함께 또는 치 스페이스로 인입되는 연마 숫돌에 소요되는 모터 전류가 감지되는 것을 특징으로 하는, 연마 가공시 소재의 과열 응력을 방지하는 방법.
- 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,상기 비틀림 토크는 상기 분할 장치에 유도되는 굽힘 토크에 의해 정해지는 것을 특징으로 하는, 연마 가공시 소재의 과열 응력을 방지하는 방법.
- 제 13 항에 있어서,상기 굽힘 토크는 와이어 스트레인 게이지에 의해 획득되는 것을 특징으로 하는, 연마 가공시 소재의 과열 응력을 방지하는 방법.
- 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,상기 비틀림 토크는 상기 분할 장치와 주 맨드릴 사이에 배치되는 토크 측정 축에 의하여 비틀림 토크로 획득되는 것을 특징으로 하는, 연마 가공시 소재의 과열 응력을 방지하는 방법.
- 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 하나의 항에 있어서,연마 스핀들을 갖는 구동기와, 연마 스핀들의 회전 속도 측정 장치와, 데이터 처리 장치를 구비하며, 상기 데이터 처리 장치 및 회전 속도 측정 장치는 신호 교환을 위하여 서로 연결되는 것을 특징으로 하는, 연마 가공시 소재의 과열 응력을 방지하는 방법.
- 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,연마 스핀들을 갖는 구동기와, 연마 스핀들의 회전 속도 측정 장치와, 소재지지구를 갖는 토크 측정 장치, 및 데이터 처리 장치를 구비하며, 상기 데이터 처리 장치, 회전 속도 측정 장치 및 토크 측정 장치는 신호 교환을 위하여 서로 연결되는 것을 특징으로 하는, 연마 가공시 소재의 과열 응력을 방지하는 방법.
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