KR102127076B1 - 스피로이드 베벨 기어의 가공 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 CNC 호빙 머신(CNC hobbing machine, 1)의 피가공물결합부(20)에 원판형상의 피가공물(2)을 결합시키는 제1 단계(S100)와; 상기 CNC 호빙 머신(1)의 장착부(10) 및 가이드부(30)에 스피로이드 베벨 기어용 가공 공구(3)의 양측을 각각 결합시키는 제2 단계(S200)와; 상기 피가공물(2)의 상단에 상기 스피로이드 베벨 기어용 가공 공구(3)의 가공부(200)가 접근하도록 상기 CNC 호빙 머신(1)의 장착부(10) 및 가이드부(30) 각각이 기설정된 CNC 수치제어 프로그램에 의하여 XYZ축의 3축 방향 각각으로 직선이동하는 제3 단계(S300)와; 상기 CNC 호빙 머신의 피가공물결합부(20)를 회전시켜 상기 피가공물(2)을 회전시키고, 상기 스피로이드 베벨 기어용 가공 공구(3)의 가공부(200)를 회전시켜 상기 피가공물(2)의 상단 둘레면을 따라 절삭하여 스피로이드 베벨 기어(spiroid bevel gear)의 기어 이(gear tooth)를 가공하도록 상기 CNC 호빙 머신(1)의 장착부(10)를 회전시키는 제4 단계(S400)와; 상기 피가공물(2)의 상단 둘레면 전체에 스피로이드 베벨 기어(spiroid bevel gear)의 기어 이(gear tooth)가 가공되면 기설정된 CNC 수치제어 프로그램에 의하여 상기 피가공물결합부(20)의 회전이 정지되고, 상기 장착부(10) 및 가이드부(30)가 원위치로 복귀하는 제5 단계(S500)를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 스피로이드 베벨 기어의 가공 방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 스피로이드 베벨 기어의 가공 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 CNC 호빙 머신(CNC hobbing machine)에 장착된 스피로이드 베벨 기어용 가공 공구를 기설정된 CNC 수치제어 프로그램에 따라 XYZ축의 3축 방향 각각으로 직선이동 및 회전시켜 원판형상의 피가공물의 상단에 스피로이드 베벨 기어(spiroid bevel gear)를 가공하는 스피로이드 베벨 기어의 가공 방법에 관한 것이다.
기어는 한 쌍을 이루어 동력을 전달하는 주요한 부품으로서 인류의 생활과 공업발전의 과정에서 중요한 역할을 담당 해왔고, 인류의 공업예술 발전의 기본적 요소이기도 하다. 일반적으로 기어의 제조방법은 매우 많은데 대체적으로 절삭가공 혹은 정밀주조, 정밀단조, 및 분말야금 등 무절삭 가공방법으로 제조한다. 그러나 경제적이고 효과적인 대량생산을 위해 절삭가공으로 기어를 형성하는 방법이 시장 기술발전의 주류추세이다.
이러한 기어는 평기어(spur gear), 헬리컬 기어(helical gear), 랙기어 & 피니언 기어(Rack & pinion gear), 베벨 기어(bevel gear) 및 스피로이드 기어(spiroid gear) 등 다양한 종류가 있다.
이 중에서도 스피로이드 기어(spiroid gear)는 도 1에 도시된 바와 같이 한 쌍의 기어를 맞물렸을 때 치면 사이에 생기는 틈새인 백래시(backlash) 조정이 중요한 곳에 사용되는 기어로서 수십에서 수백의 감속비를 얻을 수 있을 뿐 아니라 고강성, 고비율, 고효율을 얻을 수 있는 장점이 있고, 원추에 나사가 난 모양이 스피로이드 피니언 기어(spiroid pinion gear)이며, 피니언 기어의 치형은 완전한 직선을 가지는 V형태이고, 상기 피니언 기어와 맞물리도록 원판형상의 상면에 기어 이(gear tooth)가 형성된 것이 스피로이드 베벨 기어(spiroid bevel gear)이다.
여기서, 상기 스피로이드 피니언 기어는 나사가공방식의 절삭가공으로 쉽게 가공이 가능하지만, 상기 스피로이드 베벨 기어는 전용(專用) 가공 공구가 없어 일반적으로 기어 가공에 사용되는 커터와 같은 가공 공구를 사용하여 기어 이를 하나씩 절삭가공하기 때문에 가공시간이 많이 소요되고, 가공면 표면조도의 정밀성에 한계가 있으며, 가공 공구의 반복적인 위치제어 및 회전제어를 위한 복잡한 CNC 수치제어 프로그램이 요구되는 문제점이 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명의 목적은, CNC 호빙 머신(CNC hobbing machine)에 장착된 스피로이드 베벨 기어용 가공 공구를 기설정된 CNC 수치제어 프로그램에 따라 XYZ축의 3축 방향 각각으로 직선이동 및 회전시켜 원판형상의 피가공물의 상단에 스피로이드 베벨 기어(spiroid bevel gear)를 가강하되, 상기 스피로이드 베벨 기어에 맞물리는 규격을 가지는 스피로이드 피니언 기어(spiroid pinion gear)의 치수 및 치형 각각과 동일하게 원추형상에 나선형 나사산을 가공한 다음 다수개의 절삭날이 가공된 스피로이드 베벨 기어용 가공 공구의 가공부를 통하여 피가공물의 상단에 스피로이드 베벨 기어의 다수개의 기어 이(gear tooth)의 바닥 각각을 동시에 부분적으로 가공 가능한 스피로이드 베벨 기어의 가공 방법을 제공하는 데 있다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 의하면, CNC 호빙 머신(CNC hobbing machine, 1)의 피가공물결합부(20)에 원판형상의 피가공물(2)을 결합시키는 제1 단계(S100)와; 상기 CNC 호빙 머신(1)의 장착부(10) 및 가이드부(30)에 스피로이드 베벨 기어용 가공 공구(3)의 양측을 각각 결합시키는 제2 단계(S200)와; 상기 피가공물(2)의 상단에 상기 스피로이드 베벨 기어용 가공 공구(3)의 가공부(200)가 접근하도록 상기 CNC 호빙 머신(1)의 장착부(10) 및 가이드부(30) 각각이 기설정된 CNC 수치제어 프로그램에 의하여 XYZ축의 3축 방향 각각으로 직선이동하는 제3 단계(S300)와; 상기 CNC 수치제어 프로그램에 의하여 상기 CNC 호빙 머신의 피가공물결합부(20)를 회전시켜 상기 피가공물(2)을 회전시키고, 상기 스피로이드 베벨 기어용 가공 공구(3)의 가공부(200)를 회전시켜 상기 피가공물(2)의 상단 둘레면을 따라 절삭하여 스피로이드 베벨 기어(spiroid bevel gear)의 기어 이(gear tooth)를 가공하도록 상기 CNC 호빙 머신(1)의 장착부(10)를 회전시키는 제4 단계(S400)와; 상기 피가공물(2)의 상단 둘레면 전체에 스피로이드 베벨 기어(spiroid bevel gear)의 기어 이(gear tooth)가 가공되면 기설정된 CNC 수치제어 프로그램에 의하여 상기 피가공물결합부(20)의 회전이 정지되고, 상기 장착부(10) 및 가이드부(30)가 원위치로 복귀하는 제5 단계(S500)를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 스피로이드 베벨 기어의 가공 방법을 제공한다.
또한, 상기 스피로이드 베벨 기어용 가공 공구(3)는, CNC 호빙 머신(CNC hobbing machine, 1)의 장착부(10)에 결합되고, 상기 장착부로부터 회전력을 전달받는 결합부(100)와, 상기 결합부에 연장되고, CNC 호빙 머신(CNC hobbing machine, 1)의 피가공물결합부(20)로부터 회전력을 전달받아 회전되는 원판형상의 피가공물(2)의 상단 둘레면을 따라 절삭하여 스피로이드 베벨 기어(spiroid bevel gear)의 기어 이(gear tooth)를 가공하도록 가공부몸체(210)에 절삭날부(220)가 형성된 가공부(200)와, 상기 가공부에 연장되고, 상기 장착부로부터 회전력을 전달받아 회전시 회전력이 길이방향의 양방향으로 분산되어 회전을 가이드하도록 상기 CNC 호빙 머신의 가이드부(30)에 회전 가능하게 결합된 회전가이드부(300)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 가공부(200)의 절삭날부(220)는, 상기 스피로이드 베벨 기어(spiroid bevel gear)에 맞물리는 규격을 가지는 스피로이드 피니언 기어(spiroid pinion gear)의 치수 및 치형 각각과 동일하게 원추형상에 나선형 나사산을 형성시키는 나선형성단계(S201)와, 상기 나선형 나사산의 길이방향으로 다수개의 분할홈(231)을 가공하여 절삭날(230)의 잇수가 다수개의 되도록 가공하되, 상기 절삭날(230)의 회전방향 전방으로 90°의 경사각을 가지는 절삭면이 형성되는 홈형성단계(S202)와, 상기 절삭날(230) 각각에 상기 나선형 나사산의 원주와 동일하게 윗면에 형성된 앞날(232)과 상기 앞날의 후방에 연결된 뒷날(233)과 상기 윗면의 양측면 각각에 형성된 옆날(234)이 각각 형성되도록 가공되는 날가공단계(S203)를 통하여 가공되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 날가공단계(S203)은, 상기 뒷날(233)은 상기 앞날의 후방에 연결되어 형성되면서 상기 앞날로부터 하향으로 8°~ 12°의 여유각(relief angle)을 가지고, 상기 옆날(234)은 상기 윗면의 양측면 각각에 형성되되, 상기 앞날에서 뒷날 방향으로 향할 수록 상기 윗면의 중심방향으로 경사진 1°~ 3°의 여유각을 가지도록 각각 가공되는 단계(S204)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제4 단계(S400)는, 상기 피가공물(20) 및 상기 스피로이드 베벨 기어용 가공 공구(3)의 가공부(200) 각각이 회전되도록 회전제어하면서 상기 나선형 나사산의 길이방향 개수에 따라 회전하는 상기 피가공물에 그에 대응한 개수의 기어 이(gear tooth)의 바닥 각각을 동시에 부분적으로 가공하되, 최초 접근지점부터 상기 피가공물의 가공을 시작하고, 기 설정된 CNC 수치제어 프로그램에 의해 회전제어 중인 상기 가공부(200)를 스피로이드 베벨 기어(spiroid bevel gear)의 가공에 필요한 위치까지 더 깊숙히 Z축 방향으로 직선이동시켜 피가공물(20) 및 가공부(200)의 절삭날(230)이 서로 맞물려 스피로이드 베벨 기어(spiroid bevel gear)의 기어 이(gear tooth) 및 기어 이 바닥을 동시에 부분적으로 가공하고, 회전축이 서로 직교하는 상기 가공부(200)의 회전과 상기 피가공물의 회전이 반복됨에 따라 상기 피가공물에 스피로이드 베벨 기어(spiroid bevel gear)의 기어 이(gear tooth) 및 기어 이의 바닥이 전체적으로 가공될때까지 위치제어 및 회전제어를 유지하는 단계(S401)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 스피로이드 베벨 기어의 가공 방법은, CNC 호빙 머신(CNC hobbing machine)에 장착된 스피로이드 베벨 기어용 가공 공구를 기설정된 CNC 수치제어 프로그램에 따라 XYZ축의 3축 방향 각각으로 직선이동 및 회전시켜 원판형상의 피가공물의 상단에 스피로이드 베벨 기어(spiroid bevel gear)를 가공하되, 상기 스피로이드 베벨 기어에 맞물리는 규격을 가지는 스피로이드 피니언 기어(spiroid pinion gear)의 치수 및 치형 각각과 동일하게 원추형상에 나선형 나사산을 가공한 다음 다수개의 절삭날이 가공된 스피로이드 베벨 기어용 가공 공구의 가공부를 통하여 피가공물의 상단에 스피로이드 베벨 기어의 다수개의 기어 이(gear tooth)의 바닥 각각을 동시에 부분적으로 가공함으로써,
종래의 기어 이를 하나씩 절삭가공하는 방식에 비해 가공시간을 줄이고, 가공면 표면조도의 정밀성을 향상시킬 수 있으며, 피가공물과 맞물려 가공되므로 반복적인 위치제어 및 회전제어가 필요없으므로 CNC 수치제어 프로그램이 보다 심플(simple)하고 프로그래밍이 가능한 효과가 있다.
도 1은 스피로이드 기어(spiroid gear)를 도시한 도면이고,
도 2는 본 발명에 따른 스피로이드 베벨 기어의 가공 방법의 일 실시예를 도시한 블록도이며,
도 3은 도 2의 실시예 중 스피로이드 베벨 기어용 가공 공구에 포함된 절삭날부의 가공 방법를 도시한 블록도이고,
도 4는 도 3의 실시예 중 날가공단계에 포함된 세부적인 가공단계를 도시한 블록도이며,
도 5는 도 2의 실시예 중 제 4단계에 포함된 세부적인 가공단계를 도시한 블록도이고,
도 6은 도 2 내지 도 5의 실시예를 기준으로 스피로이드 베벨 기어용 가공 공구의 일 실시예를 도시한 도면이며,
도 7은 도 6의 스피로이드 베벨 기어용 가공 공구가 CNC 호빙 머신(CNC hobbing machine)에 장착된 모습을 도시한 도면이고,
도 8은 도 6의 실시예 중 결합부의 내부가 보이도록 일부 단면을 도시한 도면이며,
도 9는 도 6의 실시예 중 가공부를 확대하여 도시한 도면이고,
도 10은 도 9의 실시예를 기준으로 절삭날의 앞날, 뒷날 및 옆날이 표시되도록 절삭날 1개를 확대하여 도시한 도면이며,
도 11은 도 9의 실시예를 기준으로 절삭날의 앞날, 뒷날 및 옆날과 분할홈을 표시하면서 회전방향에 따른 뒷날 및 옆날의 여유각과 분할홈의 전방 경사각 각각을 표시하도록 회전축 방향으로 도시한 도면이며,
도 12 및 13은 본 발명에 따른 스피로이드 베벨 기어용 가공 공구를 통하여 피가공물에 스피로이드 베벨 기어를 가공하는 과정을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 스피로이드 베벨 기어의 가공 방법의 일 실시예를 도시한 블록도이며,
도 3은 도 2의 실시예 중 스피로이드 베벨 기어용 가공 공구에 포함된 절삭날부의 가공 방법를 도시한 블록도이고,
도 4는 도 3의 실시예 중 날가공단계에 포함된 세부적인 가공단계를 도시한 블록도이며,
도 5는 도 2의 실시예 중 제 4단계에 포함된 세부적인 가공단계를 도시한 블록도이고,
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도 7은 도 6의 스피로이드 베벨 기어용 가공 공구가 CNC 호빙 머신(CNC hobbing machine)에 장착된 모습을 도시한 도면이고,
도 8은 도 6의 실시예 중 결합부의 내부가 보이도록 일부 단면을 도시한 도면이며,
도 9는 도 6의 실시예 중 가공부를 확대하여 도시한 도면이고,
도 10은 도 9의 실시예를 기준으로 절삭날의 앞날, 뒷날 및 옆날이 표시되도록 절삭날 1개를 확대하여 도시한 도면이며,
도 11은 도 9의 실시예를 기준으로 절삭날의 앞날, 뒷날 및 옆날과 분할홈을 표시하면서 회전방향에 따른 뒷날 및 옆날의 여유각과 분할홈의 전방 경사각 각각을 표시하도록 회전축 방향으로 도시한 도면이며,
도 12 및 13은 본 발명에 따른 스피로이드 베벨 기어용 가공 공구를 통하여 피가공물에 스피로이드 베벨 기어를 가공하는 과정을 도시한 도면이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야하며 비록 종래기술과 동일한 부호가 표시되더라도 종래기술은 그 자체로 해석하여야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
먼저, 본 발명에 따른 스피로이드 베벨 기어의 가공 방법은, 도 2 내지 13에 도시된 바와 같이 스피로이드 베벨 기어용 가공 공구를 사용하여 후술할 제1 단계(S100) 내지 제5 단계(S500)를 통해 피가공물에 스피로이드 베벨 기어가 가공된다.
제1 단계는(S100)는 도 2 및 7에 도시된 바와 같이 CNC 호빙 머신(CNC hobbing machine, 1)의 피가공물결합부(20)에 원판형상의 피가공물(2)을 결합시키는 단계이다.
제2 단계(S200)는 도 2, 6 및 7에 도시된 바와 같이 상기 CNC 호빙 머신(1)의 장착부(10) 및 가이드부(30)에 스피로이드 베벨 기어용 가공 공구(3)의 양측을 각각 결합시키는 단계이다.
여기서, 상기 스피로이드 베벨 기어용 가공 공구(3)는 도 6 내지 13에 도시된 바와 같이 결합부(100), 가공부(200) 및 회전가이드부(300)를 포함하여 이루어진다.
구체적으로, 상기 결합부(100)는 CNC 호빙 머신(CNC hobbing machine, 1)의 장착부(10)에 결합되고, 상기 장착부로부터 회전력을 전달받는 수단이다. 여기서, 상기 CNC 호빙 머신(CNC hobbing machine, 1)의 장착부(10)는 기설정된 CNC 수치제어 프로그램에 의하여 XYZ축의 3축 방향 각각으로의 직선이동 및 회전이 가능하다. 이는 상기 결합부(100)를 통해 결합된 상기 스피로이드 베벨 기어용 가공 공구(3)가 XYZ축의 3축 방향 각각으로의 직선이동 및 회전하면서 원판형상의 피가공물의 상단 둘레면에 스피로이드 베벨 기어(spiroid bevel gear)의 기어 이(gear tooth)를 가공하기 위함이다.
이를 위해 상기 결합부(100)는 상기 CNC 호빙 머신(CNC hobbing machine, 1)의 장착부(10)에 결합되어 회전력을 전달받도록 내주면에 결합면(111)이 형성된 테이퍼부(110)를 포함한다. 여기서, 상기 결합면(111)은 상기 장착부에 안정적이면서 쉽게 결합되고 강한 결속력을 가지도록 수나사 및 암나사의 나사방식 또는 걸림쇠 및 걸림홈의 걸림방식으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 결합부(100)는 상기 피가공물(2)의 가공시 발생하는 칩(chip)이 상기 장착부(10) 방향으로 배출되는 것을 방지하도록 경사진 턱이 형성된 칩배출방지턱(120)이 형성되는데 이는 상기 장착부(10)와의 결합부분에 칩(chip)이 들어가서 상기 CNC 호빙 머신(CNC hobbing machine)의 성능저하 및 고장발생을 방지하기 위함이다.
상기 가공부(200)는 상기 결합부에 연장되고, CNC 호빙 머신(CNC hobbing machine, 1)의 피가공물결합부(20)로부터 회전력을 전달받아 회전되는 원판형상의 피가공물(2)의 상단 둘레면을 따라 절삭하여 스피로이드 베벨 기어(spiroid bevel gear)의 기어 이(gear tooth)를 가공하도록 가공부몸체(210)에 절삭날부(220)가 형성된다.
여기서, 상기 가공부(200)의 절삭날부(220)의 가공방법은 도 3 및 9 내지 11에 도시된 바와 같이 상기 스피로이드 베벨 기어(spiroid bevel gear)에 맞물리는 규격을 가지는 스피로이드 피니언 기어(spiroid pinion gear)의 치수 및 치형 각각과 동일하게 원추형상에 나선형 나사산을 형성시키는 나선형성단계(S201)와, 상기 나선형 나사산의 길이방향으로 다수개의 분할홈(231)을 가공하여 절삭날(230)의 잇수가 다수개의 되도록 가공하되, 상기 절삭날(230)의 회전방향 전방으로 90°의 경사각을 가지는 절삭면(235)이 형성되는 홈형성단계(S202)와, 상기 절삭날(230) 각각에 상기 나선형 나사산의 원주와 동일하게 윗면에 형성된 앞날(232)과 상기 앞날의 후방에 연결된 뒷날(233)과 상기 윗면의 양측면 각각에 형성된 옆날(234)이 각각 형성되도록 가공되는 날가공단계(S203)를 통하여 가공된다.
상기 날가공단계(S203)은 도 4, 10 및 11에 도시된 바와 같이 상기 뒷날(233)은 상기 앞날의 후방에 연결되어 형성되면서 상기 앞날로부터 하향으로 8°~ 12°(8°이상 12°이하)의 여유각(relief angle)을 가지고, 상기 옆날(234)은 상기 윗면의 양측면 각각에 형성되되, 상기 앞날에서 뒷날 방향으로 향할 수록 상기 윗면의 중심방향으로 경사진 1°~ 3°(1°이상 3°이하)의 여유각을 가지도록 각각 가공되는 단계(S204)를 포함한다.
다시 말해서, 구체적으로, 상기 절삭날부(220)는 상기 스피로이드 베벨 기어(spiroid bevel gear)에 맞물리는 규격을 가지는 스피로이드 피니언 기어(spiroid pinion gear)의 치수 및 치형 각각과 동일하게 원추형상에 나선형 나사산을 형성시킨 다음 절삭날(230)의 잇수가 다수개가 되도록 길이방향으로 다수개의 분할홈(231)이 가공된다. 여기서, 스피로이드 피니언 기어(spiroid pinion gear)는 원추에 나사가 난 기어로서 치형은 완전한 직선을 가지는 V형태이고, 스피로이드 베벨 기어(spiroid bevel gear)는 상기 피니언 기어와 맞물리도록 원판형상의 상면에 기어 이(gear tooth)가 형성된 것이다. 즉, 상기 절삭날부(220)는 피가공물에 가공되어질 스피로이드 베벨 기어(spiroid bevel gear)와 맞물리는 스피로이드 피니언 기어(spiroid pinion gear)가 나선형 나사가 형성되어 있어 나사가공방식의 절삭가공으로 쉽게 가공이 가능한 점을 감안하여 스피로이드 피니언 기어(spiroid pinion gear)의 치수 및 치형 각각과 동일하게 원추형상에 나선형 나사산에 절삭날을 형성시킨 것이으로서, 절삭날부(220)가 상기 CNC 호빙 머신(CNC hobbing machine, 1)의 장착부(10)와 함께 회전하면서 상기 스피로이드 베벨 기어(spiroid bevel gear)의 기어 이(gear tooth)를 가공하는 것이다. 한편, 상기 절삭날부(220)는 가공 정밀도 및 가공될 스피로이드 베벨 기어(spiroid bevel gear)의 적절한 백래시(backlash)를 위하여 상기 나선형성단계(S201)에서 상기 스피로이드 베벨 기어(spiroid bevel gear)에 맞물리는 규격을 가지는 스피로이드 피니언 기어(spiroid pinion gear)의 치수 및 치형보다 크게 형성될 수 있다. 백래시(backlash)란 한쌍의 기어를 맞물렸을 때 치면 사이에 생기는 틈새로서 필요에 따라 한 쌍의 기어를 매끄럽게 회전시키기 위해서는 적절한 백래시가 필요하고, 백래시가 너무 적으면 윤활이 불충분하게 되기 쉬워서 치면끼리의 마찰이 커지며, 백래시가 너무 크면 기어의 맞물림이 나빠져 기어가 파손되기 때문에 이러한 점을 감안하여 기어의 사용처에 따른 필요에 따라 적절한 백래시가 형성되도록 가공될 수 있다.
또한, 상기 분할홈(231) 각각은 상기 절삭날(230)의 회전방향 전방으로 90°의 경사각을 가지는 절삭면이 형성되고, 상기 절삭날(230) 각각은 상기 나선형 나사산의 원주와 동일하게 윗면에 형성된 앞날(232)과, 상기 앞날의 후방에 연결되어 형성되면서 상기 앞날로부터 하향으로 8°~ 12°(8°이상 12°이하)의 여유각(relief angle)을 가지는 뒷날(233)과, 상기 윗면의 양측면 각각에 형성되되, 상기 앞날에서 뒷날 방향으로 향할 수록 상기 윗면의 중심방향으로 경사진 1°~ 3°(1°이상 3°이하)의 여유각을 가지는 옆날(234)이 각각 형성되도록 가공된다. 여기서, 상기 뒷날 및 옆날에 여유각을 형성시킨 이유는 상기 앞날을 제외하고 피가공물의 가공면과의 틈을 두어 상기 분할홈(231)과 함께 기어 가공시 발생하는 칩(chip)의 배출을 용이하도록 하고, 마찰을 감소시키면서 앞날이 피가공물의 가공면에 파고 들어 절삭이 보다 용이하고 가공면의 표면조도를 향상시키기 위함이다.
회전가이드부(300)는 상기 가공부에 연장되고, 상기 장착부로부터 회전력을 전달받아 회전시 회전력이 길이방향의 양방향으로 분산되어 회전을 가이드하도록 상기 CNC 호빙 머신의 가이드부(30)에 회전 가능하게 결합된다. 즉, 상기 CNC 호빙 머신(CNC hobbing machine, 1)의 장착부(10)는 회전구동하여 본 발명에 따른 스피로이드 베벨 기어용 가공 공구(3)에 회전력을 전달하고, 상기 가이드부(30)는 상기 스피로이드 베벨 기어용 가공 공구(3)의 회전을 가이드하는 것으로서 상기 스피로이드 베벨 기어용 가공 공구(3)의 일측에 해당하는 결합부(100)는 상기 장착부(10)에 결합되고, 타측에 해당하는 회전가이드부(300)는 상기 가이드부(30)에 결합되며, 상기 장착부(10) 및 가이드부(30)는 상기 스피로이드 베벨 기어용 가공 공구(3)의 완벽한 동심도를 결정하여 기설정된 CNC 수치제어 프로그램에 의하여 함께 XYZ축의 3축 방향 각각으로의 직선이동을 하게 된다.
제3 단계(S300)는 도 2 및 7에 도시된 바와 같이 상기 피가공물(2)의 상단에 상기 스피로이드 베벨 기어용 가공 공구(3)의 가공부(200)가 접근하도록 상기 CNC 호빙 머신(1)의 장착부(10) 및 가이드부(30) 각각이 기설정된 CNC 수치제어 프로그램에 의하여 XYZ축의 3축 방향 각각으로 직선이동하는 단계이다.
여기서, XYZ축의 3축 방향 직선이동은 X축 이동은 좌우방향으로의 수평이동이고, Y축 이동은 전후방향으로의 수평이동이며, Z축 이동은 상하방향으로의 수직이동으로서 XYZ축의 3축 방향 각각으로의 이동을 통하여 상기 피가공물(2)의 상단에 상기 스피로이드 베벨 기어용 가공 공구(3)의 가공부(200)가 접근하도록 한다.
제4 단계(S400)는 도 2, 7, 12 및 13에 도시된 바와 같이 상기 CNC 수치제어 프로그램에 의하여 상기 CNC 호빙 머신의 피가공물결합부(20)를 회전시켜 상기 피가공물(2)을 회전시키고, 상기 스피로이드 베벨 기어용 가공 공구(3)의 가공부(200)를 회전시켜 상기 피가공물(2)의 상단 둘레면을 따라 절삭하여 스피로이드 베벨 기어(spiroid bevel gear)의 기어 이(gear tooth)를 가공하도록 상기 CNC 호빙 머신(1)의 장착부(10)를 회전시키는 단계이다.
또한, 제4 단계(S400)는 도 5에 도시된 바와 같이 상기 피가공물(20) 및 상기 스피로이드 베벨 기어용 가공 공구(3)의 가공부(200) 각각이 회전되도록 회전제어하면서 상기 나선형 나사산의 길이방향 개수에 따라 회전하는 상기 피가공물에 그에 대응한 개수의 기어 이(gear tooth)의 바닥 각각을 동시에 부분적으로 가공하되, 최초 접근지점부터 상기 피가공물의 가공을 시작하고, 기 설정된 CNC 수치제어 프로그램에 의해 회전제어 중인 상기 가공부(200)를 스피로이드 베벨 기어(spiroid bevel gear)의 가공에 필요한 위치까지 더 깊숙히 Z축 방향으로 직선이동시켜 피가공물(20) 및 가공부(200)의 절삭날(230)이 서로 맞물려 스피로이드 베벨 기어(spiroid bevel gear)의 기어 이(gear tooth) 및 기어 이 바닥을 동시에 부분적으로 가공하고, 회전축이 서로 직교하는 상기 가공부(200)의 회전과 상기 피가공물의 회전이 반복됨에 따라 상기 피가공물에 스피로이드 베벨 기어(spiroid bevel gear)의 기어 이(gear tooth) 및 기어 이의 바닥이 전체적으로 가공될때까지 위치제어 및 회전제어를 유지하는 단계(S401)를 포함한다. 여기서, 상기 가공부(200)를 스피로이드 베벨 기어(spiroid bevel gear)의 가공에 필요한 위치까지 더 깊숙히 직선이동시키는 것은 Z축의 이동으로 하향 수직이동을 통하여 피가공물(20) 및 가공부(200)의 절삭날(230)이 서로 맞물리도록 하기 위함이다.
구체적으로, 상기 제3 단계 및 제4 단계의 CNC 수치제어 프로그램은 상기 가공부(200)가 상기 피가공물의 상단에 접근하도록 XYZ축의 3축 방향 각각으로 직선이동을 제어한다. 다음으로 상기 피가공물(20) 및 가공부(200) 각각이 회전되도록 회전제어하면서 최초 접근지점부터 상기 피가공물의 가공을 시작하고, 회전제어 중인 상기 가공부(200)를 스피로이드 베벨 기어(spiroid bevel gear)의 가공에 필요한 위치까지 더 깊숙히 직선이동시켜 피가공물(20) 및 가공부(200)의 절삭날(230)이 서로 맞물려 스피로이드 베벨 기어(spiroid bevel gear)의 기어 이(gear tooth, 60) 및 기어 이 바닥(50)을 동시에 부분적으로 가공하면서 최종적으로 전체적으로 가공될때까지 위치제어 및 회전제어를 유지하게 된다. 이에 따라 종래의 기어 이를 하나씩 절삭가공하는 방식에 비해 반복적인 위치제어 및 회전제어가 필요없으므로 CNC 수치제어 프로그램이 보다 심플(simple)하게 프로그래밍이 가능한 효과가 있다.
한편, 상기 제4 단계의 상기 피가공물(20) 및 가공부(200)의 회전제어는 상기 가공부(200)에 형성된 상기 나선형 나사산의 길이방향 개수 및 피가공물에 가공되어질 스피로이드 베벨 기어(spiroid bevel gear)의 기어 잇수에 따라 적절한 회전비가 상기 CNC 수치제어 프로그램에 프로그래밍되어져 제어되도록 한다.
제5 단계(S500)는 도 2 및 7에 도시된 바와 같이 상기 피가공물(2)의 상단 둘레면 전체에 스피로이드 베벨 기어(spiroid bevel gear)의 기어 이(gear tooth)가 가공되면 기설정된 CNC 수치제어 프로그램에 의하여 상기 피가공물결합부(20)의 회전이 정지되고, 상기 장착부(10) 및 가이드부(30)가 원위치로 복귀하는 단계이다. 즉, CNC 호빙 머신(CNC hobbing machine)에 장착된 스피로이드 베벨 기어용 가공 공구를 기설정된 CNC 수치제어 프로그램에 따라 XYZ축의 3축 방향 각각으로 직선이동시켜 가공 전상태의 원위치로 복귀하는 단계이다.
따라서, 본 발명에 따른 스피로이드 베벨 기어의 가공 방법은, CNC 호빙 머신(CNC hobbing machine)에 장착된 스피로이드 베벨 기어용 가공 공구를 기설정된 CNC 수치제어 프로그램에 따라 XYZ축의 3축 방향 각각으로 직선이동 및 회전시켜 원판형상의 피가공물의 상단에 스피로이드 베벨 기어(spiroid bevel gear)를 가강하되, 상기 스피로이드 베벨 기어에 맞물리는 규격을 가지는 스피로이드 피니언 기어(spiroid pinion gear)의 치수 및 치형 각각과 동일하게 원추형상에 나선형 나사산을 가공한 다음 다수개의 절삭날이 가공된 스피로이드 베벨 기어용 가공 공구의 가공부를 통하여 피가공물의 상단에 스피로이드 베벨 기어의 다수개의 기어 이(gear tooth)의 바닥 각각을 동시에 부분적으로 가공함으로써,
종래의 기어 이를 하나씩 절삭가공하는 방식에 비해 가공시간을 줄이고, 가공면 표면조도의 정밀성을 향상시킬 수 있으며, 피가공물과 맞물려 가공되므로 반복적인 위치제어 및 회전제어가 필요없으므로 CNC 수치제어 프로그램이 보다 심플(simple)하고 프로그래밍이 가능한 효과가 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 개시된 실시예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1 : CNC 호빙 머신(CNC hobbing machine)
2 : 피가공물
3 : 스피로이드 베벨 기어용 가공 공구
10 : 장착부 20 : 피가공물결합부
30 : 회전가이드부 100 : 결합부
110 : 테이퍼부 120 : 칩배출방지턱
200 : 가공부 210 : 가공부몸체
220 : 절삭날부 230 : 절삭날
300 : 회전가이드부
2 : 피가공물
3 : 스피로이드 베벨 기어용 가공 공구
10 : 장착부 20 : 피가공물결합부
30 : 회전가이드부 100 : 결합부
110 : 테이퍼부 120 : 칩배출방지턱
200 : 가공부 210 : 가공부몸체
220 : 절삭날부 230 : 절삭날
300 : 회전가이드부
Claims (5)
- CNC 호빙 머신(CNC hobbing machine, 1)의 피가공물결합부(20)에 원판형상의 피가공물(2)을 결합시키는 제1 단계(S100)와;
상기 CNC 호빙 머신(1)의 장착부(10) 및 가이드부(30)에 스피로이드 베벨 기어용 가공 공구(3)의 양측을 각각 결합시키는 제2 단계(S200)와;
상기 피가공물(2)의 상단에 상기 스피로이드 베벨 기어용 가공 공구(3)의 가공부(200)가 접근하도록 상기 CNC 호빙 머신(1)의 장착부(10) 및 가이드부(30) 각각이 기설정된 CNC 수치제어 프로그램에 의하여 XYZ축의 3축 방향 각각으로 직선이동하는 제3 단계(S300)와;
상기 CNC 수치제어 프로그램에 의하여 상기 CNC 호빙 머신의 피가공물결합부(20)를 회전시켜 상기 피가공물(2)을 회전시키고, 상기 스피로이드 베벨 기어용 가공 공구(3)의 가공부(200)를 회전시켜 상기 피가공물(2)의 상단 둘레면을 따라 절삭하여 스피로이드 베벨 기어(spiroid bevel gear)의 기어 이(gear tooth)를 가공하도록 상기 CNC 호빙 머신(1)의 장착부(10)를 회전시키는 제4 단계(S400)와;
상기 피가공물(2)의 상단 둘레면 전체에 스피로이드 베벨 기어(spiroid bevel gear)의 기어 이(gear tooth)가 가공되면 기설정된 CNC 수치제어 프로그램에 의하여 상기 피가공물결합부(20)의 회전이 정지되고, 상기 장착부(10) 및 가이드부(30)가 원위치로 복귀하는 제5 단계(S500)를 포함하고,
상기 스피로이드 베벨 기어용 가공 공구(3)는,
CNC 호빙 머신(CNC hobbing machine, 1)의 장착부(10)에 결합되고, 상기 장착부로부터 회전력을 전달받는 결합부(100)와,
상기 결합부에 연장되고, CNC 호빙 머신(CNC hobbing machine, 1)의 피가공물결합부(20)로부터 회전력을 전달받아 회전되는 원판형상의 피가공물(2)의 상단 둘레면을 따라 절삭하여 스피로이드 베벨 기어(spiroid bevel gear)의 기어 이(gear tooth)를 가공하도록 가공부몸체(210)에 절삭날부(220)가 형성된 가공부(200)와,
상기 가공부에 연장되고, 상기 장착부로부터 회전력을 전달받아 회전시 회전력이 길이방향의 양방향으로 분산되어 회전을 가이드하도록 상기 CNC 호빙 머신의 가이드부(30)에 회전 가능하게 결합된 회전가이드부(300)를 포함하고,
상기 가공부(200)의 절삭날부(220)는,
상기 스피로이드 베벨 기어(spiroid bevel gear)에 맞물리는 규격을 가지는 스피로이드 피니언 기어(spiroid pinion gear)의 치수 및 치형 각각과 동일하게 원추형상에 나선형 나사산을 형성시키는 나선형성단계(S201)와,
상기 나선형 나사산의 길이방향으로 다수개의 분할홈(231)을 가공하여 절삭날(230)의 잇수가 다수개의 되도록 가공하되, 상기 절삭날(230)의 회전방향 전방으로 90°의 경사각을 가지는 절삭면이 형성되는 홈형성단계(S202)와,
상기 절삭날(230) 각각에 상기 나선형 나사산의 원주와 동일하게 윗면에 형성된 앞날(232)과 상기 앞날의 후방에 연결된 뒷날(233)과 상기 윗면의 양측면 각각에 형성된 옆날(234)이 각각 형성되도록 가공되는 날가공단계(S203)를 통하여 가공되고,
상기 날가공단계(S203)은,
상기 뒷날(233)은 상기 앞날의 후방에 연결되어 형성되면서 상기 앞날로부터 하향으로 8°~ 12°의 여유각(relief angle)을 가지고, 상기 옆날(234)은 상기 윗면의 양측면 각각에 형성되되, 상기 앞날에서 뒷날 방향으로 향할 수록 상기 윗면의 중심방향으로 경사진 1°~ 3°의 여유각을 가지도록 각각 가공되는 단계(S204)를 포함하는 것을 특징으로 하는 스피로이드 베벨 기어의 가공 방법.
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- 제1항에 있어서,
상기 제4 단계(S400)는,
상기 피가공물(2) 및 상기 스피로이드 베벨 기어용 가공 공구(3)의 가공부(200) 각각이 회전되도록 회전제어하면서 상기 나선형 나사산의 길이방향 개수에 따라 회전하는 상기 피가공물에 그에 대응한 개수의 기어 이(gear tooth)의 바닥 각각을 동시에 부분적으로 가공하되, 최초 접근지점부터 상기 피가공물의 가공을 시작하고, 기 설정된 CNC 수치제어 프로그램에 의해 회전제어 중인 상기 가공부(200)를 스피로이드 베벨 기어(spiroid bevel gear)의 가공에 필요한 위치까지 더 깊숙히 Z축 방향으로 직선이동시켜 피가공물(20) 및 가공부(200)의 절삭날(230)이 서로 맞물려 스피로이드 베벨 기어(spiroid bevel gear)의 기어 이(gear tooth) 및 기어 이 바닥을 동시에 부분적으로 가공하고, 회전축이 서로 직교하는 상기 가공부(200)의 회전과 상기 피가공물의 회전이 반복됨에 따라 상기 피가공물에 스피로이드 베벨 기어(spiroid bevel gear)의 기어 이(gear tooth) 및 기어 이의 바닥이 전체적으로 가공될때까지 위치제어 및 회전제어를 유지하는 단계(S401)를 포함하는 것을 특징으로 하는 스피로이드 베벨 기어의 가공 방법.
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| KR1020190127473A KR102127076B1 (ko) | 2019-10-15 | 2019-10-15 | 스피로이드 베벨 기어의 가공 방법 |
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Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| EP0497309A1 (en) * | 1991-01-30 | 1992-08-05 | Kyoiku Haguruma Kogyo Kabushiki-Kaisha | Rotary tool for generating bevel gears |
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2019
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