인풋샤프트의 가공방법

인풋샤프트의 가공방법{Manufacturing method for input shaft}

본 발명은 인풋샤프트의 가공방법에 관한 것으로, 하나의 브로칭(broaching)머신에 의해 홈과 양단의 다수 면(surface)을 차례로 가공하는 인풋샤프트의 가공방법에 관한 것이다.

일반적으로, 차량용 조향장치에 사용되는 인풋샤프트의 제조는, 선반과 같은 가공장치에 의해 이루어진다. 즉, 홈을 가공하기 위해서는 드릴 등의 공구에 의해 절삭가공이 수행되며, 표면 가공을 위해서는 다른 장치로 이동하여 절삭 툴에 의해 표면을 절삭가공하게 된다.

이와 같은 종래의 기술에서는, 각 공정마다 서로 다른 설비가 사용되고, 절삭가공에 의해 작업이 이루어진다.

따라서, 각 공정별로 작업이 전환되어야 하므로, 작업능률이 저하된다. 또한, 작업자의 숙련도에 따라 가공 품질이 달라지는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 하나의 브로칭(broaching)머신에 의해 홈 가공은 물론, 양단의 표면(surface)가공이 순차적으로 이루어지도록 하는 인풋샤프트의 가공방법을 제공하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명에 의한 인풋샤프트의 가공방법는, 소재(M)가 공급되는 공급단계(S300)와; 소재(M)가 로딩수단(140)에 의해 집어져, 후진하여 대기하는 대기단계(S310)와; 브로칭(broaching)머신에 의해, 소재(M)의 일단에 홈을 가공하는 홈가공단계(S320)와; 상기 홈가공단계(S320)를 거친 소재(M)의 일단을, 브로칭(broaching)머신에 의해 일면씩 가공하는 일단가공단계(S330)와; 상기 일단가공단계(S330)가 완료된 소재를, 180도 회전시키는 터닝단계(S340)와; 상기 터닝단계(S340)를 거친 소재(M)의 타단을, 브로칭(broaching)머신에 의해 양면을 동시에 가공하는 타단가공단계(S350)와; 상기 타단가공단계(S350)가 완료된 소재(M)를 외부로 이동하는 취출단계(S360);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 일단가공단계(S330)는, 소재를 시계방향으로 회전시킨 다음, 일면을 브로칭(broaching)머신에 의해 가공하는 일단제1가공과정(S332)과; 상기 일단제1가공과정(S332)을 거친 소재를 반시계방향으로 회전시킨 다음, 다른 일면을 브로칭(broaching)머신에 의해 가공하는 일단제2가공과정(S334);을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 일단제1가공과정(S332)에서 소재(M)가 회전되는 크기는, 시계방향으로 60°이며; 상기 일단제2가공과정에서 소재(M)가 회전되는 크기는, 반시계방향으로 120°임을 특징으로 한다.

또한, 상기 타단가공단계(S350)는, 상기 터닝단계(S340)를 거친 소재를 시계방향으로 회전시킨 다음, 양면을 브로칭(broaching)머신에 의해 동시에 가공하는 타단제1가공과정(S352)과; 상기 타단제1가공과정(S352)을 거친 소재를 반시계방향으로 회전시킨 다음, 다른 양면을 브로칭(broaching)머신에 의해 동시에 가공하는 타단제2가공과정(S354);을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 타단제1가공과정(S352)에서 소재(M)가 회전되는 크기는, 시계방향으로 29.75°이며; 상기 타단제2가공과정에서 소재(M)가 회전되는 크기는, 반시계방향으로 10.5°임을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 인풋샤프트의 가공방법에서는 하나의 브로칭(broaching)머신이 사용된다. 따라서, 단일 장비에 의해 다수의 제조공정이 수행되므로, 작업능률이 향상되는 장점이 있다.

또한, 본 발명에서는, 단일 장비에 의해 자동으로 제조가 이루어진다. 즉 미리 프로그래밍된 작업순서에 따라 다수의 공정이 순차적으로 이루어져 인풋샤프트의 제조가 완료된다. 따라서, 작업자의 숙련도에 따라 품질이 달라지는 문제점이 해결되며, 동일한 고(高) 품질의 제품이 생산되는 이점이 있다.

뿐만 아니라, 본 발명의 가공방법에서는, 브로칭(broaching)머신에 의해 가공이 이루어진다. 따라서, 절삭깊이의 수천분의 1씩 조금씩 나눠 깎이게 되므로, 한번에 절삭가공하는 것에 비하여, 가공시 제품의 손상이나 휨 발생이 방지되는 효과도 있다.

도 1은 본 발명에 사용되는 브로칭(broaching)머신의 구성을 보인 평면도.
도 2는 도 1의 브로칭(broaching)머신의 우측면도.
도 3은 본 발명에 의한 인풋샤프트의 가공방법의 바람직한 공정의 일례를 보인 블럭구성도.
도 4는 본 발명 실시예에 의해 가공되는 소재의 상태를 보인 평면도.

이하 본 발명에 의한 인풋샤프트의 가공방법의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.

도 1 및 도 2에는 본 발명에 의한 인풋샤프트의 가공방법에 사용되는 브로칭(broaching)머신의 구성이 평면도와 우측면도로 각각 도시되어 있다.

이에 도시된 바와 같이, 본 발명에 사용되는 브로칭(broaching)머신은, 소재(M)가 투입되도록 안내하는 공급슈트(100)와, 배출을 안내하는 배출슈트(110), 그리고, 소재(M)를 잡아 고정하는 다수의 고정치구(130), 소재를 고정치구(130)에 올려놓거나 이동시키는 로딩수단(140), 이송수단(150,160,170), 언로딩수단(180), 소재를 가공하는 가공툴(190,192,194) 및 소재를 180도 회전시키는 터닝유닛(200) 등으로 이루어진다.

보다 구체적으로 살펴보면, 도시된 바와 같이, 소정 높이를 가지는 지지테이블(210)이 구비되고, 이러한 지지테이블(210)의 후단 상측으로는 지지대(220)가 상하로 길게 형성되어 다수의 부품을 지지한다. 그리고, 이러한 지지대(220)의 전방에는 브로칭(broaching)머신이 전반적인 작업을 컨트롤하기 위한 제어판넬(230)에 구비된다.

상기 지지대(220)의 전면에는 툴홀더(240,242) 들이 구비된다. 즉, 좌측에는 제1툴홀더(240)가 구비되고, 우측에는 제2툴홀더(242)가 구비된다.

상기 제1툴홀더(240)의 좌우 양단에는 각각 제1가공툴(190)과 제2가공툴(192)이 구비된다. 상기 제1가공툴(190)과 제2가공툴(192)은, 브로칭(broaching)가공을 위한 툴(Tool)이다. 따라서, 상기 제1가공툴(190)은 상하로 길게 형성된 원기둥 형상으로 이루어지며, 이러한 원기둥형상의 몸체 외주면에 브로치 날이 톱니형상으로 다수 형성된다.

상기 제2가공툴(192)은, 상하로 길게 형성된 몸체의 우측면에 다수의 브로치 날이 톱니형상으로 이루어지는 구성을 가진다. 이와 같은 브로칭(broaching)가공을 위한 브로치 날의 구성과 형상을 소재의 가공 부위에 따라 맞게 설계된다. 따라서, 몸체(축)을 따라 소정 치수로 배열된 브로치 날에 의해 총 절삭깊이의 수천분의 1씩 조금씩 나눠 소재가 깎이게 된다. 이와 같은 브로칭(broaching)가공 방식은 이미 알려진 것이므로, 더 이상의 상세한 설명은 생략한다.

상기 제2툴홀더(242)의 중앙부분에는 제3가공툴(194)이 구비된다. 상기 제3가공툴(194)은 브로치 날이 좌우로 이격되게 형성되도록 구성되어, 중앙의 공간으로 수용되는 소재(M)의 양면을 동시에 브로칭(broaching)가공 하게 된다.

그리고, 상기 지지대(220)에는, 상기 툴홀더(240,242)를 상하로 이동시키기 위한 메인실린더(250)가 더 구비된다.

상기 지지테이블(210)의 상단에는 다수의 고정치구(130)가 좌우로 구비되어, 소재(M)를 고정하여 가공이 이루어지도록 한다.

상기 고정치구(130)의 전방에는 상기 로딩수단(140)과, 다수의 이송수단(150,160,170), 그리고 언로딩수단(180)이 구비된다. 즉, 맨 좌측에는 로딩수단(140)이 구비되어, 상기 공급슈트(100)에 놓여진 소재를 집어 소정시간 대기하고 있다가, 상기 제1가공툴(190)의 하방에 위치한 고정치구(130)에 공급한다.

상기 로딩수단(140)의 우측에는 제1이송수단(150)이 구비된다. 상기 제1이송수단(150)은, 상기 제1가공툴(190)에 의해 가공된 소재를 다시 제2가공툴(192)에 의해 가공되도록 이송하고 회전시키는 역할을 한다.

상기 제1이송수단(150)의 우측에는 제2이송수단(160)이 구비된다. 상기 제2이송수단(160)은, 상기 제2가공툴(192)에 의해 가공된 소재를 상기 터닝유닛(200)으로 이동시키는 역할을 하게 된다.

상기 제3이송수단(170)은, 상기 터닝유닛(200)의 소재가, 상기 제3가공툴(194)에 의해 가공되도록 이송하는 역할을 함과 동시에 소재를 회전시키는 기능도 가진다.

상기 언로딩수단(180)은, 상기 제3가공툴(194)에 의해 가공이 완료된 소재(M)를, 상기 배출슈트(110)로 옮기는 역할을 한다.

상기와 같은 로딩수단(140)과 다수의 이송수단(150,160,170)에는, 소재(M)를 전후로 이송하기 위한 전후진기구(260)들이 구비된다. 이와 같은 전후진기구(260)는, 실린더 또는 서브 모터 등으로 이루어지고, 상기 제어판넬(230)에 의해 전진과 후진의 거리를 지시받아 미세하게 제어하게 된다.

상기 제1이송수단(150)과 제3이송수단(170)에는, 소재(M)를 회전시키기 위한 회전기구(270,272)가 더 구비된다. 즉, 상기 제1이송수단(150)에는 제1회전기구(270)가 구비되고, 상기 제3이송수단(170)에는 제2회전기구(272)가 구비된다. 따라서, 이러한 회전기구(270,272)들에 의해 소재(M)가 설정된 방향을 따라 시계방향 또는 반시계방향으로 회전되어 정확한 가공이 이루어진다.

그리고, 이러한 전후진기구(260)와 회전기구(270,272) 외에도, 상기 이송수단(150,160,170)과 로딩수단(140) 및 언로딩수단(180)을 동시에 전후 좌우로 이동시키기 위한 실린더나 모터 등이 더 구비된다. 즉, 상기 다수의 이송수단(150,160,170)과 로딩수단(140) 및 언로딩수단(180) 하측에는, 이를 지지하는 이송지지대(280)가 구비되는데, 이러한 이송지지대(280)에는 실린더 또는 모터(Motor)가 더 구비되어, 이송수단(150,160,170)과 로딩수단(140) 및 언로딩수단(180)이 동시에 이동되도록 강제하게 된다.

상기 터닝유닛(200)은, 도시된 바와 같이 제1툴홀더(240)와 제2툴홀더(242) 사이에 위치되며, 소재(M)를 180°로 회전시켜 소재(M)의 전단을 물론 후단의 가공도 이루어지도록 한다. 즉, 상기 제1툴홀더(240)의 제1가공툴(190) 및 제2가공툴(192)에 의해 소재의 후단부 가공이 완료된 다음, 다시 소재(M)의 전후 위치를 바꾸어 상기 제2툴홀더(242)의 제3가공툴(194)에 의해 소재의 선단부가 가공되도록 한다.

한편, 상기 공급슈트(100)는, 소재(M)의 공급이 원활하도록 경사지게 형성됨이 바람직하다. 즉, 우측으로 갈수록 점차 하면의 위치가 낮아지도록 경사지게 형성되어, 상기 공급슈트(100)에 놓여진 소재(M)는 우측으로 자동적으로 이동된다.

그리고, 상기 배출슈트(110)에는, 소재(M)의 우측 이동을 위해 컨베이어벨트 등이 더 구비되기도 한다.

이하에서는, 상기와 같은 구성을 가지는 브로칭(broaching)머신에 의해 인풋샤프트의 가공방법에 대해 살펴본다. 즉, 본 발명에 의한 인풋샤프트의 가공방법을 도 1 내지 도 4를 참조하여 구체적으로 살펴본다.

도 3에는 본 발명에 의한 인풋샤프트의 가공방법이 블럭도로 도시되어 있고, 도 4에는 본 발명에 의해 가공되는 소재의 상태가 평면도로 각각 도시되어 있다.

이와 같이, 본 발명에 의한 인풋샤프트의 가공방법은, 소재(M)가 공급되는 공급단계(S300)와, 소재(M)를 로딩수단(140)에 의해 집어 후진하여 대기하는 대기단계(S310)와, 브로칭(broaching)머신에 의해 소재(M)의 일단에 홈을 가공하는 홈가공단계(S320)와, 상기 홈가공단계(S320)를 거친 소재(M)의 일단을 브로칭(broaching)머신에 의해 일면씩 가공하는 일단가공단계(S330)와, 상기 일단가공단계(S330)가 완료된 소재를 180도 회전시키는 터닝단계(S340)와, 상기 터닝단계(S340)를 거친 소재(M)의 타단을 브로칭(broaching)머신에 의해 양면을 동시에 가공하는 타단가공단계(S350)와, 상기 타단가공단계(S350)가 완료된 소재(M)를 외부로 이동하는 취출단계(S360) 등으로 구성된다.

상기 공급단계(S300)는, 외부로부터 상기 공급슈트(100)를 통해 소재가 공급되는 단계이다. 이때 상기 공급슈트(100)는 경사지게 형성되어 있으므로, 외부로부터 공급슈트(100)의 좌측단에 소재가 놓이면, 자연적으로 공급슈트(100)의 우측단으로 소재가 굴러 내려오게 된다. 그리고, 이때의 소재(M)는, 도 4의 (a)와 같은 상태이다.

상기 대기단계(S310)는, 상기 공급슈트(100)의 소재(M)를 집어 대기하는 단계이다. 즉, 상기 로딩수단(140)이 공급슈트(100)의 소재를 집어올려, 후진한 다음 소정 시간 대기하는 과정이다.

상기 홈가공단계(S320)는, 상기 제1가공툴(190)에 의해 소재가 가공되는 단계이다. 이때에는 먼저, 상기 로딩수단(140)에 의해 소재(M)가 고정치구(130)로 옮겨지고, 상기 제1툴홀더(240)가 하강한다. 따라서, 상기 제1가공툴(190)에 의해 소재의 우측면에 브로칭(broaching)가공이 이루어진다. 이와 같은 홈가공단계(S320)가 완료되면, 도 4의 (b)와 같이 소재(M)의 후단 우측면에는 반지름(R) 5.5mm의 홈이 형성된다.

상기 홈가공단계(S320)가 완료되면, 상기 제1이송수단(150)에 의해 소재(M)가 다시 우측으로 옮겨져 상기 일단가공단계(S330)가 수행되며, 이때에는 상기 제2가공툴(192)에 의해 소재의 가공이 이루어진다.

상기 일단가공단계(S330)는, 소재(M)의 후단 일면을 브로칭(broaching)가공하는 일단제1가공과정(S332)과, 소재(M)의 후면 다른 일단을 브로칭(broaching)가공하는 일단제2가공과정(S334) 등으로 이루어진다.

상기 일단제1가공과정(S332)은, 상기 제1이송수단(150)이 소재를 집어 시계방향으로 회전시킨 다음, 일면을 브로칭(broaching)머신에 의해 가공하는 과정이다. 즉, 소재(M)를 시계방향으로 약 60°회전시킨 다음, 상기 제2가공툴(192)의 하측에 위치한 고정치구(130)에 장착시켜, 제2가공툴(192)에 의해 소재에 18.5mm 길이의 면가공이 이루어지도록 하는 과정이다.

이와 같은 일단제1가공과정(S332)이 이루어진 소재의 형상이, 도 4의 (c)에 도시되어 있다.

상기 일단제2가공과정(S334)은, 상기 일단제1가공과정(S332)을 거친 소재를 반시계방향으로 회전시킨 다음, 다른 일면을 브로칭(broaching)머신에 의해 가공하는 과정이다. 즉, 먼저 상기 제1이송수단(150)이 고정치구(130)에 고정되어 있는 소재를 다시 집어, 반시계방향으로 120°회전시킨 다음, 다시 상기 제2가공툴(192)의 하측에 있는 고정치구(130)에 장착시킨다. 이렇게 되면, 상기 제1툴홀더(240)가 하방으로 내려오게 되고, 이때 상기 제2가공툴(192)에 의해 소재의 후단이 브로칭(broaching)가공된다. 이와 같은 일단제2가공과정(S334)이 완료되었을 때의 소재 상태가 도 4의 (d)에 도시되어 있다.

상기 터닝단계(S340)는, 상기 일단가공단계(S330)가 완료된 도 4의 (d)와 같은 소재를 180도 회전시켜 도 4의 (e)와 같이 되도록 위치시키는 과정이다. 이때에는 상기 터닝유닛(200)이 사용되며, 이와 같은 터닝단계(S340)에 의해 아직 가공되지 않은 소재(M)의 선단도 가공이 이루어지게 된다.

구체적으로 살펴보면, 상기 일단제2가공과정(S334)이 완료된 다음, 상기 제2이송수단(160)이 소재를 집어, 상기 터닝유닛(200)에 전달한다. 그러면, 상기 터닝유닛(200)이 소재를 180°회전시켜, 소재의 전후가 바뀌도록 한다.
즉, 상기 제2이송수단(160)이 도 2와 같은 상태에서 우측으로 이동하게 되며, 이때 제2이송수단(160)에 고정된 소재(M)가 상기 터닝유닛(200)에 물려지고, 상기 제2이송수단(160)은 소재를 놓아두고 후진(도 2에서는 좌측)한다.
다음으로는, 상기 터닝유닛(200)에 구비된 회전실린더에 의해 소재(M)가 180도 회전한 다음에는 그 상태로 대기하게 된다.

그런 다음, 상기 제3이송수단(170)이 터닝유닛(200)의 소재를 다시 집어, 상기 제3가공툴(194) 하측의 고정치구(130)에 장착시킨다.
구체적으로 살펴보면, 상기 터닝단계(S340)가 진행된 다음에는 상기 이송지지대(280)가 좌측(도 1에서)으로 이동하게 되어, 상기 터닝유닛(200)의 전방에는 도 1과 같이 제3이송수단(170)이 위치하게 된다. 그리고는, 상기 제3이송수단(170)이 터닝유닛(200)으로 접근하여 소재(M)의 끝단을 집는다. 이때 상기 터닝유닛(200)은 소재를 놓게 되고, 제3이송수단(170)은 소재(M)를 집은 상태에서 후진(도 2에서는 좌측)하여 도 2와 같이 원위치한다.
다음으로는, 상기 이송지지대(280)가 우측(도 1에서)으로 이동하게 되어, 상기 제3이송수단(170)은 다시 상기 제3가공툴(194) 하측의 고정치구(130) 전방에 위치된다. 그리고, 상기 제3이송수단(170)은 소재(M)를 집은 채로 전진하여, 물고 있던 소재(M)를 상기 고정치구(130)에 장착시키고 후진하여 원위치한다.
이렇게 되면, 상기 타단가공단계(S350)가 진행된다.

이와 같이, 상기 타단가공단계(S350)는, 상기 터닝단계(S340)를 거친 소재(M)의 타단을 브로칭(broaching)머신에 의해 양면을 동시에 가공하는 과정으로, 소재의 단부 양면을 가공하는 타단제1가공과정(S352)과, 다른 양면을 가공하는 타단제2가공과정(S354) 등으로 이루어진다.

상기 타단제1가공과정(S352)은, 상기 터닝단계(S340)를 거친 소재를 시계방향으로 더 회전시킨 다음, 양면을 브로칭(broaching)머신에 의해 동시에 가공하는 과정이다. 즉, 상기 제3이송수단(170)이 터닝유닛(200)의 소재를 집은 다음, 시계방향으로 29.75°회전시킨다. 그런 다음, 상기 제2툴홀더(242)가 아래로 내려오면서 상기 제3가공툴(194)에 의해 소재의 좌우 양면을 동시에 브로칭(broaching)가공한다.

이와 같은 타단제1가공과정(S352)에서는, 소재의 끝단부가 16.96mm의 폭이 되도록 가공하는 과정이다. 그리고, 이러한 타단제1가공과정(S352)에 의해 가공이 완료되고 나면, 소재는 도 4의 (f)와 같은 상태가 된다.

상기 타단제2가공과정(S354)은, 상기 타단제1가공과정(S352)을 거친 소재를 반시계방향으로 회전시킨 다음, 다른 양면을 브로칭(broaching)머신에 의해 동시에 가공하는 과정이다. 즉, 상기 타단제1가공과정(S352)을 거친 소재를 상기 제3이송수단(170)이 다시 집어, 소재를 반시계방향으로 10.5°회전시킨다. 그런 다음, 다시 소재를 상기 제3가공툴(194) 하측의 고정치구(130)에 장착시킨다. 이렇게 되면, 상기 제2툴홀더(242)가 다시 아래로 내려오게 되고, 상기 제3가공툴(194)에 의해 소재의 좌우 양면이 동시에 브로칭(broaching)가공으로 깎이게 된다.

이와 같은 타단제2가공과정(S354)에서는, 소재의 끝단부가 16.96mm의 폭이 되도록 가공하는 과정이다. 그리고, 이러한 타단제2가공과정(S354)에 의해 가공이 완료되고 나면, 소재는 도 4의 (g)와 같은 상태가 된다.

이와 같은 상기의 과정들이 완료되고 나면, 인풋샤프트의 가공이 완료되며, 다음으로는 소재(M)를 브로칭(broaching)머신의 외부로 이동하는 취출단계(S360)가 진행된다. 도 4의 (h)에는 외부로 취출되는 소재의 상태가 도시되어 있다.

이러한 본 발명의 범위는 상기에서 예시한 실시예에 한정되지 않고, 상기와 같은 기술범위 안에서 당 업계의 통상의 기술자에게 있어서는 본 발명을 기초로 하는 다른 많은 변형이 가능할 것이다.

S300. 공급단계 S310. 대기단계
S320. 홈가공단계 S330. 일단가공단계
S340. 터닝단계 S350. 타단가공단계
S360. 취출단계