멀티-기어 호빙 방법 및 그 방법의 적용

멀티-기어 호빙 방법 및 그 방법의 적용{Method for multi-gear hobbing and its application thereof}

본 발명은 일반적으로 단일의 호브 커터를 이용하여 다수의 기어 작업대상물들을 동시에 호빙하는 방법에 관한 것이다. 주로 본 발명은, 기어 호빙 산업계에서 이용되는 고속의 자동화된 건식 호빙 머신의 기술분야에서 바람직하게는 단일 유형의 기어에 관한 복수의 작업대상물들을 동시에 호빙하는 방법에 관련된다.

스퍼 기어 및 헬리컬 기어를 형성하기 위하여 가장 널리 이용되는 기어 절삭 공정이고, 또한 호빙은 상대적으로 신속히 이루어지기 때문에 다른 어떤 공정보다 호빙에 의하여 절삭되는 기어가 많다.

기어의 요망되는 품질과 높은 마모 저항 특성을 유지함과는 별도로, 가능한 적은 시간 내에 최소한의 자원을 이용해서 기어를 신속히 제조하는 것은 기어치(tooth)들을 갖는 기어들을 비용면에서 효율적으로 제조함에 있어서 가장 중요한 사항이다.

종래 기술에 있어서, 호브 커팅 머신(hob cutting machine)은 호빙 기어 작업대상물들을 하나씩 가공할 수 있도록 설계된다. 그러한 호빙 작업은 통상적으로 거기에서 적용가능한 소정의 소프트웨어 또는 로직 메카니즘(logic mechanism)에 의해서 자동화되어 있고, 한 싸이클의 호빙 작업은 기어 작업대상물의 직경에 따라서 수 초 내지 수분 내에 완료된다.

본 발명의 주된 목적은, 바람직하게는 자동 건식 호빙 머신에서, 단일의 호브 커터를 작동시킴에 의하여 다수의 기어 작업대상물들에 대한 호빙 작업을 동시에 수행하는 방법을 제안하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 워크-아버(work-arbor) 상에 다수의 기어 작업대상물들을 동시에 로딩/장착함을 위한 선택적 모듈을 제안하는 것인데, 상기 로딩/장착은 경우에 따라서 수평 또는 수직의 적재(stacking)이며, 바람직하게는 적합한 워크-아버 상에 미리 결정된 수의 기어 작업대상물들의 세트가 자동으로 로딩된다.

본 발명의 다른 목적은, 가상의 원통형 기어 작업대상물로서 가상 기어 작업대상물(virtual gear work-piece)을 제안하는 것인데, 이것은 복수의 기어 작업대상물들을 적재/장착시킴에 의하여, 관련된 호빙 머신의 워크-아버에 실제로 형성되고, 상기 가상 기어 작업대상물의 직경은 그것의 장착된 개별 기어 작업대상물 각각과 유사하며, 상기 가상 기어 작업대상물의 두께는 동시적인 호빙을 위하여 상기 워크-아버 상에 동시에 장착된 모든 기어 작업대상물들의 두께들의 총합과 같거나 그보다 크다.

본 발명의 다른 목적은, 상기 워크-아버 상에 상기 가상 기어 작업대상물들을 형성함에 있어서 선택적으로 적용되는 소정 유형의 간격형성 요소들을 적용함을 제안하는 것인데, 상기 간격형성 요소들과 기어 작업대상물들은 상기 워크-아버 상에 서로 교번적으로 동시에 로딩/장착되며, 따라서 교번적으로 배치된 기어 작업대상물들 및 간격형성 요소들로 만들어진 상기 가상의 기어 요소의 총 두께는 동시에 호빙되기 위하여 장착되는 기어 작업대상물들의 두께들의 총합보다 크게 된다.

본 발명의 다른 목적은, 복수의 기어 작업대상물들을 포함하고 선택적으로는 복수의 간격형성 요소들도 포함하는 상기 원통형 가상 기어 작업대상물을 단일의 호브 커터를 이용하여 동시적인 호빙 작업을 수행하는 중에 보유 및 핸들링(handling)할 수 있는 워크-아버를 제안하는 것인데, 그것은 기능적인 호브 커터와 조합되어 여기에서 제안되는 호빙 작업을 지원하기 위하여 미리 정해진 기계적인 기능 및 움직임을 수행할 수 있다.

본 발명의 다른 목적은 호브 또는 호브 커터를 제안하는 것인데, 상기 단일의 호브 또는 호브 커터는, 복수의 기어 작업대상물들을 포함하고 선택적으로는 복수의 간격형성 요소들을 포함하며 상기 워크-아버 상에 장착된 상기 원통형 가상 기어 작업대상물의 원통형 둥근 표면 상에 기어치를 절삭할 수 있고, 그것은 기능적인 워크-아버와 조합되어 여기에서 제안되는 호빙 작업을 지원하기 위하여 미리 정해진 기계적인 호브 절삭 기능 및 움직임을 수행할 수 있다.

본 발명의 다른 목적은 호빙된 복수의 기어들을 상기 호빙 머신의 워크-아버로부터 동시에 자동적으로 언로딩(unloading)함을 위한 선택적 모듈을 제안하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 자동 건식 호빙 머신에서 필요한, 효과적인 배기 팬(exhaust fan)을 포함하는 효과적인 연무 통제 모듈을 제안하는 것이다.

상기 주된 목적은 본 발명에 따라 자동 건식 호브 밀링 머신에서 단일의 호브 커터를 이용하여 다수의 기어 작업대상물들을 동시에 호빙하기 위한 멀티-기어 호빙 방법 및 그 방법의 적용에 의해 달성되는바, 상기 호빙 작업은 주로, (i) 바람직하게는 복수의 기어 작업대상물들을 포함하는 가상 기어 작업대상물이 로딩되는 워크-아버로서, 상기 기어 작업대상물들은 워크-아버에 함께 적재되고, 상기 기어 작업대상물들 사이에는 복수의 간격형성 요소들이 구비되거나 구비되지 않을 수 있는, 워크-아버; (ii) 상기 가상 기어 작업대상물의 완전한 원통형 표면에 호빙 작업을 수행하기에 적합한 호브 커터; 및 (iii) 바람직하게는 상기 자동 건식 호빙 머신의 본질적인 부분으로서 구비된, 효과적인 연무 통제 모듈 및 공기 냉각 시스템;과 관련된다.

본 발명의 다른 목적은 적어도 본원의 종속항들에 기재된 구성에 의하여 달성된다.

일반적으로 본 발명은 기어 호빙 머신 상에서의 신규한 자동 호빙 작업에 관한 것인데, 다수의 기어 작업대상물들은 적합하게 설계 및 구성된 워크-아버 상에 동시에 장착된다. 상기 워크-아버는, 복수의 기어 작업대상물들을 효과적으로 보유할 수 있도록 그리고 거기에서 복수의 기어 작업대상물들에 대해 동시적인 호빙 작업을 수행함을 위한 미리 정해진 기계적 기능 및 움직임을 수행할 수 있도록 설계된다. 그러한 동시적인 멀티 호빙 작업은 다수 유형의 기어들, 즉 스퍼 기어(spur gear), 헬리컬 기어(helical gear), 크라운 기어(crowned gear), 테이퍼 기어(tapered gear), 워엄 기어(worm gear), 피니언(pinion), 등에 대해 적용할 수 있다. 기어치 프로파일(teeth profile)은, 워크-아버 상에 원통형 가상 기어 작업대상물로서 동시에 장착된 기어들 각각의 둥근 원통형 표면 상에 형성된다. 워크-아버 및 워크-아버의 호브 커터의 기능적 능력 및 치수에 따른 특정 개수의 기어 작업대상물들이 자동화된 소프트웨어에 의해 안내되는 호브 밀링 머신(hob milling machine)의 워크-아버 상에 일단 장착되며, 거기에 원통형 가상 기어 작업대상물이 형성되고, 상기 원통형 가상 기어 작업대상물의 완전한 원통형 표면은 단일 호브 커터의 작용을 받게 된다. 바람직하게는 상기 호브 커터가 호브 절삭되는 기어치의 프로파일, 길이, 및 직경과 같은 치수를 가져서, 기어 작업대상물들 모두에 대해 동시에 그에 대응되는 기어치의 프로파일을 요망되는 방식과 각도로 절삭할 수 있다. 상기 원통형 가상 기어 작업대상물에 대한 그와 같은 동시적인 호빙 작업을 위하여, 상기 호브 커터 및 워크-아버의 상호간 수직/수평 움직임들, 호브 커터의 RPM, 워크-아버의 회전 움직임에 관한 빈도(frequency), 등이 적합하게 프로그램된다.

상기 호브 작업을 수행함에 있어서의 빈도는 소정의 소프트웨어 및/또는 적합한 로직 프로그램에 의해 통제된다.

상기 원통형 가상 기어 작업대상물 상에서의 동시적인 호빙 작업의 바람직한 특정예에 있어서, 그 과정은 다음과 같이 단계적인 방식으로 진행된다.

단계 I: 주로 단조 작업에 의해서, 호빙의 대상이 되는 기어 블랭크 작업대상물(gear blank work piece)을 준비함;

단계 II: 특정 개수의 기어 작업대상물들을 바람직하게는 수직 자세로 상기 워크-아버 상에 장착하여, 바람직하게는 자동적으로 원통형 가상 기어 작업대상물이 형성됨;

단계 III: 바람직하게는 자동 방식으로, 상기 특정 개수의 기어 작업대상물들의 세트(set)에 대해, 원통형 가상 기어 작업대상물과 같이, 기능적인 원통형 호브 커터의 작용을 받도록 하는 단계로서, 상기 호브 커터는 수평/수직 또는 각도의 방향으로 위치되며, 그 호브 커터의 작용은 상기 가상 원통형 기어의 완전한 원통형 표면 상에 대응되는 기어치를 형성하기 위해서 상기 기어 작업대상물들 상에 동시적인 호빙 작업을 수행하도록 이루어짐;

단계 IV: 복수의 기어 작업대상물들에 대한 동시적인 호빙 작업 후에, 바람직하게는 자동적으로, 작업이 완료된 기어들을 상기 워크-아버로부터 제거하고, 동일한 워크-아버 상에 동일한 개수의 기어 작업대상물들을 다시 로딩함.

여기에서 제안되는 복수의 기어 작업대상물들에 대한 동시적인 호빙 작업에서는 가상 기어 작업대상물과 호브 커터 간의 접촉 면적과 시간이 상당히 증가되기 때문에, 작업 중에 실질적은 많은 체적의 연무와 높은 열이 발생될 것이다. 따라서, 바람직하게는 건식으로(즉, 물과 같은 액체를 이용하지 않고) 상기 발생된 연무와 열을 배출시키기 위한 효과적인 모듈을 적용하는 것이 중요하다. 사용시 상기 호브 커터의 작용 영역 주위에는 효과적인 배기 팬과 효과적인 공기 순환 덕트(air circulation duct)가 제공된다.

바람직하게는 건식 자동 립헬 호빙 밀링 머신(dry automatic Liebherr hob milling machine)에서 호빙되는 기어 작업대상물의 바람직하고 예시적인 일 실시예에서, 기어 작업대상물의 원통형 표면의 두께 또는 길이는 12mm이고, 그 직경은 40 내지 50 mm 의 범위이다. 여기에서 선택된 호빙 밀링 머신은, 유사한 기어 작업대상물들을 동시적으로 다수 호빙하는 것이 아니라 하나씩 호빙하는 데에 적용가능한 통상적인 플랫폼(platform)과 동일한 플랫폼을 갖는다는 점이 중요하다. 그렇기 때문에, 개별 기어 작업대상물 다섯개로 이루어진 원통형 가상 기어 작업대상물의 원통형 둥근 표면의 총 두께 또는 길이는 60mm이다. 상기 원통형 가상 기어 작업대상물의 직경은 상기 워크-아버 상에 장착되는 개별 기어 작업대상물들 다섯개 모두와 같은바, 40 내지 50 mm 의 범위 내에 있다.

동일한 자동 건식 호빙 머신에서 호빙 작업이 종래의 방식으로 수행된다면, 한 번의 호빙 사이클의 시간이 소요될 때 하나의 기어 작업대상물만이 호빙될 것이고, 이 시간은 바람직하게는 75초이다. 그러나, 여기에서 제안된 복수의 기어 작업대상물들을 동시에 호빙하는 방법에 따르면, 다섯개의 기어 작업대상물들을 포함하는 상기 원통형 가상 기어 작업대상물의 완전한 원통형 표면 상에 기어치를 형성하기 위한 한 번의 호빙 사이클에 소요되는 총 시간도 바람직하게는 75초이다. 그러므로, 두께 12mm 의 기어 작업대상물 한 개의 호빙 사이클에 소요되는 시간은 상기 원통형 가상 기어 작업대상물의 호빙에 소요되는 총 75초의 1/5, 즉 15초이다.

동시적인 호빙 작업의 다른 바람직한 예시적 실시예에서는, 기어 작업대상물의 편평한 표면들 중의 하나에 소정의 러그(lug)가 제공된다. 그 기어 작업대상물들의 표면들은 매끄럽지 않고, 따라서 그 기어 작업대상물들을 복수로 적재함에 적합하지 않으므로, 두 개의 기어 작업대상물들 사이에 소정의 간격형성 요소가 개재되도록 함으로써, 적절한 원통형 가상 기어 작업대상물이 얻어지도록 한다. 따라서, 바람직한 원통형 가상 기어 작업대상물의 예시적인 실시예가 형성되는바, 여기에서는 개별의 실제 기어 작업대상물들과 간격형성 요소들이 교번적으로 배치되며, 개별의 기어 작업대상물들의 개수는 미리 정해진다. 복수의 기어 작업대상물들 및 복수의 간격형성 요소들로 이루어진 이러한 원통형 가상 기어 작업대상물은 여기에서 제안되는 동시적인 호빙 작업이 수행되기에 적합하다.

본 발명은 특정의 실시예들을 참조로 하여 설명되었으나, 그 설명은 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안 될 것이다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 상세한 설명을 참조로 하여 여기에서 설명된 실시예들의 다양한 변형예들은 물론 본 발명의 대안적인 실시예들을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 아래에서 정의되는 본 발명의 범위 또는 취지를 벗어나지 않는 범위 내에서 그와 같은 변형예들이 고찰될 수 있다.