기계공작법

4 편 절 삭 가 공

[3] planer 및 shaper에 의한 치차가공(교과서 p.429)

(1) gear planer에서 단인 rack cutter에 의한 가공:

그림에서와 같이 단인총형 rack cutter A를 planer의 slide에 따라 왕복운동시키고 A의 귀환운동중에 slide B에 의하여 공구를 횡방으로 이동시키면서 가공물을 회전시킴으로써 lack 이 가공물인 pinion과 맞물고 있는 상태에 있는 것과 같은 상태에서 1개의 치형을 완성하고, 가공물을 분할기구에 의하여 분할하고 다시 다른 치를 가공하는 과정을 통하여 평치차가공을 완성한다.

gear Planer에서 rack cutter에 의한 gear 가공
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(2) gear shaper에서 다인 rack cutter에 의한 가공:

다음 그림은 gear shaper에 의한 치차가공의 대표적인 예로서, 공구대가 고정된 ram이 범용 shaper 또는 slotter에서와 같이 직선운동을 하면서 공구대에 설치된 rack cutter가 치차 소재를 가공하도록 되어 있다. spur gear 전용에서는 ram을 경사시킬 수 없으나, spiral gear도 가공할 수 있는 것에서는 ram을 임의 각으로 경사시킬 수 있다. ram의 귀환행정중에 가공물이 회전하여 가공물인 pinion이 cutter인 rack과 맞물고 돌아가는 것과 같은 운동을 하면서 절삭작용이 이루어진다.

gear shaper에서 pinion cutter에 의한 gear 가공
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(3) gear shaper에서 pinion cutter에 의한 가공:

그림과 같이 치차 형상의 pinion cutter를 왕복운동시켜 처음에 치형높이 만큼의 깊이로 가공하고, 이어서 cutter와 가공물에 회전운동을 주어 완성하여 간다. 가공물의 회전은 변환 gear에 의하며 가공물의 1회전으로 gear가 완성될 수도 있고 가벼운 다듬질가공이 따를 수있다. 1500 strokes/min 정도로서 아주 능률적인 절삭을 수행할 수 있다.

gear shaper에서 pinion cutter에 의한
평치차 가공(Fellow Gear Shaper Co.)
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(4) gear shaper에서 gang cutter에 의한 가공:

Stevenson Gear Co.에서 개발된 것으로서 그림에서와 같이 반경방향으로 설치된 총형 cutter에서는 반경방향의 이송을 주고 가공물이 왕복운동을 하여 평치차를 가공한다. 치형을 균일하게 하기 위하여 각 행정 후에 가공물을 분할회전 시키고 가공한다.
bevel gear의 외측과 내측에서 치폭이 다르기 때문에 총형 cutter로 치형을 가공할 수 없다.

Stevenson gear shaper with gang type cutter
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[4] bevel gear 가공

원추면(圓錐面)에 이(齒)를 가공한 치차를 ☞ bevel gear라 하고, 교차하는 축간의 회전운동을 전달한다. bevel gear에는 직선 bevel gear(straight bevel gear), 나선 bevel gear(helical bevel gear) 및 spiral bevel geal 등이 있다.

bevel gear의 종류
직선 bevel gear의 각부 명칭

bevel gear 가공법에는

총형공구(總形工具)에 의한 milling
창성법(創成法)
형판(型板)을 이용한 모방절삭
- Gleason 식
- Reinecker 식
- Bilgram 식
- Klingelnberg 식
- Heidenreich 식

등이 있으나 주로 사용되는 것은 Gleason 식이다.

(1) 직선 bevel gear 가공:

(1-1) Gleason 식에 의한 방법:

그림은 Gleason 식 치차절삭기의 원리를 보여 주는 것으로서, bevel gear와 같은 치형의 각을 갖는 공구가 gear 소재 W를 가공한다. 즉 공구 C(왕복하는 2개의 공구)가 D면을 활동(滑動)하면서 절삭작용을 하며 소재 W를 요동시켜 bevel gear의 외측 홈을 넓게 가공한다. crown gear상에서 요동하는 master gear B와 가공되는 bevel gear가 같은 pitch angle을 갖게 되면 요동 조정이 용이하다. 1개의 치형이 완성되면 공구 C를 소재와 분리하여 변환 gear(표로 제공됨)에 의하여 정해진 1 pitch 만큼 회전시켜서 다시 가공을 시작한다. 이 공작기계는 ☞ 초벌 홈가공된 가공물을 다듬는 데에 사용되기도 한다.

Gleason 식 bevel gear shaper에 의한 창성 원리
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Gleason Bevel Gear Shaper에서 창성과정을 보인다.
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아래 그림은 bevel gear 창성법의 다른 예이다.

2개의 cutter에 의한 직선 bevel gear 창성법
☜ shaper에 의한 bevel gear 창성법

(2) spiral bevel gear 가공:

미국의 Gleason 회사에서는 원호(圓弧), 이탈리아의 Fiat 회사에서는 cycloid 곡선, 독일의 Klingelnberg 회사에서는 involute 곡선을 각각 치형곡선으로 택하고 있다. 다음 그림은 ring cutter에 의한 spiral bevel gear 가공 원리를 도시한 것이며, ring 상의 cutter의 회전으로 원호상의 치형을 얻을 수 있다.

ring cutter에 의한 spiral bevel gear 가공
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[5] rack 가공

☞ rack은 총형공구에 의한 평삭 또는 milling으로 가공되거나 창성법으로 가공된다. 즉 knee type milling machine에서는 table를 이송하고, rack 절삭용 특수공작기계에서는 cutter를 이송하기도 한다. 단일 cutter로 rack을 가공할 수도 있고, pitch의 간격으로 배열된 2개 이상의 gang cutter를 사용하여 능률적인 생산을 할 수 있다. gang cutter는 단계적으로 절삭할 수 있도록 되어 있으며 최종 가공에는 총형 cutter가 사용된다.

rack cutting machine에서 폭이 좁은 roughing cutter 1개와 finishing cutter 2개를 사용한 예

rack cutting machine에서 폭과 직경이 작은 roughing cutter 2개와 finishing cutter 1개를 사용한 예

[6] 치차의 다듬질

치차절삭기에 의하여 가공된 치차는 치(齒)홈 또는 치면(齒面)이 거칠고, 열처리 등을 할 경우에는 치형(齒形)이 변형하여 치차의 물림이 원활하지 못한 경우가 있는데, 이를 바로 잡는 방법은 다음과 같다.

(1) shaving:

pitch가 정확한 치형을 가진 그림과 같은 shaving cutter를 가공 gear와 교차시켜 맞물고 회전시키면 운동에 방해가 되는 부분을 shaving cutter에 있는 절인이 깍아내어 정확한 치홈 폭, helix 각, 치형, 중심도 등으로 다듬는다. 축을 교차시키는 대신 평치차에 대해서는 helical cutter를, helical gear에 대해서는 평 cutter(spur cutter)를 사용하기도 하며, shaving 여유는 가능하면 적은 것이 좋다. shaving cutter의 원주속도는 보통 100~130mm/min, 이송은 0.2 ~ 0.4mm/rev, 반지름방향의 절삭깊이는 0.02~0.04mm, 교차각은 8~12°이다.

회전형 shaving cutter
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보다 정밀도가 높은 shaving에는 그림과 같이 rack 형 shaving cutter를 사용한다. shaving cutter의 치면에는 0.7 ~ 1mm 폭의 홈이 많이 새겨져 있어 이것과 가공물의 치면이 접촉하면서 맞물고 돌아가면 소량씩 가공물의 치면이 다듬어진다.

rack 형 shaving cutter

(2) honing, lapping 및 연삭:: 경화된 치차의 이(齒)에 있는 burr의 제거, 치의 표면정도 향상을 위하여 치차를 공작물과 맞물리고 honing 입자를 첨가한 액을 분사하면서 공작물을 축방향으로 왕복운동시키는 ☞ 액체 honing을 1분 정도 하면 정밀한 다듬질이 된다.