KR101461883B1 - 크랭크샤프트 열처리장치 - Google Patents

Abstract

크랭크샤프트 열처리 장치가 개시된다. 개시된 크랭크샤프트 열처리 장치는 ⅰ)베이스 프레임과, ⅱ)크랭크샤프트가 회전 가능하게 지지되며, 베이스 프레임에 대해 수평 왕복 이동 및 상하 왕복 이동 가능하게 설치되는 지그 프레임과, ⅲ)소정의 고정된 위치에서 크랭크샤프트의 핀부와 저널부에 레이저빔을 조사하여 그 핀부와 저널부를 열처리하는 레이저유닛을 포함할 수 있다.

Description

크랭크샤프트 열처리장치 {HEAT TREATMENT APPARATUS FOR CRANK SHAFT}

본 발명의 실시예는 차량용 크랭크샤프트의 열처리 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 레이저를 이용하여 크랭크샤프트를 열처리할 수 있도록 한 크랭크샤프트 열처리 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 자동차 메이커에서 한 대의 완성차를 생산하기 위해서는 소재의 선택에서부터 제품 양산까지 수많은 공정을 거친다.

이중에서 크랭크샤프트, 캠샤프트 등과 같은 엔진 가공물은 엔진 가공 라인에서 일체 단조 또는 주조 공정을 통하여 샤프트 몸체를 제작한 후, 그 샤프트 몸체의 여러 가지 가공 공정을 거쳐 완성품으로 만들어지고 있다.

여기서, 크랭크샤프트는 크랭크실 내에서 저널베어링에 지지되며, 각 실린더의 동력 행정에서 얻어진 피스톤의 직선운동을 회전운동으로 바꾸어 엔진의 출력을 외부에 전달하는 기능을 한다. 이러한 크랭크샤프트는 편심축에 형성되는 저널부와, 커넥팅 로드에 연결되는 핀부로 이루어진다.

한편, 크랭크샤프트를 가공하는 공정에서는 피스톤의 왕복 수직 운동을 회전운동으로 변환하는 저널부와 핀부의 마찰 및 마모에 의한 파손을 방지하기 위해 크랭크샤프트에 열처리를 수행하고 있다.

크랭크샤프트 열처리 방법으로는 일 예로서, 크랭크샤프트의 저널부와 핀부의 외경에 전용 코일을 설치하고, 전용 코일에 전원을 인가함으로써 고주파 유도 가열을 이용하여 크랭크샤프트의 저널부와 핀부를 열처리하는 고주파 방식의 열처리기를 사용하고 있다.

즉, 상기와 같은 고주파 방식의 열처리기는 전용 코일이 크랭크샤프트의 핀부에 맞물려 그 핀부의 편심 회전에 따라 회전하며 전용 코일에 의한 고주파 유도 가열 방식으로 핀부의 열처리를 실시한다.

그러나, 이와 같은 고주파 유도 가열 방식의 크랭크샤프트 열처리 방식은 고가의 고주파 열처리기를 사용하므로 설비 투자비가 증가하고, 전용 코일의 셋팅 불량 등으로 인해 불량품의 유출을 야기시킬 수 있다.

본 발명의 실시예들은 회전하는 크랭크샤프트로 레이저 빔을 조사하여 핀부와 저널부를 열처리 할 수 있도록 한 크랭크샤프트 열처리 장치를 제공하고자 한다.

또한, 본 발명의 실시예들은 원호 보간(circular arc interpolation) 지그를 적용하여 편심 회전하는 핀부의 레이저 열처리를 가능케 하는 크랭크샤프트 열처리 장치를 제공한다.

본 발명의 실시예에 따른 크랭크샤프트 열처리 장치는, ⅰ)베이스 프레임과, ⅱ)크랭크샤프트가 회전 가능하게 지지되며, 상기 베이스 프레임에 대해 수평 왕복 이동 및 상하 왕복 이동 가능하게 설치되는 지그 프레임과, ⅲ)소정의 고정된 위치에서 상기 크랭크샤프트의 핀부와 저널부에 레이저빔을 조사하여 그 핀부와 저널부를 열처리하는 레이저유닛을 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 크랭크샤프트 열처리 장치에 있어서, 상기 핀부의 편심 회전을 기준으로, 상기 지그 프레임의 원호 보간이 이루어질 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 크랭크샤프트 열처리 장치는, 상기 지그 프레임에 설치되며 상기 크랭크샤프트를 회전시키는 회전유닛과, 상기 베이스 프레임에 설치되며 상기 지그 프레임을 상기 크랭크샤프트의 회전 방향을 따라 수평 왕복 이동시키기 위한 제1 이동유닛과, 상기 제1 이동유닛에 설치되며 상기 지그 프레임을 상기 크랭크샤프트의 회전 방향을 따라 상하 방향으로 왕복 이동시키기 위한 제2 이동유닛을 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 크랭크샤프트 열처리 장치에 있어서, 상기 회전유닛은 상기 지그 프레임의 일측에 설치되며 상기 크랭크샤프트의 일측 단부와 연결되는 구동 모터와, 상기 지그 프레임의 다른 일측에 설치되며 상기 크랭크샤프트의 다른 일측 단부를 회전 가능하게 지지하는 지지실린더를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 크랭크샤프트 열처리 장치에 있어서, 상기 지지실린더는 상기 크랭크샤프트의 다른 일측 단부에 대응하여 작동 로드의 전후진 작동을 통해 상기 크랭크샤프트의 다른 일측 단부를 회전 가능하게 지지할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 크랭크샤프트 열처리 장치에 있어서, 상기 지지실린더의 작동 로드는 베어링을 통하여 상기 크랭크샤프트의 다른 일측 단부와 연결될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 크랭크샤프트 열처리 장치에 있어서, 상기 제1 이동유닛은 상기 베이스 프레임 상에 상기 크랭크샤프트의 회전 방향을 따라 수평 왕복 이동 가능하게 설치되는 제1 이동 플레이트와, 상기 제1 이동 플레이트에 대응하여 상기 베이스 프레임에 설치되는 제1 서보 모터와, 상기 제1 이동 플레이트의 하면에 고정된 제1 고정 블록과 상기 제1 서보 모터에 연결되는 제1 리드 스크류를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 크랭크샤프트 열처리 장치에 있어서, 상기 제1 이동 플레이트는 상기 베이스 프레임의 상면에 구비된 제1 가이드 레일에 제1 레일 블록을 통하여 수평 방향으로 슬라이드 이동 가능하게 장착될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 크랭크샤프트 열처리 장치에 있어서, 상기 제2 이동유닛은 상기 제1 이동유닛에 설치되며 상기 지그 프레임의 양측이 상하 방향으로 슬라이드 이동 가능하게 결합되는 가이드부재와, 상기 지그 프레임에 대응하여 상기 제1 이동유닛에 설치되는 제2 서보 모터와, 상기 지그 프레임의 하면에 고정된 제2 고정 블록과 상기 제2 서보 모터에 연결되는 제2 리드 스크류를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 크랭크샤프트 열처리 장치에 있어서, 상기 제2 고정 블록은 상기 지그 프레임의 하면에 상하 방향으로 고정되는 파이프 너트로서 구비될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 크랭크샤프트 열처리 장치에 있어서, 상기 제2 이동유닛은 상기 제1 이동 플레이트의 양측에 상하 방향으로 각각 배치되며 상기 지그 프레임의 양측이 상하 방향으로 슬라이드 이동 가능하게 결합되는 가이드부재와, 상기 지그 프레임의 하면에 대응하여 상기 제1 이동 플레이트의 상면에 설치되는 제2 서보 모터와, 상기 지그 프레임의 하면에 고정된 제2 고정 블록과 상기 제2 서보 모터에 연결되는 제2 리드 스크류를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 크랭크샤프트 열처리 장치에 있어서, 상기 지그 프레임은 상기 가이드부재에 형성된 제2 가이드 레일에 제2 레일 블록을 통하여 상하 방향으로 슬라이드 이동 가능하게 장착될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 크랭크샤프트 열처리 장치에 있어서, 상기 레이저유닛은 소정의 이송장치에 장착 브라켓을 통하여 설치되며, 레이저 발진기에서 발진된 레이저빔을 상기 지그 프레임 상에서 회전되는 상기 크랭크샤프트의 핀부와 저널부에 조사하는 레이저 옵틱 헤드를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 크랭크샤프트 열처리 장치에 있어서, 상기 지그 프레임의 수평 왕복 이동 방향을 X축이라고 정의할 때, 상기 레이저 옵틱 헤드는 상기 이송장치에 의해 Y축 방향으로 수평 왕복 이동 가능하게 설치될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 크랭크샤프트 열처리 장치에 있어서, 상기 레이저 옵틱 헤드는 상기 핀부와 저널부에 전도용접구간의 레이저빔을 조사할 수 있다.

본 발명의 실시예들은 크랭크샤프트로 레이저빔을 조사하여 저널부와 핀부를 레이저 열처리 할 수 있으므로, 기존 고주파 방식의 열처리기에 비해 설비 투자비를 절감할 수 있다.

더 나아가, 본 발명의 실시예에서는 편심 회전하는 크랭크샤프트의 핀부를 기준으로 지그 프레임의 위치를 원호 보간 방식으로 보정함으로 동일한 위치에서 레이저 옵틱 헤드를 통해 핀부에 레이저빔을 조사할 수 있다.

따라서, 본 발명의 실시예에서는 레이저빔의 초점구간 보정을 필요로 하지 않으므로, 레이저 옵틱 헤드의 구성을 단순화할 수 있다.

이 도면들은 본 발명의 예시적인 실시예를 설명하는데 참조하기 위함이므로, 본 발명의 기술적 사상을 첨부한 도면에 한정해서 해석하여서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 크랭크샤프트 열처리 장치를 개략적으로 도시한 정면 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 크랭크샤프트 열처리 장치를 개략적으로 도시한 단면 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 크랭크샤프트 열처리 장치의 작동을 설명하기 위한 도면이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.

도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않으며, 여러 부분 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다.

그리고, 하기의 상세한 설명에서 구성의 명칭을 제1, 제2 등으로 구분한 것은 그 구성이 동일한 관계로 이를 구분하기 위한 것으로, 하기의 설명에서 반드시 그 순서에 한정되는 것은 아니다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

또한, 명세서에 기재된 "...유닛", "...수단", "...부", "...부재" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 하는 포괄적인 구성의 단위를 의미한다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 크랭크샤프트 열처리 장치를 개략적으로 도시한 정면 구성도와 단면 구성도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 크랭크샤프트 열처리 장치(100)는 차량의 엔진에 채용되는 크랭크샤프트, 캠샤프트 등과 같은 샤프트 부품을 제작하기 위한 엔진 가공 라인에 적용될 수 있다.

예를 들면, 엔진 가공 라인에서는 일체 단조 또는 주조 공정을 통하여 샤프트 몸체를 제작한 후, 그 샤프트 몸체를 기계 가공 및 열처리하여 크랭크샤프트 또는 캠샤프트를 제작할 수 있다.

이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 크랭크샤프트 열처리 장치(100)를 이용하여 크랭크샤프트(1)를 열처리하는 예를 설명한다.

이러한 크랭크샤프트(1)는 회전 중심축(3)의 동축 상에 구비되는 저널부(5)와, 그 회전 중심축(3)에서 편심되게 구비되며 커넥팅 로드와 연결되는 핀부(7)로 구성된다.

그러나, 본 발명의 실시예에 따른 상기 크랭크샤프트 열처리 장치(100)는 저널부(5)와 핀부(7)를 지닌 크랭크샤프트(1)를 열처리하는데 반드시 한정되지 않고, 캠 샤프트 외에 회전 중심축에서 편심된 편심축을 지닌 기타 샤프트 부품을 열처리하는데 적용될 수도 있다.

본 발명의 실시예에 따른 상기 크랭크샤프트 열처리 장치(100)는 회전하는 크랭크샤프트(1)로 레이저빔을 조사하여 저널부(5)와 핀부(7)를 레이저 열처리 할 수 있는 구조로 이루어진다.

또한, 본 발명의 실시예는 레이저빔 초점구간의 위치 보정 없이 원호 보간(circular arc interpolation) 지그(jig)를 적용하여 편심 회전하는 핀부(7)의 레이저 열처리를 가능케 하는 크랭크샤프트 열처리 장치(100)를 제공한다.

이를 위해 본 발명의 실시예에 따른 상기 크랭크샤프트 열처리 장치(100)는 기본적으로, 베이스 프레임(10), 지그 프레임(20), 회전유닛(30), 제1 이동유닛(50), 제2 이동유닛(70) 그리고 레이저유닛(90)을 포함한다.

이하에서 전방은 도 2를 기준할 때 좌측 방향으로서 X(+) 방향으로 표시하고, 후방은 우측 방향으로서 X(-) 방향으로 표시한다. 그리고 상측 방향은 Z(+) 방향으로 표시하고, 하측 방향은 Z(-) 방향으로 표시한다.

또한, 크랭크샤프트(1)의 길이 방향으로서 X(+) 및 X(-) 방향에 평면적으로 교차하는 방향은 Y(+) 및 Y(-) 방향으로 표시한다.

베이스 프레임(10)은 하기의 각종 구성 요소들을 지지하기 위한 것으로서, 각종 브라켓, 지지블록, 플레이트, 하우징, 커버, 칼라 등과 같은 부속 요소들을 구비할 수 있다.

그러나 이와 같은 부속 요소들은 각각의 구성 요소들을 베이스 프레임(10)에 설치하기 위한 것이므로, 본 발명의 실시예에서는 예외적인 경우를 제외하고 상기한 부속 요소들을 베이스 프레임(10)으로 통칭하는 것을 원칙으로 한다.

지그 프레임(20)은 원호 보간 지그로서, 크랭크샤프트(1)를 회전 가능하게 지지한다.

지그 프레임(20)은 가공이 완료된 상태로 별도의 이송유닛에 의해 이송된 크랭크샤프트(1)를 안착시키며, 그 크랭크샤프트(1)의 양단부를 회전 가능하게 지지한다.

여기서, 원호 보간(circular arc interpolation)이라 함은 수치 제어 기계용어로서, 원호를 생성하기 위해 정리된 정보를 이용한 윤곽 제어의 한 모드로서 정의할 수 있다.

본 발명의 실시예에서 원호 보간은 크랭크샤프트(1)를 회전시키며 저널부(5)와 핀부(7)를 레이저빔으로서 열처리하는 경우, 핀부(7)의 편심 회전을 기준으로 그 핀부(7)의 편심 위치에 따라 지그 프레임(20)의 위치를 보정하는 것을 의미한다.

이는 지그 프레임(20)의 원호 보간을 적용함으로, 가공 대상이 되는 핀부(7)를 기준으로 고정된 위치에서 레이저빔을 크랭크샤프트(1)의 핀부(7)에 조사하는 경우, 편심 회전하는 핀부(7)의 편심량을 지그 프레임(20)의 위치 보정을 통해 보상함으로써 핀부(7)의 외주면 전체를 레이저 열처리할 수 있다.

이를 위해 본 발명의 실시예에 의한 지그 프레임(20)은 베이스 프레임(10)에 대해 전후 방향으로의 수평 왕복 이동 가능하게 설치되며, 상하 방향으로 왕복 이동 가능하게 설치된다.

즉, 지그 프레임(20)은 뒤에서 더욱 설명될 제1 및 제2 이동유닛(50, 70)에 의해 베이스 프레임(10)에 대해 X(+) 및 X(-) 방향으로 왕복 이동될 수 있으며, Z(+) 및 Z(-) 방향으로 왕복 이동될 수 있다.

회전유닛(30)은 지그 프레임(20)에 크랭크샤프트(1)를 지지케 하고, 그 크랭크샤프트(1)를 지그 프레임(20)에 대해 일측 방향으로 회전시키기 위한 것이다.

회전유닛(30)은 지그 프레임(20)의 양측에 설치된다. 이러한 회전유닛(30)은 지그 프레임(20)의 일측에 설치되는 구동 모터(31)와, 지그 프레임(20)의 다른 일측에 설치되는 지지실린더(33)를 포함한다.

구동 모터(31)는 크랭크샤프트(1)의 일측 단부 즉, 회전 중심축(3)의 일측 단부와 연결된다. 지지실린더(33)는 크랭크샤프트(1)의 다른 일측 단부 즉, 회전 중심축(3)의 다른 일측 단부를 회전 가능하게 지지한다.

여기서, 지지실린더(33)는 도 1에서의 Y(+) 및 Y(-) 방향으로 전후진 작동하는 작동 로드(35)를 포함하며, 그 작동 로드(35)는 크랭크샤프트(1)의 다른 일측 단부에 회전 가능하게 지지된다.

이 경우, 지지실린더(33)는 차종에 따라 길이가 다른 크랭크샤프트(1)에 대응하여 작동 로드(35)의 전후진 작동을 통해 크랭크샤프트(1)의 다른 일측 단부를 회전 가능하게 지지할 수 있다.

그리고, 지지실린더(33)의 작동 로드(35)는 선단에 장착된 베어링(37)을 통해 크랭크샤프트(1)의 다른 일측 단부와 연결된다. 베어링(37)은 구동 모터(31)에 의해 회전되는 크랭크샤프트(1)를 안정적으로 지지할 수 있다.

제1 이동유닛(50)은 뒤에서 더욱 설명될 제2 이동유닛(70)과 연결된 지그 프레임(20)을 크랭크샤프트(1)의 회전 방향을 따라 수평 방향인 X(+) 및 X(-) 방향으로 왕복 이동시키기 위한 것이다. 제1 이동유닛(50)은 베이스 프레임(10)에 구성될 수 있다.

이러한 제1 이동유닛(50)은 제1 이동 플레이트(51), 제1 서보 모터(53) 및 제1 리드 스크류(55)를 포함한다.

제1 이동 플레이트(51)는 베이스 프레임(10) 상에 크랭크샤프트(1)의 회전 방향을 따라 X(+) 및 X(-) 방향으로 왕복 이동 가능하게 설치될 수 있다.

제1 이동 플레이트(51)는 베이스 프레임(10)의 상면에 구비된 제1 가이드 레일(57)에 제1 레일 블록(59)을 통하여 X(+) 및 X(-) 방향으로 슬라이드 이동 가능하게 장착될 수 있다.

제1 가이드 레일(57)은 베이스 프레임(10)의 상면 양측 부에 X(+) 및 X(-) 방향으로 고정되게 설치된다. 제1 레일 블록(59)은 제1 이동 플레이트(51)의 하면 양측부에 고정되게 설치되며, 제1 가이드 레일(57)에 X(+) 및 X(-) 방향으로 슬라이드 이동 가능하게 결합된다.

제1 서보 모터(53)는 회전 방향 및 회전 속도의 제어가 가능한 모터로서 구비되며, 제1 이동 플레이트(51)에 대응하여 베이스 프레임(10)의 상면에 고정되게 설치된다.

그리고, 제1 리드 스크류(55)는 제1 서보 모터(53)의 회전 운동을 제1 이동 플레이트(51)의 직선 운동으로 변환시키는 것으로, 제1 서보 모터(53)의 구동축에 연결되며, 제1 이동 플레이트(51)의 하면에 고정된 제1 고정 블록(61)에 스크류 결합된다.

따라서, 제1 리드 스크류(55)를 통하여 제1 이동 플레이트(51)의 하면에 고정된 제1 고정 블록(61)과 제1 서보 모터(53)를 연결하므로, 제1 이동 플레이트(51)는 제1 서보 모터(53)의 정,역 방향 회전에 의해 제1 가이드 레일(57)을 따라 X(+) 및 X(-) 방향으로 왕복 이동될 수 있다.

제2 이동유닛(70)은 제1 이동유닛(50)에 대하여 지그 프레임(20)을 크랭크샤프트(1)의 회전 방향을 따라 상하 방향인 Z(+) 및 Z(-) 방향으로 왕복 이동시키기 위한 것이다. 제2 이동유닛(70)은 제1 이동유닛(50)에 구성될 수 있다.

이러한 제2 이동유닛(70)은 가이드부재(71), 제2 서보 모터(73) 및 제2 리드 스크류(75)를 포함한다.

가이드부재(71)는 제1 이동 플레이트(51)의 상면 양측에 상하 방향으로 각각 직립하게 배치된다. 가이드부재(71)에는 지그 프레임(20)의 양측이 상하 방향으로 슬라이드 이동 가능하게 결합된다.

여기서, 지그 프레임(20)의 양측은 가이드부재(71)에 형성된 제2 가이드 레일(77)에 제2 레일 블록(79)을 통하여 Z(+) 및 Z(-) 방향으로 슬라이드 이동 가능하게 결합될 수 있다.

즉, 제2 레일 블록(79)은 지그 프레임(20)의 양측에 고정되게 설치되며, 제2 가이드 레일(77)에 Z(+) 및 Z(-) 방향으로 슬라이드 이동 가능하게 장착된다.

제2 서보 모터(73)는 회전 방향 및 회전 속도의 제어가 가능한 모터로서 구비되며, 지그 프레임(20)의 하면에 대응하여 제1 이동 플레이트(51)의 상면에 고정되게 설치된다. 제2 서보 모터(73)는 제1 이동 플레이트(51)의 상면에서 지그 프레임(20)의 하면 측으로 직립하게 설치된다.

그리고, 제2 리드 스크류(75)는 제2 서보 모터(73)의 회전 운동을 지그 프레임(20)의 직선 운동으로 변환시키는 것으로, 제2 서보 모터(73)의 구동축에 연결되며, 지그 프레임(20)의 하면에 고정된 제2 고정 블록(81)에 스크류 결합된다.

여기서, 제2 고정 블록(81)은 예를 들면, 상단이 지그 프레임(20)의 하면에 고정되며, 하단으로 제2 리드 스크류(75)가 스크류 결합되는 파이프 너트(83)로서 구비될 수 있다.

따라서, 제2 리드 스크류(75)를 통하여 지그 프레임(20)의 하면에 고정된 제2 고정 블록(81)과 제2 서보 모터(73)를 연결하므로, 지그 프레임(20)은 제2 서보 모터(73)의 정,역 방향 회전에 의해 가이드부재(71)의 제2 가이드 레일(77)을 따라 Z(+) 및 Z(-) 방향으로 왕복 이동될 수 있다.

한편, 본 발명의 실시예에서 레이저유닛(90)은 지그 프레임(20)의 상측에서 회전유닛(30)에 의해 회전하고 있는 크랭크샤프트(1)의 저널부(5)와 핀부(7)에 레이저빔을 조사하여 이들 저널부(5)와 핀부(7)를 레이저 열처리하기 위한 것이다.

이러한 레이저유닛(90)은 소정의 이송장치(99)에 장착 브라켓(91)을 통해 장착되는 레이저 옵틱 헤드(93)를 포함하고 있다.

레이저 옵틱 헤드(93)는 레이저 발진기(95)에서 발진된 레이저빔을 지그 프레임(20) 상에서 회전하는 크랭크샤프트(1)의 저널부(5)와 핀부(7)에 조사한다.

레이저 옵틱 헤드(93)는 소정의 고정된 위치에서 레이저빔을 조사한다. 이 경우 레이저 옵틱 헤드(93)는 위에서 언급한 바 있는 이송장치(99)에 의해 위치의 고정 및 변경 등이 가능하다.

여기서, 이송장치(99)는 다축 제어 로봇(도면에 도시되지 않음) 및 직교 로봇 등과 같이 소정의 이송 대상물을 이송시키는 것으로, 베이스 프레임(10)에 설치될 수 있고, 별도의 프레임에 설치될 수도 있다.

이러한 이송장치(99)는 당 업계에서 널리 알려진 공지 기술 이송 시스템으로 이루어지므로, 본 명세서에서 그 구성의 더욱 자세한 설명은 생략하기로 한다.

한편, 본 발명의 실시예에 의한 레이저 옵틱 헤드(93)는 상기한 바와 같은 이송장치(99)에 의하여 도 1을 기준으로 X(+) 및 X(-) 방향에 평면적으로 교차하는 Y(+) 및 Y(-) 방향으로 수평 이동 가능하게 설치될 수 있다.

이 경우, 레이저 옵틱 헤드(93)는 크랭크샤프트(1)의 저널부(5)와 핀부(7)에 전도용접구간의 레이저빔을 조사할 수 있다. 즉, 레이저 옵틱 헤드(93)는 전도용접구간의 레이저빔이 갖는 열전도 특성을 이용하여 저널부(5)와 핀부(7)의 열처리를 수행할 수 있다.

이와 같은 전도용접구간의 레이저빔은 비 초점구간의 레이저빔으로서 초점 사이즈 보다 몇 배의 빔 면적을 차지한다. 그리고 전도용접구간의 레이저빔은 그 레이저빔의 밀도는 초점위치보다 훨씬 낮으나 열전도 현상을 발생시킴으로 열처리 시 급속 가열을 위해 사용된다.

이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 크랭크샤프트 열처리 장치(100)의 작동을 앞서 개시한 도면들 및 하기의 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 크랭크샤프트 열처리 장치의 작동을 설명하기 위한 도면이다.

우선 앞서 개시한 도면들을 참조하면, 본 발명의 실시예에서는 지그 프레임(20)의 회전유닛(30)에 크랭크샤프트(1)의 양단부를 결합한다.

여기서, 크랭크샤프트(1)의 일측 단부 즉, 회전 중심축(3)의 일측 단부는 구동 모터(31)에 연결되며, 크랭크샤프트(1)의 다른 일측 단부 즉, 회전 중심축(3)의 다른 일측 단부는 베어링(37)을 통해 지지실린더(33)의 작동 로드(35)에 회전 가능하게 연결된다.

이 경우, 지지실린더(33)는 차종에 따라 길이가 다른 크랭크샤프트(1)에 대응하여 작동 로드(35)의 전후진 작동을 통해 크랭크샤프트(1)의 다른 일측 단부를 회전 가능하게 지지할 수 있다.

상기와 같이 회전유닛(30)을 통해 지그 프레임(20)에 크랭크샤프트(1)를 장착한 상태에서, 본 발명의 실시예에서는 회전유닛(30)의 구동 모터(31)를 작동시켜 크랭크샤프트(1)를 일측 방향으로 회전시킨다.

이러는 과정에, 본 발명의 실시예에서는 레이저 발진기(95)에서 발진된 레이저빔을 레이저 옵틱 헤드(93)를 통해 지그 프레임(20) 상에서 회전하는 크랭크샤프트(1)의 저널부(5)와 핀부(7)에 조사함으로써 그 저널부(5)와 핀부(7)의 단면 열처리를 실시한다.

이 때, 레이저 옵틱 헤드(93)는 이송장치(99)에 의하여 Y(+) 및 Y(-) 방향으로 수평 이동하며, 그 이송장치(99)에 의해 위치가 고정된 상태에서 레이저빔을 저널부(5)와 핀부(7)에 조사할 수 있다.

한편, 레이저 옵틱 헤드(93)를 통해 레이저빔을 360도 회전하는 크랭크샤프트(1)로 조사하여 그 크랭크샤프트(1)를 레이저 열처리할 때, 저널부(5)의 경우는 크랭크샤프트(1)의 회전 중심축(3)과 동축 상에 구비되므로, 지그 프레임(20)의 위치 보정 없이 저널부(5)를 단면 열처리할 수 있다.

그러나, 핀부(7)의 경우에는 그 회전 중심축(3)에서 편심되게 구비되므로, 크랭크샤프트(1)가 회전 중심축(3)을 중심으로 회전하게 되면, 핀부(7)는 편심 회전을 하게 된다.

이에, 본 발명의 실시예에서는 도 3의 (S1)에서와 같이, 핀부(7)가 회전 중심축(3)의 상측에 정위치하고 있을 때, 지그 프레임(20)은 별도의 위치 보정 없이 기준선(BL)에 위치한다. 이 상태에서 레이저 옵틱 헤드(93)는 레이저빔을 핀부(7)에 조사한다.

그리고 나서, 도 3의 (S2)에서와 같이 핀부(7)가 일정 구간 편심 회전하는 경우, 본 발명의 실시예에서 지그 프레임(20)은 핀부(7)의 편심량 만큼 제1 이동유닛(50)에 의해 X(+) 방향으로 이동함과 동시에, 제2 이동유닛(70)에 의해 기준선(BL)으로부터 Z(+) 방향으로 이동한다.

계속하여 핀부(7)가 일정 구간 편심 회전하는 경우, 본 발명의 실시예에서 지그 프레임(20)은 도 3의 (S3)에서와 같이 핀부(7)의 해당 편심량 만큼 제1 이동유닛(50)에 의해 X(-) 방향으로 이동함과 동시에, 제2 이동유닛(70)에 의해 Z(+) 방향으로 더 이동한다.

이 후, 핀부(7)가 계속하여 일정 구간 편심 회전하는 경우, 본 발명의 실시예에서 지그 프레임(20)은 도 3의 (S4)에서와 같이 핀부(7)의 해당 편심량 만큼 제1 이동유닛(50)에 의해 X(-) 방향으로 이동함과 동시에, 제2 이동유닛(70)에 의해 기준선(BL)을 향하여 Z(-) 방향으로 이동한다.

따라서, 본 발명의 실시예에서는 상기와 같은 지그 프레임(20)의 원호 보간 방식으로 핀부(7)의 편심 회전 위치에 따라 해당 편심량 만큼 실시간으로 지그 프레임(20)의 위치를 보정할 수 있다.

이로써, 본 발명의 실시예에서는 핀부(7)의 편심 회전을 기준으로, 동일한 위치에서 레이저 옵틱 헤드(93)를 통해 레이저빔을 조사함으로써 편심 회전하는 핀부(7)의 레이저 열처리를 실시할 수 있다.

지금까지 설명한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 크랭크샤프트 열처리 장치(100)에 의하면, 크랭크샤프트(1)로 레이저빔을 조사하여 저널부(5)와 핀부(7)를 레이저 열처리 할 수 있으므로, 기존 고주파 방식의 열처리기에 비해 설비 투자비를 절감할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 편심 회전하는 크랭크샤프트(1)의 핀부(7)를 기준으로 지그 프레임(20)의 위치를 원호 보간 방식으로 보정함으로 동일한 위치에서 레이저 옵틱 헤드(93)를 통해 핀부(7)에 레이저빔을 조사할 수 있다.

따라서, 본 발명의 실시예에서는 레이저빔의 초점구간 보정을 필요로 하지 않으므로, 레이저 옵틱 헤드(93)의 구성을 단순화할 수 있다.

이상에서 본 발명의 실시예들에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상은 본 명세서에서 제시되는 실시예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 기술적 사상을 이해하는 당업자는 동일한 기술적 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 권리 범위 내에 든다고 할 것이다.

1... 크랭크샤프트 3... 회전 중심축
5... 저널부 7... 핀부
10... 베이스 프레임 20... 지그 프레임
30... 회전유닛 31... 구동 모터
33... 지지실린더 35... 작동 로드
37... 베어링 50... 제1 이동유닛
51... 제1 이동 플레이트 53... 제1 서보 모터
55... 제1 리드 스크류 57... 제1 가이드 레일
59... 제1 레일 블록 61... 제1 고정 블록
70... 제2 이동유닛 71... 가이드부재
73... 제2 서보 모터 75... 제2 리드 스크류
77... 제2 가이드 레일 79... 제2 레일 블록
81... 제2 고정 블록 83... 파이프 너트
90... 레이저유닛 91... 장착 브라켓
93... 레이저 옵틱 헤드 95... 레이저 발진기
99... 이송장치

Claims (15)

1. 베이스 프레임;
   크랭크샤프트가 회전 가능하게 지지되며, 상기 베이스 프레임에 대해 수평 왕복 이동 및 상하 왕복 이동 가능하게 설치되는 지그 프레임;
   소정의 고정된 위치에서 상기 크랭크샤프트의 핀부와 저널부에 레이저빔을 조사하여 그 핀부와 저널부를 열처리하는 레이저유닛;
   상기 지그 프레임에 설치되며, 상기 크랭크샤프트를 회전시키는 회전유닛;
   상기 베이스 프레임에 설치되며, 상기 지그 프레임을 상기 크랭크샤프트의 회전 방향을 따라 수평 왕복 이동시키기 위한 제1 이동유닛; 및
   상기 제1 이동유닛에 설치되며, 상기 지그 프레임을 상기 크랭크샤프트의 회전 방향을 따라 상하 방향으로 왕복 이동시키기 위한 제2 이동유닛;
   을 포함하는 크랭크샤프트 열처리 장치.
2. 제1 항에 있어서,
   상기 핀부의 편심 회전을 기준으로, 상기 지그 프레임의 원호 보간이 이루어지는 크랭크샤프트 열처리 장치.
3. 삭제
4. 제1 항에 있어서,
   상기 회전유닛은,
   상기 지그 프레임의 일측에 설치되며, 상기 크랭크샤프트의 일측 단부와 연결되는 구동 모터와,
   상기 지그 프레임의 다른 일측에 설치되며, 상기 크랭크샤프트의 다른 일측 단부를 회전 가능하게 지지하는 지지실린더
   를 포함하는 크랭크샤프트 열처리 장치.
5. 제4 항에 있어서,
   상기 지지실린더는,
   상기 크랭크샤프트의 다른 일측 단부에 대응하여 작동 로드의 전후진 작동을 통해 상기 크랭크샤프트의 다른 일측 단부를 회전 가능하게 지지하는 것을 특징으로 하는 크랭크샤프트 열처리 장치.
6. 제4 항에 있어서,
   상기 지지실린더의 작동 로드는 베어링을 통하여 상기 크랭크샤프트의 다른 일측 단부와 연결되는 것을 특징으로 하는 크랭크샤프트 열처리 장치.
7. 제1 항에 있어서,
   상기 제1 이동유닛은,
   상기 베이스 프레임 상에 상기 크랭크샤프트의 회전 방향을 따라 수평 왕복 이동 가능하게 설치되는 제1 이동 플레이트와,
   상기 제1 이동 플레이트에 대응하여 상기 베이스 프레임에 설치되는 제1 서보 모터와,
   상기 제1 이동 플레이트의 하면에 고정된 제1 고정 블록과 상기 제1 서보 모터에 연결되는 제1 리드 스크류
   를 포함하는 크랭크샤프트 열처리 장치.
8. 제7 항에 있어서,
   상기 제1 이동 플레이트는,
   상기 베이스 프레임의 상면에 구비된 제1 가이드 레일에 제1 레일 블록을 통하여 수평 방향으로 슬라이드 이동 가능하게 장착되는 것을 특징으로 하는 크랭크샤프트 열처리 장치.
9. 제1 항에 있어서,
   상기 제2 이동유닛은,
   상기 제1 이동유닛에 설치되며, 상기 지그 프레임의 양측이 상하 방향으로 슬라이드 이동 가능하게 결합되는 가이드부재와,
   상기 지그 프레임에 대응하여 상기 제1 이동유닛에 설치되는 제2 서보 모터와,
   상기 지그 프레임의 하면에 고정된 제2 고정 블록과 상기 제2 서보 모터에 연결되는 제2 리드 스크류
   를 포함하는 크랭크샤프트 열처리 장치.
10. 제9 항에 있어서,
    상기 제2 고정 블록은,
    상기 지그 프레임의 하면에 상하 방향으로 고정되는 파이프 너트로서 구비되는 것을 특징으로 하는 크랭크샤프트 열처리 장치.
11. 제7 항에 있어서,
    상기 제2 이동유닛은,
    상기 제1 이동 플레이트의 양측에 상하 방향으로 각각 배치되며, 상기 지그 프레임의 양측이 상하 방향으로 슬라이드 이동 가능하게 결합되는 가이드부재와,
    상기 지그 프레임의 하면에 대응하여 상기 제1 이동 플레이트의 상면에 설치되는 제2 서보 모터와,
    상기 지그 프레임의 하면에 고정된 제2 고정 블록과 상기 제2 서보 모터에 연결되는 제2 리드 스크류
    를 포함하는 크랭크샤프트 열처리 장치.
12. 제11 항에 있어서,
    상기 지그 프레임은,
    상기 가이드부재에 형성된 제2 가이드 레일에 제2 레일 블록을 통하여 상하 방향으로 슬라이드 이동 가능하게 장착되는 것을 특징으로 하는 크랭크샤프트 열처리 장치.
13. 제1 항에 있어서,
    상기 레이저유닛은,
    소정의 이송장치에 장착 브라켓을 통하여 설치되며, 레이저 발진기에서 발진된 레이저빔을 상기 지그 프레임 상에서 회전되는 상기 크랭크샤프트의 핀부와 저널부에 조사하는 레이저 옵틱 헤드
    를 포함하는 크랭크샤프트 열처리 장치.
14. 제13 항에 있어서,
    상기 지그 프레임의 수평 왕복 이동 방향을 X축이라고 정의할 때,
    상기 레이저 옵틱 헤드는 상기 이송장치에 의해 Y축 방향으로 수평 왕복 이동 가능하게 설치되는 것을 특징으로 하는 크랭크샤프트 열처리 장치.
15. 제13 항에 있어서,
    상기 레이저 옵틱 헤드는,
    상기 핀부와 저널부에 전도용접구간의 레이저빔을 조사하는 것을 특징으로 하는 크랭크샤프트 열처리 장치.

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