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KR20100042625A - 크랭크축의 복수의 베어링 및 단부측 표면의 동시 연삭을 위한 연삭 센터 및 방법 - Google Patents

크랭크축의 복수의 베어링 및 단부측 표면의 동시 연삭을 위한 연삭 센터 및 방법 Download PDF

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KR20100042625A
KR20100042625A KR1020107000531A KR20107000531A KR20100042625A KR 20100042625 A KR20100042625 A KR 20100042625A KR 1020107000531 A KR1020107000531 A KR 1020107000531A KR 20107000531 A KR20107000531 A KR 20107000531A KR 20100042625 A KR20100042625 A KR 20100042625A
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crankshaft
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KR1020107000531A
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에르빈 융커
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에르빈 융커 마쉬넨파브리크 게엠베하
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Abstract

본 발명은 크랭크축(22)의 복수의 메인 및 로드 베어링 및/또는 중앙부 및 단부측 부분의 동시 연삭을 위한 연삭 센터에 관한 것이다. 제 1 메인 베어링 연삭 스핀들이 Z 방향으로만 이동 가능하고 제 2 메인 베어링이 X 방향으로 약간만 이동 가능한 2개의 메인 베어링 연삭 스핀들(14, 15)은 공통 로드 베어링 복합 공구이송대(11) 상에 탑재된다. 최종 연삭 단계에서, 2개의 처리된 로드 베어링 사이의 사이즈 편차의 수정은 사이즈 또는 진원도 수정에 따라 제 2 핀 베어링 연삭 스핀들(15)의 별도의 구동을 통해 일어난다. 상기 편차는 측정 디바이스에 의해 검출된다. 단부의 연삭을 위해, 경사지는 프로파일 연삭 휠이 설치된다.

Description

크랭크축의 복수의 베어링 및 단부측 표면의 동시 연삭을 위한 연삭 센터 및 방법{GRINDING CENTER AND METHOD FOR SIMULTANEOUS GRINDING OF A PLURALITY OF BEARINGS AND END-SIDE SURFACES OF CRANKSHAFTS}
본 발명은 본질적으로 동시에 연삭되는 복수의 메인 베어링 및 핀 베어링뿐만 아니라, 특히 플랜지의 단부측 표면을 가지는 크랭크축을 연삭하기 위한 연삭 센터에 관한 것이다.
이러한 연삭 센터는 다수의 크랭크축의 황삭(rough-grinding) 및/또는 정삭(finish-grinding)에 사용된다. 이 크랭크축은 자동차 산업에서, 각각의 2개의 핀(pin) 베어링이 크랭크축의 길이 방향 축선에 대해 동일한 각도 위치에 배치되는 4실린더 인라인 엔진(four cylinder in-line engines)용인 경우가 많다. 상기 2개의 핀 베어링은 생산성을 높이기 위해 동시에(시간 병렬적으로(time parallel)) 연삭된다. 이러한 절차의 하나가, 예를 들면 EP 1 044 764 A2 및 EP 1 088 621 B1에서 기술된다.
크랭크축의 메인 베어링에 대해, 복수의 베어링의 동시 연삭은, 예를 들면 US 3 487 588로부터, 이미 상당히 오랫동안 공지되어 왔다. 메인 베어링용 연삭 스핀들은 메인 베어링의 수와 동일한 수의 연삭 휠을 가진다. 연삭 휠은 공통 축선 상에 배치된다. 이것의 더 최신 버전은 DE 101 44 644 B4에서 알 수 있다.
EP 1 044 764 A2에 따른 크랭크축용 연삭 센터에서는, 크랭크축 상의 2개의 핀 베어링의 동시 연삭을 위해, 분리된 복합 공구이송대에, 연관된 연삭 스핀들을 통해 각각 고정되게 탑재되는 황삭용 휠 및 정삭용 휠이 이용된다. 2개의 복합 공구이송대는 크랭크축의 길이 방향(Z 방향)으로 서로 독립하여 이동될 수 있고 크랭크축에 대해(X 방향으로) 조정될 수 있다. 복합 공구이송대 및 연삭 스핀들을 적절하게 제어하여, 하나의 클램핑 프로세스에서 2개의 핀 베어링의 동시 가공이 가능하며, 여기에서 하나의 핀 베어링은 황삭되며 다른 핀 베어링은 정삭된다. 이 연삭 프로세스는 연관된 측정 디바이스를 통해 연속해서 감시된다.
EP 1 088 621 B1은 설계 및 작업의 관점에서 EP 1 044 764 A2에 도시된 연삭 센터와 본질적으로 동일한 크랭크축의 적어도 2개의 베어링의 동시 연삭을 위한 방법 및 장치를 기술한다. 각각의 이들 시스템은 사용되는 각각의 2개의 연삭 스핀들에 대해 분리된 복합 공구이송대를 사용한다. 이들 각각의 복합 공구이송대는 전체 연삭 프로세스 동안에 별개로 구동되어야 하고, 연삭되는 베어링의 진원도(roundness) 및 치수와 관련하여, 측정 헤드를 통해 얻은 실시간 데이터에 따라 항시 감시 및 수정되어야 한다. 2개의 베어링을 가공하는 것만으로도, 2개의 별개의 공구이송대를 가지는 연삭 센터의 설계는 컴포넌트 및 연관된 제어와 관련해 많은 공간과 상당한 복잡성을 요한다.
EP 1 718 435 B1은 머신 연삭 및/또는 선삭 장치가 존재하는 피가공재 가공용 머신을 기술한다. 이 연삭 장치는, Z축에 대해 경사져 피가공재의 양쪽 면을 연삭할 수 있고, 또한 피가공재를 외부 원통 연삭할 수 있는 프로파일 연삭 휠(profiled grinding wheel)을 가진다. 툴은 동일한 클램핑에서 선삭 및 연삭된다.
상기 종래 기술에서 나아가서, 본 발명은 설계 복잡성 및 공간 요구가 현저히 줄어들고 메인 베어링, 핀 베어링, 및 단부측 표면의 동시 연삭이 고품질로 특히 빠르고 효율적인 방식으로 가능한 크랭크축의 연삭을 위한 연삭 센터를 제공하는 것을 목적으로 한다.
이 목적은 청구항 1에 따른 특징을 가지는 연삭 센터를 이용하여 달성된다.
본 발명에 따른 연삭 센터에서, 적어도 2개의 베어링의 동시(등시) 연삭하는 2개의 스테이션이 결합하여 하나의 연삭 센터를 형성하는 것만으로도, 공간 요구 및 구조적인 초기 비용이 저감된다. 제 1 스테이션에서, 메인 베어링과 함께, 핀측의 중앙부 및 플랜지측 크랭크축 단부, 구체적으로는 면 및/또는 직경이, 회전 축선이 피가공재의 Z축에 대해 경사지는 프로파일 연삭 휠에 의해 연삭될 수 있으며, 상기 프로파일 연삭 휠은 제 1 스테이션에 배치되는 것이 바람직하다. 모든 메인 베어링이 제 1 스테이션에서 동시에 연삭될 수 있으므로, 제 2 스테이션에 반해, 이용할 수 있는 여유 시간이 있다. 단부측 표면은, 특히 크랭크축 플랜지의 단부측 표면은 메인 베어링 및/또는 핀 베어링에 대해 적어도 부분적으로, 시간 병렬적으로 연삭된다.
또한, 양쪽 스테이션이 연삭될 크랭크축과 같은 축선 방향으로 배치될 경우, 하나의 스테이션에서 다른 스테이션으로의 크랭크축의 이동 또한 매우 간단하다. 또한, 공통 복합 공구이송대 상에 핀 베어링을 가공하기 위한 2개의 연삭 스핀들을 배치하는 것에는 많은 이점이 나타난다. 이 추가적인 이점은, 특히 연삭 프로세스의 제어의 단순화에 있으며, 또한 컴포넌트의 수 및 요구 공간이 줄어든다.
2개의 핀 베어링의 공통 연삭의 제어는, 진행률 및 연삭되는 베어링의 연마 및 중심도의 감시/수정이 공통 핀 베어링 복합 공구이송대의 운동만을 초기에 제어에 의해서만 이뤄지므로 창이적이다. 이 단계에서, 주 연삭 연마는 양쪽 핀 베어링을 위함이다. 목표 치수에 대략 이르렀을 때 비로소, 제 1 연삭 스핀들 및 제 2 연삭 스핀들의 운동이 다르게 제어된다. 또한, 연삭 휠의 조정 방향(X 방향)과 관련하여 핀 베어링 복합 공구이송대에 견고하게 접속되는 제 1 핀 베어링 연삭 스핀들은, 문제의 연삭 프로세스에 대해 요구된 최종 목표 값이 달성되도록, 측정 디바이스를 통해 얻어진 측정치 및 진원도에 따라 핀 베어링 복합 공구이송대를 제어함으로써, 추가적으로 제어된다.
크랭크축의 단부측 플랜지는 메인 베어링과 시간 병렬적으로 연삭되는 것이 바람직하고, 특히 정삭되는 것이 바람직하다. 이를 위해 설치된 연삭 휠은, 플랜지 또는 핀의 평평한 단부 표면 및 원통 표면이 하나의 작업 단계로 바람직하게 연삭될 수 있도록, 회전 축선과 관련하여 프로파일링되고 Z축 방향으로 경사진다.
진원도 값은 각각의 핀 베어링에서 반드시 측정될 필요는 없다. 이 수정 값은 제어 측정에 따라 결정될 수 있고 다른 진원도의 측정이 수행될 때까지, 크랭크축의 특정 넘버에 대해 저장될 수 있다.
또한, 이 단계에서 제 2 핀 베어링 연삭 스핀들의 진행은 핀 베어링 복합 공구이송대의 운동을 따르지만, X 방향으로의 다른 운동 컴포넌트도 이 운동에 더해진다. 이 추가 운동 컴포넌트는 동시 가공되는 2개의 핀 베어링에 일어나는 치수 및/또는 진원도 편차 수정을 위한 것이다. 이러한 편차는, 예를 들면 2개의 연삭 휠 상의 상이한 마모에 의해 야기될 수 있다. 이러한 편차를 일으키는 또 다른 본질적인 원인은, 연삭 프로세스 동안에 재료에 응력이 발생할 수 있어, 축이 약간 비틀린다는 점이다. 본 발명에 따르면, 이 편차는 2개의 핀 베어링의 치수 및 진원도의 연속 측정을 이용하여 검출되며, 이를 위해 각각의 핀 베어링에는 해당 측정 디바이스가 설치된다.
최종 연삭 단계에서, 2개의 핀 베어링 사이의 수정되어야 할 차이는 작을 뿐이며, 그 차이는 백 혹은 천분의 일 밀리미터 범위 내에 놓이는 것이 실험상 나타난다. 따라서, 제 2 핀 베어링 연삭 스핀들의 운동에는 매우 작은 조정 범위가 적합하다. 이 범위는 유리하게는 약 +/-0.2㎜여야 한다.
청구항 2에 따르면, 복합 공구이송대 상에서 축선 방향으로의 2개의 핀 베어링 연삭 스핀들 사이의 상호 조정성이 있다. 이것은 연삭될 핀 베어링 쌍 사이에 상이한 축방향 거리를 적응 가능케 하고, 또한 여러 형태의 크랭크축에 조정 가능케 한다. 축방향 조정성은 머신 제어 내에 유용하게 포함되어 자동적으로 일어난다. 일반적으로, 반경 방향으로 조정 가능하게 이미 배치된 제 2 핀 베어링 연삭 스핀들은, 또한 축방향으로 조정 가능하게 구현되지만, 제 2 핀 베어링 연삭 스핀들은 핀 베어링 복합 공구이송대에 축방향으로 고정되는 반면, 제 1 핀 베어링 연삭 스핀들은 핀 베어링 복합 공구이송대 상에서 축방향 변위에 이용되는 역구조도 역시 가능하다.
청구항 3에 따르면, 본 발명을 실시하는데 있어서, NC 축선으로서의 치수 및 진원도 수정 축선에서의 하나의 (제 2) 연삭 스핀들의 이동에 대해 하나의 구동 설계가 바람직하며, 이는 이러한 간단한 방식으로 CNC 머신 제어을 통합하는 것이 가능하기 때문이다.
또한, 청구항 4에 따른 연삭 셀 디자인은 베어링으로부터 실제의 치크(cheek)로의 천이부를 일반적으로 형성하는 크랭크축의 치크의 평평한 측이 제 1 스테이션에서 가공 동안에 연삭되는 이점이 있다. 2쌍의 핀 베어링이 해당 시간 T2에 가공되도록, 시간 T1이 이용 및 적응될 수 있다.
청구항 5 및 6을 참조하면, 치크의 평평한 측은, 크랭크축의 베어링 지점에서, 메인 베어링 복합 공구이송대를 Z 방향으로 변위시키거나 메인 베어링 연삭 휠을 메인 베어링 연삭 스핀들 상에서 축방향으로 변위시키는 것 중 어느 하나에 의해 연삭될 수 있다. 그러나, 청구항 7을 참조하면, 메인 베어링 연삭 휠에 대해, 크랭크축을 축선 방향으로 변위시키는 것도 가능하다.
청구항 8에 따르며, 메인 베어링 또는 핀 베어링에 대한 가공 시간 T1 및 T2가 서로 동등해지면, 2개의 스테이션은 로딩 또는 언로딩이 동시에 수행될 수 있고, 따라서 대기 시간이 없어지므로, 특히 연삭 센터의 효율적인 작업이 이루어진다.
청구항 9에 따르면, 핀 베어링을 연삭하는데 진자 리프팅 방식(pendulum lifting method)이 이용되는 것이 바람직하고, 이는 핀 베어링의 가공을 위한 크랭크축의 유지 및 구동이 간단하게 한다. 제 1 스테이션에서 연삭되는 메인 베어링은 제 2 스테이션에서의 크랭크축 유지에 쉽게 이용될 수 있으므로, 핀 베어링의 가공에 높은 수준의 정밀도가 달성될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 단지 하나의 복합 공구이송대 상에서의 2개의 핀 베어링 연삭 스핀들의 진보적인 배치와 제어는 단일 이송 슬라이드만 있다는 것이다. 그러므로, 단일 이송 슬라이드가 2개의 연삭 휠의 주된 운동, 특히 진자 리프팅 운동 및 진행을 일으킨다. 이로 인해, 대부분의 가공 동안에 하나의 이송 슬라이드만이 감시 및 제어되어야 하므로, 종래에 비해 제어가 상당히 간단해진다. 최종 연삭 단계에서 운동이 상이해지는 2개의 연삭 스핀들의 제어는, 2개의 핀 베어링 사이의 임의의 편차가 검출 및 보상되는 것을 보장하여, 궁극적으로 양쪽 핀 베어링이 목표 치수로 연삭된다.
청구항 10에 따른 특별히 구현된 메인 베어링 주축대 및 핀 베어링 주축대 또는 해당 심압대를 통한 크랭크축의 클램핑 및 회전 구동은 연삭 센터가, 특히 유연하게 사용되게 한다. 크랭크축의 메인 베어링 길이 방향 축선 또는 핀 베어링 길이 방향 축선에 대한 회전 옵션을 가지는 클램핑은 핀 베어링 연삭을 위한 노멀 연삭(normal grinding) 또는 진자 리프팅 연삭 사이에서 선택을 가능케 한다.
청구항 11에 따르며, 가공되는 베어링의 치수 및 진원도의 연속 측정은 연삭의 실시간 검출 및 매우 정확한 수정을 가능케 한다.
플랜지 연삭용 연삭 휠은 핀 베어링 및 메인 베어링용 연삭 휠이 배치되는 크랭크축의 측면에 대향하여 배치되는 것이 바람직하다. 그러나, 다른 바람직한 실시예에 따르면, 모든 연삭 휠이 크랭크축의 일 측에 배치되는 것도 가능하다. 플랜지 및/또는 핀을 연삭하는 연삭 휠은 메인 베어링의 연삭을 위한 제 1 스테이션이나 핀 베어링의 연삭을 위한 제 2 스테이션에, 또는 2개의 스테이션 각각에 설치된다.
물론, 4실린더 크랭크축 이외에도, 2개의 핀 베어링이 크랭크축에 동일한 각도 위치에 부착된다면, 다른 크랭크축도 본 발명의 진보적 연삭 센터를 이용하여, 연삭될 수 있다. 마찬가지로, 적어도 2개의 메인 베어링 및 2개의 캠(cam)이 동일한 각도 위치에 배치된다면, 캠샤프트(camshaft)를 가공할 수 있다.
또한, 본 발명은 청구항 14에 따른 크랭크축의 메인 베어링 및 핀 베어링 및/또는 중앙부를 연삭하는 방법에 관한 것이다. 이 방법의 실시형태는 종속 청구항에서 제시된다.
특히 청구항 1에 따른 연삭 센터에 의해 실현되는 진보적 방법에서, 크랭크축의 플랜지 또는 핀의 단부측 표면은 그들의 메인 베어링 및/또는 핀 베어링이 적어도 부분적으로는 동시에 연삭된다.
본 발명은 설계 복잡성 및 공간 요구가 현저히 줄어들고 메인 베어링, 핀 베어링, 및 단부측 표면의 동시 연삭이 고품질로 특히 빠르고 효율적인 방식으로 가능한 크랭크축의 연삭을 위한 연삭 센터를 제공할 수 있다
도 1은 연삭 셀로서 구현되는 본 발명에 따른 연삭 셀의 개략적인 상면도.
도 2는 연삭 셀 중, 크랭크축의 메인 베어링을 연삭하는데 사용되는 제 1 스테이션의 개략적인 상면도.
도 3은 연삭 셀 중, 핀 베어링을 연삭하는데 채용되는 제 2 스테이션의 개략적인 상면도.
도 4는 연삭 셀의 제 1 스테이션에서의 크랭크축의 클램핑을 나타내는 도면.
도 5는 연삭 셀의 제 2 스테이션에서의 크랭크축의 클램핑을 나타내는 상세도.
도 6은 제 2 스테이션에서 가공되는 베어링의 치수 및 진원도를 측정하기 위한 디바이스의 배치를 나타내는 도면.
도 7은 도 1에서 C-C 단면에서의 본 발명에 따른 연삭 셀의 단면도.
도 8은 메인 베어링 연삭 휠과 대향하여 배치되는 플랜지용 프로파일 연삭 휠을 가지는 연삭 셀의 제 1 스테이션의 개략적인 입면도.
도 9는 프로파일 연삭 휠이 메인 베어링 연삭 휠 측에 배치되는, 도 8에 따른 입면도.
도 10은 핀 베어링 연삭 휠과 대향하여 배치되는 플랜지용 프로파일 연삭 휠을 가지는 연삭 셀의 제 2 스테이션의 개략적인 입면도.
본 발명에 따른 연삭 센터 및 방법을 도면에 도시되는 예시적인 실시예를 이용하여 더 상세하게 후술한다.
도 1은 연삭 셀(grinding cell)(1)로서 구현된 연삭 센터의 상면도이다. 이 연삭 셀은 연삭에 의해 크랭크축(22)을 가공하는 2개의 스테이션(3, 4)이 배치되는 공통 머신 베드(2)를 가진다. 스테이션(3, 4)은, 각각의 크랭크축(22)에 대한 유지 장치 및 구동부가 있는 공통 연삭 테이블(5)을 가진다. 또한, 연삭 셀은 통상적으로 머신 커버와, 크랭크축(22)의 공급 및 제거와 크랭크축(22)의 제 1 스테이션(3)으로부터 제 2 스테이션(4)으로의 수송을 위한 로딩 및 언로딩 장치를 가진다. 그러나, 도 1에는 이를 도시 생략하며, 또한 입력 키보드를 가지는 CNC 제어 디바이스와 유압 및/또는 공압 공급 디바이스도 도시 생략한다.
도 2에 개별적으로 도시된 연삭 셀(1)에 대한 제 1 스테이션(3)은 크랭크축(22)의 메인 베어링(23)을 연삭하기 위한 것이다. 따라서, 이해의 증진을 위해, 제 1 스테이션(3)에서의 가장 중요한 기능부는 그 식별자로 "메인 베어링"을 부가한다. 메인 베어링(23)(도 4)은 메인 베어링 연삭 스핀들(9) 상에 배치되는 복수의 메인 베어링 연삭 휠(10)에 의해 연삭된다. 메인 베어링 연삭 스핀들(9) 자체는, 크랭크축의 길이 방향 축선(29)에 해당하는 Z 방향, 및 크랭크축의 길이 방향 축선(29)에 수직으로 조정 가능케 하는 X 방향으로 이동되고, CNC 제어될 수 있는 메인 베어링 복합 공구이송대(6)에 부착된다. 메인 베어링 복합 공구이송대(6)가 Z 방향으로 이동되는 안내 또는 슬라이딩 트랙은 덮개(16)에 의해 덮이므로 도시되지 않는다. 가공될 크랭크축(22)은, 도 4에 더 구체적으로 도시된 바와 같이, 메인 베어링 피가공재 주축대(7)와 메인 베어링 심압대(8) 사이에 클램핑되고, 도 2에서의 도시에 따라 메인 베어링 주축대(7)에 의해 회전되게 된다. 제 1 스테이션(3)에서, 크랭크축(22)의 적어도 2개의 메인 베어링(23)은 동시에 황삭 또는 정삭되며, 이를 위해 시간 T1이 필요하다.
도 3에 개별적으로 도시된 연삭 셀(1)의 제 2 스테이션(4)은 크랭크축(22)의 핀 베어링(24~27)을 가공하는데 채용되며, 여기에서 크랭크축의 길이 방향 축선(29)에 대해 동일한 각도 위치에 배치되는 2개의 핀 베어링(24~27)이 동시에 연삭된다. 모든 4개의 핀 베어링(24~27)을 연삭하는데 필요한 시간은 T2이다. 따라서, 이해의 증진을 위해, 제 2 연삭 스테이션(4)의 가장 중요한 기능부는 그 식별자로 "핀 베어링"을 부가한다.
또한, 연삭될 크랭크축(22)은 제 2 스테이션(4)에서 중심적으로 클랭핑되며, 즉 클램핑 디바이스 양측 상의 공통 길이 방향 축선은 크랭크축의 메인 베어링(23)에 의해 규정되는 크랭크축(22)의 길이 방향 축선(29)과 동일하다. 도 3 및 도 5로부터 알 수 있듯이, 크랭크축(22)은 제 1 스테이션(3)에서 연삭된 크랭크축의 외측에 배치된 메인 베어링(23)에 의해 제 2 스테이션(4)에서 클램핑된다. 이는 크랭크축(22)의 메인 베어링(23)에 대한 핀 베어링(24~27)의 정확한 관계를 제시한다.
도 3에 따르면, 핀 베어링 피가공재 주축대(12, 13)는 클램핑을 위해 크랭크축(22)의 양측에 설치된다. 이 핀 베어링 피가공재 주축대(12, 13)용 척(chuck)(31)은 지지부가 설치되고 완전히 동기식으로 회전하는 C1 또는 C2 축선에 의해 각각 구동된다. 그러나, 제 2 스테이션(4)에서, 크랭크축(22)은 팁(tip) 사이에도 수용될 수 있으며, 그 후 적어도 한쪽에서만 핀 베어링 피가공재 주축대(12)에 의해 구동되며, 이 피가공재 주축대의 척에는 부유식(floating) 클램핑 조(23)가 탑재되어서 등화(equalizing), 반경 방향 무간극(no-clearance) 회전 구동이 된다. 이어서, 크랭크축(22)은 센터링 팁에 중심맞춤으로써 정렬된다.
제 2 스테이션에서의 크랭크축(22)의 수용 방법은 개별 환경에 따라 다양하고 최적화될 수 있다.
양쪽 스테이션(3, 4)에서, 크랭크축(22)은 하나 이상의 자기 센터링 방진구(self-centering steady)에 의해 지지될 수 있다.
서로 수직인 축선 Z2 및 X2의 방향으로 이동 가능하고, 이로써 크랭크축의 길이 방향 축선(29)에 평행하게 또한 그에 수직하게 이동 가능한 핀 베어링 복합 공구이송대(11)가 제 2 스테이션에 설치된다. 핀 베어링 복합 공구이송대(11)는 제 1 핀 베어링 연삭 스핀들(14) 및 제 2 핀 베어링 연삭 스핀들(15)을 지지한다. 이로써, 제 1 핀 베어링 연삭 스핀들(14)은 크랭크축의 길이 방향 축선(29)에 수직인 방향으로 핀 베어링 복합 공구이송대(11)에 고정식으로 접속된다. 그에 반해, 제 2 핀 베어링 연삭 스핀들(15)은 크랭크축의 길이 방향 축선(29)에 수직인 방향으로 핀 베어링 복합 공구이송대(11) 상에 이동 가능하게 배치된다. 상기 제 2 핀 베어링 연삭 스핀들의 운동은 연삭 동안의 공정 중(in-process) 측정으로부터 얻어지는 치수 에러 또는 진원도 에러에 기초하여 제어된다. 이를 위해, 측정 디바이스(20)용 공정 중(in-process) 측정 헤드(19)(도 6)는 쌍으로 연삭되는 핀 베어링(24, 27 또는 25, 26)의 직경을 연삭 동안에 연속적으로 측정한다.
각각의 2개의 핀 베어링 연삭 스핀들(14, 15)은, 서로의 축방향 거리가 쌍을 이루어 연삭될 핀 베어링(24~27) 사이의 거리와 동일해야 하는 핀 베어링 연삭 휠(17, 18)을 지지한다. 이를 위해, 2개의 핀 베어링 연삭 스핀들(14, 15)은, 서로에 대해 그들의 축방향으로, 즉 그들의 핀 베어링 연삭 휠(17, 18)의 회전 축선의 방향으로, 핀 베어링 복합 공구이송대(11) 상에서 이동 가능해야 한다. 핀 베어링 연삭 스핀들과 핀 베어링 연삭 휠 사이의 축방향 거리는, 다른 형태의 크랭크축이 연삭될 때마다, 또는 사이 거리가 상이한 한 쌍의 핀 베어링을 가지는 특정 크랭크축이 후속 연삭될 경우에 조정되어야 한다. 이러한 범위에서, 거리의 변화가 연삭 프로세스의 전체 제어 내에 포함되어야 한다. 제 1 핀 베어링 연삭 스핀들(14) 또는 제 2 핀 베어링 연삭 스핀들(15)은 핀 베어링 복합 이송공구대(11) 상에서 크랭크축의 길이 방향 축선의 방향으로 변위 가능하게 배치될 수 있다.
도 5는 4실린더 인라인 엔진용 크랭크축(22)의 특징의 특히 명확한 묘사를 제공하며, 여기에서 2개의 외측 핀 베어링(24, 27)은 2개의 내측 핀 베어링(25, 26)과 마찬가지로, 크랭크축(22)의 회전 및 길이 방향 축선(29)에 대해 동일한 각도 위치를 가지며, 2쌍의 핀 베어링(24, 27 및 25, 26)의 각도 위치는 서로 상이하다.
이 특성은 본 발명의 연삭 센터를 경제적인 방식으로 작업시키는데 이용된다. 특히, 2개의 핀 베어링(24, 27 및 25, 26)은 2개의 핀 베어링 연삭휠(17, 18)을 이용하여 동시에 각각 연삭되며, 또한 "동시에"라는 용어는 연삭 용어인 "시간 병렬적으로(time parallel)" 또는 "등시에"와 동일한 의미를 가진다. 어쨋든, 연삭 프로세스는 대략 동시에 진행되지만, 그것이 정확히 동일 시점에 종료되야만 하는 것은 아님을 의미한다. 제 2 핀 베어링은 제 1 핀 베어링이 정삭된 후에도 종종 정삭되며, 이는, 예를 들면 0.02㎜의 드레싱 양이 제거되어야 하기 때문이다.
도 6은 측정 헤드(19)에 의해, 제 2 스테이션(4)에서 핀 베어링의 진원도 및 치수의 연속 측정을 위한 측정 디바이스(20)의 배치를 나타낸다. 연삭 동안에, 측정 헤드(19)는 감시될 핀 베어링(24-27)에 대해 위치결정되어, 핀 베어링(24-27)의 치수 및/또는 진원도와 관련하여, CNC 제어에 의해 평가되고 핀 베어링 복합 공구이송대(11) 및/또는 치수와 진원도 수정 축선(44)의 구동을 위한 제어 명령을 발생시키는데 이용되는 신호를 연속해서 만든다. 파선에 의해 지시된 측정 디바이스(20)의 위치는, 예를 들면 드레싱(dressing) 프로세스 동안에 및/또는 핀 베어링 연삭 휠(17, 18) 부품이 다뤄질 때, 측정 디바이스(20)가 취하는 후퇴 위치이다.
도 7은 도 1의 C-C 단면에 따른 연삭 셀(1)의 제 1 스테이션(3)의 개략적인 측면 입면도를 도시한다.
제 2 스테이션(4)에서 핀 베어링 연삭의 초기에, 2개의 핀 베어링 연삭 휠(17, 18) 사이의 상호 축방향 거리는, 예를 들면 핀 베어링(24, 27) 사이의 거리로 조정된다. 이어서, 상기 핀 베어링(24, 27)의 연삭은 CNC 제어되는 진자 리프팅 방식(pendulum lifting method)으로 시작된다. 이를 위해, 우선 2개의 핀 베어링 연삭 스핀들(14, 15)은 함께 크랭크축의 길이 방향 축선(29)에 수직으로 움직이며, 제 2 핀 베어링 연삭 스핀들(15)은 핀 베어링 복합 공구이송대(11)에 대해 움직이지 않는다. 이것은 황삭 단계 및 정삭 단계 모두에 적용된다. 그러나, 연삭 동안에 각각의 핀 베어링(24, 27)에 대해 도달된 그 직경이 측정되고 진원도가 판정된다. 정삭 단계에서 최종 치수에 접근함에 따라, 제 2 연삭 스핀들(15)에 의한 운동은 핀 베어링 복합 공구이송대(11)의 운동으로부터 분리된다. 핀 베어링 복합 공구이송대(11)는 핀 베어링(24)에 대한 측정에 따라 치수 또는 진원도 수정 축선(44)에 대해 이동되고, 핀 베어링(24)의 최종 치수 및 요구되는 진원도가 제 1 핀 베어링 연삭 스핀들(14)에 의해 최종적으로 달성된다. 핀 베어링(27)에 대한 측정치가 핀 베어링(24)에 대한 측정치와 차이가 나면, 제 2 핀 베어링 연삭 스핀들(15)은 핀 베어링(27)에 대한 별도의 측정에 따라 핀 베어링 복합 공구이송대(11)에 관련해 수정 운동을 동시에 수행한다. 이들 차이는 양쪽 핀 베어링(24, 27)에서 연속 측정으로부터 드러난다. 머신 제어용 컴퓨터는 측정 결과를 분석하고 제 2 핀 베어링 연삭 스핀들(15)의 구동에 대해 해당 수정 및 제어 신호를 형성한다.
물론, 제 2 핀 베어링 연삭 스핀들(15)은 핀 베어링 복합 공구이송대(11)와 관련하여 X축 방향으로 약간만 이동 가능할 필요가 있다. 실제에서 유리한 변위 거리는, 예를 들면 +/- 0.2㎜ 범위일 수 있다. 연삭 센터는 연삭 시간 T1이 연삭 시간 T2와 동일하도록 조정될 수 있다. 이어서, 2개의 메인 베어링(23)은 핀 베어링의 한 쌍(24, 27 또는 25, 26)과 대략 동시에 연삭된다.
다음으로, 핀 베어링 복합 공구이송대(11)는 복귀하고, 2개의 핀 베어링 연삭 스핀들(14, 15) 사이의 거리는 중앙의 핀 베어링(25, 26) 사이의 거리로 조정되고, 연삭 사이클이 재시작된다.
도 8은 연삭 셀의 제 1 스테이션에서, 크랭크축(22)의 메인 베어링(23)이 메인 베어링 연삭 휠(10)에 의해 다층 연삭되는 단순 개략도를 제공한다. 제 1 스테이션(3)에서, 메인 베어링 연삭 휠(10)은 메인 베어링(23)을 연삭한다. 메인 베어링 핀을 가지는 크랭크축(22)의 치크(cheek)의 평평한 표면이 연삭될 경우, 메인 베어링 연삭 휠을 가지는 스핀들은 크랭크축(22)에 대해 축방향으로 이동된다. 그러나, 크랭크축(22)이 메인 연삭 휠(10)에 대해 크랭크축(22)의 회전 축선을 따라 이동될 수도 있다. 프로파일 연삭 휠(45)은 메인 베어링 연삭 휠(10)에 대향하여, Z축, 즉 메인 베어링 연삭 휠(10)의 스핀들 축에 대해 경사지는 스핀들(46) 상에 배치된다. 연삭 휠(45) 및 그것의 Z축에 대한 각도가 플랜지(47)의 평평한 단부 면과 원통형 표면이 동시에 연삭될 수 있게 배치되도록, 연삭 휠(45)은 프로파일링된다. 연삭 휠(45)은 조정 축선(X)을 따라 조정될 수 있다.
도 9는, 도 8에 따른 입면도이지만 도 8의 배치와는 달리, 스핀들(46)을 가지는 프로파일 연삭 휠(45)이 메인 베어링 연삭 휠(10)과 동일한 크랭크축(22)의 측면에 배치된다. 단부측 표면(48), 구체적으로 플랜지의 평평한 단부 면 및 원통형 표면은 프로파일 연삭 휠(45)을 이용하여 하나의 작업 단계로 연삭되며, 프로파일 연삭 휠(45)을 그것의 조정 축선(X)에 따라 조정할 수 있다.
이 실시형태에 따르면, 메인 베어링 연삭 휠(10)은 공통 스핀들 상에 배치되어 크랭크축(22)의 치크(49) 사이의 메인 베어링(49)을 연삭한다.
도 10은 크랭크축(22)의 플랜지(47)의 원통형 및 평평한 표면(48)을 연삭하기 위해 핀 베어링 연삭 휠(17, 18)에 대향하여 배치되는 프로파일 연삭 휠(45)을 가지는 연삭 셀의 제 2 스테이션(4)의 개략적인 입면도이다. 스핀들(46)을 가지는 프로파일 연삭 휠(45)은 그것의 조정 축선(X)을 따라 조정될 수 있고 하나의 작업 단계로 플랜지(47)를 연삭한다. 프로파일 연삭 휠(45)은, 연삭 휠의 어떠한 충돌도 회피하고 가공될 표면의 동시 가공을 또한 이루도록, 핀 베어링 연삭 휠(17, 18)에 대향하여 배치된다. 스핀들(14, 15)을 가지는 핀 베어링 연삭 휠(17, 18)은 진자 리프팅 연삭 방식을 이용하여, 치크(49) 사이의 핀 베어링을 각각 연삭한다.
1 : 연삭 셀 2 : 머신 베드
3 : 제 1 스테이션 4 : 제 2 스테이션
5 : 연삭 테이블 6 : 메인 베어링 복합 공구이송대
7 : 메인 베어링 피가공재 주축대 8 : 메인 베어링 심압대
9 : 메인 베어링 연삭 스핀들 10 : 메인 베어링 연삭 휠
11 : 핀 베어링 복합 공구이송대 12 : 핀 베어링 피가공재 주축대
13 : 핀 베어링 피가공재 주축대 14 : 제 1 핀 베어링 연삭 스핀들
15 : 제 2 핀 베어링 연삭 스핀들 16 : 커버
17 : 제 1 핀 베어링 연삭 휠 18 : 제 2 핀 베어링 연삭 휠
19 : 측정 헤드 20 : 측정 디바이스
21 : 크랭크축 22 : 메인 베어링
23 : 메인 베어링 24 : 핀 베어링
25 : 핀 베어링 26 : 핀 베어링
27 : 핀 베어링 28 : 평평한 면
29 : 크랭크축의 길이 방향 축선 30 : 핀 베어링의 길이 방향 축선
31 : 척 32 : 지지부
33 : 클램핑 조 34 : (센터링) 팁(tip)
41 : Z축 42 : X축
43 : 회전 축선 44 : 치수 및 진원도 수정 축선
45 : 플랜지용 프로파일 연삭 휠 46 : 연삭 스핀들
47 : 플랜지 48 : 단부면 표면
49 : 치크(cheek)

Claims (19)

  1. 메인 베어링(23), 핀 베어링(24~27), 및 단부측 표면을 가지는 크랭크축(22)을 연삭하기 위한 연삭 센터로서,
    메인 베어링 연삭 휠(10)의 수(數)와 동일한 수의 상기 메인 베어링(23)이 시간(T1) 내에 시간 병렬적으로(time parallel) 연삭되도록, 상기 메인 베어링 연삭 휠(10)의 그룹(group)이, 메인 베어링 복합 공구이송대(6) 상에 배치된 메인 베어링 연삭 스핀들(9) 상에 배치되는 제 1 스테이션(3), 및
    2개의 핀(pin) 베어링 연삭 휠(17, 18)이 시간(T2) 내에 크랭크축(22)의 2개의 핀 베어링(24-27)을 쌍을 이루어 연삭하고, 상기 핀 베어링 연삭 휠 각각의 핀 베어링 연삭 스핀들(14, 15)에 의해 핀 베어링 복합 공구이송대(11) 상에 지지되어, 제 1 핀 베어링 연삭 스핀들(14)이 조정 방향(X축)으로 상기 핀 베어링 복합 공구이송대(11) 상에 위치 고정식으로 배치되고 제 2 핀 베어링 연삭 스핀들(15)이 상기 제 1 핀 베어링 연삭 스핀들(14)에 대해 치수 또는 진원도 수정 축선(44)에서만 상기 조정 방향(X축)으로 약간 변위 가능한 제 2 스테이션(4)을 가지고,
    상기 메인 베어링 및 핀 베어링용 연삭 스핀들(9, 14, 15)에 경사져서 배치된 연삭 스핀들(46)에 의해 구동되는 프로파일 연삭 휠(profiled grinding wheel)(45)에 의해 상기 단부측 표면(48)을 연삭할 수 있는 연삭 센터.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 핀 베어링 복합 공구이송대(11) 상에 배치된 상기 2개의 핀 베어링 연삭 스핀들(14, 15)은 서로에 대해 축방향(Z2축)으로 변위될 수 있는 연삭 센터.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 스테이션(4)의 상기 제 2 핀 베어링 연삭 스핀들(15)은, 상기 핀 베어링 복합 공구이송대(11)의 크랭크축(22)으로의 운동에 관계없이, 치수 및/또는 진원도 수정을 위해 작은 범위에서 유효한 NC 축선에 의해 조정될 수 있는 연삭 센터.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 하나 이상의 항에 있어서,
    상기 제 1 스테이션(3)의 상기 메인 베어링 연삭 스핀들(9)의 상기 메인 베어링 연삭 휠(10)은 상기 메인 베어링(23)의 연삭을 위해 반경 방향으로 조정될 수 있고 크랭크축(22) 상의 치크(cheek)(49)의 평평한 측면(28)의 연삭을 위해 축방향으로 변위될 수 있는 연삭 센터.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 메인 베어링 연삭 휠(10)의 축방향 오프셋(offset)은 상기 메인 베어링 복합 공구이송대(6)를 이용하여 일어나는 연삭 센터.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 메인 베어링 연삭 휠(10)의 축방향 오프셋은 상기 메인 베어링 연삭 휠(10)이 상기 메인 베어링 연삭 스핀들(9) 상에서 축방향으로 변위하게 배치됨으로써, 일어나는 연삭 센터.
  7. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 하나 이상의 항에 있어서,
    상기 크랭크축(22)의 치크(49)의 평평한 측면(28)을 연삭하기 위해, 상기 크랭크축(22)은 상기 메인 베어링 연삭 휠(10)에 의해 크랭크축의 길이 방향에서 축방향으로 변위 가능한 연삭 센터.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 하나 이상의 항에 있어서,
    상기 시간 T1은 시간 T2와 대략 동일한 연삭 센터.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 하나 이상의 항에 있어서,
    상기 핀 베어링 복합 공구이송대(11)는 상기 핀 베어링 연삭 휠(17, 18)의 진자 리프팅 운동(pendulum lifting movement)이 발생될 수 있도록 구현되는 연삭 센터.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 하나 이상의 항에 있어서,
    상기 제 1 스테이션(3) 및 제 2 스테이션(4) 각각은 피가공재 주축대(7, 12, 13) 및 심압대(8)를 가지고, 상기 제 1 및 제 2 스테이션(3, 4)용 각각의 피가공재 주축대(7, 12, 13) 및 심압대(8)는, 메인 베어링 길이 방향 축선(29) 및 적어도 하나의 핀 베어링 길이 방향 축선(30)을 가지는 상기 크랭크축(22)이 상기 메인 베어링 길이 방향 축선(29)을 중심으로 회전될 수 있도록 구현되는 연삭 센터.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 하나 이상의 항에 있어서,
    상기 조정 축선(X축) 또는 치수 및 진원도 수정 축선(44)에서 상기 핀 베어링 연삭 스핀들(14 또는 15)의 운동을 제어하는 신호를 공급하는 치수 및/또는 진원도의 연속 측정용 측정 디바이스(20)가 설치되는 연삭 센터.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 하나 이상의 항에 있어서,
    상기 단부측 표면(48)을 연삭하는 연삭 휠(45)은, 상기 크랭크축(22)의 단부측 플랜지(47) 및/또는 핀이 그 축방향 및 반경 방향 표면에서 연삭될 수 있도록 프로파일링되고, 메인 베어링 연삭 휠(10) 또는 핀 베어링 연삭 휠(17, 18) 측과 대향하는 크랭크축(22)의 측면에 배치되는 연삭 센터.
  13. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 하나 이상의 항에 있어서,
    상기 프로파일링에 의해, 상기 크랭크축(22)의 단부측 플랜지(47) 및/또는 핀을 그 축방향 및 반경 방향 표면에서 연삭하는 연삭 휠(45)은 상기 메인 베어링 연삭 휠 또는 핀 베어링 연삭 휠 측에 배치되는 연삭 센터.
  14. 2개의 스테이션(3, 4)을 가지는 연삭 셀에서 크랭크축(22)의 메인 베어링(23) 및 핀 베어링(24~27) 및/또는 중앙부 및/또는 단부측 표면(48)을 연삭하는 방법으로서,
    a) 상기 제 1 스테이션(3)에서, 상기 크랭크축(22)의 메인 베어링(23) 및/또는 중앙부를 메인 베어링 연삭 스핀들(9)의 공통축 상에 배치되는 세트를 이루는 메인 베어링 연삭 휠(10)로 연삭하는 단계;
    b) 상기 크랭크축(22)을 상기 제 2 스테이션(4) 내로 이동시키는 단계;
    c) 상기 제 2 스테이션(4)에서, 상기 크랭크축(22)의 회전 축선에 대해 동일한 각도 위치를 가지는 2개의 핀 베어링(24, 27 또는 25, 26)을 2개의 핀 베어링 연삭 휠(17, 18)로 동시에 연삭하는 단계;
    d) 상기 2개의 핀 베어링 연삭 휠(17, 18)의 각각의 조정 운동을 개별적으로 컴퓨터 제어하는 단계 - 상기 제 2 핀 베어링 연삭 휠(18)의 조정 운동은 상기 제 1 핀 베어링 연삭 휠(17)의 조정 운동과의 편차에 따라서만 이루어짐 -;
    e) 상기 연삭 셀에서, 2개의 크랭크축을 항상 동시에 가공하는 단계 - 상기 제 1 스테이션(3)에서의 연삭 시간 T1은 상기 제 2 스테이션(4)에서의 연삭 시간 T2와 대략 동일함 -; 및,
    f) 적어도 하나의 상기 단부측 표면(48)을, 상기 메인 베어링 및/또는 핀 베어링과 적어도 부분적으로 시간 병렬적으로 연삭하는 단계를 포함하는 연삭 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 2개의 핀 베어링 연삭 휠(17, 18)은 핀 베어링 복합 공구이송대(11) 상에 배치되는 핀 베어링 연삭 스핀들(14, 15) 상에 배치되며, 여기서 상기 제 1 핀 베어링 연삭 스핀들(14)은 상기 핀 베어링 복합 공구이송대(11) 상에 제 1 핀 베어링 연삭 휠(17)과 함께 위치 고정식으로 조정 방향(X축)으로 배치되어 조정되고, 상기 제 2 핀 베어링 연삭 스핀들(15)은 상기 제 2 핀 베어링 연삭 휠(18)과 함께 핀 베어링 복합 공구이송대(11)의 크랭크축(22)으로의 운동에 관계없이, 치수 및/또는 진원도 수정을 위해, 작은 범위에서 유효한 NC 축선에 의해 조정될 수 있는 연삭 방법.
  16. 제 14 항 또는 제 15 항에 있어서,
    상기 메인 베어링 연삭 스핀들(9)의 상기 메인 베어링 연삭 휠(10)은 상기 메인 베어링(23)의 연삭을 위해 반경 방향으로 조정되고 상기 크랭크축(22)의 치크(49)의 평평한 측면(28)의 연삭을 위해 축방향으로 변위되는 연삭 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 메인 베어링 연삭 휠(10)은 상기 메인 베어링 복합 공구이송대(6)가 축방향으로 변위됨으로써, 축방향으로 변위되는 연삭 방법.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 메인 베어링 연삭 휠(10)은 상기 메인 베어링 연삭 스핀들(9) 상에서 축방향으로 변위됨으로써, 축방향으로 변위되는 연삭 방법.
  19. 제 14 항 또는 제 15 항에 있어서,
    상기 크랭크축(22)의 치크(49)의 평평한 측면(28)은 상기 크랭크축(22)이 축방향으로 변위됨으로써, 상기 메인 베어링 연삭 휠(10)에 의해 연삭되는 연삭 방법.
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