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KR-20260061944-A - Nut tapping device

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Abstract

본 발명은 너트의 내주면에 탭핑 공정으로 암나사를 가공할 수 있는 너트의 탭핑 가공 장치에 관한 것으로서, 전체적으로 봉 형상으로 형성되고, 선단부의 적어도 일부분에 너트의 암나사 가공을 위한 가공 탭이 형성되는 탭 가공부와, 상기 탭 가공부의 선단부 측에 설치되고, 상기 탭 가공부의 상기 가공 탭으로 상기 너트를 공급하는 공급부와, 상기 탭 가공부의 후단부 측에 설치되고, 상기 탭 가공부에 회전 구동력을 인가하는 회전 구동부 및 상기 탭 가공부의 선단부 측에 설치되고, 상기 공급부를 통해 공급된 상기 너트가 상기 회전 구동부에 의해 회전 구동하는 상기 탭 가공부에 삽입되어 상기 가공 탭을 통과하는 동안 내주면에 상기 암나사의 가공이 이루어질 수 있도록, 상기 공급부를 통해 공급된 상기 너트를 상기 탭 가공부 방향으로 가압하여 소정의 이송 속도로 이송시키는 이송부를 포함할 수 있다.

Inventors

  • 이종섭
  • 김민수
  • 송정한
  • 배기현
  • 박남수
  • 최태훈
  • 김민기

Assignees

  • 한국생산기술연구원

Dates

Publication Date
20260506
Application Date
20241028

Claims (13)

  1. 전체적으로 봉 형상으로 형성되고, 선단부의 적어도 일부분에 너트의 암나사 가공을 위한 가공 탭이 형성되는 탭 가공부; 상기 탭 가공부의 선단부 측에 설치되고, 상기 탭 가공부의 상기 가공 탭으로 상기 너트를 공급하는 공급부; 상기 탭 가공부의 후단부 측에 설치되고, 상기 탭 가공부에 회전 구동력을 인가하는 회전 구동부; 및 상기 탭 가공부의 선단부 측에 설치되고, 상기 공급부를 통해 공급된 상기 너트가 상기 회전 구동부에 의해 회전 구동하는 상기 탭 가공부에 삽입되어 상기 가공 탭을 통과하는 동안 내주면에 상기 암나사의 가공이 이루어질 수 있도록, 상기 공급부를 통해 공급된 상기 너트를 상기 탭 가공부 방향으로 가압하여 소정의 이송 속도로 이송시키는 이송부;를 포함하고, 상기 가공 탭은, 상기 너트의 상기 암나사의 가공이 이루어지는 구간 중, 적어도 일부 구간에서 로브(Lobe)의 반경(Radius)이 비선형으로 증가하도록 형성되는, 너트의 탭핑 가공 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 가공 탭은, 모따기(Chamfer) 형태로 로브의 반경이 상기 너트에 가공될 상기 암나사와 대응되는 완전산부까지 점점 커지도록 형성되는 식부 구간: 및 로브의 반경이 상기 완전산부로 일정하게 형성되는 완전산부 구간; 을 포함하는, 너트의 탭핑 가공 장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 식부 구간은, 내주면에 상기 암나사의 가공이 이루어지는 상기 너트의 이송 방향을 기준으로, 전방에서 후방으로 갈수록, 로브 반경이 비선형으로 증가하도록 형성되는, 너트의 탭핑 가공 장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 식부 구간은, 내주면에 상기 암나사의 가공이 이루어지는 상기 너트의 이송 방향을 기준으로, 전방에서 후방으로 갈수록, 로브 반경의 증가량이 점점 감소하도록 형성되는, 너트의 탭핑 가공 장치.
  5. 제 3 항에 있어서, 상기 식부 구간은, 상기 너트의 상기 암나사의 가공이 이루어지는 전구간에서, 상기 암나사의 가공을 위해, 로브의 탭 나사산이 상기 너트의 내주면으로 삽입되는 성형 체적(Volume)이 동일하게 형성될 수 있도록, 로브 반경이 비선형으로 증가하도록 형성되는, 너트의 탭핑 가공 장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 식부 구간에서, 비선형으로 증가되는 로브 반경의 증가량은, 하기 [수식 1]에 의해 계산되는, 너트의 탭핑 가공 장치. [수식 1] h n : 로브 반경 증가량 w n-1 : h n 구간 상단에서의 탭 나사산의 폭 A: 성형 체적
  7. 제 2 항에 있어서, 상기 회전 구동부 및 상기 이송부와 전기적으로 연결되어, 상기 회전 구동부의 회전 속도 및 상기 이송부가 상기 너트를 이송시키는 이송 속도를 제어할 수 있도록, 상기 회전 구동부 및 상기 이송부에 제어신호를 인가하는 제어부; 를 더 포함하는, 너트의 탭핑 가공 장치.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 제어부는, 상기 이송부가 상기 너트를 이송시키는 이송 속도가 증가할수록 증가하는 이송 속도와 연동하여 상기 회전 구동부가 상기 탭 가공부를 회전시키는 회전 속도를 함께 증가시키고, 상기 이송부가 상기 너트를 이송시키는 이송 속도가 감소할수록 감소하는 이송 속도와 연동하여 상기 회전 구동부가 상기 탭 가공부를 회전시키는 회전 속도를 함께 감소시키는, 너트의 탭핑 가공 장치.
  9. 제 7 항에 있어서, 상기 제어부는, 상기 너트가 상기 가공 탭의 상기 식부 구간을 통과 시에는 상기 이송부의 이송 속도를 제 1 이송 속도로 제어하고, 상기 너트가 상기 가공 탭의 상기 완전산부 구간을 통과 시에는 상기 이송부의 이송 속도를 상기 제 1 이송 속도 보다 빠른 제 2 이송 속도로 제어하는, 너트의 탭핑 가공 장치.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 이송부는, 상기 공급부를 통해 공급된 상기 너트를 상기 회전 구동부에 의해 회전 구동하는 상기 탭 가공부 방향으로 가압하는 푸셔; 및 상기 푸셔가 상기 탭 가공부와 가까워지는 방향 또는 멀어지는 방향으로 선형 구동할 수 있도록, 상기 푸셔에 선형 구동력을 인가하는 이송 구동부; 를 포함하는, 너트의 탭핑 가공 장치.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 회전 구동부는, "ㄱ"자 형태로 절곡된 상기 탭 가공부의 후단부가 관통 삽입될 수 있도록 "ㄱ"자 형태로 절곡된 관통홈부가 형성되어, 상기 탭 가공부와 함께 회전 구동할 수 있도록 상기 탭 가공부의 후단부의 적어도 일부분을 감싸도록 형성되는 회전 블록체; 및 상기 회전 블록체의 일측에 돌출되게 형성된 주축과 연결되어, 상기 회전 블록체에 회전 구동력을 인가하는 회전 모터; 를 포함하는, 너트의 탭핑 가공 장치.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 탭 가공부는, 상기 이송부에 의해 회전 구동하는 상기 탭 가공부를 통과하는 상기 너트가 상기 가공 탭 구간을 통과하는 과정에서 상기 탭 가공부와 함께 회전하는 것을 방지할 수 있도록, 상기 가공 탭 구간 전체를 포함하는 상기 탭 가공부의 선단부의 적어도 일부분을 감싸도록 형성되어, 상기 너트가 상기 탭 가공부를 따라 이동 가능한 상태로 상기 너트의 외측면의 적어도 일부분을 파지하는 가이드 척부; 를 포함하는, 너트의 탭핑 가공 장치.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 공급부는, 상기 암나사가 가공되지 않은 복수의 상기 너트를 수용하는 호퍼; 및 상기 호퍼의 일측으로부터 관 형태로 길게 연장되게 형성되어, 상기 호퍼에 수용된 복수의 상기 너트를 상기 탭 가공부와 상기 이송부 사이로 순차적으로 공급하는 슈트; 를 포함하는, 너트의 탭핑 가공 장치.

Description

너트의 탭핑 가공 장치{Nut tapping device} 본 발명은 너트의 탭핑 가공 장치에 관한 것으로서, 더 상세하게는 너트의 내주면에 탭핑 공정으로 암나사를 가공할 수 있는 너트의 탭핑 가공 장치에 관한 것이다. 자동차용 너트는, 수많은 자동차 부품을 조립 및 체결하는 기초 요소로 사용되는 산업용 파스너(Fastener) 제품으로서, 자동차의 구조적 성능 구현에 매우 중요한 핵심 요소 부품이다. 일반적으로, 자동차용 너트는, 중공을 가지는 육각 형상의 제품 형상을 만들기 위한 다단의 단조 공정과, 중공 내주면에 나사산을 형성하기 위한 탭핑(Tapping) 공정을 거쳐서 제조되며, 탭핑 공정에서 너트 제품의 생산성이나 불량률이 주로 결정되고 있다. 너트의 중공 내주면에 나사산을 형성하는 탭핑 공정은, 절삭(Machining)에 기반한 절삭 탭 공정과 너트 내측의 소성 변형을 통해 나사산을 형성하는 전조 탭(Roll tap/Forming tap) 공정으로 구분될 수 있다. 탭핑 공정은, 공구의 장수명과 높은 가공성 등의 장점으로 인하여 절삭 공법이 주로 사용되어 왔으나, 최근 들어 생산성 향상을 통한 원가절감 및 고품질화를 목적으로 전조 공법의 적용이 확대되는 추세이다. 특히, 전조 공법에서는 절삭칩이 발생하지 않으므로, 칩 제거 공정을 생략함으로써, 전체 너트 생산 공정의 일체화 및 자동화가 수월할 수 있다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 너트의 탭핑 가공 장치를 모식적으로 나타내는 모식도이다. 도 2는 도 1의 너트의 탭핑 가공 장치의 탭 가공부가 도시된 “B”부분을 확대한 모습을 개략적으로 나타내는 단면도이다. 도 3은 도 1의 너트의 탭핑 가공 장치의 탭 가공부 부분의 절취선 A-A를 따라 취한 절단면을 개략적으로 나타내는 단면도이다. 도 4는 도 2의 탭 가공부의 가공 탭의 식부 구간에서 너트의 내주면에 암나사산이 성형되는 과정을 나타내는 이미지이다. 도 5는 비선형으로 반경이 증가되는 가공 탭의 식부 구간의 반경 증가량 함수식 도출 과정을 나타내는 이미지이다. 도 6은 종래의 가공 탭과 본 발명의 가공 탭의 로브 반경 및 로브 반경 증가량의 비교 결과를 나타내는 이미지 및 그래프이다. 도 7은 종래의 가공 탭과 본 발명의 가공 탭의 마모 집중도를 비교 해석한 시뮬레이션 결과를 나타내는 이미지 및 그래프이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 여러 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려 이들 실시예들은 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 또한, 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이다. 이하, 본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들을 개략적으로 도시하는 도면들을 참조하여 설명한다. 도면들에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차(tolerance)에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명 사상의 실시예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조상 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 너트의 탭핑 가공 장치(1000)를 모식적으로 나타내는 모식도이고, 도 2는 도 1의 너트의 탭핑 가공 장치(1000)의 탭 가공부(100)가 도시된 “B”부분을 확대한 모습을 개략적으로 나타내는 단면도이며, 도 3은 도 1의 너트의 탭핑 가공 장치(1000)의 탭 가공부(100) 부분의 절취선 A-A를 따라 취한 절단면을 개략적으로 나타내는 단면도이다. 그리고, 도 4는 도 2의 탭 가공부(100)의 가공 탭(110)의 식부 구간(111)에서 너트(N)의 내주면에 암나사산이 성형되는 과정을 나타내는 이미지이고, 도 5는 비선형으로 반경이 증가되는 가공 탭(110)의 식부 구간(111)의 반경 증가량 함수식 도출 과정을 나타내는 이미지이다. 먼저, 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 너트의 탭핑 가공 장치(1000)는, 크게, 탭 가공부(100)와, 공급부(200)와, 회전 구동부(300)와, 이송부(400) 및 제어부(500)를 포함할 수 있다. 너트의 탭핑 가공 장치(1000)는, 선단부에 가공 탭(110)이 형성된 탭 가공부(100)를 회전시키고, 일종의 푸싱 장치인 이송부(400)를 통해 가공 탭(110) 쪽으로 가공되지 않은 너트(N)가 연속적으로 끼워지도록 너트(N)를 밀어주는 것에 의해, 너트(N)의 중공 내주면에 암나사를 가공하는 기기일 수 있다. 이러한, 너트의 탭핑 가공 장치(1000)의 각 구성요소에 대해 더욱 구체적으로 설명하면, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 탭 가공부(100)는, 전체적으로 봉 형상으로 형성되고, 선단부의 적어도 일부분에 너트(N)의 암나사 가공을 위한 가공 탭(110)이 형성될 수 있다. 예컨대, 탭 가공부(100)의 선단부에 형성된 가공 탭(110)은, 모따기(Chamfer) 형태로 로브(Lobe)의 반경(r)이 너트(N)에 가공될 암나사와 대응되는 완전산부까지 점점 커지도록, 외경면이 가공 탭(110)의 중심축을 기준으로 소정의 가변 각도(θ)로 상향 경사지게 형성되는 식부 구간(111) 및 로브의 반경이 완전산부로 일정하게 형성되어 외경면이 가공 탭(110)의 중심축과 평행하게 형성되는 완전산부 구간(112)으로 구성될 수 있다. 여기서, 가공 탭(110)은, 너트(N)의 암나사의 가공이 이루어지는 구간 중, 적어도 일부 구간, 즉, 식부 구간(111)에서 로브의 반경(r)이 비선형으로 증가하도록 형성될 수 있다. 예컨대, 가공 탭(110)에서, 식부 구간(111)은, 내주면에 암나사의 가공이 이루어지는 너트(N)의 이송 방향을 기준으로, 전방에서 후방으로 갈수록, 로브의 반경(r)이 비선형으로 증가하도록 형성될 수 있다. 이때, 도 4에 도시된 바와 같이, 식부 구간(111)은, 너트(N)의 암나사의 가공이 이루어지는 전구간에서, 암나사의 가공을 위해, 로브의 탭 나사산(T)이 너트(N)의 내주면으로 삽입되는 성형 체적(Volume)(A)이 동일하게 형성될 수 있도록, 로브 반경이 비선형으로 증가하도록 형성되되, 내주면에 암나사의 가공이 이루어지는 너트(N)의 이송 방향을 기준으로, 전방에서 후방으로 갈수록, 로브의 반경(r)의 증가량이 점점 감소(h1>h2>h3)하도록 형성되는 것이 바람직할 수 있다. 이러한, 식부 구간(111)에서의 로브 반경(r)의 증가량은, 도 5에 도시된 바와 같이, 가공 탭(110)의 1회전 당 일정한 성형 체적(A) 유지가 가능한 로브 반경(r) 증가량의 계산이 가능하도록 도출되는 하기 [수식 1]에 의해 계산됨으로써, 식부 구간(111)의 전구간에서 동일한 성형 체적(A)을 가지는 비선형의 가공 탭(110)을 설계할 수 있다. [수식 1] hn: 로브 반경 증가량 wn-1: hn구간 상단에서의 탭 나사산의 폭 A: 성형 체적 또한, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 너트(N)의 이동 방향을 기준으로, 탭 가공부(100)에서 가공 탭(110)의 전방에는 너트(N)의 중공 부분의 삽입을 유도할 수 있는 가이드부(120)가 형성되고, 가공 탭(110)의 후방에는 암나사의 가공이 완료된 너트(N)의 이동을 가이드할 수 있는 생크부(130)가 형성될 수 있다. 생크부(130)는, 후술될 회전 구동부(300)의 회전 블록체(310)와 함께 동기화되어 회전할 수 있도록, 후단부가 "ㄱ"자 형태로 절곡되게 형성될 수 있다. 또한, 도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이, 탭 가공부(100)는, 후술될 이송부(400)에 의해, 회전 구동하는 탭 가공부(100)를 통과하는 너트(N)가 가공 탭(110) 구간을 통과하는 과정에서 탭 가공부(100)와 함께 회전하는 것을 방지할 수 있도록, 가공 탭(110) 구간 전체를 포함하는 탭 가공부(100)의 선단부의 적어도 일부분을 감싸도록 형성되어, 너트(N)가 탭 가공부(100)를 따라 이동 가능한 상태로 너트(N)의 외측면의 적어도 일부분을 파지하는 가이드 척부(140)를 포함할 수 있다. 이러한, 가이드 척부(140)는, 육각 형상으로 형성되는 너트(N)의 외측면을 파지할 수 있도록, 내측에 너트(N)의 육각 형상의 적어도 일부분과 대응되는 형상의 육각 홈부가 형성되고, 한 쌍으로 형성되어 너트(N)를 기준으로 각각 서로 가까워지는 방향 서로 멀어지는 방향으로 슬라이딩 이동 가능하게 형성될 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 공급부(200)는, 탭 가공부(100)의 선단부 측에 설치되고, 탭 가공부(100)의 가공 탭(110)으로 너트(N)를 공급할 수 있다. 예컨대, 공급부(200)는, 상기 암나사가 가공되지 않은 복수의 너트(N)를 수용하는 호퍼(210) 및 호퍼(210)의 하단으로부터 탭 가공부(100)를 향해서 하방으로 관 형태로 길게 연장되게 형성되어, 호퍼(210)에 수용된 복수의 너트(N)를 탭 가공부(100)와 이송부(400) 사이로 순차적으로 공급하는 슈트(220)를 포함할 수 있다. 또한, 회전 구동부(300)는, 탭 가공부(100)의 후단부 측에 설치되고, 탭 가공부(100)에 회전 구동력을 인가할 수 있다. 예컨대, 회전 구동부(300)는, "ㄱ"자 형태로 절곡된 탭 가공부(100)의 후단부가 관통 삽입될 수 있도록 "ㄱ"자 형태로 절곡된 관통홈부(311)가 형성되어, 탭 가공부(100)와 함께 회전 구동할 수 있도록 탭 가공부(100)의 후단부의 적어도 일부분을 감싸도록 형성되는 회전 블록체(310) 및 회전 블록체(310)의 일측에 돌출되게 형성된 주축(320)과 연결되어, 회전 블록체(310)에 회전 구동력을 인가하는 회전 모터(330)를 포함할 수 있다. 더욱 구체적으로, 회전 구동부(300)의 회전 모터(330)는, 후술될 제어부(500)에 의해 회전 속도가 가변적으로 조절될 수 있도록, 피드백 제어