KR100298065B1 - 공구홀더및이러한공구홀더내에절삭공구를장착하기위한방법 - Google Patents

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Abstract

공기 홀더(1O)는 자루부분(12), 공구 설치부분(14) 및 환형 플랜지 부분(16)으로 이루어지고, 중앙 구멍(20)이 설치부분내에 배치되고 반면에 중앙 구멍과 소통되는 나사식 구멍(22)은 자루 부분내에 배치되고, 상기 공구 홀더는 열 수축에 의해 중앙 구멍에 수용할 수 있는 원통형 슬리브 부재(24)를 추가로 포함하고 공구 설치 구멍(30)은 슬리브 부재를 통해 연장되고, 절삭 공구(34)의 자루 부분(32)은 열 수축에 의해 설치구멍에 수용할 수 있고 적어도 하나의 채널(40)이 설치구멍의 내부표면에 배치되어 공구 홀더(10)와 절삭 공구(34) 사이에서 냉각 유체 통로를 형성한다.

Description

공구 홀더 및 상기 공구 홀더내에 절삭공구를 장착하기 위한 방법
공지된 바와 같이, 공작물을 절단하는 동안 공작기계상에 절삭공구를 확실하게 고정하기 위해 밀링머신 또는 천공기와 같은 공작기계의 회전 스핀들과 협력되어 사용되는 다양한 공구 홀더가 사용되어 오고 있다. 이러한 종래기술의 공구 홀더가 공작기계의 회전 스핀들에 절삭공구를 적용시키기에 적절하다 하더라도, 이러한 홀더는 전반적인 효용성을 떨어뜨리는 결함을 가지고 있다.
대부분의 종래기술의 공구 홀더에는, 밀링머신에 적용되는 절삭공구의 자루부를 수용하도록 그 안에 중앙구멍이 형성되어 있다. 통상적으로, 이러한 중앙구멍은 자루부가 그 안으로 간단하고 신속하게 삽입될 수 있도록 절삭공구의 자루부 보다 직경이 약 0.000254 내지 0.000508cm(1만분의 1 내지 2인치) 정도 더 크게 형성되어 있다. 그 다음, 공구 홀더내에서 절삭공구에 대해서 수직으로 뻗어 있는 세트 스크류가 이 절삭공구상에 조여지고, 이 공구 홀더는 그 안에 절삭공구를 단단하게 조이도록 스핀들내로 유도되어 단단하게 당겨진다. 그러나, 이러한 공구 홀더내에서 절삭공구를 손으로 왕복 운동시킬 수 있도록 절삭공구의 자루부보다 직경이 더 큰 중앙구멍을 형성하여도 근래에는 공차가 큰 기계가공이 적용될 수 없는 것으로 입증된 절삭공구의 편심장착을 허용하는 공구 홀더를 제조할 수 있도록 하는 것이 공지되어 있다. 이와 관련해서, 수직 밀링머신상에서 수행되는 것과 같은 고속의 절삭분야에서는 공구 홀더내에서 절삭공구의 중심을 약간만 바꾸어도 절삭 조작시 심각한 파손이 야기된다.
많은 종래기술의 공구 홀더와 관련된 그 밖의 결함으로는 기계조작을 하는 동안 냉각 유체를 공급하는데 있어서 공구 홀더의 작용이 바람직하지 않다는 것이다. 수직 밀링머신상에서 수행되는 것과 같은 절삭조작을 하는 동안에, 전형적으로 공작물의 표면과 절삭공구의 절삭부분에 냉각 유체를 적용하여 공구의 마모를 감소시키고 절삭공구 및 공작물의 온도를 감소시킴에 의해 절삭을 개선시키도록 한다. 그밖에도, 절삭작용중에 공작물상에 쌓이는 칩을 씻어내기 위해서 이러한 냉각제가 사용된다. 대부분의 종래기술의 공구 홀더는 이것을 통해서 절삭공구 및 공작물의 표면으로 냉각제를 유출시키기에 적합하지 않기 때문에, 수동으로 또는 절삭공구 및 공작물의 절삭부에 바로 인접하게 배열되어 있는 분리된 스프레이 헤드를 통해서 냉각제가 절삭공구 및 공작물에 공급되어야 한다.
이러한 결함을 인지하여 스핀들을 통해서 절삭공구 및 공작물 위에 냉각제를 공급하는 다양한 종래기술의 공구 홀더가 개발되어 오고 있다. 이러한 공구 홀더중의 하나로는 moreno valley의 엑스-엘(X-L) 공구 제조회사에서 "플러쉬 컷(Flush Cut)"이라는 상품명으로 제조된 것이다. 이러한 특수장치에 있어서, 내부에 장착된 절삭공구 위에 냉각제를 뿌리도록 공구 홀더의 공구 설치부에 각을 형성하여 배향된 다수의 유체 채널이 배치되어 있다. 그러나, 공구 홀더내에 경사진 채널을 형성하는 공정은 비용이 많이 들고 시간소모가 많다. 그밖에도, 이러한 공구 홀더는 절삭 공구를 그 안에 장착할 때 절삭공구의 편심률을 줄이는데 적합하지 않다.
절삭 삽입물의 팁에 냉각제를 공급하는데 적합한 종래기술의 다른 장치는 클레모우(CLEMMOW)의 미합중국 특허 제 4,453,775호에 기술되어 있다. 그러나, 상기 클레모우의 문헌에 공개되어 있는 절삭 삽입물에는 냉각제가 절삭 삽입물의 팁위로 흐를 수 있도록 여러개의 교차 그루브가 제공되어야 한다. 그밖에도, 앞서 언급한 "플러쉬 컷" 공구 홀더와 같이, 클레모우 참조문헌에 설명되어 있는 절삭공구는 공구 홀더에 대한 절삭 재료의 편심율을 제거하는데 적합하지 않다.
본 발명은 공작기계, 특히 개선된 공구 홀더 및 이를 사용하는 방법에 관한것이다.
제1도는 본 발명의 제 1 실시형태에 따라서 구성된 공구홀더의 사시도이다.
제2도는 제1도에 도시된 공구홀더의 전개도이다.
제3도는 제1도에 도시된 공구홀더의 횡단면도이다.
제4(a)도는 유도 가열기를 통해서 공구홀더의 슬리브 부재의 가열을 도시한사시도이다.
제4(b)도는 유도 가열기를 통해서 공구홀더의 장착부의 가열을 도시한 사시도이다.
제5(a)도는 제1도에 도시된 공구홀더에 사용된 슬리브 부재의 대안적 실시형태의 횡 단면도이다.
제5(b)도는 제3도에 도시된 슬리브 부재의 말단부의 횡단면도이다.
제6도는 본 발명의 제 2 실시형태에 따라 구성된 공구홀더의 사시도이다.
제7도는 제6도에 도시된 공구홀더의 전개도이다.
제8도는 제6도에 도시된 공구홀더의 횡단면도이다.
본 발명의 목적은 절삭공구의 위로 냉각제를 향하게 하며, 특히 공구홀더내에 절삭공구를 설치할 때 편심율을 제거하는 공구 홀더를 제공함으로써 종래기술의 공구 홀더와 관련된 결함들을 해결하기 위한 것이다. 이와같이, 본 발명은 특히 고속 절삭작업 분야에서 사용하도록 공구 홀더내에 절삭공구를 단단하고 확실하게 장착하는데 적합하다.
본 발명의 제 1 실시예에 따라, 공작기계의 스핀들에 사용하기 위한 공구 홀더가 제공된다. 통상적으로, 이러한 공구 홀더는 공구 스핀들에 설치되도록 원뿔형으로 테이퍼가 진 자루부와, 원통형의 공구 장착 부분을 포함하고 있다. 자루부와 공구 장착 부분 사이에는 내부에 배열되어서 원주둘레로 뻗어 있는 리세스를 포함하고 있는 원형의 플랜지부가 배치되어 있다. 공구 장착부의 단부에는 중앙구멍이 배열되어 있는데, 이러한 중앙구멍은 플랜지부의 위치와 거의 상응하는 깊이로 자루부의 단부쪽으로 축방향으로 뻗어 있다. 그 밖에도, 자루부의 말단에는 나사식 구멍이 배치되어 있는데, 이것은 상기 나사식 구멍이 중앙구멍과 소통되도록 하는 깊이로 플랜지부쪽으로 축방향으로 뻗어 있다.
본 발명의 공구 홀더에는 원통형의 슬리브 부재가 더 포함되어 있으며, 이러한 슬리브 부재는 중앙구멍의 직경을 약간 초과하는 외부 직격을 갖추고 있으며, 공구 장착 부분에 열원이 제공될 때 필요한 축 위치로 중앙구멍내로 활주가능하게 수용될 수 있다 이러한 슬리브 부재는 공구 장착부가 냉각될 때 열수축을 통해서 중앙구멍내에 단단하게 유지된다. 이러한 슬리브 부재를 통해서 공구 장착구멍이 축방향으로 뻗어 있는데, 이러한 공구 장착 구멍은 슬리브 부재가 중앙구멍내에 장착될 때 나사식 구멍과 냉각제가 소통된다. 공구 장착 구멍은 공구 홀더내에 장착하고자 하는 절삭공구의 자루부의 직경보다 약간 작은 직경으로 형성되어 있다.
이러한 공구 자루부는 열원이 슬리브 부재에 제공될 때 공구 장착구멍내에 활주가능하게 수용될 수 있고, 이 자루부는 슬리브 부재가 냉각될 때 열 수축에 의해서 장착구멍내에 단단하게 유지된다.
자루부가 공구 장착 구멍내에 장착될 때 공구 홀더 및 절삭공구의 절삭 단부사이에 냉각제 채널을 형성하는 적어도 하나의 채널이 공구 장착구멍의 내부 표면을 따라서 축방향으로 뻗어서 배치되어 있다. 제 1 실시예에서는, 약 90°의 간격으로 원주방향으로 이격되어 있는 장착 구멍의 내면을 따라 4개의 채널이 형성되어있다. 바람직하게 공구 자루부의 직경보다 조금 작은 직경을 가진 단부와 이 공구 자루부의 직경을 초과하는 직경을 가진 단부를 형성하도록 공구 장착구멍이 형성되어 있다. 공구 장착구멍이 이러한 방식으로 형성될 때, 말단부분의 내면에만 4개의 채널이 형성된다.
본 발명의 제 2 실시예에 따르면, 슬리브 부재에는 장착부의 말단부내에 직접 배열되어서 플랜지 단부의 위치와 거의 상응하는 깊이로 자루부의 말단부쪽으로 축방향으로 뻗어 있는 공구 장착구멍이 제거된다. 공구 장착구멍은 나사식 구멍과 연결되어 있고, 바람직하게 직경이 줄어든 말단부를 포함하도록 형성되어 있다.
또한, 이러한 장착구멍은 자루부가 공구 장착구멍내에 장착될 때 절삭공구의 절삭단부로 통하는 냉각제 채널을 형성하도록 말단부의 내부 표면을 따라서 축방향으로 뻗어 있고, 이 내부 표면안에 배열되어 있는 적어도 한 개 및 바람직하게는 4개의 채널을 포함하고 있다.
본 발명의 제 1 및 제 2 실시예에서는, 바람직하게 유도 가열기에 의해 공구 장착부 및 슬리브 부재에 열이 공급된다. 제 1 실시예에서는 중앙구멍이 슬리브 부재의 직경보다 약 0.00217cm 내지 0.00672cm(0.0005 내지 0.003인치)가 더 작은 직경으로 형성되어 있는데 반해서, 제 1 및 제 2 실시예에서는 공구 장착구멍이 절삭공구의 자루부의 직경보다 약 0.00127cm 내지 0.00672cm가 더 작은 직경으로 형성되어 있다. 바람직하게, 제 1 실시예에서 슬리브 부재 주변의 중앙구멍의 열수축과 제 1 실시예 및 제 2 실시예에서 자루부 주변의 장착구멍의 열수축은 공구 홀더내에서 바라는 추구위치에 절삭공구를 장착하기에 용이하고, 이러한 열수축에 의해 밀링머신의 회전 스핀들의 회전운동을 통해서 절삭공구의 중심이 유지된다. 그밖에, 공구 장착구멍내에 축방향으로 뻗어 있는 채널은 절삭공구의 자루부의 주변부와 공구 홀더 사이의 윤활제의 흐름을 촉진하고, 이에 따라서 절삭공구를 직접 수정해야 하는 필요성을 배제하여 냉각제가 절삭공구의 절삭단부로 통과할 수 있게 한다.
첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하면 다음과 같다.
첨부된 도면들은 본 발명의 바람직한 실시형태들을 도시할 목적으로만 설명한 것이며, 본 발명을 제한할 목적으로 도시한 것은 아니다. 제1도에는 본 발명의 제 1 실시예에 따라 구성된 공구홀더(10)가 도시되어 있다. 이 공구 홀더(10)는 원추형으로 테이퍼가 형성된 자루부(12)와, 원통형의 절삭공구 장착부(14), 및 이 자루부(12)와 공구 장착부(14)의 사이에 배열된 원형의 플랜지부(16)를 포함하고 있다. 이러한 플랜지부(16)는 밀링머신과 같은 공작기계의 스핀들로부터 공구홀더(10)를 자동으로 제거 및 삽입하기 위해서, 공구 홀더 자동교환기(도시되지 않음)가 공구 홀더(10)를 수용해서 접촉할 수 있도록 하는 수단으로서 사용되는 원주방향으로 뻗어 있는 브이(V)자형의 리세스(18)를 포함하고 있다.
공구 홀더(10)의 절삭공구 장착부(14)는 중앙구멍(20)을 포함하고 있는데, 이러한 중앙구멍(20)은 공구 장착부(14)의 말단부로부터 공구 홀더(10)의 맞은편 단부쪽의 축방향으로 플랜지부(16)의 위치와 거의 상응하는 깊이로 뻗어 있다. 공구 홀더(10)의 자루부(12)의 말단부에는 나사식 구멍(22)이 제공되어 있는데, 이러한 나사식 구멍(22)은 제3도에 도시된 바와 같이 중앙구멍(20)과 연결되는 깊이로 플랜지부(16)를 향해 축방향으로 뻗어 있다. 앞서 언급한 특수한 공구홀더(10)는 아메리칸 스탠다드, 일본 비.티.(T.T.), 유럽 비.엔 (B.N.), 캐터필러 브이 (Caterpillar V)(플랜지 스탠다드) 등과 같이 자루부(12) 및 플랜지부(16)의 축방향의 길이가 다른 모든 표준 공구 홀더의 치수 배치와 거의 유사하다.
공구 홀더(10)는 중앙구멍(20)의 직경을 약간 초과하는 외부 직경을 가진 원통형의 슬리브 부재(24)를 더 포함하고 있다. 특히, 슬리브 부재의 외부 직경의 크기는 중앙구멍(20)의 직경보다 약 0.O00254 내지 0.000762cm(1만분의 1 내지 3인치) 더 크게 형성되어 있다. 이 제 1 실시예에 있어서, 유도 가열기(26)와 같은 열원이 제4(b)도에 도시된 방식으로 공구 장착부(14)에 적용될 때 슬리브 부재(24)가 중앙구멍(20)내에 활주가능하게 수용될 수 있다. 이와 관련하여, 바람직하게 유도 가열기(26)에 의해 장착부(14)로 열을 적용하여 열팽창을 하게 하므로써 중앙구멍(20)의 유효 직경이 증가하고, 이에 따라서 슬리브 부재(24)가 이 중앙구멍(20)내로 활주가능하게 삽입될 수 있다. 중앙구멍(20)이 열에 의해서 팽창될 때, 이 슬리브 부재(24)는 의도한 축 위치로 이 구멍안에 삽입된다. 통상적으로, 슬리브 부재의 기부의 단부가 중앙구멍(20)이 나사식 구멍(22)과 연결된 위치에서 공구 홀더(10)내에 형성된 숄더(shoulder; 28)에 접합될 때까지, 슬리브 부재(24)가 확장된 중앙구멍(20)내에 완전하게 삽입될 것이다. 외부에서 공구 장착부(14)에 제공된 열을 제거할 때, 열수축으로 인해 중앙구멍(20)의 유효 직경이 감소하고, 이에 따라서 슬리브 부재(24)의 기부 단부와 공구 장착부(14) 사이에서 금속 대 금속의 압축 결합이 이루어진다.
슬리브 부재(24)를 통해서 공구 장착구멍(30)이 축방향으로 뻗어 있다. 제3도에 도시된 바와 같이, 슬리브 부재(24)가 중앙구멍(20)내에 완전히 수용될 때, 즉 숄더(28)와 접하게 될 때, 공구 장착구멍(30)과 나사식 구멍(22)이 공구 홀더(10)내에 장착될 절삭공구(34)의 원통형의 공구 자루부(32)의 직경보다 조금 더 작은 직경을 갖추어 형성되어 있다. 특히, 장착구멍(30)의 직경의 크기는 통상적으로 절삭공구(34)의 자루부(32)의 직경보다 약 0.O00762 내지 0.00254cm(3/30,000 내지 1/1,000인치) 정도 더 작게 형성되어 있다. 제4도에 도시된 바와 같이, 유도 가열기(26)와 같은 열원이 슬리브 부재(24)에 제공될 때, 공구 자루부(32)는 장착구멍(30)으로 활주되게 수용될 수 있으며, 상기 슬리브 부재(24)는 공구 자루부(32)가 의도한 위치로 활주되어 삽입되기에 충분한 양으로 장착구멍(30)의 작용 직경이 증가하도록 한다. 유도 가열기(26)에 의한 열의 외부 적용이 불연속적이고 슬리브 부재(24)가 주위 온도로 다시 냉각될 때, 열수축은 장착구멍(30)이 강성 인터페이스(rigid interface), 예컨대 슬리브 부재(24)와 절삭공구(34)의 자루부(32) 사이에서 금속 대 금속의 압착 끼움이 형성되도록 한다. 이와 같이, 절삭공구(34)는 높은 기계 가공 공차가 적용되게 슬리브 부재(24)내에서 중심이 잡힌 형태로 단단하게 유지된다.
제3도 및 제5(a)도에 도시된 바와 같이, 장착구멍(30)은 바람직하게는 절삭공구(34)의 자루부(32)의 직경보다 조금 작은 직경을 가진 말단부(36)와, 상기 자루부(32)의 직경보다 큰 직경을 갖는 기단부(38)를 형성하는 방식으로 형성되어 있다. 이에 관해서, 직경이 감소된 말단부(36)가 공구 장착구멍(30)의 길이를 따라 약 1/4이 뻗어 있다. 약 90°의 간격으로 원주방향으로 이격되어 있는 4개의 기다란 채널(40)이 장착구멍(30)의 직경이 감소된 말단부(36)의 내부 표면을 따라서 그 내부에 축방향으로 뻗어서 배열되어 있다. 선택적으로는 제5(b)도에 도시된 바와 같이, 전체적으로 일정한 직경이 형성되도록 슬리브 부재(24)내에 장착구멍(30)이 형성될 수 있는데, 상기 장착구멍(30)의 직경이 절삭공구(34)의 자루부(32)의 직경보다 조금 작다. 장착구멍(30)이 이런 방식으로 형성되어 있을 때, 채널(40)은 내부 표면의 전체 길이를 따라서 축방향으로 뻗어 있다.
제 1 실시예에서, 공구 홀더(10)는 냉각 유체가 그 내부를 통과하기에 적합하도록 되어 있다. 이러한 냉각 유체는 나사식 구멍(22)을 통해서 공구 홀더(10)내로 주입되고, 이 유체는 나사식 구멍(22)으로부터 중앙구멍(20)내에 장착된 슬리브 부재(24)의 장착구멍(30)의 기단부쪽으로 통과한다. 장착구멍(30)의 말단부(36)의 내부 표면에는 채널(40)이 형성되어 있음으로 인해서, 냉각 유체는 슬리브 부재(24)내에 장착된 절삭공구(34)의 공구 자루부(32)의 주변부의 둘레에서 유동할 수 있다. 이 냉각 유체는 채널(40)을 통해서 절삭공구(34)의 절삭단부(42) 위로 유동한다. 절삭단부(42)의 위로 냉각 유체를 통과하는 것을 향상시키기 위해서, 각각의 4개의 채널(40)이 절삭단부(42)의 각각의 플루트(flute)와 일렬로 정열되도록 하는 방식으로, 바람직하게는 장착구멍(30)내에 자루부(32)가 정렬되어 있다. 장착구멍(30)이 내부 표면에 정렬된 4개의 채널(40)을 포함하고 있는 것이 바람직하지만, 이보다 더 많거나 더 적은 수의 채널이 이 장착구멍(30)내에 형성될 수 있다.
본 발명의 제 1 실시예에 있어서, 슬리브 부재(24) 및 나머지 부분의 공구홀더(10)는 다른 재료로 제조될 수도 있다. 이와 관련하여, 공구 홀더(10)를 제조하는데 사용되는 재료는 중앙구멍(20) 및 장착구멍(30)이 전술한 방법대로 열적으로 팽창되도록 하는 필요 열팽창 및 수축성을 가져야 하는 것이 필수적이다.
다음으로 상기 제 1 실시예에 의한 공구 홀더(10)에 절삭 공구(34)를 장착하는 방법은 다음과 같다.
밀링머신의 회전 스핀들을 장착하여 사용하도록 원뿔형으로 테이퍼진 단부를 포함하고 있는 공구 홀더내에 원통형 공구 자루부를 갖추고 있는 절삭 공구를 장착하기 위한 방법으로서, 상기 공구 홀더내에 일정한 직경의 중앙구멍을 형성하되, 상기 중앙구멍에 장착되는 원통형 슬리브 부재의 외경보다 약간 작은 직경으로 상기 중앙구멍을 형성하는 단계와, 상기 절삭공구의 자루부의 직경보다 약간 작은 직경을 갖는 장착구멍을 상기 슬리브 부재내에 형성하는 단계와, 상기 절삭 공구의 자루부가 상기 장착구멍내에 장착되는 동시에 상기 슬리브 부재가 상기 중앙구멍내에 장착될 때 상기 공구 홀더와 상기 절삭공구의 절삭단부 사이로 냉각 유체 통로를 제공하도록 상기 장착구멍의 내면을 따라서 축방향으로 하나 이상의 채널을 형성하는 단계와, 상기 절삭공구의 자루부를 활주식으로 수용할 수 있을 정도의 크기로 상기 장착구멍의 직경을 열적으로 증가시키기에 충분한 온도까지 상기 공구 장착부를 가열시키는 단계와, 상기 절삭공구의 자루부를 상기 장착구멍 안으로 소정의 축방향 위치까지 삽입시키는 단계와, 상기 절삭공구를 상기 슬리브 부재 안으로 소정의 축방향 위치까지 장착시키도록 상기 절삭공구의 자루부 부근의 상기 장착구멍이 열적으로 수축하게 상기 슬리브 부재를 냉각시키는 단계와, 상기 슬리브 부재를 활주식으로 수용할 수 있을 정도의 크기로 상기 중앙구멍의 직경을 열적으로 증가시키기에 충분한 정도의 온도까지 상기 공구 장착구멍을 가열시키는 단계와, 상기 슬리브 부재를 상기 중앙구멍 안으로 소정의 축방향 위치까지 삽입시키는 단계와, 그리고 상기 슬리브 부재를 상기 중앙구멍 안으로 소정의 축방향 위치까지 장착시키도록 상기 슬리브 부재 부근의 상기 중앙구멍이 열적으로 수축하게 상기 공구 장착 구멍을 냉각시키는 단계를 포함한다.
즉, 공구 홀더(10)에 절삭 공구(34)를 장착하기 위해서는, 상기 슬리브 부재(34)가 유도 가열기(26)에 의해 외부에서 가열된다. 슬리브 부재(24)의 열팽창 특성으로 인해, 외부 열에너지를 적용시켜서 장착구멍(30)이 절삭공구(34)의 공구 자루부(32)가 활주되어 삽입될 수 있도록 하는 정도의 양으로 확장되게 한다. 공구자루부(32)가 장착 구멍(30)에 의도한 축방향 위치로 삽입된 후, 열의 외부 적용은 중단되고 슬리브 부재(24)는 주변 온도로 냉각되게 되며, 열수축이 슬리브 부재(24)와 공구 자루부(32) 사이에서 견고한 접촉면, 예컨대 금속 대 금속 접촉을 형성하게 한다.
절삭공구(34)가 슬리브 부재(24)내에서 장착된 후, 공구 홀더(10)의 장착부(14)는 유도 가열기(26)에 의해 외부 가열되며, 이에 따라 중앙구멍(20)이 슬리브부재(24)의 홀더 삽입부가 활주되어 삽입될 수 있을 정도의 양으로 확대되도록 한다. 상기 슬리브 부재가 중앙구멍(20)내에 의도한 축방향 위치로 장착된 후, 유도 가열기(26)에 의한 외부 열 적용은 중단되고, 공구 홀더(10)의 장착부는 냉각되게된다. 장착부(14)가 주변 온도로 냉각되면서, 열수축은 중앙구멍(20)이 슬리브 부재(24)와 장착부(14) 사이에서 견고한 접촉면, 즉 금속 대 금속 압착 접합이 형성되게 한다. 바람직하게는, 슬리브 부재(24)의 중앙구멍(20) 및 절삭 공구(34)의 공구 자루부의 장착구멍(30)이 열수축하여 높은 공차로 기계 가공을 행하는 동안 밀링머신의 회전 스핀들이 회전운동을 하는 동안 절삭공구(34)의 동심성을 유지시키도록 조작하는 것이 가능하다.
제6도 내지 제8도에는, 본 발명의 제 2 실시예에 따라 구성된 공구 홀더(44)가 예시되어 있다. 제 2 실시예에 있어서, 공구 홀더(44)는 전술한 공구 홀더(10)에 유사하게 배치되어 있고, 그리고 원뿔형으로 테이퍼된 자루부(46), 통상적인 원통형 절삭공구 장착부(48) 및 자루부(46)와 장착부(48)의 단부 사이에 배치된 환형의 플랜지 부분(50)을 포함한다.
전술한 중앙구멍(20)에 대한 대안으로서, 제 2 실시예의 공구 홀더(44)는 원통형 절삭공구 장착부(48)의 말단부에 배치되고, 그리고 플랜지 부분(50)의 위치와 대략적으로 상응하는 깊이로 자루부(46)의 말단부를 향해 축방향으로 뻗어 있는 장착 구멍(52)을 포함한다. 자루부(46)의 말단부에는 나사식 구멍이 배치되는데, 이 나사식 구멍은 이것이 장착구멍(52)과 소통되도록 하는 깊이로 플랜지 부분(50)을 향해 축방향으로 뻗어 있다.
장착 구멍(30)과 유사하게, 제 2 실시예의 장착구멍(52)은 말단부(56)가 절삭공구(34)의 공구 자루부(32)의 직경보다 약간 작은 직경을 갖고, 기단부(58)이 공구 자루부(32)의 자루를 초과하는 직경을 갖도록 형성되는 방법으로 형성된다. 4개의 채널(60)이 장착구멍(52)의 말단부(56)의 내부 표면을 따라 축방향으로 배치되고 연장되는데, 상기 4개의 채널(60)은 대략적으로 90°의 간격으로 원주방향으로 이격되어 있다. 그러나, 장착구멍(52)내에 형성된 다수의 채널(60)의 수는 증가되거나 또는 감소될 수도 있다 그밖에도 장착구멍(52)은 길이방향을 따라 직경이 일정하도록 형성되며, 채널(60)은 장착구멍(52)의 내면의 전체 길이를 따라 뻗어 있다.
다음으로, 상기 제 2 실시예에 의한 공구 홀더(44)에 절삭 공구(34)를 장착하는 방법은 다음과 같다.
밀링머신의 회전 스핀들을 장착하여 사용하도록 원뿔형으로 테이퍼진 단부를 포함하고 있는 공구 홀더내에 원통형 공구 자루부를 갖추고 있는 절삭 공구를 장착하기 위한 방법으로서, 상기 공구 홀더내에 일정한 직경의 장착구멍을 형성하되, 상기 장착구멍에 장착되는 상기 절삭공구의 공구 자루부의 직경보다 약간 작은 직경으로 상기 장착구멍을 형성하는 단계와, 상기 절삭공구의 공구 자루부가 상기 장착구멍내에 장착될 때 상기 공구 홀더와 상기 절삭공구의 절삭헤드 사이로 냉각 유체 채널을 제공하도록 상기 장착구멍의 내면을 따라서 축방향으로 하나 이상의 채널을 형성하는 단계와, 상기 절삭공구의 공구 자루부를 활주식으로 수용할 수 있을 정도의 크기로 상기 장착구멍의 직경을 열적으로 증가시키기에 충분한 온도까지 상기 공구 홀더를 가열시키는 단계와, 상기 절삭공구의 자루부를 상기 장착구멍 안으로 소정의 축방향 위치까지 삽입시키는 단계와, 그리고 상기 절삭공구를 상기 공구 홀더 안으로 소정의 축방향 위치까지 장착시키도록 상기 절삭공구의 공구 자루부 부근의 상기 장착구멍이 열적으로 수축하게 상기 공구 홀더를 냉각시키는 단계를 포함하는 방법이 제공된다.
제 2 실시예에 있어서, 절삭공구(34)는 유도 가열기에 의해 장착부(48)를 외부 가열함에 의해 공구 홀더(44)에 설치된다. 공구 홀더(44)의 열팽창 특성으로 인해, 장착부(48)에 대해 외부 열 에너지를 적용하여 장착구멍(52)이 공구 자루부(32)가 활주되어 삽입되기에 충분한 정도로 확장된다. 공구 자루부(32)가 의도한 축방향 위치로 장착 구멍(72)내에 삽입된 후, 외부의 열적용이 중단되게 되고, 그리고 공구 홀더(44)는 주변 온도로 냉각되어, 열수축이 이루어져서 장착구멍(52)이 공구홀더(44)와 절삭공구(34) 사이에서 견고한 표면, 예컨대 금속 대 금속 접촉면을 형성하게 한다. 이와 같이, 상기 절삭공구(34)는 동심형태로 공구 홀더(44)내에 견고하게 유지되어 높은 공차의 기계 가공이 행해지게 한다.
즉, 절삭공구(34)가 공구 자루부(32) 주위에서 장착공구(52)의 열수축에 의해 공구 홀더(44)에 장착될 때, 자루부(46)내의 나사식 구멍을 통해 공구 홀더(44)내로 도입되는 냉각 유체는 상기 장착구멍(52)의 기단부(58)로 유동되고 채널(60)에 의해 이것을 통해 공구 자루부(32)의 원주둘레로 유동된다. 상기 채널(60)을 통해 유동된 후, 상기 냉각 유체는 절삭공구 홈을 통해 그리고 절삭공구(34)의 절삭단부(42)를 넘어 유동된다
이와 같이, 본 발명에 의한 공구 홀더(10, 44)는 냉각 유체가 절삭공구(34)의 절삭단부에 그리고 작업부품의 표면에 용이하게 가해지도록 하며, 밀링머신의 회전 스핀들이 회전하는 동안 절삭공구의 동심을 유지할 수 있도록 하는 효과가 있다.
본 발명의 추가의 변형 및 개선은 당해 기술분야의 숙련된 자에 의해 더욱 명백해질 것이다. 이에 따라, 본원에 기술되고 설명된 부품의 특정 조합물은 단지 본 발명의 특정 실시예를 나타낸 것이며, 본 발명의 범위 및 정신내에 있는 다른 장치를 제한하는 것은 아니다.

Claims (17)

  1. 공장 기계의 스핀들에 사용하는 공구 홀더로서, a) 기단부 및 말단부를 갖추고 있으며 상기 공장 기계의 스핀들에 설치되도록 원뿔형으로 테이퍼진 자루부(12)와, b) 기단부 및 말단부를 갖추고 있는 원통형의 공구 장착부(14)와, c) 상기 자루부(12)와 상기 공구 장착부(14)의 각각의 상기 기단부와 말단부 사이에 배치된 원형의 플랜지부(16)와, d) 상기 공구 장착부(14)의 말단부에 배치되며 일정한 직경을 갖추고 있는 상기 플랜지부(16)의 위치에 상응하는 깊이로 상기 자루부의 말단부를 향해 축방향으로 뻗어 있는 중앙 구멍(20)과, e) 상기 자루부(12)의 말단부에 배치되고 상기 중앙구멍(20)과 소통되는 깊이로 상기 플랜지부(16)를 향해 축방향으로 뻗어 있는 나사식 구멍(22)과, f) 상기 중앙 구멍(20)의 직경을 약간 초과하는 외경을 갖는 원통형 슬리브 부재(24)로서, 상기 공구 장착부(14)에 열원이 가해질 때 상기 중앙 구멍(20) 안으로 활주식으로 수용되고 상기 공구 장착부(14)가 냉각되면 열수축에 의해 상기 중앙 구멍(20)내에서 견고하게 유지되는 원통형 슬리브 부재(24)와, g) 상기 슬리브 부재(24)를 통해 축방향으로 뻗어 있는 공구 장착구멍(30)으로서, 상기 슬리브 부재(24)가 상기 중앙구멍(20)내에 설치될 때는 상기 나사식 구멍(22)과 유통되고, 상기 공구 홀더(10)에 설치되는 절삭공구(34)의 자루(32)의 직경보다 작은 직경을 갖추고 있으며, 상기 슬리브 부재(24)에 열원이 가해질 때는 상기 절삭공구(34)의 자루부(32)를 활주식으로 수용하고 상기 슬리브 부재(24)가 냉각되면 열적으로 수축하여서 상기 공구 장착구멍(30)내에 상기 절삭공구(34)의 자루부(32)를 견고하게 유지시키는 공구 장착구멍(30)과, 그리고 h) 상기 절삭공구(34)의 자루부(32)가 상기 공구 장착구멍(30)내에 장착될 때 상기 공구 홀더(10)와 상기 절삭공구(34)의 절삭단부(42) 사이에 냉각 유체 통로를 형성하도록 상기 공구 장착구멍(30)의 내부면을 따라 축방향으로 뻗어 있는 하나 이상의 채널(40)을 포함하고 있으며, 상기 슬리브 부재(24) 둘레의 상기 중앙구멍(20)과 상기 절삭공구(34)의 자루부(32)의 둘레의 상기 공구 장착구멍(30)의 열 수축은 소정의 축방향 위치로 상기 공구 홀더(10)내에 상기 절삭공구(34)를 장착시키고 공장 기계의 상기 회전 스핀들의 회전 운동중에 상기 절삭공구(34)의 동심성을 유지시키도록 작동하는 공구 홀더.
  2. 제1항에 있어서, 상기 하나 이상의 채널(40)이 원주방향으로 90도 간격으로 이격되어 있는 4개의 채널로 이루어진 공구 홀더.
  3. 제1항에 있어서, 상기 공구 장착구멍(30)은 상기 절삭공구(34)의 자루부(32)의 직경보다 약간 작은 직경을 갖는 말단부 및 상기 절삭공구(34)의 자루부(32)의 직경보다 큰 직경을 갖는 기단부로 형성되어 있고, 상기 하나 이상의 채널(40)은 상기 공구 장착구멍(30)의 말단부의 내면에만 형성되어 있는 공구 홀더.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 열원이 상기 슬리브 부재(24) 및 상기 공구 장착부(14)에 대해 탈착가능한 유도 가열기(26)로 구성되어 있는 공구 홀더.
  5. 제1항에 있어서, 상기 중앙구멍(20)이 상기 슬리브 부재(24)의 외경보다 0.O00762 내지 0.00254cm(0.0003 내지 0.001인치) 더 작은 직경을 갖도록 형성되어 있는 공구 홀더.
  6. 제5항에 있어서, 상기 공구 장착구멍(30)이 상기 절삭공구(34)의 공구 자루부(32)의 직경보다 0.O00762 내지 0.00254cm(0.0003 내지 0.001인치) 더 작은 직경을 갖도록 형성되어 있는 공구 홀더.
  7. 공작 기계의 스핀들에 사용하는 공구 홀더로서, a) 기단부 및 말단부를 갖추고 있으며 상기 공작 기계의 스핀들에 설치되도록 원뿔형으로 테이퍼진 자루부(46)와, b) 기단부 및 말단부를 갖추고 있는 원통형의 공구 장착부(48)와, c) 상기 자루부(46)와 상기 공구 장착부(48)의 상기 기단부와 말단부 사이에 배치된 원형의 플랜지 부분(50)과, d) 상기 공구 장착부(48)의 말단부에 배치되며 일정한 직경을 갖추고 있고, 상기 플랜지 부분(50)의 위치에 상응하는 깊이로 상기 자루부(46)의 말단부를 향해 축방향으로 뻗어 있는 장착구멍(52)으로서, 상기 공구 홀더(44)에 설치되는 절삭공구(34)의 자루부(32)의 직경보다 작은 직경을 갖추고 있으며, 상기 공구 장착부(48)에 열원이 가해질 때 상기 절삭공구(34)의 자루부를 활주식으로 수용하고 상기 공구 장착부(48)가 냉각되면 열적으로 수축하여서 상기 공구 장착구멍(72)내에 상기 절삭공구(34)의 자루부(32)를 견고하게 유지시키는 장착구멍(52)과, e) 상기 자루부(46)의 말단부에 배치되고 상기 장착구멍(52)과 소통되는 깊이로 상기 플랜지 부분(50)을 향해 축방향으로 뻗어 있는 나사식 구멍(22)과, 그리고: f) 상기 절삭공구(34)의 자루부(32)가 상기 장착구멍(52)내에 장착될 때 상기 공구 홀더(44)와 상기 절삭공구(34)의 절삭단부(42) 사이에 냉각 유체 통로를 형성하도록 상기 장착구멍(52)의 내면을 따라 축방향으로 뻗어 있는 하나 이상의 채널(60)을 포함하고 있으며, 상기 공구 홀더(44) 둘레의 상기 장착구멍(52)의 열 수축은 소정의 축방향 위치로 상기 공구홀더(44)내에 상기 절삭공구(34)를 장착시키고 공장 기계의 상기 회전 스핀들의 회전 운동 중에 상기 절삭공구(34)의 동심성을 유지시키도록 작동하는 공구 홀더.
  8. 제7항에 있어서, 상기 하나 이상의 채널(60)이 원주방향으로 90도 간격으로 서로 이격되어 있는 4개의 채널로 이루어진 공구 홀더.
  9. 제7항에 있어서, 상기 장착구멍(52)이 상기 절삭공구(34)의 자루부(32)의 직경보다 약간 작은 직경을 갖는 말단부 및 상기 절삭공구(34)의 자루부(32)의 직경보다 큰 직경을 갖는 기단부로 형성되어 있고, 상기 하나 이상의 채널(60)은 단지 상기 장착구멍(52)의 말단부의 내면에만 형성되어 있는 공구 홀더.
  10. 제7항에 있어서, 상기 열원이 상기 공구 장착부(48)에 대해 탈착가능한 유도 가열기(26)로 구성되어 있는 공구 홀더.
  11. 제7항에 있어서, 상기 장착구멍(52)이 상기 절삭공구(34)의 자루부(32)의 직경보다 0.O00762 내지 0.00254cm(0.003 내지 0.001인치) 더 작은 직경을 갖도록 형성되어 있는 공구 홀더.
  12. 밀링머신의 회전 스핀들을 장착하여 사용하도록 원뿔형으로 테이퍼진 단부를 포함하고 있는 공구 홀더(10)내에 원통형 공구 자루부(32)를 갖추고 있는 절삭 공구(34)를 장착하기 위한 방법으로서, a) 상기 공구 홀더(10)내에 일정한 직경의 중앙구멍(20)을 형성하되, 상기 중앙구멍(20)에 장착되는 원통형 슬리브 부재(24)의 외경보다 약간 작은 직경으로 상기 중앙구멍(20)을 형성하는 단계와, b) 상기 절삭공구(34)의 자루부(32)의 직경보다 약간 작은 직경을 갖는 장착구멍(30)을 상기 슬리브 부재(24)내에 형성하는 단계와, c) 상기 절삭 공구(34)의 자루부(32)가 상기 장착구멍(30)내에 장착되는 동시에 상기 슬리브 부재(24)가 상기 중앙구멍(20)내에 장착될 때 상기 공구 홀더(10)와 상기 절삭공구(34)의 절삭단부(42) 사이로 냉각 유체 통로를 제공하도록 상기 장착구멍(30)의 내면을 따라서 축방향으로 하나 이상의 채널(40)을 형성하는 단계와, d) 상기 절삭공구(34)의 자루부(32)를 활주식으로 수용할 수 있을 정도의 크기로 상기 장착구멍(30)의 직경을 열적으로 증가시키기에 충분한 온도까지 상기 공구 장착부(14)를 가열시키는 단계와, e) 상기 절삭공구(34)의 자루부(32)를 상기 장착구멍(30) 안으로 소정의 축방향 위치까지 삽입시키는 단계와, f) 상기 절삭공구(34)를 상기 슬리브 부재(24) 안으로 소정의 축방향 위치까지 장착시키도록 상기 절삭공구(34)의 자루부(32) 부근의 상기 장착구멍(30)이 열적으로 수축하게 상기 슬리브 부재(24)를 냉각시키는 단계와, g) 상기 슬리브 부재(24)를 활주식으로 수용할 수 있을 정도의 크기로 상기 중앙구멍(20)의 직경을 열적으로 증가시키기에 충분한 정도의 온도까지 상기 공구 장착구멍(30)을 가열시키는 단계와, h) 상기 슬리브 부재(24)를 상기 중앙구멍(20) 안으로 소정의 축방향 위치까지 삽입시키는 단계와, 그리고 i) 상기 슬리브 부재(24)를 상기 중앙구멍(20) 안으로 소정의 축방향 위치까지 장착시키도록 상기 슬리브 부재(24) 부근의 상기 중앙구멍(20)이 열적으로 수축하게 상기 공구 장착구멍(30)을 냉각시키는 단계를 포함하고 있으며, 상기 슬리브 부재(24) 둘레의 상기 중앙구멍(20)과 상기 절삭공구(34)의 자루부(32) 둘레의 상기 장착구멍(30)의 열 수축은 상기 밀링머신의 회전 스핀들이 회전운동하는 중에 상기 절삭공구(34)의 동심성을 유지시키도록 작동하는 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 b) 단계가 상기 절삭공구(34)의 자루부(32)의 직경보다 약간 작은 직경을 갖는 말단부와 상기 절삭공구(34)의 자루부(32)의 직경보다 큰 직경을 갖는 기단부를 갖추고 있는 상기 장착구멍(30)을 형성하는 단계로 수행되며, 상기 하나 이상의 채널(40)은 상기 말단부의 내면에만 형성되는 방법.
  14. 제12항에 있어서, 각각의 상기 가열 단계 d) 및 e)가 상기 공구 장착부(14)와 상기 슬리브 부재(24)에 유도 가열기(26)를 적용시키는 단계로 구성되어 있는 방법.
  15. 밀링머신의 회전 스핀들을 장착하여 사용하도록 원뿔형으로 테이퍼진단부를 포함하고 있는 공구 홀더(44)내에 원통형 공구 자루부(32)를 갖추고 있는 절삭 공구(34)를 장착하기 위한 방법으로서, a) 상기 공구 홀더(44)내에 일정한 직경의 장착구멍(52)을 형성하되, 상기 장착구멍(52)에 장착되는 상기 절삭공구(34)의 공구 자루부(32)의 직경보다 약간 작은 직경으로 상기 장착구멍(52)을 형성하는 단계와, b) 상기 절삭공구(34)의 공구 자루부(32)가 상기 장착구멍(52)내에 장착될 때 상기 공구 홀더(44)와 상기 절삭공구(34)의 절삭헤드(42) 사이로 냉각 유체 채널을 제공하도록 상기 장착구멍(52)의 내면을 따라서 축방향으로 하나 이상의 채널(60)을 형성하는 단계와, c) 상기 절삭공구(34)의 공구 자루부(32)를 활주식으로 수용할 수 있을 정도의 크기로 상기 장착구멍(52)의 직경을 열적으로 증가시키기에 충분한 온도까지 상기 공구 홀더(44)를 가열시키는 단계와, d) 상기 절삭공구(34)의 자루부(32)를 상기 장착구멍(52) 안으로 소정의 축방향 위치까지 삽입시키는 단계와, 그리고 e) 상기 절삭공구(34)를 상기 공구 홀더(44) 안으로 소정의 축방향 위치까지 장착시키도록 상기 절삭공구(34)의 공구 자루부(32) 부근의 상기 장착구멍(52)이 열적으로 수축하게 상기 공구 홀더(44)를 냉각시키는 단계를 포함하고 있으며, 상기 절삭공구(34)의 공구 자루부(32)에 대한 상기 장착구멍(52)의 열 수축은 상기 밀링머신의 회전 스핀들이 회전 운동중 절삭공구(34)의 동심성을 유지시키도록 작동하는 방법.
  16. 제14항에 있어서, 상기 b) 단계가 상기 절삭공구(34)의 자루부(32)의 직경보다 약간 작은 직경을 갖는 말단부와 공구 자루부의 직경보다 큰 직경을 갖는 기단부를 갖추고 있는 상기 장착 구멍(52)을 형성하는 단계로 수행되며, 하나 이상의 채널(60)은 상기 말단부의 내면에만 형성되어 있는 방법.
  17. 제14항에 있어서, 상기 가열 단계 c)가 상기 공구 장착구멍(52)에 유도 가열기(26)를 적용시키는 단계를 포함하는 방법.
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