KR101275060B1

KR101275060B1 - 절삭 가공용 공구

Info

Publication number: KR101275060B1
Application number: KR1020070014830A
Authority: KR
Inventors: 하인쯔 카이저; 루돌프 스타델만; 에른스트 헹기
Original assignee: 하인쯔 카이저 아게
Priority date: 2006-02-13
Filing date: 2007-02-13
Publication date: 2013-06-14
Also published as: US7281888B1; EA200700309A1; DE502007000132D1; CN101020250B; US20070189870A1; TW200800446A; EP1818125A1; KR20070081779A; CN101020250A; TWI402120B; JP2007216380A; JP4932520B2; ATE409536T1; ES2313710T3; EP1818125B1; EA009966B1

Abstract

공구는 제1 공구부(2) 및 제2 공구부(3)를 가지고, 공통의 회전축(A)을 가지고 있다. 제1 공구부(2)는 정렬 핀(alignment pin)(4)을 구비하고 제1 공구부의 기저부에 환형 표면(5)을 가지고 있다. 제2 공구부(3)는 정렬 핀(4)을 수용하는 축방향 구멍(7) 및 환형 표면(6)을 구비하며, 상기 환형 표면(6)은 제1 공구부(2)의 환형 표면(5)에 대하여 긴장될 수 있다. 긴장 수단(8, 9, 10)은 2개의 공구부(2, 3)를 서로 축방향으로 긴장시키도록 작용한다. 긴장 수단(8, 9, 10)은 제2 공구부(3)의 원주 둘레에 분산 배치되는 3개의 고정 스크류(8, 9, 10)로 이루어지며, 상기 고정 스크류는 제2 공구부(3)의 나사산이 형성된 구멍(12, 13, 14)에 각각 방사상으로 나사 결합되고, 정렬 핀(4)의 방사상 구멍(21, 22, 23)에 결합된다. 리세스(16, 17, 18)가 각각의 구멍(21, 22, 23)에 배치되어, 정렬 핀(4)이 그 원주에서 상기 정렬 핀(4)의 고정 스크류(8, 9, 10)를 긴장시킴으로써 다각형으로 되도록 한다. 정렬 핀(4)의 다각형 팽창(bulging) 때문에, 매우 높은 안정성 및 진동 댐핑(damping)이 얻어질 수 있다. 또한 상기 공구는 그 높은 호환성 및 용이한 작동의 특징을 가지고 있다.

공구, 정렬, 핀, 스크류, 회전축, 나사, 구멍, 원주, 표면

Description

절삭 가공용 공구{TOOL FOR CUTTING MACHINING}

도 1은 본 발명에 따른 공구의 단면도이다.

도 2는 정렬 핀의 구멍에서 리테이닝 스크류의 위치를 개략적으로 도시한다.

도 3은 정렬 핀의 사시도를 도시한다.

도 4는 정렬 핀의 다른 사시도를 도시한다.

도 5는 본 발명에 따른 절삭 공구의 절단 사시도이다.

도 6은 정렬 핀의 외주에 인가되는 표면압력을 설명하기 위한 도 1에 따른 단면도이다.

도 7은 공구에 작용하는 힘을 설명하기 위한 본 발명에 따른 일부 단면 사시도이다.

도 8은 제1 공구부의 개략적인 사시도이다.

도 9는 제2 공구부의 개략적인 방사상 단면도이다.

도 10은 힘 평행도를 도시한다.

* 도면의 부호의 설명

1: 공구 2: 제1 공구부

3: 제2 공구부 4: 정렬 핀

5: 환형 표면 6: 환형 표면

7: 축방향 구멍 8: 고정 스크류

9: 고정 스크류 10: 고정 스크류

11: 외측 원뿔 12: 구멍

13: 구멍 14: 구멍

15: 표면 16: 리세스

17: 리세스 18: 리세스

19: 화살표 20: 벽

21: 구멍 22: 구멍

23: 구멍 24: 단부면

25: 커터 캐리어

A: 회전축 D: 간격

L1: 표면 W1: 각도

W2: 각도 W3: 각도

W4: 각도

본 발명은 공통의 회전축을 구비하는 제1 공구부 및 제2 공구부를 가지고, 제1 공구부는 정렬 핀(alignment pin) 및 상기 제1 공구부의 기저부에 환형 표면을 구비하고, 상기 제2 공구부는 상기 정렬 핀을 수용하는 축방향 구멍, 및 상기 2개 의 공구부를 서로 축방향으로 긴장시키는 긴장 수단(tensioning means)을 갖고 제1 공구부의 환형 표면에 대하여 긴장될 수 있는 환형 표면을 구비하는, 절삭 가공용 공구에 관한 것이다.

상기 공구는 특히, 제1 공구부를 구성하고, 샤프트의 대응 구멍에 결합되는 정렬 핀이 배치되는 작동 헤드(working head)를 갖는 드릴 공구이다. 여기에서 상기 샤프트는 제2 공구부를 구성한다. 상기 공구는 다양한 실시예로 잘 알려져 있다.

유럽 특허 EP-A-0 547 049에, 정렬 핀이 방사상 횡단 구멍을 가지며, 상기 방사상 횡단 구멍 내에 자동 조정 볼트(self-aligning bolt)로도 알려져 있는 클램핑 볼트(clamping bolt)가 삽입되는 공구가 이미 개시되어 있다. 클램핑 볼트의 일단부는 고정 스크류의 외측 원뿔과 결합되는 내측 원뿔을 가지고 있다. 클램핑 볼트의 타단부는 제2 고정 스크류의 내측 원뿔과 결합되는 외측 원뿔을 가지고 있다. 2개의 고정 스크류를 사용하여, 클램핑 볼트는 정렬 핀이 연결 슬리브(connection sleeve)의 대응 구멍으로 당겨지도록 축방향으로 긴장된다. 이와 같이 2개의 환형 표면은 서로 확실하게 긴장된다. 벽 두께 및 연결 슬리브의 재질, 상기 정렬 핀과 대응 구멍 사이의 간극은, 긴장 상태에서 연결 슬리브가 클램핑 볼트의 축 방향으로 탄성적으로 팽창되도록 이루어진다. 또한, 대응 구멍의 직경은 횡방향으로 축소되고, 이와 같이 연결 슬리브는 정렬 핀의 외측으로 가압된다. 따라서 대응 구멍은 그 단면이 대략 타원형이 된다. 연결 슬리브 및 공구의 제2 공구부의 상기한 타원형 탄성 변형은 바람직하지 않은 것으로 고려된다. 대안 으로, 상기 연결 슬리브의 상기 탄성 변형을 방지하기 위하여, 정렬 핀이 팽창되도록 하여 간극의 브리징(bridging)을 달성하는 것이 제안되었다. 이러한 의도는 연결 슬리브의 상기한 탄성 변형을 상기와 같이 적어도 일부 과다하거나 또는 불필요하게 만드는데 있다. 정렬 핀을 팽창시키기 위하여, 정렬 핀은 횡방향 구멍의 내부에 횡방향 접촉 길이를 따라 연장되는 오목부를 구비하는 것이 제안되었다.

본 발명의 목적은, 매우 높은 굽힘 강도 및 매우 정확한 회전이 가능한 상기한 종류의 공구를 제공하는데 있다. 또한, 상기 공구는 사용하기 쉽고 제조 비용을 절감할 수 있다.

제1 고정 스크류와 제2 고정 스크류 사이의 각도가 90°보다 상당히 크고 120°보다 상당히 작은 경우에, 특히 대칭적으로 균형을 이루는 일종의 표면 압력을 얻는 것이 가능하다는 것을 발견하였다. 따라서, 굽힘 모멘트가 공구의 회전축에 대하여 중립 상태에 있다. 표면 압력의 대칭 배치는 공구의 2 공구부의 바람직한, 축방향으로 평행한 연결을 발생시킨다.

제1 고정 스크류와 제2 고정 스크류를 조이면 축방향 힘 외에도, 정렬 핀과 축방향 구멍 사이에 마찰력을 발생시키는 반경 방향 힘을 발생시킨다. 반경 방향 구멍 사이의 각도에 관한 본 발명에 따른 배치는, 대향하는 고정 스크류의 힘보다 큰 합력을 발생시킨다. 축방향으로 이러한 증가된 힘의 작용은 마찰력을 보상한다.

4 지점 지지 수단(support means) 대신에, 축방향 구멍에 정렬 핀을 위한 3 개의 지지점을 갖는 다각형 스프레드(spread)가 얻어질 수 있다. 한편으로, 제2 공구부의 탄성 변형은 보다 작고, 다른 한편으로 이러한 탄성 변형은 타원형이 아니라, 탄성 변형의 매우 바람직한 대칭 분포를 제공하는 다각형이다. 상기 공구의 2개의 공구부 사이의 연결의 매우 높은 강성, 및 그에 따른 매우 높은 칩 제거 성능이 상기한 접촉점에서 발생된다. 상기한 3개의 고정 스크류가 하나의 공정을 통해 체결되기만 하면 되므로, 작동이 용이하다는 것도 발견되었다. 따라서 종래에 필요한 다수의 조임 과정이 생략될 수 있다. 따라서 2개의 공구부를 연결시키는데 걸리는 시간도 단축된다.

본 발명의 특징을 나타내는 추가 장점이 종속항, 다음의 상세한 설명 및 도면으로부터 인식될 수 있다.

이하에서 본 발명의 바람직한 실시예가 첨부 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명된다.

공구(1)는, 예를 들면 도 5에 따른 제1 공구부(2)를 구비하고, 상기 제1 공구부(2)는, 예를 들면 도 7에 도시된 2개의 커터 캐리어(cutter carries)를 나타내는 작동 헤드(working head)를 구성한다. 공구(1)는 특히 하나 이상의 조절가능한 커터를 가지는 보링 공구(boring tool)이다. 또한 본 발명은 보링 공구용 모듈 시스템(modular system)으로 사용될 수도 있다. 제1 공구부(2)는 정렬 핀(4)을 구비하고, 상기 정렬 핀(4)은 제2 공구부(3)의 축방향 보어(7) 내에 소정 간극을 가지고 삽입될 수 있다. 도 5에 따른 조립된 상태에서, 제1 공구부(2)의 환형 표면(5) 은 제2 공구부(3)의 환형 표면(6)을 지지한다. 2개의 공구부(2, 3)는 공통의 회전축(A)을 가지고 있고, 상기 2개의 환형 표면(5, 6)은 상기 회전축에 횡방향으로 지나가는 하나의 평면에 위치된다.

2개의 환형 표면(5, 6)을 서로 긴장시키기 위해, 그리고 그렇게 함으로써, 2개의 공구(2, 3)를 서로 견고하게 연결시키기 위하여, 3개의 고정 스크류(8, 9, 10)가 긴장 수단(tensioning means)으로 이루어지고, 도 1, 도 6 및 도 9에 따르면 제2 공구부(3)의 외주 둘레에 분산 배치되어 있다. 상기 배치는 도 1, 도 6 및 도 9에 따르면 축방향으로 대칭되어 있다. 도 1에 도시된 각도 W1과 W2는 동일하며, 각도 W3은 120°보다 작고 90°보다 크다. 바람직하게는 각도 W1과 W2는 125°보다 크고, 특히, 대략 130°이다. 바람직하게는 각도 W3은 105°보다 작고 95°보다 크다. 보다 바람직하게는 각도 W3은 대략 100°이다.

고정 스크류(8, 9, 10)는 도 1 및 도 9에 도시된 바와 같이, 방사상 구멍(12, 13, 14)에 각각 나사 고정된다. 상기 구멍(12, 13, 14)은 나사산이 형성된 구멍이고, 이들 구멍은 도 1에 따라 각각 제2 공구부(3)의 벽을 방사상으로 관통한다. 상기 고정 스크류(8, 9, 10)는, 예를 들면 Allen key(여기에 도시되지 않음)에 의해 작동될 수 있다. 전방 단부면에, 상기 고정 스크류(8, 9, 10)는 각각 외측 원뿔(11)을 가지고 있는데, 상기 원뿔(11)은 정렬 핀(4)의 방사상 구멍(21, 22, 23)에 각각 결합된다. 상기 구멍(21, 22, 23)은 각각 원뿔면(15)을 가지고 있는데, 상기 원뿔면(15)은 외측 원뿔(11)에 대응된다. 고정 스크류(8, 9, 10)의 축은 도 2에 도시된 바와 같이 각각 회전축(A)의 방향으로 간격(D)만큼 구멍(21, 22, 23)의 축에 대하여 각각 변위된다. 고정 스크류(8, 9, 10)의 체결과 관련하여, 힘(F7)이 각각 상기 고정 스크류에 작용한다. 상기 힘(F7)은 각각 반경 방향 힘 구성성분(F5)과 축방향 힘 구성성분(F6)을 가지고 있다. 힘 구성성분(F6)은 축방향으로 정렬 핀(4)에 작용한다.

2개의 고정 스크류(9, 10)의 체결과 관련하여, 상기의 축방향 힘(F6)에 부가하여, 반경 방향 힘(F5)도 발생되는데, 상기 힘(F5)은 정렬 핀(4)과 구멍(7) 사이에 도 7에 도시된 마찰력(F9)을 발생시킨다. 도 7 및 도 10에 따르면, 힘(F9) 및 힘(F10)의 합력은 공구에서 고정 스크류(8)에 의하여 생성되는 힘보다 크며, 각도(W1, W2 및 W3)의 상기한 배치에 의해 발생된다. 축방향으로 2 힘(F9, F10)의 작용은 마찰력(F9)을 보상한다. 120°보다 작고 90°보다 크게 되도록 각도를 선택함으로써, 힘(F8, F9, F10)에 의하여 인가되는 표면 압력은 대칭적으로 보상될 수 있다. 따라서, 회전축(A)에 대한 굽힘 모멘트는 중립 상태이다. 달성가능한 대칭인 높은 표면 압력은 2개의 공구부(2, 3)의 바람직한 축방향으로 평행한 연결을 달성한다.

정렬 핀(4)은 그 외주에, 구멍(21, 22, 23) 중 하나를 각각 관통할 수 있는 3개의 리세스(recesses)(16, 17, 18)를 가지고 있다. 상기 리세스(16, 17, 18)는 벽(20)을 방사상으로 관통하는 슬롯의 형태로 되어 있다. 바람직하게는 상기 리세스(16, 17, 18)는 0.2 내지 0.4mm의 폭을 가지고 있는 개방 슬롯(open slots)이고, 바람직하게는 레이저(laser)로 생성된다. 그러나, 리세스(16, 17, 18)는 대략 1mm 내지 5mm의 폭을 갖는 밀링가공된 슬롯일 수도 있다. 상기 슬롯들은 축방향으로 연장되고, 이와 관련하여 상기 리세스(18)가 정렬 핀(4)의 단부면(24)에서 개방되어 있다. 한편으로는, 2개의 다른 슬롯(16, 17)은 축방향으로 횡단하지 않거나 또는 횡단한다. 고정 스크류(8, 9, 10)가 정렬 핀(4)에 대하여 조여지면, 정렬 핀(4)은 제2 공구부(3)의 구멍(7)을 축방향으로 통과한다. 이 경우 고정 스크류(8, 9, 10)는, 도 2 및 도 6에 도시된 바와 같이, 원뿔면(15)의 2 표면(L1)을 지지하며, 그렇게 함으로써, 서로에 대하여 대략 90°의 각도(W4)로 정렬 핀(4)에 화살표(19)의 방향으로 힘을 인가한다. 리세스(16, 17, 18)는 정렬 핀(4)의 원주 방향으로 상기 힘에 의하여 확장된다. 따라서 정렬 핀(4)은 리세스(16, 17, 18)의 영역에서 각각 탄성 변형된다. 상기 변형은 고정 스크류(8, 9, 10)의 배치에 따라 다각형으로 된다. 따라서 정렬 핀(4)의 원주는 다각형으로 비틀리고 제2 공구부(3)의 구멍(7)에 대해 가압된다. 또한 상기 리세스(16, 17, 18)에 대응하는 리세스가 제2 공구부(3)의 벽(20)에 구비되어 있지 않기 때문에, 제2 공구부(3)의 벽(20)은, 상당히 작은 정도이지만, 고정 스크류(8, 9, 10)에 의하여 인가되는 응력에 의하여 탄성 변형된다. 이와 같이 축방향 구멍(7)의 정렬 핀(4)의 간극이 제거된다. 2개의 공구부(2, 3) 사이의 매우 안정적인 연결은 도 6에 도시된 정렬 핀(4)의 원주 상에 대응하는 접촉 영역의 분포로부터 이루어진다. 도 6에 도시된 바와 같이, 힘(F1, F2)은 정렬 핀(4)의 팽창에 필요하며, 힘(F3, F4)은 정렬 핀 원주 상에 정렬 핀(4)의 정렬의 가압을 위하여 필요하다.

도 8 내지 도 10에 도시된 힘은 환형 표면(5, 6) 상에 균일한 표면 압력을 발생시킨다. 힘(F5, F11, F12)은 고정 스크류(8, 9, 10)의 체결과 관련하여 반경 방향으로 발생된다. 고정 스크류(8, 9, 10)의 원뿔 형상의 결과로서, 각 고정 스크류에 대한 유효 힘은 반경 방향 힘 및 축방향 힘으로 분리될 수 있다. 도 8에 도시된 힘(F8, F9, F10)은 환형 표면(5, 6) 상에 분포된 일정하고 균일한 표면 압력을 발생하며, 결국 기본적이다.

도 10에 개략적으로 도시된 힘(F11, F12)으로부터 발생되는 힘(F13)은 대향력(F5)보다 크다. 명확성의 관점에서, 힘(F11)과 힘(F12) 사이의 각도는 도 10에 도시된 바와 같이 100°의 각도보다 크게 되는 것이 바람직하다. 마찰력(F9)(도 7) 및 힘(F5, F12, F13)의 축방향 구성성분은 증가된 힘(F13)의 결과로서 각각 보상된다. 따라서, 환형 표면(5, 6) 상의 표면 압력은 균일하다.

또한 리세스(16, 17, 18)는 구멍(21, 22, 23)을 통하여 각각 환형 표면(5)의 방향으로, 외측으로 연장된다. 따라서 벌지(bulges)가 단부면(24)으로부터 환형 표면(5)으로 축방향으로 본래 연장된다. 따라서 상기 영역은 선택적이지 않지만, 선형이다. 이것은 특히 고강성 및 안정성 및 연결을 위한 유효 진동 감쇄를 발생시킨다.

공구(1)는 고 호환성이라는 추가적인 특징을 갖는다. 특히, 제1 공구부(2)는 각각의 고정 스크류(8, 9, 또는 10)를 가지는 제2 공구부(3)에 연결될 수 있다.

본 발명은 매우 높은 굽힘 강도 및 매우 정확한 회전이 가능한 절삭 가공용 공구를 제공할 수 있다.

Claims

절삭 가공용 공구에 있어서,

공통의 회전축(A)을 구비하는 제1 공구부(2) 및 제2 공구부를 포함하고,

제1 공구부(2)는 정렬 핀(alignment pin)(4) 및 상기 제1 공구부(2)의 기저부에 환형 표면(5)을 구비하고,

상기 제2 공구부(3)는 상기 정렬 핀(4)을 수용하는 축방향 구멍(7), 및 상기 2개의 공구부(2, 3)를 서로 축방향으로 긴장시키는 긴장 수단(tensioning means)(8, 9, 10)을 갖고 제1 공구부(2)의 환형 표면(5)에 대하여 긴장될 수 있는 환형 표면(6)을 구비하고,

상기 긴장 수단(8, 9, 10)은 상기 제2 공구부(3)의 원주 둘레에 분산 배치되는 3개의 고정 스크류(retaining screws)(8, 9, 10)로 이루어지며, 상기 고정 스크류는 상기 제2 공구부(3)의 나사산이 형성된 구멍(12, 13, 14)에 각각 방사상으로 나사 결합되고 상기 정렬 핀(4)의 방사상 구멍(21, 22, 23)에 각각 결합되며,

제1 고정 스크류(10)와 제2 고정 스크류(9) 사이의 각도(W3)는 120°보다 작고 90°보다 크며,

상기 제1 고정 스크류(10)와 제3 고정 스크류(8) 사이의 각도(W1)는 상기 제3 고정 스크류(8)와 상기 제2 고정 스크류(9) 사이의 각도(W2)와 동일한

것을 특징으로 하는 절삭 가공용 공구.
제1항에 있어서,

상기 제1 고정 스크류(10)와 상기 제2 고정 스크류(9) 사이의 각도(W3)는 95° 내지 105° 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 절삭 가공용 공구.
제1항에 있어서,

상기 제1 고정 스크류(10)와 상기 제2 고정 스크류(9) 사이의 각도(W3)는 100°인 것을 특징으로 하는 절삭 가공용 공구.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 정렬 핀(4)의 리세스(recess)(16, 17, 18)가 상기 각각의 구멍(21, 22, 23)에 배치되어, 고정 스크류(8, 9, 10)를 긴장시킴으로써 상기 정렬 핀(4)이 그 외주에서 팽창(bulge)될 수 있는 것을 특징으로 하는 절삭 가공용 공구.
제4항에 있어서,

상기 정렬 핀(4)의 상기 리세스(16, 17, 18)는 상기 정렬 핀(4)의 구멍(21, 22, 23)을 축방향으로 관통하여 연장되는 것을 특징으로 하는 절삭 가공용 공구.
제4항에 있어서,

상기 정렬 핀(4)의 적어도 하나의 리세스(18)는 상기 정렬 핀(4)의 단부면(24)에서 개방되어 있는 것을 특징으로 하는 절삭 가공용 공구.
제4항에 있어서,

상기 정렬 핀(4)의 적어도 2개의 리세스(16, 17, 18)는 상기 정렬 핀(4)의 단부면(24)에서 개방되어 있는 것을 특징으로 하는 절삭 가공용 공구.
제7항에 있어서,

상기 정렬 핀(4)의 3개의 모든 리세스(16, 17, 18)는 상기 정렬 핀(4)의 단부면(24)에서 개방되어 있는 것을 특징으로 하는 절삭 가공용 공구.
제4항에 있어서,

상기 리세스(16, 17, 18)는 0.2mm 내지 0.4mm의 폭을 갖는 슬롯(slots)인 것을 특징으로 하는 절삭 가공용 공구.
제9항에 있어서,

상기 리세스(16, 17, 18)는 0.2mm 내지 0.3mm의 폭을 갖는 슬롯인 것을 특징으로 하는 절삭 가공용 공구.
제9항에 있어서,

상기 리세스(16, 17, 18)는 레이저(laser)로 형성되는 것을 특징으로 하는 절삭 가공용 공구.
제4항에 있어서,

상기 리세스(16, 17, 18)는 1mm 내지 5mm의 폭을 갖는 슬롯인 것을 특징으로 하는 절삭 가공용 공구.