KR101826001B1

KR101826001B1 - 심공 드릴 가공 시스템

Info

Publication number: KR101826001B1
Application number: KR1020157023264A
Authority: KR
Inventors: 자레드 알. 자브로스키
Original assignee: 얼라이드 머신 앤드 엔지니어링 코포레이션
Priority date: 2013-03-06
Filing date: 2014-03-05
Publication date: 2018-02-06
Also published as: MX2015011600A; CN105209199B; MX362775B; JP2016508889A; BR112015021532A2; AU2014225861B2; WO2014138184A1; CA2903294C; RU2015142267A; US20170056984A1; KR20150114520A; EP2964413A1; AU2014225861A1; US20140255115A1; RU2630722C2; JP6312159B2; US9498829B2; BR112015021532B1; CA2903294A1; US9943914B2

Abstract

본 발명은 현대 공작 툴의 동력 곡선의 사용을 향상시키는 드릴 시스템(10)에 관한 것이다. 상기 드릴 시스템(10)은 IC 인서트(50)를 활용하여 홀의 주 직경부 절삭을 수행하는 2-단계 드릴 및 중앙 드릴링 시스템(70)을 사용한다. 예에 따르면, 상기 IC 인서트(50)는 드릴 헤드(30)에 단일 또는 이중 유효 구조로 설정될 수 있다. 중앙 드릴링 시스템(70)은 홀의 나머지 부직경부(minor diameter)를 절삭하며, 상기 툴의 회전 중심으로부터 그것의 위치에 기인하여, 절삭 면의 푸티지(footage)가 적게 보이도록 구성된다. 상기 중앙 드릴링 시스템(70)은 자가-센터링(self-centering) 기하학적인 구조를 가져 상기 툴의 드릴 헤드(30)가 홀의 심부를 통해 유도되도록 한다. 상기 드릴 가공 시스템(10)은 직선 형태로 남아있는 대 직경 심공을 고속 및 낮은 가공률로 드릴 가공함으로써 동력 곡선 및 현대 공구 툴의 낮은 추력의 이점을 갖는 더 생산적인 툴을 제공한다.

Description

심공 드릴 가공 시스템{DRILLING SYSTEM FOR DEEP HOLES}

본 출원은 미국특허출원 제13/797,338호 (2013년 3월 6일 출원)의 국제출원이고 그 내용 전체가 참조로 본 명세서에 포함된다.

공 드릴 가공 시스템에서, 현대 기계 툴들은 깊이 대 직경비가 큰 홀(hole)을 효과적으로 만들 수 있는 가공 방법을 요구하고 있다.

큰 직경의 심공들을 만들기 위하여, 기존에 이용되고 있는 가공 방법은 적은 가용 마력을 가진 현대 가공 툴들을 이용하기에 적합하지 못하다. 현재 사용중인 적은 가공 마력을 가진 가공 툴들은 일반적으로 스핀들 속도가 높은 경우에만 최대 가용 마력에 도달할 수 있다. 기존의 심공 드릴 가공 방법에 따르면, 효과적인 이중 절삭 기하학 구조가 활용될 수 있다. 이 경우 양 절삭 날은 동일한 양의 절삭 부하를 공유한다. 이런 종류의 구조를 통하여, 드릴이 중앙선을 설정하여 후속으로 따라오는 나머지 드릴 바디에 대한 가이드로서 역할을 한다. 따라서, 상대적으로 긴 드릴 바디가 중앙선을 벗어나지 않고 직선형 홀을 가공할 수 있게 된다. 심부에서 배출될 수 있는 형태를 가진 칩을 형성하기 위하여, 이런 종류의 드릴은 느린 공급 속도로 동작하여 칩을 분절할 필요가 있다. 또한, 상기 드릴은 상대적으로 낮은 스핀들 속도로 회전하여 툴의 OD에서 열을 관리할 필요가 있다.

다른 스타일의 심공 드릴 가공 방법이 효과적인 단일 건 드릴(gun drill) 이나 이젝터(ejector) 타입의 헤드 드릴 가공 툴을 이용하여 활용될 수 있다. 이런 타입의 툴들은 상대적으로 더 높은 깊이 대 직경 비율에 더 적합하며 효율을 위해 특수 기계 및 특수 셋 업(set-up) 장치를 종종 요구한다. 이러한 종류의 툴들은 툴 바디 상의 베어링 면을 활용하여 바로 직전에 가공된 홀의 내벽과 접촉함으로써 드릴의 전면에 안정성을 제공하려 하고 있다. 이러한 기술은 산업 전반에 걸쳐 광범위하게 사용되어 장방형 드릴에 안정성을 제공하면서 상기 장방형 드릴이 중심을 맞추면서 드릴 가공 작업을 수행하도록 한다. 간단하고 융통성 있는 셋업과 표준 공구 툴의 사용을 가능하도록 하는 툴링(tooling)이 제공되는 것이 바람직하다.

크기가 큰 스페이드 블레이드(spade blade)를 사용하여 심공을 형성하려는 시도가 지속적으로 수행되어 오고 있다. 그러나 이들 툴들은 상대적으로 낮은 속도와 상대적으로 높은 가공률로 동작한다. 낮은 속도에서의 동작은 기계가 기계의 동력 곡선의 낮은 부분에서 동작함을 의미한다. 상대적으로 높은 가공률은 현대의 드릴 가공 기계에서는 이용할 수 없는 추력(thrust)을 요구한다. 초경(Indexable carbide, IC)드릴은 높은 스핀들 속도 및 낮은 가공률로 구멍을 형성하기 위하여 이용될 수 있다. 상기 IC 드릴은 적은 추력을 소모하며, 같은 직경을 가진 스페이드 드릴(spade drill)과 관련한 동력 곡선의 높은 끝단에서 동작할 것이다. 그러나 직경의 4배보다 큰 깊이에서, IC 드릴은 안정성이 부족하며 중심을 이탈하는 경향이 있어 직진 도의 요구 조건을 만족하지 못하는 홀을 만들게 된다. 인덱서블 인서트는 다양한 형태로 이용 가능하며, 마모되어 교체되는 경우 새로운 절삭 날로 회전(또는 색인)되는 능력을갖는다. 따라서, 마모된 인서트를 교체함으로써 툴 바디를 여러 번 재사용할 수 있다. 드릴 바디는 나사나 클램핑 기계 장치를 이용하여 상기 인서트를 위치시키는 포켓을 포함한다. 상기 드릴 바디의 절삭 단부 상의 포켓의 위치에 따라 드릴 가공될 홀의 크기가 결정된다. 이런 종류의 드릴은 효율적인 단일 플루트(flute)를 갖는 것으로 여겨지는데, 이것은 인서트들이 서로 중복됨을 의미한다. 하나의 인서트가 중앙선을 향하여 주 직경부로부터 시작하여 중앙선을 향하여 직경부의 일부를 절삭하며, 나머지 인서트들은 그들과 중첩되는 위치를 벗어나 중앙선으로부터 직경부 나머지 부분을 절삭한다.

현대 공작 툴의 동력 곡선을 활용하며, 높은 속도율 및 낮은 가공률, 그러나 상당히 높은 관통률로의 드릴 가공에 대한 요구를 충족시켜줄 툴링 방법을 제공할 필요가 있다.

본 발명은 현대 공작 툴의 동력 곡선의 사용을 향상시키는 드릴 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다. 상기 드릴 시스템은 IC 인서트를 활용하여 홀의 주 직경부 절삭을 수행하는 2-단계 드릴 및 중앙 드릴링 시스템을 사용한다. 예에 따르면, 상기 IC 인서트는 드릴 헤드에 단일 또는 이중 유효 구조로 설정될 수 있다. 중앙 드릴링 시스템은 홀의 나머지 부직경부(minor diameter)를 절삭하며, 상기 툴의 회전 중심으로부터 그것의 위치에 기인하여, 절삭 면의 푸티지(footage)가 적게 보이도록 구성된다. 상기 중앙 드릴링 시스템은 자가-센터링(self-centering) 기하학적인 구조를 가져 상기 툴의 드릴 헤드가 홀의 심부를 통해 유도되도록 한다. 상기 드릴 가공 시스템은 직선 형태로 남아있는 대 직경 심공을 고속 및 낮은 가공률로 드릴 가공함으로써 동력 곡선 및 현대 공구 툴의 낮은 추력의 이점을 갖는 더 생산적인 툴을 제공한다.

상기 드릴 가공 시스템의 다른 측면에 따르면, 인덱스 IC 인서트 및 중앙 드릴링 시스템 모두는 다양한 가용 옵션과 함께 사용 애플리케이션에 적합한 다양한 절삭 기하학 구조를 가질 수 있는 융통성을 제공한다. 각 기하학 구조는 특정 재료 및/또는 애플리케이션에 맞추어 질 수 있어서 시스템의 효율성을 증가시킬 수 있다. 다른 측면에 따르면, 동일한 홀더 바디에 끼워지는 헤드의 직경 범위를 고정함으로써 경제성 및 유연성이 추가로 제공될 수 있어, 사용자가 홀더 바디를 추가로 구입하는 것 없이 다양한 크기의 홀을 드릴 가공할 수 있다.

본 발명의 예제에 따른 드릴 가공 시스템은 홀더 바디 및 상기 홀더 바디에 탈착 가능한 드릴 바디를 구비하며, 상기 홀더 바디는 제1 결합 면을 갖도록 개시된다. 결과적으로 상기 드릴 헤드는 상기 홀더 바디의 제1 결합 면과 결합하는 제2 결합 면을 갖는다. 상기 제1 및 제2 결합 면 중 하나는 적어도 하나의 도브 테일 돌출부 및 적어도 하나의 도브 테일 홈브를 갖는다. 또한, 복수의 도브 테일 홈부 및 복수의 도브 테일 돌출부가 사용될 수 있으며, 각각은 상기 툴의 중심축을 중심으로 회전하는 패턴으로 형성된다. 중앙 위치 시스템은 상기 드릴 헤드를 상기 홀더 바디에 정렬시키기 위하여 제공될 수 있다. 상기 드릴 헤드는, 상기 적어도 하나의 도브 테일 돌출부가 상기 적어도 하나의 도브 테일 홈부에 결합하여 상기 드릴 헤드를 상기 홀더 몸체와 대응하는 위치에서 락(lock) 시킬 때까지 툴 회전 방향(시계방향)으로 상기 툴의 축을 중심으로 회전하면서 상기 홀더 바디에 결합한다.

본 발명의 예에 따르면, 상기 적어도 하나의 도브 테일 돌출부 및 홈부 모두는 두 방향으로의 드릴 가공 동작 동안 절삭력을 흡수하도록 설계되어 있다. 상기 드릴 헤드 및 홀더 바디의 제1 및 제2 결합 면은 드릴 헤드의 축력을 홀더 바디로 전달한다. 상기 제1 및 제2 결합 면의 하나에 각각 형성된 상기 적어도 하나의 도브 테일 홈부 및 도브 테일 돌출부는 상기 드릴 헤드의 회전력을 상기 홀더 바디로 전달하는 면을 포함한다. 상기 적어도 하나의 도브 테일 홈브 및 도브 테일 돌출부의 상기 면들은 상기 드릴 가공력(drilling force)의 수평 방향 하중에 대향하여 일정한 각도로 경사질 수 있다.

본 발명에 따르면, 동일한 홀더 바디에 끼워지는 드릴 헤드의 직경 범위를 고정함으로써 경제성 및 유연성이 추가로 제공되며, 사용자가 추가 홀더 바디를 구매할 필요 없이 다양한 크기의 홀을 드릴 가공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 예에 따른 드릴 가공 시스템의 부분 사시 도이다.
도 2는 상기 드릴 가공 시스템과 관련된 드릴 가공 헤드의 파쇄 평면도이다.
도 3은 도 2에서 도시된 드릴 가공 헤드의 파쇄 사시 도이다.
도 4는 드릴 가공 시스템의 드릴 가공 헤드 및 홀더 바디의 파쇄 사시 도이다.
도 5는 드릴 가공 시스템의 예에 따른 홀더 바디의 상면을 도시한 부분 사시 도이다.
도 6은 드릴 가공 시스템의 예에 따른 드릴 가공 헤드의 저면을 보여주는 부분 사시도이다.
도 7은 드릴 가공 시스템의 예에 따른 홀더 바디의 상면을 도시한 평면도이다.
도 8은 드릴 가공 시스템의 예에 따른 드릴 가공 헤드의 저면을 도시한 저면도이다.
도 9a 내지 도 9d는 드릴 가공 시스템의 예에 따른 드릴 헤드 및 홀더 바디 사이의 연결 및 결합을 도시한 부분 사시도이다.
도 10a 내지 10c는 본 발명의 예에 따른 드릴 가공 시스템의 드릴 헤드 및 홀더 바디 사이의 연결을 보여주는 부분 횡 단면도이다.
도 11a 내지 도 11d는 드릴 가공 시스템의 예에서 냉각수 공급 시스템을 도시한 부분 단면도이다.
도 12a 및 12b는 상기 드릴 가공 시스템과 관련된 절삭 인서트를 도시한 부분 입면도이다.

도 1을 참고하면, 본 발명의 일 예에 따르면, 드릴 가공 시스템(10)은 공구 툴 및 헤드 단부(16)를 결합시키는 생크 단부(14)를 구비하는 홀더 바디(12)를 포함할 수 있다. 상기 바디(12)의 길이는 드릴 가공될 홀의 깊이를 결정하는 인자가 된다. 도시한 예에 따르면, 상기 홀더 바디(12)는 두 개의 플루트(flutes)를 가져 드릴 헤드(30)의 효과적인 이중 절삭 기하학구조로부터 재료의 칩을 배출시킨다. 본 예에 따르면, 드릴 헤드(30)는 홀더 바디(12)의 단부에 결합한다. 상기 드릴 헤드(30)는 절삭 작용을 협력하여 수행하는 복수의 색인 인서트(50) 및 중앙 드릴링 시스템(70)을 지지하면서 위치시킨다. 주 직경 및 절삭 구조가 각각 다른 드릴 헤드(30)들이 상기 애플리케이션에 따라 다른 절삭 기하학 구조를 사용할 때 상당히 유연하게 홀 바디(12)에 결합할 수 있다. 상기 인서트(50) 및 중앙 드릴링 시스템(70) 모두는 재료 및/또는 사용자의 애플리케이션에 따라 상기 드릴 헤드(30)의 외 측에서 교체될 수 있다. 사용자는 상기 드릴 헤드(30)에 결합할 수 있는 상기 색인 인서트(50) 및 상기 중앙 드릴링 시스템(70)의 교체 가능한 성질에 의해 상기 애플리케이션에 따른 인서트 각각에 사용될 기하학 구조의 종류를 특정할 수 있다. 각 기하학 구조는 특정 재료 및/또는 애플리케이션에 적용될 수 있어 상기 시스템(10)의 효율성을 증가시킬 수 있다. 동일한 홀더 바디(12)에 끼워지는 드릴 헤드(30)의 직경 범위를 고정함으로써 경제성 및 유연성이 추가로 제공되며, 사용자가 추가 홀더 바디를 구매할 필요 없이 다양한 크기의 홀을 드릴 가공할 수 있다.

본 예에 따라서, 상기 시스템(10)을 개선하기 위하여, 상기 드릴 헤드(30)는 상기 드릴 직경 범위로 설계된 일정한 인터페이스 부(100)를 갖는 유사 크기의 홀더 바디들(12)에 끼워지도록 제조된다. 도 2 및 3에서 도시된 바와 같이, 중앙 드릴링 시스템(70)뿐만 아니라 모든 IC 절삭 인서트(50)가 상기 드릴 헤드(30)와 결합한다. 상기 중앙 드릴링 시스템(70)은 교체 가능한 블레이드 형태의 드릴 가공 시스템이거나 교체 가능한 팁 드릴 형태의 드릴 가공 시스템일 수 있다. 상기 중앙 드릴링 시스템(70)은 상기 교체 가능한 블레이드 형태나 상기 교체 가능한 팁 드릴 형태를 위한 기계적 결합수단과 결합하며 상기 중앙 드릴링 시스템(70)을 상기 드릴 헤드(30)의 부분으로서 일정한 위치에 위치시키는 특징을 갖는다. 상기 드릴헤드(30)는 상기 IC 인서트(50)를 적절한 위치에 위치시켜 주 직경부 절삭을 수행한다. 상기 IC 인서트(50)는 원하는 홀의 외부 직경을 절삭하기 위한 정확한 위치에서 상기 포켓(32) 안으로 기계적으로 결합할 수 있다. 상기 드릴 헤드(30)는 유도 포스트(33)를 포함할 수 있다. 일 예에 따르면, 상기 드릴 헤드(30)는 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 홀더 바디(12)와 결합하며 원반 형태의 헤드(36)를 가진 Torx 구동 나사(34)를 이용하여 고정된다. 상기 홀더 바디의 나사 장착 홀(18)의 축은 상기 드릴 헤드의 나사 장착 홀(38)의 축과 일렬로 배치되도록 설계된다. 따라서 상기 홀더 바디와 드릴 헤드가 결합할 때, 상기 나사 헤드(36)의 원추형 시트(seat)는 드릴 헤드(30)가 연결부(100)가 상기 홀더 바디(12)와 결합할 때까지 툴 회전 방향으로 상기 중심 축에 대하여 회전하도록 한다.

도 5 내지 8을 참고하면, 드릴 헤드(30)와 홀더 바디(12) 사이의 연결부(100)가 더 구체적으로 도시되어 있으며, 상기 연결부(100)는 드릴 가공 동작 동안 절삭력을 더욱 효율적으로, 더욱 바람직하게는, 두 방향으로의 절삭력을 더욱 효율적으로 흡수하는 방법으로 상기 드릴 헤드(30)와 바디(12)를 연결하도록 설계된다. 도 7 및 8에 도시된 바와 같이, 드릴 헤드(30)로부터 홀더 바디(12)로 축력을 전달시키는 면은 홀더 바디(12)의 플랫 면(20)과 상기 드릴 헤드(30)의 저면의 플랫 면(26)이다. 상기 홀더 바디(12)의 면에서, 도브 테일(dovetail) 홈(22)이 형성되며, 도브 테일 돌출부(42)가 대응하여 상기 드릴 헤드(30)에 형성된다. 상기 드릴 헤드(30)로부터 상기 바디(12)로 회전력을 전달하는 면은 상기 바디(12) 상에 있는 도브 테일 홈의 면(24)와 상기 드릴 헤드(30) 상에 있는 도브 테일 돌출부(42)의 면(44)이다. 본 예에 따르면, 적어도 하나의 도브 테일 홈(22) 및 적어도 하나의 드브테일 돌출부(42)가 제공될 수 있으며, 복수의 도브 테일 홈(22) 및 도브 테일 돌출부(42)가 도시된 바와 같이 결합 면(20,40)의 각각에 대응하여 배치될 수 있다. 또한, 결합 면(20,40) 중 하나에 상기 도브 테일 홈(들)(22) 및/또는 도브 테일 돌출부(들)(42)를 형성할 수 있다. 본 예에 따르면, 도시된 바와 같이, 홈과 돌출부가 대칭적으로 위치하여 균형을 이룰 수 있으며, 드릴 가공 하중(drilling load)이 효율적으로 흡수될 수 있다. 상기 인터페이스부(100) 각 측에, 홀더 바디(12)의 두 홈(22)과 상기 드릴 헤드(30)의 두 인터페이스 돌출부(42)가 구비될 수 있다. 상기 인터페이스부(100)의 다른 면들은 여유면들(clearance)이다. 본 예에 따르면, 상기 연결부(100)의 인터페이스는 서로 대칭적으로 구비되어 180° 간격 또는 다양한 각도의 간격으로 상기 드릴 헤드(30)가 결합되도록 한다.

본 예에 따르면, 도 9a 내지 9d를 참고하면, 상기 드릴 헤드(30)의 도브 테일 돌출부(42) 및 상기 홀더 바디(12)의 도브 테일 홈(22)은 도 9a에 도시된 바와 같이 드릴 헤드의 유도 포스트(33)가 바디의 유도 포스트 홀(28)에 삽입되도록 툴의 중심축에 대하여 회전하는 패턴으로 형성된다. 그 다음, 도 9b에 도신된 바와 같이, 상기 드릴 헤드(30)는 툴의 회전 방향(시계방향)으로 상기 유도 포스트(33)의 축에 대하여 회전할 수 있다. 상기 드릴 헤드(30)가 회전함에 따라서, 상기 드릴 헤드(30)의 도브 테일 돌출부(42)는 도 9c에 도시된 바와 같이 홀더 바디(12)의 도브 테일 홈(22)과 결합하며 도 9d에 도시된 바와 같이 그 자리에서 서로 락(lock)된다.

본 예에 따르면, 상기 홀더 바디(12)와 상기 드릴 헤드(30)가 연결됨으로써 상당한 이점이 제공된다. 드릴 가공 시, 수평 드릴력(drilling force)은 나사 및/또는 삽입 가능한 포스트 또는 보스의 사용을 유도하여 상기 수평 하중을 상쇄시키도록 한다. 또한, 벤딩 작업시, 드릴력에 의하여 수평하중으로부터 발생한 홀더 바디에 대한 드릴 헤드의 티핑(tipping) 또는 락킹(rocking)을 막기 위한 시도로써, 상기 나사 및/또는 보스를 개입시킨다. 그와 같은 시도를 통하여 드릴 헤드의 수평 하중이 개입되는 점과 관련한 상기 특징(feature)들은 벤딩 모멘트를 증가시킨다. 반면에, 본 발명은 홀더 바디(12) 및 드릴 헤드(30) 사이의 연결부를 제공하여 수평 하중이 효율적으로 다루어 지도록 한다. 도브 테일 홈(22) 및 도브 테일 돌출부(42)의 결합 면(106,108)(도 9b 참고)이 본 예에서 10°의 각도로 기울어짐을 도시하였지만, 2° 내지 30°의 각도 또는 성능을 위하여 5° 내지 20°의 각도로 기울어질 수 있다. 상기 일정한 각도로 경사진 면은 수평 하중의 임의의 구성 요소 또는 모든 구성요소가 상기 적어도 두 특징 의하여 대향 하도록 한다. 상기 각진 면의 제1 기능은 상기 툴로부터의 토크(torque)를 축 운동으로 바꾸어 상기 드릴 헤드(30)을 홀더 바디(12)의 안착 면상으로 당기는 것이다. 상기 각진 면의 제2 기능은 경사진 면들이 결합하는 경우 홀더 바디(12)상의 드릴 헤드(30)의 티핑 또는 락킹(rocking)을 막는 것이다. 도 10a 내지 10c에서 도시된 바와 같이, 참조 번호 110의 라인을 가진 도브 테일 특징들뿐만 아니라 상기 드릴 헤드(30) 및 홀더 바디(12)의 결합 면이 도시되어 있다. 주 횡 단면도에서 도시된 바와 같이 대향하는 화살표(112)는 상기 도브 테일 특징들이 서로 결합하여 효율적인 클램프를 생성함으로써, 상기 홀더 바디(12)의 결합 면상에 상기 드릴 헤드(30)를 확실히 유지시킨다. 또한, 이들 특징들은 대칭적이기 때문에 서로 대향하는 쐐기형태의 효과를 만들어 한번 결합되면 어떠한 자유도가 허락되지 않는다.

드릴 헤드(30)의 유도 포스트(33)는 홀더 바디(12)의 대응 유도 포스트 홀(28)에 삽입된다. 이러한 특징들은 드릴헤드(30)과 홀더 바디(12)가 결합시 드릴 헤드(30) 및 홀더 바디(12)가 설정된 오차범위 내에서 동일한 회전축을 공유하는 하는 것을 보장하는 위치 유도 부재로서 역할을 하며, 도브 테일 홈과 도브 테일 돌출부가 적절하게 배치되도록 한다.

상술한 바와 같이, 상기 유도 포스트(33)와 장착 나사들(34)은 상기 드릴 헤드(30)와 상기 홀더 바디(12)의 결합을 유도하는 수단으로만 동작한다. 상기 장착 나사들의 목적은 드릴 헤드와 홀더 바디가 적절하게 결합하도록 보장하는 것이다. 일단 제자리에서 결합하면, 상기 드릴 헤드 및 홀더 바디는 결합하여 드릴 가공을 위해서 이용된다. 상기 장착 나사는 드릴 가공 동안 어떠한 하중도 전달하지 못한다. 왜냐하면, 모든 하중은 상기 드릴 헤드 및 홀더 바디 연결부를 통하여 전달하기 때문이다. 일단 상기 도브 테일 면들이 결합하면, 상기 장착 나사와 유도 포스트의 영향은 무시할 만하다. 따라서 상기 유도 포스트(33) 및 장착 나사(34)는 벤딩 작업시 하중을 받는 것을 막을 수 있으며 대향하는 모든 하중이 연결부(100)의 중앙 경계면에 집중된다.

본 예에 따르면, 드릴 시스템은 툴 냉각수를 통하여 연동하도록 설계될 수 있다. 도 11a 및 도 11b에서 도시된 바와 같이, 드릴 헤드(30)는 4개의 배출구를 포함할 수 있는데, 이중 두 개의 내부 배출구(120)는 냉각수를 중앙 드릴링 시스템(70)에 공급하도록 설계되었으며, 두 개의 외부 배출구(122)는 냉각수를 상기 주 직경을 가진 상기 IC 인서트(50)에 공급하도록 설계되어 있다. 대형 중앙 냉각수 홀(124)이 상기 홀더 바디(12)에 형성되어 있어 상기 냉각수를 상기 홀더 바디(12)를 통하여 공구 툴로부터 상기 드릴 헤드(30)로 전달할 수 있다. 본 예에 따르면, 도 11c에 도시된 바와 같이, 상기 화살표는 상기 내부 배출구(120)를 통하여 공급되는 냉각수가 상기 홀더 바디(12)에 형성된 주 중앙 냉각수 채널(124)을 통하여 이동하여 상기 유도 포스트 홀(28)로 퍼져 나간다. 이어서, 상기 냉각수는 상기 유도 포스트(33)의 하부에 형성된 중앙 채널(126)을 통하여 상기 드릴 헤드(30)로 이동한다. 상기 두 개의 내부 배출구(120)는 일정한 각도로 비스듬히 제공되어 상기 드릴 헤드(30) 내의 중앙 채널(126)과 교차하며 상기 중앙 드릴링 시스템(70) 근처의 냉각수를 방출한다. 도 11d에서 도시된 바와 같이, 상기 화살표는 상기 두 외부 배출구(122)에 공급되는 냉각수가 상기 홀더 바디(12)의 주 중심 냉각수 채널(124)을 통하여 상기 드릴 헤드(30)로 이동한다. 두 배출구(128)는 상기 홀더 바디(12)의 면으로부터 연장되며 내부를 향하여 일정한 각도로 기울어져 주 냉각수 채널(124)이 교차한다. 상기 냉각수는 이들 기울어진 배출구(128)를 통하여 이동하는데, 상기 배출구는 상기 드릴 헤드(30)의 바닥 안착 면 상에서 같은 직경을 가진 외부 배출구(122)와 연결되어 상기 냉각수가 상기 드릴 헤드(30)의 외경 근처에서 상기 주 직경 절삭 인서트(50)를 향하여 배출된다. 기타의 구성들이 이용되어 절삭 인서트(50,70)의 위치에서 냉각수를 적용할 수 있다.

주 직경부 절삭 인서트(50)는 도 12a 및 도 12b에 도시된 바와 같이 색인 IC 인서트일 수 있다. 본 예에서, 세 개의 절삭 날을 갖는 트리곤(trigon) 인서트가 도시되어 있으며, 상기 트리곤 인서트는 와이퍼(150)를 포함한다. 상기 와이퍼(150)는 주 OD를 절삭하는 인서트(50)의 일부에 형성되는 특징을 갖는다. 상기 와이퍼(150)는 일반적으로 드릴 가공되는 홀의 중심축에 대하여 나란하면서 수직으로 위치된다. 상기 와이퍼 면은 도 12b에 도시된 바와 같이 절삭 날 뒤에서 적은 양의 여유 공간(152)을 갖는다. 와이퍼(150)는 마치 코너(corner) 반경이 와이퍼(150) 대신에 이용되는 것처럼 상기 툴과 가공물 사이의 단일 점 접촉부를 갖는 절삭 날로부터 면 결함이 형성되는 것을 막을 수 있다. 단일 점 접촉은 홀의 면 마감 시 가시적인 홈을 야기할 수 있지만, 작용하지 못하여 상기 툴을 안정화시킬 수 있다. 상기 와이퍼(150)를 통해 상기 드릴 시스템은 특히 툴 밖으로 벗어나는 경우 가공물의 면 마감이 개선된 마감 홀 구성을 형성한다. 또한, 상기 와이퍼(150)는 중앙 드릴이 상기 가공물을 벗어나는 위치에서 툴에 안정성을 제공한다. 도시된 예에서, 상기 인서트(30)가 효율적인 이중 구조로 설정되는 경우 180°만큼 서로 이격된 두 개의 툴 측면 상에 주 직경을 절삭하는 와이퍼(150)가 존재할 수 있다. 이들 대향하는 와이퍼(150)는 툴이 관통 홀을 통해서 빠져나옴에 따라 툴에 대한 마진으로서 역할을 한다. 상기 인서트(30)가 주 직경 부를 절삭하는 인서트 상의 단일 와이퍼(150)를 가진 단일 구성으로 설정되는 경우, 마모 패드가 드릴 헤드(30) 상에서 이용되어 와이퍼(150)에 대하여 대향하면서 관통 홀을 통하여 빠져나올 때 안정성을 제공한다.

상기 중앙 드릴링 시스템(70)에서, AMEC T-A® 블레이드 및 Allied Machine & Engineering 사의 Gen3sys® 교체형 팁 드릴과 같은 자가-센터링(self-centering) 기하학적인 구조는 여유 공간 특성의 조합을 상기 블레이드 위치에 제공함으로써 센터링 능력을 상당히 증가시킨다. 상기 정 웹 절삭 날의 기하학 구조를 통해 드릴 중앙에서 기계적인 칩들이 자유롭게 형성될 수 있다. 이러한 특징들을 통하여, 드릴의 중앙에서 시작하여 형성되며 심부를 통하여 대체로 증가하는 직진 도를 갖는 홀이 생성됨에 따라서 디자인 이점이 제공된다. 상기 드릴 시스템은 이 특징들 중의 하나를 중앙 드릴링 시스템 또는 다른 바람직한 시스템에 활용할 수 있다.

상기 시스템(10)은 상기 중앙 드릴링 시스템(70)의 구조가 상기 사용자 애플리케이션에 적절하게 맞도록 유연하게 디자인될 뿐만아니라 각 홀더 바디(12)와 함께 상당한 양의 드릴 직경을 고려하여 디자인된다. 상기 드릴 헤드(30) 및 상기 홀더 바디(12) 사이의 연결은 또한 구조적으로 단단한 설계를 제공하여 드릴 동작 시 드릴 헤드(30)에 우수한 안정성을 제공한다. 상기 드릴 가공 환경에서의 들뜬 성질은 상기 드릴 헤드(30) 및 상기 홀더 바디(12) 사이의 연결부를 통하여 처리되며, 본 발명에 따른 상기 드릴 헤드(30)의 안정성은 절삭 인서트(50,70)를 지지함으로써 보장된다. 따라서 툴의 수명을 증가시킬 수 있으며, 홀의 품질을 개선 시킬 수 있다. 또한, 상기 홀더 바디(12) 및 상기 드릴 헤드(30) 사이의 연결부는 비용 효율적으로 제조되며 간단하게 제조될 수 있다.

발명이 도면 및 상세한 설명을 통하여 구체적으로 예시되고 기술되어 있지만 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 실시 예들이 예시적인 목적으로 도시되고 기술되어 있으며, 특허권으로서 보호될 이하의 청구범위에서 기술한 발명의 기술적 사상 내에서 모든 변형 및 응용할 수 있음을 알 수 있다. 발명의 추가적인 특징은 발명의 상세한 설명을 통하여 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 명확해 질 것이며, 다양한 변형이 발명의 범위를 벗어나는 것 없이 가능함을 알 수 있다.

Claims

가공물에 심공을 형성하는 드릴 가공 시스템에 있어서,
홀더 바디,
제1 결합 면을 갖는 상기 홀더 바디에 탈착 가능하며, 제2 결합 면을 가져 상기 홀더 바디에 부착될 때 상기 홀더 바디의 제1 결합 면과 결합하는 드릴 헤드, 및
상기 제1 및 제2 결합 면에 각각 대향하여 형성되는 적어도 하나의 도브 테일 돌출부 및 적어도 하나의 도브 테일 홈부를 구비하며,
상기 드릴 헤드가 적어도 하나의 도브 테일 돌출부가 상기 적어도 하나의 도브 테일 홈부에 결합하여 상기 드릴 헤드를 상기 홀더 바디와 대응하는 위치에서 락(lock) 시킬 때까지 툴의 축을 중심으로 상기 홀더 바디에 대하여 회전함으로써 상기 홀더 바디에 결합하고, 상기 드릴 헤드는 상기 드릴 헤드의 상면으로부터 상기 제2결합면까지 관통된 적어도 하나의 개구부 및 상기 적어도 하나의 개구부를 통해 연장하여 상기 홀더 바디에 결합되는 적어도 하나의 장착나사를 구비하고, 상기 드릴헤드를 상기 홀더 바디에 조립함에 따라, 상기 적어도 하나의 장착나사는 드릴 가공이 진행되는 동안 실질적으로 부하를 전달하지 않는 것을 특징으로 하는 드릴 가공 시스템.
제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 도브 테일 홈부 또는 상기 적어도 하나의 도브 테일 돌출부는 결합 면 중의 하나에 형성되는 것을 특징으로 하는 드릴 가공 시스템.
제1항에 있어서, 복수의 도브 테일 홈부 및 복수의 도브 테일 돌출부가 제공되는 것을 특징으로 하는 드릴 가공 시스템.
제3항 있어서, 상기 복수의 도브 테일 홈부 및 상기 복수의 도브 테일 돌출부는 각 결합 면의 대향하는 측에 대칭적으로 위치되는 것을 특징으로 하는 드릴 가공 시스템.
제3항에 있어서, 상기 복수의 도브 테일 돌출부 및 상기 복수의 도브 테일 홈부는 결합 면의 중심축 인접지점으로부터 결합 면의 외경 방향으로 연장하는 것을 특징으로 하는 드릴 가공 시스템.
제1항에 있어서, 적어도 한 쌍의 도브 테일 돌출부 또는 적어도 한 쌍의 도브 테일 홈부가 대향된 제1 및 제2결합 면들 중의 하나 상에 형성되어 결합 면들의 중심축 인접지점으로부터 결합 면들의 외경 방향으로 연장하고, 상기 결합 면들은 상기 결합 면들의 중심축을 기준으로 대향되게 형성되고, 각각의 결합 면에서 상호 선형적인 관계를 갖는 것을 특징으로 하는 드릴 가공 시스템.
제1항에 있어서, 상기 홀더 바디 및 상기 드릴 헤드 중의 하나 상부에 형성된 유도 포스트와 상기 홀더 바디 및 상기 드릴 헤드의 나머지 상부에 형성된 유도 포스트 홀을 더 포함하며,
상기 드릴 헤드와 상기 홀더 바디는, 상기 유도 포스트가 상기 유도 포스트 홀로 삽입되고 상기 홀더 바디가 상기 적어도 하나의 도브 테일 돌출부 및 상기 적어도 하나의 도브 테일 홈부가 서로 결합하여 그 자리에서 서로 락(lock) 될 때까지 상기 드릴 헤드에 대한 상기 홀더 바디의 회전을 통해 결합하는 것을 특징으로 하는 드릴 가공 시스템.
제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 도브 테일 돌출부와 상기 적어도 하나의 도브 테일 홈부 각각이 서로 결합하는 면을 포함하여 상기 드릴 헤드 및 상기 홀더 바디 사이의 드릴력을 전달하는 것을 특징으로 하는 드릴 가공 시스템.
제8항에 있어서, 상기 결합하는 면은 일정한 각도로 형성되는 것을 특징으로 하는 드릴 가공 시스템.
제9항에 있어서, 상기 결합하는 면들은 서로에 대해 2° 내지 30°의 각도로 형성되는 것을 특징으로 하는 드릴 가공 시스템.
제7항에 있어서, 상기 유도 포스트는 드릴 가공이 진행되는 동안 실질적으로 부하를 전달하지 않는 것을 특징으로 하는 드릴 가공 시스템.
제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 도브 테일 홈부 및 적어도 하나의 도브 테일 돌출부는 서로 결합하는 면을 포함하여 상기 적어도 하나의 도브 테일 홈부 및 상기 적어도 하나의 도브 테일 돌출부 사이에서 효율적인 클램프를 생성하여 상기 드릴 헤드를 상기 홀더 바디의 상기 결합 면 상에서 확실히 유지시키는 것을 특징으로 하는 드릴 가공 시스템.
제12항에 있어서, 복수의 도브 테일 홈부 및 도브 테일 돌출부는 상기 결합 면의 대향하는 측에 대칭적으로 형성되어 서로 대향하는 쐐기형태의 효과를 만들어 상기 드릴 헤드 및 상기 홀더 바디 사이 움직임의 자유도를 대체로 막는 것을 특징으로 하는 드릴 가공 시스템.
제1항에 있어서, 상기 홀더 바디에 드릴 헤드의 결합을 유도하는 장착 나사를 더 포함하며, 상기 드릴 헤드가 상기 홀더 바디에 결합한 후, 상기 장착 나사는 드릴링 가공 시 어떠한 하중도 전달하지 못하는 것을 특징으로 하는 드릴 가공 시스템.
제1항에 있어서, 적어도 하나의 중앙 드릴링 시스템 및 홀의 주 직경부를 절삭하는 적어도 하나의 절삭 인서트, 그리고 냉각수 공급 시스템을 더 포함하며, 상기 냉각수 공급 시스템은 상기 중앙 드릴링 시스템으로 냉각수를 공급하도록 위치한 배출구를 갖는 적어도 하나의 내부 채널 및 상기 냉각수를 상기 주 직경부 절삭 인서트로 공급하도록 위치한 배출구를 갖는 적어도 하나의 외부 채널을 포함하는 것을 특징으로 하는 드릴 가공 시스템.
제15항에 있어서, 복수의 절삭 인서트가 제공되어 상기 홀의 주 직경부를 절삭하며, 상기 외부 배출구는 상기 냉각수를 상기 절삭 인서트의 각각에 공급하도록 하는 것을 특징으로 하는 드릴 가공 시스템.
제1항에 있어서, 적어도 하나의 중앙 드릴링 시스템 및 홀의 주 직경부를 절삭하는 적어도 하나의 절삭 인서트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 드릴 가공 시스템.
제17항에 있어서, 상기 주 직경부를 절삭하기 위해 적어도 두개의 절삭 인서트가 제공되는 것을 특징으로 하는 드릴 가공 시스템.
가공물에 심공을 형성하는 드릴 가공 시스템에 있어서,
홀더 바디,
제1 결합 면을 갖는 상기 홀더 바디에 탈착 가능하며, 제2 결합 면을 가져 상기 홀더 바디에 부착될 때 상기 홀더 바디의 제1 결합 면과 결합하는 드릴 헤드, 및
상기 제1 및 제2 결합 면에 각각 대향하여 형성되는 복수의 도브 테일 돌출부 및 복수의 도브 테일 홈부를 구비하며, 상기 복수의 도브 테일 돌출부 및 복수의 도브 테일 홈부가 상기 결합 면들의 중심축 인접지점으로부터 상기 결합 면들의 외경 방향으로 연장하고, 상기 결합 면들은 상기 결합 면들의 중심축을 기준으로 대향되게 형성되고, 각각의 결합 면에서 상호 선형적인 관계를 가지며, 상기 제1 및 제2 결합 면들 중의 하나에 형성되는 상기 복수의 도브 테일 돌출부 및 복수의 도브 테일 홈부는 드릴 가공이 진행되는 동안 홀더 바디의 결합 면 상으로 드릴 헤드를 유인하는 각형 결합면을 각각 포함하는 것을 특징으로 하는 드릴 가공 시스템.
서로 결합하며 적어도 하나의 도브 테일 돌출부와 적어도 하나의 도브 테일 홈부가 각각 형성된 결합면을 갖는 홀더 바디와 드릴 헤드를 배치하는 단계로서, 상기 드릴 헤드는 그 상면에서 결합면까지 관통된 적어도 하나의 개구부를 갖는 단계,
상기 결합 면을 서로 이웃하여 위치시키며 상기 적어도 하나의 도브 테일 돌출부가 상기 적어도 하나의 도브 테일 홈부에 결합하여 상기 드릴 헤드를 상기 홀더 바디와 대응하는 위치에서 락(lock) 시킬 때까지 상기 홀더 바디를 상기 드릴 헤드에 대하여 회전시키는 단계, 및
상기 드릴 헤드의 적어도 하나의 개구부를 통해 연장하여 상기 홀더 바디에 결합되는 적어도 하나의 장착나사를 이용하여 상기 드릴 헤드를 상기 홀더 바디에 결합하는 단계를 포함하며, 상기 드릴헤드를 상기 홀더 바디에 조립함에 따라, 상기 적어도 하나의 장착나사는 드릴 가공이 진행되는 동안 실질적으로 부하를 전달하지 않는 것을 특징으로 하는 드릴 가공 시스템을 조립하는 방법.