KR102620887B1 - 간접분사 및 mql 분사용 인서트 절삭 공구 및 이를 포함하는 가공 장치 - Google Patents

간접분사 및 mql 분사용 인서트 절삭 공구 및 이를 포함하는 가공 장치 Download PDF

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Abstract

간접분사 및 MQL 분사용 인서트 절삭 공구 및 이를 포함하는 가공 장치가 개시된다.
본 발명에 따르면, 공구 본체 및 공구 본체에 장착되는 복수 개의 인서트를 포함하며, 본체 내부를 유동하는 극저온 유체에 의해 냉각되는 회전 절삭 공구로서, 본체는, 상기 인서트가 장착되기 위한 복수 개의 장착영역 및 냉매가 배출되는 냉매 배출홀, 회전축 방향을 따라 연장된 냉매 유입 채널, 냉매 유입 채널로부터 장착 영역 측으로 연장된 냉매 분배 채널 및 냉매 분배 채널과 연결되며 장착영역에 장착된 인서트를 간접 냉각시킨 후, 냉매 배출홀로 냉매를 안내하기 위한 냉매 배출 채널을 포함하며, 냉매 유입 채널은, 냉매 유입 채널과 냉매 분배 채널의 경계영역에 냉매의 유동 방향을 따라 직경이 작아지는 제1 수렴 영역을 갖는다.

Description

간접분사 및 MQL 분사용 인서트 절삭 공구 및 이를 포함하는 가공 장치{INDIRECT INJECTION AND MQL INJECTION TYPE INSERT CUTTING TOOL AND INCLUDING PROCESSING DEVICE THEREOF}
본 발명은 간접분사 및 MQL 분사용 인서트 절삭 공구에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 유체를 이용하여 공구를 냉각시킬 수 있는 간접분사 및 MQL 분사용 인서트 절삭 공구 및 이를 포함하는 가공 장치에 관한 것이다.
공작기계를 이용한 절삭가공은 다양한 절삭공구를 이용한다.
다양한 절삭공구를 이용한 절삭가공 시, 1000 내지 1500℃의 높은 온도가 발생한다.
또한, 티타늄, CGI 등 고경도 경량소재는 절삭 가공이 매우 어려운 난삭재(難削材)로 분류되고 있다.
난삭재는 높은 강성 및 경도, 낮은 열전도도 및 공구 재료와의 높은 친화성을 가지기 때문에 높은 가공 부하 및 온도가 발생되고, 그게 따라 절삭공구의 마모 및 파손이 발생되는 문제점이 있다. 이러한 문제점으로 인하여, 가공성은 물론 생산성이 저하되는 결과를 초래한다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 최근에는 극저온 냉매를 이용한 가공 기술이 많이 개발되고 있는 추세이다.
한편, 극저온 냉매는 직접분사(외부분사), 간접분사(또는 내부분사) 등 다양한 냉각방식으로 공구를 냉각시킨다.
직접분사 방식은 외부에 별도로 마련된 냉매 분사노즐을 이용하여 공구의 외부에서 분사하여 공구를 직접적으로 냉각하는 방식을 의미한다. 직접분사 방식의 경우, 냉매가 분사되는 과정에서 냉매가 모재에 접촉됨에 따라 모재의 경도가 증가되므로 공구를 이용하여 가공하는 것이 더욱 어렵게 된다.
간접분사 방식은 공구의 내부에 극저온 냉매가 유동할 수 있는 유로를 형성하여 공구를 간접적으로 냉각하는 방식을 의미한다. 다시 말해서, 간접분사 방식은 냉매를 공구의 내부에서 유동되도록 하여 공구를 냉각시킨다. 이때, 냉매가 모재와 접촉되지 않게 되므로, 모재의 강도가 증가하여 공구를 이용한 가공이 어려운 문제점이 발생하지 않게 된다.
그러나, 간접분사 방식의 경우, 냉매가 공구 내부를 유동하는 과정에서, 냉매의 유동에 의한 유동 단면적의 변화로 인한 상변화로 기화하여 냉매 유로를 막게 되고, 결국 냉매를 이용한 공구의 냉각 효율이 저하되는 문제점이 있다.
또한, 인서트가 장착되는 공구의 경우에도 간접분사 방식을 사용하게 되면, 냉매가 공구 내부 및 인서트의 내부를 유동하는 과정에서 냉매의 유동에 의한 유동 단면적의 변화로 인한 상변화로 기화하여 유로를 막아서 공구는 물론 인서트의 냉각 효율도 함께 저하되는 문제점이 있다.
이에, 간접분사 방식을 이용하여 공구는 물론 인서트가 장착되는 공구의 냉각 효율을 향상시킬 수 있는 간접분사 및 MQL 분사용 인서트 절삭 공구 및 이를 포함하는 가공 장치의 개발이 요구되는 실정이다.
(특허 문헌 1) 한국 공개특허공보 10-2018-0068333호(2018.06.21.공개)
본 발명의 목적은 인서트가 장착된 공구의 내부를 유체가 유동하는 과정에서 상변화하는 것을 방지할 수 있는 간접분사 및 MQL 분사용 인서트 절삭 공구 및 이를 포함하는 가공 장치를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기의 목적은, 본 발명에 따라, 공구 본체 및 공구 본체에 장착되는 복수 개의 인서트를 포함하며, 본체 내부를 유동하는 극저온 유체에 의해 냉각되는 회전 절삭 공구로서, 본체는, 상기 인서트가 장착되기 위한 복수 개의 장착영역 및 냉매가 배출되는 냉매 배출홀, 회전축 방향을 따라 연장된 냉매 유입 채널, 냉매 유입 채널로부터 장착 영역 측으로 연장된 냉매 분배 채널 및 냉매 분배 채널과 연결되며 장착영역에 장착된 인서트를 간접 냉각시킨 후, 냉매 배출홀로 냉매를 안내하기 위한 냉매 배출 채널을 포함하며, 냉매 유입 채널은, 냉매 유입 채널과 냉매 분배 채널의 경계영역에 냉매의 유동 방향을 따라 직경이 작아지는 제1 수렴 영역을 갖는, 절삭 공구에 의해 달성될 수 있다.
이때, 제1 수렴영역은 냉매의 유동 방향을 따라 직경이 선형적으로 작아지도록 마련될 수 있다.
특히, 제1 수렴영역은 직경이 냉매의 유동방향을 따라 냉매 배출홀까지 연속적으로 작아지도록 마련될 수 있다.
또한, 냉매 분배 채널은, 냉매 배출 채널과 냉매 분배 채널의 경계영역에 냉매의 유동 방향을 따라 직경이 작아지는 제2 수렴 영역을 가질 수 있다.
이때, 제2 수렴영역은 직경이 냉매의 유동방향을 따라 선형적으로 작아지도록 마련될 수 있다.
한편, 냉매 배출 채널은, 냉매 분배 채널과 냉매 배출 채널의 경계영역에 냉매의 유동 방향을 따라 직경이 작아지는 제3 수렴 영역을 가질 수 있다.
여기서, 제3 수렴영역은 직경이 냉매의 유동 방향을 따라 냉매 배출홀까지 연속적으로 작아지도록 마련될 수 있다.
한편, 인서트와 본체 사이에 배치되며, 냉매 배출 채널이 통과하는 열 교환 챔버를 추가로 포함할 수 있다.
여기서, 냉매 유입 채널의 최대 직경은 냉매 배출 채널의 최대 직경 보다 크고, 냉매 배출 채널의 최대 직경은 냉매 배출홀의 직경보다 클 수 있다.
이러한, 냉매 유입 채널은 내주면에 단열층을 가질 수 있다.
또한, 상기의 목적은, 본 발명에 따라, 공구 본체 및 공구 본체에 장착되는 복수 개의 인서트를 포함하며, 본체 내부를 유동하는 극저온 유체에 의해 냉각되는 회전 절삭 공구로서, 본체는, 인서트가 장착되기 위한 복수 개의 장착영역, 제1 냉매가 배출되는 제1 냉매 배출홀, 제2 냉매가 분사되는 제2 냉매 분사홀, 회전축 방향을 따라 연장된 제1 냉매 유입 채널, 제1 냉매 유입 채널로부터 장착 영역 측으로 연장된 제1 냉매 분배 채널, 제1 냉매 분배 채널과 연결되며 장착영역에 장착된 인서트를 간접 냉각시킨 후, 제1 냉매 배출홀로 제1 냉매를 안내하기 위한 제1 냉매 배출 채널 및 제2 냉매 분사홀로 제2 냉매를 안내하기 위한 제2 냉매 유입 채널을 포함하며, 제1 냉매 유입 채널은, 제1 냉매 유입 채널과 제1 냉매 분배 채널의 경계영역에 제1 냉매의 유동 방향을 따라 직경이 작아지는 제1 수렴영역을 갖고, 제2 냉매 유입 채널은 제2 냉매가 인서트의 경사면을 향하여 분사되도록 마련된, 절삭 공구에 의해 달성될 수 있다.
여기서, 제1 수렴영역은 제1 냉매의 유동 방향을 따라 직경이 선형적으로 작아지도록 마련될 수 있다.
특히, 제1 수렴영역은 직경이 제1 냉매의 유동 방향을 따라 제1 냉매 분배 채널까지 연속적으로 작아지도록 마련될 수 있다.
한편, 제1 냉매 분배 채널은 제1 냉매 배출 채널과 제1 냉매 분배 채널의 경계영역에 제1 냉매의 유동 방향을 따라 직경이 작아지는 제2 수렴영역을 가질 수 있다.
이때, 제2 수렴영역은 제1 냉매의 유동 방향을 따라 직경이 선형적으로 작아지도록 마련될 수 있다.
또한, 제1 냉매 배출 채널은, 제1 냉매 분배 채널과 제1 냉매 배출 채널의 경계영역에 제1 냉매의 유동방향을 따라 직경이 작아지는 제3 수렴영역을 가질 수 있다.
특히, 제3 수렴영역은 제1 냉매의 유동 방향을 따라 직경이 제1 냉매 배출홀까지 연속적으로 작아지도록 마련될 수 있다.
여기서, 제1 냉매는 액화질소를 포함하고, 제2 냉매는 윤활제 또는 압축공기를 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 분야에 의하면, 상기의 목적은 상술한 절삭 공구를 포함하는 가공 장치에 의해 달성될 수 있다.
본 발명의 간접분사 및 MQL 분사용 인서트 절삭 공구 및 이를 포함하는 가공 장치는, 인서트 공구의 내부에 마련된 채널을 따라 냉매가 유동하는 과정에서 상변화하는 것을 방지하여 냉매 채널의 막힘을 방지할 수 있고, 결국 냉매에 의한 공구의 냉각 효율을 향상시킬 수 있다.
더욱이, 본 발명의 간접분사 및 MQL 분사용 인서트 절삭 공구 및 이를 포함하는 가공 장치는, 인서트 공구에 열 교환 챔버가 마련되고 냉매가 열 교환 챔버의 내부를 유동함에 따라 냉매에 의한 인서트 공구의 냉각 효율을 더욱더 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 간접분사 및 MQL 분사용 인서트 절삭 공구 및 이를 포함하는 가공 장치는, 인서트 공구의 내부에 마련된 채널을 따라 윤활을 위한 MQL이 유동됨에 따라 인서트 공구를 이용한 가공 시 윤활 효율을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급한 것으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 간접분사 및 MQL 분사용 인서트 절삭 공구 및 이를 포함하는 가공 장치를 개략적으로 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 간접분사 및 MQL 분사용 인서트 절삭 공구를 나타낸 사시도이다.
도 3은 도 2에 도시한 간접분사 및 MQL 분사용 인서트 절삭 공구의 종 방향 단면도이다.
도 4는 도 3에 도시한 간접분사 및 MQL 분사용 인서트 절삭 공구의 냉매 유입 채널, 냉매 배출 채널 및 냉매 배출홀의 직경을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 간접분사 및 MQL 분사용 인서트 절삭 공구를 나타낸 사시도이다.
도 6은 도 5에 도시한 간접분사 및 MQL 분사용 인서트 절삭 공구의 종 방향 단면도이다.
도 7은 제1 냉매 배출홀로부터 배출되는 제1 냉매와, 제2 냉매 배출홀로부터 배출되는 제2 냉매의 분사 방향을 설명하기 위하여 나타낸 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
도면들은 개략적이고 축적에 맞게 도시되지 않았다는 것을 일러둔다. 도면에 있는 부분들의 상대적인 치수 및 비율은 도면에서의 명확성 및 편의를 위해 그 크기에 있어 과장되거나 감소되어 도시되었으며 임의의 치수는 단지 예시적인 것이지 한정적인 것은 아니다. 그리고 둘 이상의 도면에 나타나는 동일한 구조물, 요소 또는 부품에는 동일한 참조 부호가 유사한 특징을 나타내기 위해 사용된다.
본 발명의 실시예는 본 발명의 이상적인 실시예들을 구체적으로 나타낸다. 그 결과, 도면의 다양한 변형이 예상된다. 따라서 실시예는 도시한 영역의 특정 형태에 국한되지 않으며, 예를 들면 제조에 의한 형태의 변형도 포함한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 간접분사 및 MQL 분사용 인서트 절삭 공구(100, 이하 '절삭 공구'라 함) 및 이를 포함하는 가공 장치(1000)를 설명한다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 절삭 공구(100)를 포함하는 가공 장치(1000)는 절삭 공구(100), 홀더(1100) 및 스핀들(1200)을 포함한다.
절삭 공구(100)는 모재(workpiece)를 가공하기 위한 일종의 도구(tool)이다.
이러한, 절삭 공구(100)는 공구 본체(110) 및 공구 본체(110)에 장착되는 인서트(120)를 포함한다.
이때, 인서트(120)는 복수 개로 마련되어 공구 본체(110)에 장착된다.
홀더(1100)는 장착된 절삭 공구(100)를 지지하기 위한 부분이다.
이러한, 절삭 공구(100)는 공구 본체(110)의 내부를 유동하는 극저온 유체에 의해 냉각되는 회전 절삭 공구를 의미한다. 다시 말해서, 절삭 공구(100)는 회전되어 모재(미도시)를 가공한다.
이때, 절삭 공구(100)는 스핀들(1200)에 의해 회전된다.
스핀들(1200)은 홀더(1100)에 장착 지지된 절삭 공구(100)를 회전시키는 부분이다.
스핀들(1200)은 절삭 공구(100)의 회전 중심축(C)이 된다. 스핀들(1200)에는 스핀들(1200)의 회전을 위한 회전 구동부(1400)가 연결될 수도 있다.
또한, 스핀들(1200)에는 극저온 유체를 공급하기 위한 적어도 하나의 공급부(1300, 1310)가 연결된다.
본 발명의 실시예에 따른 절삭 공구(100)에는 액화질소(LN2)와 같은 극저온 냉매가 유입될 수도 있고, MQL(Minimum quantity lubrication)와 같은 윤활제 또는 압축 공기가 유입될 수도 있다. 또한, 절삭 공구(100)에는 극저온 냉매와 MQL 또는 압축 공기가 모두 유입될 수도 있다.
이에 따라, 스핀들(1200)에는 서로 다른 냉매를 공급하기 위한 적어도 하나 이상의 냉매 공급부(1300, 1310)가 마련된다. 다시 말해서, 스핀들(1200)에는 극저온 냉매를 공급하는 제1 냉매 공급부(1300)와 MQL 또는 압축 공기을 공급하는 제2 냉매 공급부(1310)가 모두 연결되나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
여기서, 스핀들(1200)에 극저온 냉매 및 MQL 또는 압축 공기가 모두 공급되는 경우, 극저온 냉매는 절삭 공구(100)의 내부를 유동하여 인서트 절삭 공구(100)를 냉각시키는 역할을 수행하고, MQL은 절삭 공구(100)에 장착된 인서트(120) 경사면을 향하여 분사됨으로써 인서트(120)를 냉각시키는 역할을 수행하게 된다.
이하, 도 2 내지 7을 참조하여, 본 발명의 실시예들에 따른 절삭 공구(100,100-1)를 설명한다.
먼저, 도 2 내지 도 4를 참조하여, 본 발명의 제1 실시예에 따른 절삭 공구(100)를 설명한다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 절삭 공구(100)는 본체(110), 본체(110)의 내부에 마련된 적어도 하나의 냉매 유입 채널(112), 냉매 분배 채널(114) 및 냉매 배출 채널(116)을 포함한다.
본체(110)에는 인서트(120)가 장착되기 위한 복수 개의 장착영역(111)이 마련된다. 이때, 본체(110)의 일 단부에는 냉매(R)가 유입되는 냉매 유입 채널(112)이 마련되고, 본체(110)의 타 단부에는 유입된 냉매(R)가 외부로 배출되는 적어도 하나 이상의 냉매 배출홀(118)이 형성된다.
이때, 냉매 배출홀(118)은 냉매가 모재에 직접적으로 분사되는 것이 방지되도록, 본체(110)에 장착된 인서트(120)와 직교하는 위치에 마련된다.
예컨대, 냉매 배출홀(118)은 절삭 공구(100)의 회전축(C)에 대하여 반경 방향을 따라 형성되어 냉매(R)가 외부로 배출되게 된다.
또한, 본체(110)의 타 단부 쪽에는 냉매 유입 채널(112)을 통해 유입된 냉매(R)를 분배하는 냉매 분배 채널(114) 및 유동된 냉매(R)를 냉매 배출홀(118)로 안내하기 위한 냉매 배출 채널(116)이 마련된다.
냉매 유입 채널(112)은 본체(110)의 내부로 냉매(R)가 유입되는 유로를 의미한다.
냉매 유입 채널(112)은 본체(110)의 회전축(C) 방향을 따라 연장 형성된다.
이때, 냉매 유입 채널(112)의 내주면에는 단열층(미도시)이 형성된다. 냉매 유입 채널(112)의 내주면에 단열층이 형성됨에 따라, 냉매(R)가 유입되는 냉매 유입 채널(112)의 단열 효과를 향상시킬 수 있게 된다.
참고로, 냉매 유입 채널(112)의 내주면에 형성되는 단열층은 테프론(teflon)과 같은 재질로 마련될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
냉매 분배 채널(114)은 냉매 유입 채널(112)로부터 유입된 냉매(R)의 방향을 전환하는 유로를 의미한다.
냉매 분배 채널(114)은 냉매 유입 채널(112)로부터 인서트 장착영역(111) 측으로 연장 형성된다.
이때, 냉매 분배 채널(114)의 일단부는 냉매 유입 채널(112)로부터 유동된 냉매(R)가 본체(110)의 회전축(C)을 기준으로 양 단부로 각각 분기된 형태로 마련된다.
즉, 냉매 분배 채널(114)은 냉매 유입 채널(112)과 수직한 방향으로 형성된 유로로서, 냉매 유입 채널(112)을 통해 유입된 냉매(R)의 이동 방향을 후술할 냉매 배출 채널(116) 쪽으로 향하도록 연결한다.
냉매 배출 채널(116)은 본체(110)의 내부에 형성되며, 냉매 유입 채널(112) 및 냉매 분배 채널(114)을 따라 유동된 냉매(R)를 냉매 배출홀(118) 쪽으로 안내하기 위한 유로를 의미한다.
냉매 배출 채널(116)은 냉매 분배 채널(114) 및 냉매 배출홀(118)과 연결되며, 냉매 유입 채널(112) 및 냉매 분배 채널(114)을 통해 유동된 냉매(R)를 인서트 장착영역(111)에 장착된 인서트(120)를 간접 냉각시키고 난 이후에 냉매 배출홀(118)로 안내한다.
참고로, 냉매 유입 채널(112)과 마찬가지로, 냉매 분배 채널(114) 및 냉매 배출 채널(116)의 내주면에도 단열층(미도시)가 마련될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 냉매 유입 채널(112)은 제1 수렴영역(113)을 포함한다.
제1 수렴영역(113)은 냉매 유입 채널(112)과 냉매 분배 채널(114)의 경계영역에 냉매(R)의 유동 방향을 따라 직경이 작아지는 형태를 갖는다.
특히, 제1 수렴영역(113)은 냉매(R)의 유동 방향을 따라 직경이 선형적(linear)으로 작아지도록 마련된다. 다시 말해서, 제1 수렴영역(113)은 직경이 냉매(R)의 유동 방향을 따라 냉매 분배 채널(114)까지 연속적으로 작아지도록 마련된다.
또한, 냉매 분배 채널(114)은 제2 수렴영역(115)을 포함한다.
제2 수렴영역(115)은 냉매 배출 채널(116)과 냉매 분배 채널(114)의 경계 영역에 냉매(R)의 유동 방향을 따라 직경이 작아지는 형태를 갖는다.
여기서, 제2 수렴영역(115)은 상술한 제1 수렴영역(113)과 마찬가지로 냉매(R)의 유동 방향을 따라 직경이 선형적으로 작아지도록 마련된다. 다시 말해서, 제2 수렴영역(115)은 직경이 냉매(R)의 유동 방향을 따라 냉매 배출 채널(116)까지 연속적으로 작아지도록 마련된다.
또한, 냉매 배출 채널(116)은 제3 수렴영역(117)을 포함한다.
제3 수렴영역(117)은 냉매 분배 채널(114)과 냉매 배출 채널(116)의 경계영역에 냉매(R)의 유동 방향을 따라 직경이 작아지는 형태를 갖는다.
이러한, 제3 수렴영역(117)은 직경이 냉매(R)의 유동 방향을 따라 냉매 배출홀(118)까지 연속적으로 작아지도록 마련된다.
한편, 도 4에 도시한 바와 같이, 냉매 유입 채널(112)의 최대 직경(D1)은 냉매 배출 채널(116)의 최대 직경(D2) 보다 크게 형성될 수 있다.
또한, 냉매 배출 채널(116)의 최대 직경(D2)은 냉매 배출홀(118)의 직경(D3) 보다 크게 형성될 수 있다.
이와 같이, 냉매 유입 채널(112)의 최대 직경(D1)이 냉매 배출 채널(116)의 최대 직경(D2)보다 크게 형성되고, 냉매 배출 채널(116)의 최대 직경(D2)이 냉매 배출홀(118)의 직경(D3)보다 크게 형성됨에 따라, 냉매(R)의 유동 속도가 냉매 유입 채널(112)을 통해 유입된 유입 속도에 비하여 냉매 배출홀(118)을 통과할 때에 더욱 빨라지게 된다. 이에 따라, 냉매(R)를 통한 절삭 공구(100)의 냉각 효율이 향상되게 된다.
특히, 제1 수렴영역(113), 제2 수렴영역(115) 및 제3 수렴영역(117)의 직경이 선형적으로 작아지도록 마련됨에 따라, 냉매(R)가 절삭 공구(100)의 내부, 즉 본체(110)의 내부의 냉매 유입 채널(112), 냉매 분배 채널(114) 및 냉매 배출 채널(116)을 따라 유동하는 과정에서 상변화하는 것이 방지되는 효과가 있다. 또한, 냉매(R)가 제1 수렴영역(113), 제2 수렴영역(115) 및 제3 수렴영역(117)을 통과할 때, 냉매(R)의 유동 속도가 빨라지게 되어 냉매 유입 채널(112), 냉매 분배 채널(114) 및 냉매 배출 채널(116)의 막힘을 방지할 수 있고, 결국 절삭 공구(100) 자체의 냉각 효율을 향상시키는 효과를 가지게 된다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 절삭 공구(100)는 열 교환 챔버(미도시)를 더 포함할 수 있다.
열 교환 챔버는 인서트(120)와 본체(110) 사이에 배치되며, 냉매를 냉매 배출홀(118)로 안내하기 위한 냉매 배출 채널(116)이 통과한다.
이와 같이, 열 교환 챔버가 추가로 마련됨에 따라, 냉매 유입 채널(112) 및 냉매 분배 채널(114)을 유동하는 냉매(R)의 온도를 낮춰서 냉매(R)에 의한 절삭 공구(100)의 냉각 효율을 더욱 향상시킬 수 있게 된다.
이하, 도 5 내지 도 7을 참조하여, 본 발명의 제2 실시예에 따른 절삭 공구(100-1)를 전술한 실시예와 상이한 점을 중심으로 설명한다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 절삭 공구(100-1)는 본체(110-1), 본체(110-1)의 내부에 마련된 적어도 하나 이상의 유입 채널(112, 123)과 분배 채널(114) 및 배출 채널(116)을 포함한다.
우선, 본체(110-1)에는 제1 냉매(R)가 유입된다. 본체(110-1)로 유입된 제1 냉매(R)는 제1 냉매 유입 채널(112), 제1 냉매 분배 채널(114) 및 제1 냉매 배출 채널(116)을 따라 유동되고 난 후에 제1 냉매 배출홀(118)을 통해 외부로 배출된다.
참고로, 제1 냉매(R)는 액화질소(LN2)와 같은 극저온 냉매일 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
제1 냉매 유입 채널(112)은 제1 냉매(R)가 유입되는 유로를 의미한다.
제1 냉매 유입 채널(112)은 본체(110)의 내부에 마련되며, 일 단부를 통해 제1 냉매(R)가 제1 냉매 유입 채널(112)로 유입된다.
제1 냉매 유입 채널(112)을 통해 유입된 제1 냉매(R)는 제1 냉매 유입 채널(112)과 연결된 제1 냉매 분배 채널(114)로 유동된다.
제1 냉매 분배 채널(114)은 제1 냉매 유입 채널(112)을 통해 유입된 제1 냉매(R)의 유동 방향이 변경되도록 하기 위한 부분이다.
제1 냉매 분배 채널(114)은 제1 냉매 유입 채널(112)로부터 복수 개의 인서트 장착영역(111) 쪽으로 연장 형성된다.
제1 냉매 분배 채널(114)은 제1 냉매 유입 채널(112)의 단부로부터 본체(110-1)의 반경 방향을 따라 양 단부로 분기되어 형성된다.
제1 냉매 분배 채널(114)로 유동된 제1 냉매(R)는 제1 냉매 배출 채널(116)로 유동된다.
제1 냉매 배출 채널(116)은 제1 냉매 유입 채널(112) 및 제1 냉매 분배 채널(114)을 유동한 제1 냉매(R)를 제1 냉매 배출홀(118)로 안내하기 위한 부분이다.
제1 냉매 배출 채널(116)은 제1 냉매 분배 채널(114)과 연결된다. 이때, 제1 냉매 배출 채널(116)은 제1 냉매 유입 채널(112) 및 제1 냉매 분배 채널(114)을 유동한 제1 냉매(R)를 장착영역(111)에 장착된 인서트(120)를 간접적으로 냉각시킨 후에 제1 냉매 배출홀(118)로 안내하여 외부로 배출되도록 한다.
여기서, 제1 냉매 유입 채널(112)은 제1 수렴영역(113)을 갖는다.
제1 수렴영역(113)은 제1 냉매 유입 채널(112)과 제1 냉매 분배 채널(114)의 경계영역에 제1 냉매(R)의 유동 방향을 따라 직경이 작아지는 형태를 갖는다.
특히, 제1 수렴영역(113)은 제1 냉매(R)의 유동 방향을 따라 직경이 선형적으로 작아지도록 마련된다. 더욱이, 제1 수렴영역(113)은 직경이 제1 냉매(R)의 유동 방향을 따라 제1 냉매 분배 채널(114)까지 연속적으로 작아지도록 마련된다.
또한, 제1 냉매 분배 채널(114)은 제2 수렴영역(115)을 갖는다.
제2 수렴영역(115)은 제1 냉매 분배 채널(114)과 제1 냉매 배출 채널(116)의 경계영역에 제1 냉매(R)의 유동 방향을 따라 직경이 작아지는 형태를 갖는다.
이때, 제2 수렴영역(115)은 제1 냉매(R)의 유동 방향을 따라 직경이 선형적으로 작아지도록 마련된다. 특히, 제2 수렴영역(115)은 직경이 제1 냉매(R)의 유동 방향을 따라 제1 냉매 배출 채널(116)의 시작점까지 연속적으로 작아지도록 마련된다.
또한, 제1 냉매 배출 채널(116)은 제3 수렴영역(117)을 갖는다.
제3 수렴영역(117)은 제1 냉매 분배 채널(114)과 제1 냉매 배출 채널(116)의 경계영역에 제1 냉매(R)의 유동 방향을 따라 직경이 작아지는 형태를 갖는다.
한편, 제3 수렴영역(117)은 제1 냉매(R)의 유동 방향을 따라 직경이 제1 선형적으로 작아지도록 마련된다. 특히, 제3 수렴영역(117)은 직경이 제1 냉매(R)의 유동 방향을 따라 제1 냉매 배출홀(118) 까지 연속적으로 작아지도록 마련된다.
한편, 본체(110-1)에는 제2 냉매(M)가 유입된다. 본체(110-1)에 유입된 제2 냉매(M)는 제2 냉매 유입 채널(123)을 따라 유동된 후에 제2 냉매 분사홀(122)을 통해 외부로 배출된다.
제2 냉매 유입 채널(123)은 본체(110-1)의 내부로 공급된 제2 냉매(M)를 제2 냉매 분사홀(122)로 안내하기 위한 유로를 의미한다.
여기서, 도 7을 참조하면, 제2 냉매 분사홀(122)로부터 외부로 배출되는 제2 냉매(M)는 인서트(120)의 경사면(rake face)를 향하여 분사되도록 마련된다.
이와 같이, 제2 냉매(M)가 인서트(120)를 향해 직접적으로 분사됨에 따라 인서트(120)를 직접적으로 냉각시키게 된다.
한편, 본체(110-1)로 유입되는 제2 냉매(M)는 MQL와 같은 윤활제 또는 압축 공기 일 수 있다.
여기서, 본 발명의 제2 실시예에 따르면, 본체(110-1)에 유입되는 제2 냉매(M)는 MQL 인 것이 바람직하다.
이에 따라, 제2 냉매 분사홀(122)을 통해서 인서트(120)의 경사면으로 분사될 때, 제1 냉매(R)와는 달리, 제2 냉매(M)가 모재와 접촉되더라도 모재가 냉각되지 않게 되어 절삭 공구(100)를 이용한 모재를 가공하는데 있어서 어려움이 발생되지 않는다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 간접분사 및 MQL 분사용 인서트 절삭 공구(100,100-1)를 포함하는 가공 장치(1000)를 이용한 가공 방법에 대하여 간단히 설명한다.
먼저, 스핀들(1200)을 이용하여 인서트(120)가 장착된 절삭 공구(100)를 회전시킨다.
이때, 절삭 공구(100,100-1)가 회전하면서 절삭 공구(100,100-1)에 장착된 인서트(120)에 의해 모재가 가공된다.
그 다음, 절삭 공구(100,100-1)의 내부로 절삭 공구(100) 및 인서트(120)의 냉각을 위한 냉매를 공급한다.
이때, 제1 냉매 공급부(1300)를 통해 스핀들(1200)에 극저온 냉매와 같은 제1 냉매(R)가 공급된다. 스핀들(1200)에 공급된 제1 냉매(R)는 절삭 공구(100,100-1)의 내부를 유동하여 절삭 공구(100) 및 인서트(120)를 간접적으로 냉각시킨다.
또한, 제2 냉매 공급부(1310)를 통해 스핀들(1200)에 윤활제, 압축 공기와 같은 제2 냉매(M)가 공급된다. 스핀들(1200)에 공급된 제2 냉매(M)는 절삭 공구(100,100-1)의 내부를 유동하여 외부로 분사된다.
이때, 외부로 분사된 제2 냉매(M)는 인서트(120)의 경사면(rake face)를 향해 분사되어 인서트(120)를 직접적으로 냉각시키고, 인서트(120)를 이용한 모재 가공에 있어서 윤활 성능을 향상시키게 된다.
이상과 같이 본 발명의 일 실시예에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 청구범위뿐 아니라 이 청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
100: 절삭 공구
110: 본체
111: 인서트 장착영역
112: 냉매 유입 채널(제1 냉매 유입 채널)
113: 제1 수렴영역
114: 냉매 분배 채널(제1 냉매 분배 채널)
115: 제2 수렴영역
116: 냉매 배출 채널(제1 냉매 배출 채널)
117: 제3 수렴영역
118: 냉매 배출홀(제1 냉매 배출홀)
120: 인서트
122: 제2 냉매 분사홀
123: 제2 냉매 유입 채널
1000: 가공 장치
1100: 홀더
1200: 스핀들
1300: 제1 냉매 공급부
1310: 제2 냉매 공급부
1400: 회전 구동부

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  11. 공구 본체 및 공구 본체에 장착되는 복수 개의 인서트를 포함하며, 본체 내부를 유동하는 극저온 유체에 의해 냉각되는 회전 절삭 공구로서,
    본체는,
    인서트가 장착되기 위한 복수 개의 장착영역;
    제1 냉매가 배출되는 제1 냉매 배출홀;
    제2 냉매가 분사되는 제2 냉매 분사홀;
    회전축 방향을 따라 연장된 제1 냉매 유입 채널;
    제1 냉매 유입 채널로부터 장착 영역 측으로 연장된 제1 냉매 분배 채널;
    제1 냉매 분배 채널과 연결되며 장착영역에 장착된 인서트를 간접 냉각시킨 후, 제1 냉매 배출홀로 제1 냉매를 안내하기 위한 제1 냉매 배출 채널; 및
    제2 냉매 분사홀로 제2 냉매를 안내하기 위한 제2 냉매 유입 채널을 포함하며,
    제1 냉매 유입 채널은, 제1 냉매 유입 채널과 제1 냉매 분배 채널의 경계영역에 제1 냉매의 유동 방향을 따라 직경이 작아지는 제1 수렴영역을 갖고,
    제2 냉매 유입 채널은 제2 냉매가 인서트의 경사면을 향하여 분사되도록 마련된, 절삭 공구.
  12. 제11항에 있어서,
    제1 수렴영역은 제1 냉매의 유동 방향을 따라 직경이 선형적으로 작아지도록 마련된, 절삭 공구.
  13. 제12항에 있어서,
    제1 수렴영역은 직경이 제1 냉매의 유동 방향을 따라 제1 냉매 분배 채널까지 연속적으로 작아지도록 마련된, 절삭 공구.
  14. 제11항에 있어서,
    제1 냉매 분배 채널은 제1 냉매 배출 채널과 제1 냉매 분배 채널의 경계영역에 제1 냉매의 유동 방향을 따라 직경이 작아지는 제2 수렴영역을 갖는, 절삭 공구.
  15. 제14항에 있어서,
    제2 수렴영역은 제1 냉매의 유동 방향을 따라 직경이 선형적으로 작아지도록 마련된, 절삭 공구.
  16. 제11항에 있어서,
    제1 냉매 배출 채널은, 제1 냉매 분배 채널과 제1 냉매 배출 채널의 경계영역에 제1 냉매의 유동방향을 따라 직경이 작아지는 제3 수렴영역을 갖는, 절삭 공구.
  17. 제16항에 있어서,
    제3 수렴영역은 제1 냉매의 유동 방향을 따라 직경이 제1 냉매 배출홀까지 연속적으로 작아지도록 마련된, 절삭 공구.
  18. 제11항에 있어서,
    제1 냉매는 액화질소를 포함하고,
    제2 냉매는 윤활제 또는 압축공기를 포함하는, 절삭 공구.
  19. 제11항에 따른 절삭 공구를 포함하는 가공 장치.
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