KR20120105424A - 필러, 코어 드릴 헤드, 솔리드 드릴 헤드 또는 드릴 헤드와 같은 절단 공구, 금속 절단기 및 절단 방법 - Google Patents

Abstract

금속 재료로 이루어진 회전 대칭 몸체는 반드시 주로 중심과 직선 진행을 따르는 원통형 드릴 홀(drilled hole)을 구비한다. 이러한 드릴 홀은, 드릴링이 관형(tubular) 몸체를 생산하도록, 전체 길이에 걸쳐 부분적으로 확장된다. 평균의 10 배 이상의 깊이를 갖는 드릴 홀이 필요한 경우, 심공 드릴링 머신(deep drilling machine)이 사용된다. 구조적인 세부 사항과 결합된 이러한 드릴링 깊이는 드릴링 축과 공작물 축으로부터 편차가 생기게 한다. 이는 스크랩(scrap)으로 이어질 수 있다. 따라서, 본 발명은 심공 드릴링 머신에서의 사용을 위한 방향 제어기를 포함하는 코어 드릴 헤드 또는 솔리드 드릴 헤드를 제안한다.

Description

필러, 코어 드릴 헤드, 솔리드 드릴 헤드 또는 드릴 헤드와 같은 절단 공구, 금속 절단기 및 절단 방법{Cutting Tool, in particular a Peeler, Core Drill Head, Solid Drill Head or Drill Head, as well as Metal Cutting Machine and Method}

본 발명은 코어 드릴 헤드(core drill head), 솔리드 드릴 헤드(solid drill head), 드릴 헤드, 또는 절단 공구(cutting tool) 형태의 필러(peeler) 및 금속 절단기, 또한 절단 공구들을 제어하는 다양한 방법에 관한 것이다.

금속 재료로 이루어진 회전 대칭 몸체는 반드시 주로 중심과 직선 진행을 따르는 원통형 드릴 홀(drilled hole)을 구비한다. 이러한 드릴 홀은 전체 길이에 걸쳐 부분적으로 확장되어 드릴링이 관형(tubular) 몸체를 생산하도록 한다. 드릴 홀이 전체 길이에 걸쳐 연장되지 않는 경우, 드릴 홀은 태핑된 블라인드 홀(tapped blind hole)이라고 한다. 예를 들어 직경의 10 배를 초과하는 깊이를 갖는 드릴 홀은 심공 드릴링 머신(deep drilling machine)을 이용하여 제작된다. 이러한 드릴 홀을 위해 사용되는 구성 요소는 반드시 정확한 직선 진행을 따라야 한다.

드릴링 공정을 수행하기 위해, 드릴 헤드가 드릴 파이프에 부착되어, 드릴링에 필요한 토크 및 공급력(feeding force) 모두를 드릴 파이프를 통해 드릴링 머신으로부터 드릴 헤드로 전달한다. 사용된 드릴링 머신은 주로, 단지 드릴 파이프 및 할당된 드릴 헤드만이 또는 단지 가공될 공작물(work piece)만이 또는 드릴 헤드 및 공작물 모두가 공급에 대해 회전하도록 하는 방식으로 구성된다. 심공 드릴링 머신이 사용되는 경우, 드릴 홀의 직진도(straightness)에 대해 역회전 배열(counter-rotating arrangement)이 바람직하다.

그러나, 이러한 조치나 종래 기술의 공구와 관련된 다른 구조적인 세부 사항 모두는 드릴링 축(drilling axis)이 공작물의 축으로부터 이탈하는 것을 방지할 수 없다. 일반적으로 특정한 허용 수준을 초과하는 편차는 스크랩(scrap)의 형성을 초래한다. 이러한 편차를 초래할 수 있는 일반적인 변수는 다음과 같다:

- 드릴 버클링(drill buckling)과 함께 자체의 무게로 처지는 드릴 파이프, 이는 드릴 헤드의 정렬불량(misalignment)을 유발한다. 또한, 처짐은 진동에 노출됨으로 인해 지속적으로 변할 수 있다.

- 예를 들어, 강도(strength) 또는 경도(hardness)에 같은 물성의 변화.

- 그리고, 기존의 드릴 홀은 특히 코어 드릴링 시 강력한 곡률(curvature) 또는 편심(eccentricity)을 겪는다.

상기한 첫 번째 교란 변수는 안정화 드릴 셋(stabilizing drill set)을 사용함으로써 제거되거나 명백히 감소될 수 있다. 그러나, 다른 교란 변수는 눈에 띄게 이러한 방식으로 영향을 받을 수 없다.

또한, 가공될 공작물 그 자체는 광범위한 교란 변수의 원인이 될 수 있다. 의도된 드릴 홀의 축이 머신의 축과 동일하도록 하는 방식으로 공작물이 제조되고 클램핑된다 해도, 외경의 직진도(straightness) 및 중심성(centricity)에서의 오류는 의도된 드릴 홀의 축과는 중심이 다른 공작물의 외경을 형성할 수 있다. 이는 특히 비교적 높은 생산 허용 오차를 갖는 열간 압연 파이프(hot rolled pipe)로 제조된 재료에 적용된다. 이는 대부분 외경을 참조하는 드릴 홀의 진행에 대해 측정을 불가능하게 한다. 드릴 홀의 진행은, 이러한 공작물에 대해 가공이 완료된 이후에만 측정될 수 있다. 여기서 또한, 원하는 축 진행의 허용할 수 없는 편차를 갖는 재료는 스크랩으로 분리된다.

본 발명의 목적은 종래 기술을 개선하기 위한 것이다.

본 발명의 제 1 양태에서, 이러한 목적은 특히 편심 스크류(eccentric screw)의 제조를 위해 사용될 수 있고 구비되며, 방향 제어기를 포함하는 필러(peeler)에 의해 달성될 수 있다.

그 결과, 예를 들어 편심 스크류를 설정하는 동안 발생된 편차는 필러의 방향을 제어함으로써 영향을 받을 수 있다.

설명을 통해, 단순화를 위하여 이러한 적용이 "제어하기(controlling)"와 관련이 있다는 것이 술어의 관점에서 주목되어야 한다. 그러나, 내용의 측면에서 이는 또한 "조절하기(regulating)"를 포함한다.

제조될 편심 스크류가 자체의 무게로 처지는 것을 방지하기 위해, 필러는 플로팅 지지 구조(floating support structure)를 포함할 수 있다.

특정 실시형태에서, 필러는 필링 나이프(peeling knife) 및 액추에이터(actuator)를 포함하고, 상기 필링 나이프는 액추에이터에 의해 위치되어 방향 제어기를 구현한다. 그 결과, 필러는 간단한 방향 제어기를 구비할 수 있다.

특히 필러는, 세 개의 플로팅 필링 나이프를 갖는 필링 헤드와 또한 중간에 위치한 플로팅 지지 구조를 갖는, ECOROLL사의 OMEGA 시스템의 기능을 변경하여 제조될 수 있으며, 따라서 필링 나이프가 더 이상 플로팅하지 않고 액추에이터에 의해 엄격하게 제어될 수 있다.

여기서 그리고 더 나아가 본문 모두에서, "액추에이터"는, 정의된 방식으로 위치 변화에 영향을 줄 수 있는, 전자 또는 공압 또는 유압 신호를 통해 제어될 수 있는 액추에이터이다. 필링 나이프의 경우에 있어서, 액추에이터는 방사상으로 방향 수정에 영향을 줄 수 있다.

필러로 가공된 공작물을 그 후 즉각적으로 다듬질하기 위해, 필러는 다듬질 롤 요소(finish roll element)를 포함할 수 있다. 이는 필러와 다듬질 롤 요소가 금속 절단기 내에서 클램핑된 공작물에 작용을 할 수 있을 때 확보된다.

정밀한 드릴 홀을 갖는 사전에 드릴 가공된(predrilled) 공작물을 제공하기 위해, 본 발명의 또 다른 양태에서, 상기 목적은 코어 드릴 헤드에 의해 달성될 수 있는데, 이의 방사상 외부 측면은 절단 요소를 갖고 금속 제거 작업을 통해 정의된 방식으로 홀이 확장될 수 있도록 하며, 상기 코어 드릴 헤드는 방향 제어기를 나타낸다.

다음은 술어의 설명이다.

"코어 드릴 헤드"는 사전에 드릴 가공된 홀을 목표 직경으로 확장시키는 드릴링 머신 또는 심공 드릴링 머신용 공구이다.

예를 들어, "절단 요소"는 드릴 헤드의 외부에 위치한 절단연(cutting edge)들로 이루어지며, 사전에 드릴 가공된 홀 내부로 진행할 때, 공작물 재료와의 접촉에 의해 발생되는 "금속 제거 작업"으로 이어진다.

코어 드릴 헤드용 방향 제어기를 구현하기 위해, 코어 드릴 헤드는 액추에이터를 포함할 수 있다.

코어 드릴 헤드가 일반적으로 가이드 수단에 의해 가이드되기 때문에, 방향 제어기는, 액추에이터가 정의된 방식으로 가이드 스트립을 편향(deflect)시킬 수 있게 함으로써 및/또는 액추에이터가 코어 드릴 헤드의 각도를 조절하게 함으로써 쉽게 전환될 수 있다.

고형 물질의 가공 공정에 있어서도 정밀한 드릴 홀을 구현할 수 있도록 하기 위해, 본 발명의 또 다른 양태에서, 상기 목적은 솔리드 드릴 헤드(solid drill head)에 의해 달성될 수 있는데, 진행 이동이 금속 제거 작업을 수반하도록 솔리드 드릴 헤드의 표면은 진행 방향의 절단 요소를 갖고, 솔리드 드릴 헤드는 액추에이터를 갖는 방향 제어기를 포함하며, 가이드 스트립이 액추에이터를 통해 정의된 방식으로 편향될 수 있고, 및/또는 액추에이터는 코어 드릴 헤드의 정의된 각 위치(angular position)를 유발한다.

여기서 공구는 또한 가이드 스트립을 통해 가이드된다.

솔리드 드릴 헤드에서, 절단 요소는 전체 드릴링 단면이 가공될 수 있는 방식으로 반경 방향의 원주에 걸쳐 분포된다.

또한, 솔리드 드릴 헤드는, 냉각 윤활제가 대응하는 심공 드릴링 시스템 내의 공작물의 중앙의 진행 방향에 대한 부스러기들(shavings)과 함께 제거될 수 있도록, 중앙 드릴 홀을 가질 수 있다.

"진행 이동"은, 공작물 및/또는 솔리드 드릴 헤드가 회전될 때, 솔리드 드릴 헤드가 공작물에 대해 소정의 힘으로 가압되는 방식으로 구현된다. 그 결과, 절단 요소는 공작물 상에 "금속 제거 작업"을 유발한다.

본 발명의 또 다른 양태에서, 상기 목적은 방향 제어기를 통해 방향이 변경되는 것과 관련된 공구 홀더(tool holder)를 갖는 드릴 헤드에 의해 달성될 수 있다.

그 결과, 드릴 헤드의 방향은 공구 홀더의 위치를 변경할 필요 없이 변경될 수 있다.

"드릴 헤드"는 "솔리드 드릴 헤드" 및 "코어 드릴 헤드"에 대한 포괄적 용어로 이해될 수 있도록 특히 코어 드릴 헤드 또는 솔리드 드릴 헤드로 구현될 수 있다.

특히 "공구 홀더"는 드릴 파이프를 포함하는데, 이에 의해 드릴링 머신 또는 심공 드릴링 머신이 절단 요소와 결합된다.

금속 제거 작업이 실제로 일어날 수 있도록 토크를 절단 요소에 인가하기 위해, 드릴 헤드는 공구 홀더와 결합하는 토크 수신기를 포함할 수 있다. 그 결과, 드릴링 머신 또는 심공 드릴링 머신의 토크는 공구 홀더를 통해 절단 요소로 전달될 수 있다.

추가의 양태에서, 상기 목적은 절단 공구에 의해 달성되는데, 여기서 액추에이터는 공압 액추에이터, 유압 액추에이터 또는 전자 액추에이터로 설계된다. 그 결과, 대체 가능한 액추에이터 개념이 제공될 수 있다.

"절단 공구"는 상기한 모든 드릴 헤드, 솔리드 드릴 헤드, 코어 드릴 헤드 또는 필러를 포함할 수 있다. 본원에서 "절단 공구"는 포괄적인 용어로 이해되어야 한다.

소정의 정렬로부터의 절단 공구의 편차를 검출하기 위해, 절단 공구는 원하는 정렬로부터의 절단 공구의 편차를 검출하는 편차 검출기를 포함할 수 있다.

이 편차 검출기는, 대형 드릴링 깊이에 걸쳐서도 정밀한 정렬이 보장될 수 있도록 방향이 조절 가능한 절단 공구를 포함하는 조절 또는 제어 작업을 위한 전제 조건이다.

가장 간단한 편차 검출기를 제공하기 위해, 편차 검출기는 힘 센서를 포함할 수 있다. 가동될 공작물이 회전하기 때문에, 공작물의 편심 회전에 기인하는 머신의 축 중심으로부터의 편차는 힘을 측정함으로써 검출할 수 있다. 정밀한 드릴 홀이 존재하는 경우, 상기 힘은 0이다. 편심이 주어지는 경우, 상기 힘은 0보다 크다.

절단 공구가 회전하는 경우, 편심은 편심이 없는 경우보다 원심력을 더 크게 한다. 그 결과, 원심력의 측정은 절단 공구 편심 및 그에 따른 드릴 홀 진행에 대한 결론에 도달하게 한다. 이 경우, 힘 센서는 원심력 센서로 구성된다.

또 다른 구성에서, 편차 검출기는 가이드 빔(guide beam) 및 상기 가이드 빔에 할당된 검출기를 포함한다. 검출 신호가 가이드 빔으로부터 벗어난 경우, 절단 공구 편차가 또한 이로부터 추론될 수 있다.

드릴링 공정 시 한꺼번에 정밀한 드릴 홀을 보장하기 위해, 절단 공구는 조절 알고리즘이 저장된 조절기(regulator)를 포함할 수 있는데, 상기 조절기는 절단 공구의 편차가 방향 제어기에 의해 보상되도록 편차 검출기 및 방향 제어기와 연결된다.

원심력 센서의 경우, 원심력은 전체 드릴링 공정에서 지속적으로 측정된다. 여기서 조절기는 편심의 비율을 최소화하는 방식으로 설정된다.

액추에이터가 두 가지 다른 방법으로 절단 공구에 작용할 수 있다는 것을 이 시점에서 반복한다. 한편으로는, 드릴 헤드의 편심 위치는, 예를 들어, 가이드 레일을 통해 수정될 수 있다. 드릴 파이프의 축과 드릴 헤드 사이의 가변 각도 편차(variable angular deviation) 또한 가능하다.

일 실시형태에서, 절단 공구는 드릴 파이프를 포함하는데, 상기 드릴 파이프는 특히 토크 방지 방식(torque-proof manner) 공구 홀더와 결합된다. 이러한 구성의 장점은 이미 열거되었다.

조절기로부터 부하를 제거하기 위해, 드릴 파이프는 안정화 드릴 셋을 포함할 수 있다. 그 결과, 드릴 파이프 및 절단 공구의 고유 무게로 인한 영향을 줄일 수 있다.

제조될 공구에 대한 생산 효율을 증가시키기 위해, 절단 공구용 공구 홀더, 및/또는 드릴링, 및/또는 절단 공구는 다듬질 장치(finishing device)를 포함하며, 절단 공구에 의해 형성된 표면이 기계 구성 내에서 상기 다듬질 장치에 의해 가공될 수 있다. 특히, 이러한 다듬질 장치는 다듬질 롤 요소일 수 있으며, 상기 다듬질 롤 요소는 특히 더 큰 내구성을 가질 수 있도록 하는 방식으로 절단에 의해 형성된 표면을 변경한다.

또 다른 양태에서, 상기 목적은 상기한 필러, 및/또는 상기한 코어 드릴 헤드, 및/또는 상기한 솔리드 드릴 헤드, 및/또는 상기한 드릴 헤드, 및/또는 상기한 절단 공구를 포함하는 금속 절단기, 특히 심공 드릴링 머신에 의해 달성될 수 있다.

이는 공구뿐만 아니라 금속 절단기를 제조할 수 있게 한다. 예를 들어, 이러한 금속 절단기는 선반 또는 훨링 기계(lathe or whirling machine)일 수 있다.

추가의 양태에서, 상기 목적은 절단 공구를 제어하는 방법에 의해서 달성되며, 여기서 절단 공구의 방향은 각도 조절 및/또는 가이드 스트립의 편향을 통해 조절된다.

따라서, 절단 공구의 방향을 변경하기 위한 대안이 제공될 수 있다. 절단 공구는 반드시 상기한 바를 특히 감안하여 이해되어야 한다.

"각도 조절"은, 예들 들어, 드릴 파이프의 축과 드릴 헤드 사이에서 일어나는 가변 각도 편차에 의해 달성된다.

특히, 가이드 스트립의 축 변경은 절단 공구 축의 변화로 이어진다.

또 다른 양태에서, 상기 목적은 원하는 방향으로부터의 공구의 편차를 결정하는 방법에 의해 달성될 수 있는데, 상기 편차는 원심력 센서 및/또는 가이드 빔 및 구비된 검출기에 의해 결정된다.

특히, 원심력 센서의 측정값은 여기서 결정되고 기대값과 비교된다. 예를 들어, 상기 값이 편심에 의해 기대값보다 클 때, 편심 방향이 존재하고, 이는 공구의 방향을 조절함으로써 상쇄될 수 있다.

예를 들어, 가이드 빔은 레이저로 설계될 수 있고, 구비된 검출기는 CCD 카메라와 같은 위치 기반 광 검출기 또는 위치 기반 포토 센서이다. 광선이 검출기의 원하는 지점에 더 이상 닿지 않을 경우, 검출기 신호는 공구가 이탈한 방향을 결정하는데 사용될 수 있다.

이는, 상기 목적이 회전축을 따라 공구를 제어하는 방법을 제공함으로써 달성되는, 또 다른 양태를 위한 전제 조건이며, 상기 회전축은 기계의 회전축과 일치하고, 회전축으로부터의 공구에 의한 편차가 검출되고, 또한 공구는 회전축의 방향으로 편향된다.

축으로부터의 편차는 상기한 지정된 방식에 기초하여 결정될 수 있다. 이러한 편차에 근거해서, 절단 공구가 다시 원하는 회전축의 방향으로 이동할 수 있도록, 액추에이터는, 예를 들어, 절단 공구 상에 제어 가능하게 작용하도록 사용된다. 특히 이는, 회전축에 도달되었을 때 액추에이터가 "0의 위치"로 설정되도록, 지속적으로 이루어진다.

위와 관련된 일 실시형태에서, 공구는 상기한 필러, 상기한 코어 드릴 헤드, 상기한 솔리드 코어 헤드, 상기한 드릴 헤드 또는 상기한 절단 공구일 수 있다.

본 발명의 또 다른 양태에서, 상기 목적은 공작물을 가공하는 방법에 의해 달성되는데, 상기 공작물은 특히 금속으로 이루어지고, 상기 방법은 이전에 설명한 금속 절단기 상에서 수행되며, 진행 이동 및 회전이 상기 필러, 또는 코어 드릴 헤드, 또는 솔리드 드릴 헤드, 또는 드릴 헤드, 또는 절단 공구 및/또는 공작물에 인가되어 공작물로부터 작은 조각을 절단한다.

이는 드릴 홀이 더욱 정밀하게 가공된 공작물을 제조할 수 있게 하며, 따라서 스크랩을 유발하는 공작물의 가능성을 감소시킨다.

관련된 실시형태에서, 필러, 또는 코어 드릴 헤드, 또는 솔리드 드릴 헤드, 또는 드릴 헤드, 또는 절단 공구의 회전에 대한 역회전(counter-rotation)이 공작물에 인가된다.

그 결과, 매우 높은 생산성이 보장된다.

본 발명의 또 다른 양태에서, 상기 목적은 상기한 방법들 중 하나에 의해 제조된 공작물에 의해 달성될 수 있다.

본 발명은 도면을 참조하여 바람직한 실시형태를 근거로 아래에서 더욱 상세히 설명될 것이다.
도 1은 코어 드릴 헤드의 개략적인 종단면도이고,
도 2는 도 1의 A-A지정에 따른 평면도에서 코어 드릴 헤드의 개략적인 단면도이고, 그리고
도 3은 세 개의 원심력 센서에 대한 공작물의 회전각 상의 원심력의 상관성을 도시한 도면이다.

드릴 헤드(1)의 바람직한 실시형태에서, 드릴 헤드(1)는 드릴 파이프(5)에 의해 심공 드릴링 머신(미도시)에 결합된다. 드릴 헤드(1)는 교체 가능한 절단 삽입체(cutting insert)로 설계된 하나 또는 그 이상의 절단연(1.1, cutting edge)을 포함한다. 적어도 두 개의 마모 방지용 가이드 스트립(1.2)이 드릴 헤드(1)의 원주 상의 편리한 위치에 배열된다.

화살표(1.7)는 공구(1)의 진행 방향을 나타낸다. 드릴 헤드(1)의 위치 홀(locating hole)은 톱니를 구비하거나 또는 토크 전달용 연동 요소(1.3)로 구성된다. 이들은 구동 플랜지(2)의 토크 전달 요소(2.1)들을 결합한다. 구동 플랜지(2)는 전진 방향으로 구면(2.2, spherical surface)과 후진 방향으로 구면(2.4)을 구비한다. 이에 대응하는 오목한 구면(3.5)이 축(3.4)의 후단에 위치하고 구면(2.2)을 접촉한다.

두 개의 반쪽으로 분할된 링(1.4)이 구동 플랜지(2)의 구면(2.4)을 감싼다. 이는, 드릴 헤드(1), 축(3.4) 및 분할 링(1.4)으로 구성된 유닛이 구동 플랜지(2)에 대해 모든 방향으로 회전될 수 있는 방식으로, 사실상 작동하지 않는 스크류(1.5)에 의해 축(3.4)에 볼트 결합된다.

그러나 이 유닛은 구동 플랜지(2)에 대해 뒤틀릴 수 없다. 원호 형상의 드라이버(2.1) 및 구면(2.2 및 2.3)은 공통 중간점(2.11)을 갖는다. 드릴 헤드(1)는 이 중간점 주위에서 모든 방향으로 가변각(α)만큼 지속적으로 회전될 수 있다. 이러한 움직임은 드릴링 방향의 변화로 이어지고, 따라서 원하는 조절 움직임은 드릴 홀의 진행을 수정한다.

드릴 헤드의 각 이동성(angular mobility)은 대안적으로 다른 구성에 의해 달성된다. 예를 들어, 구동 플랜지(2)는 신축성 있는 부위를 갖는 축(shaft)을 통해 드릴 헤드(1)에 결합될 수 있다. 이러한 그리고 다른 변형들은 도시되지 않았다.

원주 상에 균일하게 분포된 세 개의 전자 액추에이터(2.8)는, 여기서 액추에이터(2.8.1)가 도 1에 대표해서 도시되어 있음, 중앙으로 이어지는 드릴 홀을 갖는 공구 축(2.9)의 정렬 내에서 드릴 헤드를 지탱하는 방식으로 배열된다. 드릴 홀의 발생된 편심이 수정의 목적으로 드릴 헤드(1)의 각도 편향(angular deflection)을 필요로 하는 경우, 액추에이터(2.8)는 공구 축(2.9)에 대해 가변 편향각(α)만큼 드릴 헤드(1)의 각 위치를 변경한다. 대안으로서, 유압 액추에이터가 전자 액추에이터(2.8)를 대신해서 사용된다.

제어 장치는 축(3.4), 하우징(3.5) 및 내부에 수납된 동심 고리(3)로 이루어지며, 상기 링(3)은 질량(mass)을 가지며, 또한 전자 조절기(4) 및 조절기(4)로 전원을 공급하는데 필요한 배터리(4.1)를 더 포함한다.

동심 고리(3)는 반경 방향으로 모든 측면에서 이동할 수 있도록 위치하며 세 개의 힘 센서(3.3)에 의해 축(3.4)에 대해 지지된다. 뒤틀림 방지 장치(미도시)는 축(3.4)에 대해 일정한 각 위치에서 링(3)을 지탱한다. 제어 장치는 홈(3.2)에 의해 축(3.4)에 고정된다.

설명을 위해, 도 2의 힘 센서들(3.3)의 배열이 언급된다. 힘 센서는 3.3.1 내지 3.3.3으로 표시된다.

상기한 드릴 헤드(1)는 뒤틀리 않도록 스크류(2.7)에 의해 공구 홀더(8)에 견고하게 고정된다.

공구 홀더(8)는 표준화된 연결 나사산으로 드릴 파이프(5)에 고정된다. 드릴 파이프(5)는 심공 드릴링 머신에 의해 형성된 진행력(2.5)을 구동 플랜지(2)를 통해 드릴 헤드 유닛(8.5.1)에 전달한다. 동시에, 드릴 파이프(5)는 공작물이 회전하는 드릴링 공정 동안 발생한 반응 토크를 흡수한다.

드릴 파이프(5)로부터 공구(1)를 떼내는 동안 도입된 힘은 뒤쪽의 구면(2.4)을 통해 드릴 헤드에 작용한다.

원하지 않은 드릴 홀 진행이 발생한 경우, 드릴 홀(6.1)의 중심축은 심공 드릴링 머신의 중심축(7)에 대해 편심(e)을 갖는다. 공작물(6)은 심공 드릴링 머신의 축(7) 주위에서 화살표(6.2)의 방향으로 회전한다. 여기서 공구 축(2.9)은 반경(e)을 갖는 궤도(2.10)를 형성한다. 이러한 회전 시, 링(3)의 질량은 원심력(3.1)을 생성하며, 이의 절반은 도시된 순간 위치에서 힘 센서(3.3.2, 3.3.3)의 일부에 의해 흡수된다.

이 상태에서, 센서(3.3.1)에는 아무런 힘도 작용하지 않는다. 회전의 전체 기간 동안, 원심력의 방향은 항상 반경 방향으로 작용하며, 이는 심공 드릴링 머신의 축(7)과 공구 축(2.9) 사이의 연결 라인에 의해 형성된다.

도 3의 도표는 공작물의 회전각의 함수로서 세 개의 센서(3.3) 중 하나 또는 두 개에 각각 분포된 원심력(3.1)을 도시한다. 원심력의 크기는 링(3)의 일정한 질량, 공작물의 일정한 속도 및 가변 편심에 의존한다.

공작물이 동기 궤도(2.10, synchronous orbit)에서 회전할 때, 센서(3.3)는 원심력의 크기와 방향 모두를 측정한다. 두 크기는 모두 가변적이다. 원심력에 더해서, 링(3)은 지구의 중심을 향한 크기와 방향의 관점에서 일정한 중력에 의한 힘을 가한다. 이는 공구 기능에 대해 중요하지 않고, 따라서 조절기(4)에서 걸러진다.

두 개의 변수가 조절기(4)에서 가공되어 수정 신호로서 액추에이터(2.8)에 출력된다. 하나의 센서(3.3.1 내지 3.3.3)가 각각의 액추에이터(2.8.1 내지 2.8.3)에 할당된다(하나의 액추에이터(2.8.1)만이 참고로 도시되어 있다). 편심(e)을 줄이기 위해, 액추에이터의 움직임은 드릴링 방향을 원심력의 반대로 변경시킨다.

원주 상에 균일하게 분포한 액추에이터(2.8)는 드릴 헤드(1)의 축을 원심력 방향의 반대로 각도(α)만큼 편향시키는 방식으로 작동된다. 이는 드릴링 방향을 변경시킨다. 액추에이터 움직임이 완료되면, 드릴 홀은 각도(α)에서 축(1.7.1)을 따라 이어진다. 편향각의 크기는 원심력의 크기의 비례 함수로 조절되고 따라서 편심(e)에 직접적으로 의존한다.

순간 편향각(α)에서 드릴링 공정을 지속하는 것은 편심(e)을 줄여주는 것이 결과가 된다. 원심력은 그에 따라 감소한다. 그 결과, 편향각(α)은 계속 감소한다. 0의 편심(e)에서, 원심력과 편향각은 또한 0이다. 이 경우, 드릴 홀의 축은 머신의 축과 일치한다.

조절 과정과 이동 순서가, 단지 공작물이 회전하고, 작동 시 공구가 정지되는 간단한 경우에 대해서 설명되었다. 더 높은 생산성을 도모하기 위하여, 사용자는 또한 역회전 기능을 구비한 심공 드릴링 머신에서 공구를 역회전시킬 수 있을 것이다.

방향 제어기는 이러한 유형의 작업을 위해 조절된다. 드릴을 제어하기 위해 중요한 원심력(3.1)은 공작물의 속도와 동기적으로 작용한다. 이는 센서(3.3.1 내지 3.3.3)에 의해 지속적으로 측정된다. 공작물 회전과 반대인 공구의 상대적 움직임은 각각의 센서(3.3.1 내지 3.3.3)가 공작물의 회전마다 반복적으로 원심력의 작용 방향을 통해 작동하도록 한다. 드릴 헤드(1)는 가변각(α)만큼 원심력(3.1)의 작용 방향과 반대로 편향된다. 여기서 편향각(α)의 방향은 항상 원주 원심력의 방향과 일치한다.

중요한 변화는 세 개의 액추에이터가 각 공구의 회전 시 편향각(α)의 방향을 통해 작동한다는 것이다. 조절기(4)와 관련해서는, 이는 힘 센서(3.3) 및 액추에이터(2.8)에 대한 제어 펄스의 증가된 주파수를 의미할 수 있다. 이는 이러한 요소(3.3, 2.8) 및 조절기(4)의 구조적 구성 중에 기술적으로 실현된다.

대안적인 실시형태에서, 액추에이터(2.8)는 드릴 헤드(1)와 가이드 스트립(1.2) 사이에 위치한다. 본 실시형태는 도면에 도시되지 않았다. 공구에 대한 드릴 헤드(1)의 각 이동성은 본 실시형태에서 요구되지 않는다. 그 대신, 가이드 스트립(1.2)은 반경 방향으로 이동할 수 있다. 이 경우, 제어 움직임은 반경 방향으로 가이드 스트립(1.2)을 편향시킴으로써 일어난다.

본 발명은 일례로서 솔리드 드릴에 적용될 수 있다. 이 경우, 드릴 헤드(1)는, 제어 장치가 진행 방향으로 드릴 헤드(1)의 뒤에 위치하고, 절단연들이 반경 방향 그리고 원주에 걸쳐 분포되는 방식으로 구성되어, 이러한 배열이 전체의 드릴 홀 단면을 가공할 수 있게 한다. 또한, 제어 장치는 지속적인 중앙 드릴 홀을 구조적으로 구비하여, 냉각 윤활제 및 부스러기들이 심공 드릴링 머신 시스템에 따라 공구의 중앙에서 진행 방향에 대해 제거된다.

방향 제어기는 대안적으로 개별적인 필러들 또는 다듬질 롤 공구와 결합된 필러들로 구성된다. 이를 위해, 일 실시형태는 세 개의 플로팅 필링 나이프와 또한 중간에 위치한 플로팅 지지 구조를 갖는 ECOROLL사의 OMEGA 시스템을 조절하는 것을 포함한다. 여기서 액추에이터들은 필링 나이프가 더 이상 자유롭게 플로팅하지 않고 방향 수정의 목적으로 액추에이터에 의해 방사상으로 편향되는 방식으로 배열된다.

1: 드릴 헤드 1.1: 절단연
1.2: 가이드 스트립 1.3: 토크 전달 요소
1.4: 스플릿 링 1.5: 스크류
1.6: 구면 1.7: 진행 방향에 대한 화살표
2: 구동 플랜지 2.1: 구동 요소
2.2: 구면 2.4: 구면
2.5 진행력 2.6: 하우징
2.7: 스크류 2.8: 액추에이터
2.9: 공구 축 2.10: 공구 축(2.9)의 궤도
2.11: 구면의 중간점 3: 동심 고리(질량)
3.1: 원심력(측정 변수) 3.2: 너트
3.3: 힘 센서(3.3.1 내지 3.3.3)
3.4: 축 3.5: 하우징
4: 조절기 4.1: 배터리
5: 드릴 파이프 6: 공작물
6.1: 드릴 홀의 중심축 6.2: 공작물의 회전에 대한 화살표
7: 심공 드릴링 머신의 축 8: 공구 홀더 또는 후속 공구

Claims (26)

1. 필러(peeler), 특히 편심 스크류 제조를 위한 필러에 있어서, 방향 제어기(directional controller)에 의해 특징지어지는 필러.
2. 제 1 항에 있어서,
   플로팅 지지 구조(floating support structure)에 의해 특징지어지는 필러.
3. 제 1 항 및 제 2 항 중 어느 한 항에 있어서,
   필링 나이프(peeling knife) 및 액추에이터에 의해 특징지어지고, 상기 액추에이터는 정의된 방식으로 필링 나이프를 위치시키도록 구성되어 방향 제어기를 구현하는 것을 특징으로 하는 필러.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   마무리 롤 요소(finish roll element)에 의해 특징지어지는 필러.
5. 금속 제거 작업을 통해 정의된 방식으로 홀이 확장될 수 있도록 하기 위한, 방사상 외부 측면 상에 절단 요소를 갖는 코어 드릴 헤드(core drill head)에 있어서, 방향 제어기에 의해 특징지어지는 코어 드릴 헤드.
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 방향 제어기는 액추에이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 코어 드릴 헤드.
7. 제 5 항 및 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
   가이드 스트립(guiding strip)은 액추에이터를 통해 편향될 수 있고, 및/또는 액추에이터의 조절은 코어 드릴 헤드의 각도 조절(angular adjustment)을 유발하는 것을 특징으로 하는 코어 드릴 헤드.
8. 솔리드 드릴 헤드(solid drill head)에 있어서, 진행이 금속 제거 작업을 수반하도록 이의 표면은 진행 방향의 절단 요소를 갖고, 액추에이터를 갖는 방향 제어기에 의해 특징지어지며, 가이드 스트립이 액추에이터를 통해 정의된 방식으로 편향될 수 있고, 및/또는 액추에이터의 조절은 코어 드릴 헤드의 정의된 각도 조절을 유발하는 것을 특징으로 하는 솔리드 드릴 헤드.
9. 제 5 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 방향 제어기에 의해 방향이 변경되는 것과 관련된 공구 홀더(tool holder) 및/또는 공작물 홀더(work piece holder )에 의해 특징지어지는 드릴 헤드.
10. 제 9 항에 있어서,
    공구 홀더와 결합하는 토크 수신기(torque receiver)가 구비된 것을 특징으로 하는 드릴 헤드.
11. 절단 공구(cutting tool), 특히 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 따른 필러, 코어 드릴 헤드, 솔리드 드릴 헤드 또는 드릴 헤드 형태의 절단 공구에 있어서, 액추에이터가 공압 액추에이터, 유압 액추에이터 또는 전자 액추에이터 형태로 구비되는 것을 특징으로 하는 절단 공구.
12. 제 11 항에 있어서,
    원하는 정렬로부터의 절단 공구의 편차를 검출하는 편차 검출기에 의해 특징지어지는 절단 공구.
13. 제 12 항에 있어서,
    상기 편차 검출기는 특히 원심력 센서로 구성된 힘 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 절단 공구.
14. 제 12 항에 있어서,
    상기 편차 검출기는 광학 가이드 빔(optical guide beam) 및 상기 가이드 빔에 할당된 검출기를 포함하는 것을 특징으로 하는 절단 공구.
15. 제 11 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    조절 알고리즘이 저장된 조절기에 의해 특징지어지며, 상기 조절기는 편차 검출기 및 방향 제어기와 연결되어 절단 공구의 편차가 방향 제어기에 의해 보상되도록 하는 것을 특징으로 하는 절단 공구.
16. 제 11 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    드릴 파이프에 의해 특징지어지며, 상기 드릴 파이프는 특히 토크 방지 방식(torque-proof manner)으로 공구 홀더와 결합되는 것을 특징으로 하는 절단 공구.
17. 제 16 항에 있어서,
    상기 드릴 파이프는 안정화 드릴 셋(stabilizing drill set)을 포함하는 것을 특징으로 하는 절단 공구.
18. 제 11 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공구 홀더 및/또는 드릴 파이프 및/또는 절단 공구는 다듬질 장치(finishing device)를 포함하며, 절단 공구에 의해 형성된 표면이 기계 구성 내에서 상기 다듬질 장치에 의해 가공될 수 있는 것을 특징으로 하는 절단 공구.
19. 금속 절단기(metal cutting machine), 특히 심공 드릴링 머신(deep drilling machine)에 있어서, 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 따른 필러, 및/또는 제 5 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 따른 코어 드릴 헤드, 및/또는 제 8 항에 따른 솔리드 드릴 헤드, 및/또는 제 9 항 및/또는 제 10 항 중 어느 한 항에 따른 드릴 헤드, 또는 제 11 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 따른 절단 공구에 의해 특징지어지는 금속 절단기.
20. 절단 공구를 제어하는 방법에 있어서, 절단 공구의 방향이 각도 조절 및/또는 절단 공구 축의 편향 특히 가이드 스트립의 변화에 의해 조절되는 것을 특징으로 하는 방법.
21. 원하는 방향으로부터의 공구의 편차를 결정하는 방법에 있어서, 상기 편차는 원심력 센서 및/또는 가이드 빔 및 구비된 검출기에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 방법.
22. 회전축을 따라 공구를 제어하는 방법에 있어서, 상기 회전축은 머신의 회전축과 일치하고, 회전축으로부터의 상기 공구에 의한 편차가 검출되고, 상기 공구는 회전축의 방향으로 편향되는 것을 특징으로 하는 방법.
23. 제 22 항에 있어서,
    상기 공구는 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 따른 필러, 제 5 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 따른 코어 드릴 헤드, 또는 제 8 항에 따른 솔리드 드릴 헤드, 또는 제 9 항 및 제 10 항 중 어느 한 항에 따른 드릴 헤드, 또는 제 11 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 따른 절단 공구인 것을 특징으로 하는 방법.
24. 특히 금속 공작물을 절단하는 방법에 있어서, 상기 방법은 제 19 항에 따른 금속 절단기 상에서 수행되고, 진행 이동 및/또는 회전이 상기 필러, 또는 코어 드릴 헤드, 또는 솔리드 드릴 헤드, 또는 드릴 헤드, 또는 절단 공구 및/또는 공작물에 인가되어, 공작물로부터 작은 조각을 절단하는 것을 특징으로 하는 방법.
25. 제 24 항에 있어서,
    상기 필러, 또는 코어 드릴 헤드, 또는 솔리드 드릴 헤드, 또는 드릴 헤드, 또는 절단 공구의 회전에 대한 역회전(counter-rotation)이 공작물에 인가되는 것을 특징으로 하는 방법.
26. 공작물에 있어서, 제 1 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 따른 장치에 의해 및/또는 제 20 항 내지 제 25 항 중 어느 한 항에 따른 방법을 사용하여 제조되는 것을 특징으로 하는 공작물.
    

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