KR20160076956A - 나선형으로 이송되는 드릴링 및 밀링 커터 - Google Patents

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Abstract

드릴링 및 밀링하기 위하여 나선형으로 구동되는 나선형으로 이송되는 드릴링 및 밀링 커터(10)는 생크(11), 상기 생크(11)의 일개 단부에서 다수의 옵셋 위치 중의 하나에 있는 홈(12), 상기 홈(12)의 저부면에 있는 블레이드(13) 및 상기 생크(11)의 주 본체 주변에 있는 나선형 플루트(14)를 포함하며, 상기 나선형 플루트(14)는 홈(12)에 연결된 플루트 단부(141)를 갖는다. 커터(10)가 고속 및 고 비틀림으로 회전하면, 드릴링/밀링 칩(40)은 절삭액과 함께, 나선형 플루트(14)를 통하여 제조될 홀(31) 밖으로 상방으로 밀린다. 따라서, 절삭 작용으로 생긴 열이 감소되고, 칩은 효율적으로 방출되어서, 절삭날(131, 132)이 예리하게 유지되며, 상기 커터 (10)는 깊은 홀을 형성한다.

Description

나선형으로 이송되는 드릴링 및 밀링 커터{Spirally-fed drilling and milling cutter}
본 발명은 드릴링 및 밀링할 수 있는 개선된 커터에 관한 것이다. 더욱 자세하게는, 본 발명은 드릴링 및 밀링을 실시하기 위하여 수치 제어(NC) 또는 컴퓨터 수치 제어(CNC) 공작기계에 의해 나선형으로 구동되는 나선형으로 이송되는(sprially-fed) 드릴링 및 밀링 커터(drilling and milling cutter)에 관한 것이다.
도 12를 참조하면, 통상의 드릴 비트(drill bit)에 의해 드릴링되는 홀(hole)의 직경(ψd)은 드릴 비트의 직경(ψD)에 의해 결정되거나, 또는 더욱 자세하게는, 직경(ψd)은 드릴 비트의 절삭날(들)에 의해 규정된다. 특정 직경의 홀을 드릴링하기 위해서는 특정 크기의 드릴 비트만이 사용될 수 있으므로, 드릴링하려는 사람은 다양한 크기의 다수의 드릴 비트를 준비하여 소장해야 한다. 또한, 도 12에 도시된 바와 같은 트위스트 드릴 비트는 특히 강철, 알루미늄, 알루미늄 합금, 또는 스테인레스강을 약하게 드릴링할 때 작업하는 동안 연속적이고 넓은 드릴링 칩(chips)을 생성한다는 것은 당해 분야에서 널리 공지되어 있다. 이러한 연속적인 칩은 쉽게 부서지지 않고, 칩 제거 홈에 달라붙는 경향이 있으며, 고온 전도성을 갖고, 또 높은 저항성을 생성하므로, 콘트롤러(controller), 예컨대 공작기계의 주 샤프트를 주 샤프트의 하중 능력의 60%만큼 높은 큰 절삭 하중에 처리시키고, 주 샤프트뿐만 아니라 강성, 절삭 정밀도 및 공작 기계의 사용 수명에 현저히 나쁜 효과를 갖는다. 따라서 연속 드릴링은 비실용적이다; 드릴링 공정은 간헐적이어야 한다. 칩이 달라붙어서 드릴링을 계속할 수 없게 한다면, 칩을 제거할 때까지는 드릴링 작업을 중지하는 것 이외는 방법이 없다.
도 13은 일회용 블레이드가 칩 파괴 홈을 구비하는 통상의 일회용 드릴 비트를 도시한다. 그러나 드릴링하려는 물질이 연질이면, 칩 파괴 홈은 드릴링 칩을 파괴하는데 문제가 있을 수 있어, 상기 칩은 달라붙어서 과열을 초래할 수 있다. 드릴 비트를 냉각하기 위하여, 절삭 유체를 드릴 비트에 붓는 것이 보통 필요하다. 그러나 상기 홀이 너무 깊게 드릴링되면 생성된 칩이 절삭 유체가 홀로 흘러들어가서 드릴 비트의 원위 단부에 있는 절삭날에 도달하는 것을 방해하므로, 상기 절삭날의 온도는 계속오르고, 칩을 제거하기 위해 드릴링을 일시적으로 중지해야 한다.
중심에 물 공급 특징부를 갖는 드릴 비트를 상업적으로 입수할 수 있지만, 드릴 비트의 중심에 물을 공급하는데 필요한 장치는 고가이어서, 공작기계의 비용의 30% 정도를 구성한다. 이는 그러한 드릴 비트의 침투 속도가 약 5%에 불과한 것을 설명해 준다. 대부분의 드릴링 작업은 여전히 칩 제거 및 열발산 목적에서 간헐적으로 실시되어야 하므로, 낮은 작업 효율 및 높은 가공 비용을 초래한다.
상기 기재된 드릴 비트는 연속 절삭용이어서 다량의 연속적인 칩을 생성하고 이는 달라붙어서 과열 문제를 제기한다. 또한, 트위스트 드릴 비트뿐만 아니라 일회용 드릴 비트는 드릴링 깊이에 제한을 갖는데, 드릴링 깊이가 클수록, 생성된 칩을 방출하기가 더 어렵기 때문이다. 상기 칩이 드릴 비트 플루트에 들어가면, 드릴링이 더욱 막힐 것이고, 또 드릴링을 실시하기 위하여, 칩 제거 및 열발산을 용이하게 하기 위하여 상기 드릴 비트를 들어내어야 한다.
상술한 바와 같이, 통상의 트위스트 드릴 비트 및 통상의 일회용 드릴 비트는 연속 절삭용으로 설계되므로 달라붙어 과열을 유발하기 쉬운 대형의 연속적인 드릴링 칩을 생성한다. 또한, 특정 크기를 갖는 통상의 드릴 비트는 특정 직경의 홀만을 드릴링할 수 있기 때문에 사용자는 상이한 사양의 다수의 드릴 비트를 준비해서 소장해 놓아야 한다. 게다가, 드릴 비트를 선택하는 사람은 드릴링 깊이 제한을 고려해야 한다. 드릴링 깊이가 드릴 비트 플루트의 높이를 초과하면, 드릴링 칩이 드릴 비트 플루트에 포획되어 드릴 비트가 작동하지 않게 한다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 드릴링 및 밀링하기 위하여 나선형으로 구동되는 나선형으로 이송되는 드릴링 및 밀링 커터는 생크(shank), 블레이드, 및 나선형 플루트(spiral flute)를 포함한다. 상기 생크는 생크의 일단에 있는 다수의 옵셋 위치에 제공된 홈을 갖는다. 상기 블레이드는 홈의 저부면에 제공된다. 상기 나선형 플루트는 생크의 주 본체의 주변에 제공되며, 상기 나선형 플루트는 홈에 연결된 플루트 단부를 포함한다.
바람직하게는, 상기 나선형 플루트는 사각형 단면 또는 곡선부를 갖는 단면을 갖는다.
바람직하게는, 상기 블레이드는 제1 절삭날로서 형성된 저부면 및 제2 절삭날로 형성된 측면을 갖는다. 일 실시양태에서, 상기 블레이드는 바람직하게는 일회용 블레이드이고, 또 상기 홈은 일회용 블레이드를 수용하기 위한 블레이드 시트(blade seat)를 구비한다.
바람직하게는, 제1 절삭날은 물결 형상을 갖는다.
따라서, 절삭날의 구조적 디자인 및 적절한 나선형 공급 방식으로 인하여, 수평적 밀링 및 하방 드릴링의 공동 작용에 의해 커터 자체보다 큰 직경을 갖는 홈을 형성할 수 있다. 그리고 이 때문에, 사용자가 필요한 이러한 커터의 수는 동일 과제에 필요한 통상의 드릴 비트의 수보다 작을 것이다. 또한, 절삭 유체는 커터의 중심을 통하하여 형성될 홈으로 주입될 수 있다. 고 회전속도 및 고 비틀림(torsion) 특징을 갖는 드릴링 및 밀링 작업이 실시되고, 상기 나선형 플루트는 드릴링/밀링 칩 및 절삭 유체를 형성될 홀의 상방 밖으로 보낼 수 있으므로, 칩을 효율적으로 방출하여, 커터의 절삭 작용에 의해 생긴 열을 감소시키고 또 결과적으로 절삭날을 예리하게 유지한다. 따라서 상기 커터는 깊은 홀을 드릴링하는데 적합하다.
도 1은 본 발명의 실시양태의 사시도이다;
도 2는 도 1의 실시양태의 전면도이다;
도 3은 도 1의 실시양태의 후방도이다;
도 4는 도 1의 실시양태의 드릴링 및 밀링 작용에 의해 어떻게 홀이 형성되는지를 도시하는 상면도이다;
도 5는 도 1의 실시양태의 드릴링 및 밀링 작용에 의해 도 4의 홀이 어떻게 형성되는지를 도시하는 단면도이다;
도 6은 도 1의 실시양태의 드릴링 및 밀링 작용에 의해 어떻게 더 큰 홀이 형성되는지를 도시하는 상면도이다;
도 7은 도 1의 실시양태의 드릴링 및 밀링 작용에 의해 도 6의 홀이 어떻게 형성되는지 도시하는 단면도이다;
도 8은 도 1의 실시양태에 의해 형성된 홀에 절삭 유체가 주입되는지 또 어떻게 드릴링/밀링 칩이 제거되는지를 도시하는 개략도이다;
도 9는 고속 회전하는 동안 도 1의 실시양태에 의해 가해지는 힘의 개략도이며, 이때 상기 힘은 드릴링/밀링 칩 및 절삭 유체를 나선형으로 밀어낼 수 있음;
도 10은 본 발명의 다른 실시양태의 나선형 플루트를 도시하는 사시도이다;
도 11은 일회용 블레이드를 이용하는 본 발명의 또 다른 실시양태의 확대도이다;
도 12는 통상의 트위스트 드릴 비트를 개략적으로 도시한다; 또
도 13은 통상의 일회용 드릴 비트를 개략적으로 도시한다.
도 1 내지 도 3은 드릴링 및 밀링을 실시하기 위하여 NC 또는 CNC 공작기계에 의해 나선형으로 구동되게 구성된 나선형으로 이송되는 드릴링 및 밀링 커터(10)를 도시한다. 상기 나선형으로 이송되는 드릴링 및 밀링 커터(10)는 생크(11)를 포함한다. 생크(11)의 일개 단부는 서로에 대하여 옵셋 위치에 있는 2개의 홈(12)을 구비한다. 각 홈(12)은 블레이드(13)로서 형성된 저부면을 갖는다. 각 블레이드(13)의 저부면 및 측면은 각각 제1 절삭날(131) 및 제2 절삭날(132)을 형성한다. 각 홈(12)의 저부면에 있는 제1 절삭날(131)은 물결 형상을 갖는다. 또한, 상기 생크(11)는 나선형 플루트(14)를 주변에 구비한 주 본체를 갖는다. 상기 나선형 플루트(14)는 홈(12)에 연결된 플루트 단부(141)를 갖는다.
하방으로 직접적으로 드릴링하는 통상의 드릴 비트와는 달리, 본 발명의 나선형으로 이송되는 드릴링 및 밀링 커터(10)는 나선형 플루트의 방향으로 구동되어서 수평적 밀링 뿐만 아니라 하방 드릴링을 실시한다. 도 4 및 도 5는 나선형으로 이송되는 드릴링 및 밀링 커터(10)가 어떻게 나선형 방식으로 드릴링하고 밀링하는지를 도시한다. 본 실시양태에서, 드릴링 및 밀링 커터(10)의 직경(ψD) (또는 더욱 자세하게는 커터(10)의 제2 절삭날(132)에 의해 규정된 직경)은 27 mm이고, 또 형성될 홀(31)의 직경(ψd)은 33 mm이다. 커터(10)의 직경(ψD)은 형성될 홀(31)의 직경보다 작기 때문에, 나선형으로 이송되는 드릴링 및 밀링 커터(10)의 중심점(C)은 제2 절삭날(132)이 홀(31)의 목적하는 에지까지 밀링하도록 하기 위해 드릴링 및 밀링 공정 동안 홀(31)의 중심(c)으로부터 떨어진 거리(e)여야 한다. 홀(31)의 목적하는 에지에 도달하면, 상기 나선형으로 이송되는 드릴링 및 밀링 커터(10)는 이러한 특정 드릴링 및 밀링 작업에 있어서 그의 한계 위치에 도달한다. 상기 나선형으로 이송되는 드릴링 및 밀링 커터(10)는 그의 중심점(C)을 홀(31)의 중심(c)으로부터 거리(e) 만큼 떨어지게 유지하면서 회전한다. 더욱 자세하게는, 상기 커터의 중심점(C)은 중심이 홀(31)의 중심(c)으로부터 거리(e) 만큼 이격되어 있고 또 그 직경(ψi)이 커터(10)의 회전 직경으로 규정될 수 있는 나선형 통로(S)를 따라서 회전한다. 도 6 및 도 7에서, 동일 ψ27-mm 드릴링 및 밀링 커터(10)가 이용되어 드릴링 및 밀링에 의해 더 큰 홀을 형성하므로, 상응하는 나선형 통로(S)는 더 큰 직경(ψi)을 갖는다.
도 8을 참조하면, 상기 나선형으로 이송되는 드릴링 및 밀링 커터(10)는 고속(약 35~37 rpm) 및 고 비틀림으로 회전한다. 한편, 나선형으로 이송되는 드릴링 및 밀링 커터(10)를 따라서 호스(20)가 이동하여 다량의 절삭 유체를 방출한다. 이러한 절삭 유체는 형성될 홀(31)에 흘러들어가서 나선형으로 이송되는 드릴링 및 밀링 커터(10)의 헤드가 절삭 유체에 침지된다. 또한, 절삭 유체는 플루트 단부(141)로부터 생크(11)와 함께 고속으로 회전하는 나선형 플루트(14)로 가게 되고, 고 비틀림(도 9 참조)에 의해 생성된 미는 힘(Q)에 의해 밀리고, 또 드릴링/밀링 칩(40)은 나선형 플루트(14)의 회전으로 생성된 미는 힘(Q)에 의해 절삭 유체와 함께 상방으로 흐르게 된다. 상기 나선형 플루트(14)는 홀(31)의 측벽과 아주 가깝고 절삭 유체는 특정 점도를 갖기 때문에, 절삭 유체 및 칩(40)은 제한적인 힘에 처리어 상방으로 밀린다. 결국, 절삭 유체 및 칩(40)은 홀(31) 밖으로 흘러가서 작업편의 표면에 축적한다.
본 실시양태에서, 상기 나선형으로 이송되는 드릴링 및 밀링 커터(10)의 나선형 플루트(14)는 사각형 단면을 갖는다. 한편, 도 10은 나선형 플루트(14)가 곡선부를 포함하는 단면을 갖는 실시양태를 도시한다. 나선형 플루트(14)의 상술한 단면은 오로지 예시적으로 제공된 것이고 본 발명을 한정하려는 것이 아니다.
도 2를 참조하면, 상기 나선형 플루트(14)의 플루트 깊이(b) 및 플루트 폭(w)은 드릴링/밀링 칩(40)의 크기에 따라서 설계된다. 상기 나선형으로 이송되는 드릴링 및 밀링 커터(10)는 드릴링/밀링 칩(40)을 자동적으로 파쇄할 수 있으므로, 생성하는 칩(40)은 매우 짧고 작다. 따라서 플루트 깊이(b) 및 플루트 폭(w)은 작아서, 상기 나선형으로 이송되는 드릴링 및 밀링 커터(10)의 주 본체가 높은 강성을 갖고 또 고속의 고 비틀림 회전을 견딜 수 있게 한다. 즉, 상기 커터(10)는 높은 절삭 하중하에서 과도하게 변형되지 않을 것이다. 따라서, 드릴링 및 밀링의 정밀도는 종래 기술에서 달성될 수 있는 정밀도에 비교하여 향상되며, 또 마무리 작업도 감소될 수 있다.
도 11은 일회용 블레이드를 이용하는 본 발명의 실시양태를 도시한다. 본 실시양태에서, 상기 나선형으로 이송되는 드릴링 및 밀링 커터(10)의 각 홈(12)은 일회용 블레이드(50)를 수용하기 위한 블레이드 시트를 구비한다. 각 일회용 블레이드(50)는 제1 절삭날(51)을 형성하는 저부면 및 제2 절삭날(52)을 형성하는 측면을 갖는다. 저부면에 있는 제1 절삭날(51)은 물결 형상을 갖는다.
본 발명의 개시된 실시양태의 상기 상세한 설명 및 첨부 도면은 본 발명을 제한하기 위한 것이 아님을 이해해야 한다. 당업자에 의해 용이하게 착상될 수 있는 모든 변경과 변형은 본 발명의 범위에 포함되어야 한다.
요컨대, 본 발명은 나선형 공급법 및 절삭날의 구조 디자인 덕분에 수평적 밀링 및 하방 드릴링을 동시에 실시하여 커터 자체보다 큰 홀을 형성하도록 설계된다. 따라서 사용자는 다수의 커터를 준비할 필요가 없다. 또한, 절삭 유체는 커터의 중심을 통하여 제조될 홀에 주입될 수 있고, 또 커터가 고속 및 고 비틀림으로 회전됨에 따라서 나선형 플루트를 통하여 홀 밖으로 상방으로 밀려나갈 수 있으므로, 칩을 효율적으로 방출할 수 있을 뿐만 아니라 커터의 절삭 작용으로 생기는 열을 감소시킬 수 있다. 이는 절삭날을 예리하게 유지시켜, 상기 커터가 깊은 홀 형성에 적합하게 한다. 본 발명에 따르면, 보링(깊은 홀 형성 포함)은 절삭액을 커터의 중심에 공급하기 위한 장비 없이도 실시될 수 있고, 또 커터에서 출수(water outlet) 홀을 형성할 필요없이 기존의 절삭액 공급 장치가 사용될 수 있다. 본 발명의 구조적 설계는 커터 공업에서는 유례가 없는 것이므로 이러한 특징부는 신규성과 진보성을 갖는다.
본 발명에 제공된 실시양태들은 본 발명의 바람직한 실시양태들이고 또 출원인이 추구하는 특허보호 범위를 한정하려는 것이 아니어야 한다. 첨부된 특허청구범위 및 본 밤령의 명세서에 따라 행해진 모든 간단하고 등가의 변화 및 치환도 본 특허청구범위 내에 들어야 한다.
10: 나선형으로 이송되는 드릴링 및 밀링 커터 11: 생크
12: 홈 13: 블레이드
14: 나선형 플루트

Claims (7)

  1. 생크(11);
    생크(11)의 일개 단부에서 다수의 옵셋 위치 중의 하나에 제공된 홈(12);
    상기 홈(12)의 저부면에 제공되는 블레이드(13); 및
    상기 생크(11)의 주 본체 주변에 제공된 나선형 플루트(14)를 포함하고,
    상기 나선형 플루트(14)는 홈(12)에 연결된 플루트 단부(141)를 갖지며, 드릴링 및 밀링하기 위하여 나선형으로 구동되는 것을 특징으로 하는, 나선형으로 이송되는 드릴링 및 밀링 커터(10)
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 나선형 플루트(14)는 사각형 단면 또는 곡선부를 갖는 단면을 갖는 나선형으로 이송되는 드릴링 및 밀링 커터(10).
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 블레이드(13)는 제1 절삭날(131)로서 형성된 저부면 및 제2 절삭날(132)로 형성된 측면을 갖는 나선형으로 이송되는 드릴링 및 밀링 커터(10).
  4. 청구항 3에 있어서, 상기 제1 절삭날(131)은 물결 형상을 갖는 나선형으로 이송되는 드릴링 및 밀링 커터(10).
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 블레이드(13)는 일회용 블레이드(50)이고, 상기 홈(12)은 상기 일회용 블레이드(50)를 수용하기 위한 블레이드 시트(15)를 구비하는 나선형으로 이송되는 드릴링 및 밀링 커터(10).
  6. 청구항 5에 있어서, 상기 일회용 블레이드(50)는 제1 절삭날(51)로서 형성된 저부면 및 제2 절삭날(52)로 형성된 측면을 갖는 나선형으로 이송되는 드릴링 및 밀링 커터(10).
  7. 청구항 6에 있어서, 상기 제1 절삭날(51)은 물결 형상을 갖는 나선형으로 이송되는 드릴링 및 밀링 커터(10).
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