KR20240071766A - Ultrasonic Rotating Tool Holder - Google Patents
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Abstract
본 발명은 공작기계에 구비하여 생산성을 높일 수 있는 초음파 로테이팅 툴홀더로써, 초음파 종진동을 공구에 작용시켜 공구와 공작물 간의 접촉 시 펄스충격으로 파쇄제거 작용 및 칩의 분리가 동시에 일어나는 효과를 가진다.The present invention is an ultrasonic rotating tool holder that can be installed in a machine tool to increase productivity. By applying ultrasonic longitudinal vibration to the tool, it has the effect of simultaneous crush removal and chip separation due to pulse shock when contact between the tool and workpiece. .
Description
본 발명은 공작기계에 사용하는 로테이팅 툴홀더에 관한 것이다.The present invention relates to a rotating tool holder used in machine tools.
공작기계는 기계를 만드는 기계(Mother machine)로써 넓은 의미에서 기계제작을 위한 절삭가공과 소성가공에 이용되는 모든 기계를 의미한다. 이러한 공작기계로 머시닝 센터(machining center), 터닝 센터(turning center) 등을 들 수 있다.Machine tools are mother machines that make machines, and in a broad sense, they refer to all machines used for cutting and plastic processing for machine manufacturing. Such machine tools include machining centers and turning centers.
여기서 터닝 센터는 NC선반을 기본 베이스로 하여 10개 혹은 12개 공구(Tool)를 구비한다. 이러한 복수 개의 공구는 로테이팅툴에 장착한다. 로테이팅툴은 회전 가능한 터렛에 장착한다. 터닝 센터는 한 번의 척킹에 의한 복수 개의 공구 교체로 한번에 선삭, 밀링, 드릴 등의 가공이 가능하다.Here, the turning center is based on an NC lathe and is equipped with 10 or 12 tools. These plural tools are mounted on a rotating tool. The rotating tool is mounted on a rotatable turret. The turning center is capable of machining such as turning, milling, and drilling at once by replacing multiple tools with a single chucking.
최근 가스터빈, 전기자동차, 항공산업부품 등에 적용할 고품질/고정도로 가공한 소재의 수요가 늘고 있다. 하지만 기존 터닝 센터와 같은 공작기계에서 사용하는 절삭공법으로는 생산성의 한계를 극복하기 힘든 실정이다.Recently, demand for high-quality/high-precision processed materials to be applied to gas turbines, electric vehicles, and aviation industry parts is increasing. However, it is difficult to overcome the limitations of productivity with cutting methods used in machine tools such as existing turning centers.
기존 생산성의 한계를 극복하기 위해 공작기계에 적용 가능한 기술의 개발이 필요한 실정이다.In order to overcome the limitations of existing productivity, the development of technology applicable to machine tools is necessary.
본 발명의 목적은 공작기계에 구비하여 생산성을 높일 수 있는 초음파 로테이팅 툴홀더를 제공하는 데 있다.The purpose of the present invention is to provide an ultrasonic rotating tool holder that can be installed in a machine tool to increase productivity.
본 발명에 따르면, 공작기계의 터렛에 장착하는 초음파 로테이팅 툴홀더에 있어서, 내부에 수용공간을 형성한 하우징; 상기 수용공간에서 일측에 배치하고, 상기 터렛에 장착하는 스핀들을 결합하는 중공을 형성한 제1결합블록; 상기 수용공간에서 타측에 배치하고, 공구를 결합하는 중공을 형성한 제2결합블록; 및 상기 제1결합블록과 제2결합블록 사이에 배치하여 초음파 진동을 발생하는 압전소자; 를 포함하는, 초음파 로테이팅 툴홀더가 제공될 수 있다.According to the present invention, an ultrasonic rotating tool holder mounted on a turret of a machine tool includes: a housing having an accommodating space therein; A first coupling block disposed on one side of the receiving space and forming a hollow space for coupling a spindle mounted on the turret; a second coupling block disposed on the other side of the receiving space and forming a hollow space for coupling tools; And a piezoelectric element disposed between the first coupling block and the second coupling block to generate ultrasonic vibration; An ultrasonic rotating tool holder including a may be provided.
또한, 상기 압전소자는 중공을 형성하고, 복수 개가 상기 하우징의 길이방향으로 적층하여 배치하는 것을 특징으로 하는, 초음파 로테이팅 툴홀더가 제공될 수 있다.In addition, an ultrasonic rotating tool holder may be provided, wherein the piezoelectric elements form a hollow structure and a plurality of the piezoelectric elements are stacked and arranged in the longitudinal direction of the housing.
상기 제1결합블록의 중공과 상기 제2결합블록의 중공과 상기 압전소자의 중공은 상기 하우징의 중심축을 형성하고, 상기 압전소자는 상기 중심축을 기준으로 회전하는 것을 특징으로 하는, 초음파 로테이팅 툴홀더가 제공될 수 있다.The hollow of the first coupling block, the hollow of the second coupling block, and the hollow of the piezoelectric element form a central axis of the housing, and the piezoelectric element rotates based on the central axis. An ultrasonic rotating tool. A holder may be provided.
본 발명에 따른 초음파 로테이팅 툴홀더는 초음파 종진동을 공구에 작용시켜 공구와 공작물 간의 접촉 시 펄스충격으로 파쇄제거 작용 및 칩의 분리가 동시에 일어나는 효과가 있다.The ultrasonic rotating tool holder according to the present invention has the effect of applying ultrasonic longitudinal vibration to the tool, causing crushing removal and chip separation due to pulse shock when contact between the tool and the workpiece.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 초음파 로테이팅 툴홀더의 구성을 측면에서 나타낸 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 초음파 로테이팅 툴홀더의 내부 구성을 나타낸 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 초음파 로테이팅 툴홀더의 구동을 나타낸 개념도이다.Figure 1 is a conceptual diagram showing the configuration of an ultrasonic rotating tool holder according to an embodiment of the present invention from the side.
Figure 2 is a perspective view showing the internal configuration of an ultrasonic rotating tool holder according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 is a conceptual diagram showing the operation of an ultrasonic rotating tool holder according to an embodiment of the present invention.
이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예들에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
아울러 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.In addition, when describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known configuration or function may obscure the gist of the present invention, the detailed description will be omitted.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 로테이팅 툴홀더(100)는 하우징(110), 제1결합블록(120), 제2결합블록(130), 및 압전소자(140)를 포함하여 구성한다.Referring to Figures 1 to 3, the ultrasonic rotating tool holder 100 according to an embodiment of the present invention includes a housing 110, a first coupling block 120, a second coupling block 130, and a piezoelectric element. It consists of (140).
본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 로테이팅 툴홀더(100)는 머시닝 센서터나 터닝센터와 같은 공작기계에서 회전하는 터렛에 공구(10)를 장착하기 위한 구성이다. 여러 가지 종류의 공구(10)는 툴홀더에 고정되어 터렛에 장착된다.The ultrasonic rotating tool holder 100 according to an embodiment of the present invention is configured to mount a tool 10 on a rotating turret in a machine tool such as a machining sensor or turning center. Various types of tools 10 are fixed to tool holders and mounted on the turret.
하우징(110)은 초음파 로테이팅 툴홀더(100)의 외관을 형성하며 내부에 수용공간(111)을 형성한다.The housing 110 forms the exterior of the ultrasonic rotating tool holder 100 and forms a receiving space 111 therein.
수용공간(111)에는 제1결합블록(120)과 제2결합블록(130)을 배치한다. 제1결합블록(120)은 수용공간(111)에서 일측에 배치하고, 제2결합블록(130)은 제1결합블록(120)과 마주보도록 수용공간(111)에서 타측에 배치한다.The first combining block 120 and the second combining block 130 are arranged in the receiving space 111. The first combining block 120 is placed on one side of the receiving space 111, and the second combining block 130 is placed on the other side of the receiving space 111 to face the first combining block 120.
제1결합블록(120)은 초음파 로테이팅 툴홀더(100)를 터렛에 장착하는 스핀들(20)을 결합하는 중공(121)을 형성한다. 스핀들(20)은 제1결합블록(120)의 중공(121)에 결합하고, 스핀들(20)이 터렛에 장착함으로써 초음파 로테이팅 툴홀더(100)를 터렛에 장착한다.The first coupling block 120 forms a hollow 121 that couples the spindle 20 that mounts the ultrasonic rotating tool holder 100 to the turret. The spindle 20 is coupled to the hollow 121 of the first coupling block 120, and the spindle 20 is mounted on the turret, thereby mounting the ultrasonic rotating tool holder 100 on the turret.
제2결합블록(130)에는 공구(10)가 결합된다. 공구(10)는 제2결합블록(130)에 형성한 중공(131)을 형성한다. 제2결합블록(130)의 중공(131)에는 공구(10)를 고정할 수 있는 연결볼트(132)가 삽입되어 있을 수 있다.The tool 10 is coupled to the second coupling block 130. The tool 10 forms a hollow 131 formed in the second coupling block 130. A connection bolt 132 capable of fixing the tool 10 may be inserted into the hollow 131 of the second coupling block 130.
압전소자(140)는 수용공간(111)에서 제1결합블록(120)과 제2결합블록(130)의 사이에 배치한다. 압전소자(140)는 초음파 진동을 발생하여, 제2결합블록(130)의 중공(131)에 결합한 공구(10)에 초음파 진동을 전달한다.The piezoelectric element 140 is disposed between the first coupling block 120 and the second coupling block 130 in the accommodation space 111. The piezoelectric element 140 generates ultrasonic vibration and transmits the ultrasonic vibration to the tool 10 coupled to the hollow 131 of the second coupling block 130.
압전소자(140)가 발생하는 초음파 진동을 전달받은 공구(10)는 공작물과 접촉 시 펄스충격을 발생시켜 파쇄제거 작용을 수행할 수 있다. 또한 동시에 공작물에서 칩의 분리가 일어날 수 있다.The tool 10, which receives the ultrasonic vibration generated by the piezoelectric element 140, generates a pulse shock when it comes into contact with the workpiece and can perform a crushing removal action. Additionally, separation of chips from the workpiece may occur at the same time.
압전소자(140)는 수용공간(111)에서 하우징(110)의 길이방향으로 복수 개가 적층하여 배치한다. 각 압전소자(140)는 중심부에 중공을 형성한다. 상기 중공에 공구(10)가 결합하거나 상기 중공에 연결볼트(132)가 결합한 경우 연결볼트(132)에 공구(10)가 결합한다.A plurality of piezoelectric elements 140 are stacked and arranged in the longitudinal direction of the housing 110 in the accommodation space 111. Each piezoelectric element 140 forms a hollow center. When the tool 10 is coupled to the hollow or the connecting bolt 132 is coupled to the hollow, the tool 10 is coupled to the connecting bolt 132.
복수 개의 압전소자(140)를 적층하여 구성함으로써 초음파 진동은 공구(10)에 효과적으로 전달될 수 있다. 이때 압전소자(14)가 발생하는 초음파 진동 영역은 38~60kHz일 수 있다.By stacking a plurality of piezoelectric elements 140, ultrasonic vibrations can be effectively transmitted to the tool 10. At this time, the ultrasonic vibration region in which the piezoelectric element 14 occurs may be 38 to 60 kHz.
이러한 초음파에 의한 상하 진동(예: 40kHz, 1초에 4만회 진동, 진폭 5㎛ 조건)에 의한 가속도는 중력가속도의 104배 이상의 강력한 에너지를 생성한다. 따라서 취성소재 등과 같은 난삭재를 효과적으로 가공할 수 있다.The acceleration caused by this ultrasonic up-and-down vibration (e.g., 40 kHz, 40,000 vibrations per second, amplitude 5 μm) generates powerful energy more than 104 times the acceleration of gravity. Therefore, difficult-to-cut materials such as brittle materials can be processed effectively.
또한 초음파를 활용한 가공은 가공부하감소, 공구마모감소, 취성/난삭소재(오스테나이트계 스테인레스강, 인코넬, 스텔라이트, 티타늄합금 등)를 고품질/고정도(드릴의 경우 절삭저항 최대 35% 감소)로 가공할 수 있다.In addition, processing using ultrasonic waves reduces machining load, reduces tool wear, and improves brittle/difficult-to-cut materials (austenitic stainless steel, Inconel, Stellite, titanium alloy, etc.) with high quality/high precision (up to 35% reduction in cutting resistance in the case of drills). ) can be processed.
제1결합블록(120)의 중공(121)과 제2결합블록(130)의 중공(131)과 압전소자(140)의 중공은 하우징(110)의 수용공간(111)에서 서로 일치한다. 이는 하우징(100)의 중심축(112)을 형성한다. 그리고 압전소자(140)는 중심축(112)를 기준으로 회전할 수 있다. 하우징(100)에는 압전소자(140)의 회전을 가이드하는 베어링(150)을 구비할 수 있다. The hollow 121 of the first coupling block 120, the hollow 131 of the second coupling block 130, and the hollow of the piezoelectric element 140 coincide with each other in the receiving space 111 of the housing 110. This forms the central axis 112 of the housing 100. And the piezoelectric element 140 can rotate based on the central axis 112. The housing 100 may be provided with a bearing 150 that guides the rotation of the piezoelectric element 140.
하우징(110)은 수용공간(111)의 내부에 압전소자(140) 방향으로 돌출한 단자고정부(160)를 구성할 수 있다. 단자고정부(160)는 전원단자(161)를 구비한다. 전원단자(161)는 압전소자(140)와 접촉하여 압전소자(140)에 전원을 공급한다. 전원단자(161)는 압전소자(140)의 일측과 타측에 각각 구성하도록 배치된다. 압전소자(140)는 전원단자(161)의 전원공급으로 DC모터의 브러쉬 원리에 의해 회전할 수 있다. The housing 110 may include a terminal fixing portion 160 protruding in the direction of the piezoelectric element 140 inside the receiving space 111. The terminal fixing unit 160 is provided with a power terminal 161. The power terminal 161 contacts the piezoelectric element 140 and supplies power to the piezoelectric element 140. The power terminal 161 is arranged on one side and the other side of the piezoelectric element 140, respectively. The piezoelectric element 140 can rotate according to the brush principle of a DC motor with power supplied from the power terminal 161.
초음파 로테이팅 툴홀더(100)는 전원단자(161)에 전원을 공급하고, 상기 전원의 전압을 제어하고, 기타 회로적 제어를 수행하기 위한 제어부(미도시)를 더 포함할 수 있다.The ultrasonic rotating tool holder 100 may further include a control unit (not shown) for supplying power to the power terminal 161, controlling the voltage of the power supply, and performing other circuit control.
이상에서 설명된 본 발명의 실시예는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다. 그러므로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해하여야 한다.The embodiments of the present invention described above are merely illustrative, and those skilled in the art will understand that various modifications and other equivalent embodiments are possible. Therefore, it will be understood that the present invention is not limited to the forms mentioned in the detailed description above. Therefore, the true scope of technical protection of the present invention should be determined by the technical spirit of the attached patent claims. In addition, the present invention should be understood to include all modifications, equivalents and substitutes within the spirit and scope of the present invention as defined by the appended claims.
10: 툴
20: 스핀들
110: 하우징
111: 수용공간
112: 중심축
120: 제1결합블록
130: 제2결합블록
140: 압전소자10: Tool
20: spindle
110: housing
111: accommodation space 112: central axis
120: First combination block
130: Second combination block
140: Piezoelectric element
Claims (3)
내부에 수용공간을 형성한 하우징;
상기 수용공간에서 일측에 배치하고, 상기 터렛에 장착하는 스핀들을 결합하는 중공을 형성한 제1결합블록;
상기 수용공간에서 타측에 배치하고, 공구를 결합하는 중공을 형성한 제2결합블록; 및
상기 제1결합블록과 제2결합블록 사이에 배치하여 초음파 진동을 발생하는 압전소자; 를 포함하는,
초음파 로테이팅 툴홀더.
In the ultrasonic rotating tool holder mounted on the turret of a machine tool,
A housing forming an accommodating space therein;
A first coupling block disposed on one side of the receiving space and forming a hollow space for coupling a spindle mounted on the turret;
a second coupling block disposed on the other side of the receiving space and forming a hollow for coupling tools; and
A piezoelectric element disposed between the first coupling block and the second coupling block to generate ultrasonic vibration; Including,
Ultrasonic rotating tool holder.
상기 압전소자는 중공을 형성하고, 복수 개가 상기 하우징의 길이방향으로 적층하여 배치하는 것을 특징으로 하는,
초음파 로테이팅 툴홀더.
According to paragraph 1,
The piezoelectric element forms a hollow, and is characterized in that a plurality of piezoelectric elements are stacked and arranged in the longitudinal direction of the housing.
Ultrasonic rotating tool holder.
상기 제1결합블록의 중공과 상기 제2결합블록의 중공과 상기 압전소자의 중공은 상기 하우징의 중심축을 형성하고, 상기 압전소자는 상기 중심축을 기준으로 회전하는 것을 특징으로 하는,
초음파 로테이팅 툴홀더.
According to paragraph 2,
The hollow of the first coupling block, the hollow of the second coupling block, and the hollow of the piezoelectric element form a central axis of the housing, and the piezoelectric element rotates about the central axis,
Ultrasonic rotating tool holder.
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