KR0144807B1 - 공구홀더 조립체 - Google Patents

Abstract

공작물(12)의 회전축에 관하여 일반적으로 평행하거나 또는 약간 기울어진 방향으로부터 상기축에 관하여 실질적으로 수직한 방향으로 액체 냉각제 스트림을 재조종하기 위한 조절가능한 노즐 조립체를 포함하는 공구홀더 조립체 및 그 방법이 제공된다. 노즐 조립체는 일단부상의 나사가공된 베이스 및 타단부상의 노즐헤드(33)를 포함하며, 그 나사가공된 베이스는 기존냉각제 통로와 연통되는 공구홀더 본체(3)내의 나사가공된 배출구 내외로 나사이동되어, 공자물의 회전축에 수직한 평면에서 원하는 각도(A)로, 뿐만 아니라 상기 축을 따라 원하는 지점으로 노즐헤드를 조절할 수 있다. 절삭의 깊이에 관계없이, 노즐헤드는 절삭인서트(8)와 공작물 사이의 계면(20)에 냉각제 스트림을 방출시킨다.

Description

[발명의 배경]

본 발명은 일반적으로 개선된 공구홀더 조립체에 관한 것이며, 특히 상대적으로 회전하는 공작물에 중 절삭(deep cuts : 깊이깍기)이 실행될 때 윤활, 열제거 및 칩제거를 최적화시키도록 냉각제 스트림을 유리하게 재조종하기 위한 노즐 조립체를 포함하는 개선된 공구홀더 조립체에 관한 것이다.

절삭계면에서 액체 냉각제 스트림을 조종하기 위한 배출구를 지니는 공구홀더 조립체들이 선행기술분야에 공지되어 있다. 그러한 공구홀더 조립체들은 일반적으로, 다수의 절삭인서트들 중 어떤 하나를 한측상에 분리가능하게 장착시키기 위한 클램핑 장치를 포함하는 공구홀더 본체, 회전하는 공작물을 그루브가공, 나사 가공 또는 절삭가공하도록 회전하는 공작물에 관하여 공구홀더를 이동시키는 기계가공 메카니즘에 공구홀더 조립체를 분리가능하게 장착시키기 위한 다른 측상의 생크 및 인서트의 절삭에지와 공작물 사이의 계면에 액체 냉각제의 스트림을 조종하기 위한 인서트-지지용 클램프를 향하는 공구홀더 본체의 측상의 냉각제 배출구를 포함한다. 사용된 액체 냉각제는 전형적으로, 절삭 인서트의 마모를 가속시키고 절삭의 질을 해치고 저하시키는 열 및 금속칩들을 제거하도록 작용할 뿐 아니라, 인서트의 절삭에지와 공작물 사이의 계면을 윤활시키도록 유리하게 작용하는 수용성 오일이다. 공구홀더 본체의 냉각제 - 조종용 배출구는 전형적으로 기계가공메카니즘에 냉각제 조종용 배출구를 연결시키는 생크와 공구홀더 본체를 통하여 낸 연장하는 통로 또는 냉각제 보어를 통하여 가압된 냉각제의 공급원에 연결된다.

그러한 통상의 공구홀더 조립체에 있어서, 냉각제 배출구는 공작물의 회전축에 수직하고, 공작물의 회전축과 평행한 방향성 구성요소들을 지니는 각도로 냉각제의 스트림을 조종하며, 또한, 냉각제의 스트림이 공작물의 회전축에 관하여 기울어진 각도로 절삭인서트와 공작물 사이의 계면상에 충돌하도록 한다. 본 출원인은, 공작물에 대하여 비교적 얕은 절삭이 실행될 때 상기 기울어진 냉각제 스트림이 금속 칩들을 적절하게 윤활, 냉각 및 제거하는 반면, 절삭의 한측상의 금속 쇼울더들이 절삭계면상에서 냉각제 스트림의 직접충돌을 간섭하는 경향이 있기 때문에 절삭 인서트가 공작물을 더 깊이 절삭할수록 상기 기울어진-각도의 냉각제 스트림은 점차 비효율적으로 된다는 것을 관찰했다. 한편, 대부분의 냉각제가 공작물의 간섭쇼울더 위로 유동하지 못하고, 절삭계면으로 점적하지 못하면, 냉각제의 그러한 점적 유동은 냉각제의 직접적인 충돌 스트림이 실행하는 윤활, 열제거 및 칩제거 기능을 제공하는데 확실히 비효율적으로 된다. 따라서, 공작물 절삭의 질은 매우 저하되며, 절삭인서트의 마모는 증가된다.

절삭의 깊이에 관계없이 절삭인서트와 공작물 사이의 계면에 직접 충돌할 수 있도록, 공구홀더 본체의 냉각제 배출구로부터 냉각제의 스트림을 재조종하기 위해 통상의 공구홀더 조립체를 개량하기 위한 수단이 절실히 필요하다. 이론적으로, 그러한 개량 메카니즘은 공작물의 회전축에 관하여 수직한 평면에서 뿐만 아니라, 또한 상이한 형태들을 지니는 여러 절삭 인서트들에 대한 계면으로 냉각제의 직접 충돌 스트림을 투입할 수 있어야 한다. 결국, 개량 메카니즘의 구조가 간단하며, 최소의 기계가공 노력과 공구홀더 조립체의 가공프로파일에 최소한의 방해로 선행기술 공구홀더 조립체의 본체상으로 개장(retrofit)될 수 있어, 조립체의 조작성이 크게 손상받지 않는 것이 바람직하다.

[발명의 개요]

본 발명은 인서트에 관하여 회전 이동하는 공작물을 절삭하기 위한 에지를 구비한 절삭 인서트를 지니는 공구홀더 본체 및 상대회전축과 평행한 이동성분을 지니는 방향으로 절삭에지와 공작물 사이의 계면에 액체 냉각제 스트림을 조종하기 위한 배출구로 종결되는 냉각제-전달용 보어를 포함하는 형태의 개선된 공구홀더 조립체로서, 상기 개선된 공구홀더 조립체는 상대회전 축에 관하여 실질적으로 수직한 경로의 계면을 향해 냉각제 스트림을 재조종하기 위한 노즐 조립체를 포함한다.

그 노즐 조립체는 상대회전축을 따라 스트림의 경로를 조절하고 상대회전축에 관하여 실질적으로 수직한 평면에서 스트림의 각도를 조절하기 위한 수단을 포함하는 것이 바람직하다. 노즐 조립체의 조절수단은 상대 회전축에 평행한 방향으로 공구홀더 본체의 나사가공된 배출구에서 회전이동가능한 일단부를 지니는 나사 가공된 베이스를 포함한다. 나사가공된 베이스의 타단부는 냉각제의 스트림을 조종하기 위한 노즐헤드를 포함하며, 단지 공구홀더 본체의 나사가공된 배출구에 관하여 시계방향 또는 반시계방향으로 노즐 조립체의 나사가공된 베이스를 나사로 조절함으로써 상대 회전축에 관하여 수직 및 평행한 방향으로 노즐헤드의 이동이 달성된다.

나사가공된 배출구는 통상의 공구홀더 본체에 노즐 조립체의 개장을 용이하게 하기 위해 본래의 냉각제 배출구와 일체로 형성된다. 로크 너트 형태의 쇄정 수단이 나사 가공된 베이스 주변에 제공되어, 선택된 각 배향에 그리고 공작물과 공구홀더 조립체 사이의 상대 회전축을 따라 선택된 지점에 노즐 조립체의 헤드를 고정시키는 것이 바람직하다. 더우기, 나사가공된 베이스상에 제공된 나사들의 피치는 회전당 단지 1mm로 되어, 노즐 헤드의 위치에 대하여 다수의 미세조정부들의 존재를 보장하는 것이 바람직하다.

본 발명의 방법에 있어서, 통상의 공구홀더 조립체의 공구홀더 본체는 노즐 조립체의 나사가공된 베이스를 수용할 수 있는 홀더에서 냉각제-전달용보어와 연통하는 본체에 나사가공된 배출구를 형성함으로써 개량된다. 나사가공된 배출구의 위치는 노즐헤드에 대하여 수동조작이 가능하지만, 완성된 개량 공구홀더 조립체의 조작을 최소로 방해하도록 선택된다. 공구홀더 본체의 중심과 절삭인서트를 장착시키는 클램핑 조립체 사이에 오목부를 지니는 형태의 공구홀더에 있어서, 나사가공된 배출구가 공구본체의 한측상에 배치되어, 노즐 조립체는 공구 본체의 오목부에 배치된다. 본 발명의 방법의 한가지 실시예에 있어서, 기존 냉각제 배출구의 단부를 확장하고 나사가공함으로써 통상의 공구홀더 본체 내에 나사가공된 보어가 형성되어, 노즐조립체의 나사가공된 베이스를 수용할 수 있다. 본 발명의 방법의 다른 실시예에 있어서, 기존 냉각제 배출구는 막히고, 나사 가공부가 공구홀더 본체상의 다른 위치에 배치된다. 그 방법의 다음 단계에 있어서, 노즐헤드의 위치는 유동하는 냉각제의 스트림을 재조종하도록 조절되어, 유동하는 냉각제의 스트림을 재조종하도록 조절되어, 유동하는 냉각제의 스트림이 상대회전축에 관하여 수직한 평면에서 절삭헤드와 공작물 사이의 계면을 강타한다. 그러한 조절은 공구홀더 본체의 나사가공된 배출구 내외로 노즐조립체의 나사가공된 베이스를 나사로 조절함으로써 실행된다.

개선된 공구홀더 조립체 및 관련된 방법은, 공작물에서 비교적 깊게 절삭된 한측상의 쇼울더들이 냉각제의 기울어지게 배향된 스트림을 방해하는 곳에서 그루브 가공, 나사가공, 또는 절삭가공을 실행하기 위한 절삭인서트를 지니는 공구홀더 조립체와 공동으로 사용될 때 특히 유용하다. 본 발명의 방법은 통상의 공구홀더 조립체를 본 발명의 장치와 일치하도록 개량된 공구홀더 조립체로 신속 변환하는 것을 용이하게 하는 바, 본 발명의 장치는 절삭 인서트가 공작물을 절삭하는 깊이에 관계없이 과열 및 금속칩들 양자를 제거하는 중 절삭작동을 효과적으로 윤활시키는 냉각제 스트림을 유리하게 제공한다. 또한, 결과적으로 개량된 조립체의 프로파일은 조립체의 조작성을 크게 방해하는 방식으로 변화되지는 않는다.

[도면의 간단한 설명]

제1A도는 그루브에 의해 형성된 공작물내의 쇼울더에 의해 절삭인서트와 공작물 사이의 계면에서 냉각제의 스트림이 직접 충돌하는 것을 저지하는, 공작물의 그루브를 절삭하는 선행기술 공구홀더 조립체의 평면도.

제1B도는 제1A도의 선 1B-1B'를 따라 도시된 선행기술 공구홀더 조립체의 단면도.

제2A도는 개선된 공구홀더 조립체와 공작물 사이의 상대회전축에 관하여 실질적으로 수직한 경로에서 절삭인서트와 공작물 사이의 계면에 냉각제 스트림을 재조종하기 위한 노즐 조립체를 사용하는, 본 발명의 개선된 공구홀더 조립체의 일실시예의 평면도.

제2B도는 제2A도의 선 2B-2B'를 따라 취해진 개선된 공구홀더 조립체의 단면도.

제3도는 제2A 및 2B도에 도시된 개선된 공구홀더 조립체에 사용된 노즐 조립체의 측단면도.

제4A도는 공작물과 공구홀더 조립체 사이의 상대회전축에 관하여 수직하게 냉각제 스트림을 조종하도록 노즐조립체를 사용하여 절삭작업을 실행하는데 사용된 형태의 본 발명의 개선된 공구홀더 조립체의 다른 실시예의 측면도.

제4B도는 제4A도에 도시된 개선된 공구홀더 조립체의 단면도.

[적절한 실시예의 상세한 설명]

본 발명의 구조와 장점들이 더 완전히 이해될 수 있도록, 본 발명이 설명되기 전에 제1A 및 1B도에 도시된 선행기술의 공구홀더 조립체가 간단히 설명된다. 그러한 선행기술 공구홀더 조립체(1)는 일반적으로 그 중간부에 파지용 그루브(4), 한측상의 태이퍼진 생크(5) 및 다른 측상에 클램핑 조립체(7)를 포함하는 강철로 기계가공된 공구홀더 본체(3)를 포함한다. 파지용 그루브는 공작물을 그루브가공, 나사가공 또는 절삭하도록 기계가공 메카니즘(도시되지 않았음)으로부터 테이퍼진 생크(5)를 로봇식 그리퍼(gripper)가 삽입 또는 제거하는 것을 허여한다. 클램핑 조립체(7)는 공작물(11)에 그루브(10)를 절삭하기 위한 절삭에지(9)를 지니는 공구홀더 본체(3)에 절삭인서트(8)를 분리가능하게 장착시킨다. 선행기술의 실시예에 있어서, 공작물(11)은 파이프 - 형태인바 : 기계가공 메카니즘은 공작물(11)의 내경으로 공구홀더 조립체(1)를 밀며, 한편 공작물(11)은 선(R)에 평행한 축에 관하여 선반(도시되지 않았음)에 의해 회전되어 공작물(11)의 내경주위에 그구브()10)를 절삭한다.

냉각제 배출구(14)가 클램핑 조립체(7)와 절삭 인서트(8)를 향하는 공구홀더 본체(3)의 측벽(14)상에 제공된다. 이러한 냉각제 배출구(14)는 회전축에 관하여 경사지게 배향된 공구홀더 본체(3)내부에 보어(15)에 의해 부분적으로 형성된 냉각제 통로(도시되지 않았음)의 말단이다. 이러한 보어(15)와 냉각제 배출구(14) 양자는 예를 들면 수용성 오일로 될 수 있는 가압된 냉각제 공급원(16)에 연결되어, 냉각제 배출구(14)는 인서트(8)의 절삭에지(9)와 공작물(11)의 그루브(10)의 하부 사이의 계면(20)을 향해 냉각제의 가압된 스트림(17)을 방출한다.

그루빙 또는 절삭 작업의 초기에, 작업된 그루브가 얕으면, 경사지게 배향된 냉각 스트림(17)은 인서트(8)의 에지(9)와 그루브(10)의 하부 사이의 계면(20)과 충돌함으로써, 인서트의 절삭에지(9)를 윤활 및 냉각시키며, 한편, 불필요한 금속 칩(22)들의 제거를 돕는다. 그러나, 그루브(10)가 공작물(11) 내로 더 깊게 가공됨에 따라, 절삭 인서트(8)와 냉각제 배출구(14) 사이에 배치된 쇼울더(18a)가 공작물(11)과 절삭에지(9) 사이의 계면(20)상으로 냉각제 스트림(17)의 직접충돌을 최종적으로 완전히 간섭할 때까지, 그루브(10)의 한측상에 형성된 금속 환형 쇼울더(187a, b)들은 그루브(10)의 하부에 관하여 점점 더 높아진다. 다소의 냉각제가 쇼울더 (18a)위에서 퍼져 그루브(10)내로 드리블(dribble)가능하지만, 냉각제의 그러한 드리블링 스트림은 인서트(8)와 공작물(11) 사이의 계면(20)을 윤활하고 냉각하는 덜 효과적이며, 그루빙 작업의 결과로 발생된 금속칩(22)들을 제거하는데는 훨씬 덜 효과적이다. 결과적으로, 인서트의 절삭에지(9)는 냉각제 스트림(17)이 계면(20)에 직접 충돌할 경우보다 더 신속하게 무디어짐으로써, 더 빈번한 인서트 교체를 요한다. 또한, 금속칩(22)들을 제거하는 냉각제 스트림(17)의 감소된 성능은 절삭작업중 비용이 드는 중단(expensive interruption)을 발생시키는 원인이 된다.

이제, 제2A, 2B및 3도를 참조하면, 본 발명의 개선된 공구홀더 조립체(25)는, 냉각제 배출구(14)가 노즐조립체(27)로 대체되는 것을 제외하고는, 전술된 선행기술 조립체(1)와 모두 동일한 부품들을 포함한다. 그 노즐 조립체(27)는 말단부를 통하여 연장하는 나사산(31)을 지니는 원통형 도관(30)으로부터 형성될 수 있는 나사가공된 베이스(29)를 지닌다. 원통형 도관(30)의 인접단부상에 일체로 노즐헤드(33)가 형성된다. 노즐헤드(33)는 냉각제 배출구(37)를 지니는 평평한 원통형 부재(35)를 포함하는 바, 그것의 단면적은 선행기술 공구 조립체(1)의 공구홀더 본체(3)의 내부에 합체된 냉각제 배출구(14)의 단면적과 대략 동일하다. 그 냉각제 배출구(37)는 노즐 조립체(27)의 원통형 도관(30)의 말단부의 나사산(31)이 액밀 결합(fluid-tight engagement)으로 나사 고정될 수 있는 나사가공된 배출구(38)와 연통한다. 적절한 실시예에 있어서, 원통형 도관(30)의 외경은 6mm이며, 나사산(31)상의 나사들의 피치는, 명백히 후술될 목적으로, 회전당 1.0mm(0.39inch)이다. 마지막으로, 로크 너트(39)가 베이스(29)의 나사산(31) 주변에 제공되어(제2B도에 도시된 바와 같이) 축(R)에 수직한 평면에 배치된 각도(A)에 관하여 반경방향으로, 그리고, 제2A도의 화살표 B 에 의해 지시된 바와 같이 축(R)에 관하여 축방향으로 원하는 위치에 노즐헤드(33)를 고정시킨다.

작동에 있어서, 우선, 측벽(13)과 클램핑 조립체(7)사이에 배치된 공구홀더 본체(3)의 오목부(43)에 노즐 조립체(27)가 장착된다. 이것은 축(R)에 평행한 방향으로 공구홀더 본체(3)의 나사가공된 배출구(38)내로 노즐 조립체(27)의 나사산(31)의 말단부를 나사로 조절함으로써 달성된다. (제2A도에서 화살표 B로 지시된 바와 같이) 냉각제 배출구(37)가 인서트(8)의 절삭에지(9)와 공작물(11) 사이의 계면(20)과 정렬될 때까지 노즐 조립체(27)는 회전된다. 다음, 제2B도에서 조절각(A)으로 지시된 바와 같이, 배출구(37)가 계면(20)과 반경방향으로 정렬될 때까지, 작업자는 노즐헤드(33)를 회전시킨다. 나사산(31)의 1.0mm의 나사피치는 충분히 미세한 피치이기 때문에, 노즐헤드(33)의 반경방향조절은 선(B)을 따라 노즐헤드(33)의 축방향 조절을 실질적으로 변경하지 않는다. 그러한 정렬절차는, 인서트(8)의 절삭에지(9)와 그루빙 작업중 발생되는 금속칩(22)들 바로 아래의 공작물(11)사이의 계면에 직접충돌하며, 개선된 공구홀더 조립체(25)와 공작물(11)사이의 상대회전축(R)에 관하여 수직하게 냉각제 스트림(41)을 방출시킨다.

물론, 본 발명은 원통형 공작물의 외경을 그루빙하는데도 동일하게 적용가능하다. 적절하지는 않지만, 본 발명은, 냉각 스트림을 불량하게 정렬시키고 흩어지게 하는 원심력을 발생시키지 않을 정도로 상대 회전이 충분히 느릴 경우, 공구홀더 조립체(1)가 정지된 공작물(11)에 관하여 궤도회전되는 작업에 적용될 수 있다.

제4A 및 4B도는 본 발명의 개선된 공구홀더 조립체의 제2실시예(45)를 도시하는 바, 공구홀더 본체(3)는 선(R¹)에 평행한 축 주위를 회전하는 공작물 (12)상에서 절삭작업을 실행하는 인서트 지지부재(47)상으로 고정하도록 설계된 형태로 된다. 제2A 및 2B도에 도시된 공구홀더 조립체(25)의 경우와 같이, 노즐 조립체(27)는 공구홀더 조립체의 프로파일을 최소로 방해하도록 공구홀더 본체(3)의 오목부(43)에 장착된다. 노즐 조립체(27)의 노즐헤드(33)에 대한 종방향 및 반경방향 조절양자는 제2A 및 2B도에 도시된 본 발명의 실시예에 관하여 설명된 것과 동일하다.

본 발명의 방법의 제1실시예에 있어서, 공구홀더 조립체(1)와 공작물(11)사이의 상대회전축에 평행하게 되도록, 기존 냉각제 보어(15)를 재 드릴링 및 태핑함으로써 선행기술 공구 조립체로부터 본 발명의 개선된 공구홀더 조립체가 형성된다. 노즐 조립체(27)의 나사가공된 베이스(29)가 나사가공된 보어내로 나사로 조절되어, 공구홀더 본체(3)에 동일물을 장착시킨다. 냉각제 배출구(37)의 배향은 제2A 및 2B도에 도시된 실시예에 관하여 설명된 바와 같이 조절된다.

변형예에 있어서, 선행기술 공구홀더 본체(3)의 냉각제 배출구(37)가 측벽(13)상에 배치되어, 노즐 조립체(27)를 장착시키는 것이 불가능하거나 또는 매우 어려운 경우에는, 냉각제 배출구(145)는 막힐 수 있으며, 공구홀더 조립체의 프로파일과 조작성을 실질적으로 방해하지 않고 노즐헤드(33)에 대하여 수동 이용가능하도록 공구홀더 본체(3)의 측(13)상에 배치되는 나사가공된 배출구(38)를 발생시키도록 새로운 세트의 냉각제-전달용 보어들이 공구홀더 본체(3)를 통하여 드릴 가공된다.

물론 본 발명은 본 발명의 정신 및 근본적인 특성에 위배됨 없이, 본원에서 설명된 것과 다른 특정 방법으로 실행될 수 있다. 따라서, 본 실시예들은 모든 점에서 해설적이며, 비한정적으로 간주되며, 첨부된 청구범위들의 의미 및 동등범위내에서의 모든 변화들이 본원에 포함되도록 의도되어진다.

Claims (2)

1. 경사면(rake face)이 축 주위의 절삭인서트(8)에 관하여 회전 이동하는 공작물(11)을 절삭하기 위한 에지(9)를 지니는 절삭인서트(8), 및 상기 절삭에지(9)와 상기 공작물(11) 사이의 계면(20)에 액체 냉각제 스트림(41)을 조종하여 상기 계면(20)을 윤활 및 냉각시키고 상기 절삭에 의해 형성된 칩들을 제거하기 위한 배출구(14)를 지니는 공구홀더 본체(3)를 포함하는 형태의 개선된 공구홀더 조립체(25)로서, 상기 공작물(11)에 행해진 절삭은 상기 공작물(11)에 최소한 하나의 쇼울더 부(18)를 형성하고, 상기 스트림(41)은 회전축과 평행한 운동성분을 지니며, 상기 개선된 공구홀더 조립체(25)는 상기 회전축에 관하여 실질적으로 수직한 평면의 상기 인서트(8)의 상기 절삭 에지(9)를 향해 상기 경사면에 관한 각도(A)로 상기 냉각제 스트림(41)을 재조종하기 위하여 상기 공구홀더 본체(3)의 상기 배출구(14)에 분리가능하게 연결되는 노즐 조립체(27)를 포함하여, 상기 공작물(11)의 절삭에 의해 형성된 어떤 쇼울더 부(18)에도 간섭없이 동일물을 윤활 및 냉각시키고 상기 칩들을 제거하도록 상기 경사면이 향하는 방향으로부터 상기 스트림(41)이 상기 계면(20)과 충돌하며, 상기 노즐 조립체(27)는 공구홀더 본체(3)의 나사 가공된 배출구(38)에서 회전이동가능한 일단부와 노즐 헤드(33)에 연결된 타단부를 지니는 나사가공된 베이스(29)를 포함하여, 상기 스트림(41)의 상기 각도(A)와 상기 회전축에 평행한 상기 스트림(41)의 위치 양자를 조절하는 개선된 공구홀더 조립체(25).
2. 제1항에 있어서, 상기 조절수단은 상기 노즐헤드(33)를 배향시키도록 상기 공구홀더 본체(3)에 관하여 선택된 깊이와 선택된 각배향으로 상기 노즐 조립체(27)의 나사가공된 베이스(29)를 고정시켜, 상기 냉각제 스트림(41)이 상기 평면에서 원하는 각도(A)로 그리고 상기 계면(20)의 원하는 지점으로 향하게 하기 위한 로크 너트(39)를 더 포함하는 개선된 공구홀더 조립체(25).