KR100299472B1 - 분리가능한칼날을갖는공구축 - Google Patents

Abstract

재료 가공, 특히 홈파기 및 절단 작업을 위한 본원 발명의 절삭 공구는 절삭 삽입체를 고정하는 칼날부(13)와 공구 축(1)을 포함하며, 서로에 맞는 결합부를 갖도록 형성된다. 칼날부는 쐐기 홈(13)을 갖고 공구 축은 쐐기부(18)를 갖는다. 이 쐐기부는 이동가능한 쐐기(20)를 포함하는데, 이로써 쐐기부의 폭은 칼날부 쐐기 홈과의 유격 없는 결합을 위해 변화될 수 있다.

Description

분리 가능한 칼날을 갖는 공구 축

본 발명은 홈파기와 절단 작업에 사용되는 금속 기계 가공 기구에 관련 것이다. 이 공구는 절삭 삽입체를 가진 칼날부와 그 위에 분리할 수 있게 결합된 공구축을 포함한다. 칼날부와 공구 축은 양쪽 모두 서로간에 결합하는 결합부를 포함한다.

이제까지 다수의 홈파기와 절단 작업 공작기구가 알려지고 있는데, 이들에 따르면 공구는 축 및 절삭 엣지가 적당한 방법으로 연결된 칼날부로 되어있다. 그래서 스웨덴 특허 명세서 SE-B-417 066호에서는 절삭 삽입체를 갖는 칼날부를 포함하는 공구에 대해 기술되어 있는데, 여기에서 상기 칼날부는 나사에 의해서 공구 축의 한쪽 측면에 고정된다. 이 나사는 칼날부를 가로질러 직선 연장되는 오목부에 끼워진 후, 공구 축에 있는 나사 보어에 나사 체결된다. 위치 결정과 안정성을 양호하게 확보하기 위하여, 칼날부의 한쪽 옆면에는 또 공구 축 내의 대응 형성된 쐐기 홈에 끼워지는 쐐기부도 제공된다. 그러나, 이러한 구조는 대경도 또는 중경도의 재료를 기계 가공할때 소정의 최대 안정도를 얻을 수 없다는 것이 밝혀졌다. 이러한 점을 고려하여, 쐐기부와 쐐기 홈은 매우 높은 정밀도를 갖도록 만들어지지만, 특히 장기간 사용 후에는 헐거워지는 것이 보통이다.

유럽 특허 명세서 EP-A-300 544호는 공구 축 상의 두 인접 모서리가 각각 돌출부를 갖는 공구에 대해 기술하고 있는데, 이 돌출부는 절삭 삽입체를 가진 칼날부를 구성하고 또한 안정화 시키려는 목적을 갖고 있다. 또, 이 구조는 치수 공차가 극히 작아야 하며, 정밀 연마가 필요해 진다. 그럼에도 불구하고 어느 정도 사용후에는 유격이 쉽게 발생한다. 이런 유격은 주로 반경 방향 및 접선 방향의 힘이 추가되는 아래쪽 쐐기의 전방 부분에서 주로 발생하는 변형에 기인한다. 또, 이러한 구조는 칼날부의 결합부 약화를 발생시키는데, 그 이유는 공구 축은 칼날부의 양쪽면을 파지하여 고정되므로 칼날부보다는 넓어야 하기 때문이다. 이러한 이유 때문에, 이 구조는 홈 파기 또는 절단 깊이가 깊은 경우에는 사용될 수 없다.

또 본 출원인의 스웨덴 특허출원 9102262-4호는 절삭 삽입체를 가진 체결 부재와 그에 분리 가능하게 부착된 공구 축을 포함하는 홈파기 및 절단 작업 공구에 대한 것이다. 체결 부재는 절삭 삽입체를 갖는 칼날부와, 여기에 수직 방향으로 된 제2의 돌출부를 포함한다. 칼날부와 제2 돌출부 양쪽 모두 공구 축 상에 체결 부재를 고정하기 위한 나사 구멍을 갖는다. 이렇게 두 부재를 상호 수직한 결합을 하려면 각각 체결 부재와 공구 축에 있는 나사 구멍의 천공 작업시 높은 정밀도가 요구된다. 여기에서도 마찬가지로, 오랫동안 사용한 후에는 체결 부재와 공구 축 사이에서 점차 유격이 발생한다.

그러므로 본 발명의 첫번째 목적은 공구 축과 그 위에 분리 가능하게 부착된 칼날부 사이의 유격이 최소화 내지 완전 제거되는 홈파기 및 절삭 작업을 위한 절삭 공구를 만드는 데 있다.

본 발명의 두번째 목적은 안정하고 유격이 없으면서도 정밀 연마에서 얻을 수 있는 것과 같은 높은 치수 정밀도가 요구되지 않는 공구 축과 칼날부 사이의 결합을 얻는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 안정하고 칼날부와 공구 축간의 유격이 없으면서도 가장 저렴한 제작 경비로써 제작할 수 있는 절삭 공구를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 맞닿음면의 상대적인 크기가 각각의 표면에 가해지는 힘의 크기와 관계되는 칼날부와 공구 축간의 접합부를 갖는 절삭 공구를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 칼날부와 공구 축간의 결합부가 최적의 기계 가공 상태를 유지하면서도 기다란 오버행(over-hang)을 허용하는 절삭 공구를 제공하는 것이다.

상기한 목적들과 기타 목적들은 청구 범위 제1항의 특징부에 정의되는 특징으로 이루어진 절삭 공구를 제공함으로써 달성된다.

설명적이지만 비제한적인 목적으로, 발명에 대한 적합한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.

제1도는 본 발명의 공구 축을 나사 및 쐐기와 함께 도시한 사시도.

제2도는 본 발명에 따른 칼날부의 사시도.

제3도는 제1도 및 제2도에 따른 공구 축과 칼날부가 서로 장착된 상태의 사시도.

제4도는 결합부가 공구 축의 종축선과 평행한 제1도와 실제로 동일한 공구 축을 도시한 도면.

제5도는 공구 축의 종축선에 수직인 결합부를 가진 공구 축을 도시한 도면.

제6도는 제4도의 공구 축에 대한 정면도.

제7도는 제4도의 Ⅶ-Ⅶ 선에 따른 횡단면도.

제8도 및 제9도는 칼날부 내의 절삭 삽입체의 또다른 체결 구조를 도시한 도면이다.

도면에서 공구 축은 도면 부호 1로, 칼날부는 2로 표시되어 있다. 칼날부의 정면 단부(3)는 홈파기 및 절삭 작업을 위한 절삭 삽입체(4)를 지지한다. 제2도 및 제3도의 실시예에 따르면, 삽입체(4)는 정면 단부(3)의 상부 정면 구석에 있는 오목부(5)에 고정됨으로써 재료 고유의 탄성에 의해 소정의 체결력이 발생한다. 물론, 제8도 및 제9도에서 도시한 바와 같이 다른 고정 구조를 채택할 수도 있다. 제8도에 따라서 소요 체결력은 나사 클램프 배치에 의하여 실현된다. 이러한 구조는 칼날부내의 있는 슬릿(7)에 의하여 형성되는 상부 클램프 암(6)을 포함한다. 클램프 암(6)은 슬릿을 통과하여 하향 연장되어 슬릿 하방의 칼날부에 결합된 클램프 나사(8)를 조임으로써 작동된다. 절삭 삽입체상의 소요 체결력은 제9도에 따른, 힌지식 클램핑 구조에 의해 실시될 수도 있는데, 이것은 본 명세서에 참고로 기술하는 본 출원인의 유럽 특히 출원 EP-A-491 669에 더 자세히 설명되어 있다. 이 구조에 의하면, 절삭 삽입체를 위한 오목부와 슬릿(10) 사이의 부분(9)은 상부 부분(12)에 대해 힌지로서의 기능을 한다. 조임 나사(11)는 상부 부분(12)에 나사 체결되어 슬릿(10)의 하부 부분을 압착한다. 조임 나사(11)를 돌려 하강시키면 부분(12)은 삽입체(4)에 대해서 선회된다. 힌지 부분(9)과 조임 나사(11)간의 거리는 절삭 삽입체에의 맞닿음면에 상당하는 거리보다 크기 때문에, 조임 나사에 의한 체결력은 지렛대의 원리에 의해 증가된다.

절삭 위치에서 보아 칼날부의 후방 부분은 결합부에 의해서 받쳐진다. 충분한 안정도를 확보하면서 쐐기 홈(13)에 수납되기 위해서는, 칼날부의 이 부분은 정면단부(3)보다 두께가 두껍게 되어 있다. 쐐기 홈(13) 아래쪽 표면에는 오목부(14)가 제공된다. 이로써, 쐐기 홈에는 하부 맞닿음면(29)이 형성되는데, 이 표면은 상부 맞닿음면보다 좁다. 또한, 절삭 삽입체가 공작물과 함께 작동중일때 반경 방향 힘을 받쳐주는 맞닿음면을 구성하는 선반(15)이 형성된다. 또한 칼날부의 결합부에는 세개의 조임 나사를 끼워 넣기 위한 세개의 매끄러운 구멍(16a, 16b, 16c)이 있다. 이들 세개 구멍 각각의 조임 나사의 머리를 수납할 수 있게 하기 위하여 큰 반경을 갖도록 형성된다. 또한 구멍(17)에는 이중 나사 또는 차동 나사(28)를 작동시키기 위한 키이가 삽입 된다.

제4도에 의하면, 공구 축 전방부의 두 개의 수직면 중 하나는 결합부로써 형성된다. 이 결합부는 칼날부의 쐐기 홈(13)에 끼워지도록 된 쐐기부(18)를 포함한다. 쐐기 치수가 잘 맞도록 되기 위해서는, 쐐기부의 높이와 상부 폭간의 비율은 2:1 내외가 되어야 한다. 쐐기부의 하부측으로부터 시작된 오목부는 고정되지 않은 쐐기(20)를 수용하게 된다. 오목부(19)는 나사 구멍(21)을 갖고 쐐기(20)에는 이중 나사(28)를 사용하여 쐐기(20)를 고정시키기 위한 나사 구멍(22)이 제공된다. 이중 나사(28)는 반대 나사 방향을 갖는 두개의 나삿니 부분이 있는데, 구멍 21과 22에 맞게 된다. 따라서, 나사부(23)와 쐐기 구멍(22)은 왼 나사임에 반하여 나사부(24)와 구멍(21)은 오른 나사이다. 쐐기의 둥근 표면은 실질적으로 오목부(19)의 둥근 부분에 일치하여야 한다. 이중 나사를 회전시켜 종축을 따라 쐐기가 이동할때 쐐기와 오목부 각각의 표면부 사이에는 접촉되면서도 중단되지 않는 접속을 유지하기 위해서, 쐐기와 오목부의 표면들간의 접속은 이중 나사 축선에 실질적으로 평행하여야 하며, 서로간에 매끄럽게 접촉되어야 한다. 어느 정도까지는, 나삿니에 있는 유격을 둘 수도 있다.

제1도에 따르면, 쐐기(20)와 오목부(19)는 둥근 맞닿음면을 갖는다. 이것은 두 가지 장점을 갖는다. 그 한편으로는 쐐기의 표면 B상의 칼날부에서의 압력이 곡면으로 된 맞닿음면을 따라 균등하게 분배되는 것이고, 다른 한편으로는, 쐐기홈(13)의 상하부 맞닿음면이 완전히 평행하지 않더라도, 쐐기(20)를 이중 나사(28)의 축을 중심으로 쐐기(20)를 약간 회전시킴으로써 작은 교정을 할 수 있다. 그렇지만, 필요하다면, 쐐기(20)과 오목부(19)를 다른 기본적인 기하학적 형태로 형성할 수 있다. 이리하여, 제4도에 따르면 정사각형의 기본 형상을 갖는 쐐기와 오목부가 선택된다.

위에서 언급하였듯이, 헐거워진 쐐기(20)는 이중 나사(28)을 돌림으로써 종축선을 따라 움직이도록 배열될 수 있다. 예를 들어 이중 나사를 구멍(21)쪽으로 거리 δ만큼 회전시키면, 쐐기(20)는 같은 방향으로 거리 2δ만큼 이동한다. 수평면에 대한 나사의 각을 α라 하면, 회전에 의해 쐐기의 하부면 B는 거리 2δ·sinα만큼 수직으로 움직인다. 실제적으로, 이 수직 이동은 약 1/2 mm 정도이다. 이것은 쐐기 홈(13)과 쐐기부(18)간에 일어날 수 있는 헐거운 접촉을 없애기에 아주 충분하다. 이 공구 축 상의 조절 가능한 쐐기 높이 h_x는 절삭 공구 제작 시와 절삭 기계 가공에 사용할 때 모두 여러 가지 장점을 갖는다. 따라서, 예를 들어, 쐐기부(18)와 쐐기부(13)는 둘 다 큰 허용 공차를 가지고 설정된 폭으로 제작될 수 있다(제6도의 h참조). 이렇게 함으로써, 값비싼 연마 작업을 생략할 수 있게 된다. 또, 절삭 공구는 공구 축에서 뿐만 아니라 칼날부에서도 발생할 수 있는 방식 변경에 영향을 덜 받게 된다. 상부 쐐기부 표면 A에 대해 완전 접촉되기 때문에, 이 표면은 큰 하중을 견딜 수 있게 되므로, 짧고 소형의 결합부 또는 결합 지역을 만들 수 있다. 게다가, 단지 칼날부만을 손상 시키는 공구의 파손시 축을 교환할 필요가 없으므로, 칼날부 보다는 공구 축에서, 헐거워진 쐐기로 인한 유격을 보상하는 것이 경제적으로 더 적합하다.

홈파기와 절단 작업에서 결합부 상의 반경 방향, 축방향 그리고 접선 방향 힘은 다른 크기를 갖는 것이 숙련공들에게는 잘 알려져 있다. 이러한 사실을 알고 있음에도 불구하고, 종래 기술에 의하면 이들 서로 다른 힘 성분들을 흡수해야만 하는 다른 결합 맞닿음면은 이런 가변 응력에 적응되지 못하고 있다. 이와는 대조적으로, 본 발명은 이러한 지식을 십분 활용하여 극히 간단한 방법으로 관련 맞닿음면의 크기를 가지고 공구 축과 칼날부에서 작용되는 힘에 대해 적응할 수 있도록 하고 있다.

제4도 및 제5도에서 서로 다른 힘을 유지하는 표면은 A, B, C, D 및 E로 표시되어 있다. 표면 D와 E에 대한 축 방향 맞닿음 압력은 조임나사를 구멍(25a,25b 및 25c)에 얼마나 강하게 조이는가에 크게 의존된다. 적합하게는, 이들 나사는 표면 c에 대해 방사 방향으로 예비응력을 부여할 목적으로 어느 정도 어긋나게 배치된다.

표면 A는 힘과 평형 방정식에 따라 발생하는 접선력과 모멘트를 겪게된다.

보통의 절단 작업에서, 표면 A와 B상에 가해지는 힘간의 차이는,

F_A F_T+ F_B

여기서 F_A는 표면 A에서의 힘, F_B는 표면 B상의 힘, F_T는 접선방향 절삭 힘에 따르는 횡단 힘의 접선 성분이라고 생각하면 상당한 근사치가 된다.

표면 C는 주로 반경 방향 힘을 겪게된다. 이것 외에도, 반경 방향 정지 표면 C는 하부에 배치되어 절삭 엣지 높이에서 표면 C 사이의 레버암을 깊게 함으로써 표면 A와 B상의 힘을 감소시킨다.

표면 A, B 및 C, 또는 이들의 폭 a, b 및 c간의 크기 관계는 그에 작용하는 부하에 실질적으로 비례하는데, 그 비율은 대략 6:3:1이다. 그러나, 실질적으로는 표면은 공구 파손을 보호하기 위해, A:B:C의 면적 또는 폭 a:b:c의 비율은 6:3:2로 형성된다. 이들 각 면적 크기를 최적화하면 결합은 짧고 강해지며 특히 과도 하중을 겪게되는 지지 표면의 모서리와 꼭지점 부분에서의 변형 부담을 감소시킨다.

쐐기부의 상부 맞닿음면 A의 전반부는 둥글게 돌출된 부분(26)까지 이어지며, 그 끝에는 둥근 상향 연장면(27)에 이어진다. 표면(27)의 반경, 돌출부(26) 아래의 쐐기형 정면 그리고 쐐기형 오목부의 반경들은 같아야만 하는데, 그 이유는 접합면 구조의 제조시에 필요한 공구 수를 최소화하기 위해서이다. 또한, 돌출부(26)의 곡면 형태는 상부 쐐기 표면(A)의 전방부가, 날카로운 전방 모서리를 가졌을 때 발생할지도 모르는 변형의 우려 없이 높은 압력 하중을 지지할 수 있게 하는 장점을 갖는다.

종래의 몇몇 구조(상술한 EP-A-300 544 참조)와는 대조적으로, 칼날부의 결합부 높이는 공구 축 결합부 높이에 의해 제한되지 않는다. 이런 차이는 공구 축에 비하여 칼날부가 상대적으로 넓은 결합부를 갖는 구성을 가능하게 하는데, 이것은 쐐기부(18)과 쐐기 홈(13)간의 유격 없는 접촉과 조화를 이루며, 또한 최적화된 맞닿음면(A, B 및 C)과도 조화를 이루면서, 긴 홈파기 및 깊은 절삭을 가능하게 한다. 이리하여, 대부분의 공작 재료에서 공구 축의 결합부 깊이의 두배 정도로 되어, 실질적인 진동이 없다. 게다가 본 발명에 따른 절삭공구는, 칼날부와 공구 축간의 조밀한 결합 덕분에, 축 홈파기와 내부 홈파기에도 사용할 수 있다.

결합부의 조밀한 구도를 도모하기 위하여, 제5도와 같이, 축의 종축선에 대해 수직으로 공구 축의 단부면 상에 형성될 수도 있다. 이로써, 제3도와 같이 공구축의 종축선을 따라 체결된 동일한 칼날부도 이 방향에 대해 수직으로 체결할 수 있게 된다. 확실히, 이것은 여러 분야에 있어 많은 융통성을 제공한다. 주로, 공구 축의 접합 구조면과 공구 축의 축선 사이의 각도는 30°, 45°, 60° 및 75°중 어느 것을 택할 수 있다.

칼날부와 공구 축간의 짧은 결합에도 불구하고 본 발명에서는 긴 작업이 가능하지만, 짧은 절삭 깊이에도 사용될 수 있음은 물론이다. 만약 짧은 칼날부와 좁은 절삭 삽입체가 사용된다면, 한개의 체결 나사로도 충분하게 칼날부를 충분히 만족스럽게 고정시킬 수 있다.

Claims (8)

1. 절삭 삽입체를 구비한 칼날부(2)와 상기 칼날부에 분리 가능하게 연결된 공구 축(1)을 포함하며, 칼날부와 공구 축에 서로 결합되는 접합부가 제공되는 금속 기계 가공, 특히 홈파기 및 절단 작업을 위한 절삭공구에 있어서, 칼날부의 결합부는 쐐기 홈(13)을 포함하고, 공구 축의 결합부는 상기 쐐기 홈(13)에 끼워지는 쐐기부(18)를 포함하고, 쐐기부(18)는 쐐기 홈(13)과의 유격 없는 결합을 얻기 위하여 쐐기부 폭(18)이 변화될 수 있게 하는 이동 가능한 쐐기(20)를 포함하며, 상기 이동 가능한 쐐기는 공구 축(1)이 칼날부(2)에 결합될 때 쐐기부(18)의 접촉 표면에 맞닿고, 상기 쐐기부(18)는 상기 쐐기 홈(13)에 대하여 상부 맞닿음면(A)을 포함하고 상기 이동 가능한 쐐기(20)는 상기 쐐기 홈(13)에 대하여 하부 맞닿음면(B)을 포함하는 것을 특징으로 하는 절삭 공구.
2. 제1항에 있어서, 공구 축의 결합부 표면이 공구 축의 축선에 평행하거나 또는 수직인 것을 특징으로 하는 절삭 공구.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 쐐기부(18)가 이중 나사(28)에 의해 오목부(19)에 고정되는 이동 가능한 쐐기(20)를 장착하기 위한 오목부(19)를 포함하는 것을 특징으로 하는 절삭 공구.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 공구 축은 반경 힘을 지지하기 위하여 쐐기부(18)하방에 맞닿음면(C)을 포함하는 것을 특징으로 하는 절삭 공구.
5. 제4항에 있어서, 맞닿음면(A, B 및 C)의 상대적 크기 또는 이들의 폭(a, b 및 c)이 이들 각각에 작용하는 각각의 힘에 실질적으로 비례하는 것을 특징으로 하는 절삭 공구.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 쐐기부(18)의 상부 전방 앞부분 모퉁이가 둥근 것을 특징으로 하는 절삭 공구.
7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 칼날부는 얇은 절삭 삽입체 고정부와 두꺼운 결합부를 포함하며, 상기 결합부는 칼날부의 축방향 연장부에 실질적으로 수직인 반경방향 멈춤면(15)을 포함하는 것을 특징으로 하는 절삭 공구.
8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 쐐기 홈(13)의 상부 맞닿음면(30)이 쐐기 홈(13)의 하부 맞닿음면(29) 보다 넓은 것을 특징으로 하는 절삭 공구.