KR100416726B1 - 공구 연결장치 - Google Patents

Abstract

절삭공구에서 사용되는 절인부와 공작기계용 아버가 서로 분리되어 제조되고 사용 시에는 결합하여 사용되는 모듈러클램핑 시스템을 개선시켜 고밀도, 강력체결 및 이에 따른 고신뢰성이 확보되는 공구연결장치가 개시된다. 본 발명의 상기 공구 연결장치는 절인부상에 단면과 원통면으로 구성되고 원통면 상에는 체결볼트 나사관통부가 형성되는 선단부와, 상기 선단부가 삽입되는 선단부 삽입부를 갖고 있으며 체결볼트 체결부가 있는 샹크부와, 선단부와 삽입부의 위치 결정 및 회전 방지핀과, 선단부와 삽입부를 체결하는 체결볼트로 구성되며, 이러한 구성상의 특징으로 본 발명은 분리 및 결합이 용이하면서도 원하는 체결력 및 신뢰성이 확보될 수 있는 효과적인 공구 연결 장치가 제공된다.

Description

공구 연결장치{A clamping assembly for tools}

본 발명은 공구 연결장치에 관한 것으로서, 특히 회전하는 공통된 축을 가지는 두 부분을 서로 연결하는 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 철(steel)계 또는 비철계의 피삭재를 사용자가 원하는 형상으로가공하기 위해 사용되는 공구가 절삭공구이다. 이러한 절삭공구는 형태에 따라 밀링공구와 선삭공구로 나눌 수 있고, 가공용도, 가공범위, 피삭재 형상 또는 피삭재 재질에 따라 최적의 절삭성능을 위해서는 수많은 형상의 공구가 존재하게 된다.

여기서 절삭공구의 구조를 살펴보면, 일반적인 절삭공구는 절삭을 실제로 수행하는 부분인 절인(insert)부와 공작기계용 아버(arbor)에 삽입고정되는 샹크(shank)부로 크게 구분할 수 있다. 이와 같은 절삭공구는 절인부와 샹크부가 일체형으로 되어 있어서 절삭공구의 적용영역에 있어서 한계를 갖고 있을 수 밖에 없었다. 이와 같은 이유로 종래에는 절인형상 변경이나 샹크부 길이 및 재질변경과 같이 사용자가 원하는 최적의 절삭공구를 적용하기 위해서는 추가로 절삭공구를 구입하거나 맞춤제작을 해야만 했기 때문에 경제적인 면과 시간적인 면에서 문제점이 클 수 밖에 없었다.

이러한 종래 기술의 문제점을 해결하고자 현재는 절삭공구의 절인부와 샹크부를 분리하여 제작하고 필요한 형상의 절인부를 샹크부에 결합시켜 사용할 수 있게 하는 모듈러 클램핑 시스템(modular clamping system)이 개발되어 사용되고 있다. 이러한 모듈러 클램핑 시스템은 한개의 샹크에 다양한 형상의 절인부를 적용시킬 수 있고 샹크의 길이를 임의로 조절하여 사용할 수 있는 장점이 있는 반면, 분리된 절인부와 샹크부를 결합사용으로 인해 결합체결력이 약할 경우에는 사용중 진동에 의해 절삭능력이 저하될 수 있는 문제점도 함께 내포되어 있다. 따라서 모듈러 클램핑 시스템을 사용하는 절삭공구에 있어서는 절인부와 샹크부를 결합시켜주는 체결장치가 중요한 역할을 하게되며, 결국 이러한 기술에 있어서는 고정밀, 강력체결 및 이에 따른 고신뢰성이 확보되어야만 한다.

상기와 같은 문제점을 해결하고자 공개된 발명으로는 대한민국 특허 제 155346 호가 있다. 이 특허에서는 두 공구부분을 연결하는 장치를 제공하고 있고 체결력은 강한 것으로 나타나 있으나 구조가 복잡하여 그 경제적 가치에 있어서 문제점이 제기되어 왔다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자 하는 것으로서 종래 절인부와 샹크부가 일체형인것과 같은 체결력을 부여해줄수 있는 강력한 체결력을 갖고 있으면서도 분리와 체결이 용이하여 고신뢰성을 확보할 수 있고 고정밀성을 함께 갖춘 공구연결장치, 특히 절삭공구에 있어서의 절인부와 샹크부를 연결하는 장치를 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 공구 연결장치를 분해하여 나타낸 사시도

도 2a는 도 1에 도시된 공구 연결장치의 측면도

도 2b 및 2c는 도 2a의 A, B 부분을 확대하여 나타낸 도면

도 2d는 도 2a의 선단부의 또다른 형태를 나타내는 도면

도 2e는 도 2c의 또다른 형태를 나타내는 도면

도 3a 및 3b는 도 1에 도시된 체결볼트를 확대하여 나타낸 도면

도 4는 본 발명 각 요소의 위치 단면도

도 5는 삽입 상태도, 그리고

도 6은 결합 완료 후 상태도이다.

<도면의주요부분에대한부호의설명>

10 : 절인부 11 : 선단부

12 : 단면 13 : 원통면

14 : 체결볼트관통부 15, 23 : 핀 삽입홈

16 : 볼트하부나사 관통부 17 : 볼트 경사면 착지부

20 : 샹크부 21 : 선단부삽입부

22 : 체결볼트체결부 24 : 나사부

25 : 체결볼트 하부나사 관통부 30 : 체결볼트

31 : 상부나사부 32 : 볼트 경사면

33 : 하부나사부 40 : 핀

상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위해서 본 발명은, 절인부상에 형성되는 선단부와, 상기 선단부가 삽입되는 샹크부상의 선단부 삽입부와 상기 선단부와 삽입부를 샹크부상의 체결볼트 체결부를 통해 체결볼트로 구성되는 공구 연결장치를 제공한다.

여기서 절인부상에 형성되는 선단부는 단면과 원통면으로 구성되고, 상기 원통면은 체결볼트의 나사부 관통부와 체결볼트경사면 착지부로 구성함이 바람직하다. 그러나 상기 선단부의 단면형상은 원형이 아닌 타원이나 다각형으로도 형성시켜 사용할 수도 있다.

또한 상기 선단부가 삽입체결되는 샹크부상의 선단부 삽입부는 선단부의원통형을 수행하여 결합시킬 수 있도록 선단부의 원통면과 동일한 형상의 원통 형상을 갖고, 체결볼트가 체결될 수 있게 나사부를 형성시킴이 바람직하다. 여기서도 삽입부는 상기 선단부의 단면이 타원이나 다각형으로 형성되는 경우에는 상기 삽입부에도 이에 맞게 형성시킨다.

또한, 상기 체결볼트부는 다각형 또는 타원형으로 형성시킬 수도 있고 따라서 상기 체결볼트는 체결볼트부로 수용되는 형상으로 형성시킬 수도 있다.

또한 선단부의 단면과 샹크부의 선단부 삽입부 외주에는 위치결정 및 회전방지핀이 삽입될 수 있는 핀 삽입홈을 형성 시킨다.

또한 본 발명에서 사용되는 체결볼트는 그 상, 하부에 나사부를 형성시키고 나사부가 형성되지 않은 중앙의 하부쪽에는 볼트경사면을 형성시킴이 바람직하다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 통하여 본 발명을 상세히 설명한다.

먼저, 도 1을 참조하면, 도 1은 본 발명에 따른 공구 연결장치를 분해하여 나타낸 사시도로서 절삭공구의 절인부(10) 상에는 선단부(11)가 형성되고 이 선단부(11)는 원통면(13)과 단면(12)으로 구성되어 있다. 상기 절인부(10) 상의 선단부(11)는 샹크부(20) 상에 형성된 선단부 삽입부(21) 내로 삽입되며, 선단부(11) 상의 체결볼트관통공(14)은 삽입부(21) 상의 체결볼트체결부(22)에 맞게 삽입되고 이러한 위치조정 및 회전방지를 위해 샹크부(20)의 선단부 삽입부(21) 외주면과 선단부(11) 단면(12)에는 핀(40)이 삽입될 수 있는 핀 삽입홈(15, 23)이 형성된다. 이핀(40)은 절인부 절삭시 발생되는 회전력을 방지 해 주는 역할도 수행한다.

도 2a는 본 발명의 공구 연결장치의 절인부(10)와 샹크부(20) 및 핀(40)을 나타내는 측면도이고, 도 2b 및 도 2c는 도 2a의 A 및 B의 확대도이다.

여기서 절인부(10) 상의 선단부(11)는 단면(12)과 원통면(13)으로 구성되어 있고, 원통면(13) 상에 형성되는 체결볼트관통부(14)는 체결볼트(30)의 하부나사부관통부(16)와 체결볼트경사면착지부(17)로 형성되어 있다. 또한 상기 체결볼트관통부(14)와 맞게 되는 샹크부(20) 상의 체결볼트체결부(22)는 나사부(24)와 체결볼트하부나사부관통부(25)로 구성되어 있다.

도 3a 및 도 3b는 본 발명에 사용되는 체결볼트(30)를 나타낸 것으로서, 상기 체결볼트(30)는 상부나사부(31)와 볼트경사면(32)과 하부나사부(33)로 이루어지고 체결시 하부나사부관통부(16)를 통해 삽입되어 나사부(24)에 체결되게 된다. 여기서 하부나사부(33)는 타원형으로 구성 시킨다.

도 4는 본 발명의 공구 연결장치의 각 요소들의 위치를 단면으로 나타낸 도면이고, 도 5는 절인부의 선단부(11)가 샹크부(20)의 삽입부(21)에 삽입된 상태도이며, 그리고 도 6은 결합완료 후의 상태도이다.

이들 도면들을 참조하여 본 발명의 구성에 따른 작동관계들을 이하에서 설명한다.

먼저, 절인부(10) 상의 선단부(11)를 샹크부(20) 상에 형성된 선단부 삽입부(21)에 삽입시킨다. 이때 핀 삽입홈(15, 23)에 핀(40)을 삽입시켜 선단부(11) 상의 체결볼트관통부(14)가 샹크부(20) 상의 체결볼트(22)에 맞게 맞춘 후 체결볼트(30)를 체결하면 공구의 연결이 완료된다.

여기서 샹크부(20)는 선단부(11)의 원통면(13)을 수용하여 결합시킬 수 있도록 선단부 원통면(13)과 동일한 형상의 원통형상을 갖고 있고 체결볼트(30)가 체결될 수 있게 즉, 체결볼트(30)의 상, 하 나사부(31, 33)가 삽입 또는 결합될 수 있게 나사부(24)가 형성되어 있으므로 체결볼트(30)를 체결할 수 있게된다. 상기 체결볼트(30)는 원형의 상부나사부(31)와 타원형의 하부나사부(33) 및 내각의 합이 10~90°된 경사면(32)으로 구성되므로 하부나사부가 관통부(25)를 통해 하부로 끼워진다. 이 체결볼트(30)가 궁극적으로 선단부(11)와 샹크부(20)를 결합시키는 역할을 수행하게된다. 이러한 체결볼트(30)로서 양 공구를 견고히 체결시키는 것은 다음과 같다.

상기한 바와 같이 위치결정용 핀(40)을 사용해 선단부(11)가 샹크부(20)에 삽입된 후 체결볼트(30)를 샹크부(20)의 하부나사부관통부(25)와 선단부(11)의 하부나사관통부(16)를 통해 체결볼트(30)의 하부나사부(33) 끝단이 도 5의 공간 A까지 올 수 있도록 위치시킨다. 이 상태에서 렌치등을 이용하여 체결볼트(30)를 조여 주면 체결볼트(30)의 경사면(32)이 선단부(11)의 원통면 착지부(17)에 안착되어 도 5와 같은 상태가 된다. 샹크나사부(24) 중심과 선단부(11)의 경사면 착지부는 약 0.2~0.4㎜ 정도의 편심이 있어서 도 5의 오른쪽 경사면(F1 발생부)에 먼저 착지되어 힘 F1을 발생시키고 이 힘을 통해 단면 밀착력 F2'와 F2를 발생시킨다. 계속하여 체결볼트(30)를 조여 주면 체결볼트(30)는 탄성변형에 의해 편심으로 인한 공간을 점점 작아지게되고 결국 도 6에서와 같이 왼쪽, 오른쪽 모두에 힘 F1을 발생시키고 원통면 밀착력인 F3가 발생한다. 이와 같이 본 발명에서는 단면(12)과 원통면(13) 2곳 모두에 힘이 가해져 강력 체결이 되므로 절삭에 의한 진동이나 떨림을 최소화할 수 있게 된다. 체결볼트(30)의 나사부(32, 33)와 샹크부(20)의 나사부(24)의 결합상태는 원형나사 더하기 타원형 나사의 형태로 결합되나 나사의 특성 즉, 나사산이 많을 경우 응력분산으로 체결력에 있어서 아무런 문제 없이 두 공구의 강력체결이 이루어진다. 상기 일실시 예는 선단부의 단면이 원형인 경우를 통하여 설명하였지만 상기 선단부의 단면이 타원 또는 다각형인 경우 상기 선단부의 삽입부를 이에 맞추어 사용하여도 된다.

본 발명에 의하면, 절인부 상의 선단부와 이를 수용하는 샹크부 상의 삽입부및 이들에 형성된 체결볼트관통부 및 체결볼트체결부를 통하여 두 공구를 용이하게 체결 및 분리할 수 있고 상, 하의 나사부와 경사면이 있는 체결볼트를 사용함으로서 절인부 상의 단면과 선단부 상의 원통면에 균일한 힘을 발생시키게 하여 강력체결을 이룰수 있게된다, 또한 본 발명은 그 구조가 간단하고 부품의 수가 적어 매우 경제적이면서도 효과적인 공구 연결장치를 제공하게 된다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당기술 분야의 숙련된 당업자는 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (4)

1. 절인부(10) 상에 형성되며 체결볼트관통부(14)가 있는 원통면(13)과 단면(12)으로 구성되는 선단부(11)와, 상기 선단부(11)가 삽입되는 선단부 삽입부(21)를 갖고 있고 상기 체결볼트관통부(14)와 맞으며 상기 선단부(11)가 삽이되는 부분의 상, 하에는 나사부(24)가 형성되어 있는 체결볼트체결부(22)가 있는 샹크부(20)와, 상기 선단부(11)와 샹크부(20)의 일측에 형성된 핀삽입홈(15, 23)에 삽입되는 위치결정 및 회전방지용 핀(40)과, 상기 체결볼트관통부(14)와 나사부(24)를 통해 상기 선단부(11)와 샹크부(20)를 체결하는 체결볼트(30)로 구성됨을 특징으로 하는 공구 연결장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 체결볼트부(22)는 다각형 또는 타원형의 단면이고, 상기 체결볼트(30)는 상기 형상에 수용되는 단면이고, 상기 선단부(11)의 원통면(13) 상의 체결볼트관통부(14)는 체결볼트경사면착지부(17)와 체결볼트 하부나사부관통부(16)로 형성됨을 특징으로 하는 공구 연결장치.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 선단부(11)와 샹크부의 삽입부(21) 단면형상은 타원형 또는 다각형이고, 상기 샹크부(20)의 체결볼트체결부(22)는 상하 나사부(24)와 체결볼트하부나사관통부(25)로 구성됨을 특징으로 하는 공구 연결장치.
4. 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한항에 있어서, 상기 체결볼트(30)는 상부 나사부(31)와 볼트경사면(32) 및 하부 나사부(33)로 이루어짐을 특징으로 하는 공구 연결장치.