KR100441251B1 - Stiffness gradient tool bar for processing and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
본 발명은 고강성 복합재료를 소재로 이용함으로써 기계가공 특성이 향상된 가공용 공구바 및 그 제조방법에 있어서, 바의 길이를 따라 강성 구배를 갖는 가공용 공구바를 제공하는 데 그 목적이 있다.An object of the present invention is to provide a tool bar for processing having improved machining characteristics by using a high rigid composite material and a method for manufacturing the tool bar having a rigid gradient along the length of the bar.
본 발명에 따르면, 피가공물을 가공하는 절삭공구들이 장착되는 공구바에 있어서, 공구바(100)의 길이의 일부를 점유하는 금속 바(21, 121a, 121b)와, 공구바(100)의 길이의 잔부를 점유하는 복합재료 바(31, 131) 및, 금속 바(21, 121a, 121b)와 복합재료 바(31, 131)의 외주를 감싸서 금속 바(21, 121a, 121b)와 복합재료 바(31, 131)를 서로에 대해 고정시키는 연결부재(41, 141a, 141b)를 포함하는 공구바가 제공된다.According to the present invention, in a tool bar equipped with cutting tools for processing a work piece, the metal bars 21, 121a and 121b which occupy a part of the length of the tool bar 100 and the length of the tool bar 100 are used. The composite bars 31 and 131 occupying the remainder and the outer circumferences of the metal bars 21, 121a and 121b and the composite bars 31 and 131 are wrapped around the metal bars 21, 121a and 121b and the composite bar ( A tool bar is provided that includes connecting members 41, 141a, 141b that secure 31, 131 relative to each other.
Description
본 발명은 가공된 홀을 확장 및 다듬질하는 보링바 또는 리밍바와 같은 가공용 공구바에 관한 것이며, 특히, 고강성 금속재료와 고 비강성 및 고감쇠 복합재료를 함께 사용하여 바의 길이를 따라 다른 강성을 갖고 있으며, 절삭작업시에 진동 굽힘 현상을 방지하고 가공면에 채터링이 발생하는 것을 방지함으로써, 절삭속도 및 이송속도를 향상시킬 수 있는 강성구배를 갖는 가공용 공구바 및 그 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.The present invention relates to a processing tool bar, such as a boring bar or reaming bar, which expands and finishes a processed hole, and in particular, has a high rigidity along with the length of the bar by using a high rigidity metal material and a high specific rigidity and attenuation composite material. The present invention provides a machining tool bar having a stiffness gradient to improve cutting speed and feed speed by preventing vibration bending during cutting and preventing chattering on the machining surface. There is a purpose.
종래에 사용되고 있는 대부분의 보링바 및 리밍바와 같은 절삭공구 장착용 공구바는 깊은 구멍을 가공하기 위하여 길고 가늘게 제조된다. 이 때문에 굽힘강성과 강도가 낮아서 절삭공정시에 굽힘현상이 발생하고 가공 정밀도가 떨어지며, 낮은 고유진동수 때문에 가공면에 채터링 현상이 발생한다. 따라서, 절삭속도와 피드율(feed rate)의 한계가 낮으며, 깊은 구멍을 가공할 수 없다. 따라서 상기의 단점을 보안하기 위하여 여러 가지 형상의 절삭공구와 장착용 공구바가 개발되었고, 또한 강성과 강도 특성이 매우 우수한 텅스텐 카바이드 합금 및 공구강을 이용한 절삭공구 장착용 공구바가 선진국에서 많이 개발되었다. 하지만, 초경재료는 가공이 어려워 최적의 성능을 발휘하는 공구바를 제조하기 위해서는 제조원가가 매우 높아지는 단점이 있고, 텅스텐 카바이드 및 공구강의 높은 밀도에 따라 보링바 및 리밍바의 고유진동수가 낮기 때문에 절삭속도 향상에 한계가 있다.Most tool bars for cutting tool mounting, such as boring bars and reaming bars, which are conventionally used, are made long and thin for processing deep holes. Because of this, the bending stiffness and strength are low, which causes bending during cutting process, the machining precision is low, and chattering occurs on the machining surface due to the low natural frequency. Therefore, the limits of cutting speed and feed rate are low, and deep holes cannot be machined. Therefore, in order to secure the above disadvantages, various shapes of cutting tools and mounting tool bars have been developed, and cutting tool mounting tool bars using tungsten carbide alloy and tool steel having excellent rigidity and strength characteristics have been developed in developed countries. However, the cemented carbide material has a disadvantage in that the manufacturing cost is very high in order to manufacture a tool bar that exhibits optimal performance due to difficulty in processing, and the natural frequency of boring bar and reaming bar is low due to the high density of tungsten carbide and tool steel. There is a limit.
한편, 절삭 안정성과 절삭속도를 동시에 향상시키기 위하여 복합재료를 사용하는 방안이 제시되었다. 복합재료를 사용하여 절삭공구 장착용 공구바를 제작하게 되면, 복합재료의 높은 정적 강성, 비강성 및 감쇠능으로 인하여 절삭 안정성과 절삭속도를 동시에 향상시켜 깊은 구멍을 고속으로 가공할 수 있다는 장점이 있다. 그러나, 고강성 복합재료의 경우 정적 강성이 텅스텐 카바이드에 비하여 다소 낮으므로, 절삭력에 의한 처짐량이 증가하는 단점이 발생한다. 또한, 복합재료에 절삭공구를 장착하기 위하여 별도의 금속 심(insert)을 접합한 후, 절삭공구 장착부를 가공해야 한다.Meanwhile, a method of using a composite material to improve cutting stability and cutting speed has been proposed. If the tool bar for cutting tool mounting is manufactured using composite materials, the high static stiffness, specific rigidity, and damping ability of the composite material can improve the cutting stability and cutting speed simultaneously, thereby making it possible to process deep holes at high speed. . However, in the case of highly rigid composite materials, the static stiffness is somewhat lower than that of tungsten carbide, resulting in an increase in deflection due to cutting force. In addition, in order to mount the cutting tool on the composite material, a separate metal insert must be joined and then the cutting tool mounting portion must be processed.
그러나, 복합재료에 심을 접합하여 절삭공구 장착부를 제작하게 되면 절삭공구에 작용하는 절삭력에 의하여 복합재료에 국부적인 손상을 줄 수 있으며, 이로 인하여 절삭공구 장착에 신뢰성이 떨어지게 되는 문제점이 발생하게 된다.However, when the seam is bonded to the composite material to manufacture the cutting tool mounting portion, the composite material may be locally damaged by the cutting force acting on the cutting tool, resulting in a problem that the reliability of the cutting tool is degraded.
본 발명은 앞서 설명한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 제공된 것으로서, 높은 정적 강성을 갖는 금속재와 높은 비강성을 갖는 복합재료로 이루어져 적절한 강성 구배를 갖게 제작함으로써 가공시에 채터링 현상을 방지하며, 또한 절삭공구를 장착하기 위한 가공시에 복합재료가 손상되는 것을 방지하려는 것이다.The present invention is provided to solve the problems of the prior art as described above, made of a metal material having a high static stiffness and a composite material having a high non-stiffness to produce a suitable stiffness gradient to prevent chattering during processing It is also intended to prevent damage to the composite material during machining to mount cutting tools.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 강성 구배를 갖는 가공용 공구바를 나타낸 단면도이고,1 is a cross-sectional view showing a tool bar for processing having a stiffness gradient according to the first embodiment of the present invention,
도 2는 도 1에 도시된 가공용 공구바의 조립관계를 나타낸 개략도이고,Figure 2 is a schematic diagram showing the assembly relationship of the tool bar for processing shown in Figure 1,
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 강성 구배를 갖는 가공용 공구바를 나타낸 단면도이고,3 is a cross-sectional view showing a processing tool bar having a rigid gradient according to a second embodiment of the present invention,
도 4는 도 3에 도시된 가공용 공구바의 조립관계를 나타낸 개략도이며,Figure 4 is a schematic diagram showing the assembly relationship of the tool bar for processing shown in Figure 3,
도 5는 도 3에 도시된 가공용 공구바에 있어 금속 바와 복합재료 바 및 연결부재의 효과적인 결합을 위해 단차부가 형성된 금속 바와 복합재료 바 및 연결부재를 나타낸 개략도이다.FIG. 5 is a schematic diagram illustrating a metal bar and a composite bar and a connecting member having a stepped portion for effective coupling of the metal bar and the composite bar and the connecting member in the processing tool bar shown in FIG. 3.
♠ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ♠♠ Explanation of symbols on the main parts of the drawing ♠
10 : 공구장착부 20 : 금속재료부10: tool mounting part 20: metal material part
21, 121a, 121b : 금속 바 30 : 복합재료부21, 121a, 121b: metal bar 30: composite material part
31, 131 : 복합재료 바 41, 141a, 141b : 연결부재31, 131: composite bar 41, 141a, 141b: connecting member
60 : 지지대 100, 200 : 공구바60: support 100, 200: tool bar
151 : 단차돌출부 152 : 단차부151 stepped portion 152: stepped portion
앞서 설명한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르면, 피가공물을가공하는 절삭공구들이 장착되는 공구바에 있어서, 상기 공구바의 길이의 일부를 점유하는 금속 바와, 상기 공구바의 길이의 잔부를 점유하는 복합재료 바 및, 상기 금속 바와 상기 복합재료 바의 외주를 감싸서 상기 금속 바와 상기 복합재료 바를 서로에 대해 고정시키는 연결부재를 포함하는 공구바가 제공된다.According to the present invention for achieving the object as described above, in the tool bar equipped with cutting tools for processing the workpiece, a metal bar occupying a part of the length of the tool bar, occupying the remainder of the length of the tool bar To provide a tool bar including a composite bar, and a connecting member for surrounding the outer circumference of the metal bar and the composite bar to secure the metal bar and the composite bar to each other.
또한, 본 발명의 상기 금속 바와 상기 복합재료 바는 적어도 두 개 이상으로 분할 형성되며, 상기 금속 바와 상기 복합재료 바는 상기 공구바의 길이방향을 따라 배치됨에 있어 최외측에는 한 개의 금속 바가 위치한다.In addition, the metal bar and the composite bar of the present invention is divided into at least two or more, the metal bar and the composite bar is disposed along the longitudinal direction of the tool bar, one metal bar is located on the outermost side .
또한, 본 발명의 상기 연결부재가 두 개 이상으로 분할 형성된다.In addition, the connecting member of the present invention is divided into two or more.
또한, 본 발명의 상기 연결부재는 길이방향으로 구멍이 형성된 중공의 봉형부재이고, 상기 금속 바 및 상기 복합재료 바가 상기 구멍에 삽입되어 고정된다.In addition, the connecting member of the present invention is a hollow rod-shaped member having a hole in the longitudinal direction, the metal bar and the composite bar is inserted into the hole is fixed.
또한, 본 발명의 상기 연결부재의 구멍은 중간에 형성된 벽에 의해 격리되어 있다.In addition, the hole of the connecting member of the present invention is isolated by a wall formed in the middle.
또한, 본 발명의 상기 연결부재의 홈에 삽입된 금속 바 및 상기 복합재료 바는 접착제에 의해 부착 고정된다.In addition, the metal bar and the composite bar inserted into the groove of the connecting member of the present invention is attached and fixed by an adhesive.
또한, 본 발명의 상기 금속 바와 상기 복합재료 바는 상기 연결부재의 홈에 억지끼움식으로 끼워져 고정된다.In addition, the metal bar of the present invention and the composite material bar is fixedly fitted into the groove of the connecting member.
또한, 본 발명의 상기 공구바의 단부에 위치하는 연결부재의 중공의 일단은 폐쇄되어 상기 연결부재의 타단에 형성된 구멍으로 상기 금속 바 및 복합재료 바가 삽입 고정된다.In addition, one end of the hollow of the connection member positioned at the end of the tool bar of the present invention is closed and the metal bar and the composite material bar are inserted into the hole formed in the other end of the connection member.
또한, 본 발명의 상기 금속 바 및 상기 복합재료 바의 양단부의 바깥면을따라 단차부가 형성되고, 상기 연결부재의 구멍을 격리시키는 벽면에는 상기 단차부의 단차면과 접하도록 단차돌출부가 형성된다.In addition, a stepped portion is formed along outer surfaces of both ends of the metal bar and the composite material bar of the present invention, and a stepped protrusion is formed on a wall surface separating the hole of the connecting member to contact the stepped surface of the stepped portion.
또한, 본 발명의 상기 연결부재의 길이 중간지점에 체결구멍이 형성되어 상기 절삭공구가 장착된다.In addition, a fastening hole is formed in the middle of the length of the connecting member of the present invention is mounted to the cutting tool.
또한, 본 발명에 따르면, 고강성 금속 바와 비강성 복합재료 바를 이용하여 길이에 따른 다른 강성을 갖는 공구바의 제조방법에 있어서, 적어도 한 개 이상의 금속 바와 적어도 한 개 이상의 복합재료 바를 일렬로 배열하는 단계와, 상기 배열된 금속 바와 복합재료 바를 연결부재가 감싸 고정하는 단계와, 상기 연결부재가 상기 금속 바와 상기 복합재료 바를 감싼 상태에서 열과 압력을 가해 경화하는 단계를 포함하는 공구바의 제조방법이 제공된다.Further, according to the present invention, in the method of manufacturing a tool bar having a different rigidity according to the length by using a high rigid metal bar and a non-rigid composite bar, at least one metal bar and at least one composite bar arranged in a row And a step of enclosing and fixing the arranged metal bar and the composite bar, wherein the connecting member is hardened by applying heat and pressure while the connecting member wraps the metal bar and the composite bar. Is provided.
또한, 본 발명의 상기 고정단계에서는 상기 연결부재의 양단면에 각각 형성된 홈의 안쪽면과 상기 금속 바와 상기 복합재료 바의 둘레에 접착제를 도포한 후에 상기 금속 바 및 상기 복합재료 바를 상기 홈에 삽입하여 부착 고정한다.In addition, in the fixing step of the present invention, after applying an adhesive around the inner surface of the groove formed on both end surfaces of the connecting member and the metal bar and the composite bar, the metal bar and the composite bar are inserted into the groove. To fix it.
일반적으로 탄소섬유 복합재료는 비강성 및 비강도, 감쇠능이 높은 재료이다. 텅스텐 카바이드의 밀도는 탄소섬유 복합재료의 밀도에 비해 약 10배, 공구강의 밀도는 약 5배 정도가 높기 때문에, 같은 인장강성의 탄소섬유 복합재료를 이용하여 만든 가공용 공구바의 고유진동수는 텅스텐 카바이드 또는 공구강의 고유진동수 보다 약 2.2~3.2배 정도 높다. 또한 감쇠능이 높아서 절삭 가공시 발생하는 진동은 기존의 텅스텐 카바이드 합금 및 공구강의 진동보다 감소되어, 가공표면의 상태가 기존의 텅스텐 카바이드 합금 및 공구강에 의한 가공표면 상태보다 우수하다.따라서, 비강성과 감쇠능이 우수한 탄소섬유 복합재료와 정적 강성이 높은 금속 재료(텅스텐 카바이드 등)를 절삭공구의 장착위치에 따라서 적절히 배열하게 되면, 축방향 강성뿐만 아니라 고유 진동수 및 감쇠능을 동시에 향상시킬 수 있다.In general, carbon fiber composite material is a material with high specific rigidity, specific strength, and high damping ability. Since the density of tungsten carbide is about 10 times higher than that of carbon fiber composites and the density of tool steel is about 5 times higher, the natural frequency of the tool bar made from the same tensile stiffness carbon fiber composites is tungsten carbide. Or it is about 2.2 ~ 3.2 times higher than natural frequency of tool steel. In addition, due to the high damping ability, vibrations generated during cutting are reduced compared to vibrations of conventional tungsten carbide alloys and tool steels, so that the surface of the machining surface is superior to that of conventional tungsten carbide alloys and tool steels. By properly arranging a high-performance carbon fiber composite material and a high static stiffness metal material (tungsten carbide, etc.) according to the mounting position of the cutting tool, not only the axial rigidity but also the natural frequency and damping performance can be improved.
한편, 절삭공구 장착용 공구바의 절삭 안정성은 동적 강성에 비례하며, 동적 강성은 바의 정적 강성과 감쇠능에 비례한다. 따라서, 강성의 구배를 가지도록 제작한 절삭공구 장착용 공구바는 정적 강성 및 감쇠능의 향상으로부터 동적 강성의 향상, 즉 절삭 안정성의 향상을 가져올 수 있으므로 길이 대 직경비가 큰 경우에도 정밀한 가공이 가능하다.On the other hand, the cutting stability of the cutting tool mounting tool bar is proportional to the dynamic stiffness, and the dynamic stiffness is proportional to the static stiffness and the damping ability of the bar. Therefore, the cutting tool mounting tool bar manufactured to have a stiffness gradient can improve the dynamic stiffness, that is, the cutting stability, from the improvement of the static stiffness and the damping ability, thus enabling precise machining even when the length-to-diameter ratio is large. Do.
또한 절삭공구 장착용 공구바의 최대 작동 회전수는 바의 고유 진동수에 비례하므로, 강성의 구배를 가지도록 제작한 절삭공구 장착용 공구바의 최대 작동 회전수도 동시에 향상시킬 수 있다. 또한, 절삭공구 장착부에는 일반 금속(steel)을 배열하여 절삭공구 장착용 공구바를 제작한 후 금속에 직접 절삭공구 장착용 구멍이나 탭 가공을 할 수 있으며, 절삭공구에 작용하는 절삭력에 의한 복합재료의 손상을 방지할 수 있다.In addition, since the maximum operating speed of the cutting tool mounting tool bar is proportional to the natural frequency of the bar, the maximum operating rotation speed of the cutting tool mounting tool bar manufactured to have a stiffness gradient can be improved at the same time. In addition, the cutting tool mounting part can be made by arranging ordinary steel (steel) to manufacture the tool bar for cutting tool mounting, and then can directly cut or mount the cutting tool mounting hole on the metal, and use the composite material due to the cutting force acting on the cutting tool. Damage can be prevented.
[제1 실시예][First Embodiment]
아래에서, 본 발명에 따른 강성 구배를 갖는 가공용 공구바 및 그 제조방법의 양호한 실시예들을 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명하겠다.In the following, with reference to the accompanying drawings, preferred embodiments of a machining tool bar having a rigid gradient and a method of manufacturing the same according to the present invention will be described in detail.
도면에서, 도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 강성 구배를 갖는 가공용 공구바를 나타낸 단면도이고, 도 2는 도 1에 도시된 가공용 공구바의 조립관계를 나타낸 개략도이다.1 is a cross-sectional view showing a processing tool bar having a rigid gradient according to the first embodiment of the present invention, Figure 2 is a schematic diagram showing the assembly relationship of the processing tool bar shown in FIG.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 강성구배를 갖는 가공용 공구바(100)는 공구장착부(10)에 체결되는 부위로서 정적 강성이 높은 금속재료부(20)와, 절삭공구가 장착되고 공구바(100)의 자유단부에 해당하며 비강성이 높은 복합재료부(30)를 포함한다.As shown in Figure 1 and 2, the tool bar for processing 100 having a rigid gradient is a portion that is fastened to the tool mounting portion 10, the metal material portion 20 with high static rigidity, the cutting tool is mounted Corresponding to the free end of the bar 100, and includes a high composite material portion 30.
금속재료부(20)는 정적 강성이 높은 텅스텐카바이드 합금으로 제작된 원기둥 형상의 금속 바(21)를 구비하며, 이런 금속 바(21)의 일단은 공구장착부(10)에 체결되어 고정되고, 금속 바(21)의 타단에는 복합재료부(30)가 고정되어 위치한다.The metal material part 20 includes a cylindrical metal bar 21 made of a tungsten carbide alloy having high static stiffness, and one end of the metal bar 21 is fastened and fixed to the tool mounting part 10, and the metal At the other end of the bar 21, the composite material part 30 is fixedly positioned.
복합재료부(30)는 비강성이 높은 복합재료로서 원기둥 형상을 갖는 복합재료 바(31)를 구비하며, 이런 복합재료 바(31)의 일단은 금속 바(21)의 타단과 맞대응하여 위치하며, 접착제에 의해 복합재료 바(31)와 금속 바(21)가 상호 부착 고정된다.The composite material portion 30 has a non-rigid composite material having a cylindrical bar 31 having a cylindrical shape, and one end of the composite bar 31 is positioned to correspond to the other end of the metal bar 21. The composite bar 31 and the metal bar 21 are attached to each other by an adhesive.
이런 상태에서 복합재료 바(31)와 금속 바(21)의 원주둘레를 연결부재(41)가 감싸 위치한다. 금속 바(21) 및 복합재료 바(31)를 감싸는 연결부재(41)의 사이에는 접착제가 도포되어 연결부재(41)와 두 바(21, 31)를 접착 고정한다.In this state, the connecting member 41 surrounds the circumference of the composite bar 31 and the metal bar 21. An adhesive is applied between the metal bar 21 and the connecting member 41 surrounding the composite bar 31 to adhesively fix the connecting member 41 and the two bars 21 and 31.
한편, 이와 같이 제조된 미완성 공구바에 열과 압력을 가해 완전 경화시킴으로써, 공구바가 완성된다. 이와 같이 완성된 공구바는 공구장착부(10)에 장착되는데, 공구바(100)의 금속재료부(20)가 공구장착부(10)에 장착되어 고정되며, 이런 공구바(100)에 절삭공구가 체결될 수 있도록 복합재료부(30)에는 구멍가공 또는 절삭가공되어 체결구멍이 형성된다.On the other hand, the tool bar is completed by applying heat and pressure to the unfinished tool bar manufactured as described above and completely curing it. The completed tool bar is mounted on the tool mounting part 10, and the metal material part 20 of the tool bar 100 is mounted and fixed to the tool mounting part 10, and the cutting tool is attached to the tool bar 100. In order to be fastened, the composite material part 30 is formed by a hole processing or a cutting process to form a fastening hole.
이와 같이 금속재료부(20)와 복합재료부(30)를 포함하는 공구바(100)에 있어서, 복합재료부(30)에 절삭가공 및 구멍가공을 하는 것은 종래의 텅스텐 카바이드 합금 및 공구강으로 제조된 절삭공구 장착용 공구바에 절삭공구를 장착하기 위해 절삭가공 및 구멍가공하는 것과 동일한 것으로서, 공구바(100)에 절삭공구를 체결하기 위한 복합재료부(30)의 가공에 대한 상세한 설명은 생략하겠다.In the tool bar 100 including the metal material portion 20 and the composite material portion 30 as described above, the cutting and hole processing of the composite material portion 30 is made of a conventional tungsten carbide alloy and tool steel. As the same as the cutting and hole processing for mounting the cutting tool on the tool bar for mounting the cutting tool, a detailed description of the processing of the composite material part 30 for fastening the cutting tool to the tool bar 100 will be omitted. .
[제2 실시예]Second Embodiment
제2 실시예의 공구바를 제1 실시예의 공구바와 비교하였을 때에, 제1 실시예의 공구바는 금속재료부와 복합재료부가 각각 하나씩만 구성되어 있지만, 제2 실시예의 공구바는 금속재료부와 복합재료부가 교번하여 다수 개 존재하는 것을 제외하고는 그 구성요소가 동일하거나 유사하다. 따라서, 제2 실시예에서는 제1 실시예와 동일하거나 유사한 구성요소에 대해서는 그 구체적인 설명은 생략한다.When the tool bar of the second embodiment is compared with the tool bar of the first embodiment, the tool bar of the first embodiment includes only one metal material part and one composite material part, but the tool bar of the second embodiment includes the metal material part and the composite material. The components are the same or similar except that there are multiple alternatives. Therefore, in the second embodiment, detailed descriptions of the same or similar components as those in the first embodiment will be omitted.
도면에서, 도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 강성 구배를 갖는 공구바를 나타낸 단면도이고, 도 4는 도 3에 도시된 공구바의 조립관계를 나타낸 개략도이며, 도 5는 도 3에 도시된 가공용 공구바에 있어 금속 바와 복합재료 바 및 연결부재의 효과적인 결합을 위해 단차부가 형성된 금속 바와 복합재료 바 및 연결부재를 나타낸 개략도이다.3 is a cross-sectional view showing a tool bar having a stiffness gradient according to a second embodiment of the present invention, FIG. 4 is a schematic view showing an assembly relationship of the tool bar shown in FIG. 3, and FIG. 5 is shown in FIG. A schematic view showing a metal bar and a composite bar and a connecting member having a stepped portion for effective coupling of the metal bar and the composite bar and the connecting member in the tool bar for processing.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 강성 구배를 갖는 공구바(200)는 그 길이가 제1 실시예에 따른 공구바(200)의 길이보다 상대적으로 길다.As shown in Figures 3 and 4, the tool bar 200 having a rigid gradient is relatively longer in length than the length of the tool bar 200 according to the first embodiment.
이런 공구바(200)의 길이방향에서, 공구장착부(10)에 체결되는 공구바(200)의 일단과 공구바(200)의 중간부에는 텅스텐카바이드 합금으로 제작된 원기둥 형상의 금속 바(121a, 121b)가 위치한다. 그리고 공구장착부(10)에 체결된 금속바(121a)와 다른 금속 바(121b)의 사이에는 비강성이 높은 다수 개의 복합재료 바(131)가 위치한다.In the longitudinal direction of the tool bar 200, at one end of the tool bar 200 is fastened to the tool mounting portion 10 and the middle portion of the tool bar 200, a cylindrical metal bar 121a, made of tungsten carbide alloy, 121b) is located. In addition, a plurality of composite bars 131 having high specific rigidity are positioned between the metal bars 121a fastened to the tool mounting part 10 and the other metal bars 121b.
한편, 이런 바들(121a, 121b, 131)의 사이에는 스틸(Steel)과 같은 일반 금속으로 제작된 연결부재(141a)가 위치하여 양측에 위치하는 두 개의 바(121a, 121b, 131)를 상호 연결한다. 연결부재(141a)는 원기둥의 바 형상으로서, 그 양단면 중심에는 연결부재(141a)의 길이방향으로 원형홈(143)이 형성된다. 이런 원형홈(143)은 동일한 길이를 갖는 상기 금속 바(121a, 121b) 및 상기 복합재료 바(131)의 길이에 대한 절반의 깊이로 형성되며, 원형홈(143)의 내경은 금속 바(121a, 121b) 및 복합재료 바(131)의 직경과 동일하다. 따라서, 하나의 금속 바(121a, 121b) 또는 복합재료 바(131)의 일단을 어느 하나의 연결부재(141a)의 원형홈(143)에 끼우고, 타단을 다른 하나의 연결부재(141a)의 원형홈(143)에 끼우면, 금속 바(121a) 및 복합재료 바(131)는 두 개의 연결부재(141a)의 내부에 위치하여 외부에 노출되지 않는다.Meanwhile, between the bars 121a, 121b, and 131, a connection member 141a made of a general metal such as steel is positioned to interconnect two bars 121a, 121b, and 131 located at both sides. do. The connecting member 141a has a cylindrical bar shape, and circular grooves 143 are formed in the longitudinal direction of the connecting member 141a at the centers of both end surfaces thereof. The circular groove 143 is formed to a depth of half of the length of the metal bar (121a, 121b) and the composite bar 131 having the same length, the inner diameter of the circular groove 143 is a metal bar (121a) , 121b) and the diameter of the composite bar 131. Therefore, one end of one of the metal bar (121a, 121b) or composite bar 131 is inserted into the circular groove 143 of one of the connection member (141a), and the other end of the other connection member (141a) When inserted into the circular groove 143, the metal bar 121a and the composite material bar 131 are located inside the two connecting members 141a and are not exposed to the outside.
여기에서 연결부재(141a)의 길이는 금속 바(121a, 121b) 및 복합재료 바(131)의 길이보다 길다. 따라서 연결부재(141a)의 길이에 있어 중간(144) 지점의 내부에는 원형홈(143)의 공간이 위치하지 않는다.The length of the connection member 141a is longer than that of the metal bars 121a and 121b and the composite bar 131. Therefore, the space of the circular groove 143 is not located inside the middle 144 point in the length of the connection member (141a).
한편, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 공구바(200)의 자유단에 위치한 마지막 연결부재(141b)는 다른 연결부재(141a)의 길이보다 짧게 형성되는데, 마지막 연결부재(141b)는 금속 바(121b)가 삽입되는 원형홈(143)이 하나만 형성되고, 다른 원형홈은 형성되지 않는다.On the other hand, as shown in Figure 3 and 4, the last connecting member 141b located at the free end of the tool bar 200 is formed shorter than the length of the other connecting member (141a), the last connecting member (141b) Only one circular groove 143 into which the metal bar 121b is inserted is formed, and the other circular groove is not formed.
이와 같은 금속 바(121a, 121b)와 복합재료 바(131) 및 연결부재(141a, 141b)의 연결관계에 있어서, 상호 접하는 면에는 접착제가 도포되어 있어, 금속 바(121a, 121b)와 복합재료 바(131) 및 연결부재(141a, 141b)는 접착제에 의해 상호 부착 고정된다.In the connection relationship between the metal bars 121a and 121b, the composite bar 131, and the connecting members 141a and 141b, adhesives are applied to the surfaces that are in contact with each other, and the metal bars 121a and 121b and the composite material The bar 131 and the connecting members 141a and 141b are attached to each other by an adhesive.
한편, 이 보다 양호하게는 도 5에 도시된 바와 같이, 금속 바(121a, 121b) 및 복합재료 바(131)의 양단 원주면을 소정의 깊이로 절삭가공하여 단차부(152)를 형성한다. 그리고 연결부재(141a, 141b)의 원형홈(143) 안쪽면에 상기 단차부(152)와 대응하는 즉 단차부(152)의 단차면과 접하는 단차돌출부(151)를 원형홈의 안쪽 측면에 형성한다.On the other hand, more preferably, as shown in Figure 5, the peripheral surface of the both ends of the metal bar (121a, 121b) and the composite bar 131 is cut to a predetermined depth to form a stepped portion (152). In addition, the stepped protrusions 151 corresponding to the stepped portions 152, that is, contacting the stepped surfaces of the stepped portions 152, are formed on the inner side surfaces of the circular grooves on the inner surfaces of the circular grooves 143 of the connecting members 141a and 141b. do.
따라서, 금속 바(121a, 121b) 및 복합재료 바(131)의 단부를 연결부재(141a, 141b)의 원형홈(143)에 삽입하면 단차부(152)에 단차돌출부(151)가 접합하여 위치한다. 이와 같은 단차부(152)와 단차돌출부(151)를 형성하는 이유는 금속 바(121a, 121b) 및 복합재료 바(131)를 연결부재(141a, 141b)에 삽입하였을 때에, 각 바(121a, 121b, 131) 및 연결부재(141a, 141b)의 축정렬 및 연결부재(141a, 141b)의 두께가 얇을 경우에 응력집중 현상에 의한 파괴를 방지하기 위해서 이며, 이 보다 양호하게는 단차부(152)와 단차돌출부(151)를 테이퍼 가공하여 원활하게 삽입되면서 축정렬이 이루어질 수 있도록 한다.Therefore, when the end portions of the metal bars 121a and 121b and the composite bar 131 are inserted into the circular grooves 143 of the connecting members 141a and 141b, the stepped protrusions 151 are joined to the stepped portions 152, thereby positioning them. do. The reason for forming the stepped portion 152 and the stepped protrusion 151 is that when the metal bars 121a and 121b and the composite bar 131 are inserted into the connecting members 141a and 141b, the bars 121a and 141b are formed. This is to prevent breakage due to stress concentration when the axial alignment of the 121b and 131 and the connecting members 141a and 141b and the thickness of the connecting members 141a and 141b are thin. More preferably, the stepped portion 152 And tapered the stepped protrusion 151 so that the shaft alignment can be made smoothly.
또한, 연결부재(141a, 141b)의 양단부에도 단차부(153, 154)가 형성되는데, 일단부는 원형홈(143)의 내주면을 따라 단차부(153)가 형성되고, 타단부는 연결부재(141a, 141b)의 외주면을 따라 단차부(154)가 형성된다. 복수의 연결부재(141a,141b)들을 축정렬하면 어느 한 연결부재(141a)의 타단에 형성된 단차부(154)가 다른 연결부재(141b)의 일단에 형성된 단차부(153)에 삽입되어 정합하며, 이런 연결부재(141a, 141b)들의 단차(153, 154)는 접합면적을 넓혀 신뢰성 있는 접합을 보장한다.In addition, stepped portions 153 and 154 are formed at both ends of the connecting members 141a and 141b, respectively, and one end portion is formed with a stepped portion 153 along the inner circumferential surface of the circular groove 143, and the other end is connected to the connecting member 141a. A stepped portion 154 is formed along the outer circumferential surface of 141b. When the plurality of connecting members 141a and 141b are aligned, the stepped portion 154 formed at the other end of one of the connecting members 141a is inserted into the stepped portion 153 formed at one end of the other connecting member 141b. The steps 153 and 154 of the connecting members 141a and 141b widen the joint area to ensure reliable jointing.
이와 같이, 금속 바(121a, 121b)와 복합재료 바(131) 및 연결부재(141a, 141b)가 연결 고정된 상태에서, 연결부재(141a)의 길이 중간에 절삭공구가 체결되도록 체결구멍이 형성되는데, 이런 체결구멍 형성을 위해 연결부재(141a)의 중간부를 구멍가공 또는 절삭가공 한다. 여기에서 연결부재(141a, 141b)의 중간은 그 양쪽에 위치한 원형홈(143)의 사이로서, 이런 연결부재(141a)의 중간(144)을 구멍가공 및 절삭가공하더라도 가공지점이 복합재료 바(131)가 위치한 지점이 아니기 때문에 복합재료 바(131)의 파손을 예방할 수 있을 뿐만 아니라, 절삭공구가 일반 금속(steel)재질인 연결부재(131)에 설치됨으로써 안정적으로 고정될 수 있다.As such, in the state where the metal bars 121a and 121b and the composite bar 131 and the connecting members 141a and 141b are connected and fixed, a fastening hole is formed so that the cutting tool is fastened in the middle of the length of the connecting member 141a. To form such a fastening hole, the middle part of the connection member 141a is punched or cut. Here, the middle of the connecting members 141a and 141b is between the circular grooves 143 located on both sides thereof. Even if the middle 144 of the connecting member 141a is punched and cut, the processing point is the composite bar ( Since the 131 is not a location, the breakage of the composite bar 131 can be prevented, and the cutting tool can be stably fixed by being installed on the connection member 131 made of a general metal material.
한편, 앞에서는 설명한 제2 실시예에 따른 공구바는 금속 바(121a, 121b)와 복합재료 바(131) 및 연결부재(141a, 141b)가 접착제에 의해 부착 고정된다고 하였으나, 금속 바(121a, 121b)와 복합재료 바(131) 및 연결부재(141a, 141b)의 고정관계에 있어서, 연결부재(141a, 141b)를 가열하여 원형홈을 팽창시키고, 금속 바(121a, 121b)와 복합재료 바(131)를 원형홈에 삽입한 후에 냉각하는 억지끼움방식으로 금속 바와 복합재료 바를 고정하더라도 본 발명의 목적 및 효과를 충분히 발현할 수 있다.Meanwhile, in the tool bar according to the second embodiment described above, the metal bars 121a and 121b, the composite bar 131, and the connecting members 141a and 141b are attached and fixed by an adhesive. In the fixed relationship between 121b and the composite bar 131 and the connecting members 141a and 141b, the connecting members 141a and 141b are heated to expand the circular grooves, and the metal bars 121a and 121b and the composite bar Even if the metal bar and the composite material bar are fixed in the interference fit method of cooling after inserting the 131 into the circular groove, the object and effect of the present invention can be sufficiently expressed.
한편, 도 3에 도시된 바와 같이, 직경에 비해 길이가 상대적으로 긴공구바(200)는 채터링이 발생할 수 있다. 이와 같은 채터링 현상을 방지하기 위해서 공구바(200)의 중간부에 지지대(60)를 설치하여 공구바(200)의 채터링을 방지할 수 있는데, 이때 공구바(200)의 금속 바(121a, 121b)는 공구장착부(10)에 삽입되는 일단과 지지대(60)와 대응하는 중간지점에 각각 위치하는 것이 보다 바람직하다. 이러한 지지대(60)는 일반적인 부시(bush)이거나 베어링으로서, 부시일 경우에는 부시의 중공을 공구바(200)가 관통해 위치하고, 베어링의 경우에는 베어링의 내륜에 공구바(200)가 고정된다.Meanwhile, as illustrated in FIG. 3, the tool bar 200 having a relatively long length compared to the diameter may cause chattering. In order to prevent such a chattering phenomenon, a support 60 may be installed at an intermediate portion of the tool bar 200 to prevent chattering of the tool bar 200. In this case, the metal bar 121a of the tool bar 200 may be prevented. , 121b is more preferably located at one end inserted into the tool mounting portion 10 and at an intermediate point corresponding to the support 60. The support 60 is a general bush or a bearing. In the case of a bush, the tool bar 200 penetrates the hollow of the bush. In the case of a bearing, the tool bar 200 is fixed to the inner ring of the bearing.
앞서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명의 강성 구배를 갖는 공구바는 정적 강성이 높은 금속재와 비강성이 높은 복합재료를 포함하고 있어, 고유 진동수 및 감쇠능을 향상시켜 가공시에 절삭 안정성과 절삭속도를 높이고, 가공정도를 향상시켜 깊은 구멍의 가공이 가능하다는 장점이 있다.As described in detail above, a tool bar having a rigid gradient of the present invention includes a metal material having a high static rigidity and a composite material having a high non-stiffness, thereby improving the natural frequency and damping ability to improve cutting stability and cutting speed during machining. There is an advantage that the processing of deep holes is possible by increasing the machining accuracy.
본 발명의 강성 구배를 갖는 공구바는 절삭공구가 일반 금속(Steel)인 연결부재에 장착됨으로써, 복합재료 바가 절삭공구 장착도중에 마모 등으로 파손되는 것을 예방할 수 있다는 장점이 있다.Tool bar having a rigid gradient of the present invention has the advantage that the cutting tool is mounted on the connection member of the general metal (Steel), it is possible to prevent the composite bar from being damaged by wear or the like during the cutting tool mounting.
이상에서 본 발명의 강성 구배를 갖는 공구바 및 그 제조방법에 대한 기술사상을 첨부도면과 함께 서술하였지만, 이는 본 발명의 가장 양호한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자이면 누구나 본 발명의 기술사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.Although the technical idea of the tool bar having a rigid gradient of the present invention and a method of manufacturing the same have been described with the accompanying drawings, this is by way of example and not by way of limitation. In addition, it is obvious that any person skilled in the art can make various modifications and imitations without departing from the scope of the technical idea of the present invention.
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