KR100485852B1 - 칩제거용절삭공구및체결핀 - Google Patents

Abstract

본 발명은 홀더(11)와 홀더 내의 절삭 삽입체 포켓의 기부면(14) 및 지지면(15, 16)에 대해 접하도록 제공된 관통 구멍이 제공된 절삭 삽입체(12)를 포함하는 칩 제거용 공구에 관한 것이다. 홀더 내의 보어(17)에 나사 결합된 체결핀은 삽입체 홀에 의해 수용된다. 핀은 헤드(20)와, 웨이스트(21)와, 원추부(22)와 나사부(23)로 구성되고, 이들 핀의 부분은 무부하 상태에서 공통 중심축(CL1)을 갖고 체결핀은 신속 작동식이다. 보어(17)은 보어의 나사부에 핀을 조이는 동안 핀과 협력하여 지지면을 향하는 방향으로 절삭 삽입체를 변위시키도록 제공된 편심 원추형 리세스(28A)로 구성된다. 핀(18)은 지지면(15, 16)으로부터의 방향에서 탄성적으로 만곡하도록 제공된 핀 조임의 최종 단계에서 헤드(20)와 웨이스트(21)에 의해 삽입체 포켓에서 네가티브(12A) 및 포지티브(12B) 절삭 삽입체를 체결 가능하도록 제공된다. 헤드와 웨이스트 사이의 원추부(24)는 제1 형태의 절삭 삽입체(12B)인 프로파일 홀(19B)과 협력하는 반면에 헤드는 다른 형태의 절삭 삽입체(12A)인 원통형 삽입체 홀(19A)과 협력한다.

Description

칩 제거용 절삭 공구 및 체결핀{A CUTTING TOOL FOR CHIP REMOVAL AND A LOCKING PIN}

본 발명은 홀더와 관통 구멍을 갖고 홀더의 삽입 포켓 내의 기부면과 지지면에 대항하여 접하도록 제공된 절삭 삽입체로 구성된 칩 제거용 공구에 관한 것이고, 상기 홀더는 삽입홀로 돌출하는 나사식 체결핀을 수용하는 보링(boring)를 갖고, 상기 핀은 헤드와, 웨이스트(waist)와, 원추부와 나사부로 구성되고, 상기 핀은 신속 작동식으로 구성되고, 이들 핀의 각 부분들은 무부하 상태에서 공통 중심축을 가지며, 상기 보링은 보링의 나사부에 핀을 조일 때 핀에 의해 지지면을 향하는 방향으로 절삭 삽입체를 변위시키도록 제공되는 원추형 리세스로 구성된다.

미국 특허 제3,341,920호에는 상술된 형태의 절삭 공구가 개시되어 있다. 절삭 공구는 원통형 삽입홀을 갖는 네가티브(negative)형 절삭 삽입체로 구성된다. 체결핀은 조임 시에 기울어지도록 구성되어, 절삭 삽입체는 홀더 내의 지지면을 향해 눌려진다. 그러나, 이들 지지면은 정확한 위치에 절삭 삽입체를 체결시키기 위하여 삽입체 포켓의 기부면에 대해 거의 90°로 제공될 수 있다. 소위 포지티브(positive)형 절삭 삽입체가 위치설정되어야 하는 경우에, 다른 형태의 체결핀이 요구된다. 이러한 핀은 예를 들어 미국 특허 제3,341,923호에 개시되고, 여기에서 체결핀은 원추형 헤드로 구성되어 절삭 삽입체가 기부면과 둔각을 이루는 지지면에 대해서 가압함과 동시에 절삭 삽입체를 기부면에 대해서 하향으로 가압한다.

미국 특허 제4,869,624호에는 탄성적으로 만곡되는 체결 스크류에 의해 고정되는 분리가능한 절삭 삽입체를 갖는 절삭 공구가 개시되어 있다. 체결 스크류는 다른 절삭 삽입체가 장착되어야 할 때 완전히 제거되어야 한다.

이들 및 다른 목적은 도면을 참조하여 첨부된 청구범위에 정의된 것과 같이 본 발명에 따르는 절삭 공구와 체결핀에 의해 달성된다.

도1은 본 발명에 따른 체결핀의 사시도이다.

도2a 및 도2b는 본 발명에 따른 절삭 공구를 도시하는 부분 측단면도이다.

도3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 절삭 공구를 도시하는 부분 측단면도이다.

도4는 절삭 공구의 평면도이다.

도5a, 도5b, 도5c는 도2a 및 도2b에 따른 절삭 공구의 장착 과정을 도시한 부분 측단면도이다.

도6a 및 도6b는 도3에 대체로 따르는 절삭 공구의 장착 과정을 도시한 부분 측단면도이다.

도7은 도6a 및 도6b에 따르는 장착의 가능한 최종 위치를 도시한 도면이다.

도8은 이중 프로파일 홀을 갖는 절삭 삽입체의 단면도이다.

본 발명의 목적은 직선 원통형 홀을 갖는 절삭 삽입체와 프로파일(profile) 홀을 갖는 절삭 삽입체가 위치설정될 수 있는 신속 작동 체결핀을 구비한 절삭 공구를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 절삭 삽입체가 신속하게 안전한 방식으로 위치설정될 수 있는 신속 작동 체결핀을 구비한 절삭 공구를 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 칩 제거용 절삭 공구는 도2a 및 도2b에 참조 번호 10으로 표시된다. 공구(10)는 홀더(11)와 기부면(14)에 대하여 직접 또는 바람직하게는 심(13)을 경유해서 간접으로 접하도록 제공되고 홀더(11) 내의 절삭 삽입체 포켓의 지지면(15, 16)에 대하여 접하도록 제공되는 관통 구멍을 구비한 절삭 삽입체(12A)로 구성된다. 홀더의 보링(17)(boring)에 나사 결합된 신속 작동 체결핀(18)은 삽입체 홀(19A)에 의해 수용된다. 다른 방식으로 언급하면, 절삭 공구는 기부면(14)과 상기 기부면(14)으로부터 상방으로 연장하는 지지면(15, 16)을 포함하는 삽입체 포켓과 상기 기부면을 통해 바람직하게는 수직으로 하향 연장하는 보링(17)을 갖는 홀더(11)와 상기 포켓에 장착되어 상기 기부면(14)과 결합하는 하부 주요면, 상기 지지면에 의해 지지되는 측면 및 적어도 하나의 절삭 모서리를 갖는 상부 주요면으로 구성되는 절삭 삽입체(12)와, 하나의 주요면으로부터 다른 주요면까지 상기 삽입체를 통해 뻗어 있는 관통 구멍과, 상기 관통 구멍을 통해 삽입가능하고 상기 삽입체를 상기 홀더에 분리가능하게 고착시키고 상기 삽입체를 상기 관통 구멍으로부터 상기 핀을 완전하게 분리시키지 않고 상기 포켓으로부터 분리될 수 있고 그 위에 장착될 수 있도록 하는 상기 관통 구멍을 통해 삽입가능하고 상기 관통 구멍에 고착가능한 나사형 체결핀(18)으로 구성된다.

핀(18)은 헤드(20)와 웨이스트(21)와 제1 원추부(22)와 나사부(23)로 구성되는데, 도1, 도2A 및 도2B로부터 잘 표현된다. 이들 핀의 부분은 무부하 상태에서 공통 중심축(CL1)을 갖는다. 헤드(20)는 대체로 약간 원추형이고 반경 R1에 의해 제2 원추부(24)에 연결한다. 제2 원추부(24)는 40°내지 70°의 간격으로 놓이고 바람직하게는 60°정도의 각도인 예각(α)에 의해 형성된다. 원추부(24)의 다른 쪽은 반경 R2에 의해 웨이스트(21)에 계속 연결한다. 반경 R2는 반경 R1보다 크고 0.2 mm의 크기이다. 반경 R1은 헤드의 외피면을 최대화시키기 위해 작게 선택되지만 반경 R2는 강도 상의 이유 때문에 R1보다 크게 선택된다. 웨이스트(21)는 공지된 방식으로 뜻하지 않은 무부하에 대해서 심(13)을 안전하게 보호하기 위해 제공된 방사상 돌출 플랜지(25)를 향하는 방향으로 단면적을 약간 증가시킨다. 웨이스트와 플랜지 사이의 전이(transition)는, 사용 중에 상대적으로 큰 응력이 핀의 이 구역에 영향을 미치기 때문에, 반경 R2보다 적어도 4배 큰 반경 R3을 가진 오목부로 형성된다. 플랜지는, 제1 원추부(22)로 연결되는 원통부(26)에 계속 연결된다. 제1 원추부(22)는, 삽입체를 장착하는 동안 핀이 신속히 기울어지게 하기 위하여 40°내지 70°의 간격으로 놓이고 바람직하게는 60°의 각도인 예각(β)에 의해 형성된다. 제1 원추부(22)는 중심축(CL1)과 제1 예각(β/2)을 이룬다. 제1 원추부는 제2 웨이스트(27)를 경유하여 나사부(23)에 연결된다. 나사형 보링(17)과 결합에도 불구하고 기울어지게 하기 위해 나사부(23)는 부분적으로 구형으로 형성된다. 핀의 상부 및 하부 자유 단부면에는 키 파지부가 제공된다. 핀의 전체 길이는 L로 표시되고, 핀의 전체 길이의 약 8% 내지 12%, 바람직하게는 약 10%가 헤드(20)의 높이(h)를 구성하고 약 4%가 원추부(24)의 축방향 치수(c)를 구성하는 반면에 플랜지(25) 쪽 웨이스트(21)의 길이(w)는 길이(L)의 24% 내지 32%, 바람직하게는 약 28%를 구성한다. 상기 치수 L, h, c 및 w는 중심축(CL1)과 평행하게 측정한 것이다.

홀더(11)에서, 보링(17)은 보링의 나사부(17)에 핀을 조일 때 핀에 의해서 지지면을 향하는 방향으로 절삭 삽입체를 변위시키도록 제공된 원추형 리세스(28A)로 구성된다. 리세스(28A)는 핀의 원추면(22)에 적합한 한정된 일측면 접촉면(28)을 형성하기 위하여 공지된 방식으로 변위된 중심선(CL2)을 갖는다. 접촉면(28)은 지지면(15, 16)과 대면한다. 리세스(28A)는 가능한 한 기부면(14)에 근접하는 접점을 얻기 위하여 40°내지 70°의 간격으로 놓이고 바람직하게는 60°의 각도인 예각(ε)에 의해 형성된다. 각도(ε)는 결과적으로 각도(β)보다 커야 한다.

심(13)은 다각형이고 관련된 절삭 삽입체와 동일한 기본 형상을 갖고 핀(18)을 수용하기 위한 중심 홀을 갖는다. 홀은 핀 상의 플랜지(25)와 협력하도록 제공된 견부(shoulder)로 구성된다. 견부의 가장 작은 직경은 플랜지(25)의 가장 큰 직경보다 작아서, 심은 예를 들어 삽입체 교환 동안 홀더로부터 느슨해지지 않을 수 있다. 절삭 삽입체(12A)는 도2a 및 도2b에 따르는 실시예에서 네가티브 기본 형상, 즉 제2 형태를 갖는다. 이것은 절삭 삽입체의 주요면이 그 측면에 수직인 것을 의미한다. 절삭 삽입체는 대체로 원통형 홀(19A)을 갖는다.

도3에서, 포지티브 기본 형상, 즉 제1 형태를 갖는 절삭 삽입체가 도시되고, 여기에서 절삭 삽입체의 상부 주요면은 그 측면과 예각을 형성한다. 절삭 삽입체의 홀(19B)은 형상화되어 있고 원통형 하부(30)와, 원추부(31)와 방사상으로 더 큰 원통부(32)로 구성된다. 원추부(31)는 40°내지 70°의 간격으로 놓이고 바람직하게는 60°의 각도, 즉 상술된 각도(α, β) 만큼 큰 예각에 의해 형성된다. 이러한 형태의 프로파일 홀은 네가티브 삽입체 형상으로도 사용될 수 있고 절삭 삽입체(12C)의 홀(19C)은 도8에 도시된 것과 같이 이중 프로파일일 수 있다. 절삭 삽입체가 체결 시에 지지면(15, 16) 상에 올려지기 때문에 현 형태의 체결핀과 조립 시에 포지티브 삽입체 형상으로는 순수 원통형 홀을 사용할 수 없다.

도2a, 도2b, 도5a 내지 도5c에 따르면, 홀더에 네가티브 절삭 삽입체를 장착시킬 때, 절삭 삽입체(12A)는 홀(19A)이 핀의 헤드(2) 및 웨이스트(21)의 주요부를 점유하도록 핀 위로 가져온다. 이 상태에서 심(13)이 이미 알려진 방식으로 장착되고 협력 치형들을 서로 완전하게 결합시키고 핀의 중심축(CL1)이 보링(17)의 중심축(CL)과 대체로 일치하는 것을 이해해야 한다. 후속적으로, 핀은 원추면(22, 28)이 서로에 대해 접하도록 몇몇 적합한 공구로 키 파지부를 경유하여 회전된다. 핀은 헤드(20)의 원통형 외피면이 도5B에 따라 절삭 삽입체의 원통형 보어벽에 대해 접하도록 나사를 조이는 동안 기울어진다. 이에 의해서, 절삭 삽입체는 그 측면이 각각의 지지면(15, 16)과 결합할 때까지 변위된다. 핀이 기울어지는 최대 1°의 각도 변경뿐만 아니라 지지면에 수반되는 탄성 변형과 핀에 수반되는 소성 변형을 보상하기 위하여, 헤드는 중심축(CL1)에 대해 약 1°내지 2°의 각도(μ)를 이루고 기부면(14)으로부터 떨어져 대면하는 정점을 갖는 원추형으로 제작되어, 절삭 삽입체의 전방 모서리의 들어올려짐을 방지한다. 이에 의해서, 도5B에서 중간 위치가 도시된 바와 같이 접촉선 또는 접촉 영역이 단지 반경부(R1)에서 접촉 점 대신에 헤드와 홀 사이에서 얻어지는데, 이것이 제1 접촉 위치를 가리킨다. 도5a 및 도5c에 따르는 위치는 핀의 회전 시에 약 4분의 3 회전만큼 분리되어 마지막 8분의 1회전은 도5c에 따라 상기 접촉선 또는 접촉 영역을 형성한다.

도3, 도6a 및 도6b에 따라 절삭 삽입체가 장착될 때, 절삭 삽입체(12B/12C)는 상술된 방식으로 핀 위로 오게되어 홀(19B/19C)이 핀의 헤드(20)와 웨이스트(21)의 주요부를 점유하게 된다. 연속적으로, 핀은 원추면(22, 28)이 서로에 대해 접하도록 회전된다. 나사를 더욱 조이면, 핀은 전체적으로 약 3°정도 각도가 변경되면서 기울어져서 다른 원추부(24)가 홀(19B/19c)의 원추부(31)와 결합하는데, 이것이 제2 접촉 위치를 가리킨다. 이에 의해서, 절삭 삽입체는 그 측면이 실제 삽입체 형상용으로 구성된 지지면과 결합할 때까지 변위된다. 또한, 나사를 내측으로 더 조이면 핀이 도3 및 도6b에 도시된 바와 같이 절삭 삽입체의 위치는 더 이상 변경되지 않으면서 탄성적으로 예비 응력을 받게된다. 이 위치에서, 절삭 삽입체는 안전한 방식으로 지지된다.

또한, 관련 부품(participating component)의 공차는 웨이스트(21)가 도7에 도시된 것과 같이 삽입체 홀에 대해 접하도록 구성할 수도 있다. 이에 따르면, 두 개의 접촉 위치가 핀과 삽입체 홀 사이에서 발생되어 절삭 삽입체에 대해 계속적인 체결력을 제공한다. 웨이스트가 헤드를 향하는 방향으로 약 3°인 약간의 원추형이므로, 웨이스트(21)의 외피면은 절삭 삽입체 내의 원통형 보어벽(30)에 대하여 선 부분을 따라 접하는데, 이것이 제3 접촉 위치를 가리킨다. 웨이스트(21)의 외피면이 절삭 삽입체의 원통형 보어벽(30)에 대하여 선 부분을 따라 접하는 경우 사용자는 핀의 비틀림 저항이 갑작스럽게 증가하는 것을 경험하게 되는데, 이것은 핀이 충분히 조여지고 있다는 것을 나타낸다. 도7에 따르는 위치에서, 핀은 1회전 중 약 3/4 회전하게되었고, 그 마지막 8분의 1회전은 상기 선 접촉을 형성한다.

본 발명의 기본 개념은 절삭 삽입체(12)를 제거하지 않고도 즉, 체결핀이 신속 작동 형식으로 구성되어 홀더 본체로부터 체결핀(18)을 제거하지 않고 장착/분리될 수 있다는 것이다. 사실상, 체결핀의 제한된 축방향 변위는 절삭 삽입체(12)가 장착/분리되게 할 필요가 있다. 따라서, 핀(18)은 지지면(15, 16)으로부터 멀어지는 방향으로 핀을 조이는 동안 헤드(20)와 웨이스트(21)를 만곡시킴으로써 직선 원통형 홀을 갖는 절삭 삽입체와 프로파일 홀을 갖는 절삭 삽입체를 모두 체결할 수 있게 되어 헤드와 웨이스트 사이의 원추부(24)가 삽입체 홀(19A, 19C)의 원추부(31)와 협력하면서도 헤드만이 원통형 삽입체 홀과 협력하게 된다. 이것은 사용자가 하나의 홀더에 다수의 상이한 절삭 형상체를 사용하는 것이 가능하다는 것을 의미한다.

Claims (10)

1. 홀더(11)와, 관통 구멍을 구비하고 홀더의 삽입체 포켓 내의 기부면(14)과 지지면(15, 16)에 대해 접하도록 제공된 절삭 삽입체(12A, 12B, 12C)로 구성되고, 상기 홀더는 삽입체의 홀로 돌출하는 나사가 형성된 체결핀을 수용하는 보링(17)을 구비하고, 상기 핀은 헤드(20)와 웨이스트(21)와 원추부(22)와 나사부(23)로 구성되고, 상기 핀의 각 부분들은 무부하 상태에서 공통 중심축(CL1)을 갖고, 상기 핀은 신속 작동식으로 구성되고, 절삭 삽입체(12A, 12B, 12C)는 홀이 핀의 헤드(20)의 대부분을 수용하도록 핀 상으로 이동되고, 상기 보링(17)은 핀을 보어의 나사부에 조일 때 핀을 거쳐 지지면을 향하는 방향으로 절삭 삽입체를 변위시키도록 제공된 원추형 리세스(28A)를 포함하는 칩 제거용 공구에 있어서,

   핀(18)은 직선 원통형 홀(19A)을 구비한 절삭 삽입체(12A)뿐만 아니라 삽입체 포켓 내에 프로파일 홀(19B, 19C)을 구비한 절삭 삽입체(12B, 12C)까지도 모두 체결할 수 있도록 되어 있어서 지지면(15, 16)으로부터 멀어지는 방향으로 핀의 마지막 조임 단계에서 적어도 헤드(20)를 탄성적으로 만곡시키도록 되어 있고,

   헤드와 웨이스트 사이의 적어도 하나의 원추부(24)는 제1 형태의 절삭 삽입체(12B, 12C) 내의 프로파일 홀(19B, 19C)과 협력하고 헤드는 제2 형태의 절삭 삽입체(12A) 내의 원통형 삽입체 홀(19A)과 협력하는 것을 특징으로 하는 공구.
2. 제1항에 있어서, 높이 방향으로 격리된 두개 또는 세개의 가능한 접촉 위치를 포함하며, 이들 접촉 위치는 핀의 헤드(20)와 다른 형태의 절삭 삽입체(12A) 사이의 제1 접촉 위치와, 원추부(24)와 제1 형태의 절삭 삽입체(12B, 12C) 사이의 제2 접촉 위치 또는 이들 두 개의 접촉 위치 이외에 웨이스트(21)와 제1 형태의 절삭 삽입체(12B, 12C) 사이의 제3 접촉 위치로 이루어지고,

   상기 접촉 위치들이 기부면(14)을 향하는 방향으로 연속적으로 위치되는 것을 특징으로 하는 공구.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 헤드는 장착될 때 제1 접촉 위치에서 접촉선 또는 면 접촉을 얻기 위하여 원추형이고, 기부면(14)으로부터 떨어져 지향된 정점을 갖는 원뿔은 중심축(CL1)에 대해 약 1°내지 2°의 예각(μ)에 의해 한정되는 것을 특징으로 하는 공구.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 핀(18)과 홀더(11)의 보어(17)는 체결핀의 중심선(CL1)과 제1 예각(β/2)을 형성하는 제1 접촉면(22, 28)으로 구성되고, 상기 제1 예각은 20°내지 35°바람직하게는 약 30°이고 제2 접촉 위치는 체결핀의 중심선(CL1)과 유사한 예각(α/2)을 형성하는 것을 특징으로 하는 공구.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 헤드(20)는 핀의 전체 길이(L)의 8 내지 12 %의 간격, 바람직하게는 약 10 %의 간격으로 놓이는 축길이 연장부(h)를 갖는 것을 특징으로 하는 공구.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 핀(18)은 홀이 제공된 심(13)을 보유하도록 제공된 플랜지(25)로 구성되고, 상기 심은 기부면(14)을 포함하고, 상기 심은 절삭 삽입체와 홀더 사이에 제공되는 것을 특징으로 하는 공구.
7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 핀의 전체 길이(L)의 약 4 %는 원추부(24)의 축방향 연장부(c)에 의해 구성되는 반면에 웨이스트(21)부터 플랜지(25)까지의 길이(w)는 길이(L)의 약 24 내지 32 % 바람직하게는 28 %에 달하는 것을 특징으로 하는 공구.
8. 헤드(20)와, 웨이스트(21)와, 원추형 원추부(22)와, 나사부(23)를 포함하고, 이 부분들이 무부하 상태인 공통 중심축(CL1)을 갖도록 된 제1항에 기재된 형태의 절삭 공구를 위한 체결핀에 있어서,

   상기 핀(18)은 핀의 헤드(20)에 있는 제1 접촉 위치와, 원추부(24)에 있는 제2 접촉 위치 이들 두 접촉 위치 이외에 웨이스트(21)에 있는 제3 접촉 위치로 이루어지는 서로로부터 높이 방향으로 분리된 두개 또는 세개의 가능한 절삭 삽입체와의 접촉 위치를 포함하고, 상기 접촉 위치들이 나사부(23)를 향하는 방향으로 연속적으로 위치되고 핀은 수동 상태로부터 작동 상태까지 약 4분의 3회전만큼 회전될 수 있도록 제공되는 것을 특징으로 하는 체결핀.
9. 제8항에 있어서, 헤드(20)는 핀의 전체 길이(L)의 8 내지 12 %의 간격, 바람직하게는 약 10 %의 간격 내에 배치된 축방향 연장부(h)를 갖는 것을 특징으로 하는 체결핀.
10. 제8항 또는 제9항에 있어서, 핀(18)은 핀의 가장 큰 직경을 형성하는 플랜지(25)를 포함하고, 핀의 전체 길이(L)의 약 4 %는 원추부(24)의 축길이 연장부(c)에 의해 구성되는 반면에 웨이스트(21)로부터 플랜지(25)까지의 길이(w)는 핀의 총길이(L)의 약 24 내지 32 %, 바람직하게는 28 %로 구성되는 것을 특징으로 하는 체결핀.