KR100503180B1 - 칩 제거 가공용 공구 - Google Patents

Abstract

본 발명은 칩 제거 가공용 공구, 공구 본체 및 공구 팁에 관한 것으로, 공구는 바람직하게는 작업시 공구의 종방향 회전축을 따라 회전한다. 공구는 공구 본체(12), 공구 팁(10) 및 풀 로드를 포함하고, 서로 분리 가능한 공구 본체의 정면과 공구 팁의 단부면이 제공된다. 공구 본체는 자루 부분(40)을 가진다. 공구 팁은 사출성형 초경합금으로 제작되고, 공구 팁은 보유 수단과 협동하는 중앙 블라인드 구멍(14)과 적어도 하나의 절삭날(19)을 포함한다. 블라인드 구멍과 절삭날은 공구 팁(10)과 일체형이다. 절삭날은 공구 외주연으로부터 공구 회전축(22)의 영역까지 연장된다. 정면(24)과 단부면(16)은 가공 동안에 발생하는 절삭력을 자루 부분을 향해 실질적으로 전달하기만 하도록 제공된 협동하는 립(30)과 리세스(26)를 포함한다. 협동하는 립(30)과 리세스(26)는 대체로 X자형이다.

Description

칩 제거 가공용 공구{Tool for chip removing machining}

본 발명은 공구 본체, 공구 팁 및 보유 수단을 포함하는 회전식 칩 제거 가공용 공구에 관한 것이다. 서로 분리 가능하게 대면하는 공구 본체의 정면과 공구 팁의 단부면이 제공된다. 본체는 자루 부분(shank portion)을 가진다. 본 발명은 또한 별개의 공구 팁과 공구 본체에 관한 것이다.

여러 형태의 칩 제거 가공용 공구에 있어서, 교환 가능한 절삭날의 사용은 이미 공지되어 있다. 그러나 이러한 기술은 종축을 중심으로 회전하는 밀링과 드릴 작업 공구들에서, 강도상의 이유로 실용적인 측면의 한계를 가지고 있다.

독일 특허 공개 공보 제1 950 718호를 통해서 중앙 스크류에 의해 본체에 고정되는, 분리 가능한 공구 팁을 가진 공구가 이미 공지되어 있다. 공지된 공구는 립(lip)에 의해 드릴 작업 중 발생하는 토오크를 공구 본체에 전달한다. 이러한 공구는 스크류가 중앙 부분을 차지하고 스크류를 수용하기 위해 공구 팁의 초경합금(cemented carbide) 함량이 감소할 수밖에 없어 균열 생성이 증가하기 때문에 공구 팁이 중앙 절삭날을 갖지 못하는 등의 다수의 결점에 의해 손상을 받게 된다. 또한 이 공지된 공구는 협동 립과 리세스간의 접선방향 간극이 존재할 수밖에 없는 공차 문제가 발생하여, 이에 따라 팁이 가공 작업 개시시 공구 본체에 대하여 어느 정도 회전하게 된다.

도1은 본 발명에 따른 드릴 작업 공구의 측면도이다.

도2는 본 발명에 따른 공구 팁의 사시도이다.

도3A는 공구 팁의 측면도이다.

도3B는 도3A의 공구 팁 부분의 확대도이다.

도4는 공구 팁의 평면도이다.

도5는 공구 팁의 저면도이다.

도6은 도4의 선VI-VI을 따른 단면도이다.

도7A는 본 발명에 따른 공구 본체의 사시도이다.

도7B는 공구 본체 일부의 단면도이다.

본 발명의 목적중 하나는 공지된 기술에 따른 문제점을 배제하는, 교환 가능한 절삭날을 가진 밀링과 드릴 작업 공구의 설계를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 공구 팁이 삽입력 증가에 따라 클램핑력이 증가하도록 공구 본체와의 쐐기 협동을 가진, 바람직하게는 드릴과 밀링 작업용인 강성 공구를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 공구 팁을 쉽게 교환할 수 있는, 바람직하게는 드릴과 밀링 작업용인 강성 공구를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 사출성형 초경합금으로 제조된 공구와 공구 팁을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 공구 팁이 공구 본체의 마모 후에도 공구 본체에 대해 이동될 수 없는 공구와 공구 팁을 제공하는 것이다.

상기 및 다른 목적들은 도면을 참조하여 이후의 청구 범위에 한정된 바와 같이 공구, 공구 본체 그리고 공구 팁에 의해 달성된다.

도1에 도시된 본 발명에 따른 공구의 실시예는 공구 팁(10), 도시되지 않은 풀 로드(pull rod), 드릴 본체(12) 및 도시되지 않은 너트를 포함하는 소위 나선드릴(helix drill)이다.

공구 팁(10)에는 드릴 본체(12)로부터 멀리 대면하는 단부에, 적용 영역에 따라 다른 형상이 제공되는 적어도 하나의 절삭날(19)이 마련된다. 절삭날은 엔드 밀인 경우에는 대체적으로 직선이고 공구 팁의 종방향 중심축과 평행하지만, 볼 노우즈 엔드 밀인 경우에는 원형이다. 도면에서 공구 팁(10)의 전방 단부는 드릴 작업을 위한 절삭날(19)을 나타낸다. 공구의 형상과 적용 영역은 여러 방법으로 변경될 수 있다.

공구 팁(10)은 단단한 재료로 만들어지며, 바람직하게는 초경합금, 가장 바람직하게는 사출성형 초경합금이고, 두개의 상부 간극면(15)과 단부면(16) 및 이들과 결합하는 제1 만곡면(17) 및 제2 만곡면(18)을 포함한다(도2-6). 모든 표면과 관련 에지들은 같은 재료, 바람직하게는 사출성형 초경합금으로 만들어진다. 제2 만곡면 또는 칩 플루트(chip flute, 18)와 간극면(15) 사이의 교차선은, 바람직하게는 보강 모따기를 통해 주 절삭날(19)을 형성한다. 절삭날은 공구 외주연에서부터 공구 회전축(22) 영역까지 연장된다. 제1 만곡면(17)과 칩 플루트(18) 사이의 교차선은 부 절삭날(20)을 형성한다. 이와는 다르게 칩 플루트는 직선 칩 플루트를 지닌 드릴 본체에 적용될 수 있다. 공구 팁은 또한, 바람직하게는 공구 팁의 중심에 이르고, 공구 회전축(22)과 각을 형성하는 코어링 아웃(coring-out) 표면(21)을 포함한다(도6). 공구의 최대 직경은 부 절삭날(20)의 방사상 말단 지점들 사이의 직경 방향 거리에 의해 한정된다. 공구 팁의 높이는 공구 팁과 드릴 본체 사이의 연결부 상에서 칩에 의한 마모를 최소화하기 위해 상기 최대 직경과 대체로 동일하다. 단부면(16)의 최대 직경은 가공시 간극을 제공하기 위해 공구의 최대 직경보다 작은 것이 바람직하다. 회전축(22)과 대체적으로 평행한 플러싱 구멍(23)은 공구 팁을 통해 단부면(16)으로부터 각각의 상부 간극면(15) 내의 오리피스까지 이른다. 플러싱 구멍은 회전축(22)의 각각의 측면에서 회전축(22)과 교차하는 선(L) 상에 제공된다.

단부면(16)에는 서로 분리된 대체적으로 동일한 다수의 립(lip, 30)이 마련된다. 립(30)은 바람직하게는 4개이고 대략 X자를 형성하는 두 쌍의 립(30A, 30B)으로 구성되며, 각각의 쌍은 대략 회전축(22)과 직각인 선(L1) 및 선(L2)에 각각 배열된다(도5). 가상선(L1, L2)은 회전축(22)과 교차하고, 선(L)의 각각의 측면에서 연장된다. 선(L1)은 선(L)과 예각(α)을 형성하고, 선(L2)은 선(L1)과 예각(β)을 형성한다.

각각의 립(30)은 두개의 볼록한 측면(flank; 32A, 32B)과 연결되는 평평한 축방향 외부면(31)을 포함한다. 각 측면은 도3B의 단면도에 따라, 바람직하게는 립을 지나 방사상 및 축방향으로 마련된 중심에 의한 반경(R1)에 의해 정의된다. 반경(R1)은 약 1 내지 1.5 mm이다. 립(30A)은 장방형이고, 제1 만곡면 또는 외피면(17)으로부터 중앙홈 또는 블라인드 구멍(14)을 향하여 소정 거리만큼 방사상 내측으로 연장된다. 측면(32A, 32B)들 사이의 거리는 축방향의 외부면(31)을 향해 연속적으로 감소한다. 립은 높이(h)와 최대폭(w)을 갖는다. 높이(h)는 최대 1 mm이고, 폭(w)은 0.6 내지 2 mm이다. 립(30)의 개수는 간접적으로 공구 팁의 직경에 의존하며, 그 수는 2 내지 6 개까지 변동한다.

드릴 본체(12)를 향하는 공구 팁의 단부에는 비관통 구멍(14)과 도6의 실시예에서 도시된 나사홈(34) 및 입구면(35)을 포함한 단부면(16)이 구비된다.

공구 팁과 협동하는 풀 로드는 공구 팁에 대면하는 단부에 블라인드 구멍(14)과 협동하도록 된 나사 부분(36)을 가져야 한다. 작동 위치에서 나사홈(34)은 풀 로드의 나사 부분(36)과 협동한다. 키이 파지부(key grip)에 마련되는 원통형 너트(도시 않됨)와 협동하기 위해 풀 로드의 다른 단부에 추가의 외부 나사 부분이 배치되어야 한다.

도7A에 따라 드릴 본체에는 회전축(22)으로부터 대체적으로 일정한 거리에서 나선형 경로를 따른 드릴의 돌출 랜드를 따라 플러쉬 채널(23A)이 마련된다. 드릴 본체는 스크류형 칩 플루트(18A) 또는 직선 칩 플루트를 가지고, 이들은 본체 전체 또는 본체의 일부분을 따라 연장될 수 있다.

드릴 본체(12)에는 공구 팁에 대면하는 단부에 정면(24)이 마련되고, 상기 정면은 장착중 공구 팁(10)의 단부면에 근접하게 배치되지만, 바람직하게는 접촉하지 않는다. 정면의 최대 직경은 공구 팁의 최대 직경보다 작지만, 바람직하게는 공구 팁의 최소 직경과 같다. 중앙 채널(37)은 드릴 본체(12) 안에 마련된다. 채널(37)은 본체 전체를 따라 연장되고, 드릴 본체의 정면(24)의 중앙에서 종료한다.

정면에는 도7B의 단면도에서 대체로 V자형 또는 사다리꼴 통로로 표시되는, 다수의 서로 분리되고 동일한 리세스(26A, 26B)가 제공된다. 리세스는 장방형이고, 채널(37)과 교차하는 것을 제외하고는 기본적으로 정면 전체를 따라 연장된다. 각각의 리세스는 플러싱 구멍(23A)의 중심을 지나는 가상선과 예각을 형성한다. 리세스(26A, 26B)는 정면(24) 내에서 대략 X자를 형성하며, 가장 작은 협각인 예각(β)은 50°내지 70°이다. 각각의 리세스(26A, 26B)는 대체적으로 축(22)과 직각을 이루는 가상선(L1, L2)과 각각 일치한다. 가상선(L1, L2)은 축(22)과 교차하고, 예각(β)을 형성한다. 각각의 리세스(26)는 예리한 또는 둥근 전이부를 통해 바닥(27)과 연결되는 두 개의 측면(28A, 28B)을 가진다. 측면들은 서로 예각(ε)을 이룬다. 예각(ε)은 40°내지 80°, 바람직하게는 55°내지 60°범위 내이다. 정면(24)은 리세스(26)의 각각의 측면에 마련된다. 정면은 완만한 또는 각진 둔각의 내측 전이부를 통해 해당 측면과 연결된다. 공구 팁의 단부면의 형상에 의존하는 리세스(26)의 개수는 결과적으로 단부면이 가진 립 쌍들의 수와 동일하므로, 2 내지 6 개의 범위에서 선정된다. 리세스는 깊이(d₁)와 최대폭(z)을 가진다.

립 높이는 리세스(26) 깊이의 50 % 내지 95 %이고, 립의 최대폭(w)은 리세스의 최대폭(z)보다 크다. 이는 공구 본체 안에 공구 팁이 장착될 때 외부면(33A)과 바닥(27) 사이에 간격이 발생함을 의미한다. 이 간격에 의해 측면이 서로 맞물리게 되고, 바닥은 절삭 삽입체를 지지하지 않으므로 기울어짐이 방지된다. 이로써 정면(24) 위에도 상응하는 간격이 발생한다. 립과 리세스는 장착 상태에서, 삽입력 증가에 따라 마찰력 증가를 수반하는 다수의 쐐기 결합에 의한 연결부를 형성한다. 상기의 쐐기 효과에 따른 또다른 이점은 장착 시작과 연관해서 립과 리세스의 상호 어느 정도 경사진 위치를 허용함으로써, 지속적인 압축 상태에서 이들의 기하학적 형상에 의해 정확히 안내된다는 것이다. 연결부는 통상 드릴 작업 동안 가공된 구멍 안에 놓이도록 배치된다. 립 쌍과 리세스의 단부는 토오크의 최상의 전달을 위해 가능한 서로 멀리 떨어져야 한다.

드릴 본체(12)에 공구 팁(10)의 장착은 다음과 같이 이루어진다. 풀 로드는 풀 로드의 축방향 후방 단부와 연결된 너트가 접촉면에 맞닿을 때까지 드릴 본체(12)의 중앙 구멍(37)을 통해 넣어진다. 이로써 풀 로드의 전방 부분(36)은 정면(24)의 중앙으로부터 돌출하게 된다. 그리고 나서, 나사 부분(36)은 블라인드 구멍(14) 안으로 넣어지고, 공구 팁은 회전하여 풀 로드의 윗부분을 가리게 된다. 그리고 나서, 공구 팁의 립(30A, 30B)은 손으로 정면의 리세스들과 접촉하게 된다. 너트가 회전하는 동안 공구 팁(10)은 정면에 대해 확고하게 당겨져, 즉 도1에 따른 위치가 달성된다. 이 위치에서 간극(L3)이 상호간에 마련되기 때문에 단부면(16)은 정면(24)에 접촉하지 않을 것이다. 간격(L3)의 크기는 공구 본체와 연관되는 공구 팁의 기울어짐을 방지하기 위해 1/100 내지 10/100 mm이다. 공구 팁(10)은 이제 충분한 방법으로 드릴 본체(12)에 고정된다. 이 위치에서의 풀 로드는 대체로 가공된 구멍으로부터 공구가 적출되는 동안에는 공구 팁을 보유하지만, 립과 리세스는 칩 제거 가공에 의해 발생되는 힘과 토오크를 받게 된다. 그러나 풀 로드로부터의 힘은 적출시 공구 팁과 본체 사이의 연결부가 헐거워지는 것을 방지할 만큼 충분히 크다. 립과 리세스는 칩 플루트(18, 18A)와 교차하지 않는다.

이와 관련하여, 립/리세스의 조합과 공구 팁과 풀 로드 사이의 나사 결합은 세 가지 목적, 즉 드릴 본체에 공구 팁(10) 장착시 중심 위치(0.02 mm 미만의 실측 편차를 가짐)에 위치시키는 것과, 토오크를 전달하는 것과, 절삭 공구의 적용시 공구팁(10)을 항상 고정된 위치에 확고히 유지시키는 것을 제공한다는 것을 알아야 한다.

본 발명에 따른 드릴은 다량의 초경합금을 포함하고 방사상 및 축방향으로 풀 로드에서 부하를 제거한다.

립(30)과 리세스(26)는 장착 후 선형의 접촉면을 형성할 것이다. 립과 리세스의 접촉면은 대체로 공통 평면 내에 놓이게 된다. 프로파일의 높이는 공구팁 높이의 최대 20 %이다. 정면(24)과 단부면(16)의 주요 부분은 대체적으로 평평하기 때문에, 장착 위치에서 거리(L3)만큼 분리될 것이다. 공구 팁(10)은 풀 로드의 단부(36)가 나사에서 풀리는 경우, 즉 단부가 제1 축방향 전방 위치에서 제2 축방향 후방 위치로 이동될 경우에는 정면(24)과 분리 가능하게 연결되거나 분리될 수 있다.

공구 팁(10)을 교환할 경우에는 장착 과정을 역으로 수행하여, 공구 팁(10)을 드릴 본체(12)로부터 제거할 수 있고, 교환할 수 있다.

전술한 실시예는 클램핑력 또는 마찰력, 즉 본체에 대한 부품의 방사상 운동에 대한 저항력이 삽입력의 증가에 따라 증가하도록 공구 팁이 공구 본체와의 쐐기 협동을 갖는 것을 적용한다. 게다가 보유 수단은 드릴 작업중 삽입력과 동일한 방향으로 공구 팁에 영향을 주는데, 즉 풀 로드가 삽입력 작용과 동일한 방향인, 대개 축방향 후방으로 공구 팁을 당기게 된다.

협동 립과 리세스의 기하학적 형상은 청구 범위의 범주로부터 벗어나지 않고 본 발명의 정신 안에서 변동될 수 있음을 알아야 한다. 따라서 기하학적 형상은, 예를 들어 양쪽 협동면이 사다리꼴 모양일 경우와 같은 대부분의 종래의 나사들의 단면(그러나 최대 95 %의 중첩각을 가짐)을 취할 수 있다. 본 발명은 밀링 커터에도 사용할 수 있다. 공구 팁은 예를 들어 Al₂O₃, TiN 및 TiCN의 층으로 코팅되는 것이 바람직하다. 어떤 경우에는 절삭날을 PCD와 같은 초경재료로 피복하는 것을 자주 발견할 수 있다.

중앙 풀 로드 외에 다른 클램핑 방법의 사용도 가능하다. 예를 들어 회전축에 수직으로 이동 가능하고 풀 로드에 작용하는 쐐기에 의해 공구 팁을 유지할 수 있다.

게다가 전술된 실시예는 종방향축 또는 공작물 중심축에 대하여 회전하는 공구에 관한 것이며, 보유 수단이 공구와 함께 회전한다는 것을 주목해야 한다. 실시예는 또한 회전하는 공작물과 조합되는 경우에는 정지되어서도 사용될 수 있다.

본 발명은 전술된 실시예에 제한되지 않고, 첨부된 청구 범위 안에서 자유롭게 변화될 수 있다.

Claims (10)

1. 정면(24)을 갖고 자루 부분(40)과 회전축(22)을 가지는 공구 본체(12), 단부면(16)을 갖는 공구 팁(10) 그리고 보유 수단(36)을 포함하고, 상기 정면 및 단부면들이 장착 위치에서 서로 대면하는, 공작물에 대한 회전식 칩 제거 가공용 공구에 있어서,

   공구 팁은 초경합금으로 이루어지고, 공구 팁은 보유 수단(36)과 협동하는 중앙 블라인드 구멍(14)과 적어도 하나의 절삭날(19)을 포함하고, 상기 블라인드 구멍과 절삭날은 공구 팁(10)과 일체형이고, 상기 절삭날은 공구의 외주연으로부터 공구의 회전축(22) 영역까지 연장되고,

   정면(24)과 단부면(16)은 가공 동안에 자루 부분을 향해 절삭력을 실질적으로 전달하기만 하도록 제공된 협동하는 립(30)과 리세스(26)를 포함하고, 립(30)과 리세스(26)는 서로 예각(β)을 형성하는 가상선(L1, L2) 상에 배열되는 것을 특징으로 하는 회전식 칩 제거 가공용 공구.
2. 제1항에 있어서, 협동하는 립(30)과 리세스(26)는 상호 쐐기 협동을 위해, 회전축(22)의 방사상 외측에 마련되는 적어도 두 쌍의 립(30A, 30B)과 적어도 두 개의 리세스(26A, 26B)로 구성되는 것을 특징으로 하는 회전식 칩 제거 가공용 공구.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 립(30A, 30B)과 리세스(26A, 26B)는 선형의 접촉면을 형성하고, 정면(24)과 단부면(16)의 대부분은 대체로 평평하고 장착 위치에서 소정 거리(L3)만큼 분리되는 것을 특징으로 하는 회전식 칩 제거 가공용 공구.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 공구는 길이가 길고, 공구 팁(10)은 보유 수단이 제1 축방향 위치로부터 제2 축방향 위치로 이동할 경우에 정면(24)에 분리 가능하게 연결되거나 정면으로부터 제거되도록 제공되는 것을 특징으로 하는 회전식 칩 제거 가공용 공구.
5. 제4항에 있어서, 립은 단부면(16) 직경의 일부분을 따라 연장되는 쐐기형 립(30)에 의해서 형성되고, 리세스는 공구 본체의 실질적으로 전체 측면 방향을 따라 연장되는 쐐기형 리세스(26)에 의해 형성되고, 플러쉬 채널(23, 23A)은 중앙 구멍(14, 37)의 방사상 외측에 마련되는 것을 특징으로 하는 회전식 칩 제거 가공용 공구.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 간극(P)은 립의 외부면(31)과 리세스의 바닥(27) 사이에 마련되고, 각각의 립은 단면이 절두 탄도 형태를 나타내고, 리세스는 단면이 대체로 사다리꼴 통로를 나타내며, 립 높이(h)는 리세스 깊이(d)의 50 % 내지 95 %이고, 협동하는 리세스와 립 쌍의 수는 동일한, 즉 2 내지 6 개를 가지는 것을 특징으로 하는 회전식 칩 제거 가공용 공구.
7. 원형의 기본 형상과, 공구 팁(10)과 일체형인 적어도 하나의 절삭날(19)을 가지고, 립(30A, 30B)을 포함하는 단부면(16)이 절삭날로부터 멀리 대면되는 단부에 마련되고, 회전축(22)을 가지는 회전식 칩 제거 가공용 공구 팁에 있어서,

   공구 팁은 초경합금으로 이루어지고, 공구 팁은 보유 수단과 협동하는 중앙의 블라인드 구멍(14)과 적어도 하나의 절삭날(19)을 포함하고, 상기 블라인드 구멍과 절삭날은 공구 팁(10)과 일체형이고, 상기 절삭날은 공구의 외주연으로부터 공구의 회전축(22) 영역까지 연장되고,

   공구 팁의 단부면(16)은 측면(32A, 32B)이 절삭 삽입체의 하부 지지면을 구성하도록 된 립(30)을 포함하고, 립(30)은 서로 예각(β)을 형성하는 가상선(L1, L2) 상에 배열되는 것을 특징으로 하는 회전식 칩 제거 가공용 공구 팁.
8. 제7항에 있어서, 립은 측면(32A, 32B)이 볼록한 립(30)의 형태로 형성되고, 상기 립은 단부면의 일부분을 따라 연장되고 블라인드 구멍(14)으로부터 이격되어 배열되며 공구의 회전축(22)과 동심이고, 블라인드 구멍은 나사 부분(34)을 포함하는 것을 특징으로 하는 회전식 칩 제거 가공용 공구 팁.
9. 자루 부분(40), 칩 플루트(23, 23A), 정면(24) 및 보유 수단을 포함하고, 중앙축(22)을 가지는 회전식 칩 제거 가공용 공구 본체에 있어서,

   정면(24)은 리세스(26A, 26B)를 가지고, 상기 리세스는 공구 본체의 지지 수단만을 구성하도록 마련되고, 정면(24)은 보유 수단의 자유 단부가 돌출되어 나오는 중앙홈을 가지고, 보유 수단의 자유 돌출 단부면은 나사가 형성되어 있고, 리세스(26)는 서로 예각(β)을 형성하는 가상선(L1, L2) 상에 배열되는 것을 특징으로 하는 회전식 칩 제거 가공용 공구 본체.
10. 제9항에 있어서, 리세스는 대체로 단면이 V자형이나 사다리꼴 통로인 리세스(26A, 26B)로 구성되는 것을 특징으로 하는 회전식 칩 제거 가공용 공구 본체.