KR100862672B1 - 공구 홀더 조립체 - Google Patents

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KR100862672B1
KR100862672B1 KR1020067025831A KR20067025831A KR100862672B1 KR 100862672 B1 KR100862672 B1 KR 100862672B1 KR 1020067025831 A KR1020067025831 A KR 1020067025831A KR 20067025831 A KR20067025831 A KR 20067025831A KR 100862672 B1 KR100862672 B1 KR 100862672B1
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로버트 에이. 에릭슨
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케나메탈 아이엔씨.
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Abstract

공구 홀더(16)를 공구 홀더 조립체 안의 선택된 반경 방향 위치에 해제 가능하게 유지시키기 위한 공구 홀더 조립체(10)가 개시된다. 공구 홀더 조립체는 공구 지지용 부재(12), 작동 볼트(20) 및 작동 센터링 너트(75)를 구비한다. 잠금 방향으로 작동 볼트(20)를 회전시키는 것은 공구 지지용 부재내에 있는 구멍(14)의 반경 방향 축에 대하여 작동 센터링 너트(75), 작동 볼트 및 공구 홀더의 중심을 잡는다.

Description

공구 홀더 조립체{Toolholder assembly}
본 발명은 기계 가공 작업을 위한 공구에 관한 것이며, 보다 상세하게는, 기계 가공 작업 동안에 공구 홀더 조립체에서 선택된 반경 방향 위치에 공구 홀더를 정확하게 유지하기 위한 공구 홀더 조립체에 관한 것이다.
제조 환경에서 기계 공구의 휴지(休止) 시간을 최소화하는 것은 제조 설비의 성공에 중요하다. 역사적으로, 그러한 휴지 시간에 주로 기여하는 것들 중의 하나는 기계 공구에 의해 이용되었던 손상되거나 또는 마모된 절삭 공구들을 교환하는데 필요한 시간이었다. 절삭 공구는 공구 홀더에 의해 유지되는데, 공구 홀더는 통상적으로 기계 공구에 고정된 공구 지지용 부재 안에 장착된다. 절삭 공구가 교체되어야만 할 때, 절삭 공구를 가지는 전체 공구 홀더가 스핀들(spindle)로부터 제거된다. 공구 교환 과정을 신속히 수행하도록 스핀들에 공구 홀더를 신속하게 연결하고 연결 해제시키는 다수의 결합구가 설계되었다. 그러한 장치들중 하나는 미국 특허 제 4,736,659 호 "공구 홀더 섕크를 유지하기 위한 공구 홀더 조립체(Toolholder assembly for Holding a Toolholder Shank)"에 설명되어 있다. 이러한 특허는 본 출원인의 양수인이 소유한 것으로서 본원 발명에 참조로서 포함된다. 상기 특허에 설명된 공구 홀더 조립체는 2 개의 잠금 볼(locking ball)들을 이용하 는데, 잠금 볼들은 공구 홀더의 섕크상의 구멍들에 맞물리도록 공구 지지용 부재내에서 반경상 외측으로 강제된다. 이러한 배치는 효율적이고, 짧은 시간내에 공구 홀더가 공구 지지용 부재로부터 제거되거나 또는 그에 고정될 수 있게 하지만, 이러한 장치의 설계는 1 인치 또는 그 미만의 폭을 가진 공구 홀더에 적용되는 것을 제한할 수 있다. 많은 산업상의 적용예들은 훨씬 작은 공구 홀더상에 장착되어야만 하는 절삭 공구의 이용을 필요로 하기 때문에, 1 인치보다 작은 폭을 가지고 설계될 수 있는 공구 홀더를 위한 급속 교환 공구 홀더 시스템에 대한 필요성이 존재한다.
그러한 시스템은 집약적인 설계를 가져야할 뿐만 아니라, 기계 공구의 작업자가 실제적으로 이용할 수 있는 효율적인 방식으로 공구 홀더 지지용 부재에 공구 홀더를 신속하게 연결하고 그로부터 연결 분리하는 것을 제공하여야만 한다.
적절한 집약적인 설계의 예는 미국 특허 제 6,270,293 호 및 제 6,415,696 호에 설명되어 있으며, 본원에 참고로서 포함된다. 상기 문헌에 설명된 설계는 섕크 클램핑 구성부, 구멍과 포켓 안에 각각 유지된 잠금 스크류 및 잠금 센터링 너트를 포함한다. 구성부들은 약간의 간극을 가지고 공구 지지용 부재 안으로 끼워진다. 공구 홀더가 공구 지지용 부재 안으로 클램프되었을 때, 공구 홀더는 공구 지지용 부재의 중심 반경 방향 축과 반경상으로 정렬되는 것이 바람직스럽다. 그러나, 공구 홀더에 의해 경험되는 절삭 부하 및 다양한 구성부들 사이의 약간의 제조 공차에 기인하여, 공구 지지용 부재의 중심선에 대한 공구 홀더의 반경 방향 위치는 변화될 수 있다.
본 발명은 향상된 급속 교환 공구 시스템으로서 공구 지지용 부재에 대한 공구 홀더의 반경 방향 위치를 향상되게 한다.
본 발명은 공구 지지용 부재를 구비하는 공구 홀더 조립체에 관한 것으로서, 공구 홀더 조립체는 공구 홀더를 해제 가능하게 유지하고 공구 지지용 부재에 대하여 공구 홀더의 향상된 반경 방향 위치를 제공한다. 공구 홀더 조립체는 공구 지지용 부재, 작동 볼트(actuating bolt) 및, 작동 센터링 너트(actuating centering nut)를 구비한다. 공구 지지용 부재는 전방으로 향하는 표면과, 길이 방향 축을 따른 구멍 및, 반경 방향 축(R1)을 따른 통로를 구비한다. 통로는 공구 지지용 부재를 통해 연장되고, 구멍은 통로 및 전방으로 향하는 표면과 교차되며 공구 홀더를 수용하도록 전방으로 향하는 표면으로부터 후방으로 연장된다. 통로는 제 1 통공과 제 2 통공을 가지는데, 제 1 통공과 제 2 통공은 적어도 2 개의 전방 벽 표면들을 구비한다. 작동 볼트는 통로 안에 위치되고, 볼트 잠금 구획부가 측부 표면 및 볼트 잠금 표면을 가지는 제 1 단부를 가진다. 작동 센터링 너트는 공구 지지용 부재 안에 회전 가능하게 고정되고 그에 의해서 작동 볼트의 제 2 단부에 나사 고정된다. 작동 센터링 너트는 2 개의 측부 표면을 구비한 센터링 너트 잠금 표면을 가진 센터링 너트 잠금 구획부(centering nut locking segment)를 가진다. 잠금 방향으로의 작동 볼트의 회전은 작동 센터링 너트가 볼트 제 1 단부로 당겨지게 하여 적어도 전방 벽 표면들과 작동 볼트 측부 표면과 센터링 너트 측부 표면들이 반경 방향 선(R1)으로부터 등거리인 반경 방향 선(R1)의 각각의 측부에서 적어도 단일의 점 접촉(single point contact)으로 맞물리게 하여 구멍의 반경 방향 축에 대하여 작동 센터링 너트와 작동 볼트와 공구 홀더가 중심을 잡게 한다.
본 발명의 다른 특징들 및 장점들 뿐만 아니라 상기에 설명된 바도 첨부된 도면을 참조하여 상세한 설명을 고려함으로써 명백해질 것이다.
도 1 은 본 발명에 따른 공구 홀더 조립체의 사시도이다.
도 2 는 기계 공구상의 슬롯(slot) 안에 장착된 본 발명에 따른 공구 홀더 조립체의 조립된 단면도이다.
도 3 은 작동 볼트와 작동 센터링 너트의 측면도이다.
도 4 는 작동 볼트의 사시도이다.
도 5 는 작동 볼트의 평면도이다.
도 6 은 작동 볼트의 측면도이다.
도 7 은 작동 센터링 너트의 사시도이다.
도 8 은 작동 센터링 너트의 평면도이다.
도 9 는 작동 센터링 너트의 평면도이다.
도 10 은 작동 센터링 너트의 측면도이다.
도 11 은 본 발명의 다른 구현예에 따른 작동 센터링 너트의 사시도이다.
도 12 는 도 11 의 작동 센터링 너트의 평면도이다.
도 13 은 도 11 의 작동 센터링 너트의 측면도이다.
도 14 는 도 11 의 작동 센터링 너트의 배면도이다.
도 15 는 작동 센터링 너트의 다른 구현예에 대한 측면도이다.
도 16 은 도 15 의 작동 센터링 너트의 저면도이다.
도 17 은 통로의 제 1 통공을 도시하는 공구 지지용 부재의 다른 구현예에 대한 평면도이다.
도 18 은 도 17 의 통로의 제 2 통공을 도시하는 공구 지지용 부재의 저면도이다.
도면을 참조하면, 동일한 참조 번호들은 동일한 요소들을 나타내며, 공구 홀더 조립체(10)가 도시되어 있다. 도면에 대한 설명에 있어서, "전방", "후방" 및 그와 유사한 용어는 편의상의 용어이며 청구된 발명으로부터 벗어나도록 용어를 제한하는 것으로 해석되어서는 아니된다는 점이 주목되어야 한다.
공구 홀더 조립체(10)는 공구 홀더(16)를 해제 가능하게 유지하도록 적합화된 구멍(14)을 가진 공구 지지용 부재(12)를 구비한다. 공구 지지용 부재(12)는 금속 절삭 기술 분야에서 잘 알려진 유형의 기계 공구(미도시)에 작동 가능하게 고정될 수 있다.
공구 홀더(16)는 통상적으로 그에 부착된 절삭 유니트를 가진 섕크(18)를 구비하는데, 절삭 유니트는 예를 들면 포켓(pocket) 안에 고정된 절삭 인서트이다. 여기에서 사용된 "공구 홀더"라는 용어는 절삭 공구를 공구 지지용 부재(12)에 고정시키도록 이용될 수 있는 그 어떤 구성이라도 포함할 수 있다는 점이 이해될 것이다. 공구 홀더의 예에 대한 보다 상세한 설명은 미국 특허 제 6,270,293 호 및 제 6,415,696 호를 참조할 수 있으며, 이들은 본원에 참조로서 포함된다.
공구 홀더(16)의 섕크(18) 및 공구 지지용 부재(12)의 구멍(14)은 다수의 상이한 형상일 수 있는데, 예를 들면 실린더형, 정사각형, 사각형, 삼각형, 바퀴형(trochoid)을 포함할 수 있으며, 상기 구멍은 이후에 상세하게 설명되는 작동 볼트(20)를 수용하기에 충분한 것이다. 공구 홀더(16)의 섕크(18)는 공구 지지용 부재(12)의 구멍(14) 안에 간섭 끼움(interference fit)될 수 있다.
도 1 및 도 2 에 도시된 바와 같이, 공구 지지용 부재(12)는 전방으로 향하는 표면과, 길이 방향 축(L)을 따른 구멍(14)을 구비한다. 전방으로 향하는 표면은 공구 홀더(16)의 대향되는 후방으로 맞닿는 표면과 짝을 이룰 수 있으며, 이들 표면들은 다른 형상들중에서도 원추 형태 또는 평탄한 형태 및 그와 유사한 것으로서 서로 짝을 이루어 접촉될 수 있다. 구멍(14)은 공구 홀더(16)의 섕크(18)를 수용하도록 전방으로 향하는 표면으로부터 뒤로 연장된다.
바람직한 구현예에 있어서, 작동 볼트(20)는 반경 방향 축(R1)을 따라서 공구 지지용 부재(12) 안에 위치되는데, 반경 방향 축은 공구 홀더(16)를 공구 지지용 부재(12) 안으로 잠그게 하거나 또는 공구 홀더를 공구 지지용 부재로부터 배출되게 하도록, 길이 방향 축(L)에 대하여 반경상에 있다. 여기에서 사용된 바로서 "잠금"이라는 용어는 작동 볼트가 공구 홀더와 잠기도록 하는 것을 지칭한다. 공구 홀더의 잠금과 배출에 대한 보다 상세한 설명은 미국 특허 제 6,270,293 호 및 제 6,415,696 호에 제공된다. 도면에 도시된 바와 같이, 작동 볼트(20)는 축(R1)을 따라서 공구 지지용 부재(12)를 통해 연장된 통로(22) 안에 위치된다. 통로(22)는 제 1 통공(24)과 제 2 통공(26)을 구비하며, 여기에서 제 2 통공은 제 1 통공에 직접적으로 반대 방향이다.
도 1 및 도 17을 참조하면, 공구 지지용 부재(12)의 제 1 통공(24)과 제 2 통공(26)의 전방 부분은 적어도 2 개의 전체적으로 수렴하는 벽 표면(24a,24b 및 26a,26b)를 각각 구비한다. 표면(24a,24b 및 26a,26b)들은 소망되는 바에 따라서 선형일 수 있거나(도 1) 또는 곡선일 수 있거나 (도 17 및 도 18), 또는 그것의 조합일 수 있다.
도 2 내지 도 6 에 도시된 바와 같이, 작동 볼트(20)는 제 1 단부(20a) 및 제 2 단부(20b)를 가진다. 제 1 단부(20a)에서 볼트 잠금 구획부(65)는 볼트 잠금 표면(70)을 가진다. 볼트 잠금 구획부(65)는 측부 표면(65a)을 가지는 전체적으로 실린더 형상이다. 작동 센터링 너트(actuating centering nut,75)(도 7 - 도 16)는 공구 지지용 부재(12) 안에 회전 가능하게 고정되고, 작동 볼트(20)의 제 2 단부(20b)에 나사로 고정된다. 작동 센터링 너트(75)는 센터링 너트 잠금 표면(85)을 가진 센터링 너트 잠금 구획부(80)를 가진다. 작동 센터링 너트(75)의 형상은 제 2 통공(26)에 의해서 형성된 공동에 일치한다. 도 7 내지 도 10 과 도 14 내지 도 16 에 도시된 바와 같이, 센터링 너트 잠금 표면(85)은 2 개의 전체적으로 수렴하는 측부 표면(85a,85b)을 구비한다. 측부 표면(85a,85b)들은 소망되는 바에 따라서 선형이거나, 곡선형이거나, 또는 그들의 조합일 수 있다.
바람직한 구현예에 있어서, 적어도 표면(24a,24b), 측부 표면(65a), 표면(26a,26b) 및 측부 표면(85a,85b)들은, 반경 방향의 선(R1)으로부터 등거리로써 반경 방향 선(R1)의 각각의 측부에 적어도 단일의 점 접촉으로 맞물리도록 구성된다. 작동 볼트(20)가 주어진 방향으로 회전될 때, 볼트 잠금 구획부(65) 및 회전 가능하게 고정된 작동 센터링 너트(75)는 제 1 통공(24)과 제 2 통공(26)에 대하여 각각 축방향에서 선형으로 전방을 향해 움직여서 구멍(14) 안에 중심을 잡게 될 것이라는 점이 이해될 것이다. 예를 들면, 잠금 방향에서의 작동 볼트(20)의 회전은, 도 1 의 시계 방향 회전에 의해, 작동 센터링 너트(75)가 볼트의 제 1 단부(22)를 향하여 당겨지게 하여 센터링 너트 잠금 표면(85) 및 볼트 잠금 표면(70)을 함께 당겨서 공구 홀더상에 잠금이 가능한 표면들을 맞물리게 함으로써, 작동 센터링 너트(75)의 볼트 잠금 구획부(65)와 측부 표면(85a,85b)들이 전방의 벽(24a,24 및 26a,26b)에 대하여 각각 밀게 하고, 작동 볼트(20)를 구멍(14)의 중심 반경 방향 축을 따라서 중심을 잡게 한다. 공구 홀더가 작동 볼트(20)와 맞물릴 때 작동 볼트(20)는 구멍(14)의 중앙 반경 방향 축을 따라서 중심을 잡기 때문에, 공구 홀더와 절삭 공구는 공구 지지용 부재(12)의 길이 방향 축(L)과 반경 방향 축(R1)에 대하여 중심을 잡게 된다.
작동 볼트(20)의 제 2 단부(20b)는 나선을 가지는데, 상기 나선은 작동 센터링 너트(75)를 통해 연장된 구멍의 내측 벽에 있는 나선과 짝을 이루어 맞물린다. 작동 볼트(20)는 공동(145)을 가진 작동 볼트 헤드(140)를 가지는데, 공동은 육각형으로서 작동 볼트(20)를 회전시키기 위한 공구를 수용하도록 볼트 헤드 안에 연장된다. 대안으로서, 작동 볼트(20)를 회전시키는 공구를 수용하는 그 어떤 구성이라도 허용될 수 있으며, 그러한 구성은 고정구를 설계하는 기술 분야에서 당업자에 게 잘 알려져 있다. 더욱이, 볼트를 회전시키는 대신에, 볼트는 회전 가능하게 고정될 있으며 작동 센터링 너트는 회전을 허용하도록 설계된 적절한 센터링 너트를 이용하여 회전될 수 있다.
도 1 및 도 2 는 공구 홀더를 공구 지지용 부재(12) 안에 고정시켜서 중심을 잡도록 잠금 위치에서 작동 볼트(20)와 작동 센터링 너트(75)를 도시한다. 지지용 부재(12)의 제 1 통공(24)과 제 2 통공(26)은 작동 볼트(20)와 작동 센터링 너트(75)에 측방향의 지지를 각각 제공하며, 반경 방향 축(R1)을 따라서 작동 센터링 너트(75)와 작동 볼트(20)의 제한된 운동을 허용한다. 작동 볼트(20)나 작동 센터링 너트(75)가 공구 지지용 부재(12)의 제 1 통공(24)이나 제 2 통공(26)에 나사 고정되지 않는다는 점이 주목되어야 한다. 이 때문에, 공구 홀더 조립체가 잠금 해제된 상태에 있을 때 발생할 수 있는 경우로서, 공구 홀더의 섕크가 공구 지지용 부재로부터 제거되었을 때, 작동 볼트(20)와 작동 너트(75)는 반경 방향(R1)을 따라서 자유롭게 움직인다. 이러한 운동을 허용함으로써, 공구 홀더가 공구 지지용 부재(12) 안에 위치되고 작동 볼트(20)가 잠금 방향으로 회전될 때, 작동 센터링 너트(75)는 작동 볼트(20)의 제 1 단부(20a)를 향하여 당겨진다.
비록 상기의 공구 홀더 조립체가 소형 공구를 위해서 이상적이라 할지라도, 상기와 같은 점이 공구 홀더 조립체의 이용에 제한이 되어서는 아니된다는 점이 이해되어야 하며, 이러한 공구 홀더 조립체는 그 어떤 크기나 또는 유형의 공구 홀더와 사용되는데 기능적이라는 점이 이해되어야 한다.
본 발명과 본 발명이 의도하는 장점들은 상기의 설명으로부터 이해될 것이 며, 다양한 변형들이 본 발명의 사상으로부터 이탈되거나 또는 모든 중요한 장점들을 희생시키지 않으면서 본 발명의 일부의 형태, 구성 및 배치에서 이루어질 수 있다는 점은 명백하며, 여기에 설명된 형태는 단지 바람직한 구현예이거나 또는 예시적인 구현예라는 점이 이해되어야 한다.
본 발명은 공작 기계등의 공구 홀더에서 이용될 수 있다.

Claims (6)

  1. 전방으로 향하는 표면과 길이 방향 축을 따른 구멍과 반경 방향 축(R1)을 따른 통로를 가지는 공구 지지용 부재로서, 통로는 공구 지지용 부재를 통해 연장되고 구멍은 통로 및 전방으로 향하는 표면에 교차되어 공구 홀더를 수용하도록 전방으로 향하는 표면으로부터 후방으로 연장되며, 통로는 제 1 통공과 제 2 통공을 가지고, 제 1 통공과 제 2 통공이 적어도 2 개의 전방 벽 표면을 구비하는, 공구 지지용 부재;
    통로 안에 위치되며 제 1 단부를 가지는 작동 볼트로서, 제 1 단부에는 측부 표면과 볼트 잠금 표면을 가진 볼트 잠금 구획부가 있는, 작동 볼트; 및,
    공구 지지용 부재내에 회전 가능하게 고정되고 작동 볼트의 제 2 단부에 나사로 고정된 작동 센터링 너트로서, 2 개의 측부 표면을 구비한 센터링 너트 잠금 표면들을 가진 센터링 너트 잠금 구획부를 가지는, 작동 센터링 너트;를 구비하고,
    작동 볼트를 공구 홀더와 잠그는 동안, 작동 센터링 너트는 볼트의 제 1 단부로 당겨짐으로써 적어도 전방 벽 표면들과 작동 볼트 측부 표면과 센터링 너트 측부 표면들이 반경 방향 선(R1)으로부터 등거리에 있는 반경 방향 선(R1)의 각 측부상에 적어도 단일 점 접촉으로 맞물려서 구멍의 반경 방향 축에 대하여 작동 센터링 너트와 작동 볼트와 공구 홀더의 중심을 잡게 하는, 공구 홀더를 해제 가능하게 유지하기 위한 공구 홀더 조립체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    지지용 부재내의 제 1 통공과 제 2 통공은 직접적으로 서로 반대편에 있는, 공구 홀더를 해제 가능하게 유지하기 위한 공구 홀더 조립체.
  3. 제 2 항에 있어서,
    제 1 통공과 제 2 통공은 작동 볼트 및 작동 센터링 너트에 각각 측방향 지지를 제공하고, 반경 방향 축을 따라서 센터링 너트와 볼트의 미끄럼 운동을 허용함으로써, 센터링 너트와 볼트가 공구 홀더의 섕크를 클램프시킬 수 있게 하는, 공구 홀더를 해제 가능하게 유지하기 위한 공구 홀더 조립체.
  4. 제 1 항에 있어서,
    작동 볼트의 제 1 단부는 작동 볼트를 회전시키기 위한 공구와 양립할 수 있는 공동(cavity)이 있는 헤드를 가지는, 공구 홀더를 해제 가능하게 유지하기 위한 공구 홀더 조립체.
  5. 제 1 항에 있어서,
    작동 센터링 너트는 통로 안에서 축방향으로 제한되는, 공구 홀더를 해제 가능하게 유지하기 위한 공구 홀더 조립체.
  6. 제 1 항에 있어서,
    작동 센터링 너트는 다각형 형상을 가지며, 공구 지지용 부재에 있는 정합되는 다각형 형상 안으로 끼워져서 센터링 너트의 회전을 제한하는, 공구 홀더를 해제 가능하게 유지하기 위한 공구 홀더 조립체.
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