KR100888041B1

KR100888041B1 - 툴 조립체

Info

Publication number: KR100888041B1
Application number: KR1020070044995A
Authority: KR
Inventors: 배병균
Original assignee: 대구텍 주식회사
Priority date: 2007-05-09
Filing date: 2007-05-09
Publication date: 2009-03-09
Also published as: CN101301688A; EP1990113A1; US7520704B2; US20080279645A1; KR20070104298A

Abstract

본 발명은 가공 부재의 축 방향 길이, 특히 결합 부재와 결합되는 숫형 스피곳의 길이를 줄일 수 있고 가공 부재의 숫형 스피곳과 결합부재와의 견고한 체결이 이루어져 가공 부재로 토오크가 정확하게 전달될 수 있는 툴 조립체를 개시한다. 본 발명에 따른 툴 조립체는 피공작물에 접근하는 헤드, 헤드의 후단부에서 연장되는 숫형 스피곳, 및 헤드와 숫형 스피곳의 경계부에 형성되며 후면에 환형 평탄면을 갖는 플랜지를 포함하는 툴; 및 전면 중앙에는 숫형 스피곳이 수용되는 캐비티가 형성된 제 1 부분과 제 1 부분의 후단부에 형성되어 구동부와 연결되는 제 2 부분으로 구성된 결합 부재를 포함하며, 숫형 스피곳은 그 측면부에 테이퍼 면이 형성되어 있으며, 결합 부재의 제 1 부분의 측부에는 캐비티와 연통된 관통 홀이 형성되어 있어, 관통 홀에 체결되는 스크류의 선단이 캐비티 내에 수용된 숫형 스피곳의 테이퍼 면을 가압할 수 있다.

절삭, 툴, 숫형 스피곳, 결합, 커플링, 스크류

Description

툴 조립체{A tool assembly}

도 1은 본 발명에 따른 툴 조립체의 분리 사시도.

도 2는 도 1의 선 A-A을 따라 절취한 상태의 단면도.

도 3은 도 1의 선 B-B를 따라 절취한 상태의 단면도.

본 발명은 툴 조립체에 관한 것으로서, 특히 결합부와 가공부를 견고하게 결합하고 가공부에 토오크를 손실 없이 전달할 수 있는 툴 조립체에 관한 것이다.

일반적으로 드릴링(drilling) 가공, 밀링(milling) 가공 및 선삭(turning) 가공과 같은 절삭 가공의 분야에서 절삭 툴(tool)이 사용된다. 드릴링 가공 및 밀링 가공 분야에서, 회전하는 툴은 고정된 그리고 이동 가능한 피절삭물(work-piece)의 가공에 유용하며, 선삭 가공에 사용되는 툴은 고정된 상태에서 회전하는 공작물을 가공하는 목적으로 사용한다.

일반적으로, 드릴링 툴은 결합부재(coupling member)와 가공부재(working member; 툴)로 구분되며, 공작 기계의 구동부의 구동축과 연결되는 결합부재는 특정 형태의 가공 툴 또는 툴 홀더(tool holder)와 호환될 수 있다. 즉, 결합부재는 툴 홀더의 형상에 대응하는 형상을 갖는다.

가공부재는 칩 채널과 냉각 매체 채널이 형성된 헤드를 포함하며, 헤드의 선단에는 절삭 인서트(cutting insert)가 분리 가능하게 장착된다.

가공부재의 후단부인 숫형 스피곳과 결합부재 사이의 인터페이스를 통하여 가공부재와 결합부재는 서로 영구적으로 결합된다. 숫형 스피곳과 결합부재 간의 영구 연결 수단으로 사용되는 것은 압입하여 끼워 맞추어지는 암수 조인트이다.

보다 정확하게는, 가공부재의 후단부인 숫형 스피곳은 가열에 의하여 안착부가 넓어질 때, 결합부재의 선단에 형성된 수용부(seating) 내로 가압된다. 그 후 결합부재가 냉각, 수축됨으로써 결합부재와 숫형 스피곳(즉, 가공부재)이 결합된다.

충분한 안전 여유(safety margin)를 갖고 결합부재의 수용부와 결합부재의 숫형 스피곳 간의 필수적인 토오크 전달을 위하여 수용부와 숫형 스피곳 간에는 충분하게 넓은 접촉 저항 면적이 존재해야 하며, 이를 위하여 가공부재의 숫형 스피곳과 결합부재의 수용부는 상당한 축 방향 연장부를 가져야만 한다.

따라서, 대부분의 경우, 가공 부재에서 숫형 스피곳의 축 방향 길이는 헤드의 직경보다 적어도 1.5배 이상 커야한다. 숫형 스피곳이 상당한 길이를 갖는다는 사실은 드릴링 툴이 큰 전체 길이를 갖는 것을 의미한다.

긴 길이를 갖는 툴 조립체는 불필요한 중량, 제조 공정에서의 재료의 많은 소비 및 보관 및 운송과 관련한 넓은 공간 소요된다는 문제점 이 외에, 툴 조립체의 긴 길이는 가공 공정 중에 툴 조립체가 진동 환경 내에 있다는 것을 의미한다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여, 드릴링 툴의 전체 길이를 가능한 한 크게 줄이는 것이 바람직하며, 따라서 결합 부재와 가공 부재 사이의 토오크 전달 성능을 유지하면서도 가공 부재의 숫형 스피곳과 결합부의 암형 수용부의 길이를 줄이기 위한 방법이 최근에 연구되고 있다.

본 발명은 가공 부재와 결합부재의 결합 구조에서 발생하는 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 가공 부재의 축 방향 길이, 특히 결합부재와 결합되는 숫형 스피곳의 길이를 상당히 줄일 수 있는 툴 조립체를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 짧은 길이를 갖는 가공 부재의 숫형 스피곳과 결합 부재와의 견고한 체결이 이루어져 가공 부재로 토오크가 손실 없이 전달될 수 있는 툴 조립체를 제공하는 것이다.

위의 목적을 구현하기 위한 본 발명에 따른 툴 조립체는 피공작물에 접근하는 헤드, 상기 헤드의 후단부에서 연장되는 숫형 스피곳, 및 상기 헤드와 숫형 스피곳의 경계부에 형성되며 후면에 환형 평탄면을 갖는 플랜지를 포함하는 툴; 및 전면 평탄면 중앙에는 상기 숫형 스피곳이 수용되는 캐비티가 형성된 제 1 부분과 제 1 부분의 후단부에 형성되어 구동부와 연결되는 제 2 부분으로 구성된 결합 부재를 포함한다.

상기 숫형 스피곳은 그 측면부에 테이퍼 면이 형성되어 있으며, 상기 결합 부재의 제 1 부분의 측부에는 캐비티와 연통된 관통 홀이 형성되어 있어, 상기 관 통 홀에 체결되는 스크류의 선단이 캐비티 내에 수용된 숫형 스피곳의 테이퍼 면을 가압할 수 있다.

숫형 스피곳에 형성된 상기 테이퍼 면은 상기 숫형 스피곳의 폭 방향 중심부에서 상기 숫형 스피곳의 후단부 엣지를 향하여 경사지며, 상기 결합 부재의 상기 제 1 부분에 형성된 상기 관통 홀은 대응하는 상기 숫형 스피곳의 상기 테이퍼 면과 직교하는 방향으로 형성되어 상기 관통 홀에 체결된 스크류는 상기 숫형 스피곳의 테이퍼 면에 직교하는 상태로 접촉한다.

한편, 상기 결합 부재의 상기 제 1 부분에 형성된 복수의 관통 홀은 원주 상에서 균등한 각도 간격으로 배치되며, 상기 숫형 스피곳에 형성된 복수의 테이퍼 면도 대응되게 원주 상에서 균등한 각도 간격으로 배치된다.

이와 함께, 상기 툴의 플랜지의 후면 평탄면에는 커플링 요부가 형성되며, 상기 결합 부재의 제 1 부분의 전면 평탄면 캐비티 외곽부에는 상기 플랜지에 형성된 커플링 요부에 대응하는 커플링 요부가 형성된다.

툴과 결합 부재를 결합하기 위하여, 핀의 일 단부는 플랜지에 형성된 커플링 요부에, 또 다른 단부는 상기 결합 부재의 제 1 부분에 형성된 커플링 요부에 각각 수용된다.

여기서, 상기 결합 부재의 상기 제 1 부분에 형성된 커플링 요부 및 상기 툴의 플랜지에 형성된 커플링 요부는 각각 복수 개 형성되는 것이 바람직하며, 또한 원주 상에서 불균등한 각도 간격으로 배치되는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참고하여 상세히 설명한 다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 툴 조립체의 분리 사시도로서, 본 발명에 따른 툴 조립체는 금속 재료로 제조된 가공 부재(100; 이하, "툴(tool)"이라 칭함) 및 결합 부재(200)를 포함한다.

툴(100)은 피절삭물과 접촉하는 헤드(110) 및 헤드(110)와 일체로 형성된, 후방 돌출부(120)를 포함한다. 헤드(110)의 선단에는 피절삭물을 절삭하는 하나 이상의 절삭 인서트(130)가 장착되어 있으며, 외주면에는 피절삭물의 절삭시 생성된 칩(chip)을 수용하는 칩 그루버(140)가 형성되어 있다.

칩은 칩 그루버(140)를 따라 안내되어 이송되며, 이러한 기능을 수행하는 칩 그루버(140)는 헤드(110)의 전 길이에 걸쳐 나선 형태로 형성된다.

헤드(110)의 후단부에는 소정 길이를 갖는 후방 돌출부(120; 이하에서는 " 숫형 스피곳(spigot)"이라 칭함)가 연장되어 있으며, 숫형 스피곳(120)의 측면에는 하나 이상의 테이퍼 면(121, 122)이 형성된다. 테이퍼 면(121, 122)은 도 1, 2에 도시된 바와 같이 숫형 스피곳(120)의 내측부에서 후단부(즉, 후술할 결합 부재와 대응하는 종단)의 외측 에지를 향하여 경사진 면으로서, 후술할 클램핑 스크류와 접촉하는 면이다.

한편, 본 발명의 실시예에서는 원통형의 숫형 스피곳(120) 외주부에 120도의 각도를 두고 3개의 테이퍼면이 구성되어 있으나, 사시도인 도 1에서는 2개의 테이퍼 면(121, 122)만이 도시된다.

헤드(110)와 숫형 스피곳(120)의 경계부에는 넓은 직경의 플랜지(150)가 형 성되어 있다. 사시도인 도 1에는 도시되지 않았지만, 플랜지(150)의 후면의 환상 평탄면, 즉 숫형 스피곳(120)의 주변부에는 하나 이상의 커플링 요부가 형성되어 있다.

결합 부재(200)는 툴(100)의 숫형 스피곳(120)과 대응하는 원통형의 제 1 부분(210) 및 가공 장비(도시되지 않음)에 설치된 구동부의 구동축과 연결되는 제 2 부분(220)으로 구분된다.

제 1 부분(210)의 선단부는 평탄면이 형성되어 있고, 그 중앙부에는 툴(100)의 숫형 스피곳(120)이 수용되는 캐비티(211)가 형성되어 있다. 캐비티(211)의 외곽부는 평탄면으로 이루어지며, 적어도 하나의 커플링 요부(213-1, 213-2)이 형성되어 있다. 각 커플링 요부(213-1, 213-2) 내에는 핀(311, 312)의 제 1 종단부가 수용되며, 핀(311, 312)의 제 2 종단부는 툴(100)의 플랜지(150) 후면의 외곽부, 즉 숫형 스피곳(120)의 둘레에 형성된 커플링 요부 내에 수용된다.

결합 부재(200)의 제 1 부분(210)의 측부에는 다수의 관통 홀(212-1, 212-2)이 형성되어 있다. 각 관통 홀(212-1, 212-2)은 제 1 부분(210)의 길이 방향 중심선에 대하여 경사진 상태로 형성되며, 이 때 관통 홀(212-1, 212-2)의 경사 방향은 툴(100)의 숫형 스피곳(120)에 형성된 대응 테이퍼 면(121, 122)의 경사 방향과 수직을 이루는 것이 바람직하다. 이에 대한 구체적인 설명은 추후 기술한다.

한편, 각 관통 홀(212-1, 212-2)은 제 1 부분(210)의 외주면에서 캐비티(211)까지 연장되며, 그 내주면에는 나사산이 형성되어 있다. 따라서, 클램핑 스크류(411, 412, 413)는 관통 홀(212-1, 212-2) 내에 나사 결합된 상태로 각각 수용 되며, 그 종단부는 캐비티(211) 내로 소정 길이 돌출된다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 툴 조립체의 결합 과정을 각 도면을 통하여 설명한다.

도 2는 도 1의 선 A-A을 따라 절취한 상태의 단면도, 도 3은 도 1의 선 B-B를 따라 절취한 상태의 단면도로서, 편의상, 툴(100)의 플랜지(150) 및 숫형 스피곳(120) 그리고 결합 부재(200)의 제 1 부분(210)만을 단면 처리하였다.

먼저, 결합 부재(200)의 제 1 부분(210) 전면에 형성된 커플링 요부(213-1, 213-2) 내에 핀(311, 312)의 제 1 종단부를 삽입시킨 후, 툴(100)과 결합 부재(200)를 결합시킨다.

툴(100)의 숫형 스피곳(120)은 결합 부재(200)의 제 1 부분(210)에 형성된 캐비티(211) 내에 수용되며, 이와 함께 플랜지(150)의 후면 외곽부에 형성된 커플링 요부(151, 152)에는 핀(311, 312)의 제 2 종단부가 각각 수용된다. 따라서, 결합 부재(200)와 툴(100)은 숫형 스피곳(120), 캐비티(211) 및 다수의 핀(311, 312)에 의하여 결합된다.

여기서, 핀(311, 312)은 도면에 도시된 바와 같은 원통형 부재가 일반적이나, 난형 또는 구형 부재와 같은 다양한 형상의 고정 핀이 이용될 수 있다.

한편, 결합 부재(200)의 제 1 부분(210)에 형성된 캐비티(211) 내에서는, 숫형 스피곳(120)의 외주면에 형성된 다수의 테이퍼 면(121, 122)이 결합 부재(200)의 제 1 부분(210)에 형성된 다수의 관통 홀(212-1, 212-2)과 일대일로 대응된다.

이 상태에서, 클램핑 스크류(411, 412, 413)를 결합 부재(200)의 제 1 부 분(210)에 형성된 관통 홀(212-1, 212-2) 내로 수용한 상태에서 회전시키면, 클램핑 스크류(411, 412, 413)는 관통 홀(212-1, 212-2) 내주면의 나선과 결합하며, 따라서 클램핑 스크류(411, 412, 413)는 결합 부재(200)와 체결된다.

클램핑 스크류(411, 412, 413)가 관통 홀(212-1, 212-2) 내에 완전히 수용되면, 그 단부는 캐비티(211) 내로 돌출된다. 전술한 바와 같이, 캐비티(211) 내에서는 숫형 스피곳(120)의 외주면에 형성된 테이퍼 면(121, 122)이 결합 부재(120)의 관통 홀(212-1, 212-2)과 일대일로 대응된 상태이며, 따라서 클램핑 스크류(411, 412, 413)는 숫형 스피곳(120)의 대응 테이퍼 면(121, 122)을 가압하게 된다.

여기서, 관통 홀(212-1, 212-2)의 경사 방향이 숫형 스피곳(120)에 형성된 대응 테이퍼 면(121, 122)의 경사 방향과 수직을 이루기 때문에 클램핑 스크류(411, 412, 413)는 숫형 스피곳(120)의 테이퍼 면(121, 122)과 직교한다. 따라서 클램핑 스크류(411, 412, 413)의 체결력은 테이퍼 면(121, 122)에 수직으로 가해져 툴(100)과 결합 부재(200)는 보다 견고하게 체결된다.

이러한 구조에서는 결합 부재(200)에 대하여 툴(100)의 축방향 이동(도 2의 화살표 방향) 및 원주 방향 이동이 완벽하게 억제될 수 있다.

이와 같이 구성된 툴 조립체는 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.

전술한 바와 같이, 결합 부재(200)의 제 1 부분(210)의 관통 홀(212-1, 212-2)에 나사 결합된 상태로 수용된 다수의 클램핑 스크류(411, 412, 413)의 선단은 툴(100)의 숫형 스피곳(120)에 형성된 테이퍼 면(121, 122)에 접촉한다.

따라서, 결합 부재(200)의 제 1 부분(210)과 나사 결합된 클램핑 스크 류(411, 412, 413)는 숫형 스피곳(120)이 결합 부재(200)의 제 1 부분(210)에서 종방향으로 이탈(도 2의 화살표 방향 이동)되거나 원주방향으로 편위되는 것을 억제할 수 있다. 특히, 클램핑 스크류(411, 412, 413)와 숫형 스피곳(120)의 테이퍼 면(121, 122)은 각각 직교하기 때문에 클램핑 스크류(411, 412, 413)의 체결력이 숫형 스피곳(120)의 테이퍼 면(121, 122)에 수직으로 가해짐으로써 툴(100)과 결합 부재(200)의 체결 상태는 견고하게 유지될 수 있다.

그리고 이와 더불어, 결합 부재(200)의 제 1 부분(210)에 형성된 커플링 요부(213-1, 213-2)에 삽입된 각 핀(311, 312)의 일부는 툴(100)의 플랜지(150)에 형성된 커플링 요부(151, 152)에 각각 수용되어 있다. 구동부의 구동력에 의하여 회전하는 결합 부재(200)의 회전력은 핀(211, 312)을 통하여 툴(100)에 전달되며, 따라서 회전력 전달 과정에서의 회전력은 손실 없이 전달된다.

특히, 핀(311, 312)에 의하여 툴(100)에 회전력이 전달되고 클램핑 스크류(411, 412, 413)에 의하여 결합 부재(200)와 툴(100)의 분리가 억제되기 때문에 회전력 전달 및 견고한 결합에 필요한 툴(100)의 숫형 스피곳(120)과 결합 부재(200) 사이의 접촉 면적을 크게 감소시킬 수 있다.

따라서 숫형 스피곳(120)의 길이 및 결합 부재(200)의 길이, 즉 툴 조립체의 전체 길이를 최소화할 수 있다.

위에서 설명된 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대한 통상의 지식을 가지는 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하 기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

예를 들어, 도면에서는 3개의 클램핑 스크류(411, 412, 413)가 도시되고 결합 부재(100)의 제 1 부분(110) 측부에는 3개의 관통 홀(212-1, 212-2, 212-3)이 형성되어 있음을 도시하고 있으나, 개수는 한정되지 않는다.

그러나, 클램핑 스크류(411, 412, 413)가 접촉, 가압하는 소정 면적을 갖는 테이퍼 면(121, 122)을 숫형 스피곳(120)의 측부에 형성하기 위해서는 3개의 관통 홀이 120도의 간격을 두고 배치되며, 또한 3개의 관통 홀 역시 120도의 간격을 두고 배치되는 것이 가장 바람직하다.

이와 함께, 도면에서는 결합 부재(200)의 제 1 부분(210)의 전면부에 2개의 커플링 요부(213-1, 231-2)가 형성되고, 커플링 요부에 수용되는 2개의 핀(311, 312)을 도시하였지만, 그 개수 역시 한정되지 않는다.

또한, 도 1은 2개의 커플링 요부(212-1, 212-2)가 결합 부재(200)의 제 1 부분(210)의 중심을 지나는 직선 상에 배치(물론, 플랜지(150)의 후면 외곽부에 형성된 커플링 요부도 동일하게 배치됨)되어 있음을 도시하고 있으나, 이들 커플링 요들은 원주 상에서 180도와 다른 각도 간격을 갖고, 즉 불균등한 각도 간격을 두고 배치되는 것이 더욱 바람직하다.

이와 같이 커플링 요부가 결합 부재(200)의 제 1 부분(210) 및 플랜지(150)의 원주 상으로 불균등하게 배치하는 설계를 채택함으로써, 핀(311, 312)이 커플링 요부에 체결되면, 결합 부재(200)의 제 1 부분(210)에 형성된 관통 홀(212-1, 212-2)과 숫형 스피곳(120)에 형성된 테이퍼 면(121, 122)은 자동으로 정렬되도록 할 수 있다.

이 외에, 커플링 요부(212-1, 212-2) 및 관통 홀(212-1, 212-2)이 형성되어 있다면, 결합 부재(200), 특히 제 1 부분(210)은 다양한 형상을 가질 수 있다.

이상과 같은 본 발명에 따른 툴 조립체는 툴과 결합 부재를 견고하게 체결하여 회전력을 손실 없이 전달할 수 있다. 이와 함께, 클램핑 스크류를 이용하여 결합 부재와 툴의 숫형 스피곳을 체결함으로써 결합 부재와 툴이 견고한 결합력으로 결합되면서도 결합 부재와 숫형 스피곳의 접촉 면적을 최소화할 수 있어 결합 부재와 숫형 스피곳의 길이를 최소화할 수 있다.

한편, 본 명세서에서는 툴이 회전하는 드릴링 툴을 예를 들어 설명하였지만, 다른 형태, 즉, 고정된 상태로 장착되어 회전하는 피절삭물을 절삭하는 선삭용 툴에도 적용할 수 있다.

Claims

피공작물에 접근하는 헤드, 상기 헤드의 후단부에서 연장되는 숫형 스피곳, 및 상기 헤드와 숫형 스피곳의 경계부에 형성되며 후면에 환형 평탄면을 갖는 플랜지를 포함하는 툴; 및

전면 평탄면 중앙에는 상기 숫형 스피곳이 수용되는 캐비티가 형성된 제 1 부분과 제 1 부분의 후단부에 형성되어 구동부와 연결되는 제 2 부분으로 구성된 결합 부재를 포함하며,

상기 숫형 스피곳은 그 측면부에 테이퍼 면이 형성되어 있으며, 상기 결합 부재의 제 1 부분의 측부에는 상기 캐비티와 연통된 관통 홀이 형성되어 있어, 상기 관통 홀에 체결되는 스크류의 선단이 상기 캐비티 내에 수용된 상기 숫형 스피곳의 테이퍼 면을 가압할 수 있으며,

상기 결합 부재의 상기 제 1 부분에 형성된 상기 관통 홀은 상기 숫형 스피곳의 대응 테이퍼 면과 직교하는 방향으로 형성되어 상기 관통 홀에 체결된 스크류가 상기 숫형 스피곳의 대응 테이퍼 면에 직교하는 상태로 접촉하는 것을 특징으로 하는 툴 조립체.
제 1 항에 있어서,

상기 테이퍼 면은 상기 숫형 스피곳의 내측부에서 후단부 외측 엣지를 향하여 경사진 것을 특징으로 하는 툴 조립체.
삭제
제 1 항에 있어서,

상기 결합 부재의 상기 제 1 부분에 형성된 관통 홀과 상기 숫형 스피곳에 형성된 복수의 테이퍼 면은 각각 대응되게 복수개 형성되며, 각각 원주 상에서 균등한 각도 간격으로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 툴 조립체.
제 1 항에 있어서,

상기 툴의 플랜지의 후면 평탄면에는 커플링 요부가 형성되며,

상기 결합 부재의 제 1 부분의 전면 평탄면 캐비티 외곽부에는 상기 플랜지에 형성된 커플링 요부에 대응하는 커플링 요부가 형성되어,

핀의 일 단부가 플랜지에 형성된 커플링 요부에, 또 다른 단부는 상기 결합 부재의 제 1 부분에 형성된 커플링 요부에 각각 수용되어 상기 툴과 상기 결합 부재가 맞물리게 되는 것을 특징으로 하는 툴 조립체.
제 5 항에 있어서,

상기 결합 부재의 상기 제 1 부분에 형성된 커플링 요부 및 상기 툴의 플랜지에 형성된 커플링 요부는 각각 대응되게 복수 개 형성되고, 각각 원주 상에서 불균등한 각도 간격으로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 툴 조립체.