KR101049400B1 - 공작물을 미세 가공하는 공구 및 방법 - Google Patents

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Abstract

기하학적으로 정의된 커팅 에지(15)를 갖는 예비 가공을 위한 적어도 하나의 커터(13) 및 기하하적으로 정의된 커팅 에지(23)를 갖는 최종 가공을 위한 적어도 하나의 커터(21)를 포함하는 공작물을 미세 가공하는 공구가 제안된다. 이 공구의 특징은 예비 가공용 커터(13)가 예비 가공부(3)의 부품이고 최종 가공용 커터(23)가 최종 가공부(5)의 부품이며, 예비 가공부(3)와 최종 가공부(5)의 사이에 위치하는 인터페이스(9)가 예비 가공부(3)와 최종 가공부(5) 각각에 위치하는 제 1 평탄면(27)과 제 2 평탄면(29)을 구비하고 예비 가공부(3)와 최종 가공부(5)의 동축성을 서로 보증하는 장치(11)를 갖는 것이다.
미세 가공, 공구

Description

공작물을 미세 가공하는 공구 및 방법{TOOL AND METHOD FOR FINE MACHINING WORKPIECES}
본 발명은 청구범위 제1항의 전제부에 따른 공작물을 미세 가공하는 공구 및 청구범위 제4항의 전제부에 따른 공작물을 미세 가공하는 방법에 관련된다.
여기에 기술되는 타입의 공구 및 방법은 잘 알려져 있다. 이 공구는 기하학적으로 정의된 커팅 에지를 포함하는 계단형 커터로서 알려져 있는 것을 특징으로 한다. 공작물을 미세 가공하는 경우에, 공구 및/또는 공작물이 회전하고 축 변위가 회전축의 방향으로 일어나서, 커터가 가공되고 있는 공작물의 표면으로부터 부스러기를 제거한다. 통상 공작물이 고정되며, 공구가 회전하고 전진 운동을 한다. 이에 따라 커터가 공작물의 표면으로부터 부스러기를 제거한다.
계단형 블레이드의 전방부는 - 그것이 진행하는 방향으로 볼 때 - 예비 가공용이고 후방부는 공작물 표면의 다듬음 또는 최종 가공용이다. 진행형 커터는 비싸고 제조하기 어려우며, 이러한 타입의 커터를 다시 날카롭게 하는 것도 어렵다. 둘째, 예비와 최종 가공용 커터의 설계는 실제로 동일하며, 적어도 이들은 동일한 재료로 구성된다. 이것은 예비와 최종 가공 및 그 결과 커터에 대한 여러 가지 요구사항을 고려하면 불리하다: 예비 가공용 커터는 특히 열 저항성이어야 하고, 최종 가공용 커터는 매우 강한 에지를 가져야 한다.
공작물에서 정밀한 구멍을 제작하는 필요성은 점점더 요구되고 있다. 구멍의 치수 정밀도, 그의 직경, 진원도 및 원통도는 특히 중요하고, 표면 품질 또한 중요하다.
예를 들어 특정 타입의 캐스팅과 강철과 같이, 가공하기 어려운 재료를 이용할지라도, 많은 수의 공작물을 가공할 때 정밀도와 표면 품질이 유지되는 것이 필수적이다. 정밀도 개선과 공구 수명 연장이 최종 가공 중에서 절단 깊이에 관련된다는 것이 알려졌다: 절단 깊이가 얕을수록, 더 나은 표면 품질, 치수 정밀도 및 공구 수명이 달성된다.
여기에 기술되고 있는 요구사항과 관련하여, 최상의 결과는 절단 깊이가 1/100 ㎜ 이상의 범위에 있을 때 달성된다. 이러한 작은 크기의 일관된 허용차를 달성하기 위하여, 예비와 최종 가공 사이의 동축성이 매우 정확해야 한다. 이것은 예비 가공 영역에서 큰 비용을 수반한다.
상술한 진행형 커터의 사용은 비용과 제조의 어려움으로 인하여 그리고 특히 다시 날카롭게 하는 문제를 고려하면 성공적이지 못하였다.
2개의 다른 공구가 사용되는 공작물을 미세 가공하는 방법이 알려져 있다; 공구 중 하나는 예비 가공에 사용되고 하나는 공작물의 최종 가공에 사용된다. 공작물을 가공할 때, 공구 교체는 최종 가공을 수행하기 위하여 예비 가공 후 이루어져야 한다. 공작물을 이송 라인 상에서 먼저 예비 가공에 그런 다음 최종 가공 공구로 가져가는 것 또한 생각할 수 있다. 문제는 공구의 회전축이 정확히 동축으로 작동하지 않아서 충분한 제조 정밀도와 최적의 표면 품질을 달성하는 것이 가능하지 않다는 것이다.
최종 결과는 공구와 방법이 제조상 충분한 정밀도를 보장하지 못하고 공구 수명이 불충분하다는 것이다.
따라서, 본 발명의 목적은 상술한 단점을 제거하는 공작물 미세 가공 공구 및 방법을 제공하는 것이다.
이 목적을 달성하기 위하여, 청구범위 제1항에 기재된 특징을 갖는 공구가 제안된다. 이 공구는 인터페이스에 의해 서로 분리되는 예비 가공용 커터와 최종 가공용 커터를 갖는 것을 특징으로 한다. 두 커터를 분리함으로써, 가공, 즉 예비 가공과 최종 가공용으로 특별히 변형된 커터를 사용하는 것이 가능하여, 제조 정밀도가 명백히 개선된다. 인터페이스는 제 1 평탄면을 갖는 예비 가공부와 제 2 평탄면을 갖는 최종 가공부, 또한 최종 가공부와 예비 가공부의 매우 크게 가능한 동축 정렬을 제공하도록 작용하는 장치를 포함하고, 이것의 도움으로 두 가공부가 매우 정확하게 연결될 수 있기 때문에, 1/100 ㎜ 이상의 매우 작은 절단 깊이가 달성될 수 있고 이에 따라 긴 공구 수명과 함께 최적의 제조 정밀도가 달성될 수 있다.
부가적인 장점은 나머지 종속항에서 발견될 수 있다.
본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 청구범위 제4항의 특징을 갖는 방법이 또한 제안된다. 이 방법은 인터페이스에 의해 서로 분리되고 하나의 가공 단계에서 가공될 공작물의 표면과 연속적으로 맞물리는 적어도 2개의 커터에 의해 예비 및 최종 가공이 수행되는 것을 특징으로 한다. 그래서 단일 공구로 공작물의 동일한 표면을 예비 가공 단계와 최종 가공 단계에 제공하는 것이 가능하다.
본 방법의 일 태양은 특히 바람직하게는 1/100 ㎜ 이상의 절단이 최종 가공에서 제거될 수 있다는 것을 특징으로 한다. 이것은 긴 공구 수명과 함께 최적의 제조 정밀도, 정확한 치수 정밀도 및 매우 높은 표면 품질을 유도한다.
본 발명은 도면을 참조하여 다음에 더욱 상세하게 설명된다.
도 1은 공구의 제 1 태양을 분해 조립도로 도시한 측면도이다.
도 2는 청구범위 제1항 공구의 사시도이다.
도 3은 공구의 두 가공부의 동축성을 명확하게 도시한 도면이다.
도 1은 공작물의 미세 가공에서 금속을 제거하는데 사용되고 예비 가공부(3)와 최종 가공부(5)를 갖는 공구(1)의 제 1 태양을 도시한 것이다.
공구(1)는 공작 기계에 적절한 방식으로 - 직접적으로 또는 중간 부품, 어댑터와 같은 것에 의해 - 예를 들어 공구 홀더와 맞물리고 그것에 적절한 방식으로 고정되는 테이퍼된(tapered) 샤프트(7)에 의해 연결될 수 있다.
예비 가공부(3)와 최종 가공부(5)는 이 두 가공부의 상대적인 위치가 조절될 수 있도록 도모하는 장치(11)를 갖는 인터페이스(9)에 의해 단단하게 연결된다. 이 장치의 목적은 두 가공부(3, 5)를 가능한 동축으로 위치시키는 것이다. 따라서 인터페이스(9)의 기능은 두 가공부(3, 5)의 중심축이 서로 그리고 공구(1)의 중심축 (25)과 일치하는 방식으로 공구(1)의 두 가공부(3, 5)를 연결하는 것이다. 이러한 정확한 인터페이스의 도움으로 최대 3 ㎛까지 동축성의 오차를 제한하는 것이 가능하다.
예비 가공부(3)는 기하학적으로 정의된 커팅 에지(15)를 구비한 적어도 하나, 여기의 일 예로는, 3개의 커터(13)를 갖는다. 커터(13)는 여기의 일 예로는 예비 가공부(3)의 정면(17)으로 삽입되어 거기에 적절한 방식으로 고정되는 접선 커터로서 구성된다.
동일한 방식으로, 최종 가공부(5)는 적어도 하나, 여기에는 여러 개의 커터(21)를 가지며, 커터(21)는 최종 가공부(5)의 외주면(19)에 등간격으로 삽입된 기하학적으로 정의된 커팅 에지(23)를 갖는다.
예비 가공부(3)의 커터(13)의 커팅 에지(15) 및 최종 가공부(5)의 커터(21)의 커팅 에지(23)는 공구(1)의 중심축(25)과 동축인 원에 위치하며, 여기서 예비 가공에 대한 직경이 최종 가공 직경보다 작다. 직경 차이는 명확함을 위하여 도 1에서 확대되어 보인다.
인터페이스(9)는 예비 가공부(3)의 영역에서 제 1 평탄면(27)을 갖고, 최종 가공부(5)는 제 2 평탄면(29)을 갖는다. 평탄면은 여기의 일 예로는 인터페이스(9)가 조립된 상태에 있을 때 견고하게 서로 인접하는 원형면으로 구성된다. 평탄면(27, 29)은 공구(1)의 중심축(25)과 수직인 평면에 놓인다. 이 면들의 특별한 기능은 예비 가공부(3)의 중심축이 마무리 가공부(5)의 중심축과 비교하여 어떠한 각도 오프셋을 보이지 않도록, 즉 하나가 다른 것에 비하여 경사지지 않도록 두 가공부 (3, 5)를 서로 위치시키는 것이다.
도 1에 도시된 태양에서, 인터페이스(9)는 하나의 가공부, 여기서는 예비 가공부(3) 쪽에 테이퍼, 바람직하게는 마무리 가공부(5)의 정면(33)으로 형성되는 원뿔형 시트와 맞물리는 소형 풀(full) 테이퍼(31)를 갖는다.
도 2는 도 1의 공구(1)를 사시도로 도시한 것이다. 도 1에 대한 설명에 참조되도록 동일한 부품에 동일한 참조부호가 주어진다.
적어도 하나의 커터(21)는 여기서 명확하게 볼 수 있다. 여기에 도시된 태양에서 8개의 커터가 최종 가공부(5)의 외주면(19)에 동일한 원주 간격으로 삽입되어 있다. 공작물을 가공할 때 최종 가공부(5)는 시계방향으로 회전하여 - 진행 방향으로 볼 때 - 커터(21)의 커팅 에지(23)가 공작물 표면으로부터 칩을 제거한다. 회전 방향으로 볼 때, 각 커터의 전방에 절삭 부스러기를 위한 공간(35)이 제공되고, 여기서 제거되었던 칩이 끝난다.
바람직하게는 공구(1)는 공작물을 가공할 때 커터(21)를 냉각시키고 칩을 제거시킬 수 있도록 냉각제/윤활제의 공급원에 연결된다. 도 2에 도시된 도면에서 냉각제/윤활제 통로(37)가 원하는 효과를 달성하도록 가공 공간(35)으로 개방되어 있음을 볼 수 있다.
냉각제/윤활제 통로는 유사하게 정면(33) 또는 제 2 평탄면(29)으로 개방되어, 이를 통하여 냉각제/윤활제가 예비 가공부(3)로 전달된다. 도 2는 냉각제/윤활제 통로(43)가 유사하게 각 커터(13)의 전방에 위치하는 칩용 공간(41)으로 개방되어 있음을 보여준다. 이것은 예비 가공부(3)의 커터(13)를 냉각시키고 부스러기를 제거하는 것을 가능하게 한다.
원뿔형 리세스(45)가 도 2에서 볼 수 있는데, 이 리세스는 최종 가공부(5)의 정면(33)에 도입되고 풀 테이퍼(31)를 안착시키도록 작용한다. 후자는 리세스(45)의 내부에서 통상의 방식으로 고정된다. 표준 클램핑 수단이 사용될 수 있다. 예비 가공부(3)는 최종 가공부(5)에 대하여 인터페이스(9)에 의해 정확하게 위치할 수 있고, 여기서 두 가공부의 각도 위치는 평탄면(27, 29)에 의해 확보되고 동축성은 장치(11)에 의해 확보되는 것이 중요하다.
이 설명으로부터 장치(11)는 또한 거울 이미지로서 구성될 수 있음이 명백하다: 도 1의 공구(1)의 경우에서 예비 가공부(3)로부터 나오는 풀 테이퍼(31)는 또한 최종 가공부(5) 상에 위치하여 예비 가공부(3)에서의 걸맞은 리세스와 맞물릴 수 있다.
도 3은 예비 가공부(3)의 적어도 하나의 커터(13) 및 마무리 가공부(5)의 적어도 하나의 커터(23)가 위치하는 원의 도식적인 비교를 보여준다.
도 3의 오른쪽에 예비 가공부(3)의 적어도 하나의 커터(13)의 커팅 에지(15)가 위치하는 원(KV) 및 최종 가공부(5)의 적어도 하나의 커터(21)의 커팅 에지(23)가 위치하는 원(KF)을 볼 수 있다. 예비 가공부(3)가 인터페이스(9)에 의해 최종 가공부(5)에 매우 정확하게 고정되기 때문에 두 원은 실제로 공구(1)의 경우에서 서로 동축이다.
동심원(KV, KF)의 왼쪽에서 도면은 종래 공구의 경우에 예비와 최종 가공이 개별적으로 일어남을 나타내며, 예비와 최종 마무리용 공구를 서로 동축으로 정렬 하는 것이 실제로 불가능하기 때문에 원(KV, KF)은 서로 동축으로 위치하지 않는다. 일 예로서 여기서 오른쪽에 보이는, 원(KV)이 원(KF)에 오프셋되는 것에 의해 통상 축 오프셋(A)이 존재한다.
도 3의 두 도면에서 두 원(KV, KF) 사이의 간격은 공작물의 최종 가공에서 제거되어야 하는 구멍의 영역을 나타낸다. 실제로, 미세 가공에서 1/100 ㎜ 이상의 영역에서 매우 얕은 절단 깊이를 달성하는 것이 목적이다. 이것은 도 3에 도시된 원(KV, KF)에서, 매우 작은 크기 차이가 나타나고 있음을 의미한다. 도 3의 왼쪽 도면에서 도시된 것처럼, 축 오프셋(A)이 생기면, 내부 원(KV)은 외부 원(KF)에 접할 수 있어서 미세 가공 중에 접촉 영역에서 더 이상의 칩이 제거되지 않는다. 이것은 불충분한 표면 품질을 초래한다. 더욱이, 최종적으로 가공된 구멍의 위치가 축 오프셋(A)에 의한 원하는 위치로부터 벗어난다.
도 1과 도 2에 따른 공구(1)의 경우에서 예비 가공부(3)와 최종 가공부(5)가 인터페이스(9)에 의해 서로 동축으로 정확하게 고정되기 때문에, 결과는 항상 도 3에서 오른쪽에 도시된 그림이다: 원(KV, KF)은 실제로 서로 동축으로 놓여서 매우 작은 절단 깊이가 마무리 가공에서 달성될 수 있다.
이것의 결과는 매우 양호한 치수 정밀도를 의미하는 제조 정밀도와 표면 품질, 또한 긴 공구 수명이다.
공구(1)의 경우에서 두 가공부, 즉 커팅 에지(15)를 갖는 적어도 하나의 커터(13)를 포함하는 예비 가공부(3) 및 커팅 에지(23)를 갖는 적어도 하나의 커터(21)를 포함하는 최종 가공부(5)가 구비되는 것이 중요하다. 커터가 특정의 가공 작업에 특별하게 맞추어질 수 있다면 이는 예비 가공과 최종 가공에 대해 매우 이로운 것이다. 인터페이스(9)의 영역에서 두 가공부(3, 5)를 분리함으로써, 예비 가공용 열-저항성 커터 및 높은 에지 강도를 갖는 최종 가공용 커터를 제공하는 것이 용이하게 가능하다.
도 1에 도시한 것처럼, 예비 가공부(3)는 예비 가공부(3)의 정면(17)으로 접선을 따라 삽입되는 적어도 하나의 커터(13)를 구비할 수 있다.
최종 가공부(5)는 바람직하게는 그 외주면(19)으로 적어도 하나의 커터(21)가 납땜되는 강철 몸체로서 제작된다. 강화 금속, 도성 합금(cermet), 다결정 다이아몬드 및 다결정 붕소로 이루어진 커터가 사용될 수 있다.
두 가공부(3, 5)가 별도의 제조 공정으로 제작되고 또한 개별적으로 연마되기 때문에, 단일-부품 공구 또는 진행형 커터를 필요로 하는 것처럼 연마할 때 불규칙한 외형을 고려할 필요없이 최적의 커터 형상이 각 가공부에 대해 제작될 수 있다.
공구(1)의 경우, 커터(13, 21)는 예비 가공부(3)와 최종 가공부(5)에 이용될 수 있고, 매우 정확한 인터페이스(9)로 인하여 절단 원으로 기술될 수 있는 동심원(KV, KF) 상에 놓인다. 예비 가공의 일부로서, 최종 가공된 구멍의 직경에 매우 가까운 직경으로 예비 가공부(3)에 의해 공작물에서 구멍을 예비 가공하는 것이 가능하다. 이것은 최종 가공에서 1/100 ㎜ 이상의 범위에서 절단 깊이를 제공하고 실제로 동일한 절단 깊이가 최종 가공의 전체 범위에서 달성됨을 보증하는 것을 가능하게 한다.
적어도 하나의 커터(13 또는 21)를 갖는 두 가공부(3, 5)가 공작물의 동일한 영역을 가공함이 달성된다는 것이 공구(1)의 특징이다. 예비 가공부(3)는 공작물 중 하나의 영역을 가공하고, 이 영역은 최종 가공부(5)의 커터(21)에 의해 동일한 가공 단계로 가공된다. 따라서 공구(1)는 인터페이스(9)에 의해 분리되고 그 결과 서로로부터 개별적으로 제조될 수 있지만, 공작물의 동일한 영역을 가공하는 두 가공부(3, 5)를 구비한다.
여기에 기술된 공구(1)의 도움으로, 최종 가공 공작물에 대한 하나의 절차가 달성될 수 있고, 예비 가공과 최종 가공이 인터페이스에 의해 서로로부터 분리되는 적어도 2개의 커터, 즉 예비 가공부의 적어도 하나의 커터(13) 및 최종 가공부(5)의 적어도 하나의 커터(21)에 의해 수행된다. 두 가공부(3, 5)의 커터(13, 21)는 하나의 가공 단계에서 가공될 공작물의 같은 표면과 연속적으로 맞물린다. 바꾸어 말하면: 공작물 중 하나의 영역이 공구(1)의 두 가공부(3, 5)의 커터에 의해 하나의 가공 단계에서 가공된다.
본 방법의 일 태양은 1/100 ㎜ 이상, 특히 0.02 내지 0.1 ㎜, 바람직하게는 0.04 내지 0.06 ㎜, 특히 0.05 ㎜의 절단 깊이가 달성되는 것이 특히 바람직하다. 치수 정밀도를 의미하는 제조 정밀도와 공작물의 표면 품질은 이러한 매우 작은 절단 깊이의 결과로서 개선된다. 유사하게, 매우 긴 공구 수명이 확보된다.
공구(1)의 특별한 구조로 인하여, 예비 및 최종 가공 사이의 매우 정확한 동축성과 매우 일관된 가공 허용차가 달성된다.
공구(1)에 관한 설명으로부터 다음이 명백하다:
예비 가공부(3) 및 최종 가공부(5) 사이에 인터페이스(9)를 위치시키는 것이 가능하여, 제조 중에 특히 원하는 가공 요구사항, 예를 들어 가공부의 제조에서 예비 가공부의 적어도 하나의 커터의 열 저항과 최종 가공부의 적어도 하나의 커터의 에지 강도를 조사하는 이점을 제공한다.
인터페이스(9)를 이용하는 두 가공부(3, 5) 사이의 매우 정확한 연결이 결과로서, 매우 작은 절단 깊이를 달성할 부가적인 가능성이 최종 가공의 일부로서 생성된다. 이를 위해 공구의 두 부품, 즉 예비 가공부(3)와 최종 가공부(5)가 서로에 대하여, 첫째 두 가공부의 중심축의 각에 대하여, 둘째 예비 가공부(3)와 최종 가공부(5)의 중심축의 둥축성에 대하여 매우 정확하게 정렬될 필요가 있다. 여기서 두 가공부를 ㎛ 미만 이내로 서로 동축으로 정렬하는 것이 가능하다.
여기에 기술된 인터페이스(9)는 두 가공부(3, 5)를 연결하는 것을 가능하게 하여 공구(1)가 큰 강성을 소유하게 된다. 더욱이, 두 가공부를 분리함에 따라, 가공된 공작물의 표면 품질을 저하시키고 공구(1)의 수명을 단축시킬 수 있는 진동이 감소된다.
본 발명에 따라 매우 작은 절단 깊이가 달성될 수 있고 이에 따라 긴 공구 수명과 함께 최적의 제조 정밀도가 달성될 수 있다.

Claims (9)

  1. 기하학적으로 정의된 커팅 에지(15)를 갖는 예비 가공을 위한 적어도 하나의 커터(13) 및 기하하적으로 정의된 커팅 에지(23)를 갖는 최종 가공을 위한 적어도 하나의 커터(21)를 구비하고,
    예비 가공용 커터(13)가 예비 가공부(3)의 부품이고 최종 가공용 커터(21)가 최종 가공부(5)의 부품이며, 예비 가공부(3)와 최종 가공부(5)의 사이에 위치하는 인터페이스(9)가 예비 가공부(3)와 최종 가공부(5) 각각에 위치하는 제 1 평탄면(27)과 제 2 평탄면(29)을 구비하고, 두 가공부(3, 5)의 동축 정렬을 위해 예비 가공부(3)와 최종 가공부(5)의 동축성을 서로 보증하는 장치(11)를 갖는, 금속 제거를 포함하는 공작물의 미세 가공용 공구에 있어서,
    장치(11)는 테이퍼된 리세스(45) 및 이와 맞물리는 테이퍼된 샤프트를 가져 최대 3 ㎛까지 동축성의 오차를 제한하는 방식으로 고안되고,
    예비 가공부(3)의 적어도 하나의 커터(13)의 커팅 에지(15)가 원(KV)에 위치하고 최종 가공부(5)의 적어도 하나의 커터(21)의 커팅 에지(23)가 원(KF)에 위치하며, 두 원(KV, KF) 사이의 반경 차이는 0.02 내지 0.1 ㎜이고,
    예비 가공부(3)와 최종 가공부(5)는 공작물의 동일한 영역을 가공하는 것을 특징으로 하는 공구.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서, 테이퍼된 샤프트는 풀 테이퍼(31)로 구성되는 공구.
  4. 제 1 항 또는 제 3 항에 따른 공구로 금속 제거를 포함하여 공작물에서 구멍을 미세 가공하는 방법에 있어서,
    예비 및 최종 가공이 인터페이스에 의해 분리되고 하나의 작동 단계에서 연속적으로 가공될 공작물의 표면과 맞물리는 적어도 2개의 커터에 의해 수행되고, 최종 가공에서 0.02 내지 0.1 ㎜의 절단 깊이가 선택되고, 예비 가공부와 최종 가공부의 동축성의 오차가 최대 3 ㎛인 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 삭제
  6. 제 4 항에 있어서, 0.04 내지 0.06 ㎜의 절단 깊이가 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 4 항에 있어서, 0.05 ㎜의 절단 깊이가 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제 1 항에 있어서, 두 원(KV, KF) 사이의 반경 차이가 0.04 내지 0.06 ㎜인 것을 특징으로 하는 공구.
  9. 제 1 항에 있어서, 두 원(KV, KF) 사이의 반경 차이가 0.05 ㎜인 것을 특징으로 하는 공구.
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