KR101277565B1 - 밀링 커터 헤드 - Google Patents

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KR101277565B1
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마르쿠스 하인로트
랄프 클룃쪄
만프레트 바우어
권터 그니블
헬무트 클라인
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켄나메탈 비디아 프로둑찌온즈 게엠베하 운트 코. 카게
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Abstract

본 발명은 베이스 동체(10)의 요부 안으로 삽입되고 블레이드(12)들을 가진 다수의 블레이드 지지부(11)들을 가지는 밀링 커터에 관한 것으로서, 각각의 블레이드 지지부는 쐐기부(14)에 의하여 축방향으로 변위될 수 있고 클램핑 요소들에 의해 밀링 커터 헤드내에 고정될 수 있다. 본 발명에 따라서, 블레이드 지지부들은 섕크를 가지는데, 상기 섕크는 베이스 동체의 수용 보어 안에 배치되고 중심에 위치된 클램핑 단편(18)을 통하여 고정될 수 있다.

Description

밀링 커터 헤드{Milling cutter head}
본 발명은 블레이드들이 베이스 동체의 시이트(seat)에 고정된 복수개의 홀더(holder)들을 가진 밀링 헤드에 관한 것으로서, 블레이드 홀더들 각각은 쐐기부를 통하여 축방향으로 움직일 수 있고 클램프에 의하여 밀링 헤드에 고정될 수 있는 것이다.
그러한 밀링 헤드는 주로 독일 특허 DE 40 03 862 에 개시되어 있다. 여기에 설명된 헤드에서 블레이드 홀더들을 위한 시이트들은 외측 주변으로부터의 거리에서 뿐만 아니라, 회전축에 평행한 베이스 동체의 단부면들중 하나로부터 연장되는데, 절삭 플레이트의 절삭 가장자리들은 오직 약간만 베이스 동체의 가장자리 면위로 돌출한다. 더욱이, 브레이싱(bracing)을 위해 이용된 둥근 핀들의 축은 절삭 플레이트를 지탱하는 절삭 플레이트 홀더의 축들에 대하여 각각 비스듬하게 된다. 마지막으로, 베이스 동체의 주변으로부터 반경 방향 내측으로 연장된 시이트에 장착되고 각각의 절삭 플레이트의 축방향 조절을 위한 차별적인 비스듬함(differential skew)을 가지는 다른 둥근 핀(round pin)도 고려된다. 기하학적으로 동일한 둥근 핀들이 축방향의 조절 및 반경 외측으로 배향된 브레이싱을 위해 이용된다. 이러한 밀링 헤드의 장점은 베이스 동체의 회전축에 평행한 절삭 플레이트 홀더들을 유지 하는 시이트들 위치의 결과로서, 축방향 성분 없이 오직 반경 방향의 원심력만이 발생된다는 점이다. 이러한 힘들은 잘 흡수되는데, 이는 시이트들이 베이스 동체의 주변에 직접적으로 형성되지 않지만, 주변으로부터의 거리를 가지고 반경 방향 내측으로 형성되기 때문이다. 헤드는 특히 극단적으로 빠른 회전 속도 및 그로부터 초래되는 원심력에 대하여 설계된다. 유리하게는, 절삭 구성 요소의 조절이 반경 방향 구성 요소들의 상호 작용 없이 축방향에서 가능하다.
구동 샤프트 또는 캠샤프트들을 마무리 기계 가공할 때, 처음에는 회전 리이밍(reaming), 밀링 또는 선삭에 의한 거친 기계 가공이 수행되고, 이어서 미세한 마무리 가공 및 정밀 마무리 가공이 수행된다. 이러한 마지막 마무리 가공은 공정에서 요구되는 바에 따라서 냉각 윤활제를 이용하여 챔퍼링(chamfering) 또는 벨트 연삭(belt grinding)에 의하여 수행된다.
대안으로서, 직각 리이밍(orthogonal reaming)의 이용이 독일 특허 DE 10 2004 022 360 에 제안되어 있다. 상기 문헌은 또한 작업물의 마무리 가공을 건식으로 수행하거나 또는 냉각용 윤활제의 최소량으로 수행하는 것을 제안하는데, 이는 냉각용 윤활제의 비싼 처리 비용에 비추어 소망스러운 것이다.
그러나, 회전 리이밍에 의한 구동 샤프트 또는 캠샤프트의 미세한 마무리 가공을 위한 요건은 밀링 헤드에 배치된 커터들의 세트를 최적으로 정렬시켜야 하는 것이다. 그 어떤 절삭 에러 뿐만 아니라 그 어떤 잘못된 위치 선정도 생산된 작업물의 불량한 표면 품질에 이르게 된다.
따라서 본 발명의 목적은 용이하게 처리할 수 있는 밀링 헤드를 개발하는 것이다. 특히, 이러한 밀링 헤드는 구동 샤프트, 특히 자동차용으로서 경우에 따라 경화된 구동 샤프트의 마무리 가공을 허용하여야 하며 다음의 기준을 충족시켜야 한다:
1. 현존하는 공구 헤드에서 커터들 세트의 정밀한 위치 선정.
2. 윤곽의 왜곡을 회피하도록, 등거리 각도 치수들에서의 커트 세트의 정밀한 반경 방향 배치.
3. 모든 블레이드들의 정밀한 평탄 위치 선정.
4. 블레이드 홀더들의 교환 가능성 및
5. 블레이드 형상 뿐만 아니라 블레이드의 구성에 관하여, 블레이드에 상이한 절삭 구성 요소를 설치하는 가능성.
이러한 목적은 청구항 제 1 항에 따른 밀링 헤드에 의해서 해결된다. 이러한 밀링 헤드는 베이스 동체의 시이트에 고정된 복수개의 블레이드 홀더들을 가지는데, 베이스 동체상에는 개별의 블레이드들이 납땜된다. 블레이드 홀더들은 쐐기부를 통하여 축방향으로 움직일 수 있고 유지용 요소에 의하여 밀링 헤드내에 고정된다.
본 발명에 따르면, 블레이드 홀더들이 각각 섕크(shank)를 가지는데, 상기 섕크가 바람직스럽게는 베이스 동체 안으로 수축 고정된 외부 억제 링에 의해 둘러싸인 베이스 동체의 바람직스럽게는 상보적인 보어 안에 배치되고, 축방향 유지 요소를 통해 고정된다.
위에 설명된 해법으로써, 블레이드 홀더들은 그들의 샤프트 외측 표면에 의해 정확하게 위치될 수 있다. 블레이드 홀더들 또는 섕크들의 선택된 종축 방향에 의하여, 예를 들면 블레이드 홀더들의 종축이 회전 축을 향하여 경사지도록 배치되는 구조로서, 밀링 헤드의 회전 동안에 원심력이 발생하지 않는다. 유지 요소에 의한 축방향 고정 뿐만 아니라 베이스 동체의 개별 보어들 안에 섕크를 유지하는 것은 블레이드 홀더들의 높은 안내 정확도를 발생시키며 따라서 블레이드 정렬의 높은 안내 정확도를 발생시킨다. 대체로, 억제 조립체의 낮은 높이는 공간 절약 장점으로 고려될 수 있다. 특히, 클램핑 및 해제는 정확하게 반복될 수 있다. 억제 링 및 중앙에 위치된 유지 요소에 의한 클램핑은 블레이드 홀더들 및 블레이드 정렬의 높은 안내 정확성 뿐만 아니라 단순한 처리 가능성을 허용한다. 클램핑은 또한 공간 절감 블레이드 높이가 낮다는 장점을 가진다. 블레이드 홀더들은 반복된 정밀도로써 클램프될 수 있다.
다른 장점들은 종속 청구항들에 기재되어 있다.
예를 들면, 중앙의 유지 요소가 바람직스럽게는 평면상에서 평탄 에지 면들을 가지는 n-코너 동체(n-corner body)로서 설계되는데, 클램프된 위치에서 각각의 평탄한 가장자리 면은 블레이드 홀더의 섕크 또는 블레이드 홀더의 평탄한 가장자리 면에 맞닿는다. 숫자 n 은 이용되는 블레이드 홀더들의 수에 대응하는데, 블레이드 홀더들이 바람직스럽게는 120°각도 오프셋으로 배치되어 이용된다. 유지 요소는 베이스 동체에서 억제 나사로, 특히, 6 각 소켓 나사로 베이스에 고정된다. 이러한 조치는 밀링 헤드의 단순한 조립을 제공함으로써 마모된 블레이드들을 가진 블레이드 홀더들이 용이하게 교환될 수 있다. 공구들의 교환은 단순히 유지 요소를 위한 고정 나사를 해제시키는 것을 필요로 하며, 그에 의해서 모든 블레이드 홀더들이 힘들이지 않고 제거될 수 있고 블레이드 홀더들에 의하여 새로운 블레이드들과 교체될 수 있다. 차후에, 억제 나사가 축방향으로 재삽입되고, 그에 의하여 n 개의 가장자리 면들이 각도상에서 배향된다. 유지 요소는 억제 나사로 고정되고, 바람직스럽게는 이중 나선의 나사로 고정되는데, 이중 나선의 나사는 베이스 동체내에 잠김으로써 분리 고정이 이루어진다. 이러한 관점에서, 밀링 헤드 회전 축에 대한 블레이드 홀더의 대응하는 가장자리 면들 뿐만 아니라 유지용 요소의 가장자리 면들에 약간의 각도가 이루어진다.
블레이드들의 축방향 조절을 위해서, 평탄한 쐐기 면을 가진 둥근 핀으로서 설계된 쐐기부가 이용된다. 이러한 둥근 핀은 베이스 동체의 반경 방향 보어 안에 안착되고 바람직스럽게는 조절 나사를 통하여 조절될 수 있다. 본 발명의 바람직한 디자인에 따르면, 블레이드 홀더들 상의 블레이드들은 경질 금속, 큐빅 보니트라이드(cubic bornitride;CBN) 또는 폴리크리스탈린 다이아몬드 동체(polycrystalline diamond body; PKD)로 이루어지고, 바람직스럽게는 블레이드 홀더에 납땜된다.
밀링 헤드의 다른 개선점은 도면에 기초하여 다음에 설명될 것이다.
도 1 은 제 1 구현예에서 3 개의 블레이드 홀더들을 가지는 밀링 헤드의 사시도이다.
도 2 는 도 1 에 따른 밀링 헤드의 와이어 프레임 모델(wire-frame model)이 다.
도 3 은 도 1 및 도 2 에 따른 밀링 헤드의 길이 방향 단면을 블레이드 홀더들 없이 도시한 것이다.
도 4 는 블레이드 홀더의 측면도이다.
도 5 는 블레이드 홀더, 유지용 요소 및 축방향 정렬을 위한 쐐기부의 상대적인 위치에 대한 기본적인 스케치이다.
도 6 은 다른 구현예에서 3 개의 블레이드 홀더들을 가진 밀링 헤드의 사시도이다.
도 7 은 도 6 에 따른 밀링 헤드의 평면도이다.
도 8 은 도 6 에 따른 밀링 헤드의 와이어 프레임 모델이다.
도 1 내지 도 3 에 도시된 밀링 헤드는 기본적으로 베이스 동체(10)를 구비하는데, 베이스 동체에는 각각 납땜된 블레이드(12)들을 가지는 3 개의 블레이드 홀더(11)들이 장착된다. 블레이드 홀더(11)들은 길이 방향의 중심 축(13)에 평행한 개별의 보어(22)들에 끼워진다 (도 3 참조). 기본적으로 반경 방향 및 그에 대하여 약간 경사진 방향으로, 다른 보어들이 베이스 동체(10) 안에 제공되며, 그 안에서 개별의 조절 나사(15)들을 통하여, 바람직스럽게는 이중 나선의 나사를 통하여, 반경 방향으로 미끄러질 수 있는 개별의 쐐기부(14)들이 배치된다. 도 5 에 도시된 바와 같이, 이들 쐐기부(14)들은 베이스 동체의 반경 방향 평면에 각도가 형성된 면(16)들을 가지고, 따라서 쐐기부의 반경 방향 운동은 길이 방향 축을 따라서, 즉, 축방향으로, 개별의 블레이드 홀더(11)를 미끄러뜨린다. 유지용 요소(18)는 중심 방향으로 위치되고, 블레이드 홀더(11)의 대응하는 가장자리 면(20)에 맞닿는 3 개의 가장자리 면들을 가지는 것으로서, 블레이드 홀더를 클램프시키는데 이용된다. 유지용 요소(18)는 나사(21)에 의해 고정될 수 있는데, 상기 나사는 이중 나선의 것이 바람직스럽다. 도시된 경우에 유지용 요소(18)는 평탄한 가장자리 면(20)을 각각 가지는 3 개의 블레이드 홀더(11)들을 고정시키도록 이용된다. 유지용 요소(18)의 적절한 설계 및 삼각형으로 가장자리 면(19)들을 배향하는 것에 의하여, 블레이드들 및 블레이드 홀더(11)들의 정확한 정렬이 달성될 수 있으며 따라서 이들은 서로 120°의 각도를 형성한다 (도 1 참조). 각각의 블레이드 홀더(11)는 둥근 핀(14)과 개별의 나사(15)를 통하여 축방향으로 움직일 수 있다. 보어(22)들은 블레이드 홀더들의 축방향 평행 정렬 및 블레이드들 세트가 블레이드 홀더와 축방향 평행 정렬되는데 이용된다. 도 4 에 도시된 바와 같이, 블레이드 홀더(11)들은 각각 각도가 형성된 표면(24)을 가지는데, 이 표면의 경사는 유지용 요소의 가장자리 면(19)의 경사에 대응한다. 이것은 블레이드 홀더(11)가 (억제력을 반경 방향 또는 축방향으로 분리시키는 것에 기인하여) 가장자리 면(19)상에 목표된 방식으로 가압되는 것을 보장한다.
선택된 구현예의 장점들은 특히, 블레이드 홀더(11)들 및 상기 블레이드 홀더들에 대한 블레이드들의 정확한 축방향 위치 선정이 가능하며, 전체 공구가 고속 회전에 적합한, 집약적이고, 자체 포함된 구조를 가진다는 점이다.
도 6 내지 도 8 에 따른 밀링 헤드(10)는 기본적으로 베이스 동체(10)를 구 비하며, 여기에서 3 개의 블레이드 홀더(11)들이 각각 납땜된 블레이드(12)와 함께 배치된다. 블레이드 홀더(11)들은 길이 방향 축(13)에 평행하게 연장된 보어(bore) 안에 설치된다. 실질적으로, 반경 방향으로나 또는 약간 그에 대한 각도 방향으로, 다른 보어들이 베이스 동체(10) 안에 제공되어 쐐기부(14)들이 배치되는데, 상기 쐐기부는 개별적인 조절 나사(15)들을 통하여, 바람직스럽게는 이중 나선의 나사를 통하여, 반경 방향으로 미끄러질 수 있다. 도 5에서 알 수 있는 바와 같이, 이들 쐐기부(14)들은 베이스 동체의 개별적인 반경 방향 평면에 대하여 각도가 형성된 면(16)을 가지며, 따라서 쐐기부(14)들의 반경 방향 운동 동안에, 블레이드 홀더(11)는 길이 방향 축을 따라서, 즉, 반경 방향으로 미끄러질 수 있다. 블레이드 홀더의 대응하는 가장자리 면(20)들과 맞닿는 3 개의 가장자리 면(19)들을 가지며 중심에 위치된 유지용 요소(18) 뿐만 아니라 억제 링(17)(도 6 및 도 7 참조)들이 블레이드 홀더(11)를 클램프시키도록 이용된다. 유지용 요소(18)는 나사(21)에 의해서 고정될 수 있으며 상기 나사가 바람직스럽게는 이중 나선이다. 유지용 요소(18)는 도시된 구현예에서 각각 신장된 가장자리 면(20)을 가지는 3 개의 블레이드 홀더(11)들을 고정시키도록 이용된다. 삼각형 형태인 가장자리 면(19)들의 배치 및 유지용 요소의 디자인에 의하여, 서로에 대하여 120°의 각도에서 블레이드 홀더 및 블레이드들의 정확한 정렬이 이루어진다. 각각의 블레이드 홀더는 개별의 둥근 핀(14) 및 나사(15)를 통하여 축방향으로 조절될 수 있다. 슬리이브인, 억제 링(17)은 블레이드 홀더들 및 블레이드들 세트의 축방향 평행 정렬을 위해 이용된다. 베이스 동체(10) 및 억제 링(17)은 근접한 실린더형 표면들을 가진다. 도 5 에 도시된 바와 같이, 블레이드 홀더(17)도 길이 방향 축을 따라서 연장된 좁은 베이스 표면(23)을 가진다. 이러한 표면(23)은 억제 핀과 커터들의 세트 사이에 2 중 라인(line)의 접촉을 제공한다.
억제 링의 고정에 기인하여, 분당 최대 6000 rpm 까지의 밀링 헤드의 고속 회전이 기계 가공 품질의 손실 없이도 실현될 수 있다. 지극히 빠른 회전에 기인하여, 억제 링에 작용하는 원심력이 결정적인 값을 초과하는 경우에만, 억제 링의 팽창이 발생할 수 있다.
억제 링이 바람직스럽게는 슬리이브의 형태로 설계되며, 특히 0.5 mm 내지 최대 1 mm의 두께 및/또는 75 mm 내지 100 mm 의 높이를 가진다. 이용되는 재료(강철)를 가지고, 상기의 치수들은 극히 빠른 회전 속도까지 블레이드 홀더의 안정된 고정을 보장하기에 충분하다.
도시된 블레이드는 직각의 회전 절삭 작업에 적절하고, 특히 연삭 대신에 구동 샤프트의 마무리 공정(finishing)에 특히 적절하다. 직교 회전 절삭은 건식으로 수행될 수 있으며, 따라서, 냉각용 윤활제를 이용하는 습식 연삭과 비교하여 비용상의 장점을 더 얻을 수 있다. 본 발명에 따른 밀링 헤드는 베어링 시이트(bearing seat)의 볼록함, 제조된 작업물의 표면 마무리 품질, 회전에서의 고성능을 달성하며 경제적인 대량 생산을 가능하게 한다. 특히, 필요하다면 축방향 횡단 속도를 이용할 필요 없이, 편심 조절되는 직교 회전 절삭을 위하여 공가가 이용될 수 있다.
10. 베이스 동체 11. 블레이드 홀더
12. 블레이드 13. 길이 방향 축
14. 쐐기부 15. 조절 스크류
16. 쐐기부(14)의 쐐기면
17. 억제 링 18. 유지용 요소
19. 가장자리 면 20. 가장자리 면
21. 나서 22. 보어
2. 평탄 면 24. 각도 면
본 발명은 절삭 공구에서 이용될 수 있다.

Claims (8)

  1. 베이스 동체(10)에 끼워진 복수개의 블레이드 홀더(11)들을 가지는 밀링 헤드로서, 각각의 블레이드 홀더(11)는 각각의 블레이드 홀더에 장착된 블레이드(12)를 가지고, 블레이드 홀더(11)는 쐐기부(14)를 통하여 축방향으로 움직이고 유지용 요소에 의해 밀링 헤드에 고정되며, 블레이드 홀더(11)들 각각은 베이스 동체의 보어(22) 안에 끼워진 생크(shank)를 가지며, 중앙에 위치된 유지용 요소(18)에 의해 고정될 수 있는 것을 특징으로 하는, 밀링 헤드.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    억제 링(17)은, 베이스 동체(10)상에 수축 끼움(shrink-fitted)되고, 슬리이브와 유사하게 형성되며, 0.5 mm 내지 1 mm의 두께 및 75 내지 100 mm 의 높이를 가지는 것을 특징으로 하는, 밀링 헤드.
  4. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
    중앙에 위치된 유지용 요소(18)는 평면도에서 상부의 평탄한 가장자리 면(19)들을 가지는 n 개 코너의 동체로서, 클램핑된 위치에 있는 각각의 가장자리 면(19)은 블레이드 홀더(11)의 평탄한 가장자리 면(20)에 맞닿는 것을 특징으로 하는, 밀링 헤드.
  5. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
    유지 요소(18)는 억제 나사(12) 또는 6 각 소켓 나사에 의해 베이스 동체(10) 안에 고정(anchoring)되는 것을 특징으로 하는, 밀링 헤드.
  6. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
    쐐기부(14)는 평탄한 쐐기부 면(16)을 가진 둥근 핀으로서, 이것은 베이스 동체(10)의 반경 방향 보어 안에 설치될 수 있으며 나사(15)에 의해 조절되는 것을 특징으로 하는, 밀링 헤드.
  7. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
    120°의 각도 오프셋으로 배치된 3 개의 블레이드 홀더(11)들이 있는 것을 특징으로 하는, 밀링 헤드.
  8. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
    블레이드 홀더에 납땜된, 경질 금속, 큐빅 보니트라이드(cubic bornitride; CBN) 또는 폴리크리스탈린 다이아몬드 동체(polycrystalline diamond body; PKD)로 이루어진 블레이드(12)를 특징으로 하는, 밀링 헤드.
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