KR101352863B1 - 비대칭 3점 가이드를 구비하는 나선형 트위스트 드릴 - Google Patents

Abstract

본 발명은 드릴에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 드릴팁 외주면에 3개의 가이드가 형성되고, 3개의 가이드가 비대칭으로 배치되어 가공 부하 및 채터링을 감소시킬 수 있는 나선형 트위스트 드릴에 관한 것이다. 본 발명에 따른 드릴은 드릴팁의 외주면에 3개의 가이드가 상호 소정 각도로 이격되어 비대칭적으로 배치된다.

Description

비대칭 3점 가이드를 구비하는 나선형 트위스트 드릴{HELICAL TWIST DRILL HAVING ASYMMETRICAL 3-POINT GUIDE}

본 발명은 드릴에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 드릴팁 외주면에 3개의 가이드가 형성되고, 3개의 가이드가 비대칭으로 배치되어 가공 부하 및 채터링을 감소시킬 수 있는 나선형 트위스트 드릴에 관한 것이다.

일반적으로 공작물에 홀 가공을 위한 공구로서 드릴이 사용된다. 통상적인 드릴은 모터에 의해 회전하는 스핀들에 결합되어 고속으로 회전되면서 공작물을 연삭함으로써 홀을 천공한다.

도 1의 (a)는 이러한 종래 통상적인 나선형 트위스트 드릴의 구조가 도시된 도면으로, 도시된 바와 같이, 종래의 나선형 트위스트 드릴은 모터에 의해 회전하는 스핀들이나 척을 구비한 공구 몸체에 결합되는 생크(shank;13)와, 상기 생크(13)에 결합되는 드릴몸체(12) 및 선단에 절삭날을 구비하는 드릴팁(10)을 포함한다. 여기서, 상기 드릴몸체(12)는 통상 고속도강으로 형성되고, 드릴팁은 초경합금 또는 다결정 다이아몬드 등 경도가 강한 재질로 구성된다. 이와 같은 통상적인 드릴의 구조는 US 5,947,660 등에 개시되어 있다.

한편, 공작물에 홀 가공 작업시, 드릴은 대체로 고속으로 회전하기 때문에 회전력에 의한 진동으로 홀 내에서 덜그럭거리는 일명 '채터링(chattering)' 현상이 빈번하게 발생한다. 그리고, 이러한 진동에 의해 심한 경우 드릴이 어느 한쪽 방향으로 편향되게 진행하여 정밀한 홀 가공이 이루어지지 못하는 문제점이 발생한다. 그리고, 드릴팁 부분의 각도 오류로 드릴이 스스로 드릴링한 홀 속에 속박되는 문제가 또한 발생한다.

이러한 문제점을 해결하기 위해, 대한민국 등록특허 제10-1164467호에는 가이드 부재를 구비한 드릴 및 드릴팁이 제시된다. 여기서, 상기 가이드 부재는 드릴팁의 최외곽에 원호형(원통형)으로 돌출되어, 피가공물에 가공된 홀 내주면에 접촉됨에 따라 드릴의 측면 방향으로의 진동을 방지하여 채터링을 방지하고, 드릴의 센터링(centering)이 정확히 이루어지도록 하여 편향에 따른 오류를 최소화하며, 드릴이 홀 속에 속박되는 것을 방지하는 기능을 수행한다.

도 1의 (b) 및 (c)에 이러한 가이드 부재를 구비한 드릴팁의 구성이 도시된다. 도시된 바와 같이, 상기 등록특허에 따르면, 드릴팁(10) 단부에 1개 이상의 절삭날이 제공된다. 드릴팁(10)에는 치즐날(24)을 포함한 드릴링용 날(19)이 제공된다. 드릴팁(10)은 경질의 재료, 바람직하게는 초경합금, 가장 바람직하게는 사출성형된 초경합금으로 제조되며, 2개의 상부여유면(15), 지지면(16) 및 이들을 연결하는 제1곡면(17)과 드릴몸체(12)에 나선형으로 형성된 칩 플루트(chip flute)와 연결되는 제2곡면(18)을 포함한다. 제2곡면(18) 및 상부여유면(15) 사이의 교차선은 바람직하게는 강화 챔퍼(미도시)를 통해 절삭날(19)을 형성한다. 가이드 부재(40)는 제1곡면(17)의 각 선단부에서 회전방향(즉, 드릴팁이 반시계방향으로 회전될 때임)으로 경사지게 제공된다. 각 가이드 부재(40)는 2 이상의 표면부(41 및 42)로 구성된다. 절삭날(19)과 가장 가깝게 위치한 제1표면부(41)에는 중심축과 동심인 가상의 원통(C)과 일치하는 둘레 연장부가 있으며, 그에 따라 제1표면부(41)가 부분-원통형 가이드 부재를 구성한다. 제1표면부(41)는 반경(R)으로 규정되며, 그 반경방향 중심은 중심축 상에 제공된다. 제1 표면부(41)는 가이드 부재를 따라 축방향의 후방쪽으로 제2표면부(42)와 연결되며, 제2표면부는 중심축과의 관계에서 편심 형상이며, 이에 따라 구멍의 내벽에 대하여 제1표면부(41) 보다 더 큰 여유면을 형성하기 때문에, 제2표면부(42)는 편심형 가이드 부재를 구성한다고 말할 수 있다. 각 편심형 가이드 부재(42)는 중심축으로부터 이격되어 제공된 반경 중심을 갖는 원통형이다. 편심형 가이드 부재(42)는 대안적으로 평면 또는 곡선형과 같은 다른 형상을 가질 수 있다.

위와 같은 구성을 갖는 종래 드릴은 도 1 의 (c)에 도시된 바와 같이, 드릴팁의 외측 서로 반대편에 각각 중심축을 기준으로 180°회전대칭인 2개의 가이드 부재(40)를 구비하여, 최외곽에서 각 가이드 부재(40)가 홀의 내주면과 서로 반대되는 2개의 지점에서 접촉됨에 따라 드릴의 회전을 안정적으로 가이드하여 채터링 및 편향 오류를 최소화한다.

또한, 종래의 드릴 중에는 2개의 가이드가 90°회전대칭으로 배치된 형태의 것도 존재한다.

그런데, 이러한 종래 드릴에 의하면, 가이드 부재가 드릴팁의 외측 반대편에 회전대칭이 되도록 2개가 구성되는 바, 양 가이드 부재가 구비된 방향으로의 채터링 및 편향은 감소될 수 있으나, 가이드 부재가 구비되지 않은 방향으로의 채터링 및 편향 현상은 여전히 해소되지 못하는 단점이 존재한다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래 2개의 가이드 부재를 구비하는 드릴의 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로, 기존에 가이드 부재가 구비되지 않은 방향으로의 채터링 및 편향 현상을 해소하고 가공 부하를 감소시킬 수 있는 드릴을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 바와 같은 본 발명은 생크와, 상기 생크의 선단부에 구비되며 외주면에는 나선형의 제1칩플루트와 제1나선형볼록곡면 및 나선형의 제2칩플루트와 제2나선형볼록곡면이 교대로 형성된 드릴몸체와, 상기 드릴몸체의 선단에 구비되며 제1칩플루트와 제2칩플루트에 각각 연결되는 나선형의 제1오목곡면 및 제2오목곡면을 포함하고 선단측에 상기 제1오목곡면과 제2오목곡면에 의해 구분 형성되는 제1선단면과 제2선단면을 포함하며 외주면 일측에는 상부는 상기 제1선단면과 접하고 좌우 양측에서 각각 제1오목곡면 및 제2오목곡면과 접하는 제1볼록곡면이 형성되고 타측에는 상부는 상기 제2선단면과 접하고 좌우 양측에서 각각 제2오목곡면 및 제1오목곡면과 접하는 제2볼록곡면이 형성되고 상기 제1선단면과 제1칩플루트홀의 경계면에는 제1절삭날부가 형성되고 제2선단면과 제2칩플루트홀의 경계면에는 제2절삭날부가 형성된 드릴팁을 포함하는 나선형 트위스트 드릴로서, 상기 드릴팁의 외주면에는 제1가이드, 제2가이드 및 제3가이드가 비대칭적으로 상호 이격 배치되는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 제1가이드는 상기 제1오목곡면과 접하는 제1볼록곡면의 가장자리 경계면을 따라 나선형으로 돌출 형성되며; 상기 제2가이드는 상기 제1오목곡면과 접하는 제2볼록곡면의 가장자리 경계면을 따라 나선형으로 돌출 형성되며; 상기 제3가이드는 상기 제2오목곡면과 접하는 제2볼록곡면의 가장자리 경계면을 따라 나선형으로 돌출 형성된다.

그리고, 상기 제1가이드, 제2가이드 및 제3가이드의 표면은 드릴의 중심축을 동심으로 하는 원호형 곡면으로 구성된다.

또한, 상기 제1가이드는 드릴의 중심축(O)을 지나는 가상의 수평선의 일측으로 정의되는 제1방향에 배치되고, 상기 제2가이드는 드릴의 중심축(O)을 지나는 가상의 수직선의 일측으로 정의되는 제2방향에 배치되며, 상기 제3가이드는 드릴의 중심축(O)을 지나는 가상의 수평선의 타측으로 정의되는 제3방향으로부터 상기 제1가이드와의 인접 각도가 작아지는 방향으로 각도 'θ' 만큼 편향된 위치에 형된다.

여기서, 상기 'θ'는 O°이상 90°미만인 것이 바람직하고, 상기 'θ'는 0°이상 15°이하인 것이 더욱 바람직하다.

그리고, 상기 제1가이드는 상측으로 제1선단면과 접하며 하측으로는 드릴몸체의 제1칩플루트와 접하는 제1나선형볼록곡면의 가장자리 경계면을 따라 연장 형성되고; 상기 제2가이드는 상측으로 제2선단면과 접하며 하측으로는 드릴몸체의 제1칩플루트와 접하는 제2나선형볼록곡면의 가장자리 경계면을 따라 연장 형성되며; 상기 제3가이드는 상측으로 제2선단면과 접하며 하측으로는 드릴몸체의 제2칩플루트와 접하는 제2나선형볼록곡면의 가장자리 경계면을 따라 연장 형성된다.

상기한 바와 같은 본 발명에 따르면, 기존에 통상 2개의 가이드를 구비하였던 드릴팁에 하나의 가이드를 추가하여 총 3개의 가이드를 형성하고, 특히, 3개의 가이드를 비대칭으로 배치하여 가이드의 갯수를 늘리지 않고도 전방위에서의 채터링 및 편향 해소 효과를 달성할 수 있으며, 3점에서 가이드가 수행되므로 가공부하가 감소되는 효과를 가져온다.

도 1 은 종래 통상적인 드릴 및 가이드 부재를 구비하는 드릴팁의 구성도,
도 2 는 본 발명에 따른 비대칭 3점 가이드를 구비하는 드릴을 서로 다른 세 방향에서 바라본 사시도,
도 3 은 본 발명에 따른 비대칭 3점 가이드를 구비하는 드릴의 정면도이다.

이하, 본 발명에 따른 비대칭 3점 가이드를 구비하는 드릴의 구성 및 작용에 대하여 첨부된 도면과 바람직한 실시예를 참조로 상세히 설명한다.

도 2 및 도 3 에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 나선형 트위스트 드릴은 도 1 에 도시된 바와 같은 종래의 나선형 트위스트 드릴과 같이 생크(130), 드릴몸체(120) 및 드릴팁(100)을 포함하되, 상기 드릴몸체(120)와 드릴팁(100)은 일체로 구성될 수도 있고, 드릴팁(100)만 초경 소재 등으로 별도 구성되어 드릴몸체(120)의 선단에 브레이징 등의 방법으로 결합될 수 있다. 이하에서는, 드릴몸체(120)와 드릴팁(100)을 구분하여 설명하기로 한다.

상기 생크(130)는 모터에 의해 회전되는 스핀들에 결합되는 부분으로 도시된 바와 같이 대체로 원통 형상으로 구성된다. 그리고, 상기 드릴몸체(120)는 생크(130)의 선단부에 전방을 향하여 길게 연장 형상되며 외주면에는 제1칩플루트(121)와 제2칩플루트(122)가 형성된다. 상기 제1칩플루트(121)와 제2칩플루트(122)는 홀 가공시 발생하는 칩이 배출되는 오목한 홈으로서 원통형상의 드릴몸체(120)의 외주면에 소정 간격 이격되어 서로 교차되지 않도록 나선형으로 오목하게 형성된다. 이에 따라, 상기 드릴몸체(120)의 외주면에는 2개의 오목한 칩플루트와 2개의 나선형 볼록곡면(제1나선형볼록곡면(123), 제2나선형볼록곡면(124))이 교대로 형성된다.

상기 드릴팁(100)은 드릴몸체(120)의 선단에 구비되며, 상기 드릴몸체(120)의 제1칩플루트(121)와 제2칩플루트(122)에 각각 연결되는 나선형의 제1오목곡면(101)과 제2오목곡면(102)을 구비한다. 상기 제1오목곡면(101)과 제2오목곡면(102)은 서로 소정 간격 이격되어 교차되지 않도록 나선형으로 오목하게 형성됨에 따라 상기 드릴팁(100)의 선단은 제1선단면(103)과 제2선단면(104)으로 구분된다. 또한, 상기 드릴팁(100)의 외주면 일측에는 상부는 상기 제1선단면(103)과 접하고 좌우 양측에서 각각 제1오목곡면(101) 및 제2오목곡면(102)과 접하는 제1볼록곡면(105)이 형성되고, 타측에는 상부는 상기 제2선단면(104)과 접하고 좌우 양측에서 각각 제2오목곡면(102) 및 제1오목곡면(101)과 접하는 제2볼록곡면(106)이 형성된다. 여기서, 상기 제1볼록곡면(105)과 제2볼록곡면(106)은 드릴몸체(120)의 2개의 나선형 볼록곡면과 각각 연결된다. 그리고, 상기 제1선단면(103)과 제1칩플루트(121)의 경계면에는 제1절삭날부(107)가 형성되고, 제2선단면(104)과 제2칩플루트(122)의 경계면에는 제2절삭날부(108)가 형성된다. 또한, 상기 제1선단면(103)과 제2선단면(104)에는 드릴 작업시 발생하는 열을 식히기 위한 냉각수가 공급되는 냉각수홀(109)이 각각 형성된다.

이상에서 설명한 구성은 통상적인 나선형 트위스트 드릴의 구성과 동일하다. 다만, 본 발명에 따른 나선형 트위스트 드릴의 드릴팁(100)은 외주면에 3개의 가이드, 즉, 제1가이드(111), 제2가이드(112) 및 제3가이드(113)를 포함하는 것을 특징으로 한다. 여기서 가이드는 배경 기술 부분에서 언급된 '가이드 부재'와 동일한 것으로서, 가공되는 홀의 내주면에 접하여 드릴팁(100)의 회전을 안정적으로 안내하는 부분이다.

제1가이드(111)는 제1오목곡면(101)과 접하는 제1볼록곡면(105)의 가장자리 경계면을 따라 소정의 너비를 가지며 나선형으로 돌출 형성되며 표면은 드릴의 중심축을 동심으로 하는 원호형 곡면으로 구성된다. 그리고, 상기 제1가이드(111)는 상측으로 제1선단면(103)과 접하며 하측으로는 드릴몸체(120)의 제1칩플루트(121)와 접하는 제1나선형볼록곡면(123)의 가장자리 경계면을 따라 연장 형성된다.

제2가이드(112)는 제1오목곡면(101)과 접하는 제2볼록곡면(106)의 가장자리 경계면을 따라 소정의 너비를 가지며 나선형으로 돌출 형성되며 표면은 드릴의 중심축을 동심으로 하는 원호형 곡면으로 구성된다. 그리고, 상기 제2가이드(112)는 상측으로 제2선단면(104)과 접하며 하측으로는 드릴몸체(120)의 제1칩플루트(121)와 접하는 제2나선형볼록곡면(124)의 가장자리 경계면을 따라 연장 형성된다.

제3가이드(113)는 제2오목곡면(102)과 접하는 제2볼록곡면(106)의 가장자리 경계면을 따라 소정의 너비를 가지며 나선형으로 돌출 형성되며 표면은 드릴의 중심축을 동심으로 하는 원호형 곡면으로 구성된다. 그리고, 상기 제3가이드(113)는 상측으로 제2선단면(104)과 접하며 하측으로는 드릴몸체(120)의 제2칩플루트(122)와 접하는 제2나선형볼록곡면(124)의 가장자리 경계면을 따라 연장 형성된다.

도 3 에는 이와 같은 제1가이드(111), 제2가이드(112) 및 제3가이드(113)를 포함하는 드릴의 정면도가 도시되며, 각 가이드 사이의 위치 관계가 상호간의 배치 각도로 표시된다.

도시된 바와 같이, 상기 제1가이드(111)는 드릴의 중심축(O)을 지나는 가상의 수평선의 일측(도면에서는 좌측. 이하, '제1방향'이라 칭함)에 배치된다. 그리고, 상기 제2가이드(112)는 드릴의 중심축(O)을 지나는 가상의 수직선의 일측(도면에서는 하측. 이하 '제2방향'이라 칭함)에 배치되어, 중심축(O)을 기준으로 상기 제1가이드(111)와 대체로 수직하게, 즉, 90°정도의 간격을 두고 이격 배치되는 것이 바람직하다. 여기서는 제1가이드(111)와 제2가이드(112)가 수직 또는 90°간격을 두고 이격 배치된다고 하였으나, 실제 정확하게 90°일 필요는 없고 대체로 수평의 제1방향과 수직의 제2방향으로의 채터링 및 편향을 방지할 수 있을 정도의 간격이라면 미세한 오차는 무시할 수 있다.

한편, 상기 제3가이드(113)는 드릴의 중심축(O)을 지나는 가상의 수평선의 타측(도면에서는 우측, 이하 '제3방향'), 즉, 상기 제1가이드(111)의 180°반대측 지점으로부터 제1가이드(111)와의 인접 각도가 작아지는 방향으로 소정 각도 'θ' 만큼 편향된 위치에 형성되는 것이 바람직하다. 여기서, 상기 'θ'는 O°이상 90°미만일 수 있으나, 드릴의 형태를 고려하여 0°~ 15°인 것이 바람직하다. 이에 따라, 상기 제3가이드(113)는 제2가이드(112)와 90°를 넘는 둔각을 형성하고, 제1가이드(111)와도 둔각을 형성한다. 예컨대, 제1가이드(111)와 제2가이드(112)가 90°간격을 두고 배치된다면, 제2가이드(112)와 제3가이드(113)는 105°, 제3가이드(113)와 제1가이드(111)는 165°의 간격을 두고 배치될 수 있다.

이와 같이 제1가이드(111)와 제2가이드(112)가 대체로 수직하게 배치되고, 제3가이드(113)가 제2가이드(112) 및 제1가이드(111)와 각각 둔각을 형성하도록 배치되면, 제1가이드(111)가 제1방향, 제2가이드(112)가 제2방향에 배치되고, 제3가이드(113)는 제3방향과 제4방향 사이에 배치되므로, 제3가이드(113)가 제3방향 및 제4방향으로의 채터링 및 편향 현상까지 제어할 수 있게 된다. 만일, 제3가이드(113)가 제1가이드(111)와 180°반대측에 배치된다면 제4방향으로의 채터링 및 편향 현상을 제어가 불가능하여 제4방향에 별도의 제4가이드가 구비되어야 할 것이다. 그런데, 본 발명에서와 같이, 제3가이드(113)를 제1가이드(111)와의 인접 각도가 작아지는 방향으로 소정 각도 'θ' 만큼 편향시키면, 제3가이드(113)에 의해 제3방향 및 제4방향으로의 채터링 및 편향 현상이 제어되고, 제4가이드의 가공에 들어가는 비용과 수고를 절감할 수 있게 된다. 또한, 비대칭으로 3점에서 드릴의 회전을 가이드하게 되므로 가공 부하 또한 줄어들게 된다.

이상, 본 발명을 첨부한 도면에 도시된 실시예에 의하여 설명하였으나, 본 발명의 보호범위는 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 보호범위는 특허청구범위에 기재된 사항 및 이에 균등한 모든 실시예에 미친다고 해석되어야 한다.

100 : 드릴팁 101 : 제1오목곡면
102 : 제2오목곡면 103 : 제1선단면
104 : 제2선단면 105 : 제1볼록곡면
106 : 제2볼록곡면 107 : 제1절삭날부
108 : 제2절삭날부 109 : 냉각수홀
111 : 제1가이드 112 : 제2가이드
113 : 제3가이드 120 : 드릴몸체
121 : 제1칩플루트 122 : 제2칩플루트
123 : 제1나선형볼록곡면 124 : 제2나선형볼록곡면
130 : 생크

Claims (7)

1. 생크(130)와, 상기 생크(130)의 선단부에 구비되며 외주면에는 나선형의 제1칩플루트(121)와 제1나선형볼록곡면(123) 및 나선형의 제2칩플루트(122)와 제2나선형볼록곡면(124)이 교대로 형성된 드릴몸체(120)와, 상기 드릴몸체(120)의 선단에 구비되며 제1칩플루트(121)와 제2칩플루트(122)에 각각 연결되는 나선형의 제1오목곡면(101) 및 제2오목곡면(102)을 포함하고 선단측에 상기 제1오목곡면(101)과 제2오목곡면(102)에 의해 구분 형성되는 제1선단면(103)과 제2선단면(104)을 포함하며 외주면 일측에는 상부는 상기 제1선단면(103)과 접하고 좌우 양측에서 각각 제1오목곡면(101) 및 제2오목곡면(102)과 접하는 제1볼록곡면(105)이 형성되고 타측에는 상부는 상기 제2선단면(104)과 접하고 좌우 양측에서 각각 제2오목곡면(102) 및 제1오목곡면(101)과 접하는 제2볼록곡면(106)이 형성되고 상기 제1선단면(103)과 제1칩플루트(121)의 경계면에는 제1절삭날부(107)가 형성되고 제2선단면(104)과 제2칩플루트(122)의 경계면에는 제2절삭날부(108)가 형성된 드릴팁(100)을 포함하는 나선형 트위스트 드릴에 있어서,
   상기 드릴팁(100)의 외주면에는 제1가이드(111), 제2가이드(112) 및 제3가이드(113)가 비대칭적으로 상호 이격 배치되고;
   상기 제1가이드(111)는 상기 제1오목곡면(101)과 접하는 제1볼록곡면(105)의 가장자리 경계면을 따라 나선형으로 돌출 형성되고, 상기 제2가이드(112)는 상기 제1오목곡면(101)과 접하는 제2볼록곡면(106)의 가장자리 경계면을 따라 나선형으로 돌출 형성되고, 상기 제3가이드(113)는 상기 제2오목곡면(102)과 접하는 제2볼록곡면(106)의 가장자리 경계면을 따라 나선형으로 돌출 형성되며;
   상기 제1가이드(111), 제2가이드(112) 및 제3가이드(113)의 표면은 드릴의 중심축을 동심으로 하는 원호형 곡면으로 구성되고;
   상기 제1가이드(111)는 드릴의 중심축(O)을 지나는 가상의 수평선의 일측으로 정의되는 제1방향에 배치되고, 상기 제2가이드(112)는 드릴의 중심축(O)을 지나는 가상의 수직선의 일측으로 정의되는 제2방향에 배치되며, 상기 제3가이드(113)는 드릴의 중심축(O)을 지나는 가상의 수평선의 타측으로 정의되는 제3방향으로부터 상기 제1가이드(111)와의 인접 각도가 작아지는 방향으로 각도 'θ' 만큼 편향된 위치에 형성되고;
   상기 'θ'는 0°이상 15°이하이며;
   상기 제1가이드(111)는 상측으로 제1선단면(103)과 접하며 하측으로는 드릴몸체(120)의 제1칩플루트(121)와 접하는 제1나선형볼록곡면(123)의 가장자리 경계면을 따라 연장 형성되고, 상기 제2가이드(112)는 상측으로 제2선단면(104)과 접하며 하측으로는 드릴몸체(120)의 제1칩플루트(121)와 접하는 제2나선형볼록곡면(124)의 가장자리 경계면을 따라 연장 형성되고, 상기 제3가이드(113)는 상측으로 제2선단면과 접하며 하측으로는 드릴몸체(120)의 제2칩플루트(122)와 접하는 제2나선형볼록곡면(124)의 가장자리 경계면을 따라 연장 형성된 것을 특징으로 하는 나선형 트위스트 드릴.
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