KR101499169B1 - 공구 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 절삭 인서트를 가진 카트리지 또는 주변에 배열된 절삭 인서트(15)를 포함하는 디스크-형태의 공구 캐리어를 포함하는, 기계 가공 동안 종방향 축 주위에서 회전하는 공구의 외부 밀링 또는 회전 브로칭을 위한 공구에 관한 것이다. 본 발명에 따라서, 절삭 인서트 또는 카트리지는 직접적으로 또는 간접적으로 어댑터에 의해 머신 스핀들로 분리가능하게 고정되는 링-형태 또는 부분적으로 링-형태의 세그먼트-형태의 캐리어(11) 상에 배치된다.

Description

공구{Tool}

본 발명은, 주위에 배치된 절삭 인서트(cutting insert)들 또는 절삭 인서트들이 끼워 맞춤된 카세트(cassette)들을 가진 디스크-형태의 공구 홀더(tool holder)를 포함하는 것으로서, 기계가공 동안 종방향 축 주위에서 회전하는 작업편(workpiece)의 외부 밀링(external milling) 또는 터닝/회전 브로칭(turning/rotary broaching)을 위한 공구에 관한 것이다.

특히, 이러한 공구는 차량의 크랭크샤프트 또는 캠샤프트를 제조하는데 있어서, 작업편의 종방향 축에 대해 동심적으로 그리고 편심적으로 놓여진 회전대칭적인 표면을 형성하기 위하여 이용된다. 이러한 샤프트를 제조하는 동안, 메인 및 빅-엔드 베어링(main and big-end bearings)을 충분히 신뢰성 있는 방식으로 제조하도록 후속 절삭 공정을 수행할 수 있게 하기 위하여, 특정 공차를 갖도록 캐스트(cast)된 작업편이 기초물(basis)로서 종종 이용된다. 외부 밀링(external milling) 또는 터닝/회전 브로칭(turning/rotary broaching) 또는 회전 브로칭을 위한 공구는 종래 기술에 공지되었다.

회전 브로칭을 할 때에는, 선형 회전 브로칭 공구는 기계가공되어지는 회전하는 작업편에 대해 반경방향으로 제공된다. 터닝/회전 브로칭을 할 때에는, 서로 연속되는 복수의 절삭 인서트들이 디스크-형태의 공구 홀더의 피치 원 원주(pitch circle circumference) 상에 배치되며, 상기 절삭 인서트들은 디스크의 원주의 제 1 섹션을 따라 계단식으로(stepwise) 연속적으로 증가된다. 주요하게 EP 0 313 644 B1호 또는 EP 0 286 771 A1호에 공개된 바와 같이, 이러한 공구는 회전하는 작업편 상으로 반경방향으로 피치 원 호(pitch circle arc)를 따라 선회운동한다. 여기서 이용되는 공구 상에서, 2가지의 기하학적으로 상이한 형태의 절삭 인서트들이 언더컷(undercut)의 생성 및 핀 기계가공을 위해 이용되며, 이에 대한 엔드 공구(end tool)가 예를 들어 DE 100 279 45 A1호에 기술되고 도시된다. 그러한 사이드 밀링 커터(side milling cutter)는, 작업편, 즉 크랭크샤프트 또는 캠샤프트가 느리게 회전하는 반면 사이드 밀링 커터가 그 축 주위로 실질적으로 상대적으로 빠른 속도로 회전하도록 외부 밀링에서 이용된다. 그러므로, 특히 크랭크샤프트의 빅-엔드 베어링을 제조하기 위하여 이용되는 외부 밀링에 있어서는, 절삭 속도가 외부 밀링 커터의 회전 및 크랭크샤프트의 상대적으로 느린 회전으로부터 귀결되는 것이다.

밀링의 경제적 효율성은 특히 공구의 리셋팅(resetting) 시간를 포함하는 다양한 요인에 의존된다. 공구 홀더 상의 절삭 인서트가 마모된다면, 이러한 절삭 인서트는 교체되어야 하고, 종래 기술에 따라 사이드 밀링 커터(side milling cutter) 상에서 모든 개별 절삭 인서트를 구속해제하고 그 절삭 인서트를 새로운 절삭 인서트로 교체하며 새로운 절삭 인서트를 구속시키거나, 또는 각각의 경우 하나 이상의 절삭 인서트를 가진 카세트를 교체할 필요가 있는데, 이를 위해 그 전에 카세트를 구속해제시켜야 하고 새로이 고정시켜야 한다. 이러한 리셋팅 시간 동안 에는, 사이드 밀링 커터 전체가 밀링 머신으로부터 분리되고 준비된 사이드 밀링 커터로 교체되지 않는다면, 밀링 공정이 중단된다.

본 발명의 목적은 리셋팅 시간를 최소화시키며, 리셋팅 동안 취급을 간소화시키는 데 있다.

이러한 목적은, 절삭 인서트 또는 카세트가, 예를 들어 어댑터를 거쳐서 머신 스핀들(machine spindle)로 간접적으로 또는 머신 스핀들로 직접적으로 분리가능하게 고정된, 환형의 또는 부분적인 링-형태의 세그먼트 홀더(segmental holder) 상에 배치되는 것을 특징으로 하는, 청구항 제 1 항에 따르는 공구에 의해 구현된다.

환형 또는 세그먼트 홀더는 리셋팅 시간이 길어지는 것이 방지되도록 보다 더욱 신속하게 분리 또는 끼워맞춤될 수 있다. 복수의 절삭 인서트와 끼워 맞춤되는 환형 또는 세그먼트 홀더는 공구 홀더와 같이 저렴하게 제조될 수 있으며, 이에 따라 추가적인 재료 비용은 근소할 뿐이다. 세그먼트 홀더가 이용된다면, 서로에 대해 맞대어져 배치된 복수의 세그먼트들은 절삭 인서트의 완벽한 주변 링을 형성하거나, 또는 회전 또는 터닝/회전 브로칭을 위한 스트립-형태의 공구의 경우에는 완전한 홀더가 요구된다.

절삭 인서트에 대한 조임 나사와는 달리, 홀더를 어댑터로 또는 직접적으로 머신 스핀들로 고정시키는 클램핑 또는 나사 몸체는 리세스 내에서 오염물 또는 마모 효과 또는 충격 스트레스로부터 보호되도록 배치될 수 있다. 가능한 적은 개수의 고정 수단이 각각의 공구 홀더에 대해 선택된다.

세그먼트 홀더가 외부 밀링 커터에서 완전한 링을 형성하도록 선택된다면, 세그먼트 각도는, 한편으로는 적은 개수의 개별 홀더만이 교체되어지도록 가능한 크게 선택되면서도, 다른 한편으로는 추가적인 승강 수단(lifting means) 없이도 어려움없이 수동 교체가 가능하도록 중량이 배분된다. 따라서, 개별 세그먼트의 중량은 예를 들어 10 내지 12 kg으로 한정될 수 있다. 이러한 구성의 장점은 완전한 외부 커터 디스크를 교체하기 위해 필요한 적재 크레인이 필요없게 될 수 있다는 데에 있다.

추가적인 바람직한 구성들은 종속항에 따른다.

개별의 세그먼트들에 의해 문제점을 해결할 때, 각각의 세그먼트 홀더는 하나 이상의 나사, 바람직하게 각각의 경우 2개 또는 3개의 나사에 의해 머신 스핀들로 고정되어지는 것이 선호된다. 그러나, 실질적으로 나사고정된 연결부들의 개수는 홀더의 크기에 의존되며, 이에 따라 45°의 각도 범위를 포함하는 홀더는 3개의 나사에 의해 고정되는 것이 선호되는 반면 상대적으로 작은 각도의 세그먼트는 단지 2개의 나사만이 요구된다. 함께 폐쇄된 원형 링을 형성하는 개별 세그먼트들은 반경방향으로 연장되는 그들의 개별적 단부 면들이 다른 홀더의 인접한 개별적 단부 면에 맞대여 놓여지도록 배치된다.

바람직하게, 각각의 나사는 홀더 내에 배치된 구멍을 통과하고, 머신 스핀들 내의 나사 구멍 내에 고정된다.

그러나, 고정은 그 외의 다른 방식으로도 고안될 수 있는데, 즉 나사의 나사산 생크(thread shank)는 홀더 내의 나사 구멍 내의 제 위치에 나사끼움되고, 나사는 생크 내에 배치된 구멍을 통과한다. 바람직하게, 나사는 (구성에 따라) 끼워 맞춤 상태에서 머신 스핀들 또는 홀더의 리세스 내에서 은폐될 수 있는 헤드(head)를 가진다.

홀더를 교체할 때, 홀더를 분리하기 위하여 모든 조임 나사를 완전히 풀어야 하는 것을 회피하는 것이 선호된다면, 대안의 실시예에서 세그먼트 홀더는 한 측부에서 개방된 슬롯-형태의 리세스를 가지며, 나사에 의해 고정되기 전 나사 생크의 횡방향 삽입을 위해 그 외의 다른 단부에 정지부(stop)을 가질 수 있다.

이러한 실시예에서, 나사는 헤드의 회전 구동에 의해서만 구속해제되어져야 하며, 그 뒤 홀더는 슬롯-형태의 개구부에 따라 횡방향으로 분리될 수 있고 새로운 홀더에 의해 교체될 수 있다.

환형 디스크의 형태인 홀더가 선택된다면, 우선적으로 개별 세그먼트에 대하 상기에서 기술되어지는 나사에 의해 동일한 고정구(fastening)를 이용하는 것이 적합할 것이다. 그러나 대안적인 실시예에 따르면, 환형 디스크와 같은 홀더는 어댑터 또는 머신 스핀들에 대해 축방향으로 구속되는 것이 선호되며, 바람직하게, 이를 위해 조임 나사에 의해 작동될 수 있는 클램핑 웨지, 및/또는 회전 고정을 위해서는 함께 구속되어지는 부품들의 각각의 요홈(groove)-형태의 리세스 내에 배치되는 스프링이 제공된다. 그러나, 머신 스핀들 또는 어댑터와 홀더 사이의 베이오닛 연결부(bayonet)가 선택될 수도 있으며, 바람직하게 웨지 클램핑은 특히 클램핑 웨지(clamping wedge)가 드로우바(drawbar)에 의해 작동될 수 있도록 머신 스핀들 또는 어댑터와 홀더 사이에서 이용된다. 바람직하게, 환형 디스크는 축방향 정지부 표면에 의해 축방향 변위에 대해 고정된다.

본 발명의 예시적인 실시예는 도면에 기술된다.

도 1 내지 도 5는 다양한 실시예에서 세그먼트 공구 홀더를 가진 사이드 밀링 커터의 부분적인 도면을 각각 도시한다.

도 6은 환형 공구 홀더를 가진 사이드 밀링 커터를 도시한다.

도 7 및 8은 환형 공구 홀더의 고정구의 변형예들을 각각 상세히 도시한다.

* 도면 부호*

10: 스핀들 11: 세그먼트

12, 13, 14: 나사 15: 절삭 인서트

16, 17: 리세스 18: 리세스

19: 조임 나사 20: 리세스

21: 환형 홀더 22: 클램핑 지점

23: 어댑터 24: 클램핑 웨지

25: 나사 26, 27: 스프링

28: 카세트 29: 요홈

30: 클램핑 피스(clamping piece)

공구 홀더가 직접적으로 고정되거나 어댑터가 고정되는 동일한 현존하는 스핀들(10)이 각각의 도면에 도시된다. 상기 홀더는 세그먼트 형상 또는 환형 형상일 수 있다. 도 1 내지 도 5에 도시된 실시예의 변형예들에서, 세그먼트(11)가 이용되는데, 각각의 세그먼트(11)는 2개 또는 3개의 나사(12, 13, 14)에 의해 스핀들(10)에 고정된다. 도 1에 도시된 경우, 전체적으로 폐쇄된 링을 형성하는 10개의 세그먼트(11)가 요구되며, 상기 세그먼트로 각각의 상이한 절삭 인서트(15)들을 가진 카세트(cassette, 28)가 주변에 고정된다. 개별 카세트 및 인덱서블 인서트(indexable insert)의 고정 및 구성은 종래 기술에 상세히 공지되어 있다. 각각의 세그먼트는 2개의 리세스(20)를 가지며, 바람직하게 사용되는 소켓 나사의 나사 헤드가 상기 리세스(20)의 영역에서 숨겨지도록 조임 나사는 상기 리세스로 삽입될 수 있다. 헤드는 리세스(20)의 각각의 기저 표면상에 고정 압력하에 배치되며, 나사 생크(screw shank)는 세그먼트 홀더(11) 내의 구멍(상세히 도시되지 않음)을 통과하고, 또한 나사는 어댑터 또는 스핀들(10) 내에서의 나사 구멍(tapped hole) 내에 나사의 나사산으로 고정된다.

700 mm의 외측 직경을 가진 커터 디스크(cutter disk)를 위하여는, 도시된 실시예에서 3.4 kg의 중량을 가지는 10개의 세그먼트(11)의 경우에 20개의 나사가 필요하다. 리세스(20)는 오직 한 측부 또는 양 측부으로부터 접근가능할 수 있다.

도 2에 도시된 실시예에서, 또한 개별 세그먼트(11)가 이용되지만, 상기 세그먼트(11)는 어댑터(23)에 고정된다. 또한, 각각의 경우에, 3개의 조임 나사가 세그먼트(11)를 고정하기 위해 제공되는 것을 알 수 있다. 조임 나사(19)는 나사 헤 드가 보호되도록, 각각의 리세스(20) 내에 배치된다.

도 3 에는 변형예가 도시되어 있는데, 여기에서는 개별 세그먼트(11)가 추가적인 클램핑 지점(clamping point; 22)에 의해 축방향으로 고정된다. 클램핑 지점(22)은 웨지-형태의 클램핑 부재에 의해 형성되며, 상기 웨지-형태의 클램핑 부재에 의해 각각의 세그먼트는 종축 방향으로 고정된다. 클램핑 지점(22)의 반대쪽 측부에서, 횡단면이 L-자 형태인 세그먼트들은 스핀들(10)의 가장자리를 넘어서 반경방향으로 연장된 디스크에 의해 축방향 변위가 방지되도록 고정된다.

도 4는 한 측부에서 개방되었지만 막혀 있는 단부를 가진 슬롯-형태의 리세스(29)를 가진 세그먼트(11)를 도시하는데, 상기 세그먼트는 그 단부에 나사 생크에 대한 정지 지점을 제공한다. 여기서도 역시, 클램핑 웨지(clamping wedge, 24)는 축방향 구속을 제공한다. 개별 세그먼트(11)는 완전한 링을 형성하기 위하여 클램핑 피스(30)에 의해 서로에 대해 맞대이도록 고정될 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 각각의 조임 나사(19)를 수용하는 추가적인 리세스(18)가 제공되며, 도 4에는 접한 것으로만 도시되었지만 카세트(28)는 상기 조임 나사를 이용하여 각각 나사 고정된다. 상기 카세트는 예를 들어 도 5 로부터 알 수 있는 바와 같이, 개별 절삭 인서트를 수용하는 역할을 한다.

도 6 및 도 7 에는 8개의 클램핑 지점(22)에 의해 디스크-형태의 어댑터(23)에 고정되는 폐쇄된 환형 홀더(21)를 가진 실시예가 도시되어 있다. 클램핑 고정을 위해 클램핑 웨지(24)가 제공되며, 상기 클램핑 웨지는 중앙 구멍을 통과하는 조임 나사(25)와 조합되어 클램핑 부재를 형성하는데, 이에 의하여 링(21)이 어댑터(23) 에 고정된다. 링(21) 및 어댑터에 있는 리세스들 모두에서 맞물리는 스프링(26)은 상기 부분들의 서로에 대한 회전 방향을 고정시키기 위해 제공된다.

이 경우, 링(21)을 교체하기 위하여는, 나사(25)가 구속해제되어야 하고, 그 후 환형 디스크는 링(21)이 노출되도록 방향잡혀질 수 있으며 또한 분리될 수 있다. 링(21)의 작은 높이로 인해, 커터 직경이 700 mm 인 경우에 대략 15 kg의 중량이 링(21)에 대해 유지될 수 있는데, 그것은 총 8개의 클램핑 지점(22)에 의해 고정되고 또한 수동으로 조작될 수 있다.

도 8은 카세트(28)를 위한 홀더로서 링(21)을 도시한다. 링(21)은 상기 언급된 방식으로 복수의 클램핑 지점(22)에 의해 스핀들(10) 상의 제 위치에 클램프 고정된다. 여기서, 2개의 나사(28)에 의해 스핀들(10)에 고정되는 스프링(27)이 링(21)의 방향을 설정하기 위해 이용된다.

도시된 모든 홀더(11 또는 21)는, 나사 생크가 통과하기 위해 한 측부가 개방된 슬롯-형태의 리세스(29)를 가진, 횡단면이 L-형태의 형상으로 형성될 수 있다. 바람직하게 정지부는 그 외의 다른 측부에 제공된다. 이러한 실시예의 장점은 사전에 끼워맞춤된 나사(12, 13, 14) 또는 클램핑 웨지(24)를 가진 세그먼트 홀더(11, 21)가 어댑터(23) 상에서 한 측부로부터 정지부까지 가압될 수 있으며, 이에 따라 확고한 위치적 고정이 제공된다는데에 있다. 나사 또는 클램핑 웨지들은 L-형태의 홀더(11, 21)들을 고정하기 위하여 죄여진다. 이러한 변형예는 나사 또는 클램핑 웨지가 작은 영역에 걸쳐서만 죄여지기만 하면 되기 때문에 신속한 공구 교체에 특히 적합하다.

Claims (10)

1. 기계 가공 동안 공구의 종방향 축 주위에서 회전하는 작업편을 외부 밀링(external milling) 또는 터닝/회전 브로칭(turning/rotary broaching)하기 위한 공구로서, 상기 공구는 주변에 배치된 절삭 인서트(cutting insert; 15) 또는 절삭 인서트(15)와 끼워 맞춤된 카세트(cassette; 28)를 가진 디스크(disk)-형태의 공구 홀더(tool holder)를 포함하고,

   절삭 인서트(15) 또는 카세트(28)는 어댑터(adapter; 23)를 통해 간접적으로 머신 스핀들(machine spindle; 10)에 또는 직접적으로 머신 스핀들(10)에 분리가능하게 고정된 환형의 또는 부분적인 링-형태의 세그먼트 홀더(segmental holder; 11, 21)에 배치되며,

   상기 세그먼트 홀더(11, 21)는 L-자 형태인 단면을 가지고, 상기 세그먼트 홀더의 일 측부에는 나사 생크(screw shank)의 삽입을 위한 적어도 하나의 개방된 슬롯-형태의 리세스가 제공되며, 상기 세그먼트 홀더의 타 측부에는 정지부(stop)가 제공되는 것을 특징으로 하는 공구.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 세그먼트 홀더(11)는 하나 이상의 나사(12, 13, 14)에 의해 머신 스핀들(10) 또는 어댑터(23)에 고정되는 것을 특징으로 하는 공구.
3. 제 2 항에 있어서,

   각각의 경우에 나사(12, 13, 14)는 상기 홀더(11) 내에 배치된 구멍을 통과하며 머신 스핀들(10) 또는 어댑터(23) 내의 나사 구멍(tapped hole) 에 고정되는 것을 특징으로 하는 공구.
4. 제 3 항에 있어서,

   나사(12, 13, 14)는 끼워 맞춤 상태에서 머신 스핀들(10) 또는 상기 홀더의 리세스(20) 내에 숨겨질 수 있는 방식으로 배치된 헤드(head)를 가지는 것을 특징으로 하는 공구.
5. 삭제
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 세그먼트 홀더(21)는 환형 디스크 형태로 설계되며, 머신 스핀들 또는 어댑터에 대해 축방향으로 구속될 수 있는 것을 특징으로 하는 공구.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 세그먼트 홀더(11, 21)는, 조임 나사(25)를 통해 작동될 수 있는 클램핑 웨지(clamping wedge; 24)에 의하여 머신 스핀들(10)에 직접적으로 또는 간접적으로 고정되는 것을 특징으로 하는 공구.
8. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,

   스프링(26, 27)은 회전방향의 잠금을 위해 제공되며, 상기 스프링(26, 27)은 머신 스핀들(10) 또는 어댑터(23) 및 환형 디스크(21)의 요홈(groove)-형태의 리세스(recess) 내에서 맞물리는 것을 특징으로 하는 공구.
9. 제 1 항 내지 제 4 항, 제 6 항, 및 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,

   머신 스핀들(10) 또는 어댑터(23)와 세그먼트 홀더(11, 21) 사이에 베이오닛 연결부(bayonet connection)가 제공되는 것을 특징으로 하는 공구.
10. 제 1 항 내지 제 4 항, 제 6 항, 및 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,

    머신 스핀들(10) 또는 어댑터(23)와 세그먼트 홀더(11, 21) 사이에 웨지 클램핑(22)이 구비되며, 상기 클램핑 웨지는 드로우바(drawbar)에 의해 작동될 수 있는 것을 특징으로 하는 공구.

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