KR101568053B1 - 절삭 공구의 클램핑 기구 - Google Patents

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아미르 사트란
에브게니 털친스키
알렉산더 코이프만
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이스카 엘티디.
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Abstract

클램핑 기구가 공구 본체 내에 절삭 인서트를 클램핑한다. 클램핑 기구는, 클램핑 아암 포켓 내부에 장착되는 클램핑 아암을 가진다. 클램핑 아암은 클램핑 아암의 후방 표면으로부터 후방으로 연장하는 클램핑 돌출부를 포함한다. 절삭 인서트는 인서트 보유 표면을 갖는 보어를 가지며 인서트 포켓 내부에 장착된다. 클램핑 아암을 공구 본체로 조일 시에, 클램핑 돌출부는 인서트 보유 표면을 가압하며 절삭 인서트는 인서트 포켓 내부에 견고하게 접합된다.

Description

절삭 공구의 클램핑 기구{CLAMPING MECHANISM OF A CUTTING TOOL}
본 발명은 절삭 인서트를 공구 본체 내에 클램핑하기 위한 절삭 공구의 클램핑 기구에 관한 것이다.
밀링(milling) 커터들, 특히 정면 밀링 커터들은 일반적으로 공구 본체의 주위에 배열되는 복수의 절삭 인서트(cutting insert)들을 포함한다. 각각의 절삭 인서트들은 적합한 보유 수단들에 의하여 인서트 포켓 내부에 보유된다. 통상적으로, 절삭 인서트는, 절삭 인서트의 관통 보어(bore)를 관통하며 인서트 포켓 내부에서 나사산이 있는 보어와 나사 결합하는 클램핑 나사에 의하여 보유된다.
절삭 공구의 효율 및 비용 효율성을 증가시키기 위하여, 주어진 공구 직경에서 가능한 많은 절삭 인서트들을 장착하는 것이 바람직하다. 이러한 목적을 위하여, 연이은 절삭 인서트들 사이의 공간을 감소시키는 것이 필요하다.
절삭 인서트들이 절삭 공구의 회전 축에 대하여 반경 방향으로 장착될 때, 클램핑 나사들을 위해 요구되는 공간은 비교적 크다. 한편으로는, 각각의 절삭 인서트 후방의 공구 본체의 두께는 그 안에 나사산이 있는 보어를 위치시키기에 충분하여야 하며, 다른 한편으로는, 절삭 인서트의 관통 보어 내로 클램핑 나사를 용이하게 삽입할 수 있도록, 그리고 공구 본체에 의하여 방해되지 않으면서 스크류 드라이버가 클램핑 나사 머리에 자유롭게 결합할 수 있도록, 모든 절삭 인서트의 전방에 상당한 공간을 남겨두어야 한다.
상기 관점에서, 아주 미세한 간격(pitch)의 밀링 커터가 요구될 때, 절삭 인서트들을 쐐기형 고정 방식으로 보유하는 것이 바람직하다. 이러한 고정 타입에서, 클램핑 나사는 일반적으로 반경 방향으로 지향되며, 이에 따라 밀링 커터의 외주에서 최소의 공간을 점유한다.
복수의 쐐기 잠금 밀링 커터들의 타입들이 당해 분야에서 알려져 있다. 몇몇의 경우들에서, 클램핑 나사는 쐐기 내의 관통 보어를 관통한다. 또 다른 경우들에서, 클램핑 나사는 쐐기를 옆에서 가압한다. 이러한 타입들의 클램핑 기구들에서, 절삭 인서트는 클램핑 나사에 의하여 조여지는 쐐기에 의하여 절삭 인서트 상에 작용하는 쐐기 힘의 도움으로 포켓 내에 보유된다.
이들 타입들의 클램핑 기구들은 절삭 인서트가 쐐기에 의하여 절삭 인서트 상에 가해지는 압력에만 의존하여 포켓에 보유된다는 단점이 있다. 부주의 또는 진동의 결과로서 클램핑 나사가 경미하게 헐거워진 경우, 및, 절삭 공구의 회전의 결과로서 절삭 인서트 상에 작용하는 외향 및 반경 반향으로 지향된 원심력들이 추가됨에 의하여, 절삭 인서트는 포켓 벽들과 접촉하지 못하게 되고 기계 가공 작동 중에 날아가 버릴 수 있다.
따라서 본 발명의 목적은, 전술된 단점들을 상당히 감소시키거나 제거하기 위한 절삭 공구 및 클램핑 기구를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 또한, 공구 본체 내에 클램핑 절삭 인서트를 위한 안전하고 견고한 클램핑 기구를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 또한, 아주 미세한 간격의 밀링 커터들에서 유리하게 사용될 수 있는 클램핑 기구를 제공하는 것이다.
본 발명에 따라서 공구 본체 내에 절삭 인서트를 클램핑하기 위한 클램핑 기구가 제공된다. 클램핑 기구는,
클램핑 아암 포켓 내부에 장착되며, 클램핑 아암의 후방 표면으로부터 후방으로 연장하는 클램핑 돌출부를 포함하는 클램핑 아암, 및
인서트 보유 표면을 가지는 보어를 포함하며 인서트 포켓 내부에 장착되는 절삭 인서트를 포함하며,
상기 클램핑 돌출부는 클램핑 아암을 공구 본체 내로 조일 시에, 인서트 보유 표면을 가압하여 절삭 인서트를 인서트 포켓 내부에 견고하게 보유하도록 구성된다.
바람직하게는, 클램핑 아암을 공구 본체 내로 조일 시에, 클램핑 아암은 회전 및 병진 이동의 조합으로 이동한다.
통상적으로, 공구 본체는 공구 본체를 향해 내향으로 연장하는 나사산이 있는 포켓 보어 및 클램핑 나사를 포함하며, 나사산이 있는 포켓 보어는 제1 방향으로 지향된 포켓 나사산을 갖는다.
클램핑 아암은 두 개의 클램프 측벽들 사이에서 연장하는 클램프 상부 표면 및 클램프 하부 표면을 포함하고, 나사산이 있는 관통 보어는 클램프 상부 표면으로부터 클램프 하부 표면으로 연장하고, 나사산이 있는 관통 보어는 제2 방향으로 지향된 관통 보어 나사산을 가지고, 제2 방향은 제1 방향과 반대이다.
클램핑 나사는 나사 상부의 나사산이 있는 부분, 나사 하부의 나사산이 있는 부분, 및 이들 사이의 나사산이 없는 나사 목 부분을 가지고, 나사 하부의 나사산이 있는 부분은 제1 방향으로 지향된 나사산을 가지며 공구 본체의 나사산이 있는 포켓 보어와 나사 결합하고, 나사 상부의 나사산이 있는 부분은 제2 방향으로 지향된 나사산을 가지며 클램핑 아암의 나사산이 있는 관통 보어와 나사 결합한다.
제1 방향으로 클램핑 나사를 돌릴 시에, 클램핑 아암은 나사산이 있는 포켓 보어를 향하여 클램핑 아암 포켓 내로 끌어 당겨지며, 클램핑 아암의 클램핑 돌출부는 인서트 보유 표면을 가압하여 인서트 포켓 내부에서 절삭 인서트를 견고하게 인접시킨다.
바람직하게는, 클램핑 아암은 그 전방 부분에 클램프 상부 표면, 클램프 하부 표면, 및 두 개의 클램프 측벽들 사이에서 연장하는 클램프 전방 표면을 포함하며,
클램프 전방 표면은 전방으로 연장하는 활주 돌출부를 통하여 클램프 상부 표면과 병합하는 클램프 전방 벽을 포함하며,
활주 돌출부는 그 전방 하부 부분에 활주 오목 표면을 포함하고, 활주 오목 표면은 제1 곡률 반경을 가지며 클램프 전방 벽과 매끄럽게 병합하며,
클램핑 아암 포켓은 포켓 전방 벽으로부터 후방으로 연장하는 두 개의 포켓 측벽들을 가지고, 포켓 전방 벽의 상부 단부는, 상향 및 후방으로 지향되며 제2 곡률 반경을 갖는 활주 볼록 표면을 포함하며,
제1 방향으로 클램핑 나사를 돌리며 클램핑 아암의 활주 오목 표면과 클램핑 아암 포켓의 활주 볼록 표면 사이에서 제1 접촉을 생성할 시에, 클램핑 아암은 회전 및 병진 이동이 조합되어 이동한다.
원한다면, 제2 곡률 반경은 제1 곡률 반경보다 작을 수 있다.
몇몇의 실시예들에서, 회전 이동은 클램핑 아암 회전 방향으로 클램핑 아암 포켓의 활주 볼록 표면 주위에서의 클램핑 아암의 회전을 포함하며,
병진 이동은 나사산이 있는 포켓 보어를 향하는 클램핑 아암의 병진을 포함한다.
통상적으로, 절삭 인서트의 보어는 관통 보어이다.
실제로, 클램프 측벽들은 평면이고, 서로에게 평행하며 이들 사이에서 제1 거리를 가지며,
포켓 측벽들은 평면이고, 서로에게 평행하며 이들 사이에서 제2 거리를 가지며,
제1 거리는 제2 거리보다 약간 작다.
클램핑 돌출부는 클램프 후방 벽과 병합하는 원통형 부분 및 원통형 부분으로부터 후방으로 연장하는 경사진 부분을 포함할 수 있다.
복수의 실시예들에서, 경사진 부분은 원추형이다.
클램핑 아암의 후방 표면은 그 하부 부분에 횡 방향으로 연장하는 리세스를 구비할 수 있다.
활주 볼록 표면은 그 횡 방향 단부에서, 공구 본체 확장부로 끝날 수 있다.
바람직하게는, 클램프 상부 표면은 클램핑 아암의 측면에서 보았을 때 오목하다.
또한, 바람직하게는 클램프 상부 표면의 후방 단부는 클램핑 아암의 전방에서 후방으로의 방향으로 볼록하다.
또한, 바람직하게는 절삭 인서트의 클램핑된 위치에서, 클램프 상부 표면의 후방 단부는 절삭 인서트의 보어를 덮는다.
클램프 상부 표면의 후방 단부는 절삭 인서트의 접선 방향 접합 표면으로부터 제6의 거리만큼 떨어져 있다.
통상적으로, 클램핑 나사는 그 단부 부분에 키 슬롯(key slot)을 포함한다.
또 다른 태양에서, 본 발명은 신규의 클램핑 기구를 가지는 절삭 공구에 관한 것이다.
또 다른 태양에서, 본 발명은 조립되지 않은 상태와 조립된 상태 사이에서 조절할 수 있는 절삭 공구 조립에 관한 것이다.
본 발명의 더 나은 이해를 위하여, 그리고 본 발명이 실제로 어떻게 수행될 수 있는지를 보이기 위해서, 이제 첨부 도면들을 참조할 것이다.
도1은 본 발명에 따른 클램핑 기구를 사용하는 절삭 공구의 사시도이다.
도2는 도1의 절삭 공구의 저면도이다.
도3은 도1의 절삭 공구의 측면도이다.
도4는 도1의 클램핑 아암의 상부 후방 사시도이다.
도5는 도1의 클램핑 아암의 하부 후방 사시도이다.
도6은 도1의 클램핑 아암의 상부 전방 사시도이다.
도7은 도8의 Ⅶ-Ⅶ 선을 따라 취한 단면도이다.
도8은 도7의 Ⅷ 방향에서 보이는 바와 같은 도1의 클램핑 아암의 배면도이다.
도9는 도1의 클램핑 나사의 측면도이다.
도10은 클램핑 아암의 대칭면을 따라서 취한 도1의 클램핑 기구 및 절삭 인서트의 분해된 단면도이다.
도11은 조립된 위치의 도10의 클램핑 기구를 도시한다.
도12는 도11의 동그라미 쳐진 부분 XII의 확대도이다.
도13은 도11의 동그라미 쳐진 부분 XIII의 확대도이다.
도14는 도1의 클램핑 기구의 확대 분해 사시도이다.
도15는 조립된 위치에서 보이는 도14의 클램핑 기구의 사시도이다.
먼저 주목할 것은 본 발명에 따른 클램핑 기구(12)를 사용하는 절삭 공구(10)를 도시하는 도1 내지 도3이다. 클램핑 기구(12)는 정면 밀링 커터 내에서 사용될 때로 도시된다. 그러나 본 발명은 정면 밀링 커터 내의 사용에만 제한되지 않으며 다른 타입들의 밀링 커터들 및 절삭 공구들 역시 본 발명에 따른 클램핑 기구(12)를 사용할 수 있다.
본원 전체의 명세서 및 특허청구범위에 걸쳐서 나타나는 지칭 용어들, 예를 들어 "전방", "후방", "상부", "하부" 등은, 서로에게 상대적인 다양한 표면들의 위치를 구별하기 위해 편의상 사용된 용어들임을 알 수 있을 것이다. 이들 용어들은 도면들을 참조하여 정의되지만, 단지 예시적인 목적들을 위하여 사용되었으며, 첨부된 특허청구범위를 제한하려고 의도된 것은 아니다.
절삭 공구(10)는 절삭 공구(10)의 전방에서 후방으로의 방향과 회전 방향 R을 정의하는 종 방향 회전축 A를 가진다. 절삭 공구(10)는 공구 본체(14)의 전방 단부(18)에 형성된 복수의 공구 포켓들(16)을 갖는 공구 본체(14)를 포함한다. 각각의 공구 포켓들(16)은 삽입 포켓(20) 및 클램핑 아암 포켓(22)을 포함한다. 절삭 인서트(24)는 클램핑 아암(26)에 의하여 각각의 삽입 포켓들(20) 내에 보유된다. 클램핑 아암(26)은 클램핑 나사(28)에 의하여 클램핑 아암 포켓(22) 내에 보유된다. 절삭 인서트(24)는 바람직하게는 초경합금 분말들로부터 압축 및 소결에 의하여 또는 사출 성형 기술들에 의하여 만들어질 수 있다.
도1 및 도14에서, 클램핑 기구들(12) 중 하나 및 이와 결부된 절삭 인서트(24)는 이들과 결부된 공구 포켓(16)으로부터 제거된 상태로 도시된다. 즉, 절삭 인서트(24)는 이의 인서트 포켓(20)으로부터 제거된 상태로 도시되며, 클램핑 아암(26) 및 클램핑 나사(28)는 클램핑 아암 포켓(22)으로부터 제거된 상태로 도시된다. 도14에서 잘 도시되는 바와 같이, 절삭 인서트 포켓(20)은 이와 결부된 클램핑 아암 포켓(22)과 병합되어 공구 포켓(16)을 형성한다.
이제 주목할 것은 도4에서 도15이다. 도시된 바와 같이, 클램핑 아암(26)은 클램프 상부 표면(30), 클램프 상부 표면(30)에 반대편인 클램프 하부 표면(32), 및 클램프 상부 표면(30)과 클램프 하부 표면(32) 사이에서 연장하는 두 개의 클램프 측벽들(34)을 포함한다. 일 실시예에 따라, 두 개의 클램프 측벽들(34)은 평면이고, 서로에게 평행하며, 그들 사이에 제1 거리 L1만큼의 간격을 가진다. 또한, 클램프 하부 표면(32)은 평면일 수 있다.
도4에서 도7에 도시된 바와 같이, 클램프 상부 표면(30)은 클램핑 아암(26)의 측면에서 볼 때 오목하며, 따라서 금속 절삭 작동 중에 그 위로 자유로운 칩(chip) 유동을 가능하게 한다. 복수의 실시예들에서, 도11 및 도15에서 잘 도시된 바와 같이, 클램프 상부 표면(30)의 후방 단부(36)는 이후에 개시될 목적을 위하여 클램핑 아암(26)의 전방에서 후방으로의 방향(38)에서 보이는 바와 같이 볼록하다(도4 참조).
클램핑 아암(26)은 그 전방 부분(40)에서 클램프 상부 표면(30), 클램프 하부 표면(32), 및 두 개의 클램프 측벽들(34) 사이에서 연장하는, 클램프 전방 표면(42)을 더 포함한다. 클램프 전방 표면(42)은 전방으로 연장하는 활주 돌출부(46)를 통하여 클램프 상부 표면(30)과 병합되는 클램프 전방 벽(44)을 포함한다.
도7에서 잘 도시되는 바와 같이, 활주 돌출부(46)는 그 전방 하부 부분에 활주 오목 표면(48)을 가진다. 활주 오목 표면(48)은 제1 곡률 반경 R1을 가지며 클램프 전방 벽(44)과 매끄럽게 병합한다. 일 실시예에 따라, 클램프 전방 벽(44)은 평면이다.
클램핑 아암(26)은 클램프 전방 표면(42)에 반대편인 클램프 후방 표면(50)을 포함한다. 클램프 후방 표면(50)은 클램프 후방 벽(52) 및 클램프 후방 벽(52)으로부터 후방으로 연장하는 클램핑 돌출부(54)를 포함한다. 일 실시예에서, 클램핑 돌출부(54)는 클램프 후방 벽(52)과 병합하는 원통형 부분(56) 및 원통형 부분(56)으로부터 후방으로 연장하는 경사진 부분(58)을 포함한다. 경사진 부분(58)의 후방 단부는 돌출부 배면벽(60)과 병합한다. 클램핑 돌출부(54)는 절결(cut-away) 부분(62)을 더 포함하는데, 절결 부분(62)은 그 상부 부분에서 클램프 후방 벽(52)과 병합하며, 그 최후미 부분에서 돌출부 배면벽(60)과 병합한다.
일 실시예에 따르면, 경사진 부분(58)은 원추형이다. 그러나 또 다른 실시예들에 따르면, 경사진 부분(58)은 다른 방식들로 경사질 수 있다. 또한, 클램핑 돌출부(54)는 원통형 부분(56)을 반드시 포함해야 하는 것은 아니며, 경사진 부분(58)은 클램프 후방 벽(52)으로부터 직접 후방으로 연장할 수 있다.
복수의 실시예들에서, 동일한 클램핑 아암(26)으로 상이한 타입들의 절삭 인서트들을 클램핑 할 때, 클램프 후방 표면(50)에 충분한 여유 공간을 제공하기 위해, 클램프 후방 표면(50)은 그 하부 부분에서, 횡 방향으로 연장하는 리세스(64)를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 클램핑 아암(26)은 두 개의 클램프 측벽들(34) 사이에서 이들과 평행하게 클램핑 아암(26)을 양분하는 대칭면 P에 대하여 대칭이다.
나사산이 있는 관통 보어(66)는 클램프 상부 표면(30)과 클램프 하부 표면(32)의 사이에서 연장한다. 나사산이 있는 관통 보어(66)는 관통 보어 축 B에 대하여 대칭이다. 관통 보어 축 B는 대칭면 P 상에 놓이며, 클램프 전방 벽(44)과 평행할 수 있다.
나사산(68)은 나사산이 있는 관통 보어(66)를 따라 연장한다. 클램핑 나사(28)를 우회전으로 조일 수 있도록 하기 위하여, 즉, 시계 방향으로 클램핑 나사(28)를 조이기 위하여, 나사산(68)은 좌회전이다. 클램핑 나사(28)를 좌회전으로 조여야 하는 경우, 즉, 반시계 방향으로 클램핑 나사(28)를 조이는 경우라면, 나사산(68)은 우회전이다.
나사산(68)은 클램프 하부 표면(32)과 클램프 상부 표면(30)의 사이에서 연장할 수 있다. 그러나 나사산(68)이 클램프 상부 표면(30)까지 연장될 필요는 없으며, 단지 나사산이 있는 관통 보어(66)의 일 부분을 따라서 연장할 수도 있다. 또한, 나사산이 있는 관통 보어(66)는 단지 부분적으로 나사산이 있어서, 클램핑 아암(26)으로의 클램핑 나사(28)의 삽입을 제한하기 위하여 클램핑 나사(28)의 나사산(68)과의 결합이 소정의 길이로 제한될 수 있다(도면들에 도시되지 않음).
복수의 실시예들에서, 클램핑 나사(28)와 나사산이 있는 관통 보어(66)의 나사산(68) 사이의 제1 결합을 보다 용이하게 하기 위하여, 나사산이 있는 관통 보어(66)는 그 하부 부분에 확장부(70)를 구비한다.
클램핑 나사(28)는 클램핑 나사 축 C를 가지며, 나사 상부의 나사산이 있는 부분(72), 나사 하부의 나사산이 있는 부분(74), 및 이들 사이의 나사산이 없는 나사 목 부분(76)을 포함한다. 나사 상부의 나사산이 있는 부분(72) 및 나사 하부의 나사산이 있는 부분(74)은 반대 방향들로 나사산이 있다. 일 실시예에 따르면, 나사 상부의 나사산이 있는 부분(72)은 좌회전 나사산이며 나사 하부의 나사산이 있는 부분(74)은 우회전 나사산이다.
나사 상부의 나사산이 있는 부분(72)의 단부 부분(78)은 클램핑 나사(28)의 회전을 위해 (도시되지 않은) 적합한 키를 삽입하도록 키 슬롯(80)을 구비한다. 키 슬롯(80)은 토옥스 키(Torx key), 앨런 키(Allen key), 또는 임의의 다른 적합한 키를 수용하도록 형성될 수 있다.
이제 주목할 것은 클램핑 기구(12)의 조립을 도시하는 도10 내지 도15이다.
제1 단계에서, 나사 상부의 나사산이 있는 부분(72)은 단지 약간의 회전수만큼, 클램핑 아암(26)의 나사산이 있는 관통 보어(66)의 하부 부분(82) 내로 나사 결합된다. 이 단계는 클램핑 아암(26)과 클램핑 나사(28) 사이에서 최초의 결합을 보장한다.
제2 단계에서, 클램핑 나사(28)는 클램핑 아암(26)과 함께 공구 포켓(16)의 선단 부분(84) 내의 클램핑 아암 포켓(22) 내로 삽입된다.
클램핑 아암 포켓(22)은 서로 대향하는 두 개의 포켓 측벽들(86)에 의하여 경계지어 진다. 일 실시예에 따르면, 포켓 측벽들(86)은 평면이고, 서로에게 평행하며, 그들 사이에 제2 거리 L2만큼의 간격을 가진다. 실제적인 이유들로, 제2 거리 L2는 제1 거리 L1과 유사하며 L1보다 약간 더 크다. 포켓 기저 벽(88)은 포켓 측벽들(86) 사이에서 연장한다.
두 개의 포켓 측벽들(86)은 그 전방 부분에서, 평면일 수 있는 포켓 전방 벽(90)과 병합한다. 포켓 전방 벽(90)의 상부 단부는 상향 및 후방으로 지향되며 제2 곡률 반경 R2를 갖는 활주 볼록 표면(92)을 형성한다.
제2 곡률 반경 R2는 제1 곡률 반경 R1과 유사하다. 제2 곡률 반경 R2는 제1 곡률 반경 R1보다 크거나, 동일하거나, 작을 수 있다. 일 실시예에 따르면, 클램핑 아암(26)의 활주 오목 표면(48)과 클램핑 아암 포켓(22)의 활주 볼록 표면(92) 사이에서 단일의 라인 접촉을 생성하기 위하여 제2 곡률 반경 R2는 제1 곡률 반경 R1보다 약간 작다. 단일의 라인 접촉에 의해 클램핑 아암(26)이 클램핑 아암 포켓(22)의 활주 볼록 표면(92) 위에서 롤링(rolling)할 수 있으며, 클램핑 아암(26)과 클램핑 아암 포켓(22)의 활주 볼록 표면(92) 사이에서 용이한 활주가 가능하다. 활주 볼록 표면(92)은 포켓 측벽들(86) 사이의 제2 거리 L2와 유사한 제3 길이 L3의 측 방향 치수를 가질 수 있다. 복수의 실시예들에서, 제3 길이 L3은 제2 거리 L2보다 클 수 있다.
활주 볼록 표면(92)은, 그 횡 방향 단부(94)에서, 공구 본체 확장부(96)로 끝날 수 있다. 공구 본체 확장부(96)는 두 가지 목적으로 작용한다. 첫째, 공구 본체 확장부(96)는 클램핑 아암 포켓(22)에 추가의 측면 지지 보강을 제공한다. 둘째, 접선 및 전방 방향(98)으로, 접선 및 전방으로 보유되며, 공구 포켓(16)의 선단 부분(84)에 인접하여 보유되는, 절삭 인서트(224)를 위한(도1 참조) 공구 본체(14)의 접선 지지를 보강한다.
클램핑 아암 포켓(22)은, 그 하부 부분(100)에, 나사산(104)을 갖는 나사산이 있는 포켓 보어(102)를 구비한다. 나사산(104)은 나사 하부의 나사산이 있는 부분(74)과 크기 및 방향 면에서 부합(match)한다.
이제, 클램핑 나사(28)는 나사산이 있는 포켓 보어(102) 내로 약간의 회전수들만큼 나사 결합한다. 이는 클램핑 아암(26)의 나사산이 있는 관통 보어(66)를 통하여 키 슬롯(80) 내부에서 결합되는 (도시되지 않은) 적합한 키에 의하여 이뤄진다. 이 단계에서, 클램핑 기구(12)는 공구 본체(14)와 결합되어 절삭 인서트(24)를 인서트 포켓(20) 내로 수용하기 위한 위치에 있다.
절삭 인서트(24)는 본 발명에 따른 클램핑 기구(12)에 의하여 보유되기에 적합한 타입이다. 통상적으로, 절삭 인서트는 양면형이다. 그러나 편면형 절삭 인서트 또한 클램핑 기구(12)에 의하여 보유될 수 있다.
절삭 인서트(24)는 일반적으로 각기둥 형태이며 인서트 전방 표면(106), 인서트 전방 표면(106)에 반대편인 인서트 후방 표면(108), 및 인서트 전방 표면(106)과 인서트 후방 표면(108) 사이의 인서트 외주 표면(110)을 포함한다. 인서트 관통 보어 축 D를 갖는 인서트 관통 보어(112)는, 인서트 전방 표면(106)과 인서트 후방 표면(108) 사이에서 연장한다.
인서트 외주 표면(110)은 인서트 측면들(114)로 분할된다. 도15에 도시된 실시예에서, 인서트 외주 표면(110)은 인서트 관통 보어 축 D에 대하여 8번 인덱스(index)되는 8개의 동일한 인서트 측면들(114)로 분할된다. (예를 들어 도14에 도시된 바와 같은) 다른 실시예들에서, 절삭 인서트는 일반적으로 정사각형일 수 있다. 이 경우, 인서트 외주 표면(110)은 인서트 관통 보어 축 D에 대하여 4번 인덱스되는 4개의 동일한 인서트 측면들(114)로 분할된다.
도14 및 도15에 도시된 절삭 인서트들은 또한 가역적이다. 즉, 절삭 인서트들이 인서트 관통 보어 축 D에 대하여 인덱스된 이후, 뒤집힐 수 있어서, 인서트 전방 표면(106)과 인서트 후방 표면(108) 사이에서 위치를 교체할 수 있다. 이러한 위치에서, 절삭 인서트들은 인서트 관통 보어 축 D에 대하여 다시 인덱스 될 수 있다(도14에 도시된 절삭 인서트의 경우 4번, 도15에 도시된 절삭 인서트의 경우 8번).
도14 및 도15에 도시된 두 개의 절삭 인서트들(24)은 각각, 4개 및 8개의 인서트 측면들(114)을 가진다. 유리하게는, 각각의 절삭 인서트들은 동일한 인서트 포켓(20) 내부에 보유될 수 있으며, 본 발명의 클램핑 기구(12)에 의하여 클램핑될 수 있다. 그러나 예를 들어 6개와 같은, 상이한 수의 인서트 측면들을 갖는 다른 형태들의 절삭 인서트들이 동일하게 본 발명의 클램핑 기구에 의하여 보유될 수 있다. 이 경우 인서트 포켓의 경미한 수정이 필요할 수 있다.
인서트 전방 및 후방 표면들(106, 108)과 인서트 측면들(114) 사이의 교차는 절삭 인서트(24)의 절삭 에지들(116)을 구성한다. 도14에 도시된 실시예에서, 절삭 인서트(24)는 4개의 인서트 측면들 및 8개의 절삭 에지들(116)을 구비한다. 이 경우, 4개의 절삭 에지들(116)은 인서트 전방 표면(106)과 결부되고 4개의 절삭 에지들(116)은 인서트 후방 표면(108)과 결부된다.
도15에 도시된 실시예에서, 절삭 인서트(24)는 8개의 인서트 측면들 및 16개의 절삭 에지들(116)을 구비한다. 이 경우, 8개의 절삭 에지들(116)은 인서트 전방 표면(106)과 결부되고 8개의 절삭 에지들(116)은 인서트 후방 표면(108)과 결부된다. 다른 실시예들에서, 절삭 인서트는 상이한 수의 절삭 에지들을 구비할 수 있다.
도14에서, 절삭 인서트(24)의 배향은 인서트 포켓(20)의 배향에 상응한다. 그러나 절삭 인서트(24)가 동일한 인서트 전방과 후방 표면들(106, 108) 및 4개의 동일한 인서트 측면들(114)을 가지기 때문에, 그리고 절삭 인서트(24)의 작동 접합 표면들이 이러한 도시(view)에서는 보이지 않기 때문에, 명확성을 위하여, 접합 표면들의 방향이 역전되었으며, 절삭 인서트(24)와 인서트 포켓(20) 사이를 연결하는 3개의 점선들이 인서트 포켓(20)의 접합 표면들 각각에 대향하는 절삭 인서트의 접합 표면들의 접합되는 위치를 도시한다.
도시된 실시예에서, 제1 인서트 측면(114)은 인서트 축 방향 접합 표면(118)으로 작용하며, 제2 인서트 측면(114)은 인서트 반경 방향 접합 표면(120)으로 작용한다. 인서트 후방 표면(108)은 인서트 관통 보어(112) 주위에서 연장하는 인서트 접선 방향 접합 표면(122)을 구비한다. 인서트 관통 보어(112)의 하부 전방 부분은 인서트 보유 표면(124)으로 작용한다.
인서트 포켓(20)은 나사산이 있는 포켓 보어(102)에 인접하는 포켓 축 방향 접합 표면(126), 포켓 축 방향 접합 표면(126)으로부터 반경 방향 및 외향이며 상기 표면(126)에 일반적으로 수직인 포켓 반경 방향 접합 표면(128), 및 포켓 축 방향 및 반경 방향 접합 표면들(126, 128)의 후방이며 이들 표면들(126, 128)에 일반적으로 수직인 포켓 접선 방향 접합 표면(130)을 포함한다.
일 실시예에서, 포켓 접선 방향 접합 표면(130)은 하부 포켓 접선 방향 접합 부분(134)과 공동 평면이며, 이로부터 포켓 접선 방향 릴리프(relief) 리세스(136)에 의하여 분리되는, 상부 포켓 접선 방향 접합 부분(132)을 포함한다. 이러한 구조는 절삭 인서트(24)에 보다 나은 균일한 접선 지지를 가능하게 한다.
동일한 방식으로, 원한다면, 포켓 축 방향 접합 표면(126)은 (도시되지 않은) 포켓 축 방향 릴리프 리세스에 의하여 분리되는 두 개의 포켓 축 방향 접합 부분들로부터 구성될 수 있다. 유사하게, 원한다면, 포켓 반경 방향 접합 표면(128)은 (도시되지 않은) 포켓 반경 방향 릴리프 리세스에 의하여 분리되는 두 개의 포켓 반경 방향 접합 부분들로부터 구성될 수 있다.
포켓 접합 표면들의 구조는 전술된 것으로 제한되지 않으며, 접합될 필요가 있는 절삭 인서트의 다양한 표면들의 구조에 따라서 다른 구조들의 포켓 접합 표면들이 필요할 수 있다.
제3 단계에서, 절삭 인서트(24)가 인서트 포켓(20) 내부에 위치하여 인서트 축 방향 접합 표면(118)은 포켓 축 방향 접합 표면(126)에 접합하고, 인서트 반경 방향 접합 표면(120)은 포켓 반경 방향 접합 표면(128)에 접합하며, 인서트 접선 방향 접합 표면(122)은 포켓 접선 방향 접합 표면(130)에 접합한다.
도시된 실시예들에서, 인서트 접선 방향 접합 표면들(122)은 내향으로 위치한다. 즉, 인서트 전방 및 후방 표면들(106, 108)의 극점(extreme point)들(146)에 대하여 만입된다. 다시 말해, 도10에 도시된 바와 같이, 인서트 접선 방향 접합 표면들(122) 사이의 제4 거리 L4는 절삭 인서트(24)의 측면도에서 도시되는 바와 같이, 인서트 전방 및 후방 표면들(106, 108)의 극점들(146) 사이의 제5 거리 L5보다 짧다.
따라서, 인서트 포켓(20)은 절삭 인서트(24)가 인서트 포켓(20) 내부에 보유될 때, 절삭 인서트(24)의 절삭 에지들(116)에 적절한 릴리프를 제공하기 위하여 포켓 전방 릴리프 리세스(138) 및 포켓 후방 릴리프 리세스(140)를 구비한다. 포켓 전방 릴리프 리세스(138)는 포켓 축 방향 및 반경 방향 접합 표면들(126, 128)의 전방에 위치한다. 포켓 후방 릴리프 리세스(140)는 포켓 축 방향 및 반경 방향 접합 표면들(126, 128)의 후방에 위치한다.
제4 단계에서, 클램핑 나사(28)는 클램핑 아암(26)의 활주 오목 표면(48)이 클램핑 아암 포켓(22)의 활주 볼록 표면(92)에 접촉하게 될 때까지 폐쇄 방향으로 회전한다. 이 단계 동안, 클램핑 아암(26)의 클램핑 돌출부(54)는 인서트 관통 보어(112) 내로 돌출하여 절삭 인서트가 인서트 포켓(20)으로부터 떨어져 나가는 것을 방지한다. 이 단계에서, 클램핑 나사(28)가 폐쇄 방향으로 회전함으로써, 클램핑 나사(28)는 클램핑 아암 포켓(22) 내부로 더 깊게 이동하게 된다.
클램핑 나사(28)를 더 조이게 되면, 클램핑 아암(26)은 회전 및 병진 이동이 조합되어 이동한다. 클램핑 아암(26)의 제1 이동은, 도12에 도시된 바와 같이, 클램핑 아암 회전 방향(142)으로 클램핑 아암 포켓(22)의 활주 볼록 표면(92) 주위에서의 회전 이동이다. 클램핑 아암(26)의 제2 이동은 클램핑 아암 병진 방향(144)으로 나사산이 있는 포켓 보어(102)를 향하는 병진 이동이다.
조합된 이동에 의하여 클램핑 돌출부(54)의 경사진 부분(58)이 인서트 관통 보어(112)의 인서트 보유 표면(124)을 가압한다. 가압 방향은 절삭 인서트(24)와 인서트 포켓(20) 사이의, 다시 말해 포켓 축 방향(126), 반경 방향(128), 접선 방향(130) 접합 표면들에 대향하는, 단단한 접합을 야기 및 유지하는 방향이다.
클램핑 아암(26)의 조합된 이동은 대칭면 P에 평행하고 포켓 측벽들(86)에 평행한 평면 내로 제한된다. 이는 클램프 측벽들(34) 사이의 제1 거리 L1과 포켓 측벽들(86) 사이의 제2 거리 L2 사이에 타이트한 공차(tolerance)들을 제공함으로써 수행된다. 따라서, 클램핑 아암(26)이 포켓 측벽들(86)에 평행하지 않은 방향으로 이동하는 것이 방지된다. 이와 같이 클램핑 아암(26)의 이동이 제한됨으로써, 인서트 보유 표면(124)에 대향한 클램핑 돌출부(54)의 경사진 부분(58)의 정확하고 명확한 위치가 보장된다.
따라서, 전술된 과정에서, 공구 본체(14), 클램핑 아암(26), 클램핑 나사(28) 및 절삭 인서트(24)를 포함하는 절삭 공구 조립체는 이들 4개의 구성 부품들이 서로로부터 분리되어 있는 조립되지 않은 상태로부터, 절삭 인서트(24)가 인서트 포켓(20) 내에 보유되고 클램핑 아암(26)의 클램핑 돌출부(54)가 절삭 인서트(24)의 인서트 보유 표면(124)을 가압하는 상태로, 클램핑 아암(26)이 클램핑 나사(28)에 의하여 클램핑 아암 포켓(22) 내에 보유되는, 조립된 상태로 조절될 수 있으며, 이에 따라 절삭 인서트를 공구 포켓(16) 내에 보유한다.
인서트 보유 표면(124)에 대한 경사진 부분(58)의 가압은 동일 종류의 인서트 보유 표면(124)에 대한 당해 분야에서 알려진 일반적인 보유 나사의 보유와 유사하다. 보유가 유사하다는 상기 언급은 인서트 관통 보어(112)의 특별한 설계가 요구되지 않는다는 것을 의미한다. 일반적인 절삭 인서트가 본 발명에 따른 절삭 공구(10)와 함께 사용될 수 있고, 이때 이와 동일한 절삭 인서트(24)가 다른 타입들의 공구들에서 일반적인 보유 나사들에 의하여 보유될 수 있는 것이다.
이러한 방식으로, 절삭 인서트(24)의 견고하고 효율적인 클램핑이 달성된다. 또한, 나사 상부의 나사산이 있는 부분(72) 및 나사 하부의 나사산이 있는 부분(74)이 반대 방향들로 나사산이 있는, 클램핑 나사(28)의 구조는 나사산이 있는 포켓 보어(102)를 향하는 클램핑 아암(26)의 축 방향 견인을 제공한다. 상기 견인에 의하여, 클램핑 아암(26)은 실제로 활주 볼록 표면(92)과 절삭 인서트(24) 사이에 밀어 넣어지며, 이에 따라 절삭 인서트(24)에 더 큰 클램핑 힘을 가한다.
전술한 바와 같이, 클램프 상부 표면(30)의 후방 단부(36)는 클램핑 아암(26)의 전방에서 후방으로의 방향(38)에서 보이는 바와 같이 볼록하다. 이러한 클램핑 아암(26)의 구조는 기계 가공 중에 생성되는 칩들의 침투에 대한 인서트 관통 보어(112)의 밀봉을 제공하며, 칩들이 클램핑 아암(26)과 절삭 인서트(24) 사이에 끼는 것을 방지한다.
도11에서 잘 도시되는 바와 같이, 클램프 상부 표면(30)의 후방 단부(36)는 인서트 접선 방향 접합 표면(122)에 반대편이며, 클램핑 아암(26)과 절삭 인서트(24) 사이의 접촉이 클램핑 돌출부(54)의 경사진 부분(58)과 인서트 관통 보어(112)의 인서트 보유 표면(124) 사이에서 가장 먼저 일어나도록 보장하기 위해서 인서트 접선 방향 접합 표면(122)으로부터 제6의 거리 L6만큼 약간 분리될 수 있다. 또한 도11 및 도14에서 도시된 바와 같이, 절삭 인서트(24)가 클램핑 나사를 수용하는데 적합한 관통 보어(112)를 가질 수 있다 하더라도, 본 발명에서, 절삭 인서트의 관통 보어(112)는 인서트 포켓 내에 형성된 클램핑 보어에 절삭 인서트를 고정하도록 절삭 인서트를 완전히 관통하여 통과하는 클램핑 나사에 의하여 점유되지 않는다.
따라서 본 발명에 따른 절삭 공구(10)에서, 비교적 작은 간격 각 α를 갖는(도2 참조) 아주 미세한 간격의 밀링 커터가 달성된다. 일 실시예에서, 125mm 직경의 절삭 공구는 18°와 동일한 각 α를 가질 수 있으며, 당해 분야에서 알려진 유사한 절삭 공구들과 비교할 때 큰 값인, 20개의 절삭 인서트들(24)을 보유할 수 있다.
비록 본 발명이 어느 정도 특정하게 개시되었으나, 다양한 변경들 및 수정들이 본 명세서의 특허청구범위와 같은 본 발명의 요지 또는 범위를 벗어나지 않으면서 만들어질 수 있음이 이해되어야 할 것이다.
비록 본 발명에 따라 클램핑 기구에 의하여 클램핑되도록 개시된 절삭 인서트가 관통 구멍을 가지나, 절삭 인서트가 반드시 관통 보어를 구비하여야 하는 것은 아님이 이해되어야 할 것이다. 이 경우, 절삭 인서트가 관통 보어를 구비하지 않을 때, 절삭 인서트는 클램핑 돌출부에 의하여 가압될 인서트 보유 표면을 갖도록 구성되는 보어 또는 만입부를 구비한다.

Claims (16)

  1. 절삭 공구(10)의 공구 본체(14) 내의 절삭 삽입체(24)의 클램핑을 위한 클램핑 기구(12)이며,
    클램핑 아암 포켓(22) 내부에 장착되는 클램핑 아암(26)과,
    상기 클램핑 아암 포켓(22) 내에 상기 클램핑 아암(26)을 보유하는 클램핑 나사(28)를 포함하며,
    상기 클램핑 아암(26)은 상기 클램핑 아암의 후방 표면(50)으로부터 후방으로 연장하는 클램핑 돌출부(54)를 포함하며,
    상기 절삭 삽입체(24)는 삽입체 보유 표면(124)을 가지는 보어(112)를 포함하며, 상기 클램핑 아암 포켓과 병합하는 삽입체 포켓(20) 내부에 장착되며,
    상기 공구 본체(14)는 상기 공구 본체를 향해 내향으로 연장하는 나사산이 있는 포켓 보어(102)를 포함하며, 상기 나사산이 있는 포켓 보어는 제1 방향으로 지향된 포켓 나사산(104)을 가지며,
    상기 클램핑 아암(26)은 두 개의 클램프 측벽들(34) 사이에서 연장하는 클램프 상부 표면(30) 및 클램프 하부 표면(32)을 포함하고, 나사산이 있는 관통 보어(66)가 상기 클램프 상부 표면으로부터 상기 클램프 하부 표면으로 연장하고, 상기 나사산이 있는 관통 보어는 제2 방향으로 지향된 관통 보어 나사산(68)을 가지고, 상기 제2 방향은 상기 제1 방향과 반대이며,
    상기 클램핑 나사는 나사 상부의 나사산이 있는 부분(72), 나사 하부의 나사산이 있는 부분(74), 및 나사 상부의 나사산이 있는 부분(72)과 나사 하부의 나사산이 있는 부분(74) 사이의 나사산이 없는 나사 목 부분(76)을 가지며, 상기 나사 하부의 나사산이 있는 부분은 상기 제1 방향으로 지향되고 상기 공구 본체의 상기 나사산이 있는 포켓 보어와 나사 결합하는 나사산을 가지며, 상기 나사 상부의 나사산이 있는 부분은 상기 제2 방향으로 지향되고 상기 클램핑 아암의 상기 나사산이 있는 관통 보어와 나사 결합하는 나사산을 가지며,
    상기 클램핑 아암(26)은 전방 부분(40)에 상기 클램프 상부 표면(30), 상기 클램프 하부 표면(32), 및 상기 두 개의 클램프 측벽들(32) 사이에서 연장하는 클램프 전방 표면(42)을 포함하며,
    상기 클램프 전방 표면(42)은 전방으로 연장하는 활주 돌출부(46)를 통하여 상기 클램프 상부 표면(30)과 병합하는 클램프 전방 벽(44)을 포함하며,
    상기 활주 돌출부는 전방 하부 부분에 활주 오목 표면(48)을 포함하며, 상기 활주 오목 표면은 제1 곡률 반경(R1)을 가지며 상기 클램프 전방 벽과 매끄럽게 병합하며,
    상기 클램핑 아암 포켓(22)은 포켓 전방 벽(90)으로부터 후방으로 연장하는 두 개의 포켓 측벽들(86)을 가지며, 상기 포켓 전방 벽의 상부 단부는 상향 및 후방으로 지향되며 제2 곡률 반경(R2)을 갖는 활주 볼록 표면(92)을 가지며,
    상기 클램핑 돌출부(54)는 상기 클램핑 아암(26)을 상기 공구 본체(14) 내로 조일 시에, 상기 삽입체 보유 표면(124)을 가압하여 상기 절삭 삽입체(24)를 상기 삽입체 포켓(20) 내부에 견고하게 보유하도록 구성되며,
    상기 제1 방향으로 상기 클램핑 나사를 돌릴 시에, 상기 클램핑 아암은 상기 나사산이 있는 포켓 보어를 향하여 상기 클램핑 아암 포켓 내로 끌어 당겨지며, 상기 클램핑 아암의 상기 클램핑 돌출부는 상기 삽입체 보유 표면을 가압하여 상기 삽입체 포켓 내부에서 상기 절삭 삽입체를 견고하게 접합시키며,
    상기 클램핑 아암의 상기 활주 오목 표면(48)과 상기 클램핑 아암 포켓의 상기 활주 볼록 표면(92) 사이에서 첫 번째 접촉이 생성될 시에, 상기 클램핑 아암(26)은 회전(142) 및 병진(144) 이동이 조합되어 이동하는, 클램핑 기구(12).
  2. 제1항에 있어서, 상기 절삭 삽입체(24)의 보어는 관통 보어(112)인, 클램핑 기구(12).
  3. 제1항에 있어서, 상기 클램핑 돌출부(54)는 클램프 후방 벽(52)과 병합하는 원통형 부분(56) 및 상기 원통형 부분으로부터 후방으로 연장하는 경사진 부분(58)을 포함하는, 클램핑 기구(12).
  4. 제3항에 있어서, 상기 경사진 부분(58)은 원추형인, 클램핑 기구(12).
  5. 제1항에 있어서, 상기 클램핑 아암(26)의 상기 후방 표면(50)은 하부 부분에 횡 방향으로 연장하는 리세스(64)를 구비하는, 클램핑 기구(12).
  6. 제1항에 있어서, 상기 클램프 상부 표면(30)은 상기 클램핑 아암(26)을 측면에서 보았을 때 오목한, 클램핑 기구(12).
  7. 제1항에 있어서, 상기 클램프 상부 표면(30)의 후방 단부(36)는 상기 클램핑 아암의 전방에서 후방으로의 방향(38)으로 볼록한, 클램핑 기구(12).
  8. 제7항에 있어서, 상기 절삭 삽입체(24)가 클램핑된 위치에서, 상기 클램프 상부 표면(30)의 상기 후방 단부(36)는 상기 절삭 삽입체의 상기 보어(112)를 덮는, 클램핑 기구(12).
  9. 제8항에 있어서, 상기 클램프 상부 표면(30)의 상기 후방 단부(36)는 상기 절삭 삽입체(24)의 접선 방향 접합 표면(122)으로부터 떨어져 있는, 클램핑 기구(12).
  10. 제1항에 있어서, 상기 제2 곡률 반경(R2)은 상기 제1 곡률 반경(R1)보다 작은, 클램핑 기구(12).
  11. 제1항에 있어서, 상기 회전 이동은 클램핑 아암 회전 방향(142)으로 상기 클램핑 아암 포켓(22)의 상기 활주 볼록 표면(92) 주위에서의 상기 클램핑 아암(26)의 회전을 포함하며,
    상기 병진 이동(144)은 상기 나사산이 있는 포켓 보어(102)를 향하는 상기 클램핑 아암(26)의 병진을 포함하는, 클램핑 기구(12).
  12. 제1항에 있어서, 상기 클램프 측벽들(34)은 평면이며, 서로에게 평행하며 상기 클램프 측벽들(34) 사이에서 제1 거리(L1)를 가지며,
    상기 포켓 측벽(86)들은 평면이고, 서로에게 평행하며 상기 포켓 측벽(86)들 사이에서 제2 거리(L2)를 가지며,
    상기 제1 거리(L1)는 상기 제2 거리(L2)보다 작은, 클램핑 기구(12).
  13. 제1항에 있어서, 상기 활주 볼록 표면(92)은 횡 방향 단부(94)에서, 공구 본체 확장부(96)로 끝나는, 클램핑 기구(12).
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