KR101724990B1

KR101724990B1 - 조립체-타입 커터

Info

Publication number: KR101724990B1
Application number: KR1020160003981A
Authority: KR
Inventors: 창 신-티엔
Original assignee: 창 신-티엔
Priority date: 2015-07-03
Filing date: 2016-01-13
Publication date: 2017-04-07
Also published as: EP3117940A1; TWI574762B; EP3117940B1; TW201641190A; CN106346029A; KR20170004818A; US20170014917A1; JP2017019097A; US10092964B2

Abstract

조립체-타입 커터(10)는 섕크(20) 및 커터 헤드(30)를 포함한다. 상기 섕크(20)는 일 단에 홀(201)을 가진다. 상기 홀(201)은 수신 부분(21)을 가지고, 이것은 내부 나사산(212)을 포함하고 증가된 강성을 위해 열처리될 수 있다. 커터 헤드(30)는 대향하는 단들에 각각 커팅 부분(32) 및 연결 부분(31)을 가진다. 연결 부분(31)은 나사산이 있는 부재(312)를 포함하고 또한 증가된 강성을 위해 열처리될 수 있다. 커터 헤드(30) 및 섕크(20)는 연결 부분(31) 및 수신 부분(21)을 통해 나사산으로 연결가능하다. 나사산이 있는 부재(312)는 그 지름이 루트 지름(Di)으로 정의되는 몸체 부분(3121) 및 그 몸체 부분(3121) 상에 외부 나사산(3122)을 포함한다. 몸체 부분(3121)은 약간 가늘어져서 루트 지름(Di)의 궤적이 경사지어진다.

Description

조립체-타입 커터{ASSEMBLY-TYPE CUTTER}

본 발명은 조립체-타입 커터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 함께 조립되는 커터 헤드와 섕크로 구성되는 커터 구조에 관한 것이다.

일회용 커터(disposable cutter)의 기능을 향상시키기 위해, 보링 커터들(boring cutters), 드릴 날들(drill bits), 및 끝단 밀들(end mills)의 기능들을 서로 다른 커팅 툴들을 형성하기 위해 섕크가 다양한 대체가능한 커터 헤드들과 선택적으로 조립될 수 있는 단일 구조에 통합되는 것은 흔한 일이다. 도 6 및 도 7은 섕크(shank, 40) 및 커터 헤드(50)로 구성되는 종래의 다기능 커터를 보여준다. 섕크(40)에는 일 단에 수신 부분(41)이 마련되어 있고, 이 수신 부분(41)은 환형의 홀 부분(411) 및 내부 나사산(412)을 가지는 구조이다. 커터 헤드(50)는 일 단에 일회용 밀링 커터, 일회용 드릴 날, 또는 일회용 보링 커터로 형성될 수 있는 한편, 커터 헤드(50)의 타 단은 연결 부분(51)으로 형성될 수 있는데, 이것은 위치잡이 막대(positioning rod, 511) 및 외부 나사산(512)을 가지는 구조이다. 커터 헤드(50) 및 섕크(40)는 그 커터 헤드(50)가 서로 다른 기능들의 커터 헤드들로 대체될 수 있는 커팅 툴을 형성하기 위해 연결 부분(51) 및 수신 부분(41)을 통해 나사산으로 연결될 수 있다.

보다 상세하게는, 상기의 커터의 섕크(40)와 커터 헤드(50) 사이의 연결은 위치잡이 막대(511)가 환형 홀 부분(411) 안에 위치되고 지지되고 외부 나사산(512)은 내부 나사산(412)과 인터락되는 것을 수반한다. 하지만, 보통의 내부 나사산과 보통의 외부 나사산 사이의 핏 분류(class of fit)는 보통 느슨한 핏(loose fit)이므로, 이하에서 설명되는 바와 같이, 커터의 나사산으로 잠기는 부분들은 커터가 커팅 작업을 할 때 약간은 흔들릴 것이다. 도 7을 참조하면, 수평으로 밀링을 할 때, 커터 헤드(50)의 일 단에 형성되는 밀링 커터는 공급 부하(feed load, F)에 종속되는데, 이것은 커터 헤드(50)를 섕크(40)의 끝단 부분(즉, 섕크(40)가 커터 헤드(50)의 숄더(52)에 대하여 눌려지는 위치)에 의해 정의되는 회전 중심(rotation center, C) 주위로 회전시키려는 토크(torque, M)를 생성한다. 결과적으로, 커터 헤드(50)는 토크(M) 방향으로 회전 중심(C) 주위로 약간 회전되고 커터 헤드(50)의 연결 부분(51)은 이에 따라 일 측으로 시프트된다. 커터가 회전 방식으로 작동될 때, 커팅 상태(즉, 부하 하)에 있는 한 순간의 블레이드는 비-커팅 상태로 진입하자마자 릴렉스될 것이고, 대신 공급 부하(F)는 다른 블레이드에 작용한다. 그러므로, 커터 헤드(50)는 밀링 커터의 블레이드들이 공급 부하(F)를 교대로 수신함에 따라 흔들리고, 커터가 빠르게 회전할수록, 요동 주파수(woobble frequency)도 더 커진다. 의심의 여지 없이, 요동은, 불안정한 커팅 작업으로 귀결되고 절단 표면 상에 불안정한 커팅 표시들을 남기게 될 것이다. 게다가, 기계 툴의 주축 상에 부하는 증가될 것이고 커팅 깊이 및 커팅 속도는 감소될 것이고, 이것은 프로세싱 효율 및 생산량을 손상시킨다.

종래의 다기능 커터들은 섕크와 커터 헤드를 연결하기 위해 나사산이 있는 구조를 이용한다. 하지만, 나사산이 있는 구조는, 일반적으로 나사산들의 느슨한 핏을 특징으로 하여 나사산으로 잠기는 부분들은 작동 동안 부하 하에서 약간 흔들리는 경향이 있다. 이러한 커터는 커팅 동안 소리가 나고 절단 표면 상에 불안정한 절단을 남긴다. 기계 툴의 주축 상의 부하 또한 증가될 것이고 프로세싱 효율 및 생산량은 말할 것도 없이, 커팅 깊이 및 커팅 속도가 증가되는 것은 불가능하게 된다.

본 발명의 일 측면에 있어서, 조립체-타입 커터는 섕크 및 커터 헤드를 포함한다. 섕크에는 일 단에 홀이 마련되어 있다. 홀에는 수신 부분이 그 안에 마련된다. 수신 부분은 내부 나사산을 포함한다. 커터 헤드에는 일 단에 커팅 부분이 마련되어 있고 타 단에는 연결 부분으로 연장되어 있다. 연결 부분은 나사산이 있는 부재를 포함한다. 커터 헤드 및 섕크는 연결 부분과 수신 부분을 통해 나사산으로 연결될 수 있다. 커터 헤드의 나사산이 있는 부재는 몸체 부분 및 그 몸체 부분 상에 외부 나사산을 포함한다. 나사산이 있는 부재의 외부 나사산은 외부 지름(outer diameter)으로 정의되는 주 지름을 가진다. 나사산이 있는 부재의 몸체 부분은 루트 지름(root diameter)으로 정의되는 소정의 지름을 가진다. 몸체 부분은 약간 가늘어져서 루트 지름의 궤적(locus)은 몸체 부분의 긴 축에 대하여 작은 각을 가진다.

바람직하게, 나사산이 있는 부재의 외부 나사산 또한 가늘어져서 외부 지름의 궤적은 몸체 부분의 긴 축에 대하여 작은 각을 가진다.

본 발명에 따르면, 외부 나사산과 내부 나사산 사이의 타이트한 핏(tight fit) 및 간섭 핏(interference fit)은 섕크와 커터 헤드 사이의 타이트한 방사상 맞물림의 정도를 증가시키는 것을 돕는다. 커터 헤드가 커팅할 때, 커터 헤드가 종속되는 공급 부하는 커터 헤드와 섕크의 축상으로 연결되는 단 표면들 및 환형 홀 부분과 위치잡이 막대의 맞물리는 부분들에 의해서 뿐만 아니라, 외부 나사산과 내부 나사산의 타이트하게 나사산으로 맞물리는 부분들에 의해 견뎌진다(resist). 그러므로, 커터 헤드는 커터가 회전할 때 흔들리지 않을 것이고 이는 커팅 동안 덜컹대는 소리를 내지 않을 것을 의미한다. 이것은 커팅 속도 및 공급 정도가 커팅 효율을 상승시키도록 증가되는 것을 허용한다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 있어서 커터 헤드 및 섕크의 분해도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 있어서 커터 헤드의 평면도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 있어서 조립된 평면도이다.
도 4는 밀링 작업 동안 본 발명의 제1 실시예에 있어서 커터에 작용하는 힘들을 대략적으로 보여준다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 있어서 외부 나사산을 보여준다.
도 6은 종래의 다기능 커터의 분해도이다.
도 7은 도 6의 종래의 다기능 커터의 조립된 평면도이다.

본 발명의 제1 실시예를 위한 도 1 내지 도 3을 참조하면, 커터(10)는 섕크(20) 및 커터 헤드(30)를 포함한다.

섕크(20)에는 일 단에 홀(201)이 마련되어 있다. 홀(201)에는 그 안에 수신 부분(21)이 마련되어 있다. 수신 부분(21)은 환형 홀 부분(211) 및 내부 나사산(212)을 포함한다.

커터 헤드(30)에는 일 단에 (예를 들어 단지 2개의 절단 기능들을 명명하기 위해, 밀링 또는 드릴링을 위해 구성되는) 커팅 부분(32)이 마련되어 있고 타 단으로부터 연장되는 연결 부분(31)을 가진다. 연결 부분(31)은 위치잡이 막대(311) 및 나사산이 있는 부재(312)를 포함한다. 커터 헤드(30) 및 섕크(20)는 연결 부분(31) 및 수신 부분(21)을 통해 나사산으로 연결될 수 있다. 연결 부분(31)의 나사산이 있는 부재(312)는 몸체 부분(3121) 및 몸체 부분(3121) 상에 외부 나사산(3122)을 포함한다. 나사산이 있는 부재(312)의 외부 나사산(3122)은 외부 지름(Do)으로 정의되는 주 지름을 가진다. 나사산이 있는 부재(312)의 몸체 부분(3121)은 루트 지름(Di)으로 정의되는 지름을 가진다. 몸체 부분(3121)은 커터 헤드(30)의 커팅 부분(32)을 향해 나사산이 있는 부재(312)의 자유단으로부터 그 긴 축을 따라 방사상으로 연장되기 때문에 약간 가늘어진다. 결과적으로, 루트 지름(Di)은 변하고 루트 지름(Di)의 궤적은 몸체 부분(3121)의 긴 축에 대하여 작은 각(θ)을 정의하는데, 이때 루트 지름(Di)의 궤적은 몸체 부분(3121)에 탄젠트 평면 상의 서로 다른 탄젠트 점들을 연결하는 선이다.
한편, 상기 외부 나사산(3122) 각각의 골에서부터 마루까지의 개별 높이는 상기 나사산이 있는 부재(312)의 자유단으로부터 상기 커터 헤드(30)의 상기 커팅 부분(32)을 향해 점진적으로 감소하도록 형성되어, 상기 외부 나사산(3122)의 외부 지름(Do)의 궤적이 몸체 부분(3121)의 긴 축에 평행을 이룬다.
이 실시예에 있어서, 작은 각(θ)은 0.5°~3°이다. 하지만, 이 실시예에 있어서 외부 지름(Do)의 궤적은 몸체 부분(3121)의 긴 축에 평행하고, 이때 외부 지름(Do)의 궤적은 외부 나사산(3122)에 탄젠트 평면 상의 서로 다른 탄젠트 점들을 연결하는 선이다.

도 3을 참조하면, 커터 헤드(30)의 위치잡이 막대(311) 및 섕크(20)의 환형 홀 부분(211) 사이의 핏 분류는 슬라이딩 핏(sliding fit)과 정지 핏(stationary fit) 사이에 있다. 환형 홀 부분(211)의 입구에 도달하자마자, 위치잡이 막대(311)는 외부 나사산(3122) 및 내부 나사산(212) 덕분에, 커터 헤드(30)를 회전시킴으로써 환형 홀 부분(211)으로 원활하게 삽입되고 빈틈없이 연결될 수 있다. 그러므로, 위치잡이 막대(311)는 환형 홀 부분(211) 안에서 흔들리는 것이 방지되고, 또한 커터 헤드(30)와 섕크(20)의 조립된 유닛은 안정성에서 향상되고, 이것은 커터(10)가 종래 기술에서보다 작동 동안 덜 소리가 나는 것을 의미한다.

섕크(20)의 수신 부분(21) 및 커터 헤드(30)의 연결 부분(31)은 내부 나사산(212)과 외부 나사산(3122) 모두의 강성을 증가시키기 위해 열처리될 수 있다. 이 실시예에 있어서, 섕크(20)는 SKD-그레이드 합금 툴 스틸(SKD-grade alloy tool steel)로 만들어지고, 열 처리 후 경도(hardness)는 HRC40부터 HRC60까지의 범위에 걸쳐 있다. 한편, 커터 헤드(30)는 텅스텐 스틸(tungsten steel)로 만들어진다. 열 처리 후 연결 부분(31)의 경도는 HRC25부터 HRC40까지의 범위에 걸쳐 있다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 커터 헤드(30)의 나사산이 있는 부재(312)의 몸체 부분(3121)은 나사산이 있는 부재(312)의 자유단으로부터 커터 헤드(30)의 커팅 부분(32)을 향해 점차적으로 확장되고, 이 때문에, 상기에서 언급된 루트 지름(Di)의 궤적이 대략 0.5°부터 3°까지의 범위에 있는, 작은 각(θ)을 특징으로 한다. 다시 말하면, 루트 지름(Di)은 위치잡이 막대(311)를 향해 약간 증가한다. 그러므로, 나사산이 있는 부재(312)는 나사산들 사이의 서로 다른 핏 분류들의 3 개의 부분들, 소위 느슨한 핏 부분(a), 타이트한 핏 부분(b), 및 간섭 핏 부분(c)으로 나눠질 수 있다. 느슨한 핏 부분(a)은 종래의 나사산들과 동일하고, 느슨한 핏 분류에 들어가고, 섕크(20)의 내부 나사산(212)과 동일하다. 그러므로, 나사산이 있는 부재(312)의 느슨한 핏 부분은 섕크(20)의 내부 나사산(212)으로 쉽고 빠르게 나사결합될 수 있다. 대조적으로, 사용자는 나사산이 있는 부재(312)의 타이트한 핏 부분(b)에서 나사결합하기 위해 커터 헤드(30)를 회전시킬 때 더 큰 타이트함을 느낄 것이고 더 큰 토크를 적용해야 한다. 커터 헤드(30)가 손에 의해서만 회전되면, 사용자가 간섭 핏 부분(c)에서 나사결합을 계속할 때, 더 큰 타이트함이 느껴질 것이고, 이로써 더 큰 토크가 적용되어야 하고, 여전히 이렇게 함으로써, 커터 헤드(30)의 연결 부분(31)은 섕크(20)로 완전히 나사결합될 수 없다. 손에 의해서만 나사결합될 수 없는 작은 거리는 내부 나사산(212) 및 외부 나사산(3122) 모두가 열처리되었다는 사실에 의해서이고, 간섭 핏 부분(c)을 내부 나사산(212)과 나사산으로 맞물림되도록 하기 위해서는 스패너가 필요하다. 열 처리 후 외부 나사산(3122)의 경도는 내부 나사산(212)보다 낮기 때문에, 나사산이 있는 부재(312)의 간섭 핏 부분(c)은 그 사이에서 타이트한 연결을 형성하기 위해 내부 나사산(212)으로 나사결합될 때 탄성적으로 변형될 수 있다. 그 결과는 섕크(20)의 환형 홀 부분(211)으로 커터 헤드(30)의 위치잡이 막대(311)를 끼워맞춤으로써 제공되는 위치잡이 효과 뿐만 아니라 외부 나사산(3122)과 내부 나사산(212) 사이의 타이트한 핏 및 간섭 핏에 기인하는 섕크(20)와 커터 헤드(30) 사이의 이중으로 단단한 연결이다. 커터 헤드(30)는 섕크(20)와 커터 헤드(30)가 나사산에 의해 조립되고 축상으로 잠길 때 흔들리지 않을 것이다. 종래 기술과 비교하면, 섕크(20) 및 커터 헤드(30)는 방사상으로 또한 축상으로 보다 더 단단히 잠기게 된다.

도 4를 참조하면, 외부 나사산(3122)과 내부 나사산(212) 사이의 타이트한 핏 및 간섭 핏은 섕크(20)와 커터 헤드(30) 사이의 타이트한 방사상 맞물림 정도를 증가시킨다. 커터 헤드(30)가 커팅 작업 동안 방사상 공급 부하(F)에 종속될 때, 외부 나사산(3122)과 내부 나사산(212)의 나사산으로 연결되는 부분들 사이의 타이트한 맞물림은 환형 홀 부분(211)과 위치잡이 막대(311)의 맞물리는 부분들과 커터 헤드(30)와 섕크(20)의 축상으로 연결되는 단 표면들과 함께 공급 부하(F)에 저항할 수 있는 대응력(reaction force, R)을 생성한다. 그러므로, 커터(10)가 동작중일 때(즉, 회전할 때), 블레이드들에 교대로 힘의 적용은 커터 헤드(30)가 흔들리는 것을 야기하지 않을 것이고 커터(10)는 커팅할 때 소리를 내지 않을 것이다. 이것은 또한 대략 10% 만큼 기계 툴의 주축 상에 부하를 감소시킬 것이고, 이로써 커팅 속도, 공급 정도 및 이로 인한 커팅 효율도 증가된다.

섕크(20)의 내부 나사산(212)의 핏 분류는 느슨한 핏이고 상용되는 커터 섕크들의 내부 나사산들과 동일하기 때문에, 본 발명의 커터 헤드(30)는 시중의 어떠한 커터 섕크로도 작업할 수 있다. 이것은 커터 헤드(30)의 구매자들로 하여금 새로운 커터들의 구매 비용을 절감하는 것을 허용한다.

도 5는 본 발명의 제2 실시예를 보여준다. 이 실시예에 있어서, 나사산이 있는 부재(312)의 외부 나사산(3122) 또한 약간 가늘어져서 외부 지름(Do)이 변하고 외부 지름(Do)의 궤적이 몸체 부분(3121)의 긴 축에 대하여 작은 각(θ1)을 정의한다. 여기서, 외부 지름(Do)과 연관된 작은 각(θ1)은 예를 들어 루트 지름(Di)과 연관된 작은 각(θ)과 동일하다. 이전의 실시예와 같이, 나사산이 있는 부재(312)는 섕크(20)의 내부 나사산(212)과 타이트하게 끼워맞춰지고 인터락되기 위해 느슨한 핏 부분(a), 타이트한 핏 부분(b), 및 간섭 핏 부분(c)으로 나눠진다.

상기를 요약하면, 커터 헤드(30)의 외부 나사산(3122)과 섕크(20)의 내부 나사산(212) 사이의 타이트한 핏 및 간섭 핏은 섕크(20)와 커터 헤드(30) 사이의 타이트한 방사상 맞물림 정도를 증가시킨다. 이에 더하여, 커팅 작업 동안 커터 헤드(30)에 적용되는 공급 부하(F)는 커터 헤드(30)와 섕크(20)의 축상으로 연결되는 단 표면들 및 환형 홀 부분(211)과 위치잡이 막대(311)의 맞물리는 부분들에 의해서 뿐만 아니라, 외부 나사산(3122)과 내부 나사산(212)의 타이트하게 나사산으로 맞물리는 부분들에 의해 견뎌진다. 그러므로, 커터(10)의 블레이드들이 커터(10)가 회전할 때 힘 적용에 있어 변화를 경험할 것이지만, 커터 헤드(30)는 흔들리지 않을 것이고, 전체적으로 커터(10)는 절단 프로세스 동안 소리를 내지 않을 것이다. 기계 툴의 주 축 상의 부하 또한 대략 10% 만큼 감소될 것이고, 커팅 속도 및 공급 정도는 커팅 효율이 효과적으로 상승되도록 증가될 것이다. 대체적으로, 여기서 개시된 커터 구조는 진보적일 뿐만 아니라 유용하다.

상기에서 설명된 실시예들은 본 발명의 작동, 이용, 및 효과들을 완전히 이해하는 것을 가능하도록 하는 것을 의도한다. 하지만, 이 실시예들은 본 발명의 바람직한 예들 중 일부일 뿐, 본 발명의 구현을 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다. 이 상세한 설명 및 첨부된 청구항들에 기반한 모든 간단한 균등한 변경들 및 변형들은 본 발명의 범위 안에 존재해야 한다.

10: 커터 20: 섕크 21: 수신 부분
211: 환형 홀 부분 212: 내부 나사산 30: 커터 헤드
31: 연결 부분 311: 위치잡이 막대 312: 나사산이 있는 부재
32: 커팅 부분

Claims

섕크(20) 및 커터 헤드(30)를 포함하는, 조립체-타입 커터(10)로,
상기 섕크(20)는 홀(201)이 마련된 일 단을 가지고, 상기 홀(201)은 수신 부분(21)이 그 안에 마련되고, 상기 수신 부분(21)은 내부 나사산(212)을 포함하고,
상기 커터 헤드(30)는 커팅 부분(32)이 마련된 일 단 및 연결 부분(31)으로 연장되는 타 단을 가지고, 상기 연결 부분(31)은 나사산이 있는 부재(312)를 포함하여 상기 커터 헤드(30) 및 상기 섕크(20)가 상기 연결 부분(31) 및 상기 수신 부분(21)을 통해 나사산으로 연결가능하고, 상기 연결 부분(31)의 상기 나사산이 있는 부재(312)는 몸체 부분(3121) 및 상기 몸체 부분(3121) 상에 외부 나사산(3122)을 가지고, 상기 나사산이 있는 부재(312)의 상기 외부 나사산(3122)은 외부 지름(Do)으로 정의되는 주 지름을 가지고, 상기 나사산이 있는 부재(312)의 상기 몸체 부분(3121)은 루트 지름(Di)으로 정의되는 지름을 가지고, 상기 몸체 부분(3121)은 가늘어져서(tapered) 상기 루트 지름(Di)의 궤적이 상기 몸체 부분(3121)의 긴 축에 대하여 작은 각(θ)을 가지고, 상기 루트 지름(Di)의 궤적은 상기 몸체 부분(3121)에 탄젠트 평면 상의 서로 다른 탄젠트 점들을 연결하는 선이며,
상기 작은 각(θ)은 0.5°부터 3°까지의 범위에 있고
상기 루트 지름(Di)은 상기 커터 헤드(30)의 상기 커팅 부분(32)을 향해 상기 나사산이 있는 부재(312)의 자유단으로부터 점진적으로 증가하도록 형성되고,
상기 외부 나사산(3122) 각각의 골에서부터 마루까지의 개별 높이는 상기 나사산이 있는 부재(312)의 자유단으로부터 상기 커터 헤드(30)의 상기 커팅 부분(32)을 향해 점진적으로 감소하도록 형성되어, 상기 외부 나사산(3122)의 외부 지름(Do)의 궤적이 몸체 부분(3121)의 긴 축에 평행을 이룸으로써, 상기 나사산이 있는 부재(312) 상에 느슨한-핏 부분(a), 타이트한-핏 부분(b), 및 간섭-핏 부분(c)이 함께 구비되며,
상기 섕크(20)의 상기 수신 부분(21) 및 상기 커터 헤드(30)의 상기 연결 부분(31)은 상기 내부 나사산(212)과 상기 외부 나사산(3122) 모두의 강성(rigidity)을 증가시키기 위해 열처리되며,
열처리에 따라 상기 섕크(20)의 상기 수신 부분(21)은 HRC40부터 HRC60까지의 범위에 있는 경도를 가지고, 상기 커터 헤드(30)의 상기 연결 부분(31)은 HRC25부터 HRC40까지의 범위에 있는 경도를 가지는 것을 특징으로 하는, 조립체-타입 커터(10).
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
제 1 항에 있어서, 상기 수신 부분(21)은 환형 홀 부분(211)을 포함하고, 상기 연결 부분(31)은 위치잡이 막대(311)를 포함하고, 상기 위치잡이 막대(311)는 상기 연결 부분(31)과 상기 수신 부분(21)이 나사산으로 연결될 때 상기 환형 홀 부분(211)에 맞물리는, 조립체-타입 커터(10).