KR101920419B1 - 홀더와 공구의 척킹 구조 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공구와 홀더의 척킹 구조와 방법을 제공하여 고강력 절삭시 떨림으로 인한 파손, 표면 스크레치, 공구 수명저하를 방지하고 소단 공구 척킹에 어려운 부분을 해결하기 위한 것으로, 본 척킹 구조에서의 공구는 생크부의 내부에 홀더와 나사결합하기 위한 나사부와, 상기 나사부 가장 안쪽에 형성된 나사의 골지름보다 적은 내향 돌출부와 홀더쪽의 단부면에 형성된 접촉면을 포함하며, 홀더는 축소된 외경에 형성되고 상기 공구의 나사부와 나사 체결하는 나사 체결부와, 상기 나사 체결부의 단부에 형성된 외경 압입부와 사이 공구의 접촉면과 맞닿아 지탱하는 접촉면을 포함하며, 상기 공구의 나사부와 상기 홀더의 나사체결부 길이 사이의 공차는 + 공차이며, 상기 홀더의 외경 압입부와 상기 공구의 내향 돌출부의 직경의 공차는 + 공차이다. 상기 공구의 접촉면(16)과 상기 홀더의 접촉면(26)의 밀착면과 상기 공구의 내향 돌출부와 상기 외경 압입부의 접촉면에 의해 형성된 밀착면은 서로 떨어져 있다.

Description

홀더와 공구의 척킹 구조 및 방법{A structure and a method of chucking a holder and a tool}

본 발명의 홀더와 공구의 척킹 구조 및 방법, 특히, 강력 절삭시 떨림으로 인한 파손, 표면 스크레치, 공구 수명 저하를 방지하고 소단 공구 척킹에 어려운 부분을 해결하고, 공구 내경 부위에 강제 압입과 단면 밀착으로 떨림과 흔들림 없이 가공이 되어 공구 수명이 연장할 수 있는 척킹 구조와 벙법에 관한 것이다.

어버(arbor)는 한 단부가 밀링 머신과 같은 공작 기계의 회전주축에 연결되며, 다른 한 단부는 엔드밀과 같은 공작 공구가 척킹한다. 공구는 전체 길이를 전장으로 하고, 전장을 날이 있는 날길이부와 홀더에 끼워지는 생크부로 나눌 수 있다. 공구로는 평면 드릴, 리머, 앤드밀등이 사용될 수 있다. 홀더에 엔드밀과 같은 공작 공구가 척킹하는 구조의 한 예로서, 열박음 홀더를 이용하는 경우가 있다. 열박음 홀더는 홀더(특수강)와 공구(초경)의 열팽창율차를 이용하여 공구를 강력하면서 높은 정도로 척킹하는 열박음 시스템이다. 이러한 경우와 그리고 일반적인 밀링척에서는 홀더로 삽입되는 공구의 생크부의 길이가 길어져서 초경합금으로 만든 공구의 비용은 비싸질 수 밖에 없다.

이러한 단점을 해결하기 위해서 즉 생크부의 길이를 짧게하는 구성으로 도 1에 도시한 바와 같이, 일반적으로 공구의 전단 길이, 특히 생크부의 길이가 짧은 것을 소단 공구라 칭하고 있다. 소단 공구(10)는 날이 있는 날길이부(12)와 직경이 감소된 외나사부를 갖은 생크부(11)를 포함한다. 홀더(20)는 내부 원통 리세스에 나사부가 형성되어 생크부(11)의 나사부와 체결한다. 이 때에 홀더의 단부(22)와 공구(10)의 나사턱과 맞닿은 접촉면(31)을 형성하여, 공구(10)와 홀더(20)가 서로 지탱하고 있다. 이 경우에는 상술한 바와 같이 공구의 생크부의 길이를 짧게 해서 공구의 비용을 낮출 수는 있지만, 저속회전에는 별다른 문제가 없지만, 통상적으로 고속회전으로 사용되는 공작기계에서의 고강력 절삭시 떨림으로 인한 파손, 표면 스크레치, 공구 수명을 저하한다. 이는 접촉면(31) 만으로는 공구(10)과 홀더(10)의 지탱력이 부족하기 때문이다. 또한 공구(10)에는 스패너등의 공구를 이용할 수 있는 부분이 없기 때문에 홀더(20)에 척킹하기 위해서는 아버나 홀더를 공작기계에서 분리한 후, 이들을 척킹해야 하기 때문에 공구(10)의 교체 작업이 어렵고, 홀더에 스패너등의 체결 공구를 이용해야 하기 때문에 영구적으로 사용하는 홀더에 손상을 야기할 수 있다.

한국 공개특허 10-2016-0073385(2016년6월24일), 출원인이 "발터 악티엔제젤샤프트"이고 에서는 발명의 명칭인 "내열성 초합금들용 엔드 밀링 절삭기"에서는 공구는 도 2에 도시한 바와 같이 홀더로의 교체가 용이하도록 공구 홀더에 연결하기 위한 커플링 부분에 원추형으로 외나사부를 가지는 원추형 페그를 포함한다. 그리고 주변 표면(8)이 밀접한 끼움장착이나 억지 끼움 장착으로 공구 장착부의 대응 또는 원통형 장착 표면을 지지하고, 접촉표면(7)(도 1의 접촉면(31)에 대응하다고 볼 수 있음)은 공구 장착부의 대응 반경 방향 맞닿음부를 지지한다. 본 특허 공개에서는 종래 기술의 도 1에 비해서 공구의 외주면과 홀더의 내주면이 억지 끼움해서 공구와 홀더의 지탱력을 종래 기술에 비해서 더 보강할 수는 있지만, 공구와 홀더의 지탱력을 제공하는 주변 표면(8)과 접촉표면(7)이 수직으로 인접해서 고속회전하는 공구에서 여전히 떨림이나 진동이 발생한다.

대한민국특허공개 공개특허 10-2016-0073385(2016년6월24일)

본 발명은 소단 공구에 있어서 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 고강력 절삭시 떨림으로 인한 파손, 표면 스크레치, 공구 수명을 방지하는 공구와 홀더의 척킹 구조에 제공하는 것이다.

추가로, 소단 공구와 홀더의 척킹을 용이하는 나사 체결방식을 척킹 구조에 제공하는 제공하는 것이다.

또한, 상술한 공구와 홀더의 척킹 구조를 이용해서 공구와 홀더의 밀착으로 고강력 절삭시 떨림과 흔들림 없이 가공될 수 있고 공구 수명이 연장할 수 있는 척킹하는 방법을 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 공작기계의 홀더에 날길이부와 생크부를 갖는 공구를 척킹하는 척킹 구조를 제공하는 것으로, 본 척킹 구조에서의 공구는 상기 공구는 생크부의 내부에 홀더와 나사결합하기 위한 나사부와, 상기 나사부 가장 안쪽에 형성된 나사의 산지름보다 작은 직경의 내향 돌출부와 홀더쪽의 단부면에 형성된 접촉면을 포함하며, 상기 홀더는 축소된 외경에 형성되고 상기 공구의 나사부와 나사 체결하는 나사 체결부와, 상기 나사 체결부의 단부에 형성된 외경 압입부와 공구의 상기 접촉면과 맞닿아 지탱하는 접촉면을 포함하며, 상기 공구의 나사부와 상기 홀더의 나사체결부 길이 사이의 공차는 + 공차이며, 상기 홀더의 외경 압입부와 상기 공구의 내향 돌출부의 직경의 공차는 + 공차이다. 상기 공구의 접촉면과 상기 홀더의 접촉면의 밀착면과 상기 공구의 내향 돌출부와 상기 외경 압입부의 접촉면에 의해 형성된 밀착면은 서로 떨어져 있다.

양호한 실시 예에서, 상기 공구의 나사부와 상기 홀더의 나사체결부 길이 사이의 공차는 공구의 종류와 공작 기계의 회전 및 이송속도에 따라서 조정가능하다.

또한, 상기 홀더의 외경 압입부와 상기 공구의 내향 돌출부의 직경 사이의 공차는 공구의 종류와 공작 기계의 회전 및 이송속도에 따라서 조정가능한다.

양호한 실시 예에서, 상기 공구의 생크부의 나사부의 양측면은 절취부를 더 포함한다.

본 발명의 또 다른 실시예에서는 본 발명의 척킹 구조를 가지는 홀더와 공구를 척킹하는 척킹 방법을 제공하는 것으로, 본 방법은 상기 홀더와 공구를 준비하는 단계와, 상기 공구의 절취부를 이용해서 상기 공구의 나사부를 상기 홀더의 나사체결부에 체결하는 단계와, 상기 나사 체결의 진행을 더 진행하여 상기 홀더의 접촉면과 상기 공구의 접촉면을 밀착시키면서 상기 홀더의 외경 압입부와 상기 공구의 내향 돌출부를 강제 끼움하는 단계를 포함한다.

양호한 실시 예에서, 상기 강제 끼움은 열박음을 더 포함한다.

상술한 바와 같이 본 발명은 공구와 홀더의 척킹 구조와 방법을 제공하여 고강력 절삭시 떨림으로 인한 파손, 표면 스크레치, 공구 수명저하를 방지하고 소단 공구 척킹에 어려운 부분을 해결할 수 있다. 보다 구체적으로 공구 내경 부위에 강제 압입과 단면 밀착으로 이루어지는 밀착면들을 서로 떨어져서 위치시킴으로써, 공구의 떨림과 흔들림 없이 공작물을 가공할 수 있어, 공구 수명이 연장가능하며 또한 나사 방식 체결방식으로도 척킹과 해체가 용이하다.

도 1은 종래의 외나사부를 갖은 공구와 이에 대응하는 홀더의 단면도.
도 2는 종래 기술의 공구로서 홀더에 억지 끼움되는 접촉표면과 밀착되는 주변 표면을 포함하는 공구의 사시도.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 소단 공구의 한 예인 엔드밀의 (a) 스퀘어 엔드(평엔드밀)와 (b)볼엔드의 부분 단면도.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 홀더의 단면도.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 공구와 홀더의 척킹상태의 단면도.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 공구와 홀더의 실물 사진들.

이에 본 발명의 구성을 첨부된 도면에 의하여 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세하게 설명하면 다음과 같다.

여기에서 도 1에 사용된 용어와 도면부호에 대응하는 부분은 동일한 명칭과 도면부호를 사용한다.

먼저, 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 소단 공구의 한 예인 엔드밀의 (a)볼엔드와 (b)스퀘어 엔드(평엔드밀)의 부분 단면도가 도시되어 있다. 볼 엔드밀을 기준으로 설명하기로 한다. 먼저 공구(10)는 전체 길이를 전장(L)으로 하고 날길이부(12)와 생크부(11)를 포함한다. 생크부(11)의 외주변은 원통형상이지만 양측면에 스패너나 렌치등을 사용할 있는 절취부(13)가 형성되어 있으며, 이는 도 3의 (c)에 표시되어 있다. 내부에는 홀더와 나사 결합하기 위한 나사부(14)가 형성되어 있으며, 나사부 가장 안쪽에는 나사의 골지름보다 다소 적은 내향 돌출부(15)가 형성되어 있다. 그리고 홀더(20)쪽의 단부면에 형성된 접촉면(16)을 포함한다. 또한 홀더의 삽입을 안내하고, 홀더(20)의 안쪽 표면(28)과 접촉하는 가이드면(18)를 포함한다.

다음으로 도 4를 참조하면, 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 홀더의 단면도를 도시한다. 홀더(20)는 한쪽은 공작 기계의 회전 주축에 연결되어지며(도시 생략), 다른 한쪽은 공구와 체결되는 구성이다. 홀더(20)는 공구(10)쪽으로 아버와 결합하는 생크와 단차지게 형성된 축소된 외형에 나사체결부(24)가 형성되어 있다. 그리고 공구(10)의 내향 돌출부(15)와 체결하고, 공구(10)의 나사부(14)로 가이드하는 나사 체결부(24)의 단부에 형성된 외경 압입부(25)와, 그리고 단차진 부분에는 공구(10)의 접촉면(16)과 맞닿아 지탱하는 홀더의 접촉면(26)을 포함한다.

끝으로, 도 5를 참고로 공구(10)와 홀더(20)의 척킹 구조와 방법에 대해서 설명하기로 한다.

먼저, 공구(10)와 홀더(20)는 주축의 회전 방향과 반대방향으로 나사 체결되기 때문에, 고속으로 고강력 절삭시에 나사 체결은 더욱더 견고하게 된다.

도 5에서 알 수 있듯이, 공구(10)의 나사부(14)와 홀더(20)의 나사체결부(24)의 정상적인 체결할 때는 양 단부가 맞닿게 된다. 그러나 본 발명에서는 공구(10)의 나사부(14)가 홀더(20)의 나사 체결부(24)의 길이(L2)보다 약간 길게(공차 d1), 예를 들어, 홀더의 외경이 20mm이고, 나사 체결부(24)의 길이(L2)가 14mm이면, 약 1mm 길게 형성하여, 두 접촉면(16, 26)이 맞닿아 접촉시 보다 밀착시킬 수 있어서, 고강력 절삭시 상하 흔들림이나 진공을 방지하여, 공구의 수명을 연장할 수 있다. 여기서 길게 형성하는 것을 + 공차로 정의한다. 공구(10)의 나사부(14)와 홀더(20)의 나사체결부(20) 길이 사이의 공차는 공구의 종류와 공작 기계의 회전 및 이송속도 등에 따라서 변경될 수 있지만, + 0.5mm 내지 + 1.2mm정도이다.

다음으로, 도 5의 일부분의 확대도를 살펴보면, 상술한 바와 같이, 공구(10)의 내향 돌출부(15)의 직경을 나사부(14)의 산지름보다 작게 형성하고, 예를 들어서, 나사부(14)의 산지름의 직경이 10mm인 경우에, 내향 돌출부의 직경은 9.08mm로 형성하고, 그리고 홀더(20)의 외경 압입부(25)의 직경을 나사 체결부(24)의 골지름보다 크게 형성하고, 예를 들어서, 나사체결부(14)의 골지름의 직경이 10mm인 경우에 외경 압입부(25)의 직경은 10.02mm로 형성한다. 이렇게 되면, 홀더(20)의 외경 압입부(25)의 공구(10)의 내향 돌출부(15)에서 공차(d2), 예를 들어서 0.04mm가 형성되기 때문에, 내향 돌출부(15)와 외경 압입부(25)의 직경이 겹지는 부분이 생긴다. 이를 + 공차로 정의한다. 홀더(20)의 나사 체결부(24)의 단부에 형성된 외경 압입부(25)의 일정부분이 홀더(20)의 외경 압입부(25)로 적은 힘으로는 삽입될 수 없다. 따라서, 이들을 체결하기 위해서는 강제끼움으로 해야한다. 이들 사이의 공차는 공구의 종류와 공작 기계의 회전 및 이송속도 등에 따라서 변경될 수 있지만, + 0.01mm 내지 + 0.05mm정도이다. 강제끼움시에 공구(10)의 내향 돌출부(15)와 홀더(20)의 외경 압입부(25)가 더욱더 밀착하고 더욱더 고속회전할 경우에 홀더(20)의 외경 압입부(25)의 홀더(20)의 외경 압입부(25)로의 삽입길이가 더 길어져서 밀착 결합면이 더 길어지게 된다. 이렇게 함으로써, 고강력 절삭시 좌우 흔들림이나 진공을 방지하여, 공구의 수명을 연장할 수 있다.

또한, 초고속 절삭시의 흔들림이나 진공에 보다 양호한 결과를 얻기 위해서 홀더(20)의 안쪽 표면(28)과 공구(10)의 가이드면(18)에서도 공차를 두어서, 강제끼움할 수 있게 할 수 있다.

본 발명에서의 척킹 방법을 간략하게 기재하면, 본 발명의 공구(10)와 홀더(20)를 준비하는 단계, 홀더가 공작기계에 설치된 상태에서 공구(10)의 절취부(13)에 스패너나 렌치를 이용해서 홀더(20)의 나사체결부(24)로 공구(10)를 체결하는 단계, 나사체결을 하면서 동시에 두 접촉면(16, 26)을 밀착시키면서 내향 돌출부(15)와 외경 압입부(25)를 강제끼움하는 단계를 포함한다. 양호한 실시 예에서는 강제 끼움은 열박음을 포함한다. 도 5에서 화살표는 서로 맞닿아 밀착한 상태를 도시한 것이다.

도 5에 도시한 바와 같이, 홀더와 공구의 결합면, 즉 밀착면은 두 부분으로 이루어져 있다. 하나는 공구의 생크부의 단부에서의 접촉면(16, 26)에 의해 형성되며, 다른 하나는 날길이부의 단부에서 공구의 내향 돌출부(15)와 외경 압입부(25)의 접촉면에 의해 형성된다. 상술한 두 부분의 밀착면은 서로 떨어져서 하나는 공구의 상하 흔들림 또는 진동, 다른 하나는 공구의 좌우 흔들림 또는 진공을 억제하고 있기 때문에, 상술한 종래 특허에서 보다 개선된 우수한 효과를 얻을 수 있다. 추가로 홀더(20)의 안쪽 표면(28)과 공구(10)의 가이드면(18)에도 밀착면을 제공하여, 본 발명의 효과를 보다 더 향상시킬 수 있다.

도 6은 본 발명의 양호한 실시 예에 따른 공구와 홀더의 실물사진들로서, a는 좌측에서 본 발명의 공구, 즉 앤드밀을 절반 절단한 사진을 도시하고, 우측에서는 홀더를 도시한 것이고, b는 공구와 홀더의 결합한 상태를 도시한 것이고, c는 절취부(13)을 보여주기 위해서 b를 90도 회전한 사진이다.

이상 본 발명을 양호한 실시 예에 기초하여 설명하였으나, 이는 본 발명을 예증하기 위한 것이다. 통상의 지식을 가지고 있는 사람이라면, 위 실시 예를 다른 형태로 변형하거나 수정할 수 있을 것이다. 그러나, 본 발명의 권리범위는 특허청구범위로 정해지므로, 그러한 변형이나 수정이 아래의 특허청구범위에 포함되는 것으로 해석될 수 있다.

10 : 공구
11 : 생크부
13: 절취부
14 : 나사부
15 : 내향 돌출부
16 : 접촉면
20 : 홀더
24 : 나사 체결부
25 : 외경 압입부
26: 접촉면

Claims (7)

1. 공작기계의 홀더에 날길이부와 생크부를 갖는 공구를 척킹하는 척킹 구조로서,
   상기 공구는 생크부의 내부에 홀더와 나사결합하기 위한 나사부와, 상기 나사부 가장 안쪽에 형성된 나사의 산지름보다 작은 직경의 내향 돌출부와 홀더쪽의 단부면에 형성된 접촉면을 포함하며,
   상기 홀더는 축소된 외경에 형성되고 상기 공구의 나사부와 나사 체결하는 나사 체결부와, 상기 나사 체결부의 단부에 형성된 외경 압입부와 공구의 상기 접촉면과 강제끼움하는 접촉면을 포함하며,
   상기 공구의 나사부와 상기 홀더의 나사체결부 길이 사이의 공차는 + 공차이며,
   상기 홀더의 외경 압입부와 상기 공구의 내향 돌출부의 직경의 공차는 + 공차이며,
   상기 공구의 접촉면과 상기 홀더의 접촉면의 밀착면과 상기 공구의 내향 돌출부와 상기 외경 압입부의 강제끼움에 의해 형성된 밀착면은 서로 떨어져 있는 척킹 구조.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 공구의 나사부와 상기 홀더의 나사체결부 길이 사이의 공차는 공구의 종류와 공작 기계의 회전 및 이송속도에 따라서 조정가능한 척킹 구조.
3. 제 1항에 있어서,
   상기 홀더의 외경 압입부와 상기 공구의 내향 돌출부의 직경의 공차는 공구의 종류와 공작 기계의 회전 및 이송속도에 따라서 조정가능한 척킹 구조.
4. 제 1항에 있어서,
   상기 공구의 생크부의 나사부의 양측면은 절취부를 더 포함하는 척킹 구조.
5. 제 1항에 있어서,
   상기 홀더의 안쪽 표면과 상기 공구의 가이드면에서도 추가로 공차를 두어서, 강제끼움할 수 있는 척킹 구조.
6. 제 1항 내지 제 4항중 어느 한 항에 따른 척킹 구조를 가지는 홀더와 공구를 척킹하는 척킹 방법에 있어서,
   상기 홀더와 공구를 준비하는 단계와,
   상기 공구의 절취부를 이용해서 상기 공구의 나사부를 상기 홀더의 나사체결부에 체결하는 단계와,
   상기 나사 체결의 진행을 더 진행하여 상기 홀더의 접촉면과 상기 공구의 접촉면을 밀착시키면서 상기 홀더의 외경 압입부와 상기 공구의 내향 돌출부를 강제 끼움하는 단계를 포함하는 척킹 방법.
7. 제 6항에 있어서,
   상기 강제 끼움은 열박음을 더 포함하는 척킹 방법.
   

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