KR102474785B1 - 공구 시스템 - Google Patents

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KR102474785B1
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우베 헨츨러
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세람테크 게엠베하
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Abstract

공구 시스템(1)은 함몰부(7)를 갖는 인서트(6)를 수용하기 위한 인서트 시트(17)를 포함하는 공구 홀더(2)를 포함하고, 그리고 클램핑 수단(15)을 수용하기 위한 개구(26) 및 돌출부(5)를 갖는 클램핑 요소(4)를 더 포함하며, 그리고 클램핑 요소(4)의 선형 이동성을 제한하는 메커니즘(기능적 치수(Fx))을 포함한다. 이것은 일회용 인서트(6)가 반복 가능하게 고정적으로 클램핑될 수 있는 것을 보장한다.

Description

공구 시스템
본 발명은, 공구 시스템(tool system)에 관한 것으로, 공구 시스템은, 함몰부(depression)를 갖는 절삭 인서트(cutting insert)를 수용하기 위한 인서트 시트(insert seat)를 갖는 공구 홀더 ― 상기 공구 홀더는 인서트 시트로부터 멀리 떨어져 있고 인서트 시트에 인접한 공구 홀더의 표면에 대해 둔각으로 경사진 면을 가짐―; 및 정지부(stop)를 갖는 개구(opening) ― 상기 개구에서 안내 부분을 갖는 클램핑 스크류가 수용됨 ―, 면 및 러그(lug)를 갖는 클램핑 요소(clamping element)를 포함하며, 클램핑 요소의 돌출부는 환형 표면을 가지며, 절삭 인서트의 함몰부는 환형 표면을 가지고, 클램핑 요소의 환형 표면 및 절삭 인서트의 환형 표면은 절삭 인서트가 클램핑될 때 인터로킹 방식(interlocking manner)으로 서로 맞닿으며, 공구 홀더에 대한 클램핑 요소의 체결 프로세스 동안, 즉 토크 발생 시에, 클램핑 스크류를 회전시킬 때, 클램핑 요소의 면은 공구 홀더의 면 상에서 슬라이딩하며, 그 결과로서, 클램핑 요소는 공구 홀더에 대해 이동하고, 절삭 인서트를 인서트 시트 내로 당겨서 클램핑한다.
공구 홀더에 절삭 인서트를 클램핑할 때에는, 몇 개의 요구조건들이 충족되어야 한다. 따라서, 워크피스들(workpieces)의 기계가공의 경우에는, 절삭 인서트가 공구 홀더에 정밀하고 고정적으로 유지될 필요가 있다. 이러한 경우에, 절삭 인서트의 수용 공간인 인서트 시트는, 마모의 경우에, 절삭 인서트가 교체될 절삭 인서트와 동일한 지점에 정확하게 많은 추가 노력없이 위치결정될 수 있도록 설계되어야 한다. 절삭 인서트 위치의 반복성은 공구 홀더의 인서트 시트에 필수 불가결한 요구조건이다. 또한, 절삭 인서트의 접근성이 방해되는 상황들이 제조 시에 가능하기 때문에, 절삭 인서트를 클램핑하는 실제 프로세스, 즉 절삭 인서트를 공구 홀더에 견고하게 클램핑하는 실제 프로세스는 가능한 한 간단하게 설계될 필요가 있다. 이것은 복수의 공구 홀더들이 공구 캐리어(tool carrier) 상에 배열되고 절삭 인서트가 공구 홀더들 중 하나에서 교체되어야 하는 경우에 그럴 수 있다. 절삭 인서트를 "오버헤드(overhead)"로 교체하는 것이 필요할 수도 있다.
절삭 인서트를 배열 및 체결하기 위한 다양한 옵션들(options)이 종래 기술에 개시되어 있다. 따라서, 예를 들어 클램핑 죠(clamping jaw)의 정합 부분이 맞물림되는 함몰부를 갖는 절삭 인서트를 클램핑하는 것이 알려져 있다. 정합 부분은 클램핑 죠와 일체로, 또는 가압 인서트(pressure insert) 상에 배열될 수 있으며, 이는 따라서 클램핑 죠와 상호 작용한다.
함몰부를 갖지 않는 절삭 인서트를 그 평탄한 표면 위에서 클램핑하는 것이 또한 알려져 있다. 그러면, 클램핑 죠 또는 대응하는 가압 피스(pressure piece)도 또한 평탄한 클램핑 표면을 갖는다.
전술한 클램핑 방법들의 조합들이 또한 개시되어 있다. 따라서, 종래 기술에는, 함몰부에 의해 그리고 동시에 절삭 인서트의 표면 위에서 절삭 인서트를 체결하는 것이 개시되어 있다.
WO 2003/013770에는, "도넛(donut)" 형태의 클램핑 함몰부를 갖는 절삭 인서트가 개시되어 있다. 가압 피스의 원형 링이 클램핑 함몰부에 맞물림된다. 가압 피스는, 절삭 인서트에 반대되는 그의 측 상에, 클램핑 죠의 대응하는 형상화된 수단(shaped means)과 상호 작용하는 형상화된 수단을 갖는다. 클램핑 스크류(clamping screw)를 조일 때, 캐리어 공구에의 절삭 인서트 클램핑은, 가압 피스 및 클램핑 죠의 형상화된 수단들 및 가압 피스의 원형 링과 조합하여 클램핑 죠 및 캐리어 공구 상의 경사부에 의해 보장된다. 이것은 가압 피스의 원형 링과 절삭 인서트의 클램핑 함몰부 사이에 점 또는 선형 접촉부를 생성한다. 절삭 인서트 상의 이러한 점 또는 선형 접촉부에 작용하는 힘들은 상기 인서트가 파손될 정도로 엄청날 수 있다. 이것은 특히 매우 취성인 세라믹 재료들의 경우에 그럴 수 있다.
WO 2007080151 A1은 절삭 인서트를 수용하기 위한 오목부(recess)를 갖는 캐리어 공구로 실질적으로 구성된 기계가공 공구 시스템(machining tool system)을 개시하고 있다. 절삭 인서트에는 클램핑 함몰부가 제공된다. 절삭 인서트는 캐리어 공구의 클램핑 요소에 의해 유지된다. 따라서, 클램핑 요소는 클램핑 스크류에 의해 캐리어 공구 상에 고정된다. 절삭 인서트와 대면하는 클램핑 요소의 하부측 상에는 결합 요소가 배열되고, 이 결합 요소는 클램핑 함몰부와 클램핑 접촉하고, 이에 의해 절삭 인서트를 캐리어 공구 상에 고정시킨다. 클램핑 요소는 캐리어 공구의 경사부 위로 안내되어, 클램핑 스크류를 조일 때, 클램핑 요소가 캐리어 공구를 향해 당겨진다.
WO 2013/060752는 높은 절삭 데이터 및 이송 속도들에 적합한 공구 시스템을 개시하며, 클램핑 요소는 평행한 클램핑 요소 가이드들에 의해 홈 내에 이동 가능하게 유지되고, 클램핑 스크류를 위한 클램핑 요소 보어(clamping element bore)는 클램핑 요소 내에 배열되며, 절삭 인서트가 클램핑될 때, 절삭 인서트와 대면하는 클램핑 요소 보어의 벽은 클램핑 스크류와 맞닿고, 클램핑 요소의 결합 요소는, 절삭 인서트의 절삭 에지에서 볼 때, 클램핑 함몰부에 상기 함몰부의 중간 이전에서 인터로킹 방식(interlocking manner)으로 결합된다.
일반 문서 WO 2016/110596 A1은 청구항 1의 전제부의 모든 특징들을 갖는 공구 시스템을 설명한다.
DE 10 2010 029616 A1은 트위스트 방지 장치를 포함하는 인터로킹 및 마찰 절삭 -인서트 클램핑 시스템을 설명한다.
EP 1 595 648 A2는 2-부품 클램핑 요소를 설명한다.
본 발명의 목적은, 정밀하게 위치결정된 방식으로 절삭 인서트를 고정적이고 반복 가능하게 클램핑하는 것이 가능하도록 그리고 절삭 인서트에 대한 파손이 방지되도록 청구항 1의 전제부에 따른 공구 시스템을 개선하는 것이다.
본 발명에 따르면, 이러한 목적은 청구항 1의 특징들에 의해 해결된다.
본 발명은, 워크피스들을 기계가공하기 위해, 클램핑 요소 돌출부를 갖는 클램핑 요소, 및 절삭 인서트 표면 상에 함몰부를 갖는 절삭 인서트를 포함하는 공구 홀더를 포함하는 공구 시스템에 관한 것이다. 함몰부는 환형 표면을 통해 절삭 인서트의 최상부 측으로 전이되는 함몰부 바닥부를 갖는다. 특정 실시예에서, 함몰부 내에는 융기부(elevation)가 배열될 수 있으며, 융기부의 팁(tip)은 절삭 팁 표면으로부터 소정 거리에서 종단된다. 클램핑 요소 또는 클램핑 요소 상에 배열된 가압 인서트의 돌출부 또는 부착부(attachment)는, 클램핑된 상태에서, 절삭 인서트의 함몰부에 맞물림되고, 이에 의해 상기 인서트를 캐리어 공구 또는 유지 요소(holding element) 상에 클램핑한다.
본 발명에 따른 클램핑 메커니즘은 클램핑 요소의 중간 외부에 배열된 클램핑 수단에 의해 특징지어진다. 클램핑 요소의 단부에 비스듬하게 배열된 슬라이딩 표면(sliding surface)은 클램핑 작업 동안에 공구 홀더의 경사면과 작동적으로 연결되어 있다. 결과적으로, 클램핑 요소는 공구 시스템에 고정적으로 배열된 공구 홀더에 대해 이동하고, 공구 홀더의 인서트 시트에 정밀하게 위치결정되도록 절삭 인서트를 반복 가능하게 클램핑한다. 클램핑 요소의 수평 상대 이동은 클램핑 요소의 벽인 정지부에 대해 맞닿는 클램핑 수단의 안내 부분에 의해 제한된다. 본 발명에 따르면, 클램핑 요소의 돌출부 또는 절삭 인서트의 함몰부의 중간과 정지부 사이의 거리는, 최대 허용 가능한 토크에서, 클램핑 요소의 돌출부와 절삭 인서트의 함몰부 사이에 완전히 평탄한 인터로크(complete planar interlock)가 존재하도록 설정된다. 이것을 보장하기 위해, 클램핑 요소의 돌출부 및 함몰부 둘 모두는 환형 표면을 갖는다. 공구 시스템의 클램핑된 상태에서, 2 개의 환형 표면들이 작동적으로 연결된다.
클램핑 수단은 클램핑 요소의 중간 외부에 배열된다. 클램핑 요소는 중간으로부터 클램핑 요소 길이의 절반의 30% 거리에 오프셋(offset)되어 배열된다. 클램핑 수단은 특히 바람직하게는 슬라이딩 표면을 향해 오프셋되어 배열된다.
환형 표면들, 슬라이딩 표면들 및 클램핑 수단의 본 발명에 따른 배열로 인해, 환형 표면들의 평탄한 접촉 영역이 생성된다. 상기 접촉 영역은 전체 환형 표면들에 걸쳐 완전히 연장되어, 360 도의 범위에서 절삭 인서트에 힘이 가해진다.
본 발명은 도면들을 참조하여 하기에서 설명된다:
도 1은 공구 홀더, 절삭 인서트, 클램핑 요소 및 클램핑 수단을 포함하는 공구 시스템의 단면의 부분 개략도이고;
도 2는 도 1에 따른 절삭 인서트의 함몰부의 단면의 부분 개략도이며;
도 3은 도 2의 개략적인 평면도이고;
도 4는 절삭 인서트의 대안적인 형상의 함몰부의 단면의 부분 개략도이며;
도 5는 아래에서 본 클램핑 요소의 개략도이고;
도 6은 러그를 포함하는 클램핑 요소의 제1 단부의 부분 개략도이며;
도 7은 본 발명에 따른 절삭 인서트의 함몰부의 개략적인 부분 평면도이고;
도 8은 러그와 함께 함몰부의 정합의 부분 개략도이며;
도 9는 가압 인서트를 포함하는 클램핑 요소의 대안적인 실시예의 부분 개략도이고;
도 10은 아래에서 본 도 9에 따른 클램핑 요소를 도시하며;
도 11은 도 9에 따른 클램핑 요소의 대안적인 실시예를 도시한다.
모든 도면들은 본 발명의 부분 개략도들을 포함하고, 본 발명을 설명하기 위해 예로서 사용된다. 본 발명의 특정 실시예들은 이들 도면들과 상이할 수 있다.
도 1은 공구 홀더(2), 함몰부(7)를 갖는 절삭 인서트(6), 및 돌출부(5)를 갖는 클램핑 요소(4)를 포함하는 공구 시스템(1)의 개략도이며, 클램핑 요소(4)의 돌출부(5)는 공구 시스템(1)의 클램핑된 상태에서 절삭 인서트(6)의 함몰부(7)에 맞물림된다. 실질적으로 직육면체의 형상에 대응하고 2 개의 넓은 편평한 측면들(21, 21') 및 2 개의 좁은 편평한 측면들(33, 34)을 포함하는 클램핑 요소(4)는 클램핑 수단(15)을 사용하여 공구 홀더(2)에 체결된다. 최상부 측(10) 상에 함몰부(7)를 갖는 절삭 인서트(6)는 인덱서블 인서트(indexable insert)로 지칭되는 것의 형태일 수 있고, 또한 바람직하게는 그 형태이다. 인덱서블 인서트(6)에서, 함몰부(7)가 최상부 측(10) 및 하부측(11) 상에 형성된다. 2 개의 함몰부들은 동일하며, 그에 따라 공구 홀더(2)의 인서트 시트(17)에 180 도 회전된 절삭 인서트(6)를 위치시키는 것이 가능하다. 돌출부(5)는 직육면체의 클램핑 요소(4)의 제1 단부(18) 상에 배열된다. 돌출부(5)의 형상 및 작동 모드는 하기에서 설명된다. 클램핑 요소(4)의 제2 단부(19)에서, 상기 요소는 경사진 면(20)을 갖는다. 이러한 면(20)은 바람직하게는 공구 홀더의 최상부 측의 표면(53)과 함께, 120 내지 170 도, 특히 바람직하게는 145 내지 165 도 범위의 둔각(γ)을 형성한다. 절삭 인서트(6)의 최상부 측(10)은 바람직하게는 표면(53)과 평행하게 배향된다.
클램핑 요소(4)의 면(20)의 영역에서, 공구 홀더(2)는 면(20)과 일치하는 면(22)을 갖는다. 2 개의 면들(20, 22)은 경사진 평면을 형성한다. 공구 홀더(2)는 공구 기계(도시되지 않음)에 고정적으로 유지된다. 공구 홀더(2)에 대한 클램핑 요소(4)의 체결 시에, 즉 토크 발생 시에, 클램핑 수단(15)을 회전시킬(폐쇄할) 때, 클램핑 요소(4)의 면(20)은 공구 홀더(2)의 면(22) 상에서 (도 1에서 우측 하향으로) 슬라이딩한다. 이러한 클램핑 메커니즘의 결과로서, 클램핑 요소(4)는 공구 홀더(2)에 대해 이동하고, 러그(lug)(5)와 함몰부(7) 사이의 연결에 의해 절삭 인서트(6)를 인서트 시트(17) 내로 당겨서 클램핑한다. 면들(20 및 22)의 표면들의 품질은 서로에 대한 상기 면들의 슬라이딩을 용이하게 하도록 설계된다.
도 1에 따른 실시예에서, 클램핑 수단(15)은 클램핑 스크류로도 지칭되는 스크류로서 설계된다. 스크류(15)는 헤드(head) 형태의 체결 부분(23)과, 실질적으로 원통형인 클램핑 부분(24) 및 안내 부분(25)을 갖는다. 클램핑 부분(24)은 공구 홀더(2)의 정합 부분, 예를 들어 암나사부(internal thread)와 상호 작용하는 나사부, 예를 들어 수나사부(external thread)의 형태일 수 있다. 스크류(15)의 안내 부분(25)은 클램핑 요소(4)의 선형 이동성, 도 1에서는 수평 이동성을 제한하기 위한 정지부로서 사용될 수 있다. 상기 이동성은 클램핑 요소(4)를 공구 홀더(2)에 체결하기 위해 스크류(15)가 맞물림되는 클램핑 요소(4)의 개구(26)의 벽(27)인 정지부와 스크류(15)의 안내 부분(25)의 상호 작용에 의해 제한된다. 이러한 제한은 너무 높은 토크(M)를 사용하여 클램핑할 때 절삭 인서트(6)에 손상이 야기되는 것을 방지한다. 또한, 이러한 제한은 클램핑 동안에 클램핑 요소(4)의 돌출부(5)의 환형 표면(36)이 절삭 인서트(6)의 함몰부(7) 밖으로 슬라이딩하는 것을 방지한다. 개구(26)는, 예를 들어 원형 보어로서 설계될 수 있다. 상기 개구(26)의 다른 형상들, 예를 들어 슬릿형(slit-shaped) 또는 타원형 개구들이 또한 가능하다. 개구(26)의 모든 형상들은 정지 수단(28) 및 벽(27)을 갖는다. 정지 수단(28)은 맞댐 표면(abutment surface)의 형태일 수 있고, 스크류(15)의 체결 수단(23)과 상호 작용한다. 개구(26)의 벽(27)은 클램핑 수단(15)의 안내 부분(25)과 상호 작용한다. 클램핑 부분(24)의 수나사부와 공구 홀더(2)의 암나사부 사이에 제공된 간극(clearance)은 제조 공차들을 보상하는데 사용될 수 있다. 이러한 간극은 바람직하게는 모든 방향들에서 0.1 내지 0.2 ㎜의 범위의 이동을 허용한다.
도 1은 클램핑 메커니즘을 통한 단면도이다. 이러한 실시예에 따르면, 클램핑 요소(4)의 중간 외부에서 및 그에 따라 클램핑 메커니즘의 중간 외부에서 클램핑 수단(15)에 의해 힘이 가해진다. 클램핑 요소(4)의 중간은 클램핑 요소(4)의 제1 단부(18)와 제2 단부(19) 사이의 거리(Ex)의 절반이다. 클램핑 수단은 바람직하게는 제2 단부(19)로부터 Ex/2 미만의 거리에 배열된다. 본 발명에 따르면, 제2 단부(19)와 클램핑 요소(4)의 중간 사이에서 Ex/2의 20% 내지 40%의 영역, 바람직하게는 Ex/2의 30%의 거리에 힘이 가해진다. 개별 부분들의 공차들로 인해, 절삭 인서트(6)의 특성들(인장 및 압축 응력에 대한 민감도)과 조합하여, 클램핑 메커니즘은 절삭 인서트(6)에 손상을 야기하지 않으면서 공구 시트(17)에의 절삭 인서트(6)의 안전하고 반복 가능한 체결을 달성하기 위해 엄격한 요구조건들을 만족시켜야 한다.
개구(26)의 벽(27)과 돌출부(5) 또는 함몰부(7)의 중심인 중간 사이의 거리는 기능적 치수(functional dimension)(Fx)로 지칭된다. 본 발명에 따르면, 이러한 측정치는, 최대 허용 가능한 토크(M)에서, 돌출부(5) 또는 그것의 환형 표면(36)이 함몰부(7) 또는 그것의 환형 표면(31)과 함께, 완전히 평탄한 인터로크를 형성하고 상기 표면들이 서로 맞닿도록 선택된다. 이러한 경우, 맞댐 영역은 2 개의 환형 표면들(31 및 36)의 360 도에 걸쳐 연장된다. 공구 시스템의 클램핑된 상태에서 환형 표면들(31 및 36) 사이에는 간격이 없다.
클램핑 메커니즘의 일 부분은 도 2에 도시된 절삭 인서트(6)의 함몰부(7)이다. 절삭 인서트(6)의 함몰부(7)는 절삭 인서트(6)의 최상부 측(10) 또는 하부측(11)의 중간에 배열된다. 하기에서는, 절삭 인서트(6)의 최상부 측(10) 상에 배열된 함몰부(7)가 설명된다. 이러한 설명은 또한 인덱서블 인서트(6)의 하부면 상에 배열된 함몰부(7)에도 준용하여 적용된다. 함몰부(7)는 만입부(indentation)로서 절삭 인서트(6)에 형성되고, 깊이(T)를 갖는다. 함몰부(5)는 평탄한 바닥부(30)를 가질 수 있다. 바닥부(30)는 절삭 인서트(6)의 최상부 측(10)에 평행할 수 있고, 소정 각도(α)로 배열된 환형 표면(31)을 통해 표면(10)으로 전이될 수 있다. 환형 표면(31)과 바닥부(30) 사이의 각도(α)는 135 내지 155 도의 범위의 둔각(α)이고; 상기 각도(α)는 바람직하게는 140 내지 150 도의 범위를 갖는다. 이것은 함몰부(7)의 개구 각도(β)를 90 내지 130 도의 범위, 바람직하게는 100 내지 120 도의 범위로 제공한다. 함몰부(7)의 바닥부(30)의 단면적(Q1)은 함몰부(7)의 개구(32)의 단면적(Q2)보다 작다(도 3). 함몰부는 바닥부(30)에서의 직경(m1) 및 개구(32)에서의 직경(m2)을 갖는다. 직경(m1)은 직경(m2)보다 작다. 바닥부(30)와 환형 표면(31) 사이 및 최상부 측(10)과 환형 표면(31) 사이의 전이부들은 둥글게 될 수 있다. 상기 전이부들의 반경들은 0.2 ㎜ 내지 2.5 ㎜의 범위에 있다. 상기 반경들은 바람직하게는 0.6 ㎜, 특히 바람직하게는 2.0 ㎜이다. 따라서, 함몰부(7)는 환형 표면(31)의 바닥부(30), 개구(32) 및 둥근 전이부들로 구성된다.
특정 실시예에서, 함몰부(7)의 바닥부(30)는 스플라인(spline)의 다원적 곡선 경로(polygenetic curve path) 또는 반경(30')의 형태로 구부러질 수 있다(도 4). 절삭 인서트(6)의 최상부 측(10)에서 볼 때, 반경(30')에 의해 형성된 바닥부(30)는 오목한 형상을 가질 수 있다. 본 발명에 따른 특히 유리한 형상의 함몰부(7)는 오직 둥근 전이부들(r)만을 포함하고, 그에 따라 어떠한 날카로운 에지형 코너들(sharp-edged corners)도 갖지 않는다. 둥근 함몰부(7)는 절삭 인서트(6)에서 균열들 및 결과적으로 파괴들이 발생할 수 있는 위험을 유발하지 않고서 높은 힘의 인가를 허용한다. 상이한 표면 형상들 사이의 전이부들에 대한 특정 요구들이 있다. 이들은 균열들이 필연적으로 발생할 수 있는 장소들이다. 결과적으로, 상기 전이부들(r)은 바람직하게는 본 발명에 따라 둥글게 된다.
특정 실시예(도시되지 않음)에서, 함몰부 중앙에는 융기부가 배열될 수 있다. 융기부는 함몰부의 하부(30, 30')로부터 최상부 측(10)을 향해 연장되고, 상기 최상부 측 아래에서 종단된다.
도 5는 그의 넓은 편평한 측면(21)의 하부측으로부터의 클램핑 요소(4)를 도시하고 있다. 클램핑 요소(4)의 편평한 측면은 하부측(21)에 의해 식별되고, 이 편평한 측면은 공구 시스템(1)의 클램핑된 상태에서 절삭 인서트(6) 및 공구 홀더(2)와 대면한다. 러그 형태의 돌출부(5)는 클램핑 요소(4)의 제1 단부(18) 상에 배열된다. 편평한 측면(21)에서 시작하여, 러그(5)는 편평한 측면(21)으로부터 멀리 융기한다. 러그는 높이(h1)를 갖는다(도 6). 편평한 측면(21)으로부터의 소정 거리(h2)에서, 러그(5)는 경사진 환형 표면(36)으로 전이된다. 환형 표면(36)이 갖는 높이는 그 전체 외주에 걸쳐 일정하고, H로 지시된다. 직경(m3)에서 시작하여, 환형 표면(36)은 러그(5)의 단부인 직경(m4)까지 연장된다. 이러한 경우에, m3은 m4보다 크다. m3과 m4 사이의 거리가 러그(5)의 높이(H)이다. 환형 표면(36)은 편평한 측면(34)에 대해 둔각(φ)으로 배열된다. 상기 각도(φ)는 바람직하게는 환형 표면(31)과 절삭 인서트(6)의 표면(10) 사이의 각도(α)와 동일하다.
러그(5)의 높이(H)는 함몰부(7)의 깊이(T)와 상관 관계가 있다. 상기 높이 및 깊이는 동일한 값들을 가질 수 있지만, 서로 상이할 수도 있다. 예를 들어, H는 T보다 클 수 있다. 러그(5)의 직경(m3)은 함몰부(7)의 직경(m2)과 상관 관계가 있다. 직경들(m3 및 m2)은 동일한 값들을 가질 수 있지만, 서로 상이할 수도 있다. 예를 들어, m3은 m2보다 클 수 있다.
본 발명에 따른 공구 시스템에서, 각도들(α 및 φ)의 크기는 135 내지 155 도의 범위에서 동일하며; 상기 각도들은 바람직하게는 140 내지 150 도의 범위에 있다. 결과적으로, 클램핑 요소(4)의 돌출부(5)와 절삭 인서트(6)의 함몰부(7) 사이의 전체 환형 표면(360 도)에 걸쳐 보다 정밀한 인터로크가 생성된다. 각도들(α 및 φ)이 동일한 경우에 본 발명에 따라 하기의 구성들이 가능하다:
m3 > m2이면, H > T, 또는 H = T, 또는 H < T
m3 = m2이면, H = T, 또는 H < T
m3 > m1이면, H < T, 또는 H = T, H > T
전술한 바와 같은 클램핑 메커니즘과 조합하여, 전술한 바와 같은 함몰부(7)를 갖는 절삭 인서트(6) 및 전술한 바와 같은 러그(5)를 갖는 클램핑 요소(4)를 포함하는 공구 시스템에서, 함몰부(7)의 전체 환형 표면(31)에 걸쳐 힘이 가해진다(도 7 및 도 8). 힘은 환형 표면(31)의 전체 주위에 작용한다. 돌출부(5)의 환형 표면(36)과 함몰부(7)의 환형 표면(31) 사이에는 완전히 평탄한 인터로크가 생성된다. 환형 표면들(31 및 36)은 또한 평탄할 수 있다. 이러한 경우에, 클램핑 요소(4)의 힘(F클램핑 요소)은 힘 벡터들(Fnx)에 의해 도입된다. 상기 힘 벡터들은 환형 표면(31) 주위에 균일하게 배열된다. 공구 홀더(2)의 면(22) 상에서 슬라이딩하는 클램핑 요소(4)의 면(20)에 의해 클램핑 동안에 유발되는, 공구 홀더(2)에 대한 클램핑 요소(4)의 상대적인 이동과, 결과로서 발생되는 힘(F복귀)으로 인해, 힘 벡터들(Fnx1)의 크기는 힘 벡터들(Fnx2)의 크기보다 크다. 이러한 경우에, 클램핑 요소의 복귀 이동과 평행하게 작용하는 힘 벡터(Fnx1)는 최대 크기를 갖는다. 상기 힘 벡터(Fnx1)의 크기에서 시작하여, 환형 표면(31)에 작용하는 힘 벡터들의 크기들은 힘 벡터(Fnx2)까지 연속적으로 감소된다. n 개의 추가 힘 벡터들이 상기 2 개의 힘 벡터들 사이의 링 표면(31) 상에 작용한다.
함몰부의 크기, 직경, 깊이 및 각도(α)와, 힘(F클램핑 요소)은 절삭 인서트의 크기, 및 프로세스 파라미터들, 예를 들어 기계가공될 재료, 이송 속도 등과 독립적으로 선택될 수 있다.
도 9는 클램핑 요소(4)의 대안적인 실시예를 도시하고 있다. 상기 클램핑 요소가 전술한 클램핑 요소와 동일한 한에 있어서는, 동일한 참조 부호들이 적용된다. 전술한 클램핑 요소(4)가 일체형으로 형성되는 반면, 도 9에 따른 클램핑 요소(4)는 적어도 2 개의 부분들로 구성된다. 도 9에 따른 클램핑 요소(4)는 메인 부분(main part)(40), 가압 인서트(16) 및 체결 수단(47)을 포함한다. 가압 인서트(16)는 도 9에 따른 클램핑 요소(4)의 제1 단부(18) 상에 이동 가능하게 배열된다. 상기 가압 인서트(16)는 내마모성 재료, 예를 들어 경질 금속(hard metal) 또는 세라믹으로 제조될 수 있다. 결과적으로, 클램핑 요소(4)의 제1 단부(18)는 그것의 메인 부분(40)보다 높은 내마모성을 가질 수 있다. 프로세스에서 발생하는 클램핑 요소(4)에서의 칩들로 인해 발생할 수 있는 손상들은 이러한 내마모성의 증가에 의해 감소되며, 바람직하게는 완전히 방지된다. 클램핑 요소(4)에 가압 인서트(16)를 수용하기 위해, 클램핑 요소(4)는 정지 표면(42), 오목부(39) 및 안내 표면(43)을 갖는 수용 공간(41)을 갖는다(도 10). 정지 표면(42)은 평탄하고, 편평한 측면(21)과 평행할 수 있다. 오목부(39)는 또한 정지 표면(42)에 통합될 수 있다. 안내 표면(43)이 배열되는 영역은 홈(44)의 형태일 수 있고, 수축부들(constrictions)을 포함할 수 있다. 홈(44)의 구멍(45)의 거리(A1)는 바람직하게는 홈(44) 내부의 거리(A2)보다 작다. 거리(A2)는 거리(A1)보다 제1 단부(18)로부터 더 멀리 있다. 홈(44)의 디자인으로 인해, 메인 부분(40)은 핑거들(fingers)(48)의 형태인 러그들을 갖는다. 핑거들(48)의 외부들(49)은 메인 부분(40)의 외부들과 동일할 수 있다. 그러나, 그들은 또한 그 형상이 부분적으로 또는 완전히 상이할 수도 있고, 메인 부분의 중심 축을 향해 구부러질 수 있다. 도 10에서, 핑거들의 단부 영역(52)은 중심 축을 향해 구부러지고, 이러한 영역에서 클램핑 요소(4)의 메인 부분(40)의 외부 형상과 상이하다. 핑거들의 내부들(43)은 홈(44)의 안내 표면들에 대응하고, 정지 표면(42) 및 오목부(39)의 영역과 함께, 홈(44)의 수용 공간을 형성한다. 내측으로 배열된 핑거(48)에 의해 언더컷(undercut)으로 지칭되는 것이 생성된다. 홈(44)과 상관 관계가 있고 홈(44)에 맞물림되는 스프링(46)을 갖는 가압 인서트(16)는 구멍(45)의 영역에서 언더컷인 수축부로 인해 제1 단부(18)를 향해 이탈할 수 없다. 추가 고정 수단(38)은 오목부(39)와 정지 표면(42) 사이에 단차를 형성한다. 상기 오목부(39)로 인해, 클램핑 요소(4)의 메인 부분(40)의 편평한 측면(21)으로부터 오목부(39)의 바닥부까지 측정된 홈의 높이는 클램핑 요소(4)의 메인 부분(40)의 편평한 측면(21)으로부터 정지 표면(42)까지 측정된 거리보다 크다. 스프링(46)의 영역이 오목부(39) 내로 연장되면, 오목부(39)로부터 정지 표면(42)으로의 전이부는 고정 수단(38)을 형성하며, 이 고정 수단(38)은 메인 인서트(16)의 수평 이동 자유도를 추가적으로 제한한다. 클램핑 요소(4)의 홈(44) 및 가압 인서트(16)의 스프링(46)의 설계로 인해, 가압 인서트(16)는 클램핑 요소(4)의 수평 이동 방향으로 구속적으로(captively) 유지된다. 본 발명에 따르면, 가압 인서트(16)와 클램핑 요소(4) 사이의 결합은 간극을 갖는다. 간극은 축 방향으로 0.1 내지 0.5 ㎜, 바람직하게는 0.3 ㎜이고, 반경 방향으로 최대 5 도, 바람직하게는 2 도이다. 이러한 경우에, 축 방향은 편평한 측면(21)과 평행하고, 반경 방향은 개구(41) 주위로 배열된다. 이러한 (축 방향 및 반경 방향) 간극에 의해, 공구 시스템의 개별 부분들의 제조 결과로서 발생하는 공차들을 보상하는 추가 가능성이 생긴다. 가압 인서트(16)는 체결 수단(47), 예를 들어 직선형 핀(straight pin)에 의해 클램핑 요소(4)의 메인 부분(40)의 개구(51)에 이동 가능하게 유지된다.
그 형상이 절삭 인서트(6)의 함몰부(7)와 상관 관계가 있는, 가압 인서트(16) 상에 배열된 돌출부(5)에 대해서는, 전술한 것이 준용하여 적용된다. 클램핑 수단(15)에 의해 발생된 힘은 가압 인서트(16)의 돌출부(5)의 환형 표면(36)에 의해 절삭 인서트(6)의 함몰부(7)의 전체 환형 표면(31)에 걸쳐 작용한다.
도 11은 클램핑 요소(4)의 제1 단부(18)의 다른 실시예를 도시하고 있다. 도 10에 따른 클램핑 요소(4)와 동일한 특징들에 관련되는 한에 있어서는, 대응하는 참조 부호들 및 이전의 설명이 적용된다. 도 10에 따른 클램핑 요소(4)는, 그 제1 단부(18)에, 변형된 홈(44')을 갖는다. 도 10에 따른 실시예에서와 같이, 러그(48')는 직선형이며, 내측으로 구부러지지 않는다. 홈(44')의 내부들의 안내 표면들(43')은 서로 평행하다. 이것은 홈(44')의 거리들(A1 및 A2)이 동일한 크기가 되게 한다. 홈(44')의 폭은 그의 구멍(45)의 영역에서, 구멍으로부터 소정 거리에 있는 영역에서와 크기가 동일하다. 결과적으로, 상기 홈(44')은 언더컷을 갖지 않는다. 홈(44')과 일치하는 스프링(46)을 갖는 가압 인서트(16)의 수평 이동성은 고정 수단(38)에 의해서만 제한된다. 스프링(46)은 슬롯(slot) 형태인 오목부(39)에 맞물림된다. 가압 인서트(16)는 체결 수단(17)에 의해 클램핑 요소(4) 내에 이동 가능하게 유지된다. 도 11은 본 발명에 따른 공구 시스템의 요구조건들을 충족시키는 클램핑 요소(4)의 제1 단부(18)의 단순화된 형태를 도시하고 있다.
본 발명은, 함몰부(7)를 갖는 절삭 인서트(6)를 수용하기 위한 인서트 시트(17)를 갖는 공구 홀더(2), 클램핑 수단(15)을 수용하기 위한 개구(26) 및 러그(5)를 갖는 클램핑 요소(4), 및 클램핑 요소(4)의 선형 이동성을 제한하는 메커니즘(기능적 치수(Fx))을 포함하는 공구 시스템(1)을 설명하고 있다. 결과적으로, 인덱서블 인서트(6)는 구속적이고 반복 가능하게 클램핑된다.
절삭 인서트가 클램핑될 때 스크류(15)의 안내 부분(25)이 개구(26)의 벽의 정지부(27)에 마찰적으로 맞닿음으로써, 공구 홀더(2)의 인서트 시트에서의 절삭 인서트(6)의 클램핑력(clamping force)이 자동으로 제한된다.
1 : 공구 시스템
2 : 공구 홀더
4 : 클램핑 요소
5 : 4의 부착부, 러그, 돌출부
6 : 절삭 인서트
7 : 6의 함몰부
10 : 6의 최상부 측
11 : 6의 하부측
15 : 클램핑 수단, 스크류
16 : 가압 인서트
17 : 인서트 시트
18 : 4의 제1 단부
19 : 4의 제2 단부
20 : 면
21, 21' : 4의 편평한 측면
22 : 2의 면
23 : 15의 체결 부분
24 : 15의 클램핑 부분
25 : 15의 안내 부분
26 : 개구, 보어
27 : 26의 정지부, 벽
28 : 4의 맞댐 표면
30, 30' : 7의 하부
31 : 7의 환형 표면
32 : 7의 개구
33, 34 : 4의 좁은 편평한 측면
36 : 5의 환형 표면
38 : 고정 수단
39 : 오목부
40 : 4의 메인 부분
41 : 수용 공간
42 : 정지 표면
43, 43' : 안내 표면, 내부
44, 44' : 홈
45 : 구멍
46 : 스프링
47 : 체결 수단
48, 48' : 러그, 핑거
49 : 48의 단부 영역
51 : 40의 개구
52 : 48의 단부 영역
53 : 2의 표면
Q1 : 30의 단면적
Q2 : 32의 단면적
T : 7의 깊이
H : 35의 높이
m1 : 30, 30'의 직경
m2 : 32의 직경
m3 : 35의 직경
m4 : 35의 직경
A1 : 45의 거리

Claims (15)

  1. 공구 시스템(tool system)(1)으로서,
    상기 공구 시스템은, 절삭 인서트(cutting insert)(6)를 포함하고; 그리고 함몰부(depression)(7)를 갖는 상기 절삭 인서트(6)를 수용하기 위한 인서트 시트(insert seat)(17)를 갖는 공구 홀더(2)를 포함하되, 상기 인서트 시트(17)로부터 이격되어, 상기 인서트 시트(17)에 인접한 상기 공구 홀더(2)의 표면(53)은 둔각(γ)으로 경사진 면(22)을 가지고; 그리고 정지부(stop)(27)를 갖는 개구(opening)(26) ― 상기 개구에서 안내 부분(25)을 갖는 클램핑 스크류(15)가 수용됨 ―, 면(20) 및 돌출부(5)를 갖는 클램핑 요소(clamping element)(4)를 포함하며;
    상기 클램핑 요소(4)의 돌출부(5)는 환형 표면(36)을 가지며, 상기 절삭 인서트(6)의 함몰부(7)는 환형 표면(31)을 가지고, 상기 클램핑 요소(4)의 환형 표면(36) 및 상기 절삭 인서트(6)의 환형 표면(31)은 상기 절삭 인서트(6)가 클램핑될 때 인터로킹 방식(interlocking manner)으로 서로 맞닿으며, 그리고 상기 공구 홀더(2)에 대한 상기 클램핑 요소(4)의 체결 프로세스 동안, 즉 토크 발생 시에, 상기 클램핑 스크류(15)를 회전시킬 때, 상기 클램핑 요소(4)의 면(20)은 상기 공구 홀더(2)의 면(22) 상에서 슬라이딩하며, 그 결과로서, 상기 클램핑 요소(4)는 상기 공구 홀더(2)에 대해 이동하고, 상기 절삭 인서트(6)를 상기 인서트 시트(17) 내로 당겨서 클램핑하며,
    상기 공구 시스템은 상기 함몰부(7)의 중심과 상기 개구(26)의 정지부(27) 사이에 기능적 치수(Fx)를 포함하고, 상기 기능적 치수(Fx)의 크기는, 상기 클램핑 스크류(15)의 최대 허용 가능한 토크(M)에서, 상기 돌출부(5)의 환형 표면(36)이 상기 함몰부(7)의 환형 표면(31)과 함께 완전히 평탄한 인터로크(complete planar interlock)를 형성하도록 선택되고, 그리고 상기 절삭 인서트(6)가 클램핑될 때, 클램핑 스크류(15)의 안내 부분(25)은 상기 개구(26)의 벽의 정지부(27)와 마찰 방식으로 맞닿는 것을 특징으로 하는,
    공구 시스템.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 환형 표면(31) 및 상기 환형 표면(36)이 서로 맞닿는 영역은 360 도를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    공구 시스템.
  3. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
    상기 환형 표면들(31, 36)은 평탄한 것을 특징으로 하는,
    공구 시스템.
  4. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
    상기 클램핑 요소(4)는 제1 단부(18) 및 제2 단부(19)를 포함하며, 상기 제1 단부의 영역의 상기 돌출부(5) 및 상기 제2 단부의 영역의 상기 면(20)은 서로 소정 거리(Ex)에 배열되는 것을 특징으로 하는,
    공구 시스템.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 클램핑 요소(4)의 개구(26)는 상기 제2 단부(19)로부터 Ex/2 미만의 거리에 배열되는 것을 특징으로 하는,
    공구 시스템.
  6. 제4 항에 있어서,
    상기 클램핑 요소(4)의 개구(26)는 상기 제2 단부(19)로부터 Ex/2의 20% 내지 40%의 거리에 배열되는 것을 특징으로 하는,
    공구 시스템.
  7. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
    클램핑된 상태에서, 상기 클램핑 스크류(15)에 의해 발생된 힘은 상기 함몰부(7)의 환형 표면(31)의 전체 주위에 작용하는 것을 특징으로 하는,
    공구 시스템.
  8. 제4 항에 있어서,
    상기 클램핑 요소(4)의 제2 단부(19)의 방향으로 작용하는 힘 벡터(Fnx1)는 상기 클램핑 요소(4)의 제1 단부(18)의 방향으로 작용하는 힘 벡터(Fnx2)보다 큰 크기를 갖는 것을 특징으로 하는,
    공구 시스템.
  9. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
    상기 클램핑 요소(4)는 상기 돌출부(5)가 형성되는 가압 인서트(pressure insert)(16)를 갖는 것을 특징으로 하는,
    공구 시스템.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 가압 인서트(16)는 내마모성 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는,
    공구 시스템.
  11. 제9 항에 있어서,
    상기 클램핑 요소(4)는, 상기 가압 인서트(16)가 반경 방향 및 선형 방향으로 간극(clearance)을 갖고서 유지되는 홈(44)을 갖는 것을 특징으로 하는,
    공구 시스템.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 선형 방향으로 상기 가압 인서트(16)와 상기 클램핑 요소(4) 사이의 간극은 0.1 내지 0.5 ㎜이고, 그리고/또는 상기 반경 방향으로 상기 가압 인서트(16)와 상기 클램핑 요소(4) 사이의 간극은 최대 5 도인 것을 특징으로 하는,
    공구 시스템.
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