KR102513284B1

KR102513284B1 - 셀프-센터링 소형 플로팅 리머 홀더

Info

Publication number: KR102513284B1
Application number: KR1020187004771A
Authority: KR
Inventors: 에브게니 사모일로프; 마이클 알트만
Original assignee: 이스카 엘티디.
Priority date: 2015-07-21
Filing date: 2016-06-29
Publication date: 2023-03-24
Also published as: BR112018000503A2; BR112018000503B1; RU2716565C2; PT3325198T; EP3325198B1; US20170021430A1; JP2018524188A; CN107848044A; JP6993237B2; ES2864837T3; RU2017144806A3; RU2017144806A; CA2989382C; US9908181B2; EP3325198A1; KR20180031714A; IL256546A; CN107848044B; CA2989382A1; IL256546B

Abstract

본 발명은 플로팅 부재에 의해 그 사이에서 토크를 전달하는 홀더 및 리머 부분들을 가진 소형의 올덤-타입의 플로팅 리머 홀더에 관한 것이다. 상기 플로팅 리머 홀더(10)는 홀더 및 리머 부분을 축방향으로 편향시키는 탄성 요소를 포함한다. 작동 위치에서, 플로팅 리머 홀더는 자동으로 각진 오정렬, 평행 오정렬 및 홀더 및 리머 부분 축 사이의 축방향 병진운동을 수용할 수 있도록 구성된다. 비-작동 위치에서, 리머 부분 축은 홀더 부분 축과 공-정렬된다. 그리고, 상기 탄성 요소는 리머 부분과 적어도 부분적으로 중첩된다.

Description

셀프-센터링 소형 플로팅 리머 홀더

본 발명은 플로팅 또는 올덤-타입의 리머 홀더에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 셀프-센터링 플로팅 리머 홀더에 관한 것이다.

리머(reamer)는 홀(hole) 표면 품질을 향상시키고 그에 따라 홀을 약간 넓히기 위해 기존 또는 미리-드릴링된(pre-drilled) 홀을 기계가공하기 위한 정밀한 공구이다. 리머가 수행하도록 구성된 정밀한 기계가공의 성질 때문에, 리머를 삽입하는 동안, 홀과 리머 사이의 약간의 오정렬(misalignment)도 리머 절삭 에지(cutting edge) 및/또는 홀에 손상시킬 수 있다.

그에 따라, 리머를 고정시키기 위하여, "플로팅 리머 홀더(floating reamer holder)"로 지칭되는 홀더(holder)가 사용된다. 플로팅 리머 홀더는, 홀에 삽입하고 리밍 가공 동안에, 홀 축에 대한 리머 축의 축방향 오정렬(axial misalignment)을 허용할 수 있도록 구성되어야 하는데, 이는 플로팅 리머 홀더는 리머 자체(교체가능한 공구)와 리머를 고정하는 기계 사이의 약간의 오정렬을 허용할 수 있다는 것을 의미한다.

이러한 기술 분야의 공구에 있어, 한 주된 단점은 기계로부터 플로팅 리머 홀더가 돌출된다는 점이다. 이에 따라, 공구 및 홀더의 중량(weight)이 클수록, 굽힘 모멘트(bending moment)가 커질 수 있다.

일부 플로팅 리머 홀더는 다수의 부분, 특히, 핀(pin) 또는 복수의 주변 돌출부(peripheral protrusion)를 가진 복잡한 구성을 가진다. 이는 플로팅 리머 홀더의 축방향 길이(axial length)에 부정적인 영향을 끼치며, 연마되어야 하는 정확한 표면과 부분의 개수들에 직접 영향을 받는 제작 비용에도 부정적인 영향을 끼친다.

예컨대, US1359103호에 기술된, 종래 기술의 플로팅 리머 홀더는, 평평한 플로팅 부재에 의해 그 사이에서 토크(torque)를 전달하는 홀더 및 리머 부분을 포함하는 소형의 올덤(oldham)-타입의 플로팅 리머 홀더를 기술하고 있다. 플로팅 부재는 가상의 평면(축방향으로)에 의해 두 절반 부분(halve)으로 나뉜다. 각각의 절반부는 각각의 홀더 및 리머 부분들 내에서 각각의 암의(female) 리세스에 위치된다. 홀더 및 리머 부분과 플로팅 부재 사이의 이러한 인-라인(in-line) 결합 장치는 플로팅 부재에 커다란 전단력을 노출하여(대부분의 전달된 토크는 상기 가상 평면에 제공된 전단력이 됨), 그에 따라 마모로 이어질 수 있어서, 한편으로는 때 이르게 파손될 수 있으며 다른 한편으로는 기계가공 속도/생산성을 제한하게 된다.

US1566553호는 3개의 타입의 운동 자유도를 가능하게 하는 조절식 플로팅 리머 홀더를 기술하고 있다. 하지만, 이러한 장치는 비-작동 상태에서 자동의(즉 운영자로부터의 간섭(interference)이 없는) 정확한 센터링 작업을 제공하지 않는다. 특히, 각진 오정렬(angular misalignment)을 가능하게 하기 위하여, 이러한 장치는, 비-작동 위치에서, 피동 부재(20)를 중앙에 위치시키기 위하여, 볼 및 코일형 스프링을 포함한다(볼은 피동 및 구동 부재(20, 13) 내에서 센터링 함몰부(depression)에 삽입됨). 하지만, 코일형 스프링은 단독으로(피동 부재(20)의 후방 단부(17)와 접하는) 피동 부재(20)의 후방 단부만을 중앙에 배열시켜, 너트(42)가 수동으로 조여지지 않으면, 전방 단부(21)를 느슨하게 하여 중앙에 위치시키지 않는다. 따라서, 이러한 플로팅 리머 홀더는 각각의 리머를 교체할 때 구동 부재를 재조정(recalibration)할 필요가 있다. 게다가, 협력적인 반경방향 구동 러그/텅(14) 및 직경방향 슬롯(9)은 전달된 토크로부터 야기된 전단력에 노출된다.

본 발명의 제1 양태에 따르면, 전방 방향과 후방 방향을 가진 소형의(compact) 올덤(oldham)-타입의 플로팅 리머 홀더(floating reamer holder)가 제공되는데, 상기 플로팅 리머 홀더는:

중앙의 홀더 부분 축을 가진 홀더 부분(holder portion);

리머 부분 축을 가진 리머 부분(reamer portion);

상기 홀더 부분과 리머 부분 사이에서 토크(torque)를 전달하는 플로팅 부재(floating member); 및

리머 부분을 축방향으로 적어도 부분적으로 중첩하며(overlapping) 리머 부분을 축방향으로 전방 방향을 향하도록 편향시키는(biasing) 환형 탄성 요소(annular elastic element)를 포함하되;

작동 위치(operative position)에서, 플로팅 리머 홀더는 각진 오정렬(angular misalignment), 평행 오정렬(parallel misalignment) 및 홀더 및 리머 부분 축 사이의 축방향 병진운동(axial translation)을 수용하도록 구성되고,

비-작동 위치(non-operative position)에서, 리머 부분 축은 홀더 부분 축과 정확하게 공-정렬된다(co-aligned).

본 발명의 제2 양태에 따르면, 셀프-센터링(self-centering) 플로팅 리머 홀더가 제공되는데, 상기 셀프-센터링 플로팅 리머 홀더는:

중앙의 홀더 부분 축을 가진 기다란(elongated) 홀더 부분;

홀더 부분의 전방에 위치된 기다란 리머 부분을 포함하되, 상기 리머 부분은: 축방향으로 서로 맞은편에 있는 리머 부분 전방 및 후방 표면; 및 전방 방향으로 리머 부분 전방 표면을 향하여 테이퍼링 배열되는(tapering) 외측 리머 부분 센터링 표면을 포함하며;

홀더 부분에 견고하고 탈착 가능하게 연결된(releasably connected) 하우징 슬리브를 포함하되, 상기 하우징 슬리브는 테이퍼링 배열된 슬리브 제1 센터링 표면을 가지고;

전방 방향으로 테이퍼링 배열된 슬리브 제1 센터링 표면에 대해 리머 부분 센터링 표면을 축방향으로 미는 환형 탄성 요소를 포함하며;

리머 부분과 홀더 부분 사이에서 토크를 전달하고 하우징 슬리브 내에 위치된 플로팅 부재를 포함한다.

하기 특징들 중 임의의 특징을 단독으로 또는 조합하여, 본 발명의 상기 양태들 중 임의의 양태에 적용할 수 있다.

플로팅 리머 홀더는 홀더 부분에 견고하고 탈착 가능하게 연결된 하우징 슬리브를 포함하며, 상기 리머 부분과 하우징 슬리브는 홀더 부분으로부터 전방 축방향으로 리머 부분을 향해 테이퍼링 배열된 협력적인(cooperating) 슬리브 제1 센터링 표면과 리머 부분 센터링 표면을 가진다.

슬리브 제1 센터링 표면과 리머 부분 센터링 표면은 원추대 형태(frustoconical shape)를 가질 수 있다.

리머 부분은 내부로부터 홀더 부분을 적어도 부분적으로 축방향으로 중첩하는(axially overlap) 단일의 중앙 돌출부(protrusion)를 가진다.

홀더 부분은 부재 리세스(member recess)를 가지며 플로팅 부재는 완전히 상기 부재 리세스 내에 위치된다.

돌출부는 관통 플로팅 부재 홀 내에 위치된다.

플로팅 부재는 플로팅 부재 내측 미끄럼 표면(slide surface)을 가지며 돌출부는 플로팅 부재 내측 미끄럼 표면과 결합되는(engage) 서로 맞은편에 있으며(opposite) 평행한(parallel) 돌출부 미끄럼 표면을 포함한다.

플로팅 부재는 플로팅 부재 외측 미끄럼 표면을 가지며, 홀더 부분은 서로 맞은편에 있으며 평행한 리세스 미끄럼 표면이 제공된 부재 리세스(member recess)를 가지되, 리세스 미끄럼 표면은 플로팅 부재 내측 미끄럼 표면에 대해서는 횡단 방향이며(traverse) 플로팅 부재 외측 미끄럼 표면에 대해서는 평행하고, 홀더 부분의 리세스 미끄럼 표면은 플로팅 부재 외측 미끄럼 표면과 결합된다.

플로팅 부재는 비-원형 와셔 형태(non-circular washer shape)를 가진다.

플로팅 부재는 플로팅 부재 전방 및 후방 표면과 그 사이에서 연장되는 플로팅 부재 주변 표면(peripheral surface)을 가지며, 플로팅 부재 주변 표면에는 함몰부(depression) 또는 돌출부가 없다.

플로팅 부재는, 오직, 플로팅 부재 폭(width)에 대해 길이가 똑같으며, 단일의 중첩되고 연속적인 축방향 영역(axial area)의 경계 내에서만 토크를 전달하도록 구성된다.

축방향 변위(axial displacement)가 홀더 및 리머 부분 사이에서 축방향으로 형성되고, 비-작동 위치에서, 축방향 변위는 사전결정된 양의 값(predetermined positive value)을 가지며, 작동 위치에서, 축방향 변위는 상기 사전결정된 양의 값에 대해 감소된다.

플로팅 부재는 함몰부 또는 돌출부가 없는 플로팅 부재 전방 및 후방 표면을 포함한다.

어떠한 전단력(shear force)도, 홀더 및 리머 부분 축에 대해 수직인 평면에서 플로팅 부재에 제공되지 않는다.

비-작동 위치에서, 리머 부분은 홀더 부분에 대해 축방향으로 정확하게 위치된다.

플로팅 부재는 축방향 도면에서 직사각형 형태를 가진다.

본 발명의 주제를 보다 잘 이해하고 실제로 어떻게 실시되는 지를 보여주기 위하여, 본 발명은 이제 첨부도면을 참조하여 설명되는데, 도면에서:
도 1은 플로팅 리머 홀더의 등축도;
도 2는 도 1의 플로팅 리머 홀더의 등축 분해도;
도 3은 비-작동 위치에 있는 도 1의 플로팅 리머 홀더의 축방향 횡단면도;
도 4는 워크피스의 미리-드릴링된 홀의 리밍 가공 동안의 작동 위치의 제1 예에 있는 플로팅 리머 홀더의 축방향 횡단면도;
도 5는 워크피스의 미리-드릴링된 홀의 리밍 가공 동안의 작동 위치의 제2 예에 있는 플로팅 리머 홀더의 축방향 횡단면도;
도 6은 도 3의 라인 IV-IV을 따라 절단한 횡단면도;
도 7은 도 3의 VII 부분을 상세하게 도시한 도면.
도면에서 상응하거나 유사한 요소를 표시하기 위하여 도면부호들이 반복적으로 사용된다.

하기 설명에서, 본 발명의 다양한 양태들이 기술될 것이다. 설명을 위해, 특정 형상 및 세부사항들이 본 발명을 보다 잘 이해하기 위하여 충분히 상세하게 기술된다. 하지만, 통상의 기술자에게는, 본 발명이 본 명세서에 기술된 특정 형상 및 세부사항들 없이도 실시될 수 있다는 것이 자명할 것이다.

도 1과 2를 살펴보자. 소형의 올덤(oldham)-타입의 플로팅 리머 홀더(10)가, 각각, 홀더(10)의 후방 방향(RWD) 및 전방 방향(FWD)을 형성하는 기다란 홀더 및 리머 부분(12, 14)을 포함한다. 리머 축(R)을 가진 리머(16)가, 가령, 예컨대, 콜릿(18)과 너트(20)에 의해, 리머 부분(14)에 결합된다. 홀더 및 리머 부분(12, 14)은 플로팅 부재 폭(W1)을 가진 소형 플로팅 부재(22)에 의해 그 사이에서 토크(torque)를 전달함으로써 올덤-타입의 결합을 형성한다. 홀더 및 리머 부분(12, 14)은 하우징 슬리브(24)에 의해 함께 고정된다. 홀더 및 리머 부분(12, 14)은 각각 중앙의 홀더 및 리머 부분 축(HP, RP)을 가진다.

이제, 도 1 및 3을 살펴보자. 비-작동 위치 즉 플로팅 리머 홀더(10)가 완전히 조립된 위치에서는, 어떠한 리밍 가공 힘(reaming force)도 리머(16)에 제공되지 않는다. 플로팅 리머 홀더(10)는, 정밀하게 반복적으로 배열하기 위하여, 리머 부분(14)을 홀더 부분(12)에 대해 정확하게 중앙에 정렬하거나 또는 반경 방향으로 정렬하도록 구성된다. 밑에서 더 설명되는 것과 같이, 하우징 슬리브(24)는 홀더 부분(12)에 견고하고 탈착 가능하게 결합된다(releasably coupled). 비-작동 위치에서, 리머 부분(14)은 협력적인 센터링 표면(cooperating centering surface)에 의해 하우징 슬리브(24)에 대해 탄성적으로 힘을 받는데(elastically forced), 상기 협력적인 센터링 표면은 리머 부분(14)을 홀더 부분(12)에 대해 중앙에 위치시키고 축방향으로 위치시킨다.

홀더 부분 축(HP)을 따라, 플로팅 리머 홀더(10)는, 홀더 부분(12), 플로팅 부재(22), 뚜껑(26), 스러스트 베어링(28), 환형 탄성 요소(30) 및 리머 부분(14)을 포함할 수 있다.

작동 위치에서(즉, 워크피스의 미리-드릴링된 홀(32)의 리밍 가공 동안), 플로팅 부재(22)는 홀더 및 리머 부분(12, 14) 사이에서 토크를 전달한다. 비록 홀더 및 리머 부분(12, 14)이 서로에 대해 회전되지는 않지만, 플로팅 리머 홀더(10)는 홀더 및 리머 부분(12, 14) 사이에서 3개의 상대 운동(relative motion)이 가능하도록 구성된다. 플로팅 리머 홀더(10)는 2개, 또는 3개 타입의 상대 운동을 동시에 수행할 수 있다.

비-작동 위치와 작동 위치 사이의 전환(transition)에서, 플로팅 리머 홀더(10)(특히, 리머 부분(14))는, 미리-드릴링된 홀(32)에 대해 자동으로 정렬되거나, 혹은 자체-정렬된다(self-align). 일단 정렬되고 나면, 리머 부분(14)은 그 배열 방향에 따라 하나 또는 그 이상의 위치에서 슬리브(24)와 접한다(abut).

타입 I의 상대 운동은 축 평행 오프셋(axis parallel offset)(본 명세서에서는 "축 평행 오정렬(axis parallel misalignment)"으로도 지칭됨)으로서, 즉 홀더 부분(12)에 대한 리머 부분(14)의 운동이 홀더 부분 축(HP)에 대해 수직인 평면에서 구현된다. 홀더 및 리머 부분(12, 14) 사이에 위치된 스러스트 베어링(28)은 이러한 타입의 운동을 부드럽게 하거나(smoothen) 또는 이러한 운동으로 인한 마찰을 줄이도록 구성된다. 도 4를 보면, 작동 위치에서 서로 평행한 홀더 및 리머 부분 축(HP, RP) 사이에 평행 오프셋(D1)이 형성된다. 평행 오프셋(D1)의 크기는 0.5mm일 수 있다. 상기 실시예에서, 평행 오프셋(D1)은 0 내지 0.15mm 사이의 값을 수용할 수도 있다.

타입 II의 상대 운동은 축방향 변위(axial displacement)(본 명세서에서는 "축방향 병진운동(axial translation)"으로도 지칭됨)으로서, 즉 홀더 부분(12)에 대한 리머 부분(14)의 운동이 축방향으로 구현된다. 홀더 및 리머 부분(12, 14)의 각각의 부분들 사이에 축방향 변위(D2)(도 3 참조)가 형성된다(밑에서, 상세하게 기술될 것이다). 비-작동 위치에서, 축방향 변위(D2)는 사전결정된 최대값을 가지며, 작동 위치에서 축방향 변위(D2)는 상기 사전결정된 최대값에 대해 감소된다. 상기 실시예에 따르면, 작동 위치에서 축방향 변위(D2)는 0이다. 축방향 변위(D2)의 최대값은, 예컨대, 다양한 제작 및 기하학적 기준에 의해 결정된다.

축방향 변위(D2)는 작동 위치와 비-작동 위치 사이의 전환 동안 감소된다. 타입 II의 상대 운동의 이점은, 작동 위치와 비-작동 위치 사이의 전환 동안, 축방향 리밍 가공 힘(axial reaming force)의 적어도 한 부분에서 플로팅 리머 홀더(10)가 수축된다(suppress)는 사실이다(탄성 요소(30)에 의해). 이러한 수축으로 인한 이점은 워크피스 표면 품질이 향상된다는 점이다. 특히, 작동 위치와 비-작동 위치 사이의 전환 동안, 미리-드릴링된 홀(32)의 개구(opening)에서, 챔퍼(chamfer) 또는 에지(edge)에서, 종종 야기되는 원치 않는 결함(imperfection)을 방지할 수 있다(또는 적어도 줄일 수 있다).

게다가, 타입 II의 상대 운동은 슬리브와 리머 부분(14) 사이에 충분한 공간을 형성하여, 홀더 및 리머 부분(12, 14) 사이에서 그 밖의 두 타입의 상대 운동이 가능하게 한다.

타입 III의 상대 운동은 각진 오정렬(angular misalignment)이다. 플로팅 리머 홀더(10)는 홀더 및 리머 부분 축(HP, RP) 사이에 오정렬 각(α)이 형성될 수 있게 한다. 상기 실시예에 따르면, 오정렬 각(α)은 0° 내지 최대 0.5° 사이의 값을 수용할 수 있다.

다시, 도 3을 살펴보자. 리밍 가공 이전에는, 플로팅 리머 홀더(10)는 비-작동 위치에 있는데, 이 비-작동 위치에서 슬리브, 리머, 홀더 및 리머 부분 축(S, R, HP, RP)들은 모두 공-정렬된다(co-aligned). 그에 따라, 상기 위치에서, D1 및 α는 0(zero)이고 D2는 사전결정된 최대값을 가진다.

이제, 도 4와 5를 살펴보자. 상기 두 도면에는 플로팅 리머 홀더(10)의 두 작동 위치 예들이 각각 도시되어 있는데, 홀더 부분 축(HP)은 홀 축(HA)에 대해 오정렬되어 있다. 달리 말하면, 리밍 가공 동안, 워크피스의 미리-드릴링된 홀(32)과 홀더 부분(12) 사이에 2개의 가능한 배열 방향이 존재한다. 작동 위치에 대해 위에서 언급한 것과 같이, 상기 두 예에서 D2는 0이다.

도 4에 도시된 제1 예에서는, 오직 타입 I 및 II의 상대 운동만이 가능하다. 상기 예에서, 플로팅 리머 홀더(10)는 리머, 리머 부분 및 홀 축(R, RP, HA)이 서로 공-정렬되고 홀더 부분 축(HP)을 가진 0이 아닌 평행 오프셋(즉 D1>0)을 형성하도록 배열된다.

도 5에 도시된 제2 예에서는, 타입 II 및 III의 상대 운동이 가능하다. 상기 예에서, 리머, 리머 부분 및 홀 축(R, RP, HA)은 공-정렬되고 홀더 부분 축(HP)을 가진 0이 아닌 오정렬 각(α)을 형성한다.

하우징 슬리브(24)는, 그 사이에서 연장되는, 슬리브 내측 및 외측 표면(38, 40)과 서로 맞은편에 있는 원형 슬리브 전방 및 후방 표면(34, 36)을 가진 기다란 형태(elongated shape)를 갖는다. 하우징 슬리브(24)는 슬리브 전방 및 후방 표면(34, 36)의 가상의 중심들을 통과하는 중앙 슬리브 축(S)을 가진다. 슬리브 내측 표면(38)은 슬리브 전방 표면(34)로부터 후방 방향으로 연장되는 슬리브 제1 센터링 표면(42)을 포함한다. 슬리브 제1 센터링 표면(42)은 전방 방향으로 슬리브 전방 표면(34)을 향하여 테이퍼링 배열된다(taper). 슬리브 제1 센터링 표면(42)은 원추대 형태(frustoconical shape)를 가질 수 있다. 슬리브 제1 센터링 표면(42)은 리머 부분(14)을 하우징 슬리브(24)와 결합시키고 하우징 슬리브(24)에 대해 중앙에 위치시키도록 구성된다. 게다가, 슬리브 제1 센터링 표면(42)은 리머 부분(14)을 홀더 부분(12)에 대해 축방향으로 위치시키도록(axially locate) 구성된다. 달리 말하면, 슬리브 제1 센터링 표면(42)은 축방향 정지 표면(stopping surface)으로서 구성된다. 이는, 각각의 리밍 가공 또는 리머(16) 교체 작업 간에 정확하게 반복된다는 점에서 바람직하다.

슬리브는 슬리브 후방 표면(36)으로부터 전방 방향으로 연장되는 슬리브 제2 센터링 표면(44)을 추가로 포함할 수 있다. 슬리브 제2 센터링 표면(44)은 원통형 형태를 가진다. 슬리브 제2 센터링 표면(44)은 홀더 부분(12)을 하우징 슬리브(24)에 대해 중앙에 위치시키도록 구성된다. 따라서, 적어도 비-작동 위치에서, 홀더 및 리머 부분 축(HP, RP)은 공-정렬된다.

슬리브 내측 표면(38)은 슬리브 제1 및 제2 센터링 표면(42, 44) 사이에 위치된 암의(female) 슬리브 스레드(46)를 추가로 포함한다. 슬리브 스레드(46)는 하우징 슬리브(24)를 홀더 부분(12)에 견고하고 탈착 가능하게 연결하거나 결합하도록 구성된다. 또한, 슬리브 스레드(46)는 뚜껑(26)을 하우징 슬리브(24)에 견고하면서도 탈착 가능하게 결합하도록 구성된다. 하우징 슬리브(24)가 홀더 부분(12)에 견고하게 나사-조여지면, 슬리브 및 홀더 부분 축(S, HP)은 공-정렬된다.

홀더 부분(12)은 냉각제(coolant)를 이송하기 위한 관통 홀더 부분 덕트(52)와 홀더 부분 전방 및 후방 표면(48, 50)을 포함한다. 홀더 부분 전방 표면(48)은 홀더 부분 축(HP)에 수직 방향으로 연장된다. 홀더 부분 전방 표면(48)은 상기 전방 표면으로 개방되는 중앙 부재 리세스(54)를 포함한다. 부재 리세스(54)는 플로팅 부재(22)가 단일의 반경 방향을 따라(즉 홀더 부분 축(HP)에 대해 수직 방향으로) 이동될 수 있도록 플로팅 부재(22)를 수용하게끔 구성된다.

부재 리세스(54)는 리세스 바닥 표면(56) 및 상기 리세스 바닥 표면(56)과 홀더 부분 전방 표면(48) 사이에서 연장되는 리세스 주변 표면(58)을 포함한다. 리세스 바닥 표면(56)과 홀더 부분 전방 표면(48)은 부재 리세스 폭(W2≥W1)을 형성한다. 부재 리세스(54)가 플로팅 부재 폭(W1)만큼 깊거나 혹은 플로팅 부재 폭(W1)보다 더 깊다는 점은, 토크가 단일의 중첩 축방향 영역(플로팅 부재 폭(W1))의 경계(boundary) 내에서만 전달될 수 있게 하기 때문에, 바람직하다. 따라서, 기계가공(machining) 동안에는, 플로팅 부재(22)에, 어떠한 축방향 굽힘 모멘트(axial bending moment), 또는 전단력(shear force)도 제공되지 않는다(홀더 부분 축(HP)에 대해 수직인 평면에서). 바닥 표면(56)은 홀더 부분 축(HP)에 대해 수직이다. 홀더 부분 덕트(52)는 리세스 바닥 표면(56)으로 개방된다.

리세스 주변 표면(58)은 2개의 서로 맞은편에 있으며 평행한 리세스 미끄럼 표면(60)을 포함한다. 리세스 미끄럼 표면(60)은 적어도 부분적으로 평면이다(planar). 각각의 리세스 미끄럼 표면(60)은 2개의 인접 위치(abutment location)들로 분리될 수 있도록 하기 위해 반경방향 중앙-부분에서 릴리프 홈(relief groove)을 포함할 수 있다. 리세스 미끄럼 표면(60)은 홀더 부분 축(HP)에 대해 평행하게 연장된다. 리세스 주변 표면(58)은 2개의 서로 맞은편에 있는 리세스 정지 표면(64)들을 포함할 수 있는데, 각각의 리세스 정지 표면(64)은 2개의 리세스 미끄럼 표면(60) 사이에 위치된다. 상기 실시예에 따르면, 리세스 정지 표면(64)은 서로에 대해 평행하고 평면이며, 각각 2개의 리세스 미끄럼 표면(60)에 대해 수직 방향으로 연장된다.

리세스 주변 표면(58)은 리세스 정지 표면(64) 중 한 정지 표면 또는 각각의 정지 표면과 플로팅 부재(22) 사이에 충분한 공간을 형성하도록 구성된다. 평행 리세스 미끄럼 표면(60)은 플로팅 부재의 내측 미끄럼 표면(118)에 수직이며 플로팅 부재의 외측 미끄럼 표면(116)에 대해서는 평행하다. 플로팅 부재(22)는 리세스 미끄럼 표면(60)들 사이에서 타이트하게 끼워맞춤 되도록(fit tight) 구성되며, 자유로이 움직이거나, 혹은 홀더 부분 축(HP)에 대해 수직이고 리세스 미끄럼 표면(60)에 대해 평행한 반경 방향에서 오직 앞뒤로만 미끄러진다. 또한, 정확한 방향으로 이동하게 하기 위하여 타이트하게 끼워맞추면, 플로팅 부재(22)가 부재 리세스(54) 내에 회전하여 원치 않는 마모가 발생하고 토크가 손실될 수 있는 것을 방지할 수 있다. 부재 리세스(54)는 플로팅 부재(22)가 부드럽게 움직일 수 있도록 하기 위해 윤활될 수 있다(lubricated). 윤활제(lubricant)는 밀봉 링(66)에 의해 임의의 냉각제(냉각 덕트를 통해 펌핑될 수 있음)로부터 분리된다(isolated).

홀더 부분(12)은 후방 방향으로 연장되고 홀더 부분 전방 표면(48)에 인접하게 위치된 수의(male) 홀더 부분 스레드(68)를 추가로 포함한다. 수의 홀더 부분 스레드(68)은 슬리브 스레드(46)와 결합되도록 구성된다.

뚜껑(26)은 와셔(washer) 형태를 가진다. 뚜껑(26)은 서로 맞은편에 있으며 평행한 뚜껑 전방 및 후방 표면(70, 72) 및 그 사이에서 연장되는 외측의 수의 뚜껑 스레드(74)를 가진다. 뚜껑(26)은 뚜껑 전방 및 후방 표면(70, 72)으로 개방된 뚜껑 홀(75)을 추가로 포함한다. 뚜껑 스레드(74)는 슬리브 스레드(46)와 결합되도록 구성된다. 뚜껑(26)은 슬리브 스레드(46) 안으로 조여지며(screwed), 그 다음에, 홀더 부분(12)의 홀더 부분 스레드(68)에 의해 조여진다. 상기 위치에서, 뚜껑 후방 표면(72)은 홀더 부분 전방 표면(48)과 접할 수 있다. 뚜껑(26)은 홀더 및 리머 부분(12, 14) 사이를 간단하게 분리할 수 있도록 해 준다. 예를 들어, 플로팅 리머 홀더(10)는 홀더 부분(12)을 교체할 수 있도록 해주며, 뚜껑(26)은 스러스트 베어링(28), 탄성 요소(30) 및 리머 부분(14)이 슬리브 후방 표면(36)으로부터 떨어지는 것을 방지할 수 있게 해준다.

스러스트 베어링(28)은 와셔 형태를 가지며, 베어링 전방 및 후방 표면(76, 78)을 포함한다. 플로팅 부재 홀더(10)가 조립되고, 뚜껑(26)이 슬리브 스레드(46) 안에 조여지고 나면, 베어링 후방 표면(78)은 뚜껑 전방 표면(70)과 접하고 베어링 전방 표면(76)은 탄성 요소(30)와 접한다.

본 발명에 따르면, 탄성 요소(30)는 상응한 환형-형태의 베이스(86)를 가진 환형-형태의 웨이브 스프링(80)을 포함할 수 있다. 웨이브 스프링(wave spring)은 비슷한 스프링 상수(spring coefficient)를 가진 코일형 스프링(coiled spring)보다 더 짧은 스프링으로서, 따라서, 플로팅 부재 홀더(10)의 일반 취성(general shortness)보다 더 작은 스프링으로 알려져 있다. 웨이브 스프링의 또 다른 이점은 코일형 스프링에 비해 중앙축 주위로 더 잘 대칭을 구성한다는 점이다. 웨이브 스프링(80)은 스프링 전방 및 후방 표면(82, 84)을 가진다. 웨이브 스프링(80)은 리머 부분(14)과 동심 배열된다(concentric). 베이스(86)는 베이스 전방 및 후방 표면(88, 90)과 그 사이에서 연장되는 베이스 주변 표면(92)을 가진다. 베이스 전방 표면(88)은 베이스 전방 표면(88)으로 개방되고 동심 배열된 환형의 베이스 리세스(94)와 베이스 리세스(94)를 둘러싸는 오목하지 않은(non-recessed) 주변 부분(97)을 가질 수 있다. 웨이브 스프링(80)은 베이스 리세스(94) 내에 타이트하게 끼워맞춤 되도록 구성되어, 하중(load) 하에서 리머 부분(14)으로부터 웨이브 스프링(80)이 반경 방향으로 움직이는 것이 방지된다. 웨이브 스프링(80)은 베이스 리세스(94)와 리머 부분(14) 내의 상응하는 리세스 사이에 둘러싸이며(enclosed), 이는 밑에 상세하게 기술될 것이다.

일부 인-라인(in-line) 코일형 스프링(당업계에서 몇몇 장치에 사용됨)에 비해 환형 웨이브 스프링(80)의 이점은, 축방향으로 공간을 절감할 수 있다는 사실로서 즉 홀더 및 리머 부분(12, 14) 사이에서는 축방향 공간(axial space)을 차지하지 않는다.

뚜껑(26)이 슬리브 스레드(46) 안에 축방향으로 조여지고 나면, 탄성 요소(30)는 베이스 후방 표면(90)에서 스러스트 베어링(28)과 접한다. 비-작동 위치에서, 웨이브 스프링(80)은 리머 부분(14)과 접하여, 전방 방향으로 밀게 된다. 상기 위치에서, 베이스 전방 표면(88)의 오목하지 않은 주변 부분(97)은 리머 부분(14)과 축방향으로는 접촉하지 않아서, 그 사이에서 환형 간격(annular gap)을 형성하여 축방향 변위(D2)를 형성한다.

작동 위치에서, 축방향 절삭력(cutting force)이 리머 부분(14)을 후방 방향으로 밀어서, 웨이브 스프링(80)을 수축하고 간격을 밀폐한다(close). 그에 따라, 리머 부분(14)은 베이스 전방 표면(88)의 오목하지 않은 주변 부분(97)과 축방향으로 접한다. 상기 실시예의 상기 위치에서, 축방향 변위는 D2가 0이 되도록 줄어든다.

탄성 요소(30)는 리머 부분(14)을 전방 방향으로 균일하게 편향시켜(bias), 비-작동 위치에서, 하우징 슬리브(24)에 대해(그에 따라, 홀더 부분(12)에 대해), 정확하게 반경 방향으로 중앙에 위치되고 축방향으로 위치되게 한다.

리머 부분(14)은 축방향으로 맞은편에 있는 리머 부분 전방 및 후방 표면(96, 98)과 그 사이에서 연장되는 외측 리머 부분 주변 표면(99)을 포함한다. 리머 부분 주변 표면(99)은 리머 부분 후방 표면(98)에 인접하게 위치된 리머 부분 센터링 표면(101)을 포함한다. 리머 부분 센터링 표면(101)은 전방 방향으로 리머 부분 전방 표면(98)을 향하여 테이퍼링 배열된다. 리머 부분 센터링 표면(101)은 원추대 형태를 가질 수 있다. 리머 부분(14)은 리머 부분 전방 표면(96)에 인접한 콜릿(18) 및 너트(200 리머 결합 장치를 포함한다. 리머 부분(14)은 리머 부분 전방 표면(96)으로 개방된 콜릿 수용 표면, 및 너트(20)의 암의 스레드와 협력하도록 구성된 외측의 수의 리머 부분 스레드(100)를 포함할 수 있다.

리머 부분(14)은 돌출부 단부 표면(106)을 가지며 리머 부분 후방 표면(98)으로부터 후방 방향으로 연장되는 오직 단일의 중앙 돌출부(104)를 추가로 포함한다.

리머 부분(14)은 돌출부(104)를 둘러싸고 리머 부분 후방 표면(98)으로 개방되는 환형 리머 부분 리세스(102)를 가진다. 리머 부분 리세스(102)는 웨이브 스프링 전방 표면(82)과 접하고 웨이브 스프링(80)을 수용하도록 구성된다.

적어도 비-작동 위치에서, 돌출부(104)는 탄성 요소(30), 스러스트 베어링(28), 뚜껑 홀(75), 플로팅 부재(22) 및 부재 리세스(54) 내에 위치되거나 혹은 이들을 통과한다. 홀더 및 리머 부분(12, 14)이 축방향으로 중첩되는(axial overlapping) 것은 바람직한데, 이는 짧은, 보다 소형 플로팅 리머 홀더(10)로 이어질 수 있기 때문이다. 이와 동시에, 기계가공 동안 안정성이 더해진다. 리머 부분(14)은 돌출부 단부 표면(106)과 리머 부분 전방 표면(96)으로 개방되는 내측의 관통 리머 부분 덕트(103)를 포함한다. 이 또한 바람직한데, 윤활제로부터 냉각제를 더 쉽게 분리시킬 수 있기 때문이다.

돌출부(104)는 돌출부 단부 표면(106)에 인접하게 위치된 2개의 서로 맞은편에 있으며 평행한 돌출부 미끄럼 표면(108)을 포함한다. 상기 예에 따르면, 돌출부 미끄럼 표면(108)은 돌출부 단부 표면(106)으로부터 전방 표면으로 연장된다. 돌출부 미끄럼 표면(108)은 리머 부분 축(RP)에 평행하게 연장된다.

플로팅 부재(22)를 와셔 형태를 가지는데, 상기 경우에서는, 비-원형 와셔 형태를 가진다. 플로팅 부재(22)는 플로팅 부재 전방 및 후방 표면(110, 112)과 그 사이에서 연장되는 플로팅 부재 주변 표면(114)을 포함한다. 플로팅 부재 주변 표면(114)에는 함몰부(depression) 또는 돌출부가 없다. 플로팅 부재 전방 및 후방 표면(110, 112)은 플로팅 부재 폭(W1)을 형성하며, 그 사이에서는 폭 방향을 형성한다. 플로팅 부재 전방 및 후방 표면(110, 112)에는 임의의 돌출부들이 없다. 플로팅 부재 전방 및 후방 표면(110, 112)은 직사각형 형태를 가질 수 있다. 플로팅 부재 주변 표면(114)은 2개의 서로 맞은편에 있으며, 평면이고 평행한 부재 외측 미끄럼 표면(116)을 포함한다.

플로팅 부재(22)는 부재 전방 및 후방 표면(110, 112)으로 개방되는 중앙의 관통 플로팅 부재 홀(120)을 포함한다. 플로팅 부재 홀(120)은 서로 맞은편에 있으며 평면의 평행 부재 내측 미끄럼 표면(118)을 포함한다. 부재 내측 미끄럼 표면(118)은 부재 외측 미끄럼 표면(116)에 대해 수직이다. 부재 내측 미끄럼 표면(118)은 돌출부 미끄럼 표면(108)과 결합되고 그 사이에서 토크를 전달하도록 구성된다. 각각의 부재 내측 미끄럼 표면(118)은 2개의 서로 접한 위치들로 분리될 수 있도록 반경 방향으로 중앙-부분에서 릴리프 홈(62)을 포함할 수 있다.

돌출부(104)는 플로팅 부재 홀(120) 내에 타이트하게 끼워맞춤 된다. 플로팅 부재 홀(120)은 리머 부분(14)에 대해 오직 단일의 반경 방향을 따라서만(리머 부분 축(RP)에 대해 수직으로) 플로팅 부재(22)가 부드럽고 정확하게 움직일 수 있게 하도록 구성된다. 달리 말하면, 돌출부 미끄럼 표면(108)은 부재 내측 미끄럼 표면(118)과 미끄럼 끼워맞춤(sliding fit)을 형성하여, 돌출부(104)와 플로팅 부재(22) 사이의 상기 정확한 상대 운동을 할 수 있게 한다. 게다가, 이러한 타이트한 끼워맞춤 또는 미끄럼 끼워맞춤은 플로팅 부재(22)와 돌출부(104) 사이의 상대적 회전 운동(relative rotation)을 방지한다. 플로팅 부재(22)가 부재 리세스(54) 내에 타이트하게 끼워맞춤되어 포함되고, 돌출부(104)가 플로팅 부재 홀(120) 내에 타이트하게 끼워맞춤되어 포함되면, 안정적이고 견고한(그러면서도 소형의) 올덤-타입의 결합을 제공하여, 큰 기계가공 힘(machining force)을 견딜 수 있다. 달리 말하면, 플로팅 부재(22)는 고정되고, 반경 방향으로 내측과 외측과 접하여, 토크 하중(torque load)을 분리하는 데 도움을 준다.

플로팅 부재 홀더(10)가 조립되고 비-작동 위치에 있으면, 플로팅 부재 후방 표면(112)은 리세스 바닥 표면(56)과 접한다. 부재 외측 미끄럼 표면(116)은 리세스 미끄럼 표면(60)과 접한다. 부재 내측 미끄럼 표면(118)은 돌출부 미끄럼 표면(108)과 접한다. 플로팅 부재 전방 표면(110)은 뚜껑 후방 표면(72)과 접한다. 뚜껑 전방 표면(70)은 베어링 후방 표면(78)과 접한다. 베어링 전방 표면(76)은 베이스 후방 표면(90)과 접한다. 베이스 전방 표면(88)의 오목하지 않은 주변 부분(97)은 어떠한 임의의 표면과도 접하지 않는다. 웨이브 스프링 후방 표면(84)은 베이스 리세스(94)와 접한다. 웨이브 스프링 전방 표면(82)은 리머 부분 리세스(102)의 내측 표면(도시되지 않음)과 접한다. 그리고, 리머 부분 센터링 표면(101)은 슬리브 제1 센터링 표면(42)과 접한다.

작동 위치에서, 위에서 언급한 결합 관계는, 리머 부분 후방 표면(98)과 접하는 베이스 전방 표면(88)의 오목하지 않은 주변 부분(97)을 제외하고는, 똑같은 상태로 유지된다. 작동 위치에서, 리머 부분 센터링 표면(101)은, 홀더 부분(12)이 미리-드릴링된 홀(32)에 대한 배열 방향에 따라, 여전히 슬리브 제1 센터링 표면(42)과 접할 수 있다.

안정성(최소 굽힘 모멘트, 및 스로우) 및 소형화(compactness)에 관한 플로팅 리머 홀더(10)의 또 다른 이점은, 모든 토크가 플로팅 부재 폭(W1)으로 형성된 단일의 중첩 축방향 공간(axial space)으로(만) 전달된다는 점이다. 달리 말하면, 작동 위치에서, 토크는, 오직, 연속적이며, 잘-형성된 축방향 영역의 경계 내에서만, 홀더 부분(12)으로부터 플로팅 부재(22)로 전달되고, 플로팅 부재(22)로부터 리머 부분(14)으로 연속적으로 전달된다. 이는 위에서 언급한 플로팅 부재(22)와 홀더 및 리머 부분(12, 14) 사이의 내측-외측 접함으로 인해 구현된다.

또한, 플로팅 부재(22)의 또 다른 이점은, 플로팅 리머 홀더(10)의 견고함을 계속 유지하면서도, 낮은 제작 비용으로 이어질 수 있는, 기하학적 단순성(geometric simplicity)에 있다. 플로팅 리머 홀더(10)를 Vc=100-200 m/분의 빠른 절삭 속도에서 실시하고 테스트하였다.

Claims

전방 방향(FWD)과 후방 방향(RWD)을 가진 소형의 올덤(oldham)-타입의 플로팅 리머 홀더(10)에 있어서, 상기 플로팅 리머 홀더(10)는:
중앙의 홀더 부분 축(HP)을 가진 홀더 부분(12);
리머 부분 축(RP)과 내부로부터 홀더 부분(12)을 적어도 부분적으로 축방향으로 중첩하는 단일의 중앙 돌출부(104)를 가진 리머 부분(14);
홀더 부분(12)과 리머 부분(14) 사이에서 토크를 전달하는 플로팅 부재(22); 및
리머 부분(14)을 축방향으로 적어도 부분적으로 중첩하며 리머 부분(14)을 축방향으로 전방 방향(FWD)을 향하도록 편향시키는 환형 탄성 요소(30)를 포함하되, 상기 환형 탄성 요소(30)는 환형-형태의 웨이브 스프링(80)을 포함하고;
작동 위치에서, 플로팅 리머 홀더(10)는 각진 오정렬, 평행 오정렬 및 홀더 및 리머 부분 축(HP, RP) 사이의 축방향 병진운동을 수용하도록 구성되고,
비-작동 위치에서, 리머 부분 축(RP)은 홀더 부분 축(HP)과 공-정렬되고,
적어도 비-작동 위치에서, 돌출부(104)는 상기 환형 탄성 요소(30) 내에 위치하는 것을 특징으로 하는 플로팅 리머 홀더(10).
제1항에 있어서,
플로팅 리머 홀더(10)는 홀더 부분(12)에 견고하고 탈착 가능하게 연결된 하우징 슬리브(24)를 포함하며,
리머 부분(14)과 하우징 슬리브(24)는 축방향으로 전방 방향(FWD)을 향하여 테이퍼링 배열된 협력적인 슬리브 제1 센터링 표면(42)과 리머 부분 센터링 표면(101)을 가지는 것을 특징으로 하는 플로팅 리머 홀더(10).
제1항에 있어서, 슬리브 제1 센터링 표면(42)과 리머 부분 센터링 표면(101)은 원추대 형태를 가지는 것을 특징으로 하는 플로팅 리머 홀더(10).
제1항에 있어서,
홀더 부분(12)은 부재 리세스(54)를 가지며;
플로팅 부재(22)는 완전히 부재 리세스(54) 내에 위치되는 것을 특징으로 하는 플로팅 리머 홀더(10).
제1항에 있어서, 돌출부(104)는 관통 플로팅 부재 홀(120) 내에 위치되는 것을 특징으로 하는 플로팅 리머 홀더(10).
제1항에 있어서,
플로팅 부재(22)는 플로팅 부재 내측 미끄럼 표면(118)을 가지며;
돌출부(104)는 플로팅 부재 내측 미끄럼 표면(118)과 결합되는 서로 맞은편에 있으며 평행한 돌출부 미끄럼 표면(108)을 포함하는 것을 특징으로 하는 플로팅 리머 홀더(10).
제6항에 있어서,
플로팅 부재(22)는 플로팅 부재 외측 미끄럼 표면(116)을 가지며;
홀더 부분(12)은 서로 맞은편에 있으며 평행한 리세스 미끄럼 표면(60)이 제공된 부재 리세스(54)를 가지되, 리세스 미끄럼 표면(60)은 플로팅 부재 내측 미끄럼 표면(118)에 대해서는 수직이며 플로팅 부재 외측 미끄럼 표면(116)에 대해서는 평행하고;
홀더 부분의 리세스 미끄럼 표면(60)은 플로팅 부재 외측 미끄럼 표면(116)과 결합되는 것을 특징으로 하는 플로팅 리머 홀더(10).
제1항에 있어서, 플로팅 부재(22)는 비-원형 와셔 형태를 가지는 것을 특징으로 하는 플로팅 리머 홀더(10).
제1항에 있어서,
플로팅 부재(22)는 플로팅 부재 전방 및 후방 표면(110, 112)과 그 사이에서 연장되는 플로팅 부재 주변 표면(114)을 가지며;
플로팅 부재 주변 표면(114)에는 함몰부 또는 돌출부가 없는 것을 특징으로 하는 플로팅 리머 홀더(10).
제1항에 있어서, 플로팅 부재는, 오직, 플로팅 부재 폭(W1)에 대해 길이가 똑같으며, 단일의 중첩되고 연속적인 축방향 영역의 경계 내에서만 토크를 전달하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 플로팅 리머 홀더(10).
제1항에 있어서,
축방향 변위(D2)가 홀더 및 리머 부분(12, 14) 사이에서 축방향으로 형성되고;
비-작동 위치에서, 축방향 변위(D2)는 사전결정된 양의 값을 가지며;
작동 위치에서, 축방향 변위는 상기 사전결정된 양의 값에 대해 감소되는 것을 특징으로 하는 플로팅 리머 홀더(10).
제1항에 있어서, 플로팅 부재(22)는 함몰부 또는 돌출부가 없는 플로팅 부재 전방 및 후방 표면(110, 112)을 포함하는 것을 특징으로 하는 플로팅 리머 홀더(10).
제1항에 있어서, 어떠한 전단력도, 홀더 및 리머 부분 축(HP, RP)에 대해 수직인 평면에서 플로팅 부재(22)에 제공되지 않는 것을 특징으로 하는 플로팅 리머 홀더(10).
제1항에 있어서, 플로팅 리머 홀더(10)는, 비-작동 위치에서, 홀더 부분(12)에 대해 리머 부분(14)을 축방향으로 위치시키는 축방향 위치배열 수단을 가지는 것을 특징으로 하는 플로팅 리머 홀더(10).
제1항에 있어서, 플로팅 부재(22)는 축방향 도면에서 직사각형 형태를 가지는 것을 특징으로 하는 플로팅 리머 홀더(10).
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