KR19990067512A - 절삭 가공용 공구 - Google Patents

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프레드릭 런드버그
잉겔라 스벤슨
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레나르트 태퀴스트
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Abstract

본 발명은 공구와 절삭 가공용 절삭부에 관한 것이다. 공구는 작동 상태에서 종방향 중심축 주위를 바람직하게 회전한다. 공구는 공구 본체(12)와 절삭부(11)로 구성된다. 공구 본체는 전방면(24)을 갖고 절삭부는 서로 대향하여 해제가능하게 맞닿도록 제공된 지지면(16)을 갖는다. 전방면과 지지면은 바요넷 결합을 통해 가공 중 발생하는 절삭력을 전달하도록 제공된 협동하는 돌기(60)와 리세스(50)로 구성된다. 본 발명은 또한 절삭부와 공구 본체 뿐만 아니라 공구 본체에 절삭부를 장착시키는 방법에 관한 것이기도 하다.

Description

절삭 가공용 공구
특히 금속성 공작물을 절삭 가공하기 위한 각종 형태의 공구에 호환가능한 절삭날을 사용하는 것은 이미 공지되어 있다. 그러나, 이 기술은 종축 주위를 회전하는 밀링 및 드릴링 공구에 있어서는 조작성 때문에 아직은 실용상 한계를 갖는다.
독일 특허 출원 제367,010호 및 미국 특허 제2,259,611호를 통해, 체결가능한 드릴 팁을 갖는 드릴을 제공하는 것은 이미 공지되어 있고, 드릴 팁은 개별적인 도브테일(dove-tail) 형상의 가압 끼워맞춤으로 보유된다. 그러나, 공지된 공구는 비틀림 전달 능력이 떨어지고 장착 및 해제가 어려운 점 등의 단점을 갖고 있어서 그 가치가 저하되고 있었다.
본 발명은 공구 본체와 절삭부로 구성된 회전식 절삭 가공용 공구에 관한 것이다. 공구 본체는 전방면을 갖고 절삭부는 실질적 방사상 평면에서 서로에 대향하여 해제가능하게 맞닿도록 제공된 지지면을 갖는다. 공구 본체 및 절삭부는 이들을 서로 보유하기 위해 협동하는 수단을 포함한다. 본 발명은 또한 절삭부 및 공구 본체에 관한 것일 뿐만 아니라 절삭부를 공구 본체에 장착시키기 위한 방법에 관한 것이기도 하다.
도1은 본 발명에 따른 드릴 공구의 확대도이다.
도2는 본 발명에 따른 절삭부의 저면도이다.
도3은 도2에서 선 III-III에 따르는 절삭부의 측면도이다.
도3A는 본 절삭부의 저면 사시도이다.
도4는 본 발명에 따른 공구 본체의 전방 단부면의 평면도이다.
도5는 도4에서 선 V-V에 따른 드릴 섕크의 측면도이다.
도6, 도7 및 도8은 공구의 바요넷 결합의 단면도이다.
도9는 도1에 따르는 공구의 확대도이다.
본 발명은 호환가능한 절삭날을 갖는 드릴링 및 밀링 공구의 형상 설계를 제공하는 것을 목적으로 하며, 상기 설계는 공지된 기술에서의 문제점을 제거한다.
본 발명의 다른 목적은 절삭부가 바요넷 결합을 통해 공구 본체와 협동하는 드릴링 및 밀링용 강성 공구를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 절삭부가 시간 소모성 나사 체결 또는 용접없이 수동으로 용이하게 교환될 수 있는 드릴링 또는 밀링용 강성 공구를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 자체 중심 맞춤 절삭부를 갖는 공구를 제공하는 것이다.
이들 및 다른 목적은 도면을 참조하여 첨부된 청구범위에 한정된 것과 같은 공구 및 드릴 팁에 의해 달성된다.
도1에 도시된 본 발명에 따르는 공구(10)의 실시예는 절삭부 또는 드릴 팁(11)과 드릴 본체(12)로 구성된 소위 나선형 드릴이다. 드릴은 회전 방향(R)을 갖는다.
드릴 팁(11)에는 드릴 본체(12)로부터 떨어져 대면하는 단부의 드릴 팁(11) 전방 단부에 적어도 하나의 절삭날(19)이 제공되고, 팁은 응용 분야에 따라 상이한 설계가 제공된다.
드릴 팁(11)은 강성 재료, 바람직하게는 초경합금, 특히 바람직하게는 사출 성형 초경합금으로 제작되고 두개의 상부 여유면(15)과, 지지면(16) 뿐만 아니라 이들을 일체화시키는 제1 및 제2 만곡면(41, 18)으로 구성된다. 이들 표면 및 관련된 날 모두는 드릴 팁과 일체화되어 결과적으로 동일 재료, 예를 들어 바람직하게는 초경합금으로 사출 성형 제작된다. 바람직하게는, 제2 만곡면 또는 칩 플루트(18)와 여유면(15) 사이의 교차 라인은 도시되어 있지 않은 보강 챔퍼(chamfer)를 통해 주 절삭날(19)을 형성한다. 제1 만곡면(41)과 칩 플루트(18) 사이의 교차 라인은 제2 절삭날을 형성한다. 칩 플루트는 직선 칩 플루트를 갖는 드릴 본체용으로도 구성될 수 있다. 칩 플루트들 사이의 방사상 연장부는 돌기 랜드(41)로 구성되고, 각각은 주연 길이(G)를 갖는다. 드릴 팁의 최대 직경은 제2 절삭날의 방사상 끝점들 사이의 직경 거리이다. 드릴 팁의 높이는 드릴 팁과 드릴 본체 사이의 조인트 상에서의 칩으로 인한 마모를 최소화시키기 위하여 팁의 최대 직경과 실질적으로 동일하다. 회전축(22)과 실질적으로 평행한 플러싱(flushing) 구멍(23)은 드릴 팁을 통해 지지면(16)으로부터 개별적인 상부 여유면(15) 내의 오리피스까지 연장한다.
도2, 도3 및 도3A에 따른 지지면(16)은 실질적으로 평평하지만, 지지면과 랜드의 각 자켓면(41) 사이의 전이점에 리세스(50)를 포함하고 있다. 각 리세스(50)는 자켓면(41)에 수직으로 연결된 제1 자유면(51)과, 이 제1 자유면(51)에 수직으로 연결되는 제2 자유면(52)과, 도6에 도시된 바와 같이 이 자유면(52)에 대해 예각(α)을 형성하는 제1 안내면(53)과, 회전축(22)에 평행한 제2 안내면(54)으로 구성되며, 반경 또는 인입 베벨(55)을 거쳐서 제2 자유면(52)에 수직으로 연결되는 지지면(16)으로 이어진다. 리세스(50)는 도3A에 도시된 바와 같이 축(22)에 평행하고 상기 축을 교차하는 축상 평면에 적절하게 놓인 정지면(56)을 갖는다. 리세스(50)는 칩 플루트(18)로부터 접선 방향으로 관련된 랜드(41)의 접선 길이(L)의 약 절반 정도로 연장한다.
드릴 본체는 초경합금보다 작은 영률을 갖는 재료로 제작된다. 드릴 본체는 나사 형상의 칩 플루트(18) 또는 직선 칩 플루트를 갖고 이들은 전체 본체를 따라 또는 그의 일부를 따라 연장할 수 있다. 드릴 본체(12)에는 드릴 팁(11)을 향해 대면하는 단부에 전방면(24)이 제공되고, 표면은 드릴 팁(11)이 지지면(16)에 대향하여 맞닿도록 제공된다. 지지면의 최대 직경은 드릴 팁과 드릴 본체 사이의 조인트 상의 칩으로부터 마모를 최소화시키기 위해 전방면의 최대 직경보다 크다. 전방면(24)은 실질적으로 평면이지만 전방면과 각각의 랜드(41)의 자켓면 사이의 전이점에 돌기(60)로 구성된다. 돌기의 높이는 리세스(50)의 깊이보다 약간 작다. 각각의 돌기(60)는 자켓면에 수직으로 연결된 제1 자유 표면(61)과, 이 표면에 수직 연결된 제2 자유 표면(62)과, 이 표면에 대해 예각(π)를 형성하는 제1 안내면(63)과, 회전축(22)에 평행한 제2 안내면(64)을 포함하며, 상기 제2 안내면은 라운딩(65)을 경유하여 전방면(24)으로 이어진다. 돌기(60)는 도9에 도시된 바와 같이 축(22)에 평행하고 상기 축과 교차하는 축상 평면에 적절하게 놓인 정지면(66)을 갖는다. 전방면의 최소 직경은 드릴 팁의 최대 직경 보다 작지만 드릴 팁의 최소 직경보다는 크다. 돌기(60)는 칩 플루트(18)로부터 접선 방향으로 관련된 랜드(41)의 접선 길이(G)의 절반 정도까지 연장한다.
정지면(56, 66)은 각각 가장 양호한 모멘트 이송에 가능한 한 회전축으로부터 멀어져야 하고, 즉 이들은 서로 대향하여 대각선상으로 배열된다. 드릴 팁은 드릴 본체에 대해 촛점화된 드릴 팁을 유지하기 위하여 가변 응력에서 공구의 동심을 보유하기 위하여 대칭으로 형성되어야 한다. 돌기(60)와 리세스(50)는 공구의 회전 방향(R) 내의 관련된 절삭날(19)로부터 실질적 후방으로 소정 거리에 놓인다.
이 후에, 드릴 본체(12) 상에 드릴 팁(11)이 장착된다. 드릴 팁(11)은 드릴 본체(12)를 향한 방향으로 운반되어, 각각의 돌기(60)는 관련된 칩 플루트에 도달하고 지지면(16)은 전방면(24)에 맞닿게 된다. 이 후에, 드릴 팁은 드릴 본체에 대해 360°미만, 바람직하게는 60°미만인 각도 간격(φ) 내에서 방향(R)으로 회전되고 돌기는 정지면(56, 66)이 서로에 대향하여 인접할 때까지 리세스 내에 슬라이드 끼워맞춤으로 이동하도록 허용된다. 드릴 팁(11)은 이제 만족스런 방식으로 드릴 본체(12)에 고착된다. 따라서, 칩 플루트(18)의 미리 형성된 공간은 바요넷 결합의 입구 및 출구로서 사용된다.
드릴 팁(11)을 교환할 때는 장착 과정과는 역순으로 하면 된다. 그러면 드릴 팁(11)이 드릴 본체(12)로부터 제거될 수 있고 드릴 팁 상의 칩 플루트와 결합하는 적절한 키이의 도움으로 교환될 수 있다. 상기 키이 및 키이 그립은 장착에도 사용된다.
드릴 작업 중 결합되는 표면은 표면들(53, 63) 뿐만 아니라 지지면(16)과 전방면(24)이다. 표면(53, 63)은 예를 들어 공구의 이송 방향으로 느슨해지지 않도록 드릴 팁을 유지하는 데 협동한다. 표면(53, 63)은 이들의 협동이 슬라이드 끼워 맞춤에 기인한 돌기(60)의 탄성 변형을 일으키도록 설계하는 것이 바람직하다. 표면(54, 64)들 사이에는 한정된 접촉만이 허용된다. 그러나, 후자는 반경(65)에서 모멘트 증가를 의미한다. 드릴 팁은 공구 본체에 자동으로 중심 맞추도록 되어 있어서, 기계 가공 중 변위된 경우 그 축과 회전축(22)이 일치하는 방향으로 이동한다. 표면(55)으로 인해 공구 본체의 반경(65)은 비교적 크게 할 수 있다. 표면(52, 62)들은 기계 가공 중 서로 결합하지 않아야 한다. 이는 연장된 표면(53)을 구비함으로써 달성된다. 여유면(51, 61)들은 기계 가공 중 서로 결합하지 않아야 하며, 따라서 이들 사이에는 항상 간극(P)이 형성된다. 간극(P)은 0.1 내지 1.0 mm이다. 지지면(16)은 기계 가공 중 전방면(24)에 대항하는 이송력에 의해 힘을 받아 전방면(24)에 압착되며 이로 인해 돌기의 탄성 변형은 약간 감소되지만 돌기가 이송력으로 인한 전방면(24) 상의 압력 때문에 반경 방향 내향으로 굽어짐으로써 방해를 받게 된다.
본 발명은 절삭 커터용으로도 유익하다. 드릴 팁은 바람직하게는 예를 들어 Al2O3, TiN 및/또는 TiCN으로 구성된 층으로 피복된다. 어떤 경우에는 절삭날 상에 CBN 또는 PCD와 같은 고강성 재료를 도포하여 양생될 수 있다. 혹은, 드릴 팁의 사출 성형에 초경 합금이 사용될 수 있다.
본 발명은 상술된 실시예에 한정되는 것은 아니지만, 첨부된 청구범위의 범주 내에서 자유로이 변형될 수 있다.

Claims (11)

  1. 공구 본체(12)와 절삭부(11)를 포함하고, 상기 공구 본체는 섕크부(40)와, 전방면(24)과, 칩 플루트(18)를 갖고, 상기 절삭부는 상기 전방면에 대향하여 해제가능하게 맞닿도록 제공된 지지면(16)을 갖고, 상기 공구 본체와 절삭부는 이들을 함께 유지하도록 협동하는 수단을 포함하는 금속성 공작물 회전 절삭 가공용 공구에 있어서,
    상기 수단은 서로 협동하는 돌기(60)와 리세스(50)로 구성되고, 바요넷 결합을 형성하도록 공구 본체에 대한 절삭부의 장착시에 서로에 대해 회전되도록 되어 있고 상기 회전은 소정 각도 간격(φ) 내에서 발생하며,
    상기 칩 플루트(18)의 미리 형성된 공간은 바요넷 결합의 입구 및 출구로서 사용되는 것을 특징으로 하는 공구.
  2. 제1항에 있어서, 상기 협동하는 돌기(60) 및 리세스(50)는 절삭부와 공구 본체의 주연에 연계하여 제공되고, 상기 각도 간격(φ)은 360°미만이고, 바람직하게는 60°미만인 것을 특징으로 하는 공구.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 협동하는 돌기(60) 및 리세스(50)는 공구의 이송 전방으로 지향된 힘을 수용하도록 된 공구의 회전축(22)에 대해 경사진 표면(53, 63)을 포함하는 것을 특징으로 하는 공구.
  4. 제1항, 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 공구 본체(12)는 돌기(60)가 장착 및 가공시에 공구의 방사상 방향으로 탄성적으로 만곡될 수 있게 하기 위하여 절삭부(11)보다 낮은 영률을 갖고, 상기 돌기(60) 및 리세스(50)는 공구의 회전 방향(R)에서 관련된 절삭날(19)로부터 실질적 후방으로 소정 거리에 놓이는 것을 특징으로 하는 공구.
  5. 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 돌기(60)와 리세스(50)는 칩 플루트(18)로부터 관련된 랜드(41)의 접선 길이(G)의 절반 정도까지 접선 방향으로 연장하는 것을 특징으로 하는 공구.
  6. 상기 항들 중 어느 한 항에 있어서, 간극(P)은 절삭부와 공구 본체의 최근접 표면(51, 61)들 사이에 제공되고 상기 표면들은 서로 대면하는 것을 특징으로 하는 공구.
  7. 절삭부(11)는 원형 기본 형상을 갖고 절삭부(11)와 합체하는 적어도 하나의 절삭날(19)에는 절삭날로부터 먼 쪽 단부에 지지면(16)이 제공되고, 상기 절삭날은 적어도 하나의 칩 플루트(18)를 포함하는 회전식 칩 제거 가공용 절삭부에 있어서,
    절삭부의 지지면(16)은 소정 각도 간격(φ) 내에서 회전되어 바요넷 결합의 일부를 구성하도록 된 수단(50)으로 구성되고, 상기 수단은 칩 플루트(18)로부터 접선 방향으로 연장하는 것을 특징으로 하는 절삭부.
  8. 제7항에 있어서, 상기 수단은 절삭부의 주연과 연계하여 직경 방향으로 대면하여 제공되는 돌기(60) 또는 리세스(50)로 구성되고, 상기 수단은 관련된 랜드(41)의 접선 길이(G)의 절반 정도 까지 칩 플루트(18)로부터 접선 방향으로 연장하고, 상기 각도 간격(φ)은 360°미만, 바람직하게는 60°미만인 것을 특징으로 하는 절삭부.
  9. 섕크부(40)와, 칩 플루트(18)와 전방면(24)을 포함하고, 중심축(22)을 갖는 회전식 칩 제거 가공 공구용 공구 본체에 있어서,
    공구 본체의 전방면(24)은 바요넷 결합의 일부를 구성하는 수단(60)을 포함하고, 상기 수단은 관련된 칩 플루트(18)로부터 접선 방향으로 연장하는 것을 특징으로 하는 공구 본체.
  10. 제9항에 있어서, 상기 수단은 공구 본체의 주연과 연계하여 직경 방향 대향 제공된 돌기(60) 또는 리세스(50)로 구성되는 것을 특징으로 하는 공구 본체.
  11. 공구 본체(12)와 절삭부(11)를 포함하고, 상기 공구 본체는 섕크부(40)와, 전방면(24)과 칩 플루트(18)를 갖고, 절삭부는 전방면에 대향하여 해제식으로 맞닿도록 제공된 지지면(16)을 갖고, 공구 본체와 절삭부는 이들을 함께 보유하도록 협동하는 수단을 포함하는 금속성 공작물 회전식 절삭 가공에 대한 공구를 형성하도록 절삭부를 공구 본체에 장착시키는 방법에 있어서,
    절삭부(11)와 공구 본체(12) 상에 상보형 돌기(60)와 리세스(50)를 제공하는 단계와,
    절삭부(11)를 공구 본체(12)로 향하게 하여 각각의 돌기(60)가 대향된 칩 플루트(18)에 도달하고 지지면(16)이 전방면(24)에 대향하여 맞닿게 하는 단계와,
    서로 대향하여 맞닿는 각각의 돌기와 리세스의 정지면(56, 66)이 서로 맞닿을 때까지 각 돌기를 관련 리세스 내로 활주할 수 있도록 공구 본체에 대한 방향(R)으로 소정 각도 간격(φ) 내에서 절삭부(11)를 회전시키는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 방법.
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