KR20020077939A - 절삭 공구 조립체 - Google Patents

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KR20020077939A
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바라자니기데온
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이스카 엘티디.
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Abstract

공구 본체부(12)와, 적어도 하나의 절삭부(14)를 갖는 절삭 공구 조립체(10)로서, 상기 적어도 하나의 절삭부(14)는 클램핑부(16), 인서트 보유 부재(18), 정확하게 위치된 절삭 인서트(20) 및 상기 절삭 인서트의 정확한 위치를 유지하는 것을 보장하기 위한 고정 부재를 갖는다. 공구 클램핑부(16)는 공구 기부 죠오(26) 및 공구 클램핑 죠오(30)를 갖는다. 슬롯(46)은 공구 클램핑 죠오(30)에 제한된 가요성을 공급하기 위하여 걸릿(47)으로부터 일반적으로 후방으로 연장된다.

Description

절삭 공구 조립체 {CUTTING TOOL ASSEMBLY}
절삭 인서트를 클램핑하기 위한 탄성 클램핑 기구를 사용하는 절삭 공구들은 일반적으로 비교적 얇은 두께로 되어 있다. 예를 들면, 홈가공이나 절단과 같은 절삭 작업은 비교적 좁은 홀더 블레이드의 상부 및 하부 죠오의 클램핑 면 사이에 위치된 인서트 포켓에 보유된 절삭 인서트에 의해 수행될 수 있다. 그 다음, 홀더 블레이드는 일반적으로 블레이드 보유 블록에 클램핑된다. 홀더 블레이드는 일반적으로 인서트 포켓의 인접부에서 적절하게 설계된 개구를 구비하며, 이에 의해 홀더 블레이드의 죠오들 중 하나가 다른 하나에 대해 제한된 정도의 탄성 변위를 할 수 있도록 비교적 좁은 브릿지부(bridging portion)가 형성된다. 일반적으로, 하부 죠오는 강성이고 상부 죠오는 탄성적으로 변위 가능하다. 개구는 구멍, 또는 슬롯, 또는 구멍에서 종결되는 슬롯의 형태일 수 있다. 이러한 절삭 공구들의 예들이 미국 특허 제3,785,021호 및 미국 특허 제4,580,930호에 개시되어 있다. 탄성 인서트 클램핑 기구를 사용한 회전식 슬롯 절삭 공구(rotary slot-cutting tool)가 미국 특허 제5,059,068호에 개시되어 있다. 그 절삭기 본체는 디스크 형태로 비교적 얇은 두께이며, 절삭 인서트 포켓들이 그 외주 둘레에 위치된다. 홀더 블레이드를 갖기 때문에, 회전식 슬롯 절삭 공구의 인서트 포켓은 인서트를 클램핑 죠오의 벤딩에 의해 야기되는 탄성력으로 그 사이에 클램핑하는 두 개의 죠오를 갖는다.
절삭 공구가 홀더 블레이드이든 회전식 슬롯 절삭 공구이든, 클램핑 죠오의 벤딩은 인서트 포켓을 죠오들의 클램핑면 사이의 거리가 클램핑면 사이에 위치된 인서트부의 높이보다 작게 제작함으로써 얻어진다. 결과적으로, 인서트가 인서트 포켓에 위치될 경우, 클램핑 죠오는 인서트가 제자리에 클램핑되도록 탄성력을 형성하는 굴곡된 위치로 유지된다.
앞서 설명한 형태의 절삭 공구에 있어 공지된 문제점의 일 예는 인서트 포켓의 전방 영역이 작업편과 접촉하여 결과적으로 손상된다는 점이다. 이는 하나 또는 두 개의 인서트 포켓의 손상으로 인해 전체 절삭 공구의 교체가 필요한 회전식 슬롯 절삭 공구들에서 더욱 문제될 수 있다. 이 문제점에 대한 해결책은 경질의 내마멸성 인서트, 시임 및 블레이드 본체를 갖는 절삭 공구 조립체를 개시한 미국 특허 제4,604,004호에서 제시되어 있다. 상기 시임은 인서트를 탄성적으로 수용하기 위하여 그 개방단 쪽으로 테이퍼된 리세스를 가지고 있다. 상기 블레이드 본체는 시임 및 인서트를 쐐기식으로 수용하기 위하여 블레이드 본체 쪽으로 테이퍼된 하방 및 후방 연장된 리세스를 가지고 있다. 상기 절삭 공구 조립체의 조립은 먼저 인서트를 시임 리세스 안으로 삽입한 후, 인서트가 장착된 시임이 블레이드 본체 리세스 안으로 삽입됨으로써 수행된다. 절삭 공구 조립체가 작업편과 접촉함에따라, 인서트 및 시임은 블레이드 본체 리세스 안으로 더욱 밀려 들어가서, 인서트 및 시임의 양호한 보유를 강화한다. 사용 기간 후, 인서트 및 시임은 인서트가 교체될 수 있도록 본체로부터 제거된다. 시임은 블레이드 본체와 시임 사이의 간격 내에 나사 드라이버를 삽입하여 나사 드라이버에 지레 작용을 인가함으로써 블레이드 본체로부터 제거된다. 인서트는 나사 드라이버를 시임의 노치 안으로 삽입한 후 나사 드라이버를 비틀어 돌림으로써 시임으로부터 제거된다.
'004 특허에 개시된 절삭 공구 조립체의 단점은 절삭 공구 조립체를 결합한 후, 절삭 인서트의 절삭날이 정확히 위치되지 않는다는 점이다. '004 특허에서 지적된 바와 같이, 절삭 공구 조립체가 작업편과 접촉함에 따라 인서트 및 시임은 블레이드 본체 안으로 더욱 밀려 들어간다. 이러한 상태는 공구의 외주 주위에 위치된 복수개의 절삭 인서트가 있는 회전식 슬롯 절삭 공구들에서 특히 문제가 되고, 절삭 인서트들의 절삭날들의 부정확한 위치는 몇몇 인서트들이 다른 것들에 비해 절삭 작업에 더 관여하는 비효율적인 절삭 작업을 가져온다.
'004 특허에서는 절삭 인서트가 장착되는 부재가 "시임"으로 지칭된다. 아래의 상세한 설명 및 청구범위에서 절삭 인서트가 장착되는 부재는 "인서트 보유 부재"로서 지칭한다.
'004 특허에 개시된 절삭 공구 조립체의 다른 단점은 시임이 블레이드 본체에 고정되지 않는다는 점이다. 슬롯팅(slotting) 작업 중에 시임이 변위되는 것을 방지하는 것이 아무 것도 없기 때문에, 시임이 회전식 슬롯 절삭 공구에 사용될 경우 이는 특히 문제가 될 수 있다. 1999년 12월 10일 출원된 미국 특허 출원제09/458,675호는 앞서 언급된 단점들을 극복하는 탄성 클램핑 기구를 갖는 교체 가능한 인서트 보유 부재를 제공한다.
그러나, 상기 선행 기술은 절삭 인서트가 원심력의 영향으로 인서트 포켓으로부터 완전히 이탈되거나 심지어 달아날 수 없도록 보장하기 위한 수단을 제공하지 않는다. 특히 위험할 수 있는 상황은 고속으로 작업할 경우이다.
본 발명의 목적은 절삭 인서트가 원심력의 영향으로 인서트 포켓으로부터 완전히 이탈될 수 있거나 달아날 가망이 없도록 하는 방식으로 인서트 보유 부재에 의해 확실하게 보유될 수 있도록 설계된 탄성 클램핑 기구를 갖는 교체 가능한 인서트 보유 부재를 갖는 절삭 공구 조립체를 제공하는 것이다.
본 발명은 탄성 클램핑 기구 및 교체 가능한 인서트 보유 부재를 갖는 절삭 공구 조립체에 관한 것이다.
보다 이해를 돕기 위하여, 예시적인 방법에 의해, 첨부 도면을 참조하면서 지금부터 본 발명을 설명한다.
도1은 공구 클램핑부, 인서트 보유 부재, 절삭 인서트 및 고정 부재를 포함하는 것으로서, 본 발명에 따른 절삭 공구의 절삭부의 분해 측면도이다.
도2는 공구 클팸핑부에 장착되고 인서트 포켓에 장착된 절삭 인서트를 갖는 고정 부재에 의해 제자리에 고정된 인서트 보유 부재를 도시하는 것으로서, 도1의 절삭부의 측면도이다.
도3은 라인 Ⅲ-Ⅲ을 따라 취해진 도2의 절삭부의 부분 단면도이다.
도4는 라인 Ⅳ-Ⅳ를 따라 취해진 도2의 절삭부의 부분 단면도이다.
도5는 본 발명에 따른 절삭부를 갖는 회전식 절삭 공구의 측면도이다.
본 발명에 따르면, 공구 본체부(12) 및 적어도 하나의 절삭부(14)를 포함하는 절삭 공구 조립체(10)가 제공되며, 상기 적어도 하나의 절삭부(14)는 공구 클램핑부(16), 인서트 보유 부재(18) 및 절삭 인서트(20)를 포함하고,
상기 공구 클램핑부(16)는,
제1 클램핑면을 구성하는 상부면(28)을 갖는 공구 기부 죠오(26)와,
상부면(31) 및 하부면(32)을 갖고, 상기 하부면(32)은 제2 클램핑면을 구성하며, 상기 공구 기부 죠오(26)와의 사이에 인서트 보유 부재(18)를 여유있게 수용하기 위하여, 소정의 후방 성형 연장부(L3)를 가진 갭(34)을 갖는 공구 클램핑 죠오(30)와,
상기 갭(34)의 후방 섹션에서부터 일반적으로 후방 방향으로 연장되고,구멍(38)에서 종결되며, 상기 구멍(38) 및 갭(34)과 함께 소정의 후방 직선 길이(L2)를 갖는 인서트 보유 부재 포켓(43)을 형성하는 제1 슬롯(36)과,
상기 인서트 보유 부재(18)의 위치를 고정하기 위한 제1 위치 설정면(44)과,
걸릿(47)에서부터 일반적으로 후방으로 연장되어 상기 공구 클램핑 죠오(30)의 상부면(31)과의 경계를 가지며 소정의 후방 직선 길이(L1)를 갖는 제2 슬롯(46)을 포함하고,
상기 인서트 보유 부재(18)는,
제1 클램핑 접촉면을 구성하는 하부면(54)을 갖는 기부 죠오(48)와, 제2 클램핑 접촉면을 구성하는 상부면(56)을 갖는 클램핑 죠오(50)를 포함하고, 상기 기부 죠오(48)와 클램핑 죠오(50)는 그들 사이에 절삭 인서트(20)를 수용하기 위한 인서트 포켓(52)을 형성하며,
상기 갭(34)에 인서트 위치 부재(18)를 정확히 위치시키기 위한 제1 위치 설정면(44)과 대접할 수 있는 제2 위치 설정면(60)을 포함한다.
본 발명에 따르면, 제2 슬롯(46)의 후방 직선 길이(L1)는 인서트 보유 부재 포켓(43)의 후방 직선 길이(L2)보다 훨씬 작다(L1 << L2).
바람직하게는, 제2 슬롯(46)의 후방 직선 길이(L1)는 갭(34)의 후방 직선 길이(L3)보다 작다(L1 < L3).
또한 바람직하게는, 걸릿(47)의 후방 직선 길이는 인서트 보유 부재 포켓(43)의 후방 직선 길이보다 훨씬 작다.
필요한 경우, 제1 위치 설정면(44)은 제1 슬롯(36)에 인접한 갭(34)의 후방섹션에 위치되고 제1 및 제2 클램핑면(28, 32)에 실질적으로 수직하게 지향된다.
또한 필요한 경우, 제2 위치 설정면(60)은 인서트 보유 부재(18)의 기부 죠오(48)의 후방에 위치된다.
본 발명에 따르면, 제1 위치 설정면(44)은 공구 클램핑부(16)의 공구 기부 죠오(26)와 공구 클램핑 죠오(30) 사이의 갭(34)에 있는 인서트 보유 부재(18)를 정확하게 위치시키기 위해 제2 위치 설정면(60)과 대접한다.
또한 본 발명에 따르면, 인서트 보유 부재(18)는 공구 클램핑부(16)의 공구 기부 죠오(26)와 공구 클램핑 죠오(30) 사이의 갭(34)에 인서트 보유 부재(18)를 제자리에 고정시키기 위하여 고정 부재(22)가 제거 가능하게 부착되는 고정부(58)를 포함한다.
양호한 실시예에 따르면, 고정부(58)는 일반적으로 후방 방향으로 연장되어 제1 슬롯(36)을 관통할 수 있는 인서트 보유 부재(18)의 연장부이다.
또한 양호한 실시예에 따르면, 공구 클램핑부(16)의 공구 기부 죠오(26)의 상부면(28)은 공구 클램핑부(16)의 공구 클램핑 죠오(30)의 하부면(32)과 실질적으로 평행하다.
또한 양호한 실시예에 따르면, 제1 및 제2 클램핑 접촉면(54, 56)은 그 사이에서 테이퍼각(α)을 형성하면서 인서트 보유 부재(18)의 후방 쪽으로 테이퍼된다.
구체적인 적용예에 따르면, 테이퍼각(α)은 약 2°이다.
본 발명에 따르면, 고정 부재(22)는 구멍(38)에 위치되고 인서트 보유 부재(18)의 고정부(58)에 제거 가능하게 부착된다.
본 발명의 양호한 실시예에 따르면, 고정 부재(22)는 전방면(64) 및 후방면(66)을 갖는 사다리꼴 형상이고, 인서트 보유 부재(18)가 공구 클램핑부(16) 내의 갭(34)에 보유될 경우에 상기 고정 부재(22)는 인서트 보유 부재(18)의 장형부(58) 내의 리세스 영역(68)에 수용되고, 상기 리세스 영역(68)은 일반적으로 고정 부재(22)와 유사한 형상을 가지며, 구멍(38)은 제1 슬롯(36)에 인접한 후방 대향의 이격된 접촉면(40, 42)을 가지고 상기 인서트 보유 부재(18)의 장형부(58; elongated portion)는 전방 대향의 후방 접촉면(72)을 가지며, 상기 고정 부재(22)는 제1 종축(76)을 갖는 원추형 관통 보어(74; countersunk through bore)를 구비하고 상기 리세스 영역(68)은 제2 종축(80)을 갖는 나사산 형성 보어(78)를 구비하며, 상기 제1 및 제2 종축(76, 80)은 원추머리 나사(24)가 원추형 관통 보어(74)에 위치되어 나사산 형성 보어(78)로 나사 고정될 경우에 고정 부재(22)의 전방면(64)은 두 개의 후방 대향의 이격된 접촉면(40, 42)에 접촉하고 고정 부재(22)의 후방면(66)은 장형부(58)의 전방 대향의 후방 접촉면(72)과 접촉하여, 상기 인서트 보유 부재(18)의 정확한 위치가 유지되도록 하는 방식으로 서로에 대해 상대적으로 변위된다.
바람직하게는, 인서트 보유 부재(18)의 클램핑 죠오(50) 및 기부 죠오(48)는 각각 소정의 테이퍼각으로 인서트 보유 부재의 전방 단부 쪽으로 테이퍼된 제1 및 제2 인서트 접촉면(55, 57a)을 가지고, 절삭 인서트(20)는 상부면(19) 및 하부면(21)을 가지며, 상부면(19)은 전방 섹션(19a) 및 후방 섹션(19b)의 두 개의 섹션을 포함하고, 인서트 상부면(19)의 전방 섹션(19a)과 하부면(21)은 인서트 보유 부재(18)의 제1 및 제2 인서트 접촉면(55, 57a) 사이의 테이퍼각과 실질적으로 동일한 테이퍼각으로 절삭 인서트(20)의 전방 단부 쪽으로 테이퍼된다.
또한 바람직하게는, 상부면(19)의 후방 섹션(19b)과 하부면(21)은 절삭 인서트(20)의 후방 단부를 향해 테이퍼된다.
필요한 경우, 인서트 포켓(52)은 인서트 포켓(52)의 후방 섹션에서부터 일반적으로 후방 방향으로 연장되는 구멍(53)을 구비한다.
일 적용예에 따르면, 절삭 공구는 회전식 절삭 공구(96)이다.
먼저 도1 및 도2를 참조한다. 절삭 공구 조립체(10)는 공구 본체부(12) 및절삭부(14)를 포함한다. 이하의 설명 및 청구범위에서, 방향 지시 용어들은 도1 및 도2에 도시된 절삭 공구 조립체의 해당 부분의 방향과 일치한다. 그러므로, 이들 도면에서 좌측을 향한 부재 부분은 상기 부재의 전방부로 지칭되는 반면, 상기 도면에서 우측을 향한 부재 부분은 상기 부재의 후방부로 지칭된다. 마찬가지로, 이들 도면에서 상방 및 하방으로 향한 부재 부분들은 각각 상기 부재의 상부 및 하부로 지칭한다. 절삭부(14)는 공구 클램핑부(16), 인서트 보유 부재(18), 절삭 인서트(20) 및 고정 부재(22)를 포함하는 절삭 공구 조립체(10)의 전방부이다. 상기 고정 부재(22)는 원추머리 나사(24)에 의해 인서트 보유 부재(18)에 체결된다. 고정 부재(22)는 인서트 보유 부재(18)를 제 자리에 고정하기 위한 것이고, 이에 의해 인서트 보유 부재의 정밀한 위치와, 결과적으로 절삭 인서트의 정밀한 위치까지도 절삭 작업 내내 유지되도록 보장한다.
공구 클램핑부(16)는 제1 클램핑면을 형성하는 상부면(28)을 가진 공구 기부 죠오(26)와, 상부면(31) 및 하부면(32)을 가진 공구 클램핑 죠오(30)를 포함한다. 상기 하부면(32)은 제2 클램핑면을 형성한다. 상기 공구 기부 죠오(26) 및 공구 클램핑 죠오(30)는 그들 사이에 인서트 보유 부재(18)를 탄력적으로 수용하기 위한 갭(34)을 가진다. 제1 및 제2 클램핑면은 각각 갭(34)의 하부 및 상부 경계를 형성한다. 제1 및 제2 클림핑면(28, 32)은 각각 서로에 대해 실질적으로 평행하고 그들 사이의 거리는 h1이다. 각각 제1 및 제2 클램핑면(28, 32)과 평행하고 그들 사이의 거의 중도를 지나는 가상선은 절삭 공구 조립체(10)의 절삭부(14)의 종축(longitudinal axis)을 형성한다.
제1 슬롯(36)은 갭(34)의 후방 섹션으로부터 일반적으로 후방으로 연장된다. 상기 제1 슬롯(36)은 제1 슬롯(36)에 인접하고 상부 접촉면(40) 및 하부 접촉면(42)인 두 개의 후방 대향의 이격된 접촉면들을 갖는 구멍(38)에서 종결된다. 상기 접촉면(40, 42)은 절삭부(14)의 종축에 실질적으로 수직한 공통 가상선을 따라 놓여진다. 제1 슬롯(36) 및 구멍(38)과 함께 갭(34)은 인서트 보유 부재 포켓(43)을 형성한다. 전방 대향의 제1 위치 설정면(44)은 제1 슬롯(36)에 인접한 갭(34)의 후방 섹션에 위치되고 절삭부(14)의 종축에 실질적으로 수직하게 지향된다.
공구 클램핑 죠오(30)의 상부면(31)과 경계를 이루는 것은 걸릿(47; gullet)으로부터 일반적으로 후방으로 연장되는 제2 슬롯(46)이다. 제2 슬롯(46)의 목적은 두 가지이다. 첫째, 제2 슬롯(46)은 인서트 보유 부재(18)의 탄성적인 클램핑을 위하여 탄성적으로 변위될 수 있도록 공구 클램핑 죠오(30)에 가요성을 제공한다. 둘째, 공구 클램핑 죠오가 변위될 수 있는 한도를 제한하며, 이에 의해 공구 클랭핑 죠오가 제조된 재료의 탄성 한계를 넘어 변위될 수 없게 한다. 걸릿(47)으로부터 후방 방향으로 측정된 제2 슬롯(46)의 후방 직선 길이(L1)는 인서트 보유 부재 포켓(43)후방 직선 길이(L2)보다 매우 작다(L1 << L2). 바람직하게는, 제2 슬롯(46)의 후방 직선 길이(L1)는 갭(34)의 후방 직선 길이(L3)보다 작다(L1 < L3). 제2 슬롯(46)의 길이는 절삭 공구 조립체(10)의 클램핑 강도를 지지한다. 제2 슬롯(46)이 더 길수록, 절삭 공구 조립체는 약해진다. 본 명세서에서 한정한 길이는 상부 죠오(30)의 가요성을 보장하는 한편, 절삭 공구 조립체의 비교적 강한구조를 지탱한다. 제2 슬롯(46)의 정확한 형상이 설계 최적화의 문제라는 것은 분명하다. 도면들에서 도시된 바와 같이, 제2 슬롯(46)은 직선일 필요가 없다. 그러나, 제2 슬롯(46)은 응력 제거 구멍(46')에서 종결되는 것이 바람직하다. 제2 슬롯(46)은 공구 클램핑 죠오(30)의 상부면(31)과 경계를 이룰 뿐만 아니라, 사실상 상부면(31)을 형성한다. 그러나, 만약 제2 슬롯(46)이 일반적으로 후방 방향으로 연장되는 것에서 이탈하여 일부 지점에서 상방으로 연장된다면, 일반적으로 후방으로 연장되는 제2 슬롯(46)의 해당 부분만이 공구 클램핑 죠오(30)의 상부면(31)을 형성하게 된다.
본 발명은 특히 얕은 걸릿(47; gullet)을 갖는 절삭 공구 조립체에 관한 것이라는 점에 주의해야 한다. 얕은 걸릿은 공구 기부 죠오(26)와 공구 클램핑 죠오(30) 사이의 갭(34)의 후방 직선 길이보다 훨씬 작은 후방 직선 길이를 갖는다. 도면에 도시된 절삭 공구 조립체(10)의 각각의 절삭부(14)는 얕은 걸릿(47)을 가지고 있다. 만약 제2 슬롯(46)이 제거된다면, 공구 클램핑 죠오(30)는 거의 가요성을 가지지 못할 것이다.
인서트 보유 부재(18)는 그 사이에 절삭 인서트(20)를 수용하기 위한 인서트 포켓(52)을 형성하는 기부 죠오(48)와 클램핑 죠오(50)를 포함한다. 인서트 포켓(52)은 인서트 제거 장치를 수용하기 위한 구멍(53)을 구비한다. 상기 구멍(53)은 인서트 수용 포켓의 후방 섹션으로부터 일반적으로 후방 방향으로 연장된다. 기부 죠오(48)는 제1 클램핑 접촉면을 구성하는 하부면(54) 및 제1 인서트 접촉면을 구성하는 상부면(55)을 가지고 있다. 클램핑 죠오(50)는 제2 클램핑 접촉면을 구성하는 상부면(56) 및 하부면(57)을 가지고 있다. 하부면(57)은 제2 인서트 접촉면을 구성하는 접촉 섹션(57a), 일반적으로 전방 대향의 전방 섹션(57b) 및 접촉 섹션(57a)과 전방 섹션(57b) 사이의 중간 섹션(57c)의 세 개의 섹션으로 구분된다. 중간 섹션(57c)은 일반적으로 절삭 인서트(20)를 인서트 포켓(52)으로 삽입하기 쉽도록 둥글게 되어 있다. 제1 및 제2 클램핑 접촉면(54, 56)은 그들 사이에 테이퍼각(α)을 형성하면서 인서트 보유 부재(18)의 후방 쪽으로 테이퍼된다. 테이퍼각(α)은 약 2°인 것이 바람직하다. 제2 클램핑 접촉면(56)의 대략 가운데 지점에서 취해진 제1 및 제2 클램핑 접촉면(54, 56) 사이의 거리 h2는 거의 h1과 같다(h2 ≒ h1). 제1 및 제2 인서트 접촉면(55, 57a)는 인서트 보유 부재의 전방단부 쪽으로 테이퍼된다.
절삭 인서트(20)는 상부면(19) 및 하부면(21)을 가지고 있다. 상부면(19)은 전방 섹션(19a) 및 후방 섹션(19b)의 두 섹션들을 포함한다. 전방 섹션(19a)은 제1 접점(19')에서 후방 섹션(19b)과 만난다. 인서트 상부면(19)의 전방 섹션(19a) 및 하부면(21)은 인서트 보유 부재(18)의 제1 및 제2 인서트 접촉면(55, 57a) 사이의 테이퍼각과 실질적으로 동일한 테이퍼각으로 절삭 인서트(20)의 전방 단부 쪽으로 테이퍼된다. 상부면(19)의 후방 섹션(19b) 및 하부면(21)은 절삭 인서트(20)의 후방 단부 쪽으로 테이퍼된다. 절삭 인서트의 전방 단부에는 일반적으로 상방 방향으로 돌출되고 전방 섹션(19a)에 연결되는 후방 대향면(19c)을 갖는 돌출부가 있다. 후방 대향면(19c)은 제2 접점(19")에서 전방 섹션(19a)과 만난다. 제1 접점(19')은 절삭 인서트(20)의 하부면(21)에서부터 h3의 높이에 있는 반면,제2 접점(19")은 하부면(21)에서부터 h4의 높이에 있다. 높이 h3은 높이 h4보다 크다.
인서트 보유 부재(18)는 일반적으로 후방 방향으로 연장되는 장형부(58)를 가지고 있다. 상기 장형부는 고정 부재를 구성한다. 장형부의 치수는 갭(34)에 인서트 보유 부재(18)를 장착할 경우에 제1 슬롯(36)을 관통할 수 있을 정도이다. 인서트 보유 부재(18)는 하부 죠오(48)의 후방에 위치된 후방 대향의 제2 위치 설정면(60)을 구비한다. 인서트 보유 부재(18)가 갭(34)에 완전히 보유되었을 경우, 제1 위치 설정면(44)은 인서트 보유 부재(18)의 정확한 위치를 확보하기 위하여 제2 위치 설정면(60)과 대접한다. 인서트 보유 부재는 인서트 보유 부재에 대해 절삭 인서트를 정확하게 위치시키기 위한 인서트 위치 설정면(62)을 구비한다. 결과적으로, 인서트 보유 부재는 공구 본체부에 대해 정확하게 위치되고 인서트는 상기 보유 부재에 대해 정확하게 위치되기 때문에, 절삭 인서트의 절삭날은 공구 본체부에 대해 정확하게 위치된다.
절삭 공구 조립체(10)를 조립하기 위하여, 먼저 절삭 인서트(20)는 인서트 위치 설정면(62)에 대접할 때까지 인서트 보유 부재(18)의 인서트 포켓(52) 안으로 삽입된다. 도면에 도시된 실시예에 따르면 클램핑 죠오(50)의 하부측 면(57)의 전방 대향의 전방 섹션(57b)은 절삭 인서트(20)의 전방 단부에 있는 돌출부의 후방 대향면(19c)과 대접하지 않는다는 점에 주의해야 한다. 절삭 인서트(20)를 인서트 포켓(52)으로 삽입한 후, 제1 및 제2 클램핑 접촉면(54, 56) 사이의 테이퍼각(α)은 절삭 인서트(20)의 삽입 전과 실질적으로 동일하다는 점에도 주의해야 한다.그 후, 인서트 보유 부재(18)는, 절삭 인서트(20)를 인서트 포켓(52)에 보유한 채, 인서트 보유 부재 포켓(43)으로 삽입된다. 제1 및 제2 클램핑 접촉면(54, 56)의 테이퍼로 인하여, 인서트 보유 부재(18)가 갭(34)에 장착되어 갭의 후방으로 밀려 들어갈 경우, 처음에는 아무런 저항없이 활주한다. 인서트 보유 부재의 장착을 완성하여 완전히 갭에 보유되도록 하려면, 인서트 보유 부재에 힘이 가해져야 한다. 인서트 보유 부재(18)가 갭(34)으로 후방으로 밀려 들어감에 따라, 공구 클램핑부(16)의 공구 클램핑 죠오(30)는 상방으로 변위되어, 공구 클램핑부(16)의 공구 기부 죠오(26)로부터 멀어진다. 결과적으로, 제2 슬롯(46)의 폭은 인서트 보유 부재가 갭(34)에 완전히 삽입되어 그 최종폭(h)에 달할 때까지 감소하는데, 이를 그 보유폭(retaining width)으로 지칭한다. 제2 슬롯(46)의 보유폭 h는 절삭 인서트(20)가 인서트 포켓(52)을 빠져 나가지 못하도록 하기 위하여 제1 접점(19')와 제2 접점(19") 사이의 수직 거리 H(= h3 - h4)보다 충분히 작다. 인서트 보유 부재(18)가 갭(34)에 완전히 보유되면, 제1 및 제2 클램핑면(28, 32)은 제1 및 제2 클램핑 접촉면(54, 56) 사이의 테이퍼각과 동일한 그들 사이의 테이퍼각을 갖는다.
도1 및 도2에 더하여, 또한 도3을 참조한다. 고정부재(22)는 일반적으로 사다리꼴 형상으로서, 전방면(64) 및 후방면(66)을 가지고, 인서트 보유 부재(18)의 장형부(58)에 있는 리세스 영역(68)에 수용된다. 리세스 영역(68)은 전방면(70), 후방면(72)을 가지고 일반적으로 고정 부재(22)와 유사한 형상을 갖는다. 후방면(72)은 전방 대향의 대접면을 구성한다. 고정 부재는 제1 종축(76)을 갖는 원추형 관통 보어(74)를 구비하고, 리세스 영역(68)은 제2 종축(80)을 갖는 나사산형성 보어(78)를 구비한다.
상기 보유 부재가 갭(34)에 완전히 보유되고 고정 부재(22)가 리세스 영역(68)에 위치될 경우, 제1 및 제2 종축(76, 80)은 서로에 대해 상대적으로 변위되는데, 원추머리 나사(24)가 원추형 관통 보어(74)에 위치되어 나사산 형성 보어(78)로 나사 체결될 경우, 고정 부재(22)의 전방면(64)은 두 개의 후방 대향의 이격된 접촉면(40, 42)과 대접하고, 고정 부재의 후방면(66)은 인서트 보유 부재의 리세스 영역(68)의 후방면(72)과 대접한다. 고정 부재(22)의 전방면(64)은 리세스 영역(68)의 전방면(70)과 대접하지 않는다. 이는 고정 부재(22), 인서트 보유 부재(18)와 공구 본체부(12) 사이에서 세 점 접촉 배열(three-point contact arrangement)을 형성한다. 원추머리 나사(24)가 죄어짐에 따라, 그 원뿔머리(82)는 이와 맞물리는 고정 부재(22)의 원추형 관통 보어(74)의 상부와 대접하고, 고정부재는 제1 종축(76)이 제2 종축(80) 쪽으로 이동함에 따라 상방 방향으로 이동하게 된다. 고정 부재의 사다리꼴 형상 및 세 점 접촉 배열로 인하여, 원추머리 나사(24)가 죄어질수록, 리세스 영역(68)의 후방면(72)에 접촉했을 때 고정 부재의 후방면(66)을 통해 인서트 보유 부재 상의 고정 부재에 의해 인가되는 고정력은 더욱 커진다. 도3에서 보는 바와 같이, 고정 부재(22)의 두께는 제위치에 고정되었을 때 그 외향 대향면(84)이 공구 본체부(12)의 측면(86)과 실질적으로 동일 평면이 될 정도이다.
절삭 인서트(20)는 인서트 포켓(52)에 보유되고 인서트 보유 부재(18)는 인서트 보유 부재 포켓(43)에 확실하게 보유되기 때문에, 절삭 인서트는 인서트포켓(52)으로부터 이탈될 수 없다. 만약 절삭 인서트(20)에 인가된 외력이 인서트를 전방 방향으로 밀어 낼려고 하면, 인서트 보유 부재(18)의 클램핑 죠오(50)는 상방 방향으로 밀려질 것이고, 이는 차례로 공구 클램핑부(16)의 공구 클램핑 죠오(30)를 상방 방향으로 밀어 올려, 제2 슬롯(46)의 폭을 감소시킨다. 만약 외력이 충분히 크다면, 제2 슬롯(46)의 폭은 0에 가깝게 감소될 수 있다. 그러나, 제2 슬롯(46)의 보유폭 h는 제1 접점(19')과 제2 접점(19") 사이의 수직 거리 H보다 작기 때문에, 제1 접점(19')이 클램핑 죠오(50)의 하부면(57)의 중간 섹션(57c)을 통과할 수 없으므로 절삭 인서트(20)는 인서트 포켓(52)을 빠져 나갈 수 없다.
이제 도4를 참조하면, 공구 본체부(12)의 공구 클램핑부(16)에 대한 인서트 보유 부재(18)의 횡방향 운동을 방지하기 위한 기구를 도시하고 있다. 본 발명의 양호한 실시예에 따르면, 공구 기부 죠오(26) 및 공구 클램핑 죠오(30)의 제1 및 제2 클램핑면(28, 32)은 볼록한 V형의 단면들을 가지고, 인서트 보유 부재(18)의 기부 죠오(48) 및 클램핑 죠오(50)의 제1 및 제2 클램핑 접촉면(54, 56)은 맞물리는 오목한 V형 단면들을 갖는다. 당해 기술에서 공지된 바와 같이 (예를 들면, 미국 특허 제4,580,930호 및 미국 특허 제4,887,945호), 절삭 인서트의 횡방향 안정성은 유사한 방식으로 달성될 수있다. 기부 죠오(48) 및 클램핑 죠오(50)의 제1 및 제2 접촉면(55, 57)은 볼록한 V형 단면들을 가지고, 절삭 인서트(20)의 하부 및 상부면(21, 19)은 (도1에서 점선에 의해 도시된) 정합하는 오목한 V형 단면들을 갖는다.
도5는 공구의 외주 둘레에 배열된 복수개의 절삭부(14)를 갖는 회전 슬롯 절삭 공구(88)를 도시하는 것으로서, 각각의 절삭부는 본 발명에 따른 공구 클램핑부(16), 인서트 보유 부재(18), 절삭 인서트(20) 및 고정 부재(22)를 포함한다.
미국 특허 제5,524,518호는 언뜻 보기에 본 발명에 개시된 특징들과 유사한 일부 특징들을 갖는 것으로 보이는 특징들을 갖는 소오 블레이드(saw blade)를 개시하고 있다는 점이 지적된다. 그러나, 거기에는 주의해야 할 많은 근본 차이점들이 있다. 첫째로, 무엇보다도, '518 특허는 절삭 인서트가 인서트 보유 부재에 장착되어 있는 절삭 공구 조립체를 개시하고 있지 않다. 대신, 절삭 인서트는 소오 블레이드에 있는 리세스에 직접 보유된다. 또한, (예를 들면, '518 특허의 도2에서 23 및 24와 같이) 슬롯들은 리세스보다 실질적으로 더 깊다. 또한, '518 특허의 소오 블레이드은 각 구멍의 반경 방향 내측으로 장력 분산 구멍을 필요로 한다. 마지막으로, '518 특허의 장력 분사 구멍 및 슬롯들의 배열은 고속 절삭에서 원심력에 의해 리세스들로부터 떨어져 나가고 이탈되는 ('518 특허에서 "선단부들"로 불리는) 절삭 인서트들에 대한 아무런 지지도 제공하지 않는다는 점이 주목된다. 사실, "금속의 톱질에 있어, 절삭 속도는 제한되어 선단부들이 …원심력에 의해 리세스들로부터 내던져질 위험은 거의 없다." 라고 '518 특허에서는 분명히 언급하고 있다. 반면, " …하지만 훨씬 높은 절삭 속도로 목재를 톱질함에 있어서는, 선단부들을 핀이나 관형 못들로 고정하는 것이 적절하다 …." 라고 한 것처럼, 높은 절삭 속도를 위해서는 선단부를 고정하기 위한 몇몇 형태가 필요하다.
본 발명은 특정 정도의 구체성으로 설명되었지만, 이하의 청구범위에서와 같이 본 발명의 사상 및 범위로부터 이탈됨이 없이 다양한 변경 및 수정이 가해질 수 있다는 점을 이해해야 한다.

Claims (17)

  1. 공구 본체부(12) 및 적어도 하나의 절삭부(14)를 포함하는 절삭 공구 조립체(10)로서, 상기 적어도 하나의 절삭부(14)는 공구 클램핑부(16), 인서트 보유 부재(18) 및 절삭 인서트(20)를 포함하고,
    상기 공구 클램핑부(16)는,
    제1 클램핑면을 구성하는 상부면(28)을 갖는 공구 기부 죠오(26)와,
    상부면(31) 및 하부면(32)을 갖고, 상기 하부면(32)은 제2 클램핑면을 구성하며, 상기 공구 기부 죠오(26)와의 사이에 인서트 보유 부재(18)를 여유있게 수용하기 위하여, 소정의 후방 직선 길이(L3)를 갖는 갭(34)을 갖는 공구 클램핑 죠오(30)와,
    상기 갭(34)의 후방 섹션에서부터 일반적으로 후방 방향으로 연장되고, 구멍(38)에서 종결되며, 상기 구멍(38) 및 갭(34)과 함께 소정의 후방 직선 길이(L2)를 갖는 인서트 보유 부재 포켓(43)을 형성하는 제1 슬롯(36)과,
    상기 인서트 보유 부재(18)의 위치를 고정하기 위한 제1 위치 설정면(44)과,
    걸릿(47)에서부터 일반적으로 후방으로 연장되어 상기 공구 클램핑 죠오(30)의 상부면(31)과의 경계를 가지며 소정의 후방 직선 길이(L1)를 갖는 제2 슬롯(46)을 포함하고,
    상기 인서트 보유 부재(18)는,
    제1 클램핑 접촉면을 구성하는 하부면(54)을 갖는 기부 죠오(48)와, 제2 클램핑 접촉면을 구성하는 상부면(56)을 갖는 클램핑 죠오(50)를 포함하고, 상기 기부 죠오(48)와 클램핑 죠오(50)는 그 사이에 절삭 인서트(20)를 수용하기 위한 인서트 포켓(52)을 형성하며,
    상기 갭(34)에 인서트 위치 부재(18)를 정확히 위치시키기 위하여 제1 위치 설정면(44)과 대접 가능한 제2 위치 설정면(60)을 포함하는 것을 특징으로 하는 절삭 공구 조립체.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제2 슬롯(46)의 후방 직선 길이(L1)는 인서트 보유 부재 포켓(43)의 후방 직선 길이(L2)보다 훨씬 작은 것(L1 << L2)을 특징으로 하는 절삭 공구 조립체.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제2 슬롯(46)의 후방 직선 길이(L1)는 갭(34)의 후방 직선 길이(L3)보다 작은 것(L1 < L3)을 특징으로 하는 절삭 공구 조립체.
  4. 상기 항들 중 어느 한 항에 있어서, 상기 걸릿(47)의 후방 직선 길이는 인서트 보유 부재 포켓(43)의 후방 직선 길이보다 훨씬 작은 것을 특징으로 하는 절삭 공구 조립체.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제1 위치 설정면(44)은 제1 슬롯(36)에 인접한 갭(34)의 후방 섹션에 위치되고 제1 및 제2 클램핑면(28, 32)에 실질적으로 수직하게 지향되는 것을 특징으로 하는 절삭 공구 조립체.
  6. 제5항에 있어서, 상기 제2 위치 설정면(60)은 인서트 보유 부재(18)의 기부 죠오(48)의 후방에 위치되는 것을 특징으로 하는 절삭 공구 조립체.
  7. 제6항에 있어서, 상기 제1 위치 설정면(44)은 공구 클램핑부(16)의 공구 기부 죠오(26)와 공구 클램핑 죠오(30) 사이의 갭(34)에 인서트 보유 부재(18)를 정확하게 위치시키기 위하여 제2 위치 설정면(60)과 대접하는 것을 특징으로 하는 절삭 공구 조립체.
  8. 제7항에 있어서, 상기 인서트 보유부(18)는 공구 클램핑부(16)의 공구 기부 죠오(26)와 공구 클램핑 죠오(30) 사이의 갭(34)에 인서트 보유 부재(18)를 제위치에 고정시키기 위하여 고정 부재(22)가 제거 가능하게 부착될 수 있는 고정부(58)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 절삭 공구 조립체.
  9. 제8항에 있어서, 상기 고정부(58)는 일반적으로 후방 방향으로 연장되고 제1 슬롯(36)을 관통할 수 있는 인서트 보유 부재(18)의 장형부인 것을 특징으로 하는 절삭 공구 조립체.
  10. 제1항에 있어서, 상기 공구 클램핑부(16)의 공구 기부 죠오(26)의상부면(28)은 공구 클램핑부(16)의 공구 클램핑 죠오(30)의 하부면(32)에 실질적으로 평행한 것을 특징으로 하는 절삭 공구 조립체.
  11. 제10항에 있어서, 상기 제1 및 제2 클램핑 접촉면(54, 56)은 그들 사이의 테이퍼각(α)을 형성하면서 인서트 보유 부재(18)의 후방 쪽으로 테이퍼된 것을 특징으로 하는 절삭 공구 조립체.
  12. 제11항에 있어서, 상기 테이퍼각(α)은 약 2°인 것을 특징으로 하는 절삭 공구 조립체.
  13. 제9항에 있어서, 상기 고정 부재(22)는 전방면(64) 및 후방면(66)을 갖는 사다리꼴 형상이고, 상기 인서트 보유 부재(18)가 공구 클램핑부(16) 내의 갭(34)에 보유될 경우에 고정 부재(22)는 인서트 보유 부재(18)의 장형부(58) 내의 리세스 영역(68)에 수용되고, 상기 리세스 영역(68)은 일반적으로 고정 부재(22)와 유사한 형상을 가지며, 상기 구멍(38)은 제1 슬롯(36)에 인접한 후방 대향의 이격된 접촉면(40, 42)을 가지고 상기 인서트 보유 부재(18)의 장형부(58)는 전방 대향의 후방 접촉면(72)을 가지며, 상기 고정 부재(22)는 제1 종축(76)을 갖는 원추형 관통 보어(74)를 구비하고, 상기 리세스 영역(68)은 제2 종축(80)을 갖는 나사산 형성 보어(78)를 구비하며, 상기 제1 및 제2 종축(76, 80)은 원추머리 나사(24)가 원추형 관통 보어(74)에 위치되어 나사산 형성 보어(78)로 나사 체결될 경우에 고정부재(22)의 전방면(64)은 두 개의 후방 대향의 이격된 접촉면(40, 42)에 대접하고 고정 부재(22)의 후방면(66)은 장형부(58)의 전방 대향의 후방 접촉면(72)과 대접하여, 상기 인서트 보유 부재(18)의 정확한 위치가 유지되도록 하기 위한 방식으로 하나가 다른 하나에 대해 상대적으로 변위되는 것을 특징으로 하는 절삭 공구 조립체.
  14. 제1항에 있어서, 상기 인서트 보유 부재(18)의 클램핑 죠오(50) 및 기부 죠오(48)는 각각 소정의 테이퍼각으로 인서트 보유 부재의 전방 단부 쪽으로 테이퍼된 제1 및 제2 인서트 접촉면(55, 57a)을 가지고, 상기 절삭 인서트(20)는 상부면(19) 및 하부면(21)을 가지며, 상기 상부면(19)은 전방 섹션(19a) 및 후방 섹션(19b)의 두 개의 섹션을 포함하고, 상기 인서트 상부면(19)의 전방 섹션(19a)과 하부면(21)은 인서트 보유 부재(18)의 제1 및 제2 인서트 접촉면(55, 57a) 사이의 테이퍼각과 실질적으로 동일한 테이퍼각으로 절삭 인서트(20)의 전방 단부 쪽으로 테이퍼된 것을 특징으로 하는 절삭 공구 조립체.
  15. 제14항에 있어서, 상기 상부면(19)의 후방 섹션(19b)과 하부면(21)은 절삭 인서트(20)의 후방 단부 쪽으로 테이퍼된 것을 특징으로 하는 절삭 공구 조립체.
  16. 제1항에 있어서, 상기 인서트 포켓(52)은 인서트 포켓(52)의 후방 섹션에서부터 일반적으로 후방 방향으로 연장되는 구멍(53)을 구비하는 것을 특징으로 하는절삭 공구 조립체.
  17. 상기 항들 중 어느 한 항에 있어서, 상기 절삭 공구는 회전식 슬롯 절삭 공구(96)인 것을 특징으로 하는 절삭 공구 조립체.
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