KR20030023547A - 분할 가능한 인서트를 구비한 절삭 공구 - Google Patents

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Abstract

지지부재가 적어도 하나의 절삭 블레이드 인서트(cutting blade insert), 특히 플레이트(plate)형 절삭 블레이드 인서트, 예를 들면, DIN 분할 가능한 인서트를 정확하게 위치되는 방식으로 지지하는, 가공, 주로 공작물들의 절삭 가공을 위한 특히 회전식 공구가 설명된다. 상기 지지부재에 대하여 상기 절삭 블레이드 인서트의 위치를 조절하기 위한 조정 장치(adjusting device)가 구비되고, 고정 클로(clamping claw)를 이용하여 고정 장치(clamping device)가 구비되고, 상기 고정 클로가 지지면(supporting surface)에 대하여 평평하게 압박함으로써 상기 절삭 블레이드 인서트가 상기 지지부재에 대하여 조절된 위치에 고정될 수 있다. 약화되는 구멍을 제공하지 않고서 임의의 바람직한 형태의 분할 가능한 인서트 및 무엇보다도 임의의 바람직한 소형의 분할 가능한 인서트를 사용하기 위하여 그리고 조절 및 고정 장치의 공간-절약 형상으로 공구 및 셰이빙 제거(shaving removal)를 형성하기 위한 빈 공간의 최대 가능 치수를 얻기 위하여, 상기 절삭 블레이드 인서트는 상기 고정 클로의 포켓(pocket)에 수용되고, 상기 지지면은 상기 지지부재에 직접 형성된다.

Description

분할 가능한 인서트를 구비한 절삭 공구 {CUTTING TOOL WITH INDEXABLE INSERT}
본 발명은 공구, 특히 가공, 주로 공작물들의 절삭 가공을 위한 회전식 공구, 바람직하게는 특허청구범위 제1항에 따른 분할 가능한 인서트(indexable insert)를 포함하는 절삭 공구(cutting tool)에 관한 것이다.
예를 들어, 분할 가능한 인서트와 같은 절삭 블레이드 인서트(cutting blade insert)를 구비하는 공구들은, 비교적 값비싼 공구의 경제성을 가능한 한 높은 수준으로 유지하기 위해 작용 영역(functional area)을 가능한 한 정밀하게 가공하고 동시에 공구의 사용 수명을 가능한 한 길게 유지하려고 할 때 사용된다. 이러한 종류의 공구들을 만들 수 있는 다양한 방안들이 알려져 있다.
예를 들어, 밀링(milling) 또는 페이싱 헤드(facing head)와 같은 공구들이, 예컨대, 분할 가능한 인서트와 같은 절삭 블레이드 부착물(attachment)이 공구 카트리지(tool cartridge)에 견고하게 장착되는 독일 특허 DE 3242765 A1, DE 19800440 A1, DE 19725219 A1, 유럽 특허 EP 0385709 A1, 독일 특허 DE 19635490 A1 및 DE 4300289 A1에 알려져 있다. 분할 가능한 인서트는 고정 나사(fastening screw)를 사용하여 카트리지에 움직이지 않도록 고정된다. 카트리지는 지지부재(carrier element)에 조정 가능하게 위치한다. DIN에 따른 분할 가능한 인서트가 사용된다 하더라도, 이러한 형상은 분할 가능한 인서트의 절삭블레이드(cutter blade)를 정밀하게 조절할 수 있게 한다. 그러나 잘 알려져 있는 이러한 구조는, 구조의 공간이 대단히 많이 필요하기 때문에 이러한 공구의 사용 영역이 상당히 제한된다는 단점이 있다. 공구 구조와 비교 가능한 것으로, 카트리지형 절삭 캐리어(cutter blade carrier)로 작동하는 공구 구조는 국제 특허 WO 96/39271 및 독일 특허 DE 3801394 A1의 대상이다.
국제 특허 WO 97/34722에 기재되어 있는 절삭 장치의 경우, 분할 가능한 인서트가 지지부재 내에 특별하게 형성된 리세스(recess)에 수용된다. 분할 가능한 인서트는 중앙에 배열된 고정 나사에 의해 직접 지지부재에 조여지고, 이때 절삭 블레이드를 반경 방향으로 조절하기 위해 쐐기 전동 장치(wedge transmission device)가 구비된다. 이러한 장치는 지지부재가 특정한 플레이트 형태를 위하여만 사용될 수 있으며, 조절 가능성이 제한된다는 단점을 지닌다. 분할 가능한 인서트용 중앙 고정 나사를 반드시 구비해야 하기 때문에, 또한 어떤 최소 크기로 시작하는 분할 가능한 인서트만이 사용될 수 있다.
또한 분할 가능한 인서트를 소위 마이크로-조정 장치(micro-adjusting device)에 의해 지지부재에 고정시키고, 조정 후 적합한 고정 장치(clamping device)에 의해 고정시키는 방법은 이미 잘 알려져 있다. 이러한 기술은 독일 특허 DE 2754499 A1, DE 2757273 A1, 유럽 특허 EP 0154021 B1 및 EP 0126432 B1에 기재되어 있다. 이러한 장치들은 공구가 일정한 유형의 분할 가능한 인서트에만 사용될 수 있으며, 뿐만 아니라 고정 장치가 비교적 복잡하며, 즉 비교적 서로 움직일 수 있는 수많은 부품으로 구성되어야 하기 때문에, 공구가 비싸진다는 단점을지닌다. 또한 이처럼 비용이 많이 드는 구조에서는 공구의 안정성이 확보되기 어렵다.
유럽 특허 EP 0381924 A2에 기재된 특허청구범위 제1항에 따른 공구는 절삭 블레이드 부착물을 고정시키기 위해 고정 클로(clamping lug)를 사용한다. 고정 클로가 고정 나사를 이용하여 지지부재에 압박되고, 그 때문에 돌출식 단부(projecting end segment)와 함께 절삭 블레이드 부착물에 압박되며, 따라서 절삭 블레이드 부착물은 지지부재의 리세스 바닥면에 평평하게 조여진다. 이러한 장치는 절삭 블레이드 부착물을 정밀하게 조절할 수 없다는 단점을 지닌다.
서두에서 이미 언급한 바와 같이, 전형적인 공구들은 작용면을 고품질 및 기밀 공차 세팅(tight tolerance settings)으로 경제적으로 가공하고자 할 때 사용된다. 공구의 조절 시간 또는 리세팅 시간(resetting time)을 가능한 한 짧게 유지하기 위해서, 이러한 공구가 가장 짧은 시간 내에 연관 시스템에 대하여, 예를 들어 지지부재의 회전축 또는 지지부재에 의하여 지지되는 또 다른 공구에 대하여 절삭 블레이드 부착물의 작용 절삭 블레이드를 반드시 정확하게 조절할 수 있어야 한다. 그러므로 예를 들어, 내연 기관(internal combustion motors)의 밸브 시트(valve seat)를 가공하기 위한 공구의 경우, 밸브 시트면의 경사면을 밸브 샤프트(valve shaft)의 가이드 부싱(guide bushing)용 시트면(seating surface)에 대해 정확한 각도로 정확하게 다듬질해야 한다. 이런 이유로, 분할 가능한 인서트가 지지부재에 의해 안정되게 지지될 뿐만 아니라, 바람직하게 짧은 시간 내에 그리고 수개의 자유도(degrees of freedom)로 다음 그룹 위치 결정을 정밀하게 조절할 수있으며 또한 견고하게 고정될 수 있도록 공구를 형성할 필요가 있다.
본 발명의 목적은 서두에 기술된 종류의 공구를, 간단한 구조를 이용하여 절삭 블레이드 인서트, 특히 DIN에 따른 분할 가능한 인서트를 지지부재에 고정시켜 구조 공간이 비교적 작을 때에도 작용 절삭 블레이드의 정확하고도 정밀한 조정을 보장할 수 있도록 하는 데 있으며, 이 경우 절삭 블레이드에서부터 지지부재로의 힘의 유동(flux of force)은 절삭 블레이드 인서트에 가능한 한 작고 제한된 응력을 준다.
본 발명의 목적은 특허청구범위 제1항의 특징들에 의해 달성된다.
본 발명에 따르면, 절삭 블레이드 인서트는 고정 클로의 포켓에 폼-록킹(form-locking)으로 수용되는 것이 바람직하다. 고정 클로는 포켓을 통해 절삭 블레이드 인서트를 상응하게 형성된 지지면(support surface)을 조이고, 상기 지지면은 본 발명에 따라 지지부재에 직접 형성된다. 이런 방법으로, 부품들의 숫자를 최소로 제한할 수 있으므로 작용날로부터 지지부재로의 힘의 유동 역시 효율적으로 된다. 가동부재(mobile element), 다시 말해 고정 클로만 지지부재에 고정시켜야만 하므로, 공간이 거의 필요하지 않아 본 발명에 의한 고정 원리(clamping principle)는 모든 종류의 공구들, 즉 작업 직경(operating diameters)이 작은 공구들에도 적용할 수 있다. 예를 들어, 분할 가능한 인서트와 같은 본 발명에 의한 절삭 블레이드 인서트는 공구에 고정시키기 위한 중앙 관통 구멍(central passage bore)을 더 이상 필요로 하지 않는다는 또 다른 장점을 지닌다. 또한 중앙 관통구멍에 의해 대단히 약화될 수 있는, 분할 가능한 인서트가 아무리 작더라도 사용할 수 있게 된다. 절삭 블레이드 인서트, 특히 삽입된 분할 가능한 인서트는, 한편으로는 플레이트(plate)가 고정 클로의 포켓 내에 큰 영역으로 놓여있으며, 다른 한편으로는 지지부재의 지지면에 놓여 있다. 이로써 접촉 응력(contact stress)이 최소화되어, 예를 들어, 경금속(hard metal), 세라믹(ceramic) 재료 또는 서밋(cermet) 재료와 같은 대단히 견고한 절삭 블레이드 재료가 사용될 때 특히 유리하다. 절삭 블레이드 인서트 또는 분할 가능한 인서트의 조정이 직접 이루어지지 않고 고정 클로를 조정함으로써 간접적으로 이루어지므로, 세팅 및 조정 장치가 비교적 커질 수 있어 절삭 블레이드 조정과 관련한 조작에 긍정적인 작용을 한다. 또한 비교적 큰 고정 장치가 사용될 수 있기 때문에 절삭 블레이드 인서트에 작용되는 고정력(clamping force)이 상승될 수 있다. 따라서 상당히 큰 나사가 6각형의 평면에 큰 폭 및 큰 전달 가능한 힘을 갖고 사용될 수 있다.
바람직하게 상기 고정 클로의 포켓은 절삭 블레이드 인서트가 상기 포켓 내에서 서로 각도를 갖고 위치하는 적어도 두 개의 표면을 통해 지지될 수 있도록 상기 절삭 블레이드 인서트를 폼-록킹 방식(form-locking manner)으로 수용한다. 분할 가능한 인서트에 작용하는 강제력(compulsive force)을 최소화하여 정적(static)으로 특정된 위치 고정이 이루어진다. 예를 들어, DIN에 따른 분할 가능한 인서트와 같은 절삭 블레이드 인서트를 고정 클로의 포켓에 폼-록킹으로 수용하는 것은 수개의 포켓의 형상 가능성을 허용한다. 또한 절삭 블레이드 인서트를 추가면을 통해 안정화시키는 것은, 예를 들어, 포켓의 언더컷(undercut) 벽에있는 절삭 블레이드 인서트의 빈 표면(free surface)의 큰 표면 접촉을 통하여 가능하다.
특히 간단한 형태는 고정 클로가 대체로 직육면체(cuboid) 형태로 형성되는데 따른, 특허청구범위 제3항의 개선된 형태로 이루어진다. 이러한 경우, 고정 클로의 포켓은 직육면체의 평면(plane surface)에서 리세스로서 형성되는데, 이 리세스는 절삭 블레이드 인서트의 크기에 적합함으로써, 절삭 블레이드 인서트는 고정 클로에 수용된 상태에서 지지면에 부딪치는 접촉 영역으로 미리 설정된 크기만큼 고정 클로를 넘어서 돌출한다. 이 크기는 예를 들어, 1㎜의 파단면(fraction), 예컨대 0.2㎜에 이른다. 상기 고정 클로는 고정력을 위한 힘의 도입(introduction of force)의 양쪽으로 접촉점(contact points)을 가지도록 지지부재에 응력을 가하고, 힘의 도입이 정확하게 형성되는 장점을 지니게 된다.
고정 클로가 지지부재의 리세스 내에 수용되고, 그 때문에 상기 지지면이 리세스의 구성 요소가 되는, 특허청구범위 제4항에 따른 방식으로써 구조가 추가로 단순화된다.
고정 클로를 조이기 위한 특히 간단한 장치는 특허청구범위 제5항의 대상이다. 원칙적으로는, 그것은 고정 나사가 특정된 경사각(tilt angle)을 갖고 지지면을 향하게 된다면 충분하다. 바람직하게 이 각도는 대개 90°인 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면 필요한 자유도를 갖는 지지부재에 대해 고정 클로 및 이와 함께 절삭 블레이드 인서트의 위치 설정을 확실히 하기 위하여 고정 나사의 통과를 위한 작은 측방향 유극(lateral play)을 반드시 구비해야 한다.
지지부재 상에 절삭 블레이드 인서트를 정밀하게 조절할 수 있음으로써 특히 간단한 방안은 특허청구범위 제8항 내지 제10항의 대상이다.
특허청구범위 제10항의 특징은 조정 동안, 절삭 블레이드 인서트, 예를 들어, 분할 가능한 인서트가 지지면과 평평한 접촉을 잃어버리지 않음으로, 절삭 블레이드 인서트, 특히 분할 가능한 인서트에 작용하는 응력이 제어되기 쉽게 된다. 작용 절삭 블레이드의 위치를 정밀하게 조절하기 전에 이미 대응하여 절삭 블레이드 인서트가 비교적 큰 힘으로 지지면에 압박될 수 있다.
특허청구범위 제15항을 개선한 형태는 고정 클로를 지지면에 평행인 평면에서 움직이게 하거나 선회시킬 수 있다. 특허청구범위 제20항에 따른 개선된 형태와 관련하여, 조정은 두 개의 좌표 방향으로 가능하며, 그 때문에 조정 장치들이 절삭 블레이드 인서트 또는 분할 가능한 인서트의 작용 절삭 블레이드로부터 상당히 멀리 떨어져 있는 영역에 위치한다는 특별한 장점이 얻어진다. 또한 고정 클로의 형상은 계속하여 아주 간단히 유지할 수 있다. 절삭 블레이드 인서트용 포켓을 형성하기 위해서는 오직 리세스만이 필요하고, 중앙 고정 나사를 수용하기 위해서는 관통이 필요하다.
절삭 블레이드 인서트 고정(cutting blade insert clamping)의 본 발명에 따른 개념은 공구가 회전 구동식 구멍 다듬질 공구(boring refinishing tool)로서 형성될 때 특히 유리하다는 것이 명백하다. 이 경우, 축소된 구조 공간이 또한 공구의 회전 운동에 긍정적으로 작용하기 때문에, 구조의 단순함이 지지하기에 특히 효과적이다. 셰이빙 제거(shaving removal)는 절삭 블레이드 인서트용 고정구조(clamping construction)에 의하여, 그것도 적어도 하나의 절삭 블레이드 인서트의 작용 절삭 블레이드가 작은 직경을 가지고 있을 때에만 약간 침해받을 뿐이라는 또 다른 장점을 지닌다.
본 발명의 바람직한 개선 형태들은 나머지 종속항들의 대상이다.
하기에 개략적인 도면에 의거하여 본 발명의 실시예들이 보다 상세히 설명된다.
도 1은 공구의 제1 실시예의 사시도이고, 상기 공구는 내연 기관(internal combustion motors)의 밸브 시트(valve seat)를 가공하기 위한 다듬질 절삭 공구(fine machining tool)로서 구성된다.
도 2는 분해된 리머-인서트(reamer-insert)와 함께 도 1에 따른 공구의 부분 영역을 약간 확대한 측면도이다.
도 3은 DIN 분할 가능한 인서트 형태의 절삭 블레이드 인서트용으로, 도 1, 도 2에 따른 공구와 관련하여 사용되는 고정 클로(clamping claw)의 측면도이다.
도 4는 도 3의 "IV"에 따른 도면이다.
도 5는 도 3의 "V"에 따른 도면이다.
도 6은 도 3의 "VI"에 따른 도면이다.
도 7은 도 3의 "VII"을 상세하게 나타내는 도면이다.
도 8은 도 3의 VIII-VIII 선을 따라 절단한 단면도이다.
도 9는 절삭 블레이드 인서트를 제거한 경우 고정 클로의 약간 축소한 크기의 사시도이다.
도 10은 공구의 또 다른 실시예에 따른 절삭 블레이드 인서트를 구비한 고정클로의 약간 확대한 크기의 사시도이다.
도 1은 회전축(A)을 갖고 회전 구동식 공구(15)에서 다수의 절삭 블레이드 인서트를 지지하는 지지부재(20)를 도시한다. 상기 지지부재(20)는 대체로 원통형 형상으로 형성되고, 공구 베이직 리시버(tool basic receiver)(17)에 위치한다. 리머(reamer)(19)는 그 샤프트와 함께 지지부재(20)에 견고하게 위치된다.
도 1에 도시된 공구는 예를 들면, 내연 기관용 실린더 헤드(cylinder head)를 다듬질할 때 사용되고, 특히 한편으로는 밸브 샤프트용 가이드 부시를 수용하기 위한 구멍을 다듬질하기 위해, 다른 한편으로는 실린더 헤드의 밸브 시트면을 다듬질하기 위해 사용된다. 밸브 시트면이 절삭 블레이드 인서트(30)의 작용 절삭 블레이드에 의하여 가공되는 동안, 가이드 부시용 구멍이 리머(19)에 의해 만들어진다.
밸브 기구(valve mechanism)를 확실한 작동을 보장하기 위하여, 두 작용면 사이에서, 다시 말해 가이드 부시용 구멍과 밸브 시트면 사이에서 기밀 공차 세팅으로 정확한 상대 위치(relative position)가 유지되어야만 한다는 것이 명백하다.이러한 목적을 위해서, 회전축(A) 및 리머(19)에 대한 작용 절삭 블레이드(32)의 위치가 정확히 조정되고 조정된 위치에서 고정된 상태로 유지되어야 한다. 따라서 DIN-분할 가능한 인서트(30)를 도시한 실시예에서, 상기 절삭 블레이드 인서트를 3 자유도, 즉, 하나는 축 자유도(AX), 두번째는 반경 자유도(RA), 세 번째는 회전 자유도(RO)에 대하여, 위치 결정을 해야할 필요가 있다. 이때 1㎜의 1/100 영역 또는 각도 정확한 영역에서 조절 가능성이 확실하도록 정밀한 조정이 이루어져야 한다.
이러한 목적을 위해 절삭 블레이드 인서트, 즉 분할 가능한 인서트(30)는 고정 클로(34)에 폼-록킹(form-locking) 방식으로 수용되고, 상기 고정 클로는 앞에 설명한 3 자유도(AX, RA 및 RO)를 고려하면서 조정 가능하게 지지부재(20)에 고정된다. 절삭 블레이드 인서트, 즉 분할 가능한 인서트(30)가 고정 클로(34)에 폼-록킹 방식으로 수용되므로, 분할 가능한 인서트는 고정 클로(34)를 조정함에 의하여 지지되며, 따라서 고정 클로와 함께 정밀한 조정을 행할 수 있다. 조정은 도 1에 참조 부호 50 또는 60으로 도시된 두 개의 세팅 장치에 의해 이루어진다. 조정 장치(50)는 반경 조정(자유도 RA) 및 회전 조정(회전 자유도 RA)을 실현하는 기능을 하는 반면, 상기 조정 장치(60)는 축 조정(자유도 AX)을 위하여 동원된다.
상기 고정 클로(34)는 대체로 지지부재(20)의 각 리세스(angular recess)(36) 내에 수용되는 직육면체 형상을 갖는다.
고정 나사(38)는 해당 절삭 블레이드 인서트(30)를 삽입하면서 고정 클로(34)를 지지부재(20)에 조일 수 있게 한다.
상기 절삭 블레이드 인서트(30)의 응력 및 조정의 상세한 설명은 치수로 된 작업장 도면들에 근거한 본 발명의 가능한 실시예를 나타내는, 도 2 내지 도 9의 다음 설명으로부터 명백할 것이다.
도 2에서는 지지부재(20)의 리세스(36)가 두 표면, 즉 지지면(40) 및 상기 지지면(40)에 수직으로 배치된 벽(42)에 의해 경계를 이루고 있음을 알 수 있다. 상기 고정 클로는 바닥쪽으로는 표면(42)을 통해 지지면(40)에 지지된다. 고정 클로(34)는 표면으로부터 멀어지는 단부 영역에서 포켓(44) 내에 삽입된다. 포켓은 분할 가능한 인서트(30)를 폼-록킹 방식으로 수용한다. 포켓(44)은 큰 면(30-1)의 분할 가능한 인서트가 평평하게 지지되는 바닥면(46)을 갖는다. 대향하는 큰 면(30-2)은 지지부재(20)의 지지면(40)에 지지된다.
상기 포켓(44)은 깊이(T)(도 7 참조)가 분할 가능한 인서트(30)의 두께(D)(도 2 참조)보다 설정된 크기만큼 작도록 형성된다. 또한 표면(42)에 연결되는 고정 클로(34)의 바닥면은, 고정 클로(34)의 전방 단부(도 3에 따르면 좌측 단부)로 연장되는 자유 밀링(free milling) 영역(48)을 구비한다. 이러한 구성으로 분할 가능한 인서트(30)가 설치된 상태에서 고정 클로(34)의 표면(42)만 지지부재(20)에 닿으므로, 고정 나사(38)를 조으면 고정력이 표면 쌍(surface pairing)(46/30-1)을 통해 분할 가능한 인서트(30)에 전달될 수 있음이 확인되었다.
도 2 내지 도 9에 도시한 바와 같이, 고정 나사(38)의 축(39)은 대체로 표면(42) 및 지지면 영역(40-1) 사이의 중앙에 위치하고, 분할 가능한 인서트(30)는 지지면 영역을 통해 지지면(40)에 평평하게 놓인다.
고정 나사(38)를 수용하기 위한 고정 클로(34)에 개구(opening)(37)가 구비되고, 상기 개구는 긴 구멍의 형태로 형성되고, 개구의 작은 직경(D37)은 고정 나사(38)의 샤프트(도시되지 않음)의 직경보다 크다. 예를 들어, 6각 구멍 리세스(hexagon socket recess)를 갖추고 있는 나사 헤드(screw head)를 수용하기 위해, 고정 클로(34) 상부측에 함몰부(depression)(35)가 형성된다. 고정 클로(34)를 고정시키기 위해, 상기 고정 나사는 지지부(20)의 나사 구멍(screw threaded bore)(47)(일점쇄선으로 표시됨)에 맞물린다.
고정 나사의 축(39)은 도시된 실시예의 경우 지지면(40)에 수직으로 위치한다. 그러나 반드시 그럴 필요는 없다. 또한 축이 표면(42)에 대해 예각(acute angle)으로 경사지는 경우도 생각해볼 수 있다.
도 3에서는 자유 밀링 영역(48)의 표면이 표면의 뒤에 있는 치수가 참조부호 MF로 지시된다. 이 치수는 0.1㎜ 및 0.5㎜ 사이, 바람직하게는 0.1㎜ 및 0.3㎜ 사이이다.
도시된 실시예에서, 분할 가능한 인서트(30)는 3각형 플레이트에 의해 형성되고, 그 윤곽은 도 4에서 일점쇄선으로 지시된다. 고정 클로(34)의 포켓(44)은 3개의 지지면이 분할 가능한 인서트를 위하여 구비되도록 대응되게 형성된다. 표면(42)과 평행인 바닥면(46)에 언더컷(undercut) 측벽(41)(도 9 참조)이 연결되고, 상기 측벽의 경사는 분할 가능한 인서트의 형상에 적합하고, 삽입된 상태에서, 분할 가능한 인서트의 빈 표면(free surface)은 측벽에 평평하게 지지된다. 포켓의 형상은 분할 가능한 인서트(30)가 삽입된 상태에서 작용 절삭 블레이드(31)가고정 클로 몸체(34)로부터 돌출되도록 또한 선택되어 상기 절삭 블레이드가 작동을 시작할 수 있다.
포켓은 언더컷 밀러(undercut miller)와 함께 고정 클로(34)의 몸체 내에 잠김는 공정으로 만들어지는 것이 바람직하고, 상기 언더컷 밀러는 도 5에서 일점쇄선의 원으로 지시된다. 포켓(44)을 위한 자유 밀링의 베이스는 실린더형 단부 밀링 커터(cylindrical end milling cutter)에 의해 밀링되어, 삽입된 상태에서 분할 가능한 인서트(30)의 밀폐 팁(enclosed tip)(30-3)을 위해 빈 공간이 남는다.
도 4에 따른 분할 가능한 인서트(30)가 포맷(44) 내에 삽입되면, 상기 분할 가능한 인서트는 측벽(41)의 언더컷 형상에 의하여 포켓 내에 미리 고정된다. 상기 분할 가능한 인서트(30)가 삽입된 고정 클로는 그때 지지면(40)에 위치될 수 있다. 이 상태에서, 상기 고정 나사(38)는 개구(37)를 통하여 삽입되고 나사산(47)과 맞물릴 수 있다. 나사를 조임으로써, 나사 헤드는 함몰부(35)와 더 단단히 접촉하게 되고, 이로써 분할 가능한 인서트의 표면(30-2)이 지지면(40)을 압박한다. 이 미리 설정된 상태에서 작용 절삭 블레이드(31)의 방향 조정을 정밀히 할 수 있다.
이 목적을 위해 개구(37)의 측면에 나사 구멍(52)이 형성되고, 상기 나사 구멍의 축은 대체로 측벽(33) 및 이 측벽과 함께 지지부재(20)의 리세스(36) 벽부(22)에 수직으로 위치한다. 나사 구멍은 실린더형 구멍(54)으로 넘어가고, 실린더형 연삭 볼트(bolt)(상세히 도시되지 않음)가 구멍부에 이동 가능하게 관통된다. 전방측에 6각 구멍 리세스(56)를 갖는 그러브 나사(grub screw)(50)가 나사구멍(52) 내에 나사 체결될 수 있다. 상기 그러브 나사는 점점 더 힘을 가하면서 나사체결하면, 실린더형 나사 구멍(54)에 꼭 맞게 통과되는 실린더형 연삭 핀(pin)에 지지되고, 상기 핀은 실린더형 구멍(54)으로부터 밖으로 밀려나고 점점 더 힘을 가하면서 측부(22)에 지지된다. 따라서 그러브 나사가 고정 클로(34) 내에서 회전되므로, 상기 분할 가능한 인서트(30)으로부터 멀어지는 부품과 함께 상기 고정 클로는 반경 방향 외측으로 움직이므로, 작용 절삭 블레이드(31)의 정밀한 조정이 RA(반경) 및/또는 RO(비틀림 운동]) 자유도에 대하여 이루어진다.
이러한 정밀한 조절을 위해 연삭된 볼트가 사용되기 때문에 조정이 충격(jolt) 없이 이루어질 수 있고, 압력 볼트(pressure bolt)가 측부(22)에 박히지 않도록 할 수 있다. 개구(37)의 크기는 물론 고정 나사의 샤프트 주변에 빈 공간을 충분히 남겨놓도록 선택되어, 정밀한 조정이 아무런 문제없이 이루어질 수 있다. 본 발명에 따른 구성은 정밀 조정 장치 및 고정 장치가 작용 절삭 블레이드(31)가 몇몇 작은 각분(angular minute)의 공차 영역 내에 정확히 자리잡을 수 있음이 밝혀졌다.
세 번째 자유도, 즉 축 방향으로의 정밀 조정(자유도 AX)이 이루어질 수 있도록, 분할 가능한 인서트(40)로부터 멀어지고 지지면(40) 또는 표면(42)에 대체로 수직으로 위치하는 벽은 예를 들어, 원뿔형 링(conical ring)으로 형성되는 원뿔형 조정 부재(conical adjustment element)(62)에 지지되고, 상기 원뿔형 링은 고정 클로(34)의 대응면(64)의 면을 따라서 또는 선을 따라서 지지된다. 상기 원뿔형 조정 부재(62)는 예를 들면, 좌/우 나사(이 나사의 헤드는 도 1에서 도시되어 있음)에 의해 구동되어, 도 2의 이중 화살표(ST)에 대응하는 6각 구멍 리세스를 통해작동에 따라 이동할 수 있다.
상기 원뿔형 조정 부재가 지지면(40)으로 이동된다면, 상기 원뿔형 조정 부재(62) 및 마찬가지로 원뿔형 대향면(64) 사이에서 점점 더 증가하는 면 접촉은 고정 클로를 축 방향으로, 즉 도 3에 따르면 좌측으로 압박함으로, 작용 절삭 블레이드(30)의 길이 조절이 이루어진다. 원뿔형 조정 부재(62) 또는 대응면(64)의 원뿔형의 각도는 도 3에서 15°로 제시된다. 그렇지만 이러한 척도 제시는 하나의 예로만 보아야 한다는 것은 분명하다. 이러한 원추형 각도를 적당히 변화시킴으로써, 정밀 조정을 위한 이동률(rate of translation)을 대응하여 증가시킬 수 있다. 좌/우 나사(상세히 도시되지 않음)용 나사부(threaded section)의 크기를 정하는 것도 마찬가지이다.
상기한 기술을 통해, 분할 가능한 인서트(30)는 폼-록킹 방식으로 바람직하게 고정 클로의 언더컷 포켓 내에 수용됨으로써 정밀 조정시 고정 클로에 대하여 더 이상 움직이지 않으므로, 작용 절삭 블레이드(31)가 조정 장치(50, 60)의 작동 동안 실제로 바람직한 운동을 한다는 점을 알 수 있다. 즉, 절삭 블레이드 인서트 또는 분할 가능한 인서트는 추가 보조 수단을 필요로 하지 않고도 고정 클로의 운동에 똑같이 연결되다는 것이다. 따라서 분할 가능한 인서트는 매우 간단하게 형성될 수 있으며, 이것은 어떤 개구에 의해서도 약화되지 않을 필요가 있는, 통상적인 DIN 분할 가능한 인서트로 작업할 수 있다는 것을 의미한다.
세 가지 자유도(AX, RA 및 RO)로 작용 절삭 블레이드(31)의 조정이 완료되면, 고정 나사(38)가 최종적으로 조여지고, 이로써 작용 절삭 블레이드(31)의 위치가 지지부재(20)에 대하여 이동 불가능하게 고정된다. 고정 클로의 포켓(44)이 분할 가능한 인서트(30)를 위해 비교적 큰 나머지 표면(resting surface)(도 5에 도시된 바와 같음)을 형성하므로, 분할 가능한 인서트 자체는 고정력이 아무리 크다 하더라도 과도하게 하중을 받지 않는데, 이는 분할 가능한 인서트가 마찬가지로 큰 대응면을 통해 지지면에 지지될 수 있기 때문이다. 분할 가능한 인서트는 절삭 블레이드 바로 뒤쪽에서 고정되므로, 절삭 블레이드로부터 공구로 대단히 양호한 힘의 유동이 확실히 보장된다. 또한 공구는 대단히 경제적으로 사용 가능하다. 다른 형태의 분할 가능한 인서트를 사용해야 하는 경우에도, 고정 클로만 교체하면 된다. 또한 분할 가능한 인서트는 포켓에 평평하게 지지되기 때문에, 정밀 조절시, 또 고정 나사에 의해 큰 힘으로 이미 지지면에 압착될 때에도 과도한 하중을 받지 않는다. 이는 분할 가능한 인서트가 고정면(clamping surface)들 사이에서 평평하게 그리고 샌드위치형으로 고정되기 때문이다.
도 9에 따른 설명을 통해, 고정 클로(34)의 형상이 매우 간단하게 고정될 수 있음을 알 수 있다. 대체로 분할 가능한 인서트를 수용하기 위한 포켓(44)을 형성하기 위해 코너에 자유 밀링되는, 직육면체 형상의 몸체가 필요할 뿐인데, 이 직육면체 형상의 몸체는 바닥면에 또 다른 자유 밀링 영역(58)을 갖추고 고정 나사를 위한 개구(37) 및 조정 장치(50)를 위한 구멍(52, 54)을 구비한다. 테이퍼면(tapered surface)(43 및 45)의 기능은 응력 배출(discharge of stress)을 개선하는 데 있다.
앞에 기술한 실시예들을 본 발명의 기본 사상을 벗어나지 않고도 변형시키는 것은 물론 가능하다.
예를 들어 도 10에 도시된 변형의 경우, 고정 클로(134)의 축 조정은 변형된 조정 장치(160)에 의해 이루어진다. 변형된 조정 장치는 볼록 지지부(162)와 함께 고정 클로(134)의 평면에 지지된다. 볼록 지지부(162)의 길이 조정을 위한 적합한 공구가 개구(166)에 의해 작동될 수 있다. 그밖에도 도 10에 따른 실시형태는 도 1 내지 도 9에 따른 실시형태에 대응하므로, 반복을 피하기 위해 실시형태의 상세한 설명은 생략될 수 있다. 도 1 내지 도 9에 따른 변형들의 구성 요소들에 대응하는 도 10에 따른 실시형태의 구성 부재는 숫자 "1"이 앞에 붙었을 뿐 참조부호도 비슷하다.
고정 클로(34, 134)가 벽(22, 122)에 대해 갖는 반경 간격을 조정하기 위해 도면들에 도시된 단독 조정 장치(50, 150) 대신 평행하게 배열되고 그밖의 점에 있어서는 동일한 두 개의 조정 장치도 사용될 수 있어, 고정 클로는 순전히 반경 방향으로 조정될 수 있다.
뿐만 아니라 공구가 예를 들어 DIN에 따른 정사각형의 분할 가능한 인서트처럼 근본적으로 형상은 다르지만 절삭 블레이드 인서트 또는 분할 가능한 인서트를 갖는 것은 물론 가능하다.
앞에서 기술한 실시예들에서 분할 가능한 인서트는 마찰 잠김(frictional locking)에 의해, 또는 언더컷 측벽에 의해 포켓 내에 고정된다. 상기 절삭 블레이드 인서트가 포켓으로부터 나오는 운동을 차단하기 위하여, 고정 클로를 정밀하게 위치시키는 동안 상대 운동이 발생되지 않도록 절삭 블레이드 인서트를 포켓에 고정시키거나 위치시키기 위한 추가 조치들을 취할 수 있다. 이것은 예를 들어, 분할 가능한 인서트의 대응면과 함께 작용하는 표면 또는 리브(rib)를 추가함으로써 발생할 수 있다.
그러브 나사 및 연삭 볼트를 사용한 조정 원리가 조정 장치(50 또는 150)에 의거하여 기술되었다. 그러나 축 조정, 즉 조정 장치(60 또는 16) 영역에서 이와 마찬가지로 조정함으로써 작동하는 것도 똑같이 가능하다.
본 발명은 공구, 특히 가공, 주로 공작물들의 절삭 가공을 위한 회전식 공구를 제공한다. 이 공구에서는 지지부재가 적어도 하나의 절삭 블레이드 인서트, 특히 예를 들어, DIN-분할 가능한 인서트와 같은 플레이트형 절삭 블레이드 인서트를 정확하게 위치시키면서 지지한다. 상기 공구는 지지부재에 대해 절삭 블레이드 인서트의 위치를 조절하기 위한 조정 장치 및 고정 클로를 사용하는 고정 장치를 구비한다. 고정 클로는 절삭 블레이드 인서트를 평평하게 지지면에 압박함으로써, 지지부재에 대해 위치 조절된 절삭 블레이드 인서트를 고정시킬 수 있다. 약화시키는 개구를 구비하지 않고도 임의의 형태를 지닌 분할 가능한 인서트 및 특히 임의로 소형의 분할 가능한 인서트를 사용할 수 있도록 하기 위해, 그리고 조정 및 고정 장치의 공간 절약 형상으로 공구 및 셰이빙 제거를 형성할 수 있는 최대 크기의 빈 공간을 확보하기 위해, 절삭 블레이드 인서트는 고정 클로의 포켓에 수용되고 지지면이 직접 지지부재에 형성된다.

Claims (26)

  1. 가공, 주로 공작물들의 절삭 가공을 위한 특히 회전식 공구로서, 지지부재(20, 120)가 적어도 하나의 절삭 블레이드 인서트(cutting blade insert), 특히 플레이트(plate)형 절삭 블레이드 인서트(30; 130)를 정확한 위치에서 지지하고, 상기 지지부재(20; 120)에 대하여 상기 절삭 블레이드 인서트(30; 130)의 위치를 조절하기 위한 조정 장치(adjusting device)가 구비되고, 고정 클로(clamping claw)(34; 134) 형태의 고정 장치(clamping device)가 구비되고, 상기 고정 클로(34; 134)가 지지면(supporting surface)(40; 140)에 대하여 평평하게 압박함으로써 상기 절삭 블레이드 인서트(30; 130)가 상기 지지부재(20; 120)에 대하여 조절된 위치에 고정될 수 있는, 공구에 있어서,
    상기 절삭 블레이드 인서트(30; 130)는 상기 고정 클로(34; 134)의 포켓(pocket)(44; 144)에 수용되고, 상기 지지면(40; 140)은 상기 지지부재(20; 120)에 형성되는 것을 특징으로 하는 공구.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 고정 클로(34; 134)의 포켓(44; 144)은 절삭 블레이드 인서트(30; 130)가 상기 포켓(44, 144) 내에서 서로 각도를 갖고 위치하는 적어도 두 개의 표면(41, 46)을 통해 지지될 수 있도록 상기 절삭 블레이드 인서트(30; 130)를 폼-록킹 방식(form-locking manner)으로 수용하는 것을 특징으로 하는 공구.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 고정 클로(34; 134)는 대체로 직육면체(cuboid)의 형태로 형성되고, 상기 포켓(44; 144)은 리세스(recess)로서 상기 직육면체의 단부면(end face)(42, 48)에 형성되며, 상기 리세스는 상기 절삭 블레이드 인서트(30; 130)가 상기 고정 클로(34; 134)에 수용된 상태에서 고정 클로(34; 134)로부터 미리 설정된 크기만큼 상기 지지면(40; 140)에 부딪치는 접촉 영역(30-2)으로 돌출하도록 상기 절삭 블레이드 인서트(30; 130)의 크기에 적합한 것을 특징으로 하는 공구.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고정 클로(34; 134)는 상기 지지부재(20)의 리세스(36) 내에 수용되고, 상기 지지면(40)은 상기 리세스(36)의 구성 요소인 것을 특징으로 하는 공구.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고정 클로(34; 134)는 고정 나사(clamping screw)(38; 138)에 의하여 상기 절삭 블레이드 인서트(30; 130)에 조여질 수 있고, 상기 고정 나사는 경사각(tilt angle)(THETA)을 갖고 상기 지지면(40; 140)을 향하게 되는 것을 특징으로 하는 공구.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 경사각(THETA)은 대체로 90°인 것을 특징으로 하는 공구.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서,
    상기 고정 나사(38)는 측방향 유극(lateral play)으로 고정 클로(34)를 관통하는 것을 특징으로 하는 공구.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고정 클로(34)는 또 다른 시트면(seating surface)(42; 142)을 통해 상기 지지부재(20; 120)에 지지되는 것을 특징으로 하는 공구.
  9. 제4항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    또 다른 시트면(42; 142)이 상기 고정 클로(34)를 위한 리세스(36)의 표면에 조여질 수 있는 것을 특징으로 하는 공구.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고정 클로(34) 및 고정 클로와 함께 상기 절삭 블레이드 인서트(30)는 상기 지지면(40)의 평면에 대해 평행하게, 바람직하게는 이동 가능 및/또는 선회 가능하게 조절될 수 있는 것을 특징으로 하는 공구.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 절삭 블레이드 인서트(30)는 절삭 블레이드 플레이트(cutting blade plate), 특히 분할 가능한 절삭 블레이드 인서트로 형성되고, 상기 분할 가능한 인서트는 한편으로는 상기 지지부재(20)의 지지면(40)에 평평하게 지지되고, 다른 한편으로는 상기 고정 클로(34)의 포켓(44)의 바닥면(46)에 지지되는 것을 특징으로 하는 공구.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 고정 클로(34)의 리세스(44)는 언더컷 측벽(undercut side wall)(41)을 구비하고, 상기 측벽에 상기 절삭 블레이드 인서트(30)의 빈 면(free surface)(30-4)이 지지되는 것을 특징으로 하는 공구.
  13. 제3항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고정 클로(34)의 리세스(44)는 코너 영역(corner region)에 형성되는 것을 특징으로 하는 공구.
  14. 제3항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 포켓(44)은 상기 지지면(4)에 평행인 바닥면(46)을 갖는 밀링 영역(milled-in area)의 형태로 지지면(40)을 향하는 측면의 코너 영역에 형성되는 것을 특징으로 하는 공구.
  15. 제3항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고정 클로(34; 134)는 지지면(40)에 평행한 평면에서 나사 볼트 장치(50, 52, 54, 150)를 이용하여 이동 가능 및/또는 선회 가능한 것을 특징으로 하는 공구.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 나사 볼트 장치(50)는 상기 고정 클로(34)를 대체로 중앙에서 관통하는 것을 특징으로 하는 공구.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 나사 볼트 장치(50)는 연삭된 볼트를 구비하고, 상기 볼트를 이용하여 상기 고정 클로(34)가 상기 지지부재(20; 120)의 리세스(36)의 대응면(22; 122)에 지지되는 것을 특징으로 하는 공구.
  18. 제8항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고정 클로(34; 134)의 또 다른 시트면(42; 142)은 고정 장치(50; 150)와 관련하여 상기 고정 클로(34; 134)의 다른쪽 단부 영역에 형성되는 것을 특징으로 하는 공구.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 또 다른 시트면(42; 142)은 소정의 재료 바(material bar)로 형성되고, 상기 재료 바는 자유 밀링 영역(free milled area)(48)을 통하여 상기 고정 클로(34)의 아랫쪽에 놓여 있는 것을 특징으로 하는 공구.
  20. 제10항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고정 클로(34; 134)는 상기 조절부재 상의 상기 절삭 블레이드 인서트(30; 130)로부터 멀어지는 측면에 지지되는 것을 특징으로 하는 공구.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 조절부재는 쐐기부재(wedge element)(62)로 형성되고, 상기 쐐기부재는 상기 고정 클로(34)의 상응하게 형성된 외측면(64)에 평평하게 지지되고 조정 장치(60)를 사용하여 이동 가능한 것을 특징으로 하는 공구.
  22. 제1항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 절삭 블레이드 인서트(30; 130)는 DIN 분할 가능한 인서트에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 공구.
  23. 제1항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 절삭 블레이드 인서트(30; 130)는 다각형 플레이트(polygon-plate), 바람직하게는 삼각형 또는 정사각형 플레이트의 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는공구.
  24. 제1항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공구는 적어도 하나의 절삭 블레이드 인서트(30; 130)가 표면을 정밀 다듬질(fine machining)하는 기능을 하는 회전 구동식 구멍 다듬질 공구(bore refinishing tool)로서 형성되고, 상기 표면은 기밀 공차 세팅으로 공구(15)의 회전축(A)에 대해 상대 위치(relative position)를 갖고 있는 것을 특징으로 하는 공구.
  25. 제24항에 있어서,
    상기 지지부재(20)의 리세스(36)는 서로 각도를 두고 위치하는 두 개의 표면(40, 22)을 구비하는 축방향의 밀링에 의해 형성되고, 상기 표면 중 하나는 상기 절삭 블레이드 인서트(30)를 위한 지지면(40)을 형성하는 것을 특징으로 하는 공구.
  26. 제1항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 절삭 블레이드 인서트(30; 130)는 경금속(hard metal), 세라믹(ceramic) 또는 서밋(cermet)과 같은 마모 및 파열 저항 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 공구.
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