KR20030089638A - 보어의 버링 가공을 위한 공구, 장치 및 방법 - Google Patents

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KR20030089638A
KR20030089638A KR10-2003-0031242A KR20030031242A KR20030089638A KR 20030089638 A KR20030089638 A KR 20030089638A KR 20030031242 A KR20030031242 A KR 20030031242A KR 20030089638 A KR20030089638 A KR 20030089638A
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solvent
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KR10-2003-0031242A
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가이저길버트
헤비쉬해랄드
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귀링 요르크
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Abstract

예를 들어, 측면에서 대체로 실린더형 리세스로 통하는 보어 같은 파단면을 버링 가공하기 위해 주로 회전 구동되는 공구에 대해 설명된다. 공구는 섕크에 위치하는 커터 헤드를 갖고, 커터 헤드는 적어도 하나의 절삭날을 가지며, 절삭날은 적어도 섹션별로 축 방향으로 연장된다. 버링 가공을 확실하고 가능한 한 저렴한 비용으로 수행할 수 있도록 반경 방향 힘 발생 장치가 공구에 통합되는데, 예를 들면, 적어도 하나의 분지관이 시작되는 적어도 하나의 내부 용제관의 형태로 통합된다. 이때 분지관은 커터 헤드의 영역 내지 그 근처에서 주로 적어도 하나의 절삭날과 원주 간격을 두고 외부 원주면으로 통한다. 반경 유극을 갖고 리세스에 삽입될 수 있도록 커터 헤드의 직경이 선택되기 때문에, 공구의 회전 시 또는 압력을 받고 있는 용제의 공급에 의해 발생한 반경 방향 힘을 갖고, 커터 헤드는 반경 방향으로 탄성 행정된다. 이로써 리세스의 내부 표면은 부드럽게 가공되고 버링 가공 공정도 확실하게 수행될 수 있다.

Description

보어의 버링 가공을 위한 공구, 장치 및 방법 {TOOL, DEVICE AND METHOD FOR BURRING OF BORE}
본 발명은 특허청구범위 제1항의 범주에 따라 보어, 예를 들면, 측면에서 예컨대, 실린더형 리세스(recess)로 통하는 보어의 버링 가공을 위한 주로 회전 구동되는 공구에 관한 것이다. 본 발명은 또한 동종의 보어를 본 발명에 의한 공구를사용하여 버링 가공하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
측면에서 예를 들어, 실린더형 리세스로 통하는 보어를 버링 가공하는 데는 커다란 문제가 있다. 예를 들어, 자동차 기술 영역 - 캠축(camshaft) 또는 크랭크축(crankshaft)의 중앙 축 보어로 통하는 반경 보어의 경우 - 및 모빌 유압(mobile hydraulic) 영역에서, 중앙 보어에 수용된 밸브 피스톤(valve piston)을 조절 연결을 통해 반경 채널 형태로 바꾸려 할 때 동종의 보어는 반드시 필요하다. 이러한 반경 채널은 대체로 보어 가공 과정 중에 생길 수밖에 없기 때문에 보어 공구가 특수하다 할지라도, 반경 채널이 중앙 보어 리세스로 통하는 영역에 버르(burr) 또는 잔여 칩(chip)이 남을 수 있다.
이러한 칩이 흐름 조건(flow condition)에 영향을 미치고 그 결과 상응하는 조절 시스템(control system)의 조정 및 기능을 약화시킨다는 점을 제외하고도, 조절 시스템의 작동 시작 전에 칩이 제거되지 않으면 시간이 약간 경과한 후 칩이 찢겨져 시스템을 심각하게 손상시킨다는 특별한 문제가 있다.
따라서 조절 시스템 기술에 비용이 점점 더 많이 들기 때문에, 칩 여분을 반경 채널 입구로부터 가능한 한 완벽하게 제거하려는 시도가 오래 전부터 있어왔다. 축에 위치한 커터 헤드(cutter head)를 제거될 칩에 가능한 한 정확하게 갖다댈 수 있는 특수 공구들 역시 사용되었다. 그러나 이를 위해 반드시 필요한 정밀성 때문에 제조 공정 비용이 상당히 비싸졌다.
본 발명의 목적은 버링 가공 과정을 훨씬 경제적으로 수행하면서도 확실하고오류가 없는 공구, 장치 및 방법을 마련하는 데 있다.
본 발명의 목적은 공구에 관해서는 특허청구범위 제1항의 특징에 의해, 장치에 관해서는 제37항의 특징에 의해, 방법에 관해서는 제43항의 방법 단계에 의해 달성된다.
본 발명에 따르면 반경 방향 힘(radial force) 발생 장치가 공구에 통합되고, 이 장치를 이용하여 비교적 정확하지 않게 리세스 또는 보어에 삽입되고 구조가 대단히 간단한 공구의 커터 헤드를 반경 방향으로 행정(excursion)시킬 수 있다. 그 결과 부품에 관하여 상대 회전 운동을 실행하고 예를 들면, 회전 구동되는 커터 헤드는 리세스의 내부 표면이나 보어 또는 예컨대, 반경 채널의 입구를 따라 '선회하거나' 내지는 '비틀거리는(wobble)' 스크랩(scrap) 운동 또는 절삭 운동을 실행한다.
공구의 커터는 부품의 리세스에 관하여 사이클로이드(cycloid) 상에서 움직인다. 이런 방법을 통해, 버르 내지 경우에 따라서는 칩 여분을 조심해서 다루면서도 재활용할 수 있도록 확실히 제거하여 다른 부위에 또다시 잔여 칩이 형성될 위험을 없앨 수 있다는 점이 밝혀졌다.
커터 헤드가 주로 조정되는 반경 방향 행정을 하도록 작용하는 반경 방향 힘은 여러 방식으로 생성될 수 있다. 바람직한 변형 형태는 종속항 제2항 내지 제17항 또는 제18항 내지 제20항의 대상이다.
종속항 제2항 내지 제17항의 개선 형태를 통해 특히 간단한 구조를 얻을 수 있다. 여기에서는 예를 들어, 칩을 제거하는 가공에서 사용되는 냉각제 및 윤활제처럼 보통의 가공 과정에서 압력을 받고 있는 용제(flux)가 있으면 커터 헤드를 반경 행정시킬 수 있으므로, 커터 헤드가 버링 가공하는 기능을 수행한다.
이러한 행정시 커터 헤드 영역 내지 그 가까운 주변에서 용제의 동압(dynamic pressure) 때문에 발생한 추진력뿐만 아니라 용제 흐름의 방향을 바꿈으로써 발생하는 추진력 역시 중요한 역할을 하므로, 효과적인 반경 방향 힘을 잘 조정할 수 있다.
이 경우 공구의 맞물리는 부분은 압력을 받고 있는 용제에 의해 계속 세척되기 때문에 칩을 제거하는 효과는 더욱 강해진다. 용제의 압력 및/또는 공구축의 형상을 통해 공구 축의 반경 행정을 광범위하게 조정할 수 있으므로, 커터 헤드의 반경 유극 역시 리세스에서는 비교적 대략 주어질 수 있다. 이로써 공구는 보다 저렴해진다. 그러나 이로써 공구를 수용하는 구동 장치의 조정 역시 대단히 간단해질 수 있는데, 이는 공구가 리세스의 축에 대하여 비교적 대강 위치할 수 있기 때문이다. 따라서 공구는 비교적 정확하지 않게 작동하는 기계들에도 사용할 수 있다. 공구의 위치는 공구가 리세스 내주에서 스크랩 운동을 하는 동안 정해진다. 본 발명에 의한 작동 원리는 통용되는 모든 소재, 즉 강철, 회선철은 물론이고 플라스틱에 이르기까지 적용될 수 있음이 확인되었다.
입구 구멍 및 리세스 내주 사이 영역에 공구를 충분히 반경 방향으로 행정시키는 압력을 구축하여 절삭날(cutting edge)에 효과적으로 맞물리기 위해서는, 근본적으로는 단 하나의 분지관(branch canal)으로 충분하다. 용제의 압력은 분지관에서 하나의 용제 흐름이 나타날 정도로 분지관이 직경에 맞추는 것도 가능하다는점이 밝혀졌다. 용제의 흐름은 절삭 흐름(cutting stream)의 기능을 갖는데, 이것은 칩을 제거하는 가공을 할 수 있는 '물 절삭(water cutting)'에 의해 잘 알려져 있다. 다시 말해 입구 구멍에서 나오는 흐름은 공구 섕크(tool shank)용 행정 기능과 무관하게 버링 가공을 위해 사용될 수 있다. 더욱이 윤활제 압력이 오늘날 30바 이상인 일반적인 영역에 적용될 때 사용될 수 있다.
특별히 효과적인 가공의 형태는 특허청구범위 제3항의 개선 형태에서 나타난다. 복수의 분지관을 통해 보다 효과적이고 신속한 가공이 이루어질 수 있다. 이러한 변형은 또한 여러 절삭날을 커터 헤드에 장착시킬 수 있게 하므로, 필요한 가공시간을 훨씬 줄일 수 있다.
입구 구멍을 축 방향으로 쌓아올리는 여러 분지관을 갖추면, 위에서 언급한 '절삭 흐름 효과'를 확대된 축 길이에 걸쳐 사용할 수 있다. 이로써 가공 지속 시간을 더욱 줄일 수 있게 된다.
특허청구범위 제4항에 따르면, 분지관의 직경이 0.1 내지 5㎜일 때 분지관의 측정에 대한 특히 바람직한 결과를 얻을 수 있다.
축의 길이를 통해 공구의 반경 가요성을 쉽게 조정할 수 있다. 이때 축이 길면 공구를 보편적으로 사용할 수 있다는, 즉 리세스 내부에서 비교적 멀리 통하는 보어의 버링 가공에 사용할 수 있다는 부수적인 바람직한 효과도 생긴다. 이것은 주로 축 길이가 5 내지 1000㎜ 영역에서 사용된다.
특허청구범위 제8항에 따라 내부에 있는 용제관이 복수 제공된다면, 커터 헤드의 외주면에 입구 구멍이 배치될 가능성이 더욱 많아진다.
입구 구멍들이 절삭날 영역에 위치함으로써, 입구 구멍 및 리세스 내벽 사이의 공간은 가능한 한 작아진다. 그러나 충분한 동압을 만들어낼 만큼 용제 압력이 높으면, 입구 구멍이 이웃한 두 절삭날 사이에 있는 그루브(groove) 바닥 영역에 놓일 수 있다.
분지관은 근본적으로 임의로 형성될 수 있고, 또 휘어지고, 예를 들면, 나선형으로 연장될 수 있다. 적어도 하나의 분지관은 직선으로 형성되는 것이 바람직하다. 이때 분지관은 하나의 보어로 형성되거나 침식된 리세스로 형성될 수 있다. 후자의 경우 도관 형성시 가요성이 보다 크다.
분지관의 각도가 공구축에 대해 5° 내지 175°, 바람직하게는 25° 내지 155°, 특히 주로 40° 및 50° 사이일 때 흐름 손실을 막을 수 있다.
적어도 하나의 절삭날이 공구의 축면에 대해 약간의 각도를 갖고 있다면, 버링 가공 시에 절삭 조건에 의도적으로 영향을 미칠 수 있으므로 작업의 정확성이 좋아진다.
커터 헤드 및 리세스 내벽 사이의 반경 유극이 있으면 0.1㎜ 및 0.5㎜ 사이 영역에서 양호한 결과를 얻을 수 있다. 이때 이 유극은 용제의 사용 압력(working pressure) 수준에 연결된다. 유극을 위한 값도 5㎜까지 제어할 수 있다.
반경 방향 힘 발생 장치를 형성하기 위한 대단히 간단한 대안은 특허청구범위 제18항 내지 제20항의 대상이다. 여기에서는 공구의 불균형, 주로 커터 헤드 영역 또는 그 근처에서의 불균형이 커터 헤드의 조정된 반경 행정을 위해 사용된다. 반경 방향 행정의 절대값을 속도를 통해 간단하게 조정할 수 있음으로써, 커터 헤드를 예컨대, 속도가 비교적 작을 때 리세스 또는 보어 내로 삽입시키고 이어서 속도를 충분히 올려 적어도 하나의 공구날(tool cutter)의 바람직한 버링 가공 운동을 야기할 수 있다. 이 실시예에서 커터 헤드 내지 날은 특허청구범위 제2항 내지 제17항에 따른 변형 형태의 경우와 똑같이 형성될 수 있다.
반경 방향 행정의 또 다른 영향 가능성은 공구 섕크의 형상을 최적화시킨 데 있다. 특허청구범위 제23항의 개선 형태에서는 섕크의 필수적인 반경 가요성이 개선된다.
특허청구범위 제25항의 개선 형태에서는 공구의 삽입이 더욱 간단해진다. 커터 헤드 양쪽에 일종의 절삭면이 형성된다면, 공구는 또한 공구가 삽입되는 보어의 내측 유출구를 버링 가공하는 데 사용된다. 커터 헤드의 파동(wobbling) 때문에 보어의 버르가 서서히 깎이고, 그것도 커터 헤드의 섕크쪽이 둥글게 된다.
공구의 재질 선택에는 실제로 어떤 제한도 없다. 공구는 전체적으로 또는 적어도 커터 헤드 영역에서 예를 들면, 마모에 강한 강철, 고속도강(HSS, HSSE, HSSEBM), 경질 합금, 세라믹 또는 서밋(cermet) 등과 같은 매우 견고한 소재로 만들어질 수 있다. 이 경우 적합한 코팅 역시 특히 특허청구범위 제34항 내지 제36항에 따른 형태로 적용할 수 있다.
특허청구범위 제28항에 따른 개선 형태에서는 공구가 공구 리테이너(tool retainer)에 사용할 수 있는 다루기 쉬운 유닛이 된다.
특허청구범위 제13항에 따르면, 공구에서 간단한 수단을 이용하여 용제 연결을 위한 절삭 부위를 만들어낸다는 특별한 장점이 있다.
특히 간단하고 비용이 저렴한 변형 형태는 특허청구범위 제14항의 대상이 된다. 이에 따르면, 고정 보디(fixing body)가 동시에 용제 공급을 위한 보디를 형성한다. 이 보디는 주로 길이가 긴 간단한 중공 실린더 형태를 구비하고, 중공 실린더는 공구 섕크와 접착될 수도 있다. 적절한 내 부식성 코팅을 구비하면 이 보디는 보통 강철로 만들어질 수 있는데, 실린더 보디가 배면에 영향을 미치는 용제 압력을 이용하여 공구 리테이너의 로케이팅면(locating face)을 향해 밀림으로써 공구 리테이너에 고정될 수 있기 때문이다.
공구는 밀링 커터(milling cutter), 보링 공구, 특히 심공 보링 공구(deep-hole boring tool), 직선으로 홈이 패인 보링 공구 또는 나선 보링 공구, 또는 리머(reamer)로서 형성될 수 있다.
절삭 각도(cutting angle) 내지 - 밀링 커터 또는 마찰 공구로 형성되는 경우- 역 절삭 각도(back cutting angle)가 플러스(+), 예를 들면, 0° 내지 10°로, 주로 5°로 유지될 때, 절삭날은 반경 압력이 비교적 약할 때 이미 칩 제거 효과를 지닐 수 있으므로, 용제 압력은 비교적 작게 유지될 수 있다.
특허청구범위 제31항에 따른 형태에서는 적어도 하나의 절삭날의 스크랩 작용이 일어난다. 절삭날은 줄(file)의 프로필을 가짐으로써, 결과적으로 특허청구범위 제30항에 따른 형태와 비교할 때 비교적 높은 용제 압력을 갖고 작동하게 된다.
입구 구멍이 복수라면, 입구 구멍은 특허청구범위 제15항에 따라 주로 중심각에 의해 180°까지, 주로 120°까지 제한되는 원주 영역에 위치한다. 이런 경우에는 입구 구멍이 이러한 각도 영역에 걸쳐 균등하게 분포한다는 장점이 있다. 예를 들어, 2개의 입구 구멍이나 입구 구멍의 열 2줄이 있다면, 입구 구멍 내지 입구 구멍 열의 각도 간격은 120°이다. 입구 구멍이 3개일 때 각도 간격은 60°로 줄어들고, 입구 구멍이 4개일 때는 40°로, 입구 구멍이 5개일 때는 30°로 줄어든다.
적어도 하나의 절삭날이 대체로 나선형으로 연장되면, 버르 칩을 제거하는데 특히 바람직한 날 형태가 생겨난다. 이 경우에는 입구 구멍이 여럿일 때 입구 구멍을 마찬가지로 대체로 나선형(helical) 선 내지 - 커터 헤드가 축 방향으로 테이퍼(taper)진다는 점을 고려할 때 - 나선형(spiral) 선 상에 배열하는 장점이 있다.
특허청구범위 제33항에 따른 공구의 개선 형태는, 예를 들어, 직경이 1㎜ 이하이고 마찬가지로 직경이 예컨대, 약 4㎜까지 이를 정도로 작은 심공에 연결되는 보어의 영역에서 버링 가공 공정이 실행되어야 하는 경우, 공구의 섕크가 대단히 얇게 형성될 때 특히 유리하다. 공구가 이 정도로 얇은 섕크 형태로도 커터 헤드를 반복 사용 후에도 정확히 초점을 맞출 수 있을 정도로 충분히 안정적이라는 것을 재질 선택이 확인시켜준다. 이로써 가공의 정확성은 특히 잘 조정될 수 있다. 커터 헤드 자체는 다른 재질로 제조될 수 있고, 예컨대, 공구 섕크에 분리 가능하게 고정될 수 있다.
측면에서 대체로 실린더형 리세스로 통하는 보어를 버링 가공하기 위한 장치의 바람직한 형태는 특허청구범위 제37항의 대상이다. 회전 구동 장치는 간단한 회전 장치나 보링 장치 또는 로봇에 의해 형성될 수 있다. 이 두 경우에는 비교적 부정확하게 작동하는 장치들로 충분하다.
공구 섕크의 행정에 필요한 동력을 얻기 위해, 용제 자체가 가스 형태의 매질, 예를 들면, 공기에 의해 형성될 수 있다는 점이 밝혀졌다. 통용되는 모든 냉각제 및 윤활제를 사용할 수 있음은 물론이고, 소량의 윤활제 역시 사용할 수 있다.
용제 압력을 갖는 장치는 3바 내지 3000바의 영역에서 작동한다.
공구가 특허청구범위 제28항에 따른 고정 보디를 갖는다면, 고정 보디가 베이어닛 연결(bayonet joint) 형태에 따라 공구 리테이너에 수용되는 것이 바람직하다.
본 발명의 특별한 측면은, 특허청구범위 제40항에 따라 - 비교적 높은 - 용제 압력이 적용되어 공구를 공구 리테이너에 축 방향으로 그리고 원주 방향으로 고정시킨다는 점에 있다. 버링 가공시에 절삭력(cutting force)은, 고정 보디가 용제 압력에 의해 지지 루트면(holding shoulder)을 향해 밀릴 때 생기는 마찰력에 의해 용이하게 수용될 수 있다는 점이 밝혀졌다. 이로써 고정 보디의 직경은 커터 헤드의 직경보다 클 수 있다.
특허청구범위 제42항에 따른 개선 형태에서 공구에 적합한 효과적이고 신속한 칩 장치는 간단한 구조를 갖게 된다.
보어, 예를 들어, 측면에서 대체로 실린더형 리세스로 통하는 보어를 버링 가공하기 위한 본 발명에 의한 방법의 본질적인 요소는 특허청구범위 제43항의 대상이다. 기본 원리는, 리세스에 삽입되는 공구의 용제 압력을 활용하여 커터 헤드를 반경 방향으로 행정시키고, 이로써 적어도 하나의 절삭날을 제거될 칩과 맞물리게 하는 데 있다.
기타 바람직한 형태들은 나머지 종속항들의 대상이다.
하기에 개략적인 도면에 의거하여 본 발명의 여러 실시예들이 설명된다.
도 1은 본 발명에 의한 공구의 제1 실시예에 따른 개략적인 측면도.
도 2는 도 1의 'II'를 개별적으로 도시한 도면.
도 3은 도 2의 III-III를 절단한 개략적인 도면.
도 4는 본 발명에 의한 공구의 다른 실시예에 따른 개략적인 측면도.
도 5는 도 4의 'V"를 보여주는 도면.
도 6은 리테이너 및 공구 리테이너에의 고정을 암시하는 도 1에 따른 공구의 변형을 개략적으로 보여주는 부분 도면.
도 7은 도 6의 'VII'을 보여주는 도면.
도 8은 가공 개입이 이루어지기 전 및 가공 개입이 이루어지는 동안 본 발명에 의한 공구의 위치를 개략적으로 보여주는 도면.
도 9 및 도 10은 커터 헤드 형성의 변형 형태를 보여주는 도면.
도 11은 버링 가공 공구의 다른 실시예를 개략적으로 보여주는 측면도를 크게 확대한 도면.
도 12는 도 11에 따른 공구의 커터 헤드를 약간 확대한 도면.
도 13은 도 12의 XIII-XIII를 따라 자른 단면을 확대한 도면.
도 14는 버링 가공 공구의 다른 실시예를 개략적으로 보여주는 측면도를 확대한 도면.
도 15는 도 14에 따른 공구의 커터 헤드를 확대한 도면.
도 16은 도 15의 XVI-XVI를 따라 부분 절단한 단면을 보여주는 도면.
도 17은 구비된 분지관의 상태를 보여주기 위해 도 15에 따른 커터 헤드의 단면을 개략적으로 보여주는 도면.
도 18은 도 8과 유사한 도면으로, 본 발명의 다른 실시예를 개략적으로 보여주는 도면.
도 19는 도 18과 유사한 도면으로, 본 발명의 다른 실시예를 보여주는 도면.
도 20은 특수하게 형성된 본 발명에 의한 공구로 특히 접근하기 어려운 부위에서 버링 가공되어야 하는 보어의 개략적인 도면.
도 21은 도 20의 'XXI'를 개별적으로 보여주는 도면.
도 22는 도 20, 도 21에 따른 가공 과제를 달성할 수 있는 공구를 도 21과 비교하여 약간 축소시켜 보여주는 도면.
도 1에서 회전 구동되고 주로 회전 대칭적인 추후 가공 공구는 버링 가공 공구(10)로서, 측면에서 부품(18)의 대체로 실린더형 리세스(14)로 통하는 보어(12)를 버링 가공 공구를 이용하여 특히 경제적이고 가능한 한 확실하게 반경 내부 단부(16)에서 버링 가공할 수 있다. 그렇지만 이 부위에서는 이미 공구가 또한 정적일 수 있고, 또 그 대신 또는 추가로 부품이 회전 운동을 하게 될 수 있다. 뿐만 아니라 공구는 또한 리세스(14)의 입구 구멍들을 버링 가공하기 위해서도 쓰일 수 있다.
공구는 예를 들면, 밀링 커터, 보링 공구, 특히 심공 보링 공구, 직선으로 홈이 난 보링 공구나 나선 보링 공구 또는 리머로 형성된다. 공구가 칩을 제거하는 가공을 수행할 수 있는 적어도 하나의 절삭날(20*)을 갖는 것이 중요하다.
공구에서는 섕크(20)에 복수의 절삭날(20*)을 갖는 커터 헤드(22)가 위치한다. 절삭날은 도 2 및 도 3에서 볼 수 있듯이 적어도 섹션별로 축 방향으로 연장된다.
공구는 내부에 위치하는 용제관(24)을 갖고, 커터 헤드 영역에서는 복수의 분지관(26)이 용제관으로부터 나온다. 분지관은 커터 헤드(22) 영역에 입구 구멍(28)을 갖고 외부 원주면으로 통하도록 배열된다. 도 2에서 볼 수 있듯이 절삭날은 원주 전체에 걸쳐 분포하므로, 입구 구멍(28)은 적어도 하나의 절삭날(20*), 예를 들면, 직경 맞은편의 절삭날과 원주 간격을 두고 위치한다. 또한 도 1 내지 도 3을 통해 ?? 헤드(22)의 직경(DS)은 반경 유극(SR)을 갖고 리세스(14)에 삽입될 수 있도록 선택된다. 반경 유극은 주로 1/10㎜까지이고, 예를 들면, 0.1㎜ 및 5㎜ 사이다.
공구의 이러한 구조에서는 도 6에 의거하여 기술된 효과를 갖는 하기의 작동 원리가 실현된다.
공구(10)는 공구 리테이너(30)에서 회전 구동을 실현하기 위해 회전 및 밀림에 강하게 수용된다. 공구 리테이너에는 회전 구동 기어(32), 전진 구동 기어(34) 및 용제 압력원(36)이 연결된다. 전진 및/또는 회전 구동기어는 부품(18)을 위해서도 제공될 수 있다. 부품(18)을 위해서는 또한 추가 회전 및/또는 전진 구동 기어가 제공될 수도 있다.
반경 보어(12)가 반경 내부의 입구 영역에서 버링 가공되어야 한다면, 공구(10)는 우선 리세스(14)로 이동된다(일점쇄선으로 도시됨). 반경 유극(SR) 때문에 위치는 비교적 정확하지 않게 정해질 수 있어서, 비교적 정확하지 않은 장치들을 사용하게 된다.
이어서 회전 및 전진 구동 기어가 작동하므로, 공구는 입구 부위(16)가 만들어질 정도로 멀리 리세스 내로 진입하게 된다(또는 반대 운동). 늦어도 맨 처음의절삭날(20*)이 이 부위에 도달하면(선 하나, 점 둘로 도시됨), 용제, 예를 들어, 물이나 다른 공구 냉각제 및 윤활제 또는 가스 형태의 용제는 3바 내지 3000바의비교적 높은 압력 하에서 내부에 있는 용제관으로 공급된다. 이로써 입구 구멍(28) 영역에서 리세스(14)의 내부 원주벽과 공동 작용하면서 상응하게 큰 동압(도 8에서 작은 줄로 암시됨)이 형성된다. 용제의 방향을 돌림으로써 야기되는 추진력 때문에 반경 행정력이 추가로 커터 헤드(22)에 작용한다.
복수의 입구 구멍(28)은 커터 허드(22) 및 리세스(14) 내벽 사이의 입구 구멍(28) 영역에서 발생한 동압력의 총계가 섕크(20)를 반경 방향으로 행정시킬 수 있을 정도로 원주에 걸쳐 불균등하게 분포되므로, 그 결과 생기는 동압력 맞은편의 절삭날은 부위(16)에서 가공될 버르와 접촉하고 버르를 따라 절삭하거나 긁어낸다. 다시 말해, 공구는 이 순간에 반경 유극(SR)의 반경과 함께 회전 운동에 겹치는 선회 운동을 실행한다.
뿐만 아니라 입구 구멍(28)이 반경 보어(12)에 도달하고 반경 보어를 포괄할 때마다 에너지가 풍부한 절삭 흐름이 형성되어, 임계 부위(16)에서 추가로 칩을 제거하는 가공으로 이어진다. 이로써 버링 가공은 대단히 효과적으로 이루어진다.
도 1 내지 도 3에서 드러나듯이, 분지관(26)은 입구 구멍(28)이 축 방향으로 쌓이도록 배열된다. 그러나 이것은 반드시 요구되는 것은 아니다.
앞의 기술에서 분명히 드러나듯이, 동압력은 용제의 압력이 제시되면 가요성 있는 섕크(20)를 충분히 멀리 행정시킬 수 있을 만큼 크다. 5㎜ 내지 1000㎜ 정도일 수 있는 섕크 길이에 걸쳐 탄성 성형을 조절할 수 있다. 도면은 섕크(20)가 커터 헤드(22)의 직경(DS)과 비교할 때 테이퍼진다는 것을 보여준다.
입구 구멍(28)은 하나의 절삭날(20*) 영역 및/또는 이웃한 두 개의 절삭날사이에 있는 그루브 바닥 영역에 위치할 수 있다.
도 3에서는 분지관(26)이 직선으로 형성되어 있음을 알 수 있다. 분지관은 보어 또는 침식된 리세스에 의해 형성될 수 있다.
분지관(26)이 공구(10)의 축(38)쪽으로 기운 각도(WN)는 주로 5° 내지 175°, 바람직하게는 25° 내지 155°이고, 특히 40° 및 50°사이가 선호된다. 그러나 다른 각도도 적용할 수 있다.
또한 도시된 실시예에서 절삭날(20*)은 공구(10)의 축면(EA)에 대해 일정한 각도로 배치된다. 그러나 이것이 반드시 요구되는 것은 아니다.
도 1 내지 도 3 및 도 8에 도시된 것처럼, 커터 헤드(22)는 주로 모서리를 깎거나 둥글게 함으로써 예를 들면, 구형(spherical form)으로 형성되는 절삭면(40)을 갖는다.
공구는 마모에 강한 강철, 고속도강(HSS, HSSE, HSSEBM), 경질 합금, 세라믹 또는 서밋(cermet)으로 만들어질 수 있고 적절한 보통의 코팅을 구비할 수 있다.
앞에 기술된 공구에서는 부위(16)뿐만 아니라 보어(14) 영역에 있는 부위(17 및 19) 역시 버링 가공될 수 있다.
공구를 공구 리테이너(30)에 회전 및 밀림에 강하게 고정하는 방법에 대해서는 하기에 기술된다. 이를 위해 우선 참고할 수 있는 도 6 및 도 7에서는 도 1 내지 도 3에 따른 공구의 변형 형태가 암시되어 있다. 도 1 내지 도 3에서 도면부호 44로 표시된 고정 보디는 섕크(20)와 일체형으로 형성되고, 도 6의 실시예에서는 접착된 실린더형 셸(shell)(144)로 형성된다. 그 밖의 점에서 공구(110)는공구(10)에 상응한다. 도 1 내지 도 3에 따른 공구의 부품에 상응하는 도 6에 따른 실시예의 이러한 구성 요소는 상응하는 도면부호 1을 갖는다.
셸(144)은 주로 부식 보호 코팅을 구비하는 보통의 강철로 이루어진다. 접착을 위해서는, 셸(144)을 섕크(120)와 폼 피팅(form fitting) 연결시키는 스터드 나사(stud screw)(도시되지 않음)를 추가로 사용할 수 있다.
용제원과 유체 연결이 이루어지는 모서리 깎는 작업은 도면부호 146으로 표시된다.
도 6 및 도 7에 따른 실시예의 특수성은, 용제 압력이 리테이너(130)에서 공구가 비틀림에 안전하고 축방향 위치에 안전하도록 사용된다는 점에 있다.
이 목적을 위해 리테이너(130) 전면에서 반경 방향으로 스프링(148)을 향해 밀 수 있는 바 플레이트(bar plate)(150)가 사용되는데, 바 플레이트에는 열쇠 구멍(152)이 있다. 도 7에서 바 플레이트(150)가 작동 단추(151)를 이용하여 스프링(148)의 힘과 반대로 아래쪽으로 밀리면 바 플레이트에 있는 비교적 큰 서클 보어(circle bore)가 공구 리테이너(130)에 있는 실린더형 리세스(154)로 가려지므로, 공구는 앞쪽에서부터 공구 리테이너에 삽입될 수 있다. 셸(144)의 루트면(156)이 바 플레이트(150)의 슬라이딩면에 도달하자마자, 바 플레이트는 스프링(148)의 작용으로 위쪽으로 슬라이딩되어 핀(pin)(158)에 부딪친다. 이 경우 열쇠 구멍(152)의 슬롯(slot) 형 섹션은 섕크(120)의 외주에서 슬라이딩된다. 이로써 셸(144)은 바 플레이트 뒤에 끼게 된다.
도 6에서 화살표로 암시된 것처럼, 용제 압력이 셸(144)의 배면에 주어지면셸은 해칭(hatching) 처리된 면(162)과 함께 바 플레이트의 배면을 향해 밀리게 된다. 이때의 압력은 대단히 커서 공구가 비틀림에 안전하게 하는데 충분한데, 공구의 절삭날이 두꺼운 칩을 제거하지 않기 때문이다.
도 4 및 도 5에 도시되는 또 다른 변형된 공구에서는 베이어닛 연결 형태에 따라 축 방향 및 회전 방향으로 고정이 이루어진다. 여기에서도 비교 가능한 구성 요소에 유사한 도면부호 2가 부여된다.
여기에서도 섕크(220)는 형태가 약간 변형된 커터 헤드(222) 반대쪽에서, 공구를 공구 리테이너에 회전 및 밀림에 강하게 고정시킬 수 있는 고정 보디(244)를 지지한다. 고정 보디는 대체로 직사각형이고, 베이어닛 연결 형태에 따라 구성된 공구 리테이너에서 뒤쪽을 자른 리세스(상세히 도시되지 않음)와 함께 공동작용한다.
공구 섕크의 충분한 반경 행정을 보장하기 위해서는 용제 압력이 비교적 높게 상승해야 한다는 점은 이미 언급했다. 압력 발생 장치는 30바 내지 3000바 영역에서 용제 압력을 생성할 수 있다. 그러나 공구 섕크 및/또는 공구와 리테이너 사이의 유극 맞춤(clearance fit)을 위한 특정한 형태인 경우에는 압력이 3바로 충분할 수 있다.
상대 속도가 100U/min와 50,000U/min 사이일 때 공구 및 부품을 닦아내는 것이 바람직하다. 이때 절삭 속도는 20m/min와 300m/min 사이에서 선택된다.
도 9 및 도 10에서는 커터 헤드(322 내지 422)의 다른 변형 형태들이 도시된다. 도 9에 따른 형태에서는 커터 헤드의 횡단면이 거의 직사각형인 반면, 도 10에 따른 변형 형태에서는 절삭면(440)을 분명히 볼 수 있다. 분지관(326, 426)의 실행 역시 도 9 및 도 10에서는 변형된다.
도 4에 따른 변형 형태의 커터 헤드(222)는 반구형으로, 그루브 및 절삭날이 반구 내에 삽입된다.
적어도 공구 내지 버링 가공 공구의 커터 헤드는 주로 예를 들면, 경질 합금, HSS, HSSE, HSSEBM 같은 고속도강, 세라믹, 서밋 같은 매우 견고한 소재 또는 소결 함유 합금(sintered metal)으로 만들어진다. 적어도 가장 까다로운 절삭면 영역, 즉 적어도 하나의 절삭날(20*) 영역에 주로 단단한 소재층으로 형성되는 코팅을 구비할 수 있다.
이러한 단단한 소재층의 경우 예컨대, 다이아몬드, 주로 나노 크리스탈 다이아몬드, 즉 티탄-질화물(titan-nitride) 또는 티탄-알루미늄-질화물이 문제가 된다. 특히 티탄-알루미늄-질화물층 및 '파이어 1'이라는 명칭 하에 Guering OHG 회사의 상표가 붙은 소위 다층이 적합하다. 이것은 TIN-/(Ti, Al)N 다층을 말한다.
마모 보호층의 사용 역시 특히 선호된다. 마모 보호층은 대체로 크롬, 티탄, 알루미늄 등 금속 성분을 갖는 질화물 및 주로 입자 미세화(grain refining)를 위한 소량의 요소로 이루어진다. 이때 크롬의 양은 30% 내지 65%, 주로 30% 내지 60%이며, 40% 내지 60%가 특히 바람직하다. 알루미늄의 양은 15% 내지 38%, 주로 17% 내지 25%이고, 티탄의 양은 16% 내지 40%, 주로 16% 내지 35%이며, 24% 내지 35%가 특히 바람직한데, 각각 층 전체에 있는 금속 원자와 연관된다. 이때 층 구조는 균질의 혼합상(mixed phase)를 갖는 단층이거나, 자체로 균질인 복수의 층으로 구성될 수 있다. 이 복수의 층은 한편으로는 (TixAlyYz)N으로 구성되고(이때 x = 0.38 내지 0.5, y = 0.48 내지 0.6, z= 0 내지 0.04이다), 다른 한편으로는 CrN으로 구성될 수 있다. 이때 주로 마모 보호층의 맨 위층은 CrN층으로 형성된다.
도 11 내지 도 17에 도시된 여러 실시예들에서는 특히 공구 지지(tool holding), 재질 및 코팅에 관해서 앞에서 기술된 형성 원칙들이 똑같이 적용된다. 간단하게 설명하기 위해 도 11 내지 도 13 및 도 14 내지 도 17에 따른 실시예들의 경우, 앞서 기술된 실시예들의 구성 요소들에 상응하는 부재들에 유사한 도면부호 '5' 내지 '6'이 부여된다.
도 14는 대체로 실린더 형태인 공구 보디를 도시한다. 공구 보디는 공구 홀더(toolholder)(상세히 도시되지 않음)에 삽입되어 회전 및 밀림에 강하게 공구 홀더와 결합하는데, 납땜되는 것이다. 공구 홀더는 통용되는 어떤 형태든 취할 수있다.
도 14에 따르면 예를 들면, 직경이 1.6㎜인 실린더형 섕크(520)에 직경(DS)이 1.8㎜인 커터 헤드(522)가 위치한다. 공구는 리세스 또는 내경이 2㎜인 보어로 통하는 보어를 버링 가공하는 기능을 한다.
중앙 용제관(524)은 공구 보디 전체를 관통하여 연장되고, 도면부호 570일 때 전면에서 폐쇄된다. 예를 들어, 축 길이(LA)가 5㎜인 커터 헤드(522)는 마찰 공구로 형성되고, 복수의 -말하자면 14개의- 나선형으로 연장되는 절삭날(520*)을 갖는다. 예를들어, 커터 헤드 단부와 3㎜의 간격을 갖고, 축(527)이 공동의 반경면(ER)에 놓이도록 연장되는 분지관(526)의 입구 구멍(528) 두 개가 위치한다(도 12 및 도 13). 분지관의 직경은 예를 들어, 0.3㎜에 달한다. 용제관(524)의 중앙축(523) 및 분지관(526)의 축(527)을 포괄하는 평면에 고정된 중심각(WZ)은 180° 미만으로, 예를 들면, 약 130° 정도이다. 다른 분지관이 구비된 경우, 분지관은 주로 다른 분지관들의 축을 통해 연장되는 반경면에서 가장 바깥쪽에 있는 분지관들 사이의 중심각(WZ)이 용제관의 축을 통해 똑같은 크기의 부분 각도로 분할될 정도로 분포된다.
분지관(526)의 축(527)이 용제관의 중앙축에 수직으로 위치하는 것이 반드시 필요한 것은 물론 아니다. 예를 들어, 도 11 내지 도 13에 따른 공구의 경우, 축(527)이 중앙축(523)에 대해 예를 들어, 60°의 예각 이하로 기운 채 연장되는 것이 바람직하다고 확인되었다. 더욱이 입구 구멍은 분지관(526)이 용제관(524)로부터 분기하는 부위들보다 공구의 단부에 보다 가까이 위치하는 것이 바람직하다고 확인되었다.
도 11내지 도 13에 따른 도면에서는, 원주 방향의 입구 구멍(520)이 절삭날(520*) 쪽으로 옮겨져, 즉 이웃한 절삭날들 사이에 있는 그루브 바닥에 있음을 알 수 있다. 그러나 입구 구멍의 위치는 먼 경계에서는 변할 수 있다.
도 11 내지 도 13에 따른 공구의 절삭날 형태는, 절삭날(520*)에 마이너스(-) 절삭 각도 내지 역 절삭 각도(RSW)가 형성되는 정도이다. 이로써 절삭날(520*)에 스크랩 기능이 맡겨진다. 그 결과 버링 가공될 보어에서 잔여 칩을 제거하기 위해서는, 반경 외부로 향하고 리세스(14) 내부 표면에 닿는 공구의 압력을 비교적크게 유지하는 것이 유리하다. 즉 용제 압력을 강하게 하거나, 공구의 섕크를 보다 부드럽게 또는 보다 유연하게 하는 것이 유리하다.
도 14 내지 도 17에서는 본 발명에 의한 공구의 또 다른 변형 형태가 도시된다. 이러한 버링 가공 공구는 도 11 내지 도 13에 따른 공구와 달리, 내경이 훨씬 큰 보어를 위해, 예를 들면, 리세스(14)의 내경이 14㎜인 보어를 위해 고안되었다. 실린더형 섕크(620)에 의해 지지되고 예컨대, 일체형으로 형성된 커터 헤드(622)는 이 경우 외경(DS)이 13.75㎜이므로, 이 경우에도 공구를 리세스(14)에 삽입할 때 반경 유극이 최대로 약 0.25㎜가 된다. 섕크(620)의 직경은 예를 들면, 약 5㎜에 불과하다. 따라서 섕크는 커터 헤드(622)에 대해 상당히 테이퍼진다. 섕크(520)를 공구 홀더(도시되지 않음)에 고정시킬 수 있는 섹션은 도면부호 619로 표시된다.
커터 헤드(622)는 마찬가지로 많은 홈(flute)(631) 사이에 있는 나선형으로 연장되는 16개의 절삭날(620*)을 갖는다. 절삭날 푸트(cutting edge foot) 직경(FDS)은 예를 들어, 약 12㎜이다.
도 14 및 도 17에서 드러나듯이, 다시 중앙 용제관(624)이 제공되고, 중앙 용제관은 커터 헤드(622) 영역에서 예컨대, 납땜된 보디(629)에 의해 전면에서 폐쇄된다.
도 15에서 가장 잘 알 수 있듯이, 용제관(624)으로부터 4개의 분지관이 시작되고, 분지관의 입구 구멍(628)은 그루브벽(631) 영역에 위치한다. 분지관의 직경은 예를 들면, 약 0.8㎜이다. 도시된 실시예에서 분지관은 쌍별로 이웃한 2개의 그루브로 통한다. 더욱이 한쪽 그루브의 입구 구멍은 그루브와 평행하게 연장되는나선 상에 위치한다. 그러나 앞에서 기술한 내용에서 이미 알 수 있듯이, 입구 구멍을 그 정도로 좁게 집중시키는 것이 반드시 필요하진 않다. 입구 구멍은 마찬가지로 훨씬 큰 중심각에 걸쳐 분포할 수 있고, 이때 특허청구범위 제2항의 기준만 충족되면 된다.
도 17에서 알 수 있듯이, 분지관(626)은 축(627)과 함께 예각(PHI) 이하로 용제관(624)의 중앙축(623) 쪽으로 기울어져 있다. 이 각도는 예를 들면, 각 분지관당 약 60°이다.
도 14 내지 도 17에 따른 실시예의 또 다른 특수성은, 절삭날(620*)이 특별하게 형성된다는 점에 있다. 더욱이 도 16에서 각각 알 수 있듯이, 절삭날(620*)에서 플러스 절삭 각도 내지 역 절삭 각도(RSW)가 생겨난다. 이 각도는 실시예의 경우 예컨대, 3°이다. 이로써 절삭날(620*)은 예리한 날이 되어, 잔여 칩을 스크랩하는 것이 아니라 절삭하면서 제거할 수 있다. 이로써 반경 외부로 리세스(14) 내벽을 향하는 커터 헤드의 압력은 이러한 공구를 이용하여 비교적 작게 유지할 수 있다.
도 11 내지 도 17에 따른 공구의 작동 방식은 근본적으로 이미 기술된 다른 실시예의 작동 방식에 상응한다. 그러나 이미 설명된 공구의 사용 가능성을 변형하면, 공구가 삽입되는 리세스(14) 중앙 쪽으로 공구의 중앙축(523 내지 623)의 위치를 잡음으로써 버링 가공 과정이 효율적으로 이루어질 수 있게 된다. 중앙축(523, 623)이 정확히 리세스 중심과 함께 일렬로 정렬되면, 커터 헤드는 리세스 내부 표면을 균일하게 가공할 수 있게 된다. 주로 반경 방향의 외부 중앙 위치가 버링 가공될 입구 부위(16)의 위치에 맞추어질 정도로 커터 헤드가 외부 중앙을 지나감으로써, -커터 헤드가 리세스에 진입할 때- 용제와 함께 압력이 가해지는 경우 커터 헤드가 작동할 수밖에 없게 된다. 이때의 운동으로, 버링 가공될 입구 부위(16) 영역에 있는 적어도 하나의 절삭날의 압력이 리세스(14) 내부 표면의 다른 영역에 있는 압력의 부하로 강화된다. 버링 가공 작동은 이런 방법으로 효율적으로 이루어질 수 있는데, 특히 버링 가공될 입구 부위(16)만 있거나 복수의 입구 부위가 각도에 따라 비교적 가까이 있는 경우 더욱 그러하다.
앞에서 설명된 실시예에서는 공구 내부에 공급된 용제의 액압적 동압(hydrostatic dynamicc pressure)을 사용하여, 공구에 통합된 반경 방향 힘 발생 장치를 준비시킬 수 있다. 반경 방향 힘 발생 장치를 이용하면, 반경 유극을 갖고 리세스 또는 보어에 삽입될 수 있도록 직경을 선택하는 커터 헤드가 회전 운동시 주로 조정되어 반경 행정될 수 있다. 이러한 변형 형태는 용제의 유출이 내벽의 영역에서 이루어지고, 그것도 내벽이 입구 맞은편에 있다는 점을 전제로 한다. 다시 말해 도 1 내지 도 17에 따른 실시예의 커터 헤드는, 적어도 하나의 유출 구멍(28)이 리세스(14) 내부에 있게 될 때에만 충분히 넓게 행정될 수 있다.
커터 헤드의 축 길이 전체 및 버링 가공 공정을 위해 섕크로 넘어가는 영역을 활용하는 데는 도 18의 개선 형태가 도움이 된다.
이 개선 형태에서는 특히 보어(714) 부위(717)의 버링 가공이, 커터 헤드(722)의 뒤쪽 절삭면 내지 둥근 천이면(round transition)(741)을 사용함으로써 간단해진다. 커터 헤드 자체는 형상, 재질 및 속성에 관하여 앞서 기술했거나특허청구범위에 요약된 것과 똑같이 형성될 수 있으므로, 여기에서는 상세히 다루지 않는다. 개략적으로 암시된대로, 버링 가공을 위해 제공된 절삭날은 소위 BIAX-홈(750)에 의해 형성될 수 있다. 그러나 절삭날의 다른 형상 역시 똑같이 가능하다.
커터 헤드(722)가 보어(714)를 계속 떠날 때에도 액압적 행정력이 발생할 수 있도록, 섕크(720)는 커터 헤드와 축 간격을 두고 유도 및 지지 보디(752)를 지닌다. 이 보디는 직경(DF)을 갖고, 소정의 넓이를 갖는 작동 틈새(754)가 형성될 정도로 보어(714) 내경에 적응한다. 작동 틈새는 원주 전체에 걸쳐 변화할 수 있다. 입구 구멍(728*) 영역에서의 척도가 결정적으로 중요하다. 도 18의 설명을 통해, 예나 지금이나 반경 채널 시스템(728)이 형성될 수 있는(이중선과 점으로 암시됨) 커터 헤드(722)가 보어(714)를 떠났을 때에도 입구 구멍(728*)을 통해 필요한 동압이 구축될 수 있음을 알 수 있다. 도 18에 도시된 부위에서 둥근 섹션(741)은 내부관(724)의 액압이 작동할 때 영역(717)의 버링 가공을 위해서도 효과적으로 사용될 수 있다. 이때 공구를 이 순간에 약간 축 방향으로 움직이게 하는 것이 유리할 수 있다.
앞에서 설명한 변형 형태들은 반경 방향 힘 발생 장치를, 내부의 액압 유체 채널 시스템 형태로 공구에 통합시킨다. 대안이 되는 형태는 도 19에 도시된다.
여기에서는 커터 헤드의 조정된 반경 행정이 동압, 즉 불균형체의 원심력에 의해 이루어진다. 커터 헤드(822)는 앞서 기술된 변형 형태들에서 설명된 것처럼, 예를 들면, 도 19에 도시된 것처럼 형성될 수 있다. 섕크(820)는 내부 채널 시스템 대신 편심륜(eccentric ring)(860)을 지니는데, 편심륜은 주로 축 방향으로 그리고 회전 방향으로 위치를 조정할 수 있도록 섕크(820)에 위치하고, 예를 들면, 그곳에서 스터드 나사(862)를 이용하여 단단히 조여질 수 있다. 축 방향으로 위치를 조정하면, 반경 동압의 크기를 조절할 수 있고, 특히 섕크의 안정성에 적응할 수 있다. 커터 헤드(822)의 절삭날을 한쪽 면만 닿게 하지 않으려면, 불균형 보디(860)를 정기적으로 비트는 것이 유리하다.
별도의 불균형 보디 대신에, 불균형력(unbalance force)을 발생시키기 위한 다른 조치들도 물론 취할 수 있다. 비대칭적인 단면이 장착됨으로써 불균형은 예를 들면, 공구에 일체형으로 통합될 수 있다.
도 20 내지 도 22에 의거하여 설명되는 본 발명의 실시예에서는, 대단히 작고 접근하기 어려운 보어를 효과적으로 버링 가공할 수 있다. 설명을 간단히 하기 위해, 이 실시예에서도 구성요소들은 앞에 설명한 변형 형태의 부품들에 상응하는 유사한 도면부호 '9'를 갖는다. 버링 가공될 보어(914)의 경우 보어는 예컨대, 직경이 0.7㎜이고, 길이(L)는 예컨대, 6㎜ 내지 7㎜이다. 이때 보어는 심공(970)에 연결되고, 심공은 마찬가지로 예컨대, 4㎜까지의 작은 직경(DT) 및 예컨대, 80㎜의 깊이(TT)를 갖는다. 도 21에서 보어(914) 영역의 상태는 10:1 척도(M)로 도시된다.
버링 가공 공구(910)의 단부 영역은 일점쇄선으로 암시되는데, 버링 가공 공구의 커터 헤드(922)는 밖으로 나오는 날(972)이 버링 가공될 수 있는 한 보어(914)에 삽입된다.
공구(910)는 도 22에서 척도에 충실하게, 그것도 5:1 척도(M)로 도시된다.
삽입 고정 섹션(944)에 연결되는 섕크(920)의 길이(LS)는 적어도 보어(970)의 척도(TT)에 상응하고, 직경(DS)은 섕크(920)가 소정의 반경 유극(SR)을 갖고 보어(970)에 수용될 수 있도록 선택된다. 보어(970) 및 버링 가공 공정을 위해 보어에 삽입되는 공구(910) 사이의 위치 배열은 도 22에서 보어(970)의 일점쇄선으로 암시된다.
섕크(920)는 다시 내부 보어(924)를 갖고, 내부 보어를 통해 압력 수단이 삽입 고정 섹션(944)으로부터 공급될 수 있다. 도면부호 926으로 표시된 반경 채널의 입구 구멍은 소정의 간격을 두고 보어(970)의 내벽 맞은편에 위치한다.
섕크(920)는 보디(944) 반대쪽에 소위 버링 가공 랜스(burring lance)(974)를 지니고, 버링 가공 랜스는 핀(pin)(976) 단부에 원래의 커터 헤드(922)를 지닌다. 커터 헤드의 직경(D922)은 보어(914)의 직경(D914)보다 약간 작다. 도 22에서 알 수 있듯이, 버링 가공 랜스(974)는 분리가능하게 공구 섕크(920)에 고정되고, 예를 들면, 내부 보어(924)가 폐쇄될 정도로 나사로 조여진다.
공구의 설명에서 알 수 있듯이, 내부 보어(924)에 압력이 가해지면 원주에 걸쳐 불균등한 반경 보어(926)의 분포 때문에 섕크(920) 및 커터 헤드(922)의 반경 행정이 야기될 수 있고, 이로써 버링 가공 공정이 실행될 수 있다. 부위(972)와 마찬가지로 보어(914)의 영역(978) 역시 버링 가공될 수 있다.
도 22에 따른 공구의 형태에서는, 섹션(944), 섕크(920) 및 커터 헤드(922)를 갖는 원래의 버링 가공 랜스(974)에 서로 다른 재질을 사용할 수 있다.섕크(920)가 직경(DS)과 비교할 때 축 길이가 대단히 길기 때문에, 섕크를 대단히 단단한 소재로 만드는 것이 바람직하다고 입증되었다. 그 소재의 가요성은, 버링 가공 시 나타나는 반경 행정이 전적으로 소재의 탄성 성형 영역에만 있도록 선택된다. 적절한 재질로는 예를 들어, 경질 합금 또는 서밋과 같은 단단한 소재, 또 CFK-합성 재료와 같은 합성재료가 있다.
커터 헤드(922)의 형태가 설명된 형상에 국한되지 않음은 물론이다. 오히려 통용되는 모든 형상을 적용할 수 있는데, 이때 날의 형태 역시 광범위하게 변화할 수 있다. 보어(914)의 축 길이에 따라 핀(976)의 길이(L976)가 선택된다.
반경 보어(926)의 형태와 연관하여, 앞에 설명된 실시예들에서 언급된 것처럼 크기, 위치, 수에 따른 형태 내지 변형에 대한 여지가 많다.
도 22에 따른 공구는 또한 공구에 통합된 불균형(도 18 및 도 19와 연관하여 설명됨) 때문에 버링 가공 공정에 필요한 운동을 하도록 자극 받을 수 있다.
본 발명의 기본 구상을 유지하면서도 이미 언급된 실시예들과의 편차가 있을 수 있다.
그래서 예컨대, 내부에 위치하는 복수의 용제관이 구비될 수 있다.
공구가 축 방향으로 쌓인 복수의 보어를 버링 가공하기 위해 사용된다면, 공구의 용제 공급을 커터 헤드가 버링 가공될 보어 입구에 도달할 때에만 상승한 압력으로 수행하는 것이 바람직하다.
커터 헤드의 형상과 연관하여서도 본 발명은 도시된 실시예들에 국한되지 않는다. 통용되고 의미 있는 커터 헤드 형태에 대한 예로는, 에컨대 경질 합금 핀(예를 들면, August Rueggeberg GmbH & Co., KG, PFERD 공구, 51709 Marienheide)에도 사용된 것처럼 실리더형, 원추형, 아치형, 롤러형, 디스크형, 드롭(drop)형 등이 있다.
비교적 높은 압력을 받고 있는 용제를, 버링 가공하기 위해 이용한다는 생각만으로라도 본 발명을 바라볼 수 있어야 한다. 그것이 '물 절삭 효과', 즉 절삭 흐름의 구조 또는 반경 방향으로 유출되는 용제 때문에 발생되는 동압에 의한 것이고, 동압이 공구 및 커터 헤드의 반경 행정을 유도한다고 할지라도 마찬가지이다.
따라서, 본 발명은 예를 들면, 측면에서 대체로 실린더형 리세스로 통하는 보어와 같은 파단면(fracture)을 버링 가공하기 위해 주로 회전 구동되는 공구를 제공한다. 공구는 섕크에 위치하는 커터 헤드를 갖고, 커터 헤드는 적어도 하나의 절삭날을 가지며, 절삭날은 적어도 섹션별로 축 방향으로 연장된다. 버링 가공을 확실히 하고 가능한 한 저렴한 비용으로 실행할 수 있도록, 공구에 반경 방향 힘 발생 장치가 통합되는데, 예를 들면, 적어도 하나의 분지관이 시작되는 적어도 하나의 내부 용제관의 형태로 통합된다. 분지관은 커터 헤드의 영역 내지 그 근처에서 주로 적어도 하나의 절삭날과 원주 간격을 두고 외부 원주면으로 통한다. 커터 헤드의 직경은 커터 헤드가 반경 유극을 갖고 리세스에 삽입될 정도로 선택되기 때문에, 공구의 회전 시에 또는 압력을 받고 있는 용제의 공급에 의해 발생한 반경 방향 힘이 커터 헤드를 반경 방향으로 탄성 행정시키도록 유도한다. 이로써 리세스의 내부 표면은 부드럽게 가공되고 버링 가공 공정은 확실하게 수행될 수 있다.

Claims (48)

  1. 보어, 예를 들어, 측면에서 예컨대, 실린더형 리세스(14)로 통하는 보어를 버링 가공하기 위해 특히 회전 구동되는 공구이고, 섕크(20; 120; 220; 520; 620)에 위치하고 적어도 하나의 절삭날(20*; 520*; 620*)을 갖는 커터 헤드(22; 222; 522; 622)를 구비하고, 상기 절삭날은 적어도 섹션별로 축 방향으로 연장되고 공구 및 부품 사이의 상대 운동 때문에 커터 가공이 이루어지는 보어의 보링 가공 공구로서,
    공구에 통합되는 반경 방향 힘 발생 장치를 이용하여, 반경 유극(SR)을 갖고 리세스(14)나 보어(12)에 삽입될 수 있도록 직경(DS)을 갖는 커터 헤드(22; 522; 622; 722; 822; 922)가 회전 운동 시 주로 조절되어 반경 방향으로 행정될 수 있는 것을 특징으로 하는 보어의 버링 가공 공구.
  2. 제1항에 있어서,
    공구에 통합된 상기 반경 방향 힘 발생 장치가 적어도 하나의 내부 용제관(24; 124; 224; 524; 624)을 구비하고, 상기 용제관으로부터 적어도 하나의 분지관(26; 526; 626)이 시작되고, 상기 분지관은 상기 커터 헤드(22; 522; 622) 영역이나 적어도 상기 커터 헤드의 축 방향 근처에서 주로 적어도 하나의 절삭날(20*; 520*; 620)과 원주 간격을 두고 공구의 외부 원주면으로 통하는 것을 특징으로 하는 보어의 버링 가공 공구.
  3. 제2항에 있어서,
    복수의 분지관(26; 526; 626)이 상응하는 수의 입구 구멍(28; 528; 628)을 구비하고, 상기 입구 구멍은 공구 내지 커터 헤드(22) 및 리세스(12) 내벽 사이에 있는 입구 구멍 영역에서 발생한 동압력(FSD)의 총계가 섕크(20)를 반경 방향으로 행정시킬 수 있을 정도로 원주에 걸쳐 불균일하게 분포되는 것을 특징으로 하는 보어의 버링 가공 공구.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    입구 구멍(28; 628)이 축 방향으로 쌓이는 복수의 분지관(26; 626)이 구비되는 것을 특징으로 하는 보어의 버링 가공 공구.
  5. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 하나의 분지관(26; 526; 626)이 0.1㎜ 내지 5㎜의 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 보어의 버링 가공 공구.
  6. 제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    내부에 위치하는 용제관이 복수 제공되는 것을 특징으로 하는 보어의 버링 가공 공구.
  7. 제2항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 하나의 입구 구멍(26)이 절삭날(20*) 영역에 있는 것을 특징으로 하는 보어의 버링 가공 공구.
  8. 제2항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 하나의 입구 구멍(28; 528; 628)이 이웃한 두 개의 절삭날(20*) 사이에 있는 그루브 바닥 영역에 있는 것을 특징으로 하는 보어의 버링 가공 공구.
  9. 제2항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 하나의 분지관(26; 526; 626)이 직선으로 형성되는 것을 특징으로 하는 보어의 버링 가공 공구.
  10. 제9항에 있어서,
    적어도 하나의 분지관(26)이 보어에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 보어의 버링 가공 공구.
  11. 제9항에 있어서,
    적어도 하나의 분지관(26)이 침식된 리세스에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 보어의 버링 가공 공구.
  12. 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 분지관(26)이 공구(10)의 축(38)에 대해 갖는 각도(WN)가 5° 내지 175°이고, 주로 40° 내지 60°인 것을 특징으로 하는 보어의 버링 가공 공구.
  13. 제2항 내지 제 12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 섕크(20)가 커터 헤드 반대쪽에서 보디(body)(44; 144; 244A)를 구비하고, 상기 보디를 통해 용제가 적어도 하나의 용제관(24; 124; 224)에 공급될 수 있는 것을 특징으로 하는 보어의 버링 가공 공구.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 보디가 용제의 공급을 위해 동시에 고정 보디(44; 144)를 형성하고, 상기 고정 보디를 이용하여 공구가 공구 리테이너(30; 130)에 회전 및 밀림에 강하게 고정될 수 있는 것을 특징으로 하는 보어의 버링 가공 공구.
  15. 제2항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    복수의 입구 구멍(526; 626)이 원주 영역에 놓여 있고, 상기 원주 영역은 120° 내지 140°인 중심각(WZ)으로 제한되는 것을 특징으로 하는 보어의 버링 가공 공구.
  16. 제15항에 있어서,
    복수의 입구 구멍(528; 628)이 원주 방향에서 균일하게 서로 위치를 조정할 수 있도록 배열되는 것을 특징으로 하는 보어의 버링 가공 공구.
  17. 제2항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 입구 구멍(628)이, 대체로 나선형인 적어도 하나의 선에 놓여있는 것을 특징으로 하는 보어의 버링 가공 공구.
  18. 제1항에 있어서,
    공구에 통합되는 반경 방향 힘 발생 장치는 불균형체에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 보어의 버링 가공 공구.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 불균형체는 공구와 일체형을 이루는 것을 특징으로 하는 보어의 버링 가공 공구.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 불균형체는 별도의 부품으로서 공구에 주로 위치 변화 가능하게 고정되는 것을 특징으로 하는 보어의 버링 가공 공구.
  21. 제1항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서,
    원주에 걸쳐 분포하는 절삭날(20*; 520*; 620)이 복수인 것을 특징으로 하는 보어의 버링 가공 공구.
  22. 제1항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 섕크(20)의 길이가 5㎜ 내지 1000㎜인 것을 특징으로 하는 보어의 버링 가공 공구.
  23. 제1항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 섕크(20; 520; 620)가 상기 커터 헤드(22; 522; 622)의 직경(DS)과 비교하여 테이퍼지는 것을 특징으로 하는 보어의 버링 가공 공구.
  24. 제1항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 하나의 절삭날(20*; 520*; 620*)이 공구(10)의 축면(EA)에 대해 약간의 각도를 두고 배치되는 것을 특징으로 하는 보어의 버링 가공 공구.
  25. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 커팅 헤드(22; 722)가 적어도 섕크(20; 720) 반대쪽에서 절삭면(40; 740)을 갖고, 상기 절삭면은 주로 모서리를 깎거나 둥글게 함으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 보어의 버링 가공 공구.
  26. 제1항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서,
    반경 유극(SR)이 0.1㎜ 내지 5㎜인 것을 특징으로 하는 보어의 버링 가공 공구.
  27. 제1항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 커터 헤드는 대단히 단단한 소재, 예를 들면, 마모에 강한 강철, HSS, HSSE 또는 HSSEM 같은 고속도강, 경질 합금, 세라믹, 서밋(cermet)으로 제조되거나, 다른 소결 함유 합금 소재로 만들어지는 것을 특징으로 하는 보어의 버링 가공 공구.
  28. 제1항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 섕크(20)는 커터 헤드922) 반대쪽에서 고정 보디(44; 144; 244)를 구비하고, 상기 고정 보디를 이용하여 공구가 공구 리테이너(30; 130)에 회전 및 밀림에 강하게 고정될 수 있는 것을 특징으로 하는 보어의 버링 가공 공구.
  29. 제1항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공구는 밀링 커터, 보링 공구, 특히 심공 보링 공구, 직선으로 홈이 패인 보링 공구 또는 나선 보링 공구, 또는 리머로서 형성되는 것을 특징으로 하는 보어의 버링 가공 공구.
  30. 제1항 내지 제29항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 하나의 절삭날(620*)이 플러스 절삭 각도(RSW)를 갖는 것을 특징으로 하는 보어의 버링 가공 공구.
  31. 제1항 내지 제29항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 하나의 절삭날(520*)이 마이너스 절삭 각도를 갖는 것을 특징으로 하는 보어의 버링 가공 공구.
  32. 제1항 내지 제31항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 하나의 절삭날(520*)이 대체로 나선형으로 연장되는 것을 특징으로 하는 보어의 버링 가공 공구.
  33. 제1항 내지 제32항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 섕크(20; 920)가 대단히 단단한 소재, 예를 들면, 단단한 소재, 경질 합금, 서밋 소재 또는 예컨대, CFK 합성재료 같은 합성재료로 이루어지고 가요성을 가짐으로써, 버링 가공 공정시 나타나는 커터 헤드 및 섕크의 반경 행정이 전적으로 탄성 성형 영역에만 있는 것을 특징으로 하는 보어의 버링 가공 공구.
  34. 제1항 내지 제33항 중 어느 한 항에 있어서,
    코팅은 주로 단단한 소재층으로 형성되고, 예를 들어, 다이아몬드, 주로 나노 크리스탈 다이아몬드, TiN으로 이루어지거나 (Ti, Al)N, 즉 크롬, 티탄, 알루미늄 등 금속 성분을 갖는 질화물 및 주로 입자 미세화를 위한 소량의 요소로 구성되는 다층 또는 단층으로 이루어지고, 이때 크롬의 양은 30% 내지 65%, 주로 30% 내지 60%이고, 특히 40% 내지 60%가 바람직하며, 알루미늄의 양은 15% 내지 35%, 주로 17% 내지 25%이고, 티탄의 양은 16% 내지 40%, 주로 16% 내지 35%이고, 특히 24% 내지 35%가 바람직하며, 각각 층 전체에 있는 모든 금속 원자와 연관되는 것을 특징으로 하는 보어의 버링 가공 공구.
  35. 제34항에 있어서,
    전체 층 구조는 균질의 혼합상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 보어의 버링 가공 공구.
  36. 제34항 또는 제35항에 있어서,
    상기 전체 층 구조가 자체로 균일한 복수의 개별층으로 이루어지고, 개별층은 한편으로는 (TixAlyYz)N(x = 0.38 내지 0.5, y = 0.48 내지 0.6, z= 0 내지 0.04)으로, 다른 한편으로는 CrN으로 구성되며, 이때 주로 마모 보호층의 맨 위층은 CrN층으로 형성되는 것을 특징으로 하는 보어의 버링 가공 공구.
  37. 제1항 내지 제17항 및 제21항 내지 제36항 중 어느 한 항에 따른 공구를 이용하여, 측면에서 대체로 실린더형 리세스(14)로 통하는 보어를 버링 가공하기 위한 장치로서,
    압력을 받고 있는 용제를 적어도 하나의 용제관(24)에 공급하기 위한 회전 구동 장치(36) 및 용제원(36)을 지니는 것을 특징으로 하는 보어의 버링 가공 장치.
  38. 제37항에 있어서,
    용제가 액체 및 기체 형태의 냉각제 및 윤활제로 형성되는 것을 특징으로 하는 보어의 버링 가공 장치.
  39. 제37항 또는 제38항에 있어서,
    압력 생성 장치(36)를 구비하고, 상기 압력 생성 장치를 이용하여 용제 압력이 3바 내지 3000바 영역에서 생성될 수 있는 것을 특징으로 하는 보어의 버링 가공 장치.
  40. 제37항 내지 제39항 중 어느 한 항에 있어서,
    제14항에 따른 공구를 이용하여, 공구 리테이너에 고정 보디(244)가 베이어닛 연결 형태에 따라 수용되는 것을 특징으로 하는 보어의 버링 가공 장치.
  41. 특히 제37항 내지 제40항 중 어느 한 항을 따르고, 공구에 관하여 특히 제14항을 따라 커터 헤드 반대쪽에서 프리즘 모양의 보디, 특히 실린더형 보디를 압력을 받고 있는 용제의 공급을 위해 지니고, 측면에서 대체로 실린더형 리세스(14)로 통하는 보어를 버링 가공하기 위한 장치로서,
    용제 압력이 공구(10; 110)를 축 방향에서 확실하고 비틀림에 안전하게 고정시키기 위해 공구 리테이너(30; 130)에 사용되는 것을 특징으로 하는 보어의 버링 가공 장치.
  42. 제41항에 있어서,
    상기 공구 리테이너는 용제의 공급을 위한 보디(144)용 실린더형 리테이너 보어(154) 및, 열쇠 구멍 리세스(152)와 함께 형성되는 반경 위치의 조정이 가능한 바 플레이트(150)를 갖추고, 용제 압력이 고정 보디(144)에 공급될 때 고정 보디(144)의 루트면(156)이 상기 바 플레이트에 밀릴 수 있는 것을 특징으로 하는 보어의 버링 가공 장치.
  43. 제37항 내지 제42항 중 어느 한 항에 따른 장치를 이용하여, 측면에서 대체로 실린더형 리세스(14)로 통하는 보어를 버링 가공하기 위한 방법으로서,
    상기 리세스(14) 내에 삽입되는 공구(10)에 의해 유도되는 용제의 압력을 이용하여 커터 헤드(22)를 반경 방향으로 행정시키고, 이로써 적어도 하나의 절삭날(20*)을 버링 가공될 칩과 맞물리게 할 수 있는 것을 특징으로 하는 보어의 버링 가공 방법.
  44. 제43항에 있어서,
    상기 용제 압력이 높게 상승하여 적어도 하나의 입구 구멍(28)에서 나오는 용제가 절삭 흐름을 발생하고, 상기 절삭 흐름에 의해 칩을 제거하는 가공이 이루어질 수 있는 것을 특징으로 하는 보어의 버링 가공 방법.
  45. 제43항 또는 제44항에 있어서,
    a) 리세스(14)를 구비하는 부품과 관련하여 상대 회전 운동을 실행하는 공구(10)를 상기 리세스에 삽입하는 단계, 및
    b) 커터 헤드(22)가 동시에 반경 방향으로 행정될 때, 압력을 받고 있는 용제의 흐름을 공구(10)에 의해 구축하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 보어의 버링 가공 방법.
  46. 제45항에 있어서,
    상기 단계 b)가 진행되는 동안 공구(10) 및/또는 부품이 전진 운동을 수행하는 것을 특징으로 하는 보어의 버링 가공 방법.
  47. 제43항 내지 제46항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공구(10) 및/또는 부품이 100U/min와 50,000U/min 사이의 속도로 구동되는 것을 특징으로 하는 보어의 버링 가공 방법.
  48. 제43항 내지 제47항 중 어느 한 항에 있어서,
    절삭 속도는 20m/min와 300m/min 사이 영역에서 선택되는 것을 특징으로 하는 보어의 버링 가공 방법.
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