KR20040023064A - a method and apparatus for fixing tool - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 절삭공구의 고정방법 및 이에 사용되는 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a method for fixing a cutting tool and an apparatus used therefor.
도1에 도시한 바와 같이 종래 드릴, 엔드밀 등의 절삭공구(2)는 툴 홀더(4)에 끼운 후, 콜릿(collet:너트를 회전시켜 조임) 혹은 유압을 이용하여 고정하게 된다. 상기 절삭공구(2)가 고정된 툴 홀더(4)는 공작기계의 스핀들에 장착되어 공작물을 가공하게 된다.As shown in FIG. 1, a conventional cutting tool 2 such as a drill and an end mill is inserted into the tool holder 4, and then fixed by using a collet (tightening by rotating a nut) or hydraulic pressure. The tool holder 4 to which the cutting tool 2 is fixed is mounted on the spindle of the machine tool to process the workpiece.
그런데, 종래 콜릿이나 유압으로 절삭공구를 고정하는 툴 고정방법에 의하면, 툴 홀더의 공구 홀더부의 사이즈가 커므로 좁은 홈이나 모서리 등을 가공할 시에는 공작물에 간섭되어 가공이 곤란하다는 문제점이 있었다.However, according to the conventional tool fixing method for fixing a cutting tool by collet or hydraulic pressure, since the size of the tool holder portion of the tool holder is large, there is a problem that machining is difficult due to interference with the workpiece when machining a narrow groove or an edge.
또한, 콜릿이나 유압으로 절삭공구를 고정하는 방법은 고속가공시 원심력의 영향으로 절삭공구를 조이는 힘이 약하게 되어 런-아웃(run-out : 흔들림)도가 불량하다는 문제점이 있었다.In addition, the method of fixing the cutting tool by collet or hydraulic pressure has a problem that the tightening of the cutting tool is weak due to the influence of the centrifugal force during the high-speed processing, so that the run-out is poor.
또한, 종래의 콜릿인 유압으로 절삭공구를 고정하는 방법은 공구 홀더부에 기계적 기구가 추가되므로 툴 홀더의 무게가 무거워진다는 문제점이 있었다.In addition, the conventional method of fixing the cutting tool by hydraulic pressure collet has a problem that the weight of the tool holder is heavy because a mechanical mechanism is added to the tool holder.
따라서, 본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 본 발명의 목적은 툴 홀더의 사이즈를 줄일 수 있으므로 좁은 홈이나 모서리가공이 용이하고 툴 홀더의 무게가 가벼워지며, 고속가공시 런 아웃도를 향상하는 절삭공구의 고정방법 및 이에 사용되는 장치를 제공하는 데 있다.Accordingly, the present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to reduce the size of the tool holder, so that narrow grooves or corners can be easily processed, and the weight of the tool holder is light, and the run-out during high-speed processing is increased. The present invention provides an improved method of fixing a cutting tool and an apparatus used therefor.
도1은 종래 절삭 공구를 고정하는 상태도,1 is a state diagram for fixing a conventional cutting tool,
도2의 a ~ e는 본 발명에 따라 절삭공구를 고정하는 방법을 나타내는 공정도,2 a to e are process drawings showing a method of fixing a cutting tool according to the present invention;
도3은 본 발명에 따른 절삭공구의 고정방법에 사용되는 고정장치를 나타내는 구성도,3 is a block diagram showing a fixing device used in the fixing method of the cutting tool according to the present invention;
도4는 도3의 주 냉각 모듈을 나타내는 구성도,4 is a configuration diagram showing a main cooling module of FIG.
도5는 도3의 보조 냉각 모듈을 나타내는 구성도,5 is a configuration diagram showing the auxiliary cooling module of FIG.
도6은 본 발명에 따라 고정된 절삭공구로 공작물을 가공하는 상태도이다.Figure 6 is a state diagram for processing a workpiece with a cutting tool fixed in accordance with the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
12 : 툴 홀더 14 : 절삭공구12 tool holder 14 cutting tool
20 : 가열 모듈 22 : 주 냉각 모듈20 heating module 22 main cooling module
24 : 보조 냉각 모듈 26 : 제어부24: auxiliary cooling module 26: control unit
36 : 지지 컬럼 38 : 유도 가열기36 support column 38 induction heater
44 : 냉각수 탱크 46 : 냉각 캡44: coolant tank 46: cooling cap
48, 50 : 플렉시블 호스 52 : 펌프48, 50: flexible hose 52: pump
54 : 안착판 58 : 공기 안내관54: seating plate 58: air guide
60 : 송풍기60: blower
본 발명에 의한 절삭공구의 고정방법은, 툴 홀더의 공구 홀더부에 절삭공구를 끼워 고정하는 절삭공구의 고정방법에 있어서, 상기 공구 홀더부를 가열하여 팽창시키는 가열 팽창공정과, 팽창된 상기 공구 홀더부에 절삭공구를 삽입하는 절삭공구 삽입공정과, 상기 절삭공구가 삽입된 공구 홀더부를 냉각하여 수축시킴에 의해 절삭공구를 고정하는 냉각 수축공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.The method of fixing a cutting tool according to the present invention includes a method of fixing a cutting tool for inserting a cutting tool into a tool holder portion of a tool holder, the method comprising: a heating expansion step of heating and expanding the tool holder portion and the expanded tool holder; And a cooling shrinking step of fixing the cutting tool by cooling and shrinking the tool holder portion into which the cutting tool is inserted.
상기 가열 팽창공정의 가열온도는 툴 홀더의 물리적 성질의 변화가 없도록 툴 홀더의 변태온도 이하로 한다.The heating temperature of the heat expansion process is equal to or lower than the transformation temperature of the tool holder so that the physical properties of the tool holder are not changed.
상기 툴 홀더의 재질은 열팽창율이 양호한 크롬-몰리브덴 계열의 특수 합금강인 것이 바람직하다.The material of the tool holder is preferably a special alloy steel of chromium-molybdenum series having a good thermal expansion coefficient.
본 발명에 의한 툴 홀더의 공구 홀더부에 절삭공구를 끼워 고정하는 절삭공구의 고정방법에 사용하는 장치는, 상기 공구 홀더부를 가열하는 가열 모듈과, 상기 공구 홀더부를 냉각하는 냉각 모듈과, 상기 가열 모듈과 냉각 모듈을 제어하는 제어부로 이루어지되, 상기 가열 모듈은 안내 레일을 따라 이동가능케 결합된 유도가열기를 포함하고, 상기 냉각 모듈은 냉각수 탱크에 인입되는 냉각수가 흐르는 냉각캡을 포함하고 있는 것을 특징으로 한다.An apparatus for use in a method of fixing a cutting tool for clamping a cutting tool to a tool holder portion of a tool holder according to the present invention includes a heating module for heating the tool holder portion, a cooling module for cooling the tool holder portion, and the heating. It consists of a control unit for controlling the module and the cooling module, wherein the heating module includes an induction heater movably coupled along the guide rail, the cooling module includes a cooling cap flowing the cooling water flowing into the cooling water tank It features.
본 발명에 의한 절삭공구의 고정방법에 사용되는 장치는, 상기 툴 홀더의 공구 홀더부 반대측을 냉각하도록 보조 냉각 모듈을 추가로 포함하되, 상기 보조 냉각 모듈은, 냉각팬과, 상기 냉각팬에 의해 송풍되는 공기를 안내하는 안내관과, 상기 툴 홀더를 안착시켜 냉각시키도록 상기 안내관의 공기출구 측에 설치된 멤브레인 형태의 안착판을 구비할 수도 있다.The apparatus used in the method for fixing the cutting tool according to the present invention further comprises an auxiliary cooling module for cooling the tool holder portion opposite the tool holder, wherein the auxiliary cooling module includes a cooling fan and a cooling fan. It may be provided with a guide tube for guiding the air to be blown, and a seating plate in the form of a membrane provided on the air outlet side of the guide tube to seat and cool the tool holder.
이하, 본 발명의 실시예에 대하여 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도2에 도시한 바와 같이 본 발명에 의한 절삭공구의 고정방법은 툴 홀더(12)의 공구 홀더부(12a)에 절삭공구(14)를 끼워 열팽창을 이용하여 절삭공구를 고정하는 방법으로서, 상기 공구 홀더부(12a)를 가열하여 팽창시킨 후(도2의 a -> 도2의 b), 팽창된 상기 공구 홀더부(12a)에 절삭공구(14)를 삽입한 다음(도2의 c), 상기 절삭공구(14)가 삽입된 공구 홀더부(12a)를 냉각하여 수축시킴에 의해 절삭공구(14)를 고정한다(도2의 d). 그리고, 절삭공구(14)를 제거할 경우에는 도2의 e에 도시한 바와 같이 공구 홀더부(12a)를 재가열하여 팽창시킨 후 절삭공구를 제거한다.As shown in FIG. 2, the method of fixing a cutting tool according to the present invention is a method of fixing a cutting tool by thermal expansion by inserting the cutting tool 14 into the tool holder portion 12a of the tool holder 12. After the tool holder portion 12a is heated and expanded (a in FIG. 2 to b in FIG. 2), the cutting tool 14 is inserted into the expanded tool holder portion 12a (c in FIG. 2). The cutting tool 14 is fixed by cooling and shrinking the tool holder portion 12a into which the cutting tool 14 is inserted (d in FIG. 2). When the cutting tool 14 is removed, as shown in FIG. 2E, the tool holder 12a is reheated and expanded to remove the cutting tool.
상기 툴 홀더(12)는 열팽창율이 양호한 크롬-몰리브덴 계열의 특수 합금강(예를 들면, 5Cr-Mo to 9CrMo) 또는 Austenitic S.S(18Cr-8Ni)을 사용하는데, 상기 절삭공구(14)는 일반적으로 공구강이므로 열팽창이 거의 일어 나지 않는다. 따라서, 툴 홀더(12)와 절삭공구(14)의 열팽창율의 차이로 절삭공구를 고정할 수 있는 것이다. 도2에 도시한 바와 같이 상기 툴 홀더(12)는 그 내부에 2단의 구멍이 형성되어 있는데, 상단(도면상으로 볼 때)에 형성된 작은 구멍이 공구 홀더부(12a)로 작용한다. 툴 홀더(12)를 가열할 시에는 전체적으로 가열하여 공구 홀더부(12a)의구멍을 크게 변형시킨다.The tool holder 12 uses special chromium-molybdenum-based special alloy steel (for example, 5Cr-Mo to 9CrMo) or Austenitic SS (18Cr-8Ni), which is generally used. Because of the tool steel, thermal expansion hardly occurs. Therefore, the cutting tool can be fixed by the difference in thermal expansion coefficient between the tool holder 12 and the cutting tool 14. As shown in Fig. 2, the tool holder 12 has two holes formed therein, and a small hole formed at an upper end (as seen in the drawing) serves as the tool holder portion 12a. When the tool holder 12 is heated, it is heated as a whole to greatly deform the hole of the tool holder portion 12a.
그리고 상기 툴 홀더(12)의 가열온도는 툴 홀더의 물리적 성질의 변화가 없도록 툴 홀더의 변태온도 이하(약 400℃ 이하)로 한다.The heating temperature of the tool holder 12 is equal to or lower than the transformation temperature of the tool holder (about 400 ° C. or lower) so that the physical properties of the tool holder do not change.
이와 같이 툴 홀더(12)를 가열 및 냉각하여 절삭공구를 고정하는 방법은 툴 홀더(12)의 공구 홀더부 사이즈를 줄일 수 있으므로, 도6에 도시한 바와 같이 공작물(M)의 구석진 모서리등을 용이하게 가공할 수 있다.As such, the method of fixing the cutting tool by heating and cooling the tool holder 12 can reduce the size of the tool holder portion of the tool holder 12. Thus, as shown in FIG. It can be processed easily.
도3은 본 발명에 의한 절삭공구의 고정방법에 사용되는 장치를 나타낸다. 도시한 바와 같이, 본 발명의 고정장치는 상기 툴 홀더(12)를 가열하는 가열 모듈(20)과, 상기 툴 홀더(12)의 상측(공구 홀더부)를 냉각하는 주 냉각 모듈(22)과, 상기 툴 홀더(12)의 하측(공구 홀더부의 반대측)을 냉각하는 보조 냉각 모듈(24)과, 상기 가열 모듈과 주 냉각 모듈 및 보조 냉각 모듈을 제어하는 제어부(26)로 이루어 진다.3 shows an apparatus used in the method for fixing a cutting tool according to the present invention. As shown, the fixing device of the present invention includes a heating module 20 for heating the tool holder 12, a main cooling module 22 for cooling the upper side (tool holder portion) of the tool holder 12; And an auxiliary cooling module 24 for cooling the lower side of the tool holder 12 (the opposite side of the tool holder part), and a control unit 26 for controlling the heating module, the main cooling module, and the auxiliary cooling module.
상기 가열 모듈(20)은, 베이스(32)의 상면에 형성된 수평 안내 레일(34)을 타고 이동하는 지지컬럼(36)에 유도 가열기(38)가 설치된 구성으로서, 상기 지지컬럼(36)에는 수직 안내 레일(40)이 형성되고, 이 수직 안내 레일(40)에 상기 유도 가열기(38)가 상하로 이동가능케 설치된 구조이다. 상기 지지컬럼(36)는 일반적으로 공작기계에 적용된 이송컬럼과 유사하고, 상기 유도 가열기(38)는 코일을 가진 내부가 트인 원통형태로서 절삭공구(14) 및 툴 홀더(12)를 감싸고 상하로 이동할 수 있게 되어 있다.The heating module 20 is a configuration in which the induction heater 38 is installed in the support column 36 moving on the horizontal guide rail 34 formed on the upper surface of the base 32, and is perpendicular to the support column 36. A guide rail 40 is formed, and the induction heater 38 is installed on the vertical guide rail 40 so as to be movable up and down. The support column 36 is generally similar to a transfer column applied to a machine tool, and the induction heater 38 is an inner cylindrical shape having a coil, which surrounds the cutting tool 14 and the tool holder 12 and moves up and down. It is possible to move.
상기 주 냉각 모듈(22)은 도4에 도시한 바와 같이, 본체(42)의 내부에 냉각수 탱크(44)가 설치되고, 상기 냉각수 탱크(44)에 인입되는 냉각수가 흐르는 냉각캡(46)이 플렉시블 호스(48, 50)에 의해 연결된 구조이다. 상기 냉각수 탱크(44)내의 냉각수는 도시하지 않은 열교환기에 의해 열교환되거나 공냉되는 등 다양한 일반적인 방법 또는 장치에 의해 냉각된다. 그리고 상기 본체(42) 내에는 냉각수를 순환시키는 펌프(52)가 설치되어 있다. 상기 냉각캡(46)은 내부가 트인 원통형으로 이루어져 절삭공구(14) 및 툴 홀더(12)를 감싸고 상하로 이동할 수 있게 되어 있다.As shown in FIG. 4, the main cooling module 22 includes a cooling water tank 44 installed inside the main body 42 and a cooling cap 46 through which cooling water flowing into the cooling water tank 44 flows. The structure is connected by the flexible hoses 48 and 50. The cooling water in the cooling water tank 44 is cooled by various general methods or apparatuses such as heat exchange or air cooling by a heat exchanger (not shown). In the main body 42, a pump 52 for circulating cooling water is provided. The cooling cap 46 is formed in a cylindrical shape that is open to wrap around the cutting tool 14 and the tool holder 12 to move up and down.
상기 보조 냉각 모듈(24)은 도5에 도시한 바와 같이, 툴 홀더(12)가 안착되는 다수의 안착판(54)이 본체(56)의 상면에 결합되고, 상기 본체(56)의 내부에는 상기 안착판(54)으로 공기를 안내하는 공기 안내관(58, 59) 및 이 공기 안내관(58, 59)을 향해 공기를 송풍하는 송풍기(60)가 설치된 구조이다. 상기 안착판(54)은 멤브레인 형태로서 상기 공기 안내관(59)의 출구측에 걸리어 설치된다.As shown in FIG. 5, in the auxiliary cooling module 24, a plurality of seating plates 54 on which the tool holder 12 is mounted is coupled to an upper surface of the main body 56, and inside the main body 56. Air guide tubes 58 and 59 for guiding air to the seat plate 54 and a blower 60 for blowing air toward the air guide tubes 58 and 59 are installed. The seating plate 54 is installed on the outlet side of the air guide tube 59 in the form of a membrane.
상기 제어부(26)는 상기 지지컬럼(36) 및 유도 가열기(38)를 이동시키고 가열온도 및 가열시간 등을 제어하는 콘트롤러로서, 상기 주 냉각 모듈(22)의 본체에 설치되거나 별도의 모듈로 설치된다.The controller 26 is a controller for moving the support column 36 and the induction heater 38 and controlling a heating temperature and a heating time. The controller 26 is installed on the main body of the main cooling module 22 or as a separate module. do.
한편, 상기 가열모듈(20), 주 냉각 모듈(22) 및 보조 냉각 모듈(24)에는 다수의 상기 제어부(26)에 의해 제어되는 도시하지 않은 다수의 위치센서 및 온도센서 등이 설치되며, 상기 주 냉각 모듈(22)에는 상기 냉각 캡(46) 및/또는 절삭공구(14)를 잡고 이동시키도록 도시하지 않은 이동수단이 결합된다.On the other hand, the heating module 20, the main cooling module 22 and the auxiliary cooling module 24 is provided with a plurality of position sensors and temperature sensors (not shown) controlled by a plurality of the control unit 26, The main cooling module 22 is coupled with moving means (not shown) to hold and move the cooling cap 46 and / or the cutting tool 14.
이와 같이 구성된 장치를 사용하여 툴 홀더(12)에 절삭공구(14)를 고정할 시시에는, 보조 냉각 모듈(24)의 안착판(54)에 툴 홀더(12)을 위치시킨 후, 지지 컬럼(36) 및 유도 가열기(38)를 이동시켜 툴 홀더(12)가 유도 가열기(38)에 의해 감싸지게 한 다음, 툴 홀더(12)를 가열하여 팽창시킨다. 이때 유도 가열기(38)를 상하로 이동시키면서 가열할 수도 있다.At the time of fixing the cutting tool 14 to the tool holder 12 using the apparatus configured as described above, the tool holder 12 is placed on the seating plate 54 of the auxiliary cooling module 24, and then the support column ( 36) and induction heater 38 are moved to wrap tool holder 12 by induction heater 38, and then tool tool 12 is heated to expand. At this time, the induction heater 38 may be heated while moving up and down.
소정시간이 지나 툴 홀더(12)의 공구 홀더부가 적절히 팽창하면, 유도 가열기(38)를 툴 홀더(12)에서 제거하고, 도시하지 않은 이동수단 또는 수동으로 절삭공구(14)를 툴 홀더(12)의 공구 홀더부 구멍에 삽입한 후, 도시하지 않은 이동수단으로 냉각캡(46)이 툴 홀더(12)의 상부를 감싸지게 하고 펌프(52)를 구동하여 냉각수를 순환시키는 한편 송풍기(60)를 구동하여 공기 안내관(58, 59)을 통해 툴 홀더(12)의 하부로 공기를 불어 냉각시키면, 툴 홀더(12)가 수축하여 절삭공구(14)를 단단히 홀딩하게 된다.When the tool holder portion of the tool holder 12 is properly inflated after a predetermined time, the induction heater 38 is removed from the tool holder 12, and the cutting tool 14 is manually removed from the tool holder 12. After inserting into the hole of the tool holder, the cooling cap 46 is wrapped around the upper portion of the tool holder 12 by a moving means (not shown) and the pump 52 is driven to circulate the coolant while the blower 60 When the air is blown and cooled to the lower portion of the tool holder 12 through the air guide tubes 58 and 59, the tool holder 12 is contracted to hold the cutting tool 14 firmly.
이때, 상기 냉각캡(46)에 의해 툴 홀더(12)의 상부를 냉각할 뿐만 아니라 상기 송풍기(60)의 송풍에 의해 툴 홀더(12)의 하부를 냉각하므로 냉각효과를 높여 절삭공구를 교체하는 사이클 타임(cycle time)을 줄일 수 있다.At this time, the cooling cap 46 not only cools the upper part of the tool holder 12 but also cools the lower part of the tool holder 12 by blowing the blower 60, thereby increasing the cooling effect to replace the cutting tool. Cycle time can be reduced.
그리고, 절삭공구(14)를 툴 홀더(12)에서 제거할 시에는 상기 툴 홀더(12)를 재가열하여 팽창시킨 후, 절삭공구(14)를 툴 홀더(12)에서 이탈시키면 된다.When the cutting tool 14 is removed from the tool holder 12, the tool holder 12 may be reheated and inflated, and then the cutting tool 14 may be detached from the tool holder 12.
절삭공구(14)를 고정할 시나 제거할 시의 가열 및 냉각온도, 가열 및 냉각 시간, 유도가열기 및 냉각캡의 이동 등은 상기 제어부(26)의 제어에 의해 이루어진다.The heating and cooling temperatures, the heating and cooling times, the movement of the induction heater and the cooling cap, etc., when the cutting tool 14 is fixed or removed, are controlled by the control unit 26.
본 발명에 의한 절삭공구의 고정방법 및 이에 사용되는 장치에 의하면, 툴 홀더의 사이즈를 줄일 수 있으므로 좁은 홈이나 모서리가공이 용이하고 툴 홀더의 무게가 가벼워지며, 고속가공시 런 아웃도를 향상할 수 있고, 절삭공구를 교체하는 사이클 타임을 줄여 생산성을 높일 수 있다.According to the method of fixing the cutting tool according to the present invention and the apparatus used therein, the size of the tool holder can be reduced, so that narrow grooves or edges can be easily processed, the weight of the tool holder is lighter, and the run-out can be improved during high-speed machining. It is possible to increase productivity by reducing the cycle time for changing the cutting tool.
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