KR20070015420A - 진동감쇠재료를 갖춘 공구홀더와 이의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공구홀더(1)에 관한 것으로, 이는 제조장비의 공구홀더에 설치되는 축(2)과, 커터가 설치되는 헤드(3) 및, 축(2)과 헤드(3) 사이에 배치되고 부착되어 커터가 진동감쇠재료(4)를 통해 제조장비와 접촉하게 되는 진동감쇠재료(4)를 구비하되, 진동감쇠재료는 구리, 티타늄, 아연, 알루미늄, 니켈을 포함하는 그룹의 금속 또는 이들의 합금으로 되어 있다. 이러한 공구홀더를 제조하는 방법에서는, 진동감쇠재료로 된 표면커버가, 공구홀더가 전극으로 작용할 때 구리, 티타늄, 아연, 알루미늄, 니켈을 포함하는 그룹 중 적어도 하나의 금속의 이온을 함유하는 전해질 내에 잠김으로써 전기화학적 펄스도금에 의해 형성된다.

Description

진동감쇠재료를 갖춘 공구홀더와 이의 제조방법{Tool holder with vibration damping means and a method for manufacturing the same}

본 발명은 공구홀더와 이를 제조하는 방법에 관한 것이다.

제조장비의 공구홀더는 사용시에 진동과 소음을 일으키는 경향이 있다. 이러한 진동은 생성물의 정밀도에 악역향을 끼치면서 작업공정을 방해한다. 또한, 진동은 제조장비 주변의 환경을 악화시키는 시끄럽고 소란스러운 소음을 일으킨다.

완벽한 제조장비는 어떠한 진동도 일어나지 않으며, 모든 에너지가 이행되어야 하는 공정으로 전달된다. 실제로, 장비의 여러 부품이 서로에 대해 작동할 때 진동은 항상 일어난다. 장비가 점차 낡아지게 됨에 따라 그 동적 특성에 변화가 생긴다. 이는 새로운 유형의 진동이 장비의 다른 수명 동안 일어날 수 있음을 의미한다. 진동은 소재의 표면마무리를 나쁘게 하며, 더구나 장비 및 공구를 약화시키고, 최악의 경우에는 진동 때문에 심한 손상을 입힐 수 있다.

금속재료의 처리 동안, 장비의 소음과 공정으로부터 생기는 진동으로 일어나는 높은 레벨의 소음으로 인한 문제점도 일어난다. 현재까지 사용되고 있는 공구는, 소리와 진동을 충분히 감쇠시킬 수 있는 유형의 감쇠구조물을 내장하거나 나중에 부가되지 못하였다. 사람의 귀에 불쾌한 주파수 구간 내에 있는 진동소음의 대 부분을 제거할 수 있는 것이 중요하다. 80dB 이하의 레벨로 줄이는 것이 바람직하다.

공구홀더의 길이방향 트랙에 진동감쇠재료를 배치하는 것은 미국 특허 제2,426,359호로 알려져 있는바, 그 목표는 진동을 완전히 감쇠시키거나, 적어도 현저하게 줄이는 데에 있다.

국제공개 WO 02/45892 A1호(도 14 참조)로 알려진 공구홀더는 감쇠부재를 구비하고 있다. 감쇠부재와 공구본체 사이의 거리는, 처리공정 동안 공구본체와 감쇠부재 사이의 상대운동이 이루어질 수 있도록 되어 있다.

여러 공구를 위한 공구홀더가 미국 특허 제5,033,340호로 알려져 있는바, 이 공구홀더와 각 공구 사이의 연결면에는 구멍이 있고, "감쇠 샌드위치부" 구성이 이 구멍 내에 설치되어 있다. 이 구조는 점탄성 재료 및 강재가 번갈아 층을 이루고 있어서, 소음을 줄이게 되어 있다.

따라서, 진동 문제를 해결하기 위한 이전의 시도들은 복잡한 해결방안을 포함하고 있는데, 즉 공구홀더의 공동부 내에 있는 중량부 및 유체가 바람직하지 못한 진동에 대해 역위상으로 진동하여서 상쇄시키도록 되어 있다. 다른 해결방법은, 마찬가지로 공구홀더의 표면에 배치된 재료가 역위상으로 진동하여 진동을 상쇄시키는 것을 나타내고 있다. 전체적으로 이들 해결방법은 적어도 가능하더라도 적당한 재료와 성질이 발견되기 전까지 까다로운 구성절차와 시험절차를 포함하고 있다.

그러므로, 본 발명의 한 양상은 보다 간단한 방식으로 진동을 감쇠시키는 데 에 필요한 조건을 갖춘 공구홀더를 성취하는 것이다.

이에 본 발명은, 제조장비의 공구홀더에 설치되도록 된 축과, 커터가 설치되도록 된 헤드 및, 커터가 진동감쇠재료를 통해서 제조장비와 접촉하도록 배치되고서 구리, 티타늄, 아연, 알루미늄, 니켈을 포함하는 그룹의 금속 또는 이들의 합금으로 된 진동감쇠재료를 구비하고 있다.

이렇게 하여, 공구홀더는 제조장비와 직접 접촉하지 않게 되고, 따라서 대부분의 진동을 감쇠시키는 데에 필요한 조건들을 갖추게 된다.

금속 또는 합금이 1㎛와 100㎛ 사이의 두께를 가진 표면커버의 형태로 공구홀더에 적용되는 것이 아주 바람직하다.

또, 상기 표면커버는 적어도 2개의 층을 구비하는 것이 바람직하다.

본 발명의 방법에 따르면, 상기 표면커버는, 공구홀더가 전극으로 작용할 때 구리, 티타늄, 아연, 알루미늄, 니켈을 포함하는 그룹 중 적어도 하나의 금속의 이온을 함유하는 전해질 내에 잠김으로써 전기화학적 펄스도금에 의해 형성된다.

다른 실시예들은 청구범위의 독립항을 인용하는 종속항에 의해 명확하게 될 것이다.

종래의 공구홀더에 비해서, 본 발명에 따른 공구홀더에 의해 500 내지 600%의 감소가 이루어질 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 공구홀더를 도시한 도면이다.

도 2는 본 발명의 제2실시예에 따른 공구홀더를 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 제1실시예는 축(2)과 헤드(3)로 구성된 공구홀더(1)로 이루어진다. 커터는 헤드(3)에 설치되게 되어 있다. 이 공구홀더(1)의 축(2)은 그 표면(5) 주위로 진동감쇠재료(4)를 구비하고 있다. 임의의 철로 된 튜브(6)는, 공구홀더(1)가 제조장비에 부착될 때 장착력을 더욱 동일하게 분배하도록 된 진동감쇠재료(4) 주위에 설치된다.

이제 도 2를 참조하면, 본 발명의 제2실시예는 공구홀더(1)로 이루어진다. 이 공구홀더(1)는 물리적으로 두 부분으로, 즉 커터를 수용하는 앞쪽 헤드(3)와 제조장비에 장착되는 뒤쪽 축(2)으로 나누어진다. 축(2)과 헤드(3)는 진동감쇠재료(4)에 의해 서로 분리되게 된다. 이 진동감쇠재료(4)는, 제조장비에 장착되는 영역과 공구홀더의 앞끝의 커터 부착부 사이에서 공구홀더의 임의의 위치에 배치될 수 있다. 바람직하기로, 진동감쇠재료(4)는 도 2에 도시된 방식으로 앞끝에 배치된다.

공구홀더(1)의 축(2)은, 도 1에 도시된 바와 같이 공구홀더의 표면에 또는 도 2에 도시된 바와 같이 축(2)과 헤드(3)의 사이에 금속 표면커버의 형태로 진동감쇠재료를 구비한다. 따라서, 이 진동감쇠재료는 구리, 티타늄, 아연, 알루미늄, 니켈을 포함하는 그룹의 금속 또는 이들의 합금으로 된다. 1㎛와 100㎛ 사이의 두께를 가진 얇은 커버가 기계적인 처리공정 동안 일어나는 진동을 감쇠시키도록 작용함을 시험에서 볼 수 있었다. 이 시험은, 커버를 구성하는 층들의 수와 감쇠용량 사이의 확실한 상호관계가 있음을 보여주고 있다. 1,000개까지의 층을 포함하는 커버가 시험조사되었다. 하지만, 향상된 감쇠효과가 층들의 수를 더욱 증가시킴으로써 얻어질 수 있을 것으로 예상된다. 이들 층을 공구홀더에 또는 서로 쪽으로 적용하는 가장 적당한 방법으로는, 현재 펄스도금의 기술이 있다. 이는 도금조에 잠길 때 기질을 통한 전류펄스의 투과에 기초한다. 그 후에 도금금속이 기질에 전기화학적인 처리로 부착되되, 이 경우에 기질은 공구홀더이다. 펄스도금은 여러 층을 형성하도록 하나의 개별적인 도금조에서 이용될 수 있다. 층의 성질은 펄스의 특성을 변화시킴으로써 변경될 수 있다. 공구홀더의 탄성율 및 정적 강도와 같은 우수한 기계적인 성질은 커버의 제한된 두께를 통해 얻어진다.

아래의 표 1은, 층들의 수와 두께 및 재료의 여러 조합에 대한 비교조사의 측정결과를 나타내고 있다. 사용된 펄스시간은 0.1초와 1초 사이에 있는데, 이 펄스시간은 층의 두께에 직접적인 영향을 끼친다.

견본	층들의 수	총 두께(㎛)	주파수(Hz)	감쇠효과(%)
1	1000, 니켈	30	197	11.4
3	500, 니켈	3.5	202	7.8
6	200-300, 니켈-구리	2-3	197	6.4
5	50, 니켈	3.5	194	1.5

커버의 총 두께는 현저할 정도로 감쇠효과에 영향을 끼치지 않으며, 아무리 해도 층들의 수와 같은 중요성을 갖지 않는다. 증가된 층들의 수에 따른 향상된 감쇠용량은 주로 층들 사이의 접합면에서 일어나는 에너지의 손실 때문이다.

공구홀더의 축이 공동부, 바람직하기로는 실린더의 형태로 구멍이 뚫린 공동부를 구비하면, 감쇠특성이 더욱 향상될 수 있음이 입증되었다.

전체 공구홀더가 진동감쇠재료로 덮어 씌워질 수 있다. 이는 펄스도금에 의해 커버를 제조하는 기술과 관련된 장점들을 포함한다. 선택적으로, 커터 또는 이에 대한 공구의 접촉면을 제외하고, 공구홀더가 진동감쇠재료로 완전히 덮어 씌워질 수도 있다. 이들 방법에 의해 추가적인 감쇠효과가 성취될 수 있다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 종래의 공구홀더에 비해서 500 내지 600%의 진동 감소가 이루어질 수 있게 된다.

Claims (14)

1. 제조장비의 공구홀더에 설치되는 축(2)과,

   커터가 설치되는 헤드(3) 및,

   구리, 티타늄, 아연, 알루미늄, 니켈을 포함하는 그룹의 금속 또는 이들의 합금으로 된 진동감쇠재료(4)를 매개로 커터가 제조장비와 접촉하도록 배치된 진동감쇠재료(4)를 구비하는 공구홀더.
2. 제1항에 있어서, 상기 금속 또는 합금은 1㎛와 100㎛ 사이의 두께를 가진 커버의 형태로 공구홀더에 적용되는 것을 특징으로 하는 공구홀더.
3. 제2항에 있어서, 상기 커버는 적어도 2개의 층으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 공구홀더.
4. 제3항에 있어서, 상기 커버는 적어도 50개의 층으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 공구홀더.
5. 제4항에 있어서, 상기 커버는 적어도 200개의 층으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 공구홀더.
6. 제5항에 있어서, 상기 커버는 적어도 500개의 층으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 공구홀더.
7. 제6항에 있어서, 상기 커버는 적어도 1000개의 층으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 공구홀더.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 축(2)은 공동부를 구비하는 것을 특징으로 하는 공구홀더.
9. 제8항에 있어서, 상기 공동부는 실린더의 형태로 구멍을 뚫어 형성되는 것을 특징으로 하는 공구홀더.
10. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 제조장비와 접촉하도록 된 축(2)의 표면(5)의 적어도 일부가 진동감쇠재료를 구비하는 것을 특징으로 하는 공구홀더.
11. 제1항 내지 제7항 또는 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 공구홀더의 전체 표면이 진동감쇠재료를 구비하는 것을 특징으로 하는 공구홀더.
12. 제1항 내지 제7항 또는 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 진동감쇠재료(4)가 축(2)의 표면(5)을 둘러싸는 것을 특징으로 하는 공구홀더.
13. 제1항 내지 제7항 또는 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 축(2)과 헤드(3)는 진동감쇠재료(4)를 통해 결합된 2개의 별도 부재인 것을 특징으로 하는 공구홀더.
14. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 공구홀더를 제조하는 방법에 있어서,

    상기 표면커버는, 공구홀더가 전극으로 작용할 때 구리, 티타늄, 아연, 알루미늄, 니켈을 포함하는 그룹 중 적어도 하나의 금속의 이온을 함유하는 전해질 내에 잠김으로써 전기화학적 펄스도금에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 공구홀더의 제조방법.

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