KR20080026027A - 나사 선회가공 공구 - Google Patents

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KR20080026027A
KR20080026027A KR1020070083324A KR20070083324A KR20080026027A KR 20080026027 A KR20080026027 A KR 20080026027A KR 1020070083324 A KR1020070083324 A KR 1020070083324A KR 20070083324 A KR20070083324 A KR 20070083324A KR 20080026027 A KR20080026027 A KR 20080026027A
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마카리오 마리오
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유틸리스 아게
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Abstract

나사 선회가공(thread-whirling) 헤드(1)가 개시되는 데, 그 내부 둘레(11) 위로 돌출하는 색인가능한(indexable) 삽입체(3)들이 제1 평면의 리세스(recess)들에 장착되며, 직접 상기 나사 선회가공 헤드(1)에 연결된다. 상기 색인가능한 삽입체(3)들이 개별적으로 접근가능하며 고정 소자에 의하여 간단하게 조립되고 분리될 수 있는 방식으로, 복수의 색인가능한 삽입체(3)들이 상기 리세스(2)의 지지면(20) 위에 색인가능한 삽입면(32)이 위치된다. 각 색인가능한 삽입체(3)에 대한 생성된 절삭 부스러기(swarf)는 각 사용된 복수의 색인가능한 삽입체(3)들에 의하여 최소화되며, 상기 나사 선회가공 헤드(1)의 사용 수명 혹은 성능은 증가된다. 또한, 리세스(2)가 제1 평면(7)에 형성될 수 있으므로, 제1 평면의 복수의 색인가능한 삽입체(3)들과 별도로 상기 제1 평면에 평행으로 경사되는 제2 평면에 복수의 색인가능한 삽입체(3)들을 배치하여 고정할 수 있다. 제1 및 제2 평면(7, 8)에 색인가능한 삽입체(3)들을 구비한 나사 선회가공 헤드(1)에 의하면, 한 번에 복합(multiplex) 외부 나사를 제조할 수 있다.
공구 스핀들, 가공물, 헤드, 선회가공, 임플란트, 외부 나사, 삽입체

Description

나사 선회가공 공구{THREAD-WHIRLING TOOL}
본 발명은 선반의 공구 스핀들에 장착될 수 있으며, 회전축 둘레로 회전가능한 나사 선회가공(thread-whirling) 헤드에 관한 것으로서, 회전축 방향에서 반경 방향으로 향하는 복수의 삽입체들과 내부 둘레를 가지는 관통 구멍을 구비하며, 하나 이상의 절삭 에지를 가지는 하나 이상의 커터를 구비하며, 회전축 방향에서 내부 둘레 위로 반경 방향으로 돌출하는 삽입체들은, 가공물(workpiece) 스핀들 위에 장착된 가공물 위에서 절삭 에지가 가공물의 소재를 제거하는 방식으로 안내될 수 있으며, 관통 구멍 내에서 직선으로 이동가능하게 안내될 수 있으며, 커터들을 따라 회전하며 이동할 수 있도록 안내될 수 있도록 배치되며, 이러한 수단에 의하여 여러 형상의 외부 나사들이 나사 선회가공 방식으로 가공물의 단단한 소재로부터 제조될 수 있는 선반의 공구 스핀들에 장착되는 나사 선회가공 헤드에 대한 것이다.
예컨대 의료 기술과 같은 일정한 기술 분야에서, 가공물 표면을 절삭 가공함으로써 외부 나사들을 형성하는 것이 더욱 요청되고 있다. 임플란트(implant) 분야 의 경우, 나사를 절삭함에 있어서 날카로운 에지들이 발생하지 않아야 하며, 얻어지는 나사에 날카로운 부분(burr)들이 없으며, 높은 표면 품질을 가져야 하는 데, 이것이 이제까지 오랜 동안 임플란트의 나사가 나사 선회가공식으로 제조된 이유이다. 대개, 녹이 없는 스테인레스강, 티타늄, 혹은 티타늄 합금으로 제조된 임플란트가 이러한 방법으로 아주 높은 정밀도로 제조될 수 있다.
이러한 방법으로, 선반의 공구 스핀들에 고정된 고정형 나사 선회가공 헤드는 높은 회전 속도로 회전되며, 대개 느린 속도로 동일한 반향으로 회전하는 공구 스핀들에 고정된 가공물은 나사 선회가공 헤드의 관통 구멍을 통해 안내된다. 이러한 방법으로 가공물은, 나사 선회가공 헤드의 관통 구멍을 통해 돌출하는 일정 수의 커터들 및 커터 에지들을 구비한 삽입체들을 따라 안내되며, 이러한 수단에 의하여 절삭 에지의 밀링을 통해 고체 금속에 외부 나사가 형성되며, 이로써 한번 (가공 공정)에 제조될 수 있다.
커터들의 형상을 선택하기에 따라, 나사 선회가공 헤드의 정렬 및 이를 통한 가공물에의 삽입체들의 정렬에 따라, 가공물 이동의 프로그래밍에 따라 다양한 나사 형상들이 제조될 수 있다. 작업자는 또한 나사 선회가공 헤드에 대해 가공물 스핀들을 이동시킴으로써 테이퍼 형상의 나사를 가공할 수 있는 데, 나사 선회가공식으로 제조된 모든 나사들은 날카로운 에지들의 형성이 없는 높은 품질의 나사 표면을 특징으로 한다.
여러 개의 링들로 구성되는 나사 선회가공 헤드가 EP 1 287 932A1에 개시되는 데, 베이스의 관통 구멍 위로 나사 선회가공 헤드의 회전축을 향하도록 배치된 여러 개의 길다란 삽입체들을 구비한다. 길다란 삽입체들의 장점은 20회 정도 재연마할 수 있으므로 재사용가능한 점이다.
삽입체들은 나사 선회가공 헤드의 베이스 위에 배치되며, 동일하게 베이스 위에 위치되는 중간링의 슬롯으로 안내된다. 베이스에 외부링을 고정하는 것은 삽입체들이 회전축 방향으로 베이스 위에 고정되도록 베이스의 표면에 삽입체들을 견고하게 누르는 것이다. 외부링을 관통하여 베이스의 포켓 구멍들에 결합되는 여러 나사들을 사용함으로써 삽입된 삽입체들은 중간링의 슬롯들에 위치되고 베이스에 위치되어 고정된다.
각각의 개별 삽입체를 반경 방향으로 위치시키기 위하여 나사핀이 삽입되며, 이 나사핀은 중간링의 내부 나사와 결합하며, 각 개별 삽입체의 각 절삭 에지의 반경방향 거리 설정은 절삭 에지와 먼 각 삽입체의 측면에 접촉함으로써 가능하게 된다.
삽입체들이 개별적으로 접근할 수 없으며, 베이스 위에 개별적으로 고정되지 않고 외부링을 고정함으로써 베이스에 대해 유지되므로 개별 삽입체들의 간단하고 신속한 교환은 불가능하다. 나사 선회가공 헤드가 완전히 분해되어야 하는 데, 이는 더욱 큰 작업 노력들을 요구하며 많은 재조립 시간이 필요하다. 개별 혹은 모든 삽입체들이 재연마되면, 회전축까지의 삽입체의 반경 거리는 각 개별 삽입체에 대해 개별 삽입체의 회전축까지의 반경 거리는 재조정되어야 한다. 이러한 공정 역시 시간이 많이 소요된다.
본 발명의 목적은 나사 선회가공 헤드의 사용 수명이 증가되고 부가적인 조정 작업이 없이 간단하고 신속하게 삽입체들의 교환이 이루어질 수 있도록 나사 선회가공 헤드를 개선시키는 것이다. 이러한 목적은 특허 청구항 1항의 특징을 가진 장치에 의하여 달성된다.
본 발명에 따른 나사 선회가공 헤드의 나사 선회가공의 효율을 증가시키는 부가적인 효과적인 설계 형태는 종속 청구항들에 개시된다.
상기 목적들을 달성하기 위하여, 선반의 공구 스핀들에 장착될 수 있으며, 회전축 둘레로 회전가능한 나사 선회가공(thread-whirling) 헤드에 관한 것으로서, 회전축 방향에서 반경 방향으로 향하는 복수의 삽입체들과 내부 둘레를 가지는 관통 구멍을 구비하며, 하나 이상의 절삭 에지를 가지는 하나 이상의 커터를 구비하며, 회전축 방향에서 내부 둘레 위로 반경 방향으로 돌출하는 삽입체들은, 가공물(workpiece) 스핀들 위에 장착된 가공물 위에서 절삭 에지가 가공물의 소재를 제거하는 방식으로 안내될 수 있으며, 관통 구멍 내에서 직선으로 이동가능하게 안내될 수 있으며, 커터들을 따라 회전하며 이동할 수 있도록 안내될 수 있도록 배치되며, 이러한 수단에 의하여 여러 형상의 외부 나사들이 나사 선회가공 방식으로 가공물의 단단한 소재로부터 제조될 수 있는 선반의 공구 스핀들에 장착되는 나사 선 회가공 헤드가 제공된다.
본 발명에 따르면, 사용 수명이 증가되고 부가적인 조정 작업이 없이 간단하고 신속하게 삽입체들의 교환이 이루어질 수 있도록 나사 선회가공 헤드가 향상될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 나사 선회가공 헤드는 나사 선회 가공의 효율이 증가될 수 있다.
본 발명이 이하에서 도면과 관련하여 설명된다.
본 발명에 따른 나사 선회가공 헤드(1)는, 관통 구멍(10)과 내부 둘레(11)를 가진다. 이 나사 선회가공 헤드는 선반의 공구 스핀들(12) 위에 선반의 척(chuck)으로 고정될 수 있다. 나사 선회가공 중에 나사 선회가공 헤드(1)는 높은 회전 속도로 나사 선회가공 헤드의 실린더 축과 합치하는 회전축 둘레로 회전된다.
나사 선회가공 방식으로 고체 소재로부터 외부 나사가 밀링 가공되며, 가공물이 그 위에 위치되는 가공물 스핀들(61)은, 공구 스핀들(12)에 대향하여 위치된다. 가공물 스핀들(61)은 가공물(6)의 길이 축(62)을 따라 낮은 속도로 회전하며, 직선 방향으로 이송될 수 있다. 컴퓨터 제어 선반에 의하여 전체 선회가공 공정의 전자동의 소프트웨어 제어 작동이 이루어지므로, 어떤 방해나 추가적인 간섭 없이 소정의 외부 나사(60)의 가공이 한 번에 이루어질 수 있다.
회전축에 대해 고정된 정해진 거리를 두고 반경 방향으로 평면의 리세스에 위치되는 복수의 거울(mirror) 대칭 형상의 색인가능한 삽입체들(3)은 나사 선회가공 헤드(1)의 둘레를 따라 분배되어 배치된다. 커터(30)와 적어도 하나의 절삭 에지(31)가 회전축(5) 방향으로 나사 선회가공 헤드(1)의 내부 둘레(11) 위로 돌출하도록 리세스(2)의 지지면(20) 위에 위치되어 각각의 개별적인 삽입체들(3)이 색인가능한 삽입면(32)을 가지고 배치된다.
도 1 도시와 같이, 각 개별 리세스(2)의 각 개별 지지면(20)은 회전축(5)에 수직인 평면에 위치된다. 각 지지면(20)은 제1 측벽(21)과 제2 측벽(22)에 제한되므로 삽입된 색인가능한 삽입체(3)는 측방향 이동에 대해 고정되며, 색인가능한 삽입체(3)의 장착 방향은 제1 측벽 및 제2 측벽(21, 22)에 의하여 고정된 방식으로 이루어진다. 단지 예로서 도시된 색인가능한 삽입체(3)는 평행육면체(parallelepiped)로 구성되며 리세스(2)의 단면이 합치되어야 한다.
사용되는 색인가능한 삽입체(3)는 색인가능한 삽입체들(3)의 반대 측면 위에 적어도 두 개의 커터들(30)을 구비하는 데, 각 커터(30)는 적어도 하나의 절삭 에지(31)를 구비한다. 그러나, 커터(30)에 대해 하나 이상의 절삭 에지(31)를 가지도록 색인가능한 삽입체(3)를 구성할 수도 있다. 나사 선회가공 동안의 색인가능한 삽입체(3)의 절삭 부스러기(swarf) 길이를 감소시키기 위하여 도 2 도시와 같이, 절삭 부스러기를 멀리 안내하는 부스러기 안내 단턱부들(33)이 구비된다.
색인가능한 삽입체(3)는 하나의 가능한 실시예에서 나사일 수 있는 고정 요소에 의하여 고정된다. 동일하게 고정 요소들로 나사 선회가공 헤드(1)의 리세스(2)에 고정 방식으로 색인가능한 삽입체(3)를 고정할 수 있다. 여기 개시된 실시 예에서, 각 경우에, 각 개별 지지면(20)의 나사 구멍(23)을 관통하여 나사가 삽입될 수 있으며, 각 경우에 각 개별 삽입체(3)의 중앙의 관통구멍(34)을 관통하여 삽입되며, 지지면(20)에 대해 수직으로 나사 결합되어 묻힌다.
이로써, 각각의 개별적인 삽입체(3)는 하나의 리세스(2)에 완전하게(positive) 및 불완전하게(non-positive) 고정 연결되며, 이로써 회전축(5)에 수직인 제1 평면에 위치하는 나사 선회가공 헤드(1)에 직접 연결된다.
가공물 스핀들(61)에 공구를 고정한 후에, 그 자체의 회전축(62) 둘레로 가공물이 낮은 속도로 회전되며, 길이 축(62) 방향으로 일직선으로 진행하여 나사 선회가공 헤드(1)의 관통 구멍으로 진입되며, 길이 축(62)에 수직인 직선 운동을 통하여 나사 선회가공 헤드(1)의 절삭 에지(31)에 접하게 된다. 나사 선회가공 동안 공구 스핀들(12) 및 가공물 스핀들(61)의 회전방향을 같도록 하거나 반대로 선택할 수 있다. 가공물(6)의 상면에 개별 절삭 에지(31)를 접촉시켜, 프로그램된 나사 선회가공 헤드(1)의 회전축에 수직인 운동 및 전진 방향의 운동에 의하여 소정 결과에 따라 조정가능한 공칭 직경(601), 중심 직경(602) 및 피치(603)를 가진 외부 나사(60)가 제조된다.
일관된 방식으로 개별 색인가능한 삽입체(3)는 단 기간 동안 가공물과 절삭 접촉하게 되며, 복수의 색인가능한 삽입체들(3)에 기인하여 더 적은 절삭 부스러기들이 색인가능한 삽입체들로부터 발생하며, 각 개별 색인가능한 삽입체(3)의 부하가 감소된다. 하나 이상의 절삭 에지(31), 가능하면 세 개의 절삭 에지가, 소정 중심 직경(602)의 선택에 따라 가공물(6)과 동시에 접촉하게 되며, 이로써 선반 작 동의 원활성이 증가된다.
본 발명에 따른 나사 선회가공 헤드(1)를 통하여 나사 선회가공 동안 더 큰 성능을 확보할 수 있으며, 외부 나사(60)는 한 번에 짧은 시간 간격으로 제조될 수 있다. 상기 설명한 바와 같은 개량을 통해 나사 선회가공 헤드(1)의 사용 수명은 더욱 연장될 수 있다.
개별적인 색인가능한 삽입체(3)가 마모되면, 설계 고유 특성에 의하여, 종래 기술의 상태와 비교하여 개별 색인가능한 삽입체(3)의 교환이 아주 간단해지는 데, 이는 개별 색인가능한 삽입체들(3)이 리세스(2)에 용이하게 접근가능하고 간단하게 분해할 수 있도록 장착되며, 이로써 재장착 시간이 최소화된다. 색인가능한 삽입체(3)는 각 고정소자가 제거된 후에 제1 측벽(21)과 제2 측벽(22) 사이의 지지면(20)으로부터 간단하게 제거될 수 있다. 색인가능한 삽입체(3)의 표시 및 재장착 후에, 상기 리세스(2)에의 장착으로 색인가능한 삽입체(3)의 정렬 및 방향정위(orientation)는 불필요하다.
설계상, 본 발명은 복수의 색인가능한 삽입체들(3)이 제1 평면(7)으로부터 평행하게 이동되고 회전축(5)에 수직인 제2 평면(8)에 부가적으로 위치되도록 확장될 수 있다. 제1 평면(7) 및 제 2 평면(8)의 리세스(2)들을 구비하는 나사 선회가공 헤드(1)가 도 3에 도시된다. 나사 선회가공 헤드(1) 위에서의 색인가능한 삽입체들(3)의 방향정위 및 직접 고정은 이미 설명한 바와 같이 이루어지며, 이 경우 간단하고 신속한 색인가능한 삽입체(3)의 조립 및 분해를 보장한다. 제1 평면(7) 및 이로부터 변위된 제2 평면(8)에서 색인가능한 삽입체들(3)의 사용에 기인하여 나사 선회가공 헤드(1)에 의하여 복합(composite) 외부 나사(60)를 한 번으로 제작할 수 있다. 선반의 제어는 적용예에 따라 프로그램될 것이므로 가공물(61) 스핀들의 진행은 제조될 복합 외부 나사(60) 혹은 피치(603)에 부합하도록 이루어진다.
도 1은 제1 평면에 리세스들을 가진 본 발명에 따른 나사 선회가공 헤드의 사시도를 도시하며;
도 2는 색인가능한 삽입체들을 구비한 나사 선회가공 헤드의 평면도이며;
도 3은 제1 및 제2 평면들에 리세스들을 가진 나사 선회가공 헤드의 사시도이며;
도 4는 나사 선회가공 헤드 영역에서 일부 단면으로 구성된 공구 스핀들과 나사 선회가공 헤드의 평면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1:나사 선회가공 헤드 2:리세스
3:삽입체 5:회전축
6:가공물 7:제1 평면
8:제2 평면 10:관통 구멍
11:내부 둘레 12 : 공구 스핀들 20:지지면
21:제1 측벽 22:제2 측벽1
23:나사 구멍 30:커터
31:절삭 에지 32:삽입면
33:칩 안내면 34:관통 구멍
60:외부 나사 61:가공물 스핀들
62:길이 601:공칭 직경
602:중심 직경 603:피치

Claims (6)

  1. 선반의 공구 스핀들에 고정될 수 있으며 회전축(5) 둘레로 회전가능한 나사 선회가공 헤드로서, 내부 둘레(11)와 상기 회전축(5) 방향에서 반경 방향으로 향하는 복수의 삽입체(3)들을 구비하는 관통구멍(10)과, 적어도 하나의 절삭 에지(31)를 가지는 적어도 하나의 커터(30)를 구비하며, 상기 회전축(5) 방향에서 상기 내부 둘레(11) 위로 돌출하는 상기 삽입체(3)들은, 가공물 스핀들(61) 위에 장착된 가공물(6) 위에서 절삭 에지(31)가 소재를 제거하는 방식으로 안내될 수 있으며, 관통 구멍(10) 내에서 직선으로 이동가능하게 안내될 수 있으며, 커터(30)들을 따라 회전하며 이동할 수 있게 안내될 수 있도록 배치되며, 이로써 여러 형상의 외부 나사(60)들이 나사 선회 방식으로 가공물(6)의 단단한 소재로부터 제조될 수 있는 선반의 공구 스핀들에 장착되는 환형 나사 선회가공 헤드에 있어서,
    복수의 면대칭인 색인가능한 삽입체(3)들이 사용되며, 각 개별적인 색인가능한 삽입체(3)는 개별적으로 상기 나사 선회가공 헤드(1)에 직접 연결되며 완전하게(positive) 그리고 불완전하게(non-positive) 직접 고정되며, 개별적인 자유로이 접근가능한 리세스(2)의 지지면(20)에 접하는 색인가능한 삽입면(32)을 가지는 각 색인가능한 삽입체(3)는 상기 리세스(2)의 제1 측벽(21)과 상기 제2 측벽(22) 사이로 반경 방향으로 정위되며 상기 회전축(5)에 수직인 상기 나사 선회가공 헤드(1)의 제1 평면(7)에 장착될 수 있으며, 각 경우 고정 소자에 의하여 고정될 수 있으며, 상기 나사 선회가공 헤드(1)의 둘레를 따르는 색인가능한 삽입체(3)들의 거리 는 동시에 항상 하나 이상의 절삭 에지(31)가 가공물(6)과 접하도록 선택되는 것을 특징으로 하는 선반의 가공물 스핀들에 장착되는 나사 선회가공 헤드.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 색인가능한 삽입체(3)들은 마름모(rhombic) 형상인 것을 특징으로 하는 나사 선회가공 헤드.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 색인가능한 삽입체(3)들은 상기 절삭 소재의 절삭 부스러기들을 간단하게 절삭하여 제거할 수 있는 상기 절삭 에지(31) 영역 내의 부스러기 안내 단턱부들(33)을 구비하는 것을 특징으로 하는 나사 선회가공 헤드.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 고정 소자는 관통 구멍(34)을 통하여 상기 색인가능한 삽입체(3)를 가로질러 상기 리세스(2)의 나사 구멍(23) 내부로 수직으로 나사 결합될 수 있는 나사인 것을 특징으로 하는 나사 선회가공 헤드.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 나사 선회가공 헤드(1)에 직접 완전하게 고정되며 불완전하게 고정된 복수의 면대칭인 색인가능한 삽입체(3)들이 상기 제1 평면(7)에 평행이며 상기 회전축(5)에 수직으로 배치된 제 2 평면(8)에서 리세스(2)들에 개별적으로 장착되는 것을 특징으로 하는 나사 선회가공 헤드.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 각각의 개별적인 색인가능한 삽입체(3)들은, 개별적으로 자유로이 접근가능한 리세스(2)의 지지면(20)에 색인가능한 삽입면(32)이 위치 하도록 장착될 수 있으며, 각 경우에 고정 소자에 의하여 고정될 수 있는 것을 특징으로 하는 나사 선회가공 헤드.
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