KR20100021407A - 회전 구동이 가능한 절삭 공구 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 구멍 가공 특히 관통 구멍의 가공을 위한, 통합된 냉각 및 윤활제 공급 시스템을 가진 절삭 공구에 관한 것으로서, 바람직하게는 고성능 리머(high-speed reamer)와 같은 정밀 가공 공구의, 회전 구동이 가능한 절삭 공구에 대한 것이다. 이 공구는, 여러 개의 칼날 또는 칼날 모서리와 절삭 슬롯들이 형성되어 있는 커팅 부분과, 상기 커팅 부분과는 반대방향으로 클램핑 부분이 형성된 섕크(shank)로 이루어져 있다. 본 발명의 목적은, 칼날 모서리에 냉각 및 윤활제가 효율적으로 공급되게끔 하고, 제조 방법에 있어 비용의 경제성을 개선시키고자 하는 것이다. 상기 목적을 달성하기 위해, 클램핑 부분에는 절삭 슬롯 개수에 상응하는 개수의 냉각 및 윤활제 통로가 형성되어 있으며, 상기 냉각 및 윤활제 통로에는 축 방향으로 난 각각의 배출 구멍이 나 있다. 상기 냉각 및 윤활제 통로에서 나온 냉각 및 윤활제는, 선택적으로 섕크의 외경부에 의해 지지를 받으면서, 실질상 자유 유동(free-floating) 상태로 연관된 커팅 부분의 절삭 슬롯으로 공급된다.

절삭 공구, 리머, 냉각 및 윤활제 공급, 칼날, 절삭 슬롯, 클램핑 부분, 커 팅 부분, 샤프트 부분, 건식가공, 최소 윤활

Description

회전 구동이 가능한 절삭 공구{ROTATABLY DRIVABLY CUTTING TOOL}

본 발명은 특허 청구항 제 1항의 전제부에 기술된 회전 구동이 가능한 절삭 공구, 특히 리머(reamer)와 같은 정밀 가공 공구에 관한 것이다.

이러한 절삭 공구는 여러 가지 요구 사항을 충족시켜야 한다. 한편으로는 칼날 위치에 있어서 고도의 정확성이 요구되고, 칼날과 샤프트에 있어서 동적 하중의 안정성을 전제로 하는 더욱 개선된 가공의 정확성이 요구된다. 또한 이러한 공구에 있어서 더욱 높은 수명이 요구된다. 따라서 이러한 공구에 있어서는, 정기적인 냉각 및 윤활제 공급이 통합되어 있으며, 이러한 공구에 통합된 냉각 및 윤활제 공급은, 항상 공구의 가장 높은 부하 범위에 대해 충분한 냉각 및 윤활제 공급이 이루어질 수 있도록 되어야 한다.

현재의 기술 상태에서, 냉각 및 윤활제 공급이 통합되어 이루어지는 공구 형태를 제작하는 데 있어서 다양한 접근 기술이 존재한다.

DE 10347755 A1 에는, 샤프트 부분과 회전 내구성이 있으며 축 방향으로 견고하게 연결되어 있는, 예를 들어 소결 재료와 같은 고체 재료로 제조될 수 있는 커팅 헤드가 툴 섕크에서 중앙의 냉각 및 윤활제 공급 통로를 통해, 그리고 래디얼 통로 시스템의 커팅 헤드 접속 부분에서 냉각 및 윤활제를 공급받는 고성능 리머 형태를 형성하는 공구가 제시되어 있다. 래디얼 통로 시스템에서 방사상으로 외부에 놓여 있는 구멍은 공구 피크 방향으로 절삭 슬롯의 시작 부위까지 뻗어 있으며, 유도된 냉각 및 윤활제가 가능한 한 손실을 적게 유지하면서 절삭 슬롯으로 공급될 수 있도록, 냉각제 유도 커버로 덮여 있다.

샤프트 공구로 통합된 이러한 냉각 및 윤활제 공급은 소위 최소 윤활(MQL) 기술에 적합한데, 이 기술에 의하여 냉각 및 윤활제는, 소위 “습식 가공”과는 반대로, 압축 공기 흐름에 의해 아주 적은 농도로 칼날에 공급된다. 따라서 가공이 이루어지는 동안, 윤활 매체는 칼날 모서리 가까이에 충분한 윤활유 막이 생성될 수 있도록 에어로졸의 형태로 칼날에 공급된다.

MQL 기술에서, 정확한 분량의 윤활제가 가능한 동일하게 농도를 유지하면서 칼날에 유도되는 것이 중요하다. 공구 제작을 위한 제조 기술상의 수고를 줄임과 동시에 이 과제를 해결하기 위해, DE 202004008586 U1 문서에서는 클램핑 부분의 커버가 공구의 슬롯 시작 부위까지 뻗어 나가 있는 고성능 리머에 대해 다루고 있다. 여기서 커버는 클램핑 부분과 한 덩어리를 이루고 있으며, 내부에 축 방향의 냉각 및 윤활제 통로를 형성하기 위해 리머 샤프트를 수용하고 있다. 축 방향으로 뻗어나간 윤활제 통로는, 클램핑 부분에서 중앙의 윤활제 통로에 의해 샤프트 끝에서부터 슬롯 시작 부위까지 냉각 통로가 일정한 횡단면을 갖도록 되어 있다.

기존의 두 가지 경우에서, 칼날로의 냉각 및 윤활제 공급은, 공구 제작시 이 에 상응하는 많은 시간과 비용이 소모되며, 또한 기존의 공구는 다양한 부품으로 구성되어야 한다.

따라서 상기한 회전 구동이 가능한 절삭 공구를 만드는 것이 본 발명의 과제이며, 본 발명에 의거한 절삭 공구는 구조가 단순화되며, 오늘날 요구되는 칼날의 수명이 보장될 수 있다. 또 다른 과제는, 냉각 및 윤활제가 습식 가공에서뿐만 아니라 건식 가공(MQL-기술)에 있어서도, 사용자의 수고를 줄이면서 공정상 안전하게 그리고 공구 칼날에 주어지는 높은 하중에 충분하게끔 하는 새로운 방법을 마련하는 것이다.

상기의 과제들은, 공구와 관련해서는 특허 청구항 제 1항의 특징부에 의해 해결되며, 방법에 관련해서는 청구항 제 16항의 특징부에 의해 해결될 수 있다.

본 발명에 따르면, 이러한 냉각 및 윤활제 통로에서부터 축 방향으로 흘러나오는 냉각 및 윤활제는, 커팅 부분으로 이어지는 샤프트의 외면을 따라 각각의 절삭 슬롯으로 이어지는 방식으로, 공구의 클램핑 부분에 통합되어 있다. 냉각 및 윤활제의 작동 압력이 가령 5 bar 이상, 바람직하게는 쉽게 통제가 가능한 10 bar 이상의 수준으로 유지될 경우, 이러한 공구 형태를 이용한 습식 가공, 즉 액상의 냉각 및 윤활제를 사용할 경우에서뿐만 아니라, MQL-기술에 의거한 “건식 가공”에 있어서도, 절삭 슬롯 부위, 그리고 수명에 결정적인 영향을 미치는, 공구 칼날 면에 있어서의 충분한 윤활제 공급이 저절로 안정화될 수 있다는 사실이 실험을 통해 확인되었다.

공구 축, 즉 클램핑 부분에서 공구 헤드 부분에 이르는 냉각 및 윤활제의 유동에 대한 조사에 의하면, 냉각 및 윤활제 통로에서 흘러나오는 흐름이, 원심력의 작용 하에서, 커팅 헤드 방향으로 방사상의 외부적 제한 없이 축 방향으로 상당한 길이를, 공구가 가공해야 하는 구멍, 특히 정밀 추가 가공을 해야 하는 관통 구멍으로 들어가는 순간에 저절로 높은 유동 속도를 갖게 됨을 알 수 있다. 관통 구멍으로 공구 칼날이 들어가는 길이가 증가하게 되면, 절삭 슬롯과 구멍의 주위 벽에 의해 형성되는 개별적 유동 통로에서, 보다 안정적인 유동 형태가 형성된다. 이를 통해 공구 칼날에서도 특히 중요한 부위에 냉각 및 윤활 물질이 충분히 공급될 수 있게 된다. 부품 표면과의 간격이 커지면서 이러한 유동 통로 내의 유동은 더욱 개선되기 때문에, 비교적 높은 부하를 받는, 공구 헤드 가까이에 있는 공구 칼날에 냉각 및 윤활이 효율적으로 이루어지며, 결과적으로 공구의 수명이 길어지게 된다.

본 발명에 의거한 조치를 통해 클램핑 부분의 전면 배출 구멍에서 나오는 냉각 및 윤활제 흐름이 절삭된 칩(chip)의 운반을 위해 공구의 전진 방향으로 유도될 수 있다는 추가적인 장점도 생긴다. 이는, 가령 고성능 리머와 같은 고성능 정밀 가공 공구에 상기에 언급한 통합된 냉각 및 윤활제 공급이 이루어질 수 있는 가능성을 열어준다.

이러한 종류의 고성능 리머는 적잖은 커팅 속도로 가동된다. 그러나 각각의 축 방향 배출 구멍에서 나오는 개별적인 흐름은, 기존의 냉각 및 윤활제 공급 유닛의 작동 압력 범위에서 변하는 약 5 바아(bar)의 비교적 작은 유동 평균 압력에서, 유동 흐름에 작용하는 원심력이 상당히 크더라도, 맞물려 있는 커팅 부분의 절삭 슬롯에 의해 제한된 유동 통로를 확실하게 채우는 효과를 일으키기에 충분히 안정적임이 입증되었다. 따라서 본 발명에 의거하여, 외부에서 공급되는 냉각 및 윤활제를 통해, 절삭 슬롯 내의 냉각 및 윤활제의 절대량이 상당히 증가할 수 있다는 장점이 생긴다.

냉각 및 윤활제 흐름이 분산되지 않으므로, 공구에 있어 매우 중요한 부위에 대한 냉각 및 윤활제 공급의 손실이 적어진다. 따라서 본 발명에 의거한 공구는 습식 가공뿐만 아니라 건식 가공 및 최소 윤활(MQL-기술)에도 적합하다. 본 발명에 따르면, 축 방향의 절삭 슬롯 및 절삭 공간 내의 냉각 및 윤활제의 유동 속도가 상승되어, 절삭된 칩을 운반하는 데 효율적으로 이용될 수 있다.

본 발명에 의거한, 냉각 및 윤활제 공급이 통합된 공구는, 공구의 무게를 보다 적게 할 수 있는 가능성을 준다. 이는 특히 최소한 클램핑 부분과 이어지는 샤프트 부분이, 소결성이 있는 단단한 금속이나 서멧(cermet) 재료로 이루어지는 경우 특별한 장점을 갖게 된다. 예를 들어 단단한 금속으로 이루어진 리머가 공칭 직경 8mm로 제조되어야 하는 경우, 20%이상의 원료 절감을 달성할 수 있다. 샤프트와 클램핑 부분에서 공구의 부피가 크게 감소하기 때문에, 본 발명에 의거한 공구를 제작하는 데 있어, 재료의 제거율이 감소하는 경제적 이점이 추가적으로 발생한다. 예를 들면, 절삭 슬롯을 전적으로 커팅 부분에 맞춰 넣는 것으로 충분하며, 공구의 나머지 부분, 즉 샤프트와 클램핑 부분에서는 절삭 가공 과정이 모두 생략될 수 있다. 클램핑 부분 내부에 놓여 있는 냉각 및 윤활제 통로와, 경우에 따라서 샤프트 외부에 놓여 있는 유도 홈이, 이미 소결 형태로 제작 시에 최종 치수로 만들어질 수 있다.

방법과 관련된 과제는 특허 청구항 제 16항의 특징부에 의해 해결된다. 본 발명에 의거한 냉각 및 윤활제가 (지금까지 일반적인) 5 bar 이상의 압력 하에서 공급될 경우, 냉각 및 윤활제가 중요한 커팅 부분에 충분히 공급될 수 있다는 사실이 입증되었다. 예를 들어, 툴 섕크의 길이의 증가에 따라 및/또는 개별적인 냉각 및 윤활제 흐름에 작용하는 원심력의 증가에 따라, 시스템 압력을 증가시키는 방식으로, 공구의 사용 분야의 특이성을 고려하여 시스템 압력을 변화시킬 수 있다. 종속항들에는 본 발명의 유리한 형태들이 기술되어 있다.

특히, 클램핑 부분의 냉각 및 윤활제 통로는 각각의 샤프트 외부 직경에 접촉되는데, 이를 통해, 개별적인 냉각 및 윤활제의 흐름이 절삭 슬롯으로 가는 도중에 안정되어지고, 커팅 부분에 대한 냉각 및 윤활제 처리량이 증가하여, 초기에 설명한 칼날의 냉각 효과 및 절삭된 칩의 운반 효과가 상승할 수 있다.

동시에 냉각 및 윤활제 통로가 방사상 안쪽으로 커지고 샤프트의 외경에 접근하게 된다면, 가령 공구가 단단한 재료나 서멧 재료와 같은 소결 재료로 만들어질 경우 계속해서 재료 절감이 이루어지게 된다.

클램핑 부분에 형성된 냉각 및 윤활제 통로는 방사상으로 외부에 개방될 수도 있으며, 이 경우, 상기 냉각 및 윤활제 통로는 클램핑 부분의 고정 장치에 의해 밀폐될 수 있다.

힘이 크게 걸리는 경우, 클램핑 부분에서 냉각 및 윤활제 통로 횡단면의 외형적 형성을 위한 여유 공간을 더 많이 확보하기 위해, 클램핑 부분의 냉각 및 윤활제 통로 반대쪽이 폐쇄되어 있도록 형성하는 것이 특히 유리하다. 예를 들어 단단한 금속이나 서멧(cermet) 재료와 같은 소결 재료를 사용하는 경우, 내부에 놓인 이러한 통로는, 제조 기술상의 비용을 줄이고 형태적으로 고도의 정확성을 가지면서 소결 재료에 접근하거나 가령 함께 분출될 수 있다. 여기서, 내부에 놓인 통로를 추가 가공하지 않고도, 초기에 설명한 냉각 및 윤활제를 충분히 효과적으로 공급할 수 있다. 또한 진동 감쇠가 개선되고, 회전 모멘트 전달과 관련하여 장점을 지닌 공구의 안정성이 개선된다.

예를 들어 고성능 리머에서처럼 절삭 칩이 대량으로 발생하는 경우, 특허 청구항 제 4항의 계속적인 진행과 함께 칼날에 냉각 및 윤활제가 특히 잘 공급되고 절삭된 칩의 운반이 특히 잘 이루어지게 된다. 통합된 공구의 절삭 슬롯은 비교적 복잡한 형태를 가질 수 있다. 그러나 특히 클램핑 부분에 예정된 냉각 및 윤활제 통로가 이미 원형 과정, 예를 들어 배출 과정이나 형태 압박 과정에서 실행되는 경우, 그와 같은 복잡한 냉각 통로 구간의 형태가 이미 소결 재료에서부터 훌륭한 형태의 정확성을 가지면서 실현될 수 있다. 이러한 조치와 함께, 냉각 및 윤활제 흐름의 최대 분량이 공구 축으로부터 방사방향 간격을 두고 제공됨으로써, 절삭 슬롯 내 공구의 맞물림 영역에서 특히 강력하고 원활한 냉각 및 윤활제 유동이 안정적으로 형성되며, 이를 통해서 공구의 성능이 더 향상된다.

축 방향으로 투사하여 고찰하였을 때, 클램핑 부분에서 각각의 내부에 놓여 있는 냉각 및 윤활제 통로 배출 구멍의 횡단면이 커팅 부분의 절삭 슬롯을 완전히 덮거나 적어도 일치하는 경우, 최상의 결과에 도달할 수 있다.

클램핑 부분의 냉각 및 윤활제 통로의 각 축 방향의 배출 구멍은 연관되어 있는 절삭 슬롯에 맞추어진 횡단면을 갖는다.

축 방향으로 투사하여 고찰하였을 때, 배출 구멍의 횡단면과 절삭 슬롯이 완전히 겹쳐지기 어려운 경우에는, 축 방향 배출 구멍 횡단면의 위치 및/또는 형태를 고려하여, 연관된 절삭 슬롯의 외형에 최소한 이 횡단면이 축 방향의 투사에서 칼날 모서리로 이어지는 절삭 슬롯 각각의 측면을 포착하거나 또는 이에 접근하고, 특히 접촉하는 방식으로 맞추는 것이 유리하다.

본 발명에 의거한 공구의 장점은, 절삭 슬롯이 냉각 및 윤활제 흐름과 관련하여 일정하게 방사상 안쪽으로 이동되어 있는 경우 뚜렷하게 나타난다. 이로써 클램핑 부분과 샤프트의 외형이 변형되지 않도록 유지되면서, 여러 가지 크기의 절삭 가공이 커팅 부분에서만 공칭 가공 직경 및/또는 절삭 슬롯의 최종 치수로 시행되고, 또한 이로써 다양한 공칭 가공 직경을 갖는 공구를 클램핑 부분 내부의 냉각 및 윤활제 통로가 있는 동일한 공구의 미완성 상태에서 제작이 가능하게 된다.

실험에 의하면, 절삭 슬롯 내 공구의 맞물림 영역에서, 칼날 면에 양호한 윤활제 공급을 보장하는 속도 프로파일이 생기게 하기 위해서, 커팅 부분의 절삭 슬롯이 냉각 및 윤활제 흐름의 횡단면에 대해 방사상 약간 안쪽으로 오프셋 되어 있는 경우, 축 방향의 배출 구멍 횡단면 외형이 청구항 제 5항에 따라 절삭 슬롯의 외형에 매칭되어야 하는 것으로 나타났다.

예를 들어, 단단한 금속이나 서멧과 같이 단단한 소결 재료로 이루어진 공구를 제작하는데 있어, 내부에 놓인 냉각 및 윤활제 통로가 이미 재료, 즉 원형 과정에서 형성될 수 있다.

축 방향 배출 구멍의 횡단면은, 연관된 절삭 슬롯 외형의 위치 및/또는 형태와 관련한 축 방향의 투사에서, 해당하는 횡단면 표면과 가능한 커다랗게 겹치도록 맞추어야 한다. 그러나 적용 예에 따라서 클램핑 부분이 커팅 부분과 다른 직경을 가질 수도 있다. 그러한 경우에도, 커팅 부분의 중요한 위치에 냉각 및 윤활제가 충분히 공급되도록 보장하기 위해, 클램핑 부분의 냉각 및 윤활제 통로가 지정된 각도에 따라 커팅 부분의 절삭 슬롯으로 유도될 수 있다. 이러한 방식으로 냉각 및 윤활제 통로의 지정 각도를 변화시킴으로써, 공구 클램핑 부분의 (표준) 직경을 변경시키지 않고도 여러 가지 크기의 커팅 부분에 냉각 및 윤활제가 공급될 수 있다.

절삭 슬롯으로 난 축 방향의 냉각 및 윤활제 흐름이, 공구 칼날에 충분한 냉각 및 윤활제를 공급한다는 것은, 본 발명에 있어 매우 중요하다. 물론 본 발명에서, 공구에 직선으로 된 홈이 파여 진행되는 상태가 필수적으로 전제되는 것은 아니다. 절삭 슬롯은 나선 형태로도 진행될 수도 있다. 절삭 슬롯이 직선으로 즉, 축 방향으로 진행된다면, 커팅 부분의 절삭 영역에서 냉각 및 윤활제가 절삭 슬롯에 더욱 높게 채워질 수 있다. 여기서, 커팅 부분의 절삭 슬롯 연마를 위한 그라인더용 회전 원반 숫돌이 동시에 공구 샤프트의 유도 구멍 제조를 위해 이용될 수도 있기 때문에, 이로써 제조 방법이 단순화된다는 또 다른 장점이 생긴다. 또한 직선으로 홈이 파인 공구는 압출성형 공정에서 단일한 공구 제작을 가능하게 한다. 이는 단단한 물질 특히 단단한 금속이나 서멧(cermet)과 같은 소결 재료를 사용하는 경우 더욱 유리하게 작용한다.

최소한 공구의 샤프트와 클램핑 부분을 가령 단단한 금속이나 서멧 재료와 같은 소결 재료로 제작하는 경우, 클램핑 부분에서의 냉각 및 윤활제 통로, 그리고 경우에 따라서는 샤프트의 유도 구멍이, 미완성된 공구 상태에서라도 소결 공정 후에 추가 가공을 전혀 필요로 하지 않거나 최소한으로 제한될 수 있게끔 미리 형태가 만들어질 수 있다. 공구 제작에 있어서 경제성이 개선되며, 또한 필요한 재료가 최소한으로 소모된다.

회전 구동이 가능한 절삭 공구는 아주 다양한 분야에서 사용될 수 있다. 예를 들어 정밀 가공 공구, 천공 공구, 리머, 밀링 공구 또는 나사커팅용 공구 등으로 형성될 수 있다. 특히 공구가, 예컨대 리머가, 전체적으로 균일하지 않게 분배된 칼날 쇠 부분으로 형성되어 있는 경우, 본 발명에 의거한 공구는, 제조 기술상으로 수고를 증가시키지 않고도, 모든 절삭 슬롯에 대하여 동일한 정도로 특히 칼날에 대한 냉각 및 윤활제를 공급할 수 있다는 장점을 갖는다. 작동하고 있는 공구 칼날에 충분한 공급이 이루어지도록 하기 위해서는, 해당 공구의 일반적인 형태에 있어 5 내지 70 bar 사이 범위의 유동 평균 압력으로도 충분하다. 이는 건식 가공 및 MQL-기술에서 사용되는 바와 같이, 상이한 밀도의 유동 매체, 예를 들어 액상의 냉각 및 윤활제, 또는 에어로졸로 작업하는 것을 가능하게 한다.

청구항 제 18항의 개선에 의해. 클램핑 부분과 커팅 부분 사이의 보다 긴 축 방향 간격을, 각각의 냉각 및 윤활제 흐름이 가능한 큰 표면 겹침으로 연관된 절삭 슬롯에 도달하도록 연결하기 위해서, 클램핑 부분에서 나오는 각 냉각 및 윤활제 흐름을 추가적으로 안정시키는 것이 가능하다.

기타 청구항들에 본 발명의 여타의 유리한 실시예들이 기재되어 있으며, 본 발명의 여러가지 실시예들이 도면과 함께 아래에서 상세히 다루어질 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 제 1 실시예의, 회전 구동이 가능한 리머 형태의 절삭 공구의 개략적인 측면도이다.

도 2는 도 1의 “II”에 따른 확대도이다.

도 3은 도 1과 도 2에 따른 공구의 사시도이다.

도 4는 본 발명에 따른 제 2 실시예의 공구에 대한 길이방향의 단면도이다.

도 5는 본 발명에 따른 제 3 실시예의 공구에 대한 길이방향의 단면도이다.

도면에는 리머, 특히 고성능 리머 형태의 회전 구동이 가능한 절삭 천공 가공 공구의 실시예가 도시되어 있다. 회전 구동이 가능한 절삭 정밀 가공 공구(20)는 단일체로 형성되어 있으며, 예컨대 단단한 금속이나 서멧 재료와 같은 소결 재료, 즉 단단한 물체의 티타늄카바이드(TiC)와 질화티타늄(TiN)로 이루어져 있으며, 결합 단계로서 주로 니켈을 사용하는 소결 재료로 이루어져 있다.

상기 공구는 3가지 부분으로 이루어져 있는데, 클램핑 부분(22), 커팅 부분(24) 그리고 그 사이에 놓인 직경이 감소된 샤프트(26)의 세 부분이다. 커팅 부 분(24)은 직선으로 홈이 파여 있으며 여러 개의 칼날 모서리로 이루어져 있고 이 칼날 모서리 사이에는 각각의 절삭 슬롯(30)이 있다. 절삭 슬롯(30)은 근본적으로 2개의 측면 즉, 칼날 모서리로 이어지는 첫 번째 측면(32)과 이에 각도를 이루며 진행하는 두 번째 측면(34), 그리고 그 사이에 둥글게 마무리되어 있는 슬롯 바닥(36)으로 이루어져 있다(도 2 참조). 칼날 모서리(28)는 실시예에서 전체적으로 균일하지 않게 분포되어 있다. 이는 빠르게 작동되는 고성능 리머를 작동 시 조용하고 감소된 진동으로 작동시킬 수 있는 장점을 가져온다. 그러나 피치는 균일할 수도 있다.

도 1 내지 도 5에서 제시된 공구의 특이사항은, 다음에 보다 상세하게 설명되는 공구의 냉각 및 윤활제 공급 형태에 있다.

클램핑 부분(22)에는, 절삭 슬롯(30)과 축 방향으로 곧게 늘어선 내부의 냉각 및 윤활제 통로(38)가 형성되어 있다. 상기 냉각 및 윤활제 통로(38)는 각각 공구 축(40)에 평행하게 뻗어나가고 있으며, 또한 클램핑 부분(22)의, 커팅 부분(24)을 향한 면에는, 각각의 축 방향의 배출 구멍(42)이 형성되어 있는 축 방향 슬롯 형태로 형성되어 있다.

축 방향 슬롯에서 나오는 냉각 및 윤활제의 흐름은, 측면 유도 없이 샤프트(26)의 외부에서 축 방향으로 커팅 부분을 향해 이어지며, 절삭 슬롯(30)으로 흐르게 된다.

내부의 냉각 및 윤활제 통로(38)와 배출 구멍(42)의 횡단면은, 연관된 커팅 부분(24)의 절삭 슬롯(30)의 횡단면에 맞추어져 있다. 이는 근본적으로 절삭 슬롯 의 횡단면과 일치할 수 있다.

제시된 예에서, 축 방향 배출 구멍(42)의 횡단면은, 축 방향 투사에 있어서(도 2), 연관된 절삭 슬롯(30)의 위치 및/혹은 형태와 관련하여, 각각의 칼날 모서리로 이어지는 측면에 접근, 특히 접촉하도록 맞추어져 있다.

모든 경우에 있어, 냉각 및 윤활제 흐름을 위한 각각의 축 방향 배출 구멍(42)의 횡단면은, 연관된 절삭 슬롯(30)의 횡단면에 맞춰져 있다.

도 1 내지 도 3에 따르면, 절삭 슬롯(30)이 샤프트(26)의 외경 보다 깊이 파여져 있으며, 축 방향 냉각 및 윤활제 통로(38)의 슬롯 바닥보다도 깊다. 이에 대응하여, 절삭 슬롯(30) 및 샤프트(26) 사이에는 이행 구간(46)이 있다.

도 1에서 클램핑 부분(22)의 오른쪽 면에는, (공구가 공구 고정대에 끼워져 있는 경우) 적절한 접점 장치를 통해 냉각 및 윤활제가 가령 5 내지 70 bar의 압력 하에서 공급된다. 여기서는 액상 또는 가스 형태의 윤활제를 운반하는 유동 매체, 예를 들어 에어로졸, 즉 방울 윤활제가 함께 있는 압축 공기가 다루어진다. 공구의 회전 방향은 도 2에서 화살표(RD)로 표시되어 있다. 슬롯(38)은 고정 장치에 의해서 외부가 방사상으로 덮여 있어, 냉각 및 윤활제 통로(38)를 형성한다.

일반적인 접점 장치를 통해, 클램핑 부분(22)에서 공급되는 냉각 및 윤활제는, 클램핑 부분(22)에 형성되어 있는 냉각 및 윤활제 통로(38)를 따라 빠른 속도로 흐르며, 배출 구멍(42)에서 축 방향으로 배출된다. 개별적 냉각 및 윤활제 흐름은 오직 샤프트(26)의 원통형 외피면을 따라 거의 유도되어 흐르게 되며, 그렇지 않다면 비산하게 될 것이다.

전체적으로 공구의 피치에 상응하여 분배된 개별적인 냉각 및 윤활제 흐름은 소위 자유롭게 진행되는 흐름 후에 절삭 슬롯(30)을 만나게 되는데, 공구가 가공해야 하는 구멍 특히 관통 구멍에 들어서게 되면, 절삭 슬롯은 구멍 주변 벽에 의해 전체적으로 폐쇄되어서, 공급된 냉각 및 윤활제를 위한 새롭게 거의 폐쇄된 유동 통로가 마련된다. 냉각 및 윤활제 통로(38)로부터 도착한 유동 매체는 이러한 유동 통로의 내부에 놓이게 되어, (실험에 의해서 제시될 수 있었던 바와 같이) 5 bar 특히 10 bar 이상의 유동 매체 시스템 압력하에서 절삭 슬롯의 칼날 모서리 가공에 있어서 많은 양의 윤활제가 충분히 공급되게 된다. 따라서 공구의 수명이 충분한 수준으로 확실하게 유지될 수 있다.

실험을 통해, 클램핑 부분에 형성되어 있는 냉각 및 윤활제 통로의 형태에 따라 절삭 슬롯의 냉각 및 윤활제 유량이 좌우된다는 사실이 입증되었다.

본 발명에 의거한 외부 냉각 및 윤활제 공급과, 본 발명에 의거하여 클램핑 부분의 내부에 놓인 냉각 및 윤활제 통로의 확대된 횡단면으로 인해, 공급 통로가 중앙 내부에 놓여 있는 공구와 비교할 때, 칼날로 유도되는 냉각 및 윤활제 분량이 상당히 증가할 수 있다. 이는 칼날의 수명을 개선시킬 뿐만 아니라, 동시에 절삭된 칩의 운반을 개선하는 데에도 이용될 수 있다.

본 발명에 의거한 공구에 있어서, 냉각 및 윤활제 공급은 또한 여러 차례의 분산 흐름을 피하기 때문에 그에 따른 손실이 매우 적어진다. 클램핑 부분, 그리고 추가적으로 공구 샤프트의 유도 구멍에, 비교적 넓은 면적으로 여러 개의 냉각 및 윤활제 통로가 형성되어 있기 때문에 공구 무게가 가벼워지거나 공구가 소결 재료 로 제작되는 경우에 있어서 필요한 원료의 양이 줄게 된다.

클램핑 부분의 내부에 놓인 냉각 및 윤활제 통로와 커팅 부분의 절삭 슬롯은, 소결 재료에 있어서 최종 치수로 원래의 공정에서 제작될 수 있다. 그렇게 되면 클램핑 부분의 내부에 놓인 냉각 및 윤활제 통로 가공이 더 이상 필요하지 않게 된다. 마찬가지로 샤프트의 유도 구멍 연마 작업도 완전히 누락될 수 있다. 오직 커팅 부분에서만 절삭 가공 과정, 즉 최종 치수로의 연마 작업이 필요하다. 따라서 공구 제작에 있어서, 재료 제거율이 매우 많이 감소하게 된다.

도 1 내지 도 3에 의거한 공구는, 8.0 mm의 공칭 직경을 갖는 고성능 리머로 형성되었는데, 실험을 통하여, 개별적인 냉각 및 윤활제 흐름에 작용하는 원심력이 칼날에 대한 충분한 냉각 및 윤활제 공급을 침해하지는 않는다는 사실을 입증할 수 있었다. 상기한 공구에 있어서, 제작, 즉 슬롯 연마 시의 재료 제거율은 최소한으로 제한되게 된다.

예를 들면, 6 내지 8 mm의 특정 공칭 직경 범위를 위한 소결 재료를 사용할 수 있는데, 여기서는 다만 약간의 변화를 주는 절삭 가공 과정만이 발생하게 된다.

도 4를 바탕으로 공구의 제 2 실시예가 설명되는데, 여기서 도 1 내지 도 3에 의거한 공구 실시예에 상응하는 부품에는 앞에 “1”이 놓인 유사한 참조부호가 주어진다.

제 2 실시예는 근본적으로, 클램핑 부분(122)에서의 냉각 및 윤활제 통로(138)가 공구 축(140)에 대하여 평행으로 뻗어나가지 않고, 공구 축(140)에 대하여 지정된 각도(α)로 이어진다는 사실을 제외하고는, 제 1 실시예와 상응한다. 지 정 각도(α)는, 냉각 및 윤활제 통로(138)의 연장 부분이 그 사이에 놓여 있는 샤프트 구간(126)을 걸쳐서 근본적으로 커팅 부분(124)의 절삭 슬롯(130)과 일직선으로 늘어서 있도록 선정된다.

도면에서 제시된 제 2 실시예에 있어서, 커팅 부분(124)의 절삭 슬롯(130)이 냉각 및 윤활제 통로(138)의 배출 구멍(142)보다 커다란 피치원 위에 놓여 있다. 이를 역으로도 생각할 수도 있는데, 공구 축(140)에 대한 냉각 및 윤활제 통로의 지정 각도에 의해서 클램핑 부분(122)의 직경이 커팅 부분(124)의 직경과는 무관하게 형성될 수 있으며, 여기서 비롯되는 배출 구멍(142)과 절삭 슬롯(130)의 방사상 간격 차이는 공구 축(140)에 의해 조절될 수 있게 된다.

도 5는 기본적으로 제 1 실시예와 제 2 실시예의 조합을 나타내는 공구의 제 3 실시예를 나타내고 있다. 여기서 도 1 내지 도 4에 의거한 실시예에 상응하는 공구의 부품에는 앞에 “2”가 놓인 유사한 참조부호가 주어진다.

도 5에 제시된 본 발명에 의거한 공구는, 공구 축(240)에 대해 지정 각도(α)로 이어져 있고, 샤프트 부분(226)에 대하여 예정된 연장 부분에 걸쳐서 근본적으로 커팅 부분(224)의 절삭 슬롯(230)과 일직선으로 늘어서며, 방사상으로 개방된 냉각 및 윤활제 통로(238)를 제시한다.

물론, 본 발명의 근본 취지에 벗어나지 않으면서, 상기에 설명된 실시예들과 다른 형태의 실시도 가능하다.

예를 들어, 샤프트의 외경이 계속해서 줄어들어, 통로(38)의 횡단면이 확대될 수 있으면서, 절삭 슬롯(30)과 일치될 수도 있다.

따라서, 커팅 헤드를 공구의 나머지 부분과 한 덩어리로 형성하는 것이 반드시 필요하지는 않다. 기존의 방식대로 커팅 헤드가 샤프트에 회전에 강하면서 축 방향으로 내구성이 있게 덧붙여질 수 있으며, 예컨대 납땜이 이루어질 수도 있다. 이러한 변형에 있어서도, 앞에서 언급한 장점은 전체적으로 그대로 보존된다.

또한 공구는 반드시 소결 재료로 제작되어야 하는 것은 아니다.

공구의 다양한 기능 부분에는 기존의 익숙한 코팅이 이루어질 수 있다. 끝으로 공구의 커팅 부분에도 커팅 부착물을 장착할 수 있다.

전체적으로 앞에서 설명한 공구들은 리머로서 형성되어 있는데, 그러나 본 발명에 의거한 공구는, 일반적인 천공 공구, 밀링 공구 또는 나사 커팅 공구로서 마찬가지로 형성될 수 있다.

직선으로 홈이 파인 공구의 경우, 특히 공구가 예를 들어 이미 삽입된 내부에 놓여있는 냉각 및 윤활제 통로 및/또는 유도 구멍 및/또는 준비된 절삭 슬롯과 함께 소결 재료로 압출 성형이 되거나 형태 압축 과정으로 제작되는 경우, 제작 상의 추가적인 장점이 생긴다.

그러나 커팅 부분에는 나선형의 절삭 슬롯이 마련될 수도 있다. 이러한 경우에는, 커팅 부분이 분리된 부품으로서 샤프트에 부착되는 것이 유리할 수 있다.

제 2 및 제 3 실시예의 냉각 및 윤활제 통로는 또한 중앙의 냉각 및 윤활제 통로로부터 분기될 수 있다. 따라서 냉각제 공급부와, 공구 축에 의해 받쳐지고 원주방향에 분포되어 있는 냉각 및 윤활제 통로 사이에, 방사상으로 진행되는 연결 통로가 필요치 않게 된다.

따라서 본 발명은, 구멍 특히 관통 구멍 가공을 위한, 통합된 냉각 및 윤활제 공급이 이루어지는, 예컨대 고성능 리머와 같은 정밀 가공 공구 형태의, 회전 구동이 가능한 절삭 공구를 제공한다. 공구는, 수많은 칼날 또는 칼날 모서리와 절삭 슬롯이 형성되어 있는 커팅 부분, 그리고 커팅 부분과는 반대방향으로 클램핑 부분이 형성되어 있는 샤프트로 이루어져 있다. 제조 방법의 경제성을 개선시키면서, 동시에 칼날 모서리에 냉각 및 윤활제가 효율적으로 공급되게 하기 위해서, 클램핑 부분에는, 절삭 슬롯 개수에 상응하는 개수의 냉각 및 윤활제 통로가 형성되어 있다. 냉각 및 윤활제 통로는 각각 축 방향의 배출 구멍을 갖고 있다. 냉각 및 윤활제 통로에서 흘러나오는 냉각 및 윤활제는, 거의 “날아가듯이 막힘이 없으며”, 경우에 따라서는 샤프트의 외경에 의해 지지되어, 커팅 부분의 연관된 절삭 슬롯 내로 공급된다.

Claims (19)

1. 여러 개의 칼날(28, 128, 228) 및 칼날 모서리와 절삭 슬롯(30, 130, 230)이 형성되어 있는 커팅 부분(24, 124, 224), 그리고 커팅 부분과 반대방향으로 클램핑 부분(22, 122, 222)이 형성되어 있는 샤프트(26, 126, 226)를 갖고 있으며, 구멍 특히 관통 구멍 가공을 위한, 통합된 냉각 및 윤활제 공급이 이루어지는, 회전 구동이 가능한 절삭 공구, 특히 리머와 같은 정밀 가공 공구에 있어서,

   상기 클램핑 부분(22, 122, 222)에는 절삭 슬롯(30) 개수에 상응하는 개수의 냉각 및 윤활제 통로(38)가 형성되어 있어서, 상기 클램핑 부분(22, 122, 222)의 전면 배출 구멍(42)으로부터 흘러나오는 냉각 및 윤활제가 샤프트를 따라서 자유롭게 흘러, 각각 커팅 부분(24)의 연관된 절삭 슬롯(30)으로 공급될 수 있는 방식으로 되어 있는 것을 특징으로 하는, 회전 구동이 가능한 절삭 공구.
2. 제 1항에 있어서,

   클램핑 부분(22, 122, 222)의 냉각 및 윤활제 통로(38)는 주위의 측면이 폐쇄되어 있는 것을 특징으로 하는 절삭 공구.
3. 제 1항에 있어서,

   클램핑 부분(22, 122, 222)의 냉각 및 윤활제 통로(38)는 방사상으로 개방되어 있는 것을 특징으로 하는 절삭 공구.
4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,

   클램핑 부분(22, 122, 222)의 냉각 및 윤활제 통로(38)의 축 방향의 각 배출 구멍(42, 142, 242)은 연관된 절삭 슬롯(30, 130, 230)의 횡단면에 맞춰져 있는 횡단면을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 절삭 공구.
5. 제 4항에 있어서,

   축 방향 배출 구멍(42)의 횡단면은, 연관된 절삭 슬롯(30)의 위치 및/또는 형태와 관련하여, 축 방향으로 투사 시에, 칼날 모서리(28)로 이어지는 절삭 슬롯(30)의 각각의 측면에 도달하거나 이에 접근해 있으며, 특히 접촉하는 방식으로 맞춰져 있는 것을 특징으로 하는 절삭 공구.
6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,

   클램핑 부분(22)의 냉각 및 윤활제 통로(38)는 축 방향으로 정렬되어 있는 것을 특징으로 하는 절삭 공구.
7. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,

   클램핑 부분(122, 222)의 냉각 및 윤활제 통로(138, 238)는, 지정 각도(α)하에서, 커팅 부분(124, 224)의 연관된 절삭 슬롯(130, 230)으로 이어지는 방식으로, 클램핑 부분(122, 222)에서 흘러나오는 것을 특징으로 하는 절삭 공구.
8. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서,

   절삭 슬롯(30, 130, 230)은 직선으로 진행되는 것을 특징으로 하는 절삭 공구.
9. 제 1항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,

   자유롭게 흘러나오는 냉각 및 윤활제의 흐름은, 적어도 특정 축 방향 구간(샤프트 길이)에 걸쳐서, 클램핑 부분(22, 122, 222)에 이어지는 샤프트 구간(26, 126, 226)의 외경에 의해서 지지되는 것을 특징으로 하는 절삭 공구.
10. 제 1항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 절삭 공구는, 예컨대 단단한 금속이나 서멧(cermet) 재료와 같이, 단단한 재료로 제작되는 것을 특징으로 하는 절삭 공구.
11. 제 10항에 있어서,

    클램핑 부분(22, 122, 222)의 냉각 및 윤활제 통로(38, 138, 238)가, 최소한 부분적으로, 공구의 미완성 상태에서 미리 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 절삭 공구.
12. 제 1항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 절삭 공구는 천공 공구 형태로 실시되는 것을 특징으로 하는 절삭 공구.
13. 제 1항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 절삭 공구는 리머 형태로 실시되는 것을 특징으로 하는 절삭 공구.
14. 제 1항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 절삭 공구는 밀링 공구 형태로 실시되는 것을 특징으로 하는 절삭 공구.
15. 제 1항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 절삭 공구는 나사 커팅 공구 형태로 실시되는 것을 특징으로 하는 절삭 공구.
16. 제 1항 내지 제 13항에 청구한 바와 같은 절삭 공구에 가압된 냉각 및 윤활제를 공급하는 방법에 있어서,

    냉각 및 윤활제가 클램핑 부분(22, 122, 222)을 통해서 5 내지 80 bar 사이의 압력, 바람직하게는 10 내지 70 bar 사이의 압력 하에서 공급되는 것을 특징으로 하는 방법.
17. 제 16항에 있어서,

    상기 냉각 및 윤활제는 액상의 유체 형태로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 방법.
18. 제 16항에 있어서,

    상기 냉각 및 윤활제는, 윤활 매체가 혼합되어 있는 기상의 유체 형태로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 방법.
19. 제 16항 내지 제 18항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 냉각 및 윤활제 유동은, 클램핑 부분(22, 122, 222)에서 유동 축 주위에서 선회하면서 유지되는 것을 특징으로 하는 방법.

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