KR20110033475A - 모듈화 절삭 공구 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 홀더 모듈과 날부 모듈로 이루어지는 공작기계용의 모듈화 공구에 관한 것이다.
공작기계, 예를 들면 머시닝센터에 사용되는 공구에는 일체식 공구와 모듈화 공구가 있지만, 모듈화 공구의 경우에는 종류가 다른 다수개의 날부 모듈을 공구 홀더에 수납하고 있다. 종래의 모듈 공구는 일면 접촉식으로 되어 있어서, 절삭 가공 중에 공구의 이탈현상이 심하게 발생하는 문제가 있었다.
본 발명은 절삭 가공 중에 발생할 수 있는 공구의 이탈현상을 방지하기 위하여 접촉면에 일정 크기의 테이퍼를 형성하여 이면 접촉식으로 함에 의하여 공구의 이탈현상을 사전에 방지하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 모듈화 공구(30)는, 샹크부(31)와 공구 모듈(41)로 구성되고, 샹크부(31)는 몸체부(32)와 선단부(33)로 구성되며, 선단부(33)의 내면에는 선단부측 테이퍼부(35)가 형성되고, 선단부측 테이퍼부(35)에 이어서 암나사부(34)가 형성되며, 공구 모듈(41)은 절삭날부(45)를 형성시키고, 선단부에 형성된 암나사부(34)에 체결하기 위한 숫나사부(42)를 가지고, 공구측 테이퍼부(43)를 가짐에 의하여 공구 모듈(41)을 샹크부(31)에 체결시에 선단부측 테이퍼부(35)와 공구측 테이퍼부(43)가 접촉을 이루도록 하며, 선단부측 테이퍼부(35)와 공구측 테이퍼부(43)의 테이퍼각은 4도∼7도로 하고, 공구 모듈(41)에 형성된 홈부(44)를 스패너로 잡고서 스패너를 회전시켜서 공구 모듈(41)을 샹크부(31)에 나사 체결할 수 있도록 하기 위한 홈부(44)를 가지도록 하며, 샹크부에는 드릴, 엔드밀 등의 각종 절삭 공구 모듈(51 내지 56)을 장착할 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 모듈화 공구를 사용하면, 절삭공구를 2∼3개의 부분으로 분할하여 절삭물을 절삭하는 부분인 절삭 부품의 교체가 용이하여, 밀링, 드릴링, 엔드밀, 보오링, 탭핑 등의 작업을 절삭 부품의 부분의 교체만으로서 작업이 가능하도록 하며 또한, 피 절삭물의 용도 및 재질에 따라 절삭이 용이하도록 절삭공구를 모듈화하여 피 절삭물의 용도 및 재질에 따라 상호 교환 및 교체가 가능하여 가공효율 및 경제성에 있어서 최적화된 공구를 제공하며 깊은 홀가공 및 난삭가공 등이 가능한 다양한 형태의 절삭공구를 제작하여 자동차부품을 비롯한 항공기, 조선, 산업기계부품, 금형부품 등을 가공하는 데 있어서 발생되는 많은 문제를 해소하는 효과를 가진다.
모듈, 공구, 드릴, 트위스트, 절삭, 홀더, 가공

Description

모듈화 절삭 공구{Cutting tool of module type}
본 발명은, 홀더 모듈과 날부 모듈로 이루어지는 공작기계용의 모듈화 공구에 관한 것이다.
공작기계, 예를 들면 머시닝센터에 사용되는 공구에는 일체식 공구와 모듈화 공구가 있지만, 모듈화 공구의 경우에는 종류가 다른 다수개의 날부 모듈을 공구 홀더에 수납하고 있다. 종래의 모듈 공구는 일면 접촉식으로 되어 있어서, 절삭 가공 중에 공구의 이탈현상이 심하게 발생하는 문제가 있었다.
본 발명은 절삭 가공 중에 발생할 수 있는 공구의 이탈현상을 방지하기 위하여 접촉면에 일정 크기의 테이퍼를 형성하여 이면 접촉식으로 함에 의하여 공구의 이탈현상을 사전에 방지하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 모듈화 공구(30)는, 샹크부(31)와 공구 모듈(41)로 구성되고, 샹크부(31)는 몸체부(32)와 선단부(33)로 구성되며, 선단부(33)의 내면에는 선단부측 테이퍼부(35)가 형성되고, 선단부측 테이퍼부(35)에 이어서 암나사부(34)가 형성되도록 한다. 공구 모듈(41)은 절삭날부(45)를 형성시키고, 선단부에 형성된 암나사부(34)에 체결하기 위한 숫나사부(42)를 가지고, 공구측 테이퍼부(43)를 가짐에 의하여 공구 모듈(41)을 샹크부(31)에 체결시에 선단부측 테이퍼부(35)와 공구측 테이퍼부(43)가 접촉을 이루도록 하며, 선단부측 테이퍼부(35)와 공구측 테이퍼부(43)의 테이퍼각은 4도∼7도로 하고, 공구 모듈(41)에 형성된 홈부(44)를 스패너로 잡고서 스패너를 회전시켜서 공구 모듈(41)을 샹크부(31)에 나사 체결할 수 있도록 하기 위한 홈부(44)를 가지도록 하며, 샹크부에는 드릴, 엔드밀 등의 각종 절삭 공구 모듈(51 내지 56)을 장착할 수 있도록 한다.
본 발명의 모듈화 공구를 사용하면, 절삭공구를 2∼3개의 부분으로 분할하여 절삭물을 절삭하는 부분인 절삭 부품의 교체가 용이하여, 밀링, 드릴링, 엔드밀, 보오링, 탭핑 등의 작업을 절삭 부품의 부분의 교체만으로서 작업이 가능하도록 하며 또한, 피 절삭물의 용도 및 재질에 따라 절삭이 용이하도록 절삭공구를 모듈화하여 피 절삭물의 용도 및 재질에 따라 상호 교환 및 교체가 가능하여 가공효율 및 경제성에 있어서 최적화된 공구를 제공하며 깊은 홀가공 및 난삭가공 등이 가능한 다양한 형태의 절삭공구를 제작하여 자동차부품을 비롯한 항공기, 조선, 산업기계부품, 금형부품 등을 가공하는 데 있어서 발생되는 많은 문제를 해소하는 효과를 가진다.
본 발명의 구체적인 내용을 도 1 내지 도 4를 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 샹크부(31)의 정면도, 도 2는 공구 모듈(41)의 정면도로서 도2(a)는 공구 모듈(41)의 측면도를 나타내고 도2(b)는 공구 모듈(41)의 정면도를 보이고, 도 3은 샹크부(31)에 대한 공구 모듈의 체결을 설명하기 위한 설명도, 도 4는 샹크부(31)에 대한 각종 절삭 공구 모듈(51 내지 56)의 체결을 설명하기 위한 설명도를 보인다.
본 발명의 모듈화 공구(30)는, 샹크부(31)와 공구 모듈(41)로 구성되고, 샹크부(31)는 몸체부(32)와 선단부(33)로 구성되며, 선단부(33)의 내면에는 선단부측 테이퍼부(35)가 형성되고, 선단부측 테이퍼부(35)에 이어서 암나사부(34)가 형성되도록 한다. 공구 모듈(41)은 절삭날부(45)를 형성시키고, 선단부에 형성된 암나사부(34)에 체결하기 위한 숫나사부(42)를 가지고, 공구측 테이퍼부(43)를 가짐에 의하여 공구 모듈(41)을 샹크부(31)에 체결시에 선단부측 테이퍼부(35)와 공구측 테이퍼부(43)가 접촉을 이루도록 하며, 선단부측 테이퍼부(35)와 공구측 테이퍼부(43)의 테이퍼각은 4도∼7도로 하고, 공구 모듈(41)에 형성된 홈부(44)를 스패너로 잡고서 스패너를 회전시켜서 공구 모듈(41)을 샹크부(31)에 나사 체결할 수 있도록 하기 위한 홈부(44)를 가지도록 하며, 샹크부에는 드릴, 엔드밀 등의 각종 절삭 공구 모듈(51 내지 56)을 장착할 수 있도록 한다.
표 1의 실시예 1에서 사용된, 모듈화 공구(30)는, 샹크부(31)와 공구 모듈 (41)로 구성되고, 샹크부(31)는 지름 20mm의 몸체부(32)와 지름 18mm의 선단부(33)로 구성되며, 선단부(33)의 내면에는 5.725도의 선단부측 테이퍼부(35)가 형성되고, 선단부측 테이퍼부(35)에 이어서 M10의 암나사부(34)가 형성되도록 하고, 공구 모듈(41)은 드릴의 절삭날부(45)를 형성시키고, 선단부에 형성된 암나사부(34)에 체결하기 위한 M10의 숫나사부(42)를 가지고, 5.725도의 공구측 테이퍼부(43)를 가짐에 의하여 공구 모듈(41)을 샹크부(31)에 체결하였다.
또한, 도 5 내지 도 7은 실시예 1에서 사용된 드릴 공구 모듈(51)의 절삭날부를 나타내는 것으로, 환봉형태를 이루는 드릴 본체(1)의 축선 방향에는, 선단으로부터 비틀림을 동반하여 2개의 flute 홈(2)가 설치되어 있다. flute홈(2)의 선단능에는 드릴본체(1)의 축선에 대칭인 1조의 주절삭날(3)이 형성되어 있다.
드릴본체(1)의 선단에는, 축선을 정상부로하여, 여유면(4) 보다 큰 여유각을 가지도록 하는 시닝(5)이 설치되어 있다. 여유면은 자세하게는 2단 여유면으로 되어 있지만, 이 경우의 여유면은, 주된 2단째의 여유면(4)을 의미한다. 그리고, 시닝 절삭날(6)을 가진다. 시닝 절삭날(6)의 축방향 경사각(α)은, +5도∼+15도의 플러스각으로 설치되어 있다. 시닝(5)이 축방향 경사각(α) 만큼 내측으로 절입하는 형으로 되기 때문에, 시닝(5)의 면적이 커지며, 그림 11에 나타낸 종래의 시닝(5)에 비하여, 여유면(4)과 시닝(5)과의 교차능선(7)은 주절삭날(3) 측에 가까워지는 형상으로 된다. 종래의 드릴 형상에서는 드릴이 강성이 부족하고, 신뢰성이 낮은 문제가 있는데, 당해 문제를 해결하는 방안을 지도한다. 즉, 트위스트 드릴의 선단에 여유면을 형성시키면, 중심부에 치젤이라 불리는 절삭날이 나타난다. 이 치젤의 경사각은 -60도∼-70라는 극히 큰 마이너스 각도로 되므로, 구멍 가공에서 슬러스트 저항 증대의 최대 요인으로 된다. 이러한 문제를 개선하기 위하여, 치젤 폭을 좁게 하는 것이 좋다. 그 방법의 하나는 웨브 두께를 얇게 하여 치젤 폭을 좁히는 방법이다. 그러나 웨브 두께가 얇아지는 것에 의해 드릴의 강성이 저하하여 절삭 신뢰성이 문제가 되었다.
다른 방법으로서, 시닝을 부설한 치젤의 폭을 좋히는 방법이 있다. X형의 시닝은, 축선까지 달하는 시닝 절삭날이 형성되어 있으므로, 슬러스트 저항의 감소에 가장 좋은 시닝이라 할 수 있다. 도 11 및 도 12는, X형 시닝이 부설된 종래의 트위스트 드릴을 나타내는 것으로, 후술하는 이 발명의 실시예와 동일 위치에서는 동일 부호를 붙였다. 이 X형의 시닝(5)은, 축선 선단을 정점으로 하여 여유면(4)의 여유각 보다 큰 여유각을 가지도록 설치한 것이다. 여유면(4)과 시닝(5)과의 교차능선(7)은, 통상적으로 직선이다. 이런 종류의 종래의 트위스트 드릴에서 시닝 절삭날(6)의 축방향 경사각(α)은, 시닝부의 연삭가공이 쉽고, 0도∼-5도의 마이너스각으로 형성되는 경우가 많다. 마이너스 각이기는 하지만, 전술한 치젤의 경사각과 같이 상당히 큰 마이너스각 보다는, 훨씬 작은 마이너스각으로 되어 있으므로, 슬러스트 저항을 감소시키는 효과가 크다.
또한, 표 1의 실시예 1에서 사용된, 모듈화 공구(30)는, 샹크부(31)와 공구 모듈(41)로 구성되고, 샹크부(31)는 지름 20mm의 몸체부(32)와 지름 18mm의 선단부(33)로 구성되며, 선단부(33)의 내면에는 5.725도의 선단부측 테이퍼부(35)가 형성되고, 선단부측 테이퍼부(35)에 이어서 M10의 암나사부(34)가 형성되도록 하고, 공 구 모듈(41)은 드릴의 절삭날부(45)를 형성시키고, 선단부에 형성된 암나사부(34)에 체결하기 위한 M10의 숫나사부(42)를 가지고, 5.725도의 공구측 테이퍼부(43)를 가짐에 의하여 공구 모듈(41)을 샹크부(31)에 체결하였다.
또한, 도 8 내지 도 10은 실시예 1에 비해 더욱 개선할 목적으로 행해진 실시예 2에서 사용된 드릴 공구 모듈(51)의 절삭날부를 나타내는 것으로, 전술한 것과 동일 위치에서는 동일 부호를 붙였다. 이 트위스트 드릴은, 축방향 경사각(α)가 플러스각으로 설정되어 있으므로, 시닝(5)이 특히 외주측으로 필요 이상으로 크게 되는 것을 방지하기 위하여, 선단측에서 보아서 여유면(4)과 시닝(5)과의 교차능선(7)이 힐(8)에 가까워지는 곡선으로서 그려지도록 형성한 것을 특징으로 하고 있다. 이것에 의해, 선단 외주부의 손상이 억제되어서, 시닝(5)의 절삭칩 포켓의 용적이 크게 되면서, 드릴 강성의 저하를 피할 수 있다. 이 실시예의 트위스트 드릴을 사용하여, 종래의 트위스트 드릴과 슬러스트 저항의 비교시험을 행하였다. 모두가 드릴 직경은 20.8mm, 본 발명 트위스트 드릴은 시닝 절삭날(6)의 축방향 경사각(α)는 +10도, 종래의 트위스트 드릴은 0도이다. 피삭재는 알루미늄합금으로, 절삭속도는 130m/min이었다. 실험 결과는 예를 들면 이송 0.5mm/rev인 때의 종래의 트위스트 드릴의 슬러스트와, 이송 0.75mm/rev인 때의 본 발명 트위스트 드릴의 슬러스트가 동일한 크기였다. 즉 슬러스트 저항 기준으로 본 발명의 트위스트 드릴은, 종래의 트위스트 드릴의 1.5배의 고능률로서 구멍가공이 가능한 것으로 된다.
표 1에서는, 형상을 달리하는 상기의 3종류의 본 발명 모듈화 절삭 공구인 트위스트 드릴을 사용하여, 자동차 엔진용의 소재로 많이 사용되고 있는 AC8A-T6 알루미늄 주물 합금에 대하여 100개의 구멍 가공을 행한 후에, 구멍 직경의 확대 크기, 구멍 내벽의 표면 거칠기(Rz), 구멍의 진원도 및 트위스트 드릴 리머의 여유면 마멸을 측정한 결과를 나타내었다. 절삭 실험에 사용된 AC8A-T6 알루미늄 주물 합금의 기계적 성질은, 인장강도 334.8N/mm2, 항복강도 313.3N/mm2, 신율 0.86％, 빅커스 경도 167.6Hv, 충격치 1.15J/cm2 이었다. 절삭 시험은, 절삭속도 130m/min, 이송속도 0.2mm/rev., 가공 깊이 24mm 관통, 수성 절삭유 사용 조건에서 실시하였다.
Figure 112009503705654-PAT00001
표 1에서 보이는 바와 같이, 실시예 1∼실시예 2의 본 발명의 모듈화 절삭 공구인 트위스트 드릴은, 구멍 직경의 확대 크기, 구멍 내벽의 표면거칠기, 구멍의 진원도 및 트위스트 드릴의 여유면 마멸의 관점에서 현저히 우수한 성능을 가진 것을 알 수 있다.
도 1은 샹크부의 정면도.
도 2(a)는 공구 모듈의 측면도이고. 도2(b)는 공구 모듈의 정면도
도 3은 샹크부에 대한 공구 모듈의 체결을 설명하기 위한 설명도.
도 4는 샹크부에 대한 각종 절삭 공구 모듈의 체결을 설명하기 위한 설명도.
도 5는 실시예 1의 실시 형태를 나타내는 정면도,
도 6은 도 5의 일부 측면도(드릴 선단부),
도 7은 도 5의 일부 저면도(드릴 선단부),
도 8은 실시예 2의 실시 형태를 나타내는 정면도,
도 9는 도 8의 일부 측면도(드릴 선단부),
도 10은 도 8의 일부 저면도(드릴 선단부),
도 11은 종래의 사례를 나타내는 정면도,
도 12는 도 11의 일부 측면도(드릴 선단부),
도 13은 도 11의 일부 저면도(드릴 선단부)
[부호의 설명]
3 주절삭날
4 여유면
5 시닝
6 시닝 절삭날
7 교차 능선
8 힐
α (축방향) 경사각
31 샹크부
41 공구 모듈
32 몸체부
33 선단부
35 선단부측 테이퍼부
34 암나사부
45 절삭날부
42 숫나사부
43 공구측 테이퍼부
44 홈부

Claims (1)

  1. 샹크부(31)와 공구 모듈(41)로 구성되고, 샹크부(31)는 몸체부(32)와 선단부(33)로 구성되며, 선단부(33)의 내면에는 선단부측 테이퍼부(35)가 형성되고, 선단부측 테이퍼부(35)에 이어서 암나사부(34)가 형성되며, 공구 모듈(41)은 절삭날부(45)를 형성시키고, 선단부에 형성된 암나사부(34)에 체결하기 위한 숫나사부(42)를 가지고, 공구측 테이퍼부(43)를 가짐에 의하여 공구 모듈(41)을 샹크부(31)에 체결시에 선단부측 테이퍼부(35)와 공구측 테이퍼부(43)가 접촉을 이루도록 하며, 선단부측 테이퍼부(35)와 공구측 테이퍼부(43)의 테이퍼각은 4도∼7도로 하고, 공구 모듈(41)에 형성된 홈부(44)를 스패너로 잡고서 스패너를 회전시켜서 공구 모듈(41)을 샹크부(31)에 나사 체결할 수 있도록 하기 위한 홈부(44)를 가지도록 하며, 샹크부에는 드릴, 엔드밀 등의 각종 절삭 공구 모듈(51 내지 56)을 장착할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 모듈화 공구(30).
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