KR20110076786A - 콜릿 홀더를 구비한 공구 홀더 및 공구 홀더에서 사용되는 공구 인서트 - Google Patents

콜릿 홀더를 구비한 공구 홀더 및 공구 홀더에서 사용되는 공구 인서트 Download PDF

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KR20110076786A
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잔슨 칼헤인즈
마이어 클라우스
티슈치그프레이 사스차
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더블유티오 벌크쥬그-아인리히툰겐 게엠베하
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Abstract

공구 홀더(1), 클램핑 너트(19)를 구비한 콜릿(15) 및 공구 인서트(27)로 구성되는 시스템이 제안되며, 콜릿(15) 및 공구 인서트는 공구 홀더(1) 내의 다양한 기능면 상에 고정되고 배치된다. 그럼에도 불구하고, 클램핑 수단은 동일하며, 즉 공구 홀더(1) 상의 나사산이다.

Description

콜릿 홀더를 구비한 공구 홀더 및 공구 홀더에서 사용되는 공구 인서트{TOOL HOLDER HAVING A COLLET HOLDER AND A TOOL INSERT FOR USE IN A TOOL HOLDER}
본 발명은 콜릿 홀더를 구비한 공구 홀더 및 공구 홀더에서 사용되는 공구 인서트에 관한 것이다.
콜릿의 사용으로, 회전식 공구는 매우 정확하고 컴팩트한 방식으로 클램핑될 수 있다. 하지만, 모든 공구가 하나의 콜릿으로 클램핑될 수 없으므로, 공구 인서트 및 콜릿 둘 모두가 고정되거나 구동되는 공구를 위해 수용될 수 있는 공구 홀더를 제공할 필요가 발생한다.
DE 102 19 600 C5는, 공구 인서트가 콜릿에 더하여 사용될 수 있는 콜릿 홀더를 구비하는 공구 홀더를 개시한다. 본 명세서에서, 공구 인서트는 플랜지 플레이트를 구비한다. 공구 인서트는 상기 플랜지 플레이트를 통해 공구 홀더에 볼트로 고정된다. 공구 인서트는 콜릿을 중앙으로 배치시키는 보어홀(borehole)과 동일한 원뿔 모양의 보어홀에 의해 중앙으로 배치된다.
콜릿 홀더는 콜릿을 다수 번 교체함으로써 마모된다. 공구 인서트, 예컨대 DE 102 19 600 C5에 개시된 공구 인서트가 콜릿 홀더에 직접적으로 수용되는 경우, 콜릿 홀더의 마모가 증가한다. 콜릿 홀더의 기하학적인 오차는, 콜릿 홀더로 삽입되는 공구 인서트의 배치 및 방사상 주행 이공구의 오차를 크게 증가시킨다. 그 결과, 공구 인서트에 수용되는 절삭 공구가 급속하게 마모된다. 절삭 공구가 기계 가공에 사용되는 경우, 소재의 기하학적인 구조 및 표면에 오차가 유발될 수 있으며, 유발될 수 있는 진동으로 인해, 기계 공구의 주변 부품 및 공구 홀더에 손상이 발생될 수 있다.
본 발명은, 콜릿 홀더를 구비하고 콜릿에 추가하여 다른 공구 인서트를 수용할 수 있는 툴 홀더를 제공하여, 공구 인서트에 의한 콜릿 홀더의 교체 및 콜릿 홀더에 의한 공구 인서트의 교체가 가급적 신속하게 발생하게 하는 것을 목적으로 한다. 나아가, 본 발명에 따른 공구 인서트 및 콜릿 둘 모두는, 반경 방향 및 축 방향의 런아웃(runout)에 대하여, 본 발명에 따라 공구 홀더에 최적으로 수용되도록 설계된다. 추가적으로, 기계 가공 공정 도중, 공구 홀더에서 콜릿 또는 공구 인서트로 가장 큰 토크를 전달하는 것이 가능하다.
위와 같은 본 발명의 목적은, 제 1항에 따른 공구 홀더 및 제 16항에 따른 공구 인서트로 구성되는 시스템에 의해 달성된다.
본 발명에 따른 시스템은 콜릿 홀더를 구비하는 공구 홀더를 기반으로 하며, 콜릿 홀더는 원뿔형 보어홀, 및 상기 원뿔형 보어홀에 대해 동축으로 배치되고 클램핑 너트와 함께 동작하는 나사산을 포함한다. 따라서, 본 발명은, 공구 인서트를 중앙으로 배치하는 수단이 원뿔형 보어홀의 제 1 단과 나사산 사이에서 축 방향으로 구성되도록 제공한다. 공구 인서트의 중앙 배치가 원뿔형 보어홀에 독립적으로 달성되므로, 원뿔형 보어홀은 오직 콜릿을 클램핑하기 위해서만 기능하여, 콜릿 홀더에서 발생하는 마모는 공구 인서트에 영향을 주지 않는다.
본 발명에 따른 공구 인서트를 중앙으로 배치시키는 별개의 수단은, 공구 인서트에 수용되는 툴의 요건에 따라 설계될 수 있다. 콜릿에 보유되는 공구와 공구 인서트에 보유되는 공구 간에는, 기계 가공을 위해 요구되는 회전 속도, 기계 가공력 및 구동 토크 면에서 큰 차이가 있다.
이러한 차이점은 본 발명에 따라 공구 홀더에 반영되어, 모든 부품들의 정확도, 수명 및 의존도와 그에 의한 기계 가공된 소재의 품질이 크게 개선될 수 있다.
콜릿 홀더의 원뿔형 보어홀은 공구 인서트의 반경 방향 및 축 방향 수용을 위해 사용되도록 설계되지는 않아, 콜릿 홀더의 마모는 공구 인서트의 배치 또는 런아웃 정확도에 영향을 주지 않는다. 본 발명에 의해 제공되는 바와 같이 콜릿 홀더가 공구 인서트의 홀더로부터 분리됨으로 인해, 콜릿 홀더에서 발생하는 마모는 더 이상 공구 인서트에 영향을 미치지 않으며, 전술된 오차는 더 이상 발생할 수 없다.
공구 인서트를 중앙 배치시키는 수단은 바람직하게 짧은 테이퍼형(short taper), 실린더형 및/또는 다각형으로 구성될 수 있다.
짧은 테이퍼로부터 선택되는 테이퍼 각도에 따르면, 짧은 테이퍼는 공구 인서트의 중앙 배치에 더하여 공구 인서트의 축 방향 런아웃을 개선시킬 수도 있다. 기본 원리는, 테이퍼 각도가 커질수록, 공구 인서트의 축 방향 런아웃이 공구 인서트를 중앙 배치시키는 수단에 의해 영향받고 개선될 것이라는 점이다. 테이퍼 각도의 선택을 통해, 설계자는 모든 특정 응용 분야의 제약을 고려할 수도 있다.
본 발명에 의해 콜릿 및 공구 인서트가 다양한 기능면들을 사용하면서 공구 홀더에 수용되므로, 본 발명에 따라 공구 인서트를 사용할 뿐만 아니라 콜릿을 사용하여 공구를 클램핑하는 요건을 최적으로 고려할 수 있다.
공구 홀더의 다른 유리한 실시예에서, 짧은 테이퍼는 60° 내지 140°, 바람직하게 90° 내지 120°의 테이퍼 각도를 갖는다. 이러한 각도 범위는, 공구 인서트를 공구 홀더로 삽입하기 위해 공구 인서트를 우수하게 중앙으로 배치시키기 용이한 것으로 밝혀졌다. 하지만, 동시에, 공구 홀더의 매우 정확한 축 방향 런아웃이 또한 달성된다. 테이퍼 각도의 선택을 통해, 우수한 축 방향 런아웃을 달성하고 중앙으로 배치시키도록 축 방향 클램핑 힘의 분포가 조정될 수 있다. 실제 실험으로 90° 내지 120°의 테이퍼 각도가 최적임이 밝혀졌다. 그러나, 개별적인 경우, 더 작은 테이퍼 각도 및 더 큰 테이퍼 각도 둘 모두가 바람직할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 중앙 배치 수단을 다각형 연결로 구성할 수도 있다. 그 결과, 중앙 배치에 더하여, 높은 토크를 전달할 수도 있으며, 높은 절단력이 기계 가공 도중 발생할 경우 상기 토크는 유리하다. 몰딩 부재가 원뿔형 다각형으로 설계되는 경우, 공구 홀더의 반경 방향 및 축 방향 수용에 더하여, 회전 방향으로의 형상 고정 맞춤(form-locking fit)이 또한 작업 없이 달성된다.
표준적인 다각형 연결과 달리, 다각형은, 치수가 공구 홀더의 회전축 방향으로 일정한 각기둥 모양의 다각형 연결로 설계되는 것보다, 공구 홀더의 길이 방향 단면에서 다각형 연결이 원뿔대 형상을 갖는 것이 특히 유리할 수 있다. 본 발명에 따른 공구 인서트를 중앙 배치시키는 수단은 세 가지 기능, 즉 공구 인서트를 중앙 배치시키는 기능, 공구 인서트의 우수한 축 방향 런아웃을 보장하는 기능 및 공구 홀더와 공구 인서트 간에 토크를 전달하는 기능을 가질수 있다. 그 결과 매우 컴팩트한 설계를 얻는다. 이러한 세 가지 기능들에 대한 가중치는, 각각의 경우의 요건에 따른 테이퍼 각도의 치수 및 선택 뿐만 아니라, 다각형의 형상에 의해 설계 작업 도중 조정될 수 있다.
또한, 축 방향의 접촉이 나사산과 원뿔형 보어홀의 제 1 단 사이에 제공될 수 있다. 이는 바람직하게, 작은 각도, 예컨대 30°보다 더 작은 테이퍼 각도가 선택된 경우, 또는 공구 인서트를 중앙 배치시키는 수단이 실린더형인 경우에 해당되며, 이는 공구 인서트의 축 방향 런아웃이 추가적인 축 방향 접촉 없이는 충분하지 않을 것이기 때문이다.
분해된 설계에서, 원뿔형 보어홀의 제 2 단은 축 방향으로 실린더형 세그먼트에 의해 경계가 형성된다. 공구 인서트를 중앙 배치시키는 수단과 함께 이러한 실린더형 세그먼트는, 공구 인서트의 반경 방향 및 축 방향 런아웃의 개선을 보장한다. 특히, 공구 인서트를 중앙으로 배치시키는 수단이 실린더 또는 작은 테이퍼 각도를 갖는 짧은 테이퍼로 구성되는 경우, 본 발명에 따른 실린더형 세그먼트는 유리할 것이다.
본 발명에 따른 공구 인서트 및 콜릿 둘 모두는 공구 홀더의 동일한 나사산을 사용하여 유리하게 클램핑되어, 작업 결과의 편의 및 공구 홀더의 설이 공간 요건이 최소화된다. 두 개의 서로 다른 클램핑 수단들이 콜릿 및 공구 인서트를 클램핑하도록 사용되는 경우, 이는 자연스럽게 공구 홀더를 위한 설치 공간 요건 및 동작 하락을 증가시킨다.
공구 인서트 및 콜릿을 클램핑시키기 위해 공구 홀더 상의 나사산을 공동으로 사용하는 것의 추가적인 장점은, 동작이 단순하고 동작 오차가 가상적으로 배제된다는 점이다.
제조적인 제한, 기하학적인 제한 및 그 결과로 선택된 테이퍼 각도에 따라, 평면 형태의 제 2 몰딩 부재는 원뿔형 다각형 뿐만 아니라 짧은 테이퍼 둘 모두로 할당될 수 있다. 이러한 조합 및 그 장점은 표준 ISO 12164(중공형 샤프트 콘) 및 ISO 26623(다각형의 중공형 샤프트 콘)에 잘 알려진다.
90°보다 작은 테이퍼 각도에서는, 일반적으로 추가적인 평면이 도입된다. 90°보다 더 큰 테이퍼 각도에서는, 일반적으로 추가적인 평면이 생략될 수 있으며, 이는 원뿔형 몰드로부터 투영된 평면이 충분한 축 방향 지지 및 벤딩 모멘트 강도를 생성하기 때문이다.
몰딩 부재가 순수한 실린더로 설계되는 경우, 제 1 몰딩 부재는 배타적으로 반경 방향 수용을 도입한다. 또한, 공구 홀더 내에 공구 인서트의 축 방향 수용을 고정시키기 위해, 제 2 몰딩 부재와 같이 제 1 몰딩 부재에 평면이 추가되어야 한다.
토크 전달 뿐만 아니라 반경 방향 수용 둘 모두가 제 1 몰딩 부재에 의해 달성되는 경우, 다각형은 실린더를 대신하여 사용될 수도 있다. 실린더의 경우와 같이, 다각형이 각기둥 형상인 경우, 평면과의 페어링(pairing)이 또한 요구된다.
공구 홀더의 나사산은 내부 또는 외부 나사산으로 설계될 수 있다. 그 결과, 결합되는 클램핑 너트는 외부 또는 내부 나사산을 구비하도록 설계될 수 있다. 많은 응용 분야에서, 종래의 클램핑 너트가 사용될 수 있다.
본 발명의 다른 유리한 실시예에 제공되는 바와 같이, 나사산이 내부 나사산으로 설계되고, 본 발명에 따른 중앙 배치 수단 및/또는 축 방향 접촉이 짧은 테이퍼와 내부 나사산 사이에 배열되는 경우, 내부 나사산은 클램핑 너트를 위한 종래의 공구 홀더보다 더 큰 직경을 갖는다. 이는 전체적인 개념에 있어서 다음과 같은 장점을 유발한다. 첫 번째로, 보다 큰 반경 방향 설치 공간으로 인해, 짧은 테이퍼 또는 원뿔형 다각형의 평면 또는 투영된 평면이 증가될 수 있다. 공구 인서트에서, 이는 벤딩 모멘트의 흡수에 대해 실질적으로 보다 안정된 지지를 유발한다.
두 번째로, 크램핑 너트가 안정성 및 응력에 대한 저항에 대해 최적화될 수 있다. 그 결과, 보다 큰 클램핑 힘이 클램핑 너트에 으해 콜릿에 작용되며, 이는 콜릿이 사용되는 경우, 보다 큰 공구 홀더의 효율을 유발한다. 물론, 본 발명에 따른 공구 홀더가 본 발명에 따른 공구 인서트와 결합되는 경우에도 동일한 바가 적용된다. 증가된 클램핑 힘은, 공구 인서트에 부착되는 고성능 공구에 대한, 공구 홀더 및 공구 인서트로 구성되는 시스템의 효율을 개선시키는 것에 있어서 유리하게 작용한다.
종래의 내부 나사산보다 큰 직경을 갖는 내부 나사산은, 클램핑 너트를 활성화시키는 키에 대한 파지면이 증가하고, 그 결과 공구에 의한 클램핑 힘의 작용이 단순해지고 보다 신뢰성 있게 되는 장점을 갖는다. 이러한 공구의 접촉면은 종종 클램핑 너트의 전단부 상에 배열되어, 클램핑 너트의 보다 넓은 환형 전단부는, 키와 콜릿 간의 가능한 효율적이고 신뢰성 있는 전달을 위해 사용가능한 보다 큰 설치 공간을 가질 수 있다.
본 발명의 다른 유리한 실시예에서, 원뿔형 보어홀의 일 길이는 금속-밀봉 콜릿의 사용을 허용하도록 치수가 구성된다. 이러한 금속-밀봉 콜릿은 시장에서 얻을 수 있으며, 콜릿의 교차하는 슬랏이 종래의 콜릿에 비해 감소된 깊이를 갖는 것을 특징으로 한다. 그 결과, 일 슬랏의 단부와 콜릿의 전단부 사이에 충분히 넓은 바가 유지되어, 콜릿이 신뢰성 있게 원뿔형 보어홀을 밀봉시킬 수 있도록 한다. 그 결과, 내부 냉각수 공급 시스템에 있어서, 다른 밀봉 부재를 사용하지 않으면서, 공구 홀더 및 콜릿을 통해 냉각수를 콜릿에 클램핑되는 공구로 직접적으로 전달시키는 것이 가능하다. 동시에, 냉각수가 통제되지 않은 방식으로 공구 홀더 또는 그 안에 클램핑되는 공구의 근처로 튀기지 않을 것이다.
본 발명의 다른 유리한 실시예에서, 실린더형 세그먼트 및/또는 캐리어 세그먼트가 원뿔형 보어홀의 제 2 단에 구성되도록 제공된다.
실린더형 세그먼트가 원뿔형 보어홀의 제 2 단에 직접적으로 배열되고, 그 뒤에 캐리어 세그먼트가 배열되거나, 그 역순으로 배열되는지 여부는 전체적인 기능에 영향을 미치지 않는다. 이러한 세그먼트의 순서는 본질적으로 캐리어 세그먼트의 기하학적 형상의 함수 및 사용가능한 제조 기술의 함수이다. 물론, 제 1 캐리어 세그먼트 및 그리고 나서 실린더 세그먼트의 순서는 보다 큰 지지 효과에 의해 유리하지만, 그 역 설계와의 차이는 매우 작다.
실린더형 세그먼트로 인해, 반경 방향 및 축 방향 런아웃에 대하여, 본 발명에 따른 공구 인서트의 수용이 추가적으로 개선된다. 실린더형 세그먼트는 본 발명에 따라 공구 인서트의 핀을 수용한다. 그 결과, 공구 인서트의 "후" 단부는 실린더형 세그먼트 내에 반경 방향으로 고정되며, 실린더형 세그먼트는 공구 인서트와 공구 홀더 간의 연결의 벤딩 강도에 긍정적인 영향을 가지며, 그 결과 공구 홀더로 삽입된 본 발명에 따른 공구의 반경 방향 및 축 방향 런아웃에도 긍정적인 영향을 갖는다.
공구 인서트와 짧은 테이퍼 또는 본 발명에 따른 공구 홀더의 실린더 간의 마찰-고정 연결에 더하여, 캐리어 세그먼트를 통해 형상-고정 토크 전달을 달성하는 것이 가능하여, 가장 높은 절단 성능에서조차, 본 발명에 따른 공구 홀더 내의 공구 인서트의 "미끄러짐"은 신뢰성 있게 방지된다.
본 발명에 따른 캐리어 세그먼트의 제 1 실시예에서, 세그먼트는 적어도 두 개의, 하지만, 바람직하게 셋 또는 그 이상의 축 방향 홈들을 구비한다. 특정한 크기의 상기 축 방향 홈들은 스플라인이 형성된(splined) 샤프트 연결의 제 1 부분인 반면, 스플라인이 형성된 샤프트 연결의 다른 부분은 대응하는 러그(lugs)에 의해 공구 인서트 상에 형성된다. 이러한 설계에서, 접촉면은 공구 인서트의 삽입 방향에 평행하도록 설계된다.
본 발명의 추가적인 유리한 실시예에서, 접촉면들이 더 이상 공구 인서트의 삽입 방향에 평행하지 않고, 일종의 쐐기 작용에 의해 테이퍼링 효과가 달성되도록 접촉면이 형성된다. 공구 인서트 상에 러그의 접촉면들이 대응하게 배열되는 것과 함께, 공구 인서트의 개선된 축 방향 클램핑은 토크의 함수로서 달성된다. 이는, 공구 홀더와 공구 인서트 사이에 발생하는 임의의 진동이 효과적으로 감쇠되고 심지어 완전히 억제되는 효과를 갖는다.
이는, 공구 홀더 및 공구 인서트로 구성되는 본 발명에 따른 시스템에 클램핑되는 공구의 효율을 더 증가시킨다. 동시에, 기계 가공된 소재의 표면 품질이 개선되고, 공구의 마모가 감소된다.
대안적으로, 캐리어 세그먼트는 다각형 프로파일로 구성되는 것도 가능하다. 그리고 나서, 토크를 전달하기 위한 종래의 공구 인서트와 공구 홀더 간의 다각형 연결은, 이러한 널리 알려진 연결의 모든 장점을 사용하여 달성될 수 있다. 다각형 상의 접촉면의 조절된 형상을 통해, 전술한 축 방향 클램핑의 강화가 여기에서 또한 달성된다. 접촉면의 우수한 설계는 바람직하게 쐐기 형상 또는 나사 형상의 나사산으로 실행될 수 있다. 두 우수한 설계들은 궁극적으로, 공구 인서트가 토크로 인해 공구 홀더로 당겨지는 결과를 달성한다.
이어지는 청구항 중 어느 한 항에 따라 공구 홀더 내에 공구 인서트를 수용하는 목적은, 공구 인서트가, 공구 홀더 상에 구성되는 공구 인서트를 중앙 배치시키는 수단과 함께 작용하는 대응면을 구비함으로써 달성된다.
상기 대응면은, 원형 단면을 갖거나 다각형 단면을 갖는 핀 또는 외부 원뿔로 구성될 수 있다.
필요한 경우, 축 방향 접촉은, 공구 홀더의 평면적인 접촉면과 함께 작용하도록 제공될 수 있다.
이러한 본 발명에 따른 공구 인서트를 사용함으로써, 공구 홀더 내에서 공구 인서트의 중앙 배치와 공구 인서트의 우수한 축 방향 런아웃 둘 모두가 달성된다. 동시에, 기계 가공 공정을 위해 요구되는 바와 같이, 공구 홀더와 공구 인서트 간의 토크의 전달은 원뿔형 보어홀에 독립적으로 보장된다. 결과적으로, 전술된 기능요소들, 즉 핀 및/또는 필요한 경우 캐리어는 요구조건에 따라 최적화되어 구성되거나 설계되어, 본 발명에 따른 공구 인서트가 공구 홀더 내에 사용되는 경우, 기계 가공된 소재 상에 높은 품질의 표면이 생성되도록 높은 절삭 성능이 구현될 수 있다.
공구 인서트가 본 발명에 따른 공구 홀더에 연결되고, 공구 인서트를 중앙 배치시키는 수단, 축 방향 접촉부, 핀, 및/또는 캐리어만을 사용하여 공구 홀더에 고정되고 배치되는 것을 보장하기 위해, 외부 원뿔과 핀 및/또는 캐리어 간의 공구 인서트의 영역은, 설치된 경우 공구 인서트가 공구 홀더의 원뿔형 보어홀에 접촉하지 않도록 구성된다. 이는, 예를 들어, 설치된 상태에서 적어도 1/10 mm의 동작(play)이 원뿔형 보어홀과 공구 인서트 사이에서 발생할지라도, 이 영역에 원뿔형 윤곽을 갖는 공구 인서트에 의해 달성될 수 있다. 상기 동작은 단순하게 터치-업 페인트(touch-up paint)를 바름으로써 구현될 수 있다. 물론, 설치된 상태에서, 원뿔형 보어홀과 공구 인서트 간에 매우 큰 거리를 달성하는 것 역시 가능하다. 예를 들어, 공구 인서트는, 본 발명에 따른 핀과 본 발명에 따른 외부 원뿔 간의 영역에서 실린더로서 구성될 수 있다. 이 경우, 공구 인서트는 매우 가벼워질 것이며, 이는 최고 회전 속도 및 최고 절삭 성능에서 유리할 수 있다.
가벼운 절삭과 관련되는 기계 가공용 공구 홀더에 있어서, 실린더형 세그먼트의 추가적인 지지를 필요로 하지 않는다.
본 발명에 따른 공구 인서트를 본 발명에 따른 공구 홀더 내에 부착시킬 수 있게 하기 위해, 공구 인서트를 부착시키는 수단이 제공되며, 상기 수단은 바람직하게 외부 또는 내부 나사산을 갖는 클램핑 너트로 구성되고, 클램핑 너트는 상기 공구 상에서 회전가능하게 지지된다. 본 명세서에서, 공구 인서트 상에 클램핑 너트가 장착되는 것이 공구 인서트를 공구 홀더 내에 부착시키도록 요구되는 축 방향 힘을 전달하는 것을 보장하는 것이 중요하다. 예를 들어, 이러한 장착은 중앙 내측 보어홀을 갖는 클램핑 너트에 의해 형성될 수 있으며, 상기 보어홀은 공구 인서트의 대응하여 치수가 형성된 실린더형 세그먼트와 함께 공구 인서트 상에 클램핑 너트를 장착시킨다.
그리고 나서, 클램핑 너트와 공구 인서트 간의 축 방향 힘은 링에 의해 전달될 수 있으며, 링은 예를 들어 와이어 링 또는 사각형 단면을 갖는 링(시거(Seeger) 링 등)으로 구성될 수 있다.
이러한 목적을 위해, 부분적으로 링을 수용하는 홈이 바람직하게 공구 인서트의 실린더형 지지면 내에 도입된다. 클램핑 너트의 내측 보어홀 내에, 대응하는 쇼울더가 움푹하게 파내어지며, 상기 쇼울더는 공구 인서트에 걸쳐 반경 방향으로 외부로 연장되는 링의 일부를 수용한다. 그 결과, 클램핑 너트를 조이는 도중 발생하는 축 방향 힘은 공구 인서트로 전달되고, 그 결과 대응면 상의 공구 인서트는 공구 인서트가 중앙으로 배치되는 도중 공구 홀더 내에 수용되고 배치되어, 본 발명에 따른 공구 인서트는 매우 우수한 반경 방향 및 축 방향 런아웃을 갖는다.
또한, 공구 인서트와 공구 홀더 간의 토크의 마찰-고정 전달 및/또는 형상-고정 전달이 가능하다. 설계에 의해 필요하게 되는 대응면의 상대적으로 큰 직경으로 인해, 큰 토크가 공구 홀더 내에서 공구 인서트가 미끄러지지 않으면서 신뢰성 있게 전달될 수 있다.
공구 인서트의 신규한 일 구성에서, 캐리어는 적어도 두 개의 러그들을 구비하며, 상기 러그는 제 11항 내지 제 15항에 따른 공구 홀더의 캐리어 세그먼트와 함께 형상-고정된 그리고 회전적으로 고정된 연결을 형성한다.
본 발명의 다른 유리한 실시예에서, 캐리어의 러그는 공구 인서트의 길이 방향 축에 대해 5° 보다 큰 각도를 갖는 접촉면을 갖는다. 그 결과, 공구 홀더와 공구 인서트 간의 토크의 형상-고정 전달과 함께, 추가적인 축 방향 힘 성분이 캐리어의 러그 상에 작용하여, 특히 클램핑 너트의 클램핑 힘에 추가하여 큰 토크가 전달되는 경우, 공구 인서트는 클램핑 힘을 사용하여 캐리어로부터 중앙 배치 수단으로 당겨진다. 또한, 비스듬한 접촉면은, 캐리어와 캐리어의 영역 또는 캐리어 세그먼트 사이에 발생할 수 있는 임의의 상대적인 모션이 감쇠되는 것을 보장한다. 그 결과, 최대 절삭 용량이 더 증가하며, 기계 가공된 소재의 표면 품질이 더 개선된다.
대안적으로, 캐리어가 다각형 단면을 갖고, 제 14항에 따른 공구 홀더의 캐리어 단면과 함께 캐리어가 형상-고정되고 회전적으로 고정된 다각형 연결을 형성하는 것이 가능하다. 따라서, 다양한 다른 응용으로부터 알려진 토크를 전달하기 위한 다각형 연결의 장점은, 공구 홀더 및 공구 인서트로 구성되는 본 발명에 따른 시스템에서 이용될 수도 있다. 또한, 다각형의 형상이 조절되는 경우, 다각형의 접촉면은 추가적인 길이 방향의 힘을 생성할 수 있다. 본 명세서에서 상기 형상은 길이 방향 힘을 생성하기 위해 쐐기 효과 또는 나사 효과를 이용할 수 있다.
내부 냉각수를 구비하는 공구를 사용할 수 있게 하기 위해, 일 추가적인 유리한 실시예에서 공구 인서트는 중공형으로 구성된다. 이러한 보어홀은 주로 공구 홀더에서 공구로 냉각수를 공급하는 것을 구현한다.
본 발명의 추가적인 장점 및 유리한 실시예는, 이어지는 도면, 발명의 상세한 설명 및 청구항으로부터 도출될 수 있다. 도면, 발명의 상세한 설명 및 청구항에 개시되는 모든 특징은 개별적으로 그리고 임의의 조합으로 본 발명에 본질적일 수 있다.
도 1 내지 도 12는 본 발명에 따른 공구 인서트 및 공구 홀더의 예시적인 실시예의 다양한 도면 및 대표들을 도시한다.
도 1a는 본 발명에 따른 공구 홀더(1)의 예시적인 실시예를 도시한다. 공구 홀더(1)는 회전가능하게 지지되며, 기계 공구 내의 공구 홀더(1)의 장착은 도 1에 도시되지 않는다.
공구 홀더(1)는 요구조건에 따라 본 발명에 따른 콜릿 또는 공구 인서트를 수용하는 기능을 갖는다. 본 명세서에서, 콜릿 내에 클램핑되는 공구 및 공구 인서트 내에 클램핑되는 공구 둘 모두는, 반경 방향 및 축 방향 런아웃에 대해 매우 정확하게 배치되는 것이 보장되어야 한다. 또한, 물론, 절삭을 위해 요구되는 토크는 공구 홀더로부터 미도시된 공구 인서트 또는 도 1a에 도시되지 않은 콜릿으로 신뢰성 있게 전달되어야 한다.
이러한 목적을 위해, 내부 나사산(3), 짧은 테이퍼(5), 밴드(7), 원뿔형 보어홀(9), 실린더형 세그먼트(11) 및 캐리어 세그먼트(13)가 공구 홀더(1) 내에 구성된다.
내부 나사산(3)은 미도시된 클램핑 너트를 수용한다. 원뿔형 보어홀(9)은 미도시된 콜릿을 수용하고, 일반적으로 익숙한 방식으로, 콜릿에 수용되는 공구를 클램핑시키고 안내한다.
콜릿에 대한 대안으로, 본 발명에 따른 공구 인서트(미도시)가 본 발명에 따른 공구 홀더에 수용되고자 하는 경우, 이는 본 예시적인 실시예에서 짧은 테이퍼(5)의 사용을 통해 일어날 수 있으며, 상기 짧은 테이퍼는 원뿔형 보어(9)의 제 1 단과 내부 나사산(3) 사이에 구성된다.
짧은 테이퍼(5)는 공구 인서트(미도시)를 중앙으로 배치시키고, 공구 인서트의 반경 방향의 우수한 런아웃을 보장한다. 짧은 테이퍼(5)는 공구 인서트를 중앙으로 배치시키기 위한 본 발명에 따른 수단의 제 1 예시적인 실시예이다.
짧은 테이퍼(5)의 테이퍼 각도의 적절한 선택을 통해, 짧은 테이퍼(5)는 또한 공구 인서트의 축 방향의 우수한 런아웃을 달성한다.
원뿔형 보어홀(9)의 제 2 단에서, 실린더형 세그먼트(11)는 공구 인서트의 상호 보완적인 핀과 함께 작용하고 공구 인서트의 추가적인 중앙 배치를 형성한다. 짧은 테이퍼(5)와 실린더형 세그먼트(11) 간의 거리 L로 인해, 실린더형 세그먼트(11) 상의 미도시된 공구 인서트(11)의 중앙 배치의 결과, 공구 인서트의 축 방향 런아웃이 또한 짧은 테이퍼(5)의 영역에서 개선된다.
그리고 나서, 캐리어 세그먼트(13)가 선택적으로 실린더형 세그먼트(11) 상에 배열되며, 실린더형 세그먼트는 공구 홀더(1)와 본 발명에 따른 미도시된 공구 인서트 간에 토크의 형상-고정 전달(form-locking transmission)을 달성할 수 있도록 한다. 본 명세서에서, 캐리어 세그먼트(13)는, 예를 들어 다각형의 단면을 가질 수 있으며, 다각형 단면은 공구 인서트(미도시)의 대응하게 형성된 다각형의 캐리어와 함께, 형상-고정 방식으로 토크의 전달에 기여한다. 캐리어 세그먼트(13)의 대안적인 실시예는 이하 보다 상세하게 기술된다.
내부 내사산(3)이 배열되는 지점에서, 공구 홀더(1)는 밴드(7)를 구비하며, 밴드는 도 1c에 도시된 바와 같이 다수의 리세스들을 구비한다. 리세스는 공구 홀더(1)를 회전 방향으로 정지시키기 위해 후크 렌치(hook wrench)와 체결될 수 있게 한다.
대안적으로, 내부 나사산(3)을 대신하여, 공구 홀더(1)의 외부 직경 상에 외부 나사산이 형성되는 것 역시 가능하다. 이 경우, 내부 나사산을 갖는 클램핑 너트가 사용될 것이다. 도 1에 도시된 예시적인 실시예에서, 클램핑 너트에는 외부 나사산이 제공된다.
등측도면인 도 1b는 종래의 콜릿(15)을 도시하며, 콜릿은 실린더형 샤프트를 갖는 공구(17) 및 외부 나사산(21)을 갖는 클램핑 너트(19)를 수용한다.
도 1c 및 도 1d는 삽입된 콜릿(15), 공구(17) 및 클램핑 너트(19)를 갖는 도 1a에 따른 공구 홀더(1)를 도시한다. 도 1c는 전면도를 도시하는 반면, 도 1d는 도 1c의 A-A를 따르는 단면을 도시한다.
도 1d에 도시된 바와 같이, 콜릿(15)은 오직 원뿔형 보어홀의 영역 내에서만 공구 홀더(1) 내에 클램핑된다. 짧은 테이퍼(5), 실린더형 세그먼트(11) 및 캐리어 세그먼트(13)는 콜릿(15)과 접촉하지 않는다. 도 1d에 따른 도면으로부터, 외부 나사산을 갖는 클램핑 너트(19)가 종래에 알려진 바와 같은 종래의 클램핑 너트로 설계되는 것이 명백하다. 종래의 콜릿 및 클램핑 너트(19)가 사용될 수 있으므로, 이러한 점은 본 발명에 따른 공구 홀더의 일 본질적인 장점이다. 따라서, 원뿔형 보어홀(19)은 바람직하게 관련 표준에 따라 형성된다.
많은 경우에 있어서, 공구 홀더(1) 내의 내부 나사산(3)의 직경을 결정하여 산업 표준으로부터 벗어나고 내부 나사산(3)의 직경을 확대시키는 것이 유리할 수 있다. 그 결과, 최대 클램핑 힘이 증가될 수 있고, 후크 렌치(미도시)를 작용하기 위해 클램핑 너트(19)의 단부면 상에 보다 많은 공간을 사용가능하게 하는 것이 가능하다. 결과적으로, 후크 렌치가 미끄러져 발생하는 사고의 위험이 감소한다. 또한, 보다 큰 토크가 클램핑 너트 상에 작용될 수 있으며, 클램핑 너트는 보다 큰 축 방향 클램핑 힘에 긍정적으로 반영된다.
도 1b에 도시된 바와 같이, 콜릿(15) 내의 슬랏(23.1 및 23.2)은 콜릿의 단부로 연장되지 않으며, 이들은 콜릿의 단부에 오기 전에 종료된다. 그 결과, 바(25.1 및 25.2)가 유지되어, 클램핑 너트(15)가 개별적인 부품들로 분해되지 않도록 보장하고, 바는 또한 원뿔형 보어홀(9)과 함께 금속 밀봉을 생성한다. 바(25.1 및 25.2)의 폭은 도 1b에서 LS로 지시되며, 바는 특정한 작은 한도보다 더 작은 치수를 갖지 않도록 설계되어, 금속 밀봉을 보장할 것이다.
콜릿(15)이 일반적으로 1 mm의 클램핑 범위를 가지므로, 클램핑 너트(19)가 조여지는 경우, 공구 샤프트의 직경에 따라, 콜릿(15)은 공구 홀더의 원뿔형 보어홀(9)로 더 깊게 또는 더 얕게 가압된다.
도 2는 콜릿(15)의 다양한 설치 상황을 도시한다. 도 2a는 공구(17)의 샤프트 직경이 최소인 종래의 콜릿(15)을 도시한다. 결과적으로, 클램핑 너트(19)가 조여지는 경우, 콜릿(15)은 원뿔형 보어홀(9)로 매우 깊이 가압된다. 도 2a에 따른 콜릿의 경우, 슬랏(23.2)이 매우 길기 때문에, 슬랏은 공구 홀더(1)의 실린더형 세그먼트(11)로 돌출된다. 따라서, 원불형 보어홀(9)과 콜릿(15) 간의 금속 밀봉이 더 이상 제공되지 않는다.
도 2b 및 도 2c에 따른 도면은 소위 금속-밀봉 콜릿(15)을 도시한다. 종래의 콜릿과의 본질적인 차이는 바(25.1 및 25.2)의 폭에 있다.
종래에 알려진 바와 같이, 금속-밀봉 콜릿(15)은 본 발명에 따른 공구 홀더(1)에 사용될 수도 있다. 이에 대해, 짧은 테이퍼(5)에 의해 일 단부 상에 구멍이 뚫리고 실린더형 세그먼트(11)에 의해 다른 단부 상에 구멍이 뚫리는 원뿔형 보어홀(9)의 길이 L은, 콜릿(15)의 클램핑 범위 내에서 바(25.1 및 25.2)와 원뿔형 보어홀(9) 사이에 충분한 중첩이 제공되는 것이 강조된다.
도 2b는 클램핑된 상태에서, 최소 샤프트 직경을 갖는 공구와 함께 금속-밀봉 콜릿(15)을 도시한다. 그 결과, 바(25.1)와 원뿔형 보어홀(9) 간의 중첩 B1은 최소가 되고, 원뿔형 보어홀(9)과 바(25.1) 간의 중첩 A1은 도 2b에서 최대가 된다.
최대 샤프트 직경을 갖는 공구(17)와 함께 콜릿(15)이 공구 홀더(1) 내에 클램핑되는 경우, 상황은 그 자체로 역전된다. 이 경우, 바(25.2)와 원뿔형 보어홀 간의 중첩은 최대가 되는 반면(도 2c의 B2 참조), 바(25.1)와 원뿔형 보어홀(9) 간의 중첩은 최소가 된다(도 2c의 A2 참조).
B1과 A2의 측정은 원뿔형 보어홀(9)의 길이 L에 의해 영향을 받는다. 그러나, 콜릿(15) 내의 슬랏(23)의 길이를 본 발명에 따른 공구 홀더(1) 내의 원뿔형 보어홀의 길이 L과 동일하게 함으로써, 콜릿(15)의 클램핑 범위 내에 위치하는 공구(17)의 모든 샤프트 직경에서 금속 밀봉을 제공하도록, 콜릿(15)이 원뿔형 보어홀(9) 내에 배치되는 것을 보장할 수 있다.
명확한 설명을 위해, 도 2a 내지 도 2c에서는 모든 구성요소에 도면번호가 제공되지 않았다. 그러나, 도 1에 대한 모든 구성이 대응하여 적용된다.
도 3은 본 발명에 따른 공구 인서트(27) 및 관련된 클램핑 너트(19)의 예시적인 실시예를 분해도로 도시한다. 공구 인서트(27)는 그 위에 핀(29)을 구비하며, 예를 들어 실린더형 커터(cylindrical cutter) 또는 페이스 커터(face cutter)(미도시)가 장착될 수 있다. 하지만, 본 발명은 이러한 타입의 공구 수용으로 제한되지는 않는다. 도 3의 공구 인서트(27)의 좌단에서, 모든 타입의 공구가 고정된 공구 뿐만 아니라 회전하는 공구에도 부착 가능하다.
도 3에 도시된 공구 인서트(27)는 플랜지(31), 실린더형 접촉면(33), 안전 링(35), 외부 원뿔(37), 핀(39) 및 캐리어(41)를 포함한다.
도 3에서 공구 인서트(27) 아래에 도시된 클램핑 너트(43)는 외부 나사산(45) 및 동축 보어홀(47)을 구비한다. 도 3에서 보어홀(47)의 우단에, 리세스(49)가 형성되며, 보어홀(47)을 구비하는 클램핑 너트(43)가 공구 인서트(27)의 실린더형 접촉면(33) 상으로 미끄러져 들어가면, 리세스는 공구 인서트(27)의 실린더형 접촉면(33)에 걸쳐 외부로 반경 방향으로 연장되는 슬랏이 형성된 링(35)의 일부를 수용한다.
도 3의 클램핑 너트(43)의 좌단에서, 홈(도면번호는 지정되지 않음)이 주변부에 구성되며, 홈은 후크 렌치(미도시)와의 체결을 도와준다.
클램핑 너트(43)는, 안전 링(35)을 제거하고 클램핑 너트(43)를 실린더형 접촉면(33) 상으로 미끄러져 들어감으로써 공구 인서트(27) 상에 장착된다. 클램핑 너트(43)의 보어홀(47)과 함께 실린더형 접촉면(33)은 클램핑 너트(43)를 위한 회전가능한 장착을 형성한다. 그리고 나서, 슬랏이 형성된 링(35)은 다시 공구 인서트의 홈(도 7의 도면번호 (59) 참조)으로 도입되며, 실린더형 접촉면(33)에 걸쳐 여전히 반경 방향으로 외부로 돌출되는 링(35)의 일부는 리세스(49)에 결합된다. 이러한 방식으로, 축 방향 힘을 클램핑 너트(43)로부터 공구 인서트(27)로 전달하는 것이 가능하며, 공구 인서트가 클램핑되는 경우 공구 인서트(27)에 대한 클램핑 너트(43)의 회전이 가능해진다.
핀(39)은 공구 홀더(1)의 실린더형 세그먼트(11)와 좁은 간격 맞춤을 형성하도록 치수가 구성되어, 그 결과 반경 방향으로 공구 인서트(27)를 고정시킨다. 핀과 외부 원뿔(37) 간의 축 방향 거리로 인해, 공구 인서트의 핀(29) 상에서 플랜지(31)의 축 방향 런아웃이 개선된다.
도 3의 공구 인서트(27)의 우단에서, 다각형의 캐리어가 구성되며, 다각형의 캐리어는 공구 홀더의 캐리어 세그먼트(13)와 함께 공구 홀더(1)와 공구 인서트(27) 간의 형상-고정 연결 및 토크 전달을 가능하게 한다.
도 4는 클램핑된 상태에서, 삽입된 공구 인서트(27)를 구비하는 공구 홀더(1)를 도시한다. 이러한 다양한 도면들은 공구 인서트의 실린더형 접촉면(33) 상에 클램핑 너트(43)가 장착되는 것과, 반면으로는 공구 인서트(37)의 원주 홈에서 슬랏이 형성된 링(35)이 장착되는 것과, 반면으로는 클램핑 너트의 리세스(49)에 슬랏이 형성된 링이 장착되는 것을 도시한다. 리세스는, 가장 큰 축 방향 힘에 대해서도, 슬랏이 형성된 링(35)이 공구 인서트(27)의 홈 밖으로 반경 방향으로 가압되지 않도록 보장한다.
도 4는 공구 인서트(27)와 공구 홀더(1) 간의 접촉이, 캐리어 세그먼트(13)와 캐리어(41) 뿐만 아니라 짧은 테이퍼(5), 또는 외부 원뿔(37), 실린더형 세그먼트(11), 및 핀(39)으로 제한되는 것을 분명히 도시한다. 원뿔형 보어홀(9)의 영역에서는, 공구 인서트(27)와 공구 홀더(1) 간에 접촉이 발생하지 않는다.
공구 홀더(1)로부터 공구 인서트(27)를 제거하기 위해, 클램핑 너트(43)가 반시계방향으로 회전된다. 결과적으로, 클램핑 너트(43)는 공구 인서트(27)의 플랜지(31)에 대하여 가압된다. 짧은 테이퍼(5) 상에서 대략 90 내지 120°의 큰 테이퍼 각도와 간격 맞춤(clearance fit)으로 인해, 본 예시적인 실시예에서, 공구 홀더(1) 내의 공구 인서트(27)는 공구 홀더(1)의 실린더형 세그먼트(11)와 핀(29) 사이에서 클램핑되지 않는다.
보어홀(51)(도 4 참조)은 캐리어 핀을 수용하며, 캐리어 핀은 회전 모션 도중 절삭 공구를 운반한다.
A-A를 따르는 단면도로부터, 실린더형 세그먼트(11)가 캐리어 세그먼트(13)의 직경보다 더 커서, 공구 인서트(27)가 설치하기 용이함을 명백하게 알 수 있다.
도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 공구 홀더(1) 및 본 발명에 따른 공구 인서트(27)의 예시적인 실시예를 도시하며, 외부 나사산(53)은 공구 홀더(1) 상에 배열되며, 그 결과 공구 인서트(27)의 클램핑 너트 또는 클램핑 너트(43)는 내부 나사산(55)을 구비한다.
공구 홀더(1)의 원뿔형 보어홀(9), 실린더형 세그먼트(11) 및 캐리어 세그먼트(13)는 본 예시적인 실시예에서, 도 1 내지 도 4를 기반으로 논의된 제 1 예시적인 실시예와 동일하다.
도 6은 본 발명에 따른 공구 홀더(1) 및 내부 나사산(55)을 갖는 클램핑 너트(43)를 구비하는 공구 인서트(27)의 제 2 예시적인 실시예를 길이 방향의 단면도로 도시한다. 본 명세서에서, 보어홀(47)과 내부 나사산(55) 사이에는, 슬랏이 형성된 링(35)을 위한 리세스(49) 뿐만 아니라, 링(35)이 쉽게 장착되도록 보장하는 환형 포켓(57)이 설명된다. 클램핑 너트(43)가 실린더형 접촉면(33) 상으로 미끄러져 들어가는 경우, 와이어 링(35)은 상기 포켓(57) 내에 배열된다.
도 7 내지 도 10은 캐리어 세그먼트(13) 및 캐리어(41)의 예시적인 실시예를 다양한 도면으로 도시한다. 다른 예시적인 실시예와의 본질적인 차이점은 캐리어 세금너트(13) 및 캐리어(41)의 형상에서 확인할 수 있다. 공구 인서트(27)는 도 7a에 도시된다. 이 도면에서, 원주부분 홈(59)은, 실린더형 접촉면(33)으로 절단되고 슬랏이 형성된 링(35)의 수용을 구현하는 것을 확인할 수 있다.
총 세 개의 러그(61)가 캐리어 세그먼트(13) 상에 구성된다. 실린더형 세그먼트(11)를 향하는 러그(61)의 상측에서, 두 개의 접촉면(63)이 형성되며, 상기 접촉면은 공구 인서트(27)의 길이 방향 축(도면 번호는 지정되지 않음)에 대해 약 5 내지 45°의 각도를 형성한다. 도 7b는 도 7a에 따른 공구 인서트(27)의 등측도면을 도시한다.
도 8은 상술한 바와 양립가능한 공구 홀더(1)의 캐리어 세그먼트(13)를 도시한다. 공구 홀더(1)의 캐리어 세그먼트(13)는 넥(neck)(65)을 구비한다. 챔퍼(chamfer)(67) 및 직경 확장부(69)는 축 방향으로 넥(65) 아래에 형성된다.
넥(65) 및 챔퍼(67) 내에, 다수의 축 방향 홈들(71)이 구비되며, 홈들 중 오직 하나만이 도 8에 도시된다. 축 방향 홈(71)이 도 7에 따른 공구 인서트(27)의 러그(61)의 개수 및 치수에 대응하여, 공구 인서트(27)는 위에서 공구 홀더(1)로 삽입될 수 있으며, 공정 도중, 러그(61)는 축 방향 홈(71)을 통해 직경 확장부(69)로 도입될 수 있다.
도 9는 도 7에 따라 삽입된 공구 인서트(27)를 도시하는 도 8에 따른 예시적인 실시예를 단면도로 도시한다. 공구 인서트(27)의 러그(61)가 축 방향 홈(71) 내에 배치되고, 러그의 접촉면(63)이 대략적으로 챔퍼(67)의 수준에 위치되는 것이 명확하게 확인된다. 도 9a에 따른 라인 B-B의 단면도는, 회전 방향으로, 축 방향 홈(71)과 러그(61) 사이에 움직임(play)이 있음이 명확하게 확인된다. 공구 인서트(37)가 그 형상-고정 상태에 도달하기 전에, 공구 홀더(1)에 대하여 회전하는 것도 가능하다. 그리고 나서, 접촉면(63)은 공구 홀더(1)의 챔퍼(67)와 접촉하고, 공구 홀더(1)와 공구 인서트(27) 간의 토크의 형상-고정 전달을 보장한다.
이러한 상황은 도 10에 도시된다. 도 10a는 삽입된 공구 인서트(27)를 구비한 공구 홀더(1)의 평면도를 도시하며, 이 평면도에는 도 10b 및 도 9adp 따른 단면 평면이 도시된다. 공구 인서트(27)는 공구 홀더(9)에 대하여 각도 β만큼 도 9a와 비교하여 회전된다. 이 경우, 러그(61)의 좌측 접촉면(63)은 공구 홀더(1)의 챔퍼(67)에 접촉하고, 공구 홀더(1)와 공구 인서트(27) 간의 형상-고정 연결을 통해 토크의 전달을 지지한다.
접촉면(63)이 길이 방향 축, 즉 공구 홀더(1)의 회전 축에 평행하게 배열되지 않고, 명확함을 위해 공구 홀더(1)의 회전 축과 약 5 내지 45°의 각도를 형성하므로, 접촉면(63)에 작용하는 수직력 FN은 토크의 전달을 용이하게 하는 원주 방향의 성분과, 공구 홀더(1)의 짧은 테이퍼(5)에 대하여 축 방향으로 공구 인서트(27)를 당기는 축 방향 성분 FN ,a를 구비한다. 그 결과, 공구 인서트(27)가 제위치에 고정되는 것이 개선되고, 공구 홀더(1)와 공구 인서트(27) 사이에서 발생될 수 있는 임의의 진동이 효과적으로 감쇠된다. 러그(61)가 양측에 경사진 접촉면(63)을 구비하므로, 이 효과는 공구 홀더(1)의 회전 방향에 관계없이 달성된다.
따라서, 반시계 방향 모션으로 인해 클램핑 너트(43)가 느슨해지고, 그 결과 공구 인서트(27)가 더 이상 공구 홀더(1) 내에 유지되지 않는 위험이 없기 때문에, 본 발명에 따른 공구 인서트를 구비하는 본 발명에 따른 공구 홀더(1)에, 시계 방향 및 반시계 방향으로 완전한 응력을 가하는 것이 가능해진다.
도 11에 도시된 예시적인 실시예에서, 클램핑 너트(43)는 "공구 측"으로부터 공구 인서트(27) 상으로 미끄러져 들어간다. 도 11의 길이 방향 단면도로부터, 클램핑 너트(43)가 밴드(7)의 좌측으로 배열되는 것이 분명하게 확인된다. 결과적으로, 도 11의 슬랏이 형성된 링(35)은 클램핑 너트(43)의 좌측으로 배열된다. 이 실시예는, 클램핑 힘이 클램핑 너트(43)로부터 공구 인서트(3)의 플랜지(31)로 직접 도입되는 장점을 갖는다.
도 11에 도시된 공구 홀더(1)에서, 공구 인서트(27)를 중심으로 배치시키는 수단은 원뿔형 다각형으로 구성된다. 본 예시적인 실시예에서 적절한 테이퍼 각도 α는 상대적으로 작은 약 15°이며, 원뿔형 다각형(73)은 주로 공구 인서트(27)의 중심 배치 및 토크의 전달을 용이하게 한다. 테이퍼 각도 α(도 11b 참조)는 0°(각기둥형 다각형) 내지 약 90°의 범위 내에 있을 수 있다.
따라서, 원뿔형 다각형(73)과 원뿔형 보어홀(9) 간에, 축 방향 접촉(75)이 형성되며, 축 방향 접촉은 공구 홀더(1)의 대응하는 평면(77)과 함께 작용한다. 따라서, 공구 인서트(27)의 요구되는 축 방향 런아웃이 보장된다.
도 11a는 도 11b에서 라인 A-A를 따르는 단면도를 도시하며, 이로부터 축 방향 접촉(75)과 원뿔형 다각형(73)이 분명히 인식될 수 있다.
도 11d는 공구 인서트(27)가 없는 공구 홀더(1)의 좌측으로부터 바라본 도면을 도시하며, 이로부터 축 방향 접촉(75)과 원뿔형 다각형(73)이 또한 분명히 인식될 수 있다.
도 11c는 공구 인서트(27)를 구비하는 공구 홀더(1)의 좌측으로부터 바라본 도면이며, 도 11e는 본 발명에 따른 공구 인서트(27)의 본 예시적인 실시예의 설계를 명확하게 하기 위한 공구 인서트(27)의 등축도면을 도시한다. 이 등축도면에서, 공구 홀더의 원뿔형 다각형(73)의 대응면(79)이 명확하게 인식될 수 있다.
본 예시적인 실시예에서, 오직 하나의 실린더형 세그먼트(11)가 원뿔형 보어홀(9)의 제 2 단에 구성된다. 원뿔형 다각형(73)이 토크의 전달을 받으므로, 캐리어 세그먼트가 요구되지는 않는다.
도 11f는 콜릿(15)을 구비하는 공구 홀더(1)의 길이 방향 단면도를 도시하며, 이로부터 콜릿(15) 및 공구 인서트(27)가 동일한 내부 나사산(3)을 도입하고, 콜릿(15)이 원뿔형 보어홀(9)에 의해서만 배치되는 것을 명확하게 확인할 수 있다.
도 12에 도시된 예시적인 실시예는 실질적으로 도 11에 도시된 예시적인 실시예에 대응하며, 이들의 차이점들만이 이하에 기술된다.
전술한 예시적인 실시예와 같이, 클램핑 너트(43)는 기계 측으로부터 공구 인서트(27)로 미끄러져 들어간다.
본 예시적인 실시예에서 테이퍼 각도 α는 약 100°로 상대적으로 크며, 공구 인서트(27)를 중앙에 배치하고 토크를 전달하는 것에 추가하여 원뿔형 다각형(73)이 공구 인서트(27)의 축 방향 런아웃을 보장한다. 결과적으로, 공구 홀더(1) 상의 축 방향 접촉 및 공구 인서트(27) 상의 평면은 불필요하게 된다.
도 12b는 공구 인서트(27)가 원뿔형 보어홀(9)과 접촉하지 않음을 용이하게 확인할 수 있다.
1: 공구 홀더 3: 내부 나사산
5: 짧은 테이퍼 9: 원뿔형 보어홀
11: 원뿔형 세그먼트 13: 캐리어 세그먼트
15: 콜릿 19: 클램핑 너트
27: 공구 인서트 53: 외부 나사산
73: 다각형

Claims (27)

  1. 콜릿 홀더를 구비하고, 상기 콜릿 홀더는 원뿔형 보어홀(9) 및 상기 원뿔형 보어홀(9)에 대하여 동축으로 배열되는 나사산(3, 53)을 포함하고, 콜릿(15)이 클램핑되는 경우, 상기 나사산(3, 53)은 클램핑 너트(19)와 함께 동작하고,
    공구 인서트(27)를 중앙으로 배치시키는 수단이 상기 원뿔형 보어홀(9)의 제 1 단과 상기 나사산(3, 53) 사이에서 축 방향으로 구성되는 공구 홀더.
  2. 제 1항에 있어서,
    공구 인서트(27)를 중앙으로 배치시키는 수단은 짧은 테이퍼(5), 실린더 및/또는 다각형(73)으로 구성되는 공구 홀더.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    축 방향 접촉(75)이 상기 원뿔형 보어홀(9)의 제 1 단과 상기 나사산(3, 53) 사이에서 상기 축 방향으로 구성되는 공구 홀더.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 원뿔형 보어홀(9)은 제 2 단부에서 원뿔형 세그먼트(11) 및/또는 캐리어 세그먼트(13)에 의해 상기 축 방향으로 구멍이 뚫리는 공구 홀더.
  5. 제 2항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    공구 인서트(27)를 중앙으로 배치하는 수단, 특히 짧은 테이퍼(5) 및 다각형(73)은 0° 내지 140°, 바람직하게 30° 내지 120°의 테이퍼 각도(α)를 갖는 공구 홀더.
  6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 나사산은 외부 나사산(53)으로 구성되는 공구 홀더.
  7. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 나사산은 내부 나사산(3)으로 구성되는 공구 홀더.
  8. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 원뿔형 보어홀(9)의 길이(L)는 금속-밀봉 콜릿(15)의 사용을 허용하도록 치수가 형성되는 공구 홀더.
  9. 제 4항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서,
    실린더형 세그먼트(11) 및 캐리어 세그먼트(13)는 상기 원뿔형 보어홀(9)의 제 2 단에 배열되는 공구 홀더.
  10. 제 4항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서,
    캐리어 세그먼트(13) 및 실린더형 세그먼트(11)는 상기 원뿔형 보어홀(9)의 제 2 단에 배열되는 공구 홀더.
  11. 제 4항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 캐리어 세그먼트(13)는 적어도 하나의 접촉면(67)을 구비하는 공구 홀더.
  12. 제 4항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 캐리어 세그먼트(13)는 넥(65), 직경 확장부(69), 및 챔퍼(67)로 구성되는 접촉면을 포함하고, 상기 챔퍼(67)는 상기 넥(65)과 상기 직경 확장부(69) 사이에서 상기 축 방향으로 배열되는 공구 홀더.
  13. 제 4항 내지 제 12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 캐리어 세그먼트(13)는 적어도 두 개의 축 방향 홈들(71)을 구비하는 공구 홀더.
  14. 제 4항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 캐리어 세그먼트(13)의 단면은 다각형 프로파일에 대응하는 공구 홀더.
  15. 제 14항에 있어서,
    다각형 단면을 갖는 상기 캐리어 세그먼트(13)의 접촉면(73)은 나선형 또는 나사형 형상이 되도록 구성되는 공구 홀더.
  16. 제 1항 내지 제 15항 중 어느 한 항에 따른 공구 홀더(1)에 수용되는 공구 인서트(45)에 있어서,
    상기 공구 인서트(45)는 공구 인서트(27)를 중앙으로 배치시키는 수단과 함께 동작하는 대응면을 구비하는 공구 인서트.
  17. 제 16항에 있어서,
    상기 공구 인서트(27)의 대응면은 외부 원뿔(53), 실린더 및/또는 다각형(79)으로 구성되는 공구 인서트.
  18. 제 16항 또는 제 17항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공구 인서트(27)는, 상기 공구 홀더(1)의 실린더형 세그먼트(11)와 함께 동작하는 핀(39) 및/또는 상기 공구 홀더(1)의 캐리어 세그먼트(13)와 함께 동작하는 캐리어(41)를 포함하는 공구 인서트.
  19. 제 16항 내지 제 18항 중 어느 한 항에 있어서,
    설치된 상태의 상기 공구 인서트(27)는 상기 공구 홀더(1)의 원뿔형 보어홀(9)과 접촉하지 않는 공구 인서트.
  20. 제 16항 내지 제 19항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공구 인서트(27)는, 제 1항 내지 제 15항 중 어느 한 항에 따른 공구 홀더(1) 내에 상기 공구 인서트(27)를 부착시키는 수단을 포함하는 공구 인서트.
  21. 제 20항에 있어서,
    상기 수단은 외부 나사산(21) 및 내부 나사산(55)을 구비하는 클램핑 너트(19)로 구성되고, 상기 클램핑 너트(43)는 상기 공구 인서트(27) 상에서 회전가능하게 지지되고, 상기 공구 홀더(1) 내에 상기 공구 인서트(27)를 부착시키도록 요구되는 축방향 힘은 장착부(33, 47)에 의해 전달되는 공구 인서트.
  22. 제 16항 내지 제 21항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 캐리어(41)는 적어도 두 개의 러그들(61)을 구비하고, 상기 러그(61)는 제 12항 및/또는 제 13항에 따른 공구 홀더(1)의 캐리어 세그먼트(13)와 형상-고정(form-locking) 및 회전적으로 고정되는 연결을 형성하는 공구 인서트.
  23. 제 22항에 있어서,
    상기 캐리어(43)의 상기 러그(61)는 적어도 하나의 접촉면(63)을 구비하는 공구 인서트.
  24. 제 16항 내지 제 21항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 캐리어(43)는 다각형의 단면을 갖고, 상기 캐리어(43)는 제 14항에 따른 공구 홀더(1)의 캐리어 세그먼트(13)와 형상-고정 및 회전적으로 고정되는 연결을 형성하는 공구 인서트.
  25. 제 24항에 있어서,
    상기 캐리어(43)의 접촉면은 나선형 또는 나사형 형상으로 구성되고, 제 15항에 따른 공구 홀더의 적어도 하나의 접촉면과 상호 보완적으로 설계되는 공구 인서트.
  26. 제 18항 내지 제 25항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 캐리어(43)의 적어도 하나의 접촉면(63)은 상기 공구 인서트(27)의 길이 방향 축과 접촉 각도(γ)를 형성하고, 상기 접촉 각도(γ)는 0° 내지 60°, 바람직하게 0° 내지 30° 범위에 위치하는 공구 인서트.
  27. 제 16항 내지 제 26항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공구 인서트(27)는 중공형인 공구 인서트.
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