KR20160143211A - 채터링을 최소화하는 절삭공구 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 채터링을 최소화하는 절삭공구 구조에 관한 것이다. 보다 상세하게는 내부가 채워진 봉 형상 대신 중공이 구비된 하우징 내부에 로드를 삽입함으로써 역학적으로 강성이 향상되고 진동에 의해 반복되는 충격과 피로를 장시간 견딜 수 있도록 하며, 하우징과 로드와 분리부재 및 커버 사이의 공간에 완충재를 삽입함으로써, 중량을 확보하여 균일한 파장을 만들어 내고 그 결과 기존의 보링바보다 길게 형성하는 것이 가능하면서도 공구 부러짐을 방지하고 작업속도를 향상시킬 수 있으며, 완충재가 삽입되는 공간을 복수개로 구획하여 완충재 사이에 초경 분말과 아스콘이 배합된 혼합물을 삽입함으로써, 하우징과 로드의 맥동을 끊어줄 뿐만 아니라, 완충재 및 혼합물이 접촉하는 하우징의 내주면에 코팅층을 형성함으로써 기밀을 유지하고 완충재와 하우징의 접촉면적을 넓혀 완충기능이 극대화되도록 하는채터링을 최소화하는 절삭공구 구조에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명은 중공을 구비하는 파이프 형상의 하우징; 하우징의 중공에 삽입되며 외주면에 서로 이격된 복수개의 나사산을 구비하는 로드(rod); 내주면은 로드의 나사산 중 어느 하나에 나사결합되고 외주면은 하우징의 내주면에 결합되어 하우징과 로드 사이에 형성된 공간을 구획하는 분리부재; 하우징의 일측 단부를 폐쇄하도록 결합되되 로드의 일측 단부에 구비된 나사산에 나사결합되며, 절삭날이 착탈 가능하도록 결합되는 커버; 및 하우징과 로드와 분리부재 및 커버 사이의 공간에 채워지며 납을 포함하는 완충재를 포함하는, 채터링을 최소화하는 절삭공구 구조를 제공한다.

Description

채터링을 최소화하는 절삭공구 구조{omitted}

본 발명은 채터링을 최소화하는 절삭공구 구조에 관한 것이다. 보다 상세하게는 내부가 채워진 봉 형상 대신 중공이 구비된 하우징 내부에 로드를 삽입함으로써 역학적으로 강성이 향상되고 진동에 의해 반복되는 충격과 피로를 장시간 견딜 수 있도록 하며, 하우징과 로드와 분리부재 및 커버 사이의 공간에 완충재를 삽입함으로써, 중량을 확보하여 균일한 파장을 만들어 내고 그 결과 기존의 보링바보다 길게 형성하는 것이 가능하면서도 공구 부러짐을 방지하고 작업속도를 향상시킬 수 있으며, 완충재가 삽입되는 공간을 복수개로 구획하여 완충재 사이에 초경 분말과 아스콘이 배합된 혼합물을 삽입함으로써, 하우징과 로드의 맥동을 끊어줄 뿐만 아니라, 완충재 및 혼합물이 접촉하는 하우징의 내주면에 코팅층을 형성함으로써 기밀을 유지하고 완충재와 하우징의 접촉면적을 넓혀 완충기능이 극대화되도록 하는채터링을 최소화하는 절삭공구 구조에 관한 것이다.

일반적으로 공작기계는 절삭공구를 이용하여 스틸(steel)계의 피삭재를 절삭가공한다. 절삭가공을 수행하는 동안 절삭공구는 큰 절삭력을 받기 때문에 강성이 우수하고 내구성이 뛰어난 합금강으로 절삭공구를 제조하는 것이 일반적이다.

그러나 합금강은 고유진동수가 매우 높기 때문에 절삭력에 의해 떨림과 소음이 발생되는 문제점이 있다.

특히, 금속가공에서 피삭재에 비해 절삭공구가 가늘고 길때 발생하는 현상으로 채터링(chattering)이 문제된다. 채터링은 절삭공구에 진동이 가해지면서 진동간에 공진이 발생하여 진동이 더욱 커지고 그 결과 소음유발은 물론 피삭재의 표면에 흠집을 발생시키게 된다. 채터링이 심해지면 피삭재의 마모, 변형 등에 의해 조립시 불량으로 판정되며, 절삭공구도 아래위로 떨리면서 한계(breaking point)에 달하면 파손되는 문제점이 있다.

이와 같은 채터링의 영향을 최소화하기 위해 큰 내경을 가공하여야 하는 절삭가공의 경우 절삭속도를 감소시켜 절삭깊이를 줄이는 방식을 사용하고 있으나, 이는 생산효율을 크게 저하시키는 요인이 된다. 외경 가공에서도 채터링은 발생하나 특히 내경 가공에서 문제된다.

절삭속도를 감소시키지 않으면서도 채터링 현상을 최소화하기 위해 보링바와 같은 절삭공구의 앞 부분에 무게추를 달아서 절삭공구가 피삭재의 아래부분을 가공하도록 하거나, 보링바의 중간에 홀을 뚫어 강성을 높이고 진동을 분산시키기 위한 방법도 사용되고 있다.

그러나, 이러한 방식은 채터링의 문제를 해결하는데 한계를 보이고 있어 근본적인 개선구조에 대한 기술개발이 필요한 상황이다.

선행기술문헌 : KR공개특허공보 제2009-0107974호(2009.10.14.공개)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 특히 채터링을 감소시켜 작업속도를 확보하면서도 고품질의 절삭가공을 수행할 수 있는 절삭공구 구조를 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위해 안출된 본 발명에 따른 채터링을 최소화하는 절삭공구 구조는 중공을 구비하는 파이프 형상의 하우징; 하우징의 중공에 삽입되며 외주면에 서로 이격된 복수개의 나사산을 구비하는 로드(rod); 내주면은 로드의 나사산 중 어느 하나에 나사결합되고 외주면은 하우징의 내주면에 결합되어 하우징과 로드 사이에 형성된 공간을 구획하는 분리부재; 하우징의 일측 단부를 폐쇄하도록 결합되되 로드의 일측 단부에 구비된 나사산에 나사결합되며, 절삭날이 착탈 가능하도록 결합되는 커버; 및 하우징과 로드와 분리부재 및 커버 사이의 공간에 채워지며 납을 포함하는 완충재를 포함한다.

또한, 완충재는 용융상태로 주입되거나 링 형상의 고체 완충재를 복수개 삽입 및 압착하여 장착되며, 링 형상의 고체 완충재를 삽입할 경우 고체 완충재 사이에 이종 재질의 오링이 삽입될 수 있다.

또한, 완충재의 중간 부분이 이격되어 공간이 형성되고, 공간에는 초경분말과 아스콘이 배합된 혼합물이 삽입되고, 완충재 및 혼합물이 접촉하는 하우징의 내주면에는 우레탄, 실리콘, 테프론을 포함하는 물질 중 어느 하나가 코팅될 수 있다.

본 발명에 의하면 내부가 채워진 봉 형상 대신 중공이 구비된 하우징 내부에 로드를 삽입함으로써 역학적으로 강성이 향상되고 진동에 의해 반복되는 충격과 피로를 장시간 견딜 수 있도록 하는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 의하면 하우징과 로드와 분리부재 및 커버 사이의 공간에 완충재를 삽입함으로써, 중량을 확보하여 균일한 파장을 만들어 내고 그 결과 기존의 보링바보다 길게 형성하는 것이 가능하면서도 공구 부러짐을 방지하고 작업속도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 의하면 완충재가 삽입되는 공간을 복수개로 구획하여 완충재 사이에 초경 분말과 아스콘이 배합된 혼합물을 삽입함으로써, 하우징과 로드의 맥동을 끊어주는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 의하면 완충재 및 혼합물이 접촉하는 하우징의 내주면에 코팅층을 형성함으로써 기밀을 유지하고 완충재와 하우징의 접촉면적을 넓혀 완충기능이 극대화되도록 하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 채터링을 최소화하는 절삭공구 구조의 단면도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 채터링을 최소화하는 절삭공구 구조의 단면도이다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 채터링을 최소화하는 절삭공구 구조는, 도 1을 참조하면, 하우징(2), 로드(4), 분리부재(6), 커버(8), 완충재(10), 및 초경합금층(12)을 포함하여 이루어진다.

하우징(2)은 중공을 구비하는 파이프 형상을 취한다.

중공이 구비되지 않고 내부가 채워진 봉 형상으로 보링바 등을 제조할 경우 역학적으로 강성이 떨어질 뿐만 아니라 진동에 의해 반복되는 충격과 피로를 장시간 견디기 어려운 단점이 있다. 하우징(2)의 길이는 가공하고자 하는 피삭재의 길이에 따라 달라지나, 기존의 보링바보다 최소 30~40cm 이상 길게 형성하더라도 진동을 견딜 수 있음을 실험을 통해 확인하였다.

로드(4)는 하우징(2)의 중공에 삽입된다. 로드(4)는 일측 단부(도 1 기준으로 우측 단부)가 하우징(2)보다 짧게 형성된다. 로드(4)의 외주면에는 서로 이격된 복수개의 나사산을 구비한다. 도 1에는 분리부재(6)와 결합되는 부분(이하, "제1 나사산")과, 커버(8)와 결합되는 부분(이하, "제2 나사산")에 각각 나사산이 형성된 예가 도시되어 있다.

분리부재(6)는 하우징(2)의 내부를 2개의 구역으로 구획한다. 도 1을 기준으로 분리부재(6)의 좌측에는 하우징(2)과 로드(4) 사이가 빈 공간으로 되어 있고, 분리부재(6)의 우측에는 하우징(2)과 로드(4) 사이의 공간에 완충재(10)가 채워져 있다.

분리부재(6)의 내주면은 로드(4)의 나사산 중 어느 하나(도 1에서 제1 나사산)에 나사결합되고, 외주면은 하우징(2)의 내주면에 결합되어 하우징(2)과 로드(4) 사이에 형성된 공간을 구획한다.

커버(8)는 하우징(2)의 일측 단부(도 1 기준으로 우측 단부)를 폐쇄하도록 결합된다. 커버(8)는 로드(4)의 일측 단부(도 1 기준으로 우측 단부)에 구비된 나사산(제2 나사산)에 나사결합된다. 커버(8)에는 절삭날이 착탈 가능하도록 결합된다(도 1에서 도면부호 9).

완충재(10)는 하우징(2)과 로드(4)와 분리부재(6) 및 커버(8) 사이의 공간에 채워진다. 완충재(10)는 납을 포함한 재질로 형성될 수 있으며, 여기서 완충재의 재질을 한정하는 것은 아니다. 납은 융점이 낮은 이종 소재로서, 중량을 확보하여 균일한 파장을 만들어 낼 수 있다. 저중량의 경우 불균일한 파장에 의해 공구(보링바)가 부러지는 현상이 종종 발생한다.

완충재(10)는 용융상태로 하우징(2)과 로드(4)와 분리부재(6) 및 커버(8) 사이의 공간에 주입될 수 있다. 이와 같이 용융 상태로 완충재가 주입되는 경우 공정수가 증가하고 주입과 경화에 많은 시간이 소요되며, 그에 따라 제조원가가 상승하는 단점이 있다.

완충재(10)는 링 형상의 고체 완충재를 복수개 삽입하여 적층하고 압착하는 방식으로 장착될 수도 있다. 이 경우 링 형상으로 기 제작된 완충재들을 하우징(2)과 로드(4)와 분리부재(6) 및 커버(8) 사이의 공간에 삽입한 후 프레스기로 압착만 하면 되므로 공정이 감소하고 제조원가를 감소시킬 수 있다.

링 형상의 고체 완충재를 삽입할 경우 고체 완충재 사이에 이종 재질의 오링이 삽입될 수 있다. 오링은 고무, 실리콘 등의 탄성재질로 형성될 수 있다. 오링은 진동과 고체 완충재의 열팽창을 완충시키는 역할을 수행한다. 오링은 도 1과 같이 분리부재(6)와 완충재(10) 사이 및 완충재(10)와 커버(8) 사이에 삽입될 수도 있음은 물론이다.

도 1에는 도시되지 않았으나, 완충재(10)가 삽입되는 공간을 복수개로 구획하여 완충재끼리 서로 이격시킴으로써, 완충재의 중간부분이 이격되어 공간이 형성되도록 할 수도 있다. 이 공간에는 초경 분말과 아스콘이 배합된 혼합물이 삽입될 수 있다.

혼합물은 온도가 올라가면 고밀도 젤 상태와 같이 흐물흐물해지고, 온도가 내려가면 다시 건조된다. 이러한 혼합물은 완충재 사이에 삽입되어 하우징(2)과 로드(4)의 맥동을 끊어주는 역할을 수행한다.

한편, 완충재 및 혼합물이 접촉하는 하우징(2)의 내주면에는 우레탄, 실리콘, 테프론을 포함하는 물질 중 어느 하나가 코팅될 수 있다. 이러한 코팅층은 기밀을 유지하고 완충재(10)와 하우징(2)의 접촉면적을 넓힘으로써 완충기능이 극대화될 수 있도록 한다.

초경합금층(12)은 하우징(2)의 외주면 일부에 형성된다.

초경합금층(12)은 하우징(2)의 외경에 고경도 초경 코팅을 함으로써 진동을 완화시키고 나머지 미세진동은 내측에서 처리한다.

즉, 외측의 경도가 강하면 상대적으로 약한 내측으로 진동이 이동하여 완화되게 된다.

초경합금층(12)은 일례로 초경분말과 다른 첨가물을 혼합한 혼합물로 성형될 수 있으며, 여기서 초경합금층의 재질 및 형성방법을 한정하는 것은 아니다. 초경합금층(12)은 하우징(2)의 회전시 중량에 의해 진동을 감소시키는 역할과 함께, 외경 가공시 강성을 확보하는 역할을 수행한다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

2 - 하우징
4 - 로드
6 - 분리부재
8 - 커버
10 - 완충재
12 - 초경합금층

Claims (3)

1. 중공을 구비하는 파이프 형상의 하우징;
   하우징의 중공에 삽입되며 외주면에 서로 이격된 복수개의 나사산을 구비하는 로드(rod);
   내주면은 로드의 나사산 중 어느 하나에 나사결합되고 외주면은 하우징의 내주면에 결합되어 하우징과 로드 사이에 형성된 공간을 구획하는 분리부재;
   하우징의 일측 단부를 폐쇄하도록 결합되되 로드의 일측 단부에 구비된 나사산에 나사결합되며, 절삭날이 착탈 가능하도록 결합되는 커버; 및
   하우징과 로드와 분리부재 및 커버 사이의 공간에 채워지며 납을 포함하는 완충재
   를 포함하는, 채터링을 최소화하는 절삭공구 구조.
2. 제1항에 있어서,
   완충재는 용융상태로 주입되거나 링 형상의 고체 완충재를 복수개 삽입 및 압착하여 장착되며, 링 형상의 고체 완충재를 삽입할 경우 고체 완충재 사이에 이종 재질의 오링이 삽입되는, 채터링을 최소화하는 절삭공구 구조.
3. 제1항에 있어서,
   완충재의 중간 부분이 이격되어 공간이 형성되고, 공간에는 초경분말과 아스콘이 배합된 혼합물이 삽입되고, 완충재 및 혼합물이 접촉하는 하우징의 내주면에는 우레탄, 실리콘, 테프론을 포함하는 물질 중 어느 하나가 코팅되는, 채터링을 최소화하는 절삭공구 구조.

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