KR20190045254A - 회전 가능 어셈블리, 가공 바 어셈블리 및 이들에 관한 방법 - Google Patents

Abstract

회전 축(28) 주위로 회전 가능 어셈블리(10)를 회전시키기 위한 회전 가능 지지체에 고정되는 일 단부(12)를 가지는 회전 가능 어셈블리(10)가 제공된다. 회전 가능 어셈블리(10)는: 공동(56)을 갖는 본체(18); 상기 공동(56) 내에 배치되고, 상기 본체(18)에 대하여, 상기 회전 축(28)에 실질적으로 수직인 반경 방향(30)으로 이동 가능한 댐핑 질량체(38); 상기 본체(18)에 대하여 상기 댐핑 질량체(38)를 지지하도록 배치되고, 반경 방향(30)으로 상기 본체(18)에 대한 상기 댐핑 질량체(38)의 진동 운동을 감쇠시키도록 배치된 댐핑 구조체(36)를 포함하고, 댐핑 구조체(36)는 복수의 스프링 요소들(40)을 포함하고, 각각의 스프링 요소는 편평한 외관을 가진다.

Description

회전 가능 어셈블리, 가공 바 어셈블리 및 이들에 관한 방법

본 발명 개시는 일반적으로 회전 가능 에셈블리(rotatable assemblies), 가공 바 어셈블리(machining bar assemblies) 및 이들에 관한 방법에 관한 것이다. 특히, 본체(main body)의 공동(cavity) 내 댐핑 구조체(damping structure)에 의해 지지되는 댐핑 질량체(damping mass)를 포함하는 회전 가능 어셈블리, 본체의 공동 내 댐핑 질량체 및 냉각제 공급 구조체(coolant supply structure)를 포함하는 회전 가능 어셈블리, 및 가공 바 몸체(machining bar body), 공구 헤드(tool head) 및 이 공구 헤드와 가공 바 몸체 사이의 댐핑 구조체를 포함하는 가공 바 어셈블리가 제공된다.

회전 중에 기계적 부품들(components) 및 구조체들(structures)에 있어서의 진동들은 그들의 수명과 성능에 악영향을 줄 수 있다. 회전 구조체들의 진동을 억제하는 하나의 알려진 해결책은 튜닝된 질량 댐퍼(tuned mass damper)를 제공하여 회전 구조체의 진동 에너지가 상기 부가된 질량에 전달되도록 하는 것이다. 이에 의해, 부가된 질량이 이 회전 구조체 대신에 진동하고, 이 회전 구조체는 작동 동안 안정하게 유지될 수 있다. 가공 공구들(machining tools)은 길게 돌출하여(overhang) 있는 공구 구조체들에서 튜닝된 질량 댐퍼들을 이용하는 전형적인 응용들이다. 가공 공구들은 보통 캔틸레버(cantilever) 구조체들로서 구현되고, 그들의 강도(stiffness)는 증가된 돌출 길이 대 직경 비와 함께 실질적으로 감소한다.

US 8020474 B2는 진동들을 감쇠(damping)하기 위한 공구 홀더(tool holder)를 개시한다. 이 공구 홀더는 제조 기기에서 공구 홀더에 배치되도록 의도된 샤프트(shaft), 위에 커터(cutter)가 배치되도록 의도된 헤드(head) 및 점탄성 재료(viscoelastic material)를 포함하고, 이 점탄성 재료는, 커터가 오로지 점탄성 재료를 통하여 제조 기기와 접촉하도록 배치된다. 이 점탄성 재료는 상기 축의 표면에 부착된 베어러 재료(bearer material) 상에 부착된다.

본 발명의 목적은 하나의 개선된 진동 댐핑을 가지는 회전 가능 어셈블리를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 시간 경과에 따른 신뢰할 수 있는 진동 댐핑을 가지는 회전 가능 어셈블리를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 진동을 감소시키는 간단한 구조를 가지는 회전 가능 어셈블리를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 저렴한 디자인을 가지는 회전 가능 어셈블리를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 튜닝과 같은, 감소된 유지 및/또는 조정들을 필요로 하는 회전 가능 어셈블리를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 단순한 유지 및/또는 조정을 가지는 회전 가능 어셈블리를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 더 긴 수명을 가지는 회전 가능 어셈블리를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 제1 진동 모드에서 뿐만 아니라 제2 및 그 이상의 진동 모드들에서 효율적으로 감쇠되는 회전 가능 어셈블리를 제공하는 것이다.

본원 발명의 한 양상에 따르면, 회전 축 주위로 회전 가능 어셈블리(10)를 회전시키기 위한 회전 가능 지지체(rotatable support)에 고정되는 일 단부(one end)를 가지는 회전 가능 어셈블리가 제공되고, 상기 회전 가능 어셈블리는 공동을 갖는 본체; 상기 공동 내에 배치되고, 상기 본체에 대하여, 상기 회전 축에 실질적으로 수직인 반경 방향들로 이동 가능한 댐핑 질량체(damping mass); 상기 본체에 대하여 상기 댐핑 질량체를 지지하도록 배치되고, 반경 방향들로 상기 본체에 대한 상기 댐핑 질량체의 진동 운동을 감쇠시키도록 배치된 댐핑 구조체를 포함하고, 상기 댐핑 구조체는 복수의 스프링 요소들(spring elements)을 포함하고, 각각의 스프링 요소는 편평한 외관(flat appearance)을 가진다.

상기 댐핑 구조체는 상기 스프링 요소들을 포함하는 스택(stack)에 의해 구성될 수 있지만, 댐핑 질량체에 의해서는 구성되지 않을 수 있다. 이와 같이 상기 댐핑 구조체는 복수의 스프링 요소들을 포함하는 라멜라 구조(lamellate structure)에 의해 구성될 수 있다.

상기 스프링 요소들은 상기 스프링 요소들의 접합 영역들(joining areas)에서 공기 버블들(air bubbles)의 형성을 방지하기 위해, 진공 환경에서 상기 스택으로 조립될 수 있다. 또한, 상기 스프링 요소들은 상기 회전 가능 어셈블리의 회전 축과 실질적으로 동심으로 배치될 수 있다.

본 명세서 전반에 걸쳐, 상기 댐핑 구조체는 대안적으로 상기 댐핑 질량체에 대한 강도 요소(stiffness element)로서 언급될 수 있다. 상기 댐핑 구조체 및 상기 댐핑 질량체는 집합적으로 튜닝된 질량 댐퍼(tuned mass damper)로서 언급될 수 있다.

하나의 변형에 따르면, 상기 회전 가능 어셈블리는 단지 하나의 댐핑 질량체를 포함할 수 있다. 이 댐핑 질량체는, 예를 들면 금속과 같이, 단일의 고체 재료 조각에 의해 구성될 수 있다.

댐핑 질량체는 본체에 대하여 두 개의 댐핑 지지체들에 의해, 예를 들면 회전 가능한 회전 축을 따라 댐핑 질량체의 각 측에 하나씩에 의해 지지될 수 있다. 각 댐핑 질량체는 본체의 공동 내에 배치될 수 있다. 댐핑 질량체는 본체에 대하여 본 발명에 따른 하나 이상의 댐핑 지지체들에 의해 지지될 수 있다.

댐핑 질량체는 그 질량 중심이 제2 또는 그 이상의 진동 모드의 앤티노드(antinode, 배) 영역에 위치하도록 위치될 수 있다. 예를 들면, 댐핑 질량체는 그 질량 중심이 회전 가능 지지체에 고정되는 상기 회전 가능 어셈블리의 단부에 가장 가까운 제2 진동 모드의 앤티노드 영역에 위치되도록 위치될 수 있다. 예를 들면, 회전 가능 어셈블리의 회전 축을 따라 이 단부로부터 자유 단부(예를 들면 공구 헤드 단부)까지 거리의 약 40% 내지 50%에 위치될 수 있다.

반경 방향에서 각 스프링 요소의 폭은 회전 축을 따른 상기 스프링 요소들의 두께의 적어도 30배, 바람직하게는 적어도 50배, 예컨대 적어도 100배일 수 있다. 이것은 각 스프링 요소의 특히 편평한 외관을 제공한다. 각 스프링 요소의 두께는 1mm 이하일 수 있다.

상기 복수의 스프링 요소들 중 하나 이상은 상기 반경 방향들에서 가변 익스텐션 (varying extension)을 가질 수 있다. 예를 들어, 하나의 스프링 요소는 하나 이상의 반경 방향들에서 회전 축으로부터 제1 거리 연장할 수 있고, 하나 이상의 다른 반경 방향들에서 회전 축으로부터 상기 제1 거리와 다른 제2 거리 연장할 수 있다. 각 스프링 요소는 회전 축에 수직인 선에 대하여 대칭이거나 또는 비대칭일 수 있다. 상기 복수의 스프링 요소들 중 하나 이상이 반경 방향들에서 가변 익스텐션을 가지고 유사한 형태를 가지는 경우, 스프링 요소들은, 상기 댐핑 구조체의 서로 다른 반경 방향들에서 서로 다른 강도들을 제공하기 위하여 회전 축 주위로 서로 다른 방향들에 배치될 수 있다. 반경 방향들에서 가변 익스텐션을 가지는 상기 하나 이상의 스프링 요소들은 로딩되지 않은(무부하) 상태에서 상기 반경 방향들에서 기변 익스텐션을 가질 수 있다.

상기 복수의 스프링 요소들 중 상기 하나 이상은 상기 회전축을 따라 볼 때, 타원형, 삼각형 또는 다각형 외관을 가질 수 있다. 대안적으로, 또는 추가로, 상기 복수의 스프링 요소들 중 상기 하나 이상은 회전 축에 대하여 비규칙적인 원주 프로파일(profile)을 가질 수 있다.

하나의 변형에 따르면, 상기 복수의 스프링 요소들 중 상기 하나 이상은 상기 회전축을 따라 볼 때, 타원형을 가지고, 여기에서 타원형의 단축의 길이는 타원형의 장축의 길이의 70% 내지 90%일 수 있다.

댐핑 구조체는 서로 다은 반경 방향들에서 서로 다른 강도를 가질 수 있다. 그러한 강도 차이들은, 상기 복수의 스프링 요소들 중 상기 하나 이상의 반경 방향들에서의 익스텐션을 변경함으로써 달성될 수 있다. 대안적으로, 또는 추가로, 그러한 강도 차이들은, 상기 복수의 스프링 요소들 중 상기 하나 이상의 두께를 변경함으로써, 예를 들어 증가되거나 감소된 두께의 원형 섹터(circular sector)나 더 강하거나 덜 강한 재료의 원형 섹터를 가지는 하나 이상의 원형 스프링 요소들을 제공함으로써 달성될 수 있다.

서로 다른 반경 방향들에서 서로 다른 강도를 가지는 댐핑 구조체를 제공함으로써, 댐핑 질량체의 공진 진동수(resonant frequency) 또한 상기 서로 다른 방향들에서 서로 다르다. 댐핑 구조체 및 댐핑 질량체는, 서로 다른 반경 방향들에서 댐핑 질량체의 변경된 공진 진동수가 서로 다른 방향들에서 상기 회전 가능 어셈블리의 상기 서로 다른 진동 진동수와 매칭(matching)하도록 이와 같은 방식으로 구성될 수 있다. 달리 말하면, 이러한 해법은 회전 축에 대하여 비대칭인 회전 가능 어셈블리들에 대하여 이용될 수 있다.

본 명세서 전반에 걸쳐, 각각의 스프링 요소는 탄성 플레이트에 의해 구성될 수 있다. 예를 들면, 스프링 요소들은 점탄성 재료, 고무, 합성물 또는 폴리머로 구성될 수 있다.

스프링 요소들은 진동수 의존 탄성 계수(frequency dependent elastic modulus)를 가지는 재료를 포함할 수 있다. 댐핑 질량체 및 스프링 요소들은 이와 같이 댐핑 질량체의 공진 진동수가 진동수 범위에 걸쳐 본체의 진동수와 매칭하도록 구성될 수 있다.

이와 같이, 본체의 적어도 어떤 진동 진동수들에서, 본체의 진동 진동수의 증가/감소는 진동수 의존 탄성 계수 때문에 스프링 요소들에서 증가된/감소된 강도에 의해 보상된다. 이에 의해 회전 가능 어셈블리의 증가된 진동 진동수는, 회전 가능 어셈블리의 증가된 진동 진동수와 매칭하도록 댐핑 질량체의 공진 진동수를 차례로 증가시키는 스프링 요소들의 증가된 탄성 계수(또는 전단 계수(shear modulus))로 이어질 것이고, 그 반대도 또한 마찬가지이다. 이러한 방식으로, 댐핑 구조체는 자기 튜닝 효과(self-tuning effect)를 발생시킨다. 즉 댐핑 구조체 상에 압축 프리로드(compression preload)를 변경하지 않고도 자동적으로 댐핑 질량체의 공진 진동수를 변경한다. 이와 같이, 댐핑 구조체는 댐핑 질량체의 넓은 범위의 공진 진동수를 제공할 수 있다.

3M ®112' 점탄성 폴리머들은 진동수 의존 탄성 계수를 가지는 재료들의 예가 될 수 있다.

대안적으로, 또는 추가로, 스프링 요소들은 온도 의존 탄성 계수를 가지는 재료를 포함할 수 있다. 그러므로 스프링 요소들의 탄성 계수는, 회전 가능 어셈블리의 진동 진동수와 매칭하도록 댐핑 질량체의 공진 진동수를 조정하기 위하여 스프링 요소들의 온도를 제어함으로써 제어될 수 있다. 이와 같은 온도 제어는, 예를 들어 가공 바 어셈블리의 공구 헤드에 냉각제 공급과 같이, 스프링 요소들에 전용 냉각제 공급 또는 기존의 냉각제 공급과 같은 냉각제 공급을 제어함으로써 이루어질 수 있다.

이와 같이, 본 발명은 또한, 회전 가능 어셈블리의 진동 진동수와 매칭하도록 댐핑 질량체의 공진 진동수를 제어하기 위하여 온도 의존 탄성 계수를 가지는 스프링 요소들의 온도를 제어하는 방법을 제공한다.

회전 가능 어셈블리는, 반경 방향들에서의 댐핑 구조체의 강도를 각각 감소시키거나 증가시키도록 댐핑 구조체에 또는 댐핑 구조체로부터 적어도 하나의 스프링 요소가 추가되거나 또는 제거될 수 있도록 구성될 수 있다.

댐핑 구조체는 복수의 금속 플레이트들을 포함할 수 있고, 이 금속 플레이트들 및 스프링 요소들은 교대로 배치된다. 금속 플레이트들은 알루미늄이나 스틸로 이루어질 수 있다.

회전 가능 어셈블리는 또한, 댐핑 질량체와 본체를 분리하도록 배치된 적어도 하나의 보조 지지 구조체를 더 포함할 수 있고, 각각의 보조 지지 구조체는 회전 축을 따라 또는 반경 방향들에서 교대로 배치된 탄성 재료 층들과 금속 재료 층들을 포함한다.

각 스프링 요소의 폭은, 회전 축을 따라, 예를 들어 0.05mm 내지 0.3mm, 예를 들어 약 0.1mm와 같이, 1mm 미만일 수 있다. 각 금속 플레이트의 폭은, 회전 축을 따라, 각 스프링 요소의 폭의 약 두 배일 수 있고, 예를 들어 0.1mm 내지 0.6mm, 예를 들어 약 0.2mm와 같이 2mm 미만일 수 있다.

회전 가능 어셈블리는 회전 축을 따라 댐핑 구조체를 압축 및 압축 해제하도록 구성된 클램핑 기구(clamping mechanism)를 더 포함할 수 있다. 이 클램핑 기구는 댐핑 구조체에 또는 댐핑 구조체로부터 스프링 요소들을 부가 또는 제거하도록 개방될 수 있다.

클램핑 기구는 웜 드라이브(worm drive)를 포함할 수 있다. 웜 드라이브는 웜 스크류(screw) 및 웜 휠(wheel)을 포함할 수 있다. 웜 스크류는 회전 가능 어셈블리의 회전 축에 실질적으로 수직으로 배향될 수 있고, 웜 휠은 회전 가능 어셈블리의 회전 축과 실질적으로 동심일 수 있다. 이와 같이 웜 스크류는, 예를 들어 압축 플레이트를 통하여 댐핑 구조체를 압축하도록 웜 휠을 회전시키기 위해 오퍼레이터에 의해 (예를 들어 스크류 드라이버에 의해) 돌려질(screwing) 수 있다.

회전 가능 어셈블리는 클램핑 기구와 댐핑 구조체 사이에 압축 플레이트(compression plate)를 더 포함할 수 있다. 압축 플레이트는, 클램핑 기구로부터의 부하(load)가 클램핑 기구와 압축 플레이트 사이의 접촉 영역에 걸쳐 고르게 분포되도록 상기 회전 축 상에 정렬될 수 있고, 회전 축에 실질적으로 수직일 수 있다. 압축 플레이트는 또한 댐핑 구조체 상에 실질적으로 고르게 분포된 부하를 제공한다.

압축 플레이트는 댐핑 구조체의 적어도 외측 부품(예를 들어, 금속 플레이트)의 윤곽에 매칭하는 리세스(recess) 또는 포켓(pocket)을 포함할 수 있고, 이 부품(및 아마도 댐핑 구조체의 또 다른 부품들)이 리세스에 수용될 수 있다.

또한, 압축 플레이트는 본체에 대하여 회전 가능하게 로킹(locking)될 수 있다. 예를 들면, 플러그 부재에 대하여 압축 플레이트를 회전 가능하게 로킹함으로써 본체에 대하여 로킹될 수 있다.

회전 가능 어셈블리는, 상기 댐핑 질량체에 부가하여, 적어도 하나의 추가적인 댐핑 질량체를 더 포함할 수 있고, 각각의 댐핑 질량체는 고유 중량을 가진다.

회전 가능 어셈블리는 댐핑 구조체에 부가하여, 적어도 하나의 추가적인 댐핑 구조체를 더 포함하고, 각각의 댐핑 질량체들 및 댐핑 구조체들은 교대로 배치된다. 각각의 추가적인 댐핑 구조체는 본 발명에 따른 복수의 스프링 요소들을 포함할 수 있고, 예를 들어 각 스프링 요소는 편평한 외관을 가진다.

또 다른 양상에 따르면, 회전 축 주위로 회전 가능 어셈블리를 회전시키기 위한 회전 가능 지지체에 고정되는 일 단부를 가지는 회전 가능 어셈블리가 제공되고, 이 회전 가능 어셈블리는: 공동을 갖는 본체; 커터를 유지하기 위한 공구 헤드; 상기 공동 내에 배치된 댐핑 질량체로서, 회전 축에 대하여 실질적으로 수직인 반경 방향에서의 댐핑 질량체와 상기 본체와의 사이에 간극이 형성되는, 상기 댐핑 질량체; 및 공구 헤드에 냉각제를 공급하기 위한 냉각제 공급 구조체를 포함하고, 냉각제 공급 구조체는 상기 간극에 의해 부분적으로 구성된다. 이와 같이 냉각제는 공구 헤드(및/또는 스프링 요소들)를 냉각하고 본체와 댐핑 질량체의 진동들을 감쇠하기 위한 점성 유체로서 기능하도록 이용될 수 있다.

본 발명에 따른 회전 가능 어셈블리는 가공 바 어셈블리에 의해 구성될 수 있고, 본 발명에 따른 본체는 가공 바 몸체에 의해 구성될 수 있다. 그러나, 대안적인 회전 가능 어셈블리들 및 본체들을 생각할 수 있다. 예를 들어, 회전 가능 어셈블리는, 다른 가공 공구 구조체들(예를 들어 보링(boring), 밀링(milling), 또는 그라인딩(grinding)을 위한 구조체들) 또는 피가공재(workpiece)를 가공하기 위해 반드시 채용되지 않는 기계적 구조체들에 의해 구성될 수 있다.

또 다른 양상에 따르면, 회전 축 주위로 가공 바 어셈블리를 회전시키기 위한 회전 가능 지지체에 고정되는 일 단부를 가지는 가공 바 어셈블리가 제공되고, 이 가공 바 어셈블리는: 가공 바 몸체; 공구 헤드; 및

공구 헤드와 가공 바 몸체 사이에 댐핑 구조체를 포함하고, 댐핑 구조체는 가공 바 어셈블리의 제2 또는 그 이상의 진동 모드의 상기 공구 헤드에 가장 가까운 노드(node) 영역에 위치된다. 이 가공 바 어셈블리는 길게 돌출하여 있는 공구들 및 짧게 돌출하여 있는 공구들 모두에 의해 구성될 수 있다.

본 명세서 전반에 걸쳐, 가공 바 어셈블리는 보링 바(boring bar) 어셈블리에 의해 구성될 수 있고, 가공 바 몸체는 보링 바 몸체에 의해 구성될 수 있다.

캔틸레버 구조체의 제1 진동 모드에서, 이 구조체는 그 고정된 단부에 하나의 노드(여기에서 구조체는 움직이지 않는다) 및 그 자유 단부에 하나의 앤티노드(여기에서 구조체는 최대 변위(maximum displacement)를 받는다)를 포함할 수 있다. 제2 진동 모드에서, 구조체는 두 개의 노드들 및 두 개의 앤티노드를 포함한다. 제3 진동 모드에서, 진동하는 물체는 세 개의 노드들 및 세 개의 앤티노드들을 포함할 수 있다. 등등.

진동하는 구조체에서 스트레인(strain)은 노드들에서 가장 높고, 변위는 앤티노드들에서 가장 높다. 또한 운동 에너지는 앤티노드 영역들에 집중되고, 퍼텐셜 에너지는 노드 영역들에 집중된다.

예를 들어, 댐핑 구조체는, 가공 바 어셈블리의 제2 진동 모드, 제3 진동 모드 또는 그 이상의 진동 모드의 상기 공구 헤드에 가장 가까운 노드 영역에 위치될 수 있다. 공구 헤드에 가장 가까운 제2 진동 모드의 노드 영역은, 공구 헤드로부터 회전 축을 따라 가공 바 어셈블리의 길이의 약 25%에 위치될 수 있다. 공구 헤드에 가장 가까운 제3 진동 모드의 노드 영역은, 공구 헤드로부터 회전 축을 따라 가공 바 어셈블리의 길이의 약 20%에 위치될 수 있다. 제4 진동 모드의 노드 영역은, 공구 헤드로부터 회전 축을 따라 가공 바 어셈블리의 길이의 약 14%에 위치될 수 있다. 등등.

본 명세서 전반에 걸쳐, 실질적으로 수직/평행 관계는, 완벽하게 수직/평행 관계를 포함할 뿐만 아니라 완벽하게 수직/평행 관계로부터 5%까지, 예를 들어 2%까지 편차들을 포함한다. 마찬가지로, 여기에서 사용되는 실질적으로 대응하는 거리는, 완벽하게 대응하는 거리를 포함할 뿐만 아니라 완벽하게 대응하는 거리로부터 5%까지, 예를 들어 2%까지 편차들을 포함한다.

본 발명의 추가의 상세 사항들, 이점들 및 양상들은 도면들과 관련하여 설명되는 다음의 실시 예들로부터 명백해질 것이다.
도1: 보링 바 어셈블리의 형태로 회전 가능 어셈블리의 사시도를 도식적으로 나타낸다.
도2: 도1의 보링 바 어셈블리의 분해 사시도를 도식적으로 나타낸다.
도3a: 도1의 섹션 A-A를 따라 보링 바 어셈블리의 측단면도를 도식적으로 나타낸다.
도3b: 도1의 섹션 B-B를 따라 보링 바 어셈블리의 측단면도를 도식적으로 나타낸다.
도4a: 도1의 보링 바 어셈블리의 부분 측단면도를 도식적으로 나타낸다.
도4b: 도1의 보링 바 어셈블리의 부분 측면도를 도식적으로 나타낸다.
도5a: 도1의 보링 바 어셈블리의 부분 단면도를 도식적으로 나타낸다.
도5b: 도1의 보링 바 어셈블리의 부분 단면도를 도식적으로 나타낸다.
도5c: 도1의 보링 바 어셈블리의 부분 단면도를 도식적으로 나타낸다.
도6a: 댐핑 구조체의 정면도를 도식적으로 나타낸다.
도6b: 도6a의 댐핑 구조체의 측면도를 도식적으로 나타낸다.
도6c: 도6a 및 도6b의 댐핑 구조체의 분해 사시도를 도식적으로 나타낸다.
도7: 반경 방향들에서 보링 바 어셈블리의 가변 진동 모드 진동수의 예를 보여주는 다이어그램이다.
도8a: 댐핑 질량체 및 두 개의 댐핑 구조체들의 사시도를 도식적으로 나타낸다.
도8b: 도8a의 댐핑 질량체의 정면도를 도식적으로 나타낸다.
도9a: 압축 플레이트 및 금속 플레이트의 정면도를 도식적으로 나타낸다.
도9b: 도9a의 압축 플레이트 및 금속 플레이트의 측단면도를 도식적으로 나타낸다.
도9c: 도9a 및 도9b의 압축 플레이트 및 금속 플레이트의 배면도를 도식적으로 나타낸다.
도10: 웜 드라이브의 사시도를 도식적으로 나타낸다.
도11: 교대로 배치된 복수의 댐핑 질량체들과 복수의 댐핑 구조체들의 사시도를 도식적으로 나타낸다.
도12: 댐핑 구조체에서 스프링 요소들에 대한 가장 적절한 재료들 및 스프링 요소들의 수를 선택하는 방법을 예시하는 다이어그램이다.
도13: 진동수에 대한 폴리머의 탄성 계수를 보여주는 다이어그램이다.
도14a: 두 개의 댐핑 구조체들 및 두 개의 보조 지지 구조체들에 의해 지지된 댐핑 질량체의 변형의 사시도를 도식적으로 나타낸다.
도14b: 도14a의 어셈블리의 측단면도를 도식적으로 나타낸다.
도14c: 도14b의 섹션 A를 도식적으로 나타낸다.
도14d: 도14c의 섹션 B를 도식적으로 나타낸다.
도15a: 두 개의 댐핑 구조체들 및 두 개의 보조 지지 구조체들에 의해 지지된 댐핑 질량체의 또 다른 변형의 사시도를 도식적으로 나타낸다.
도15b: 도15a의 어셈블리의 측단면도를 도식적으로 나타낸다.
도15c: 도15b의 섹션 A를 도식적으로 나타낸다.
도15d: 도15c의 섹션 B를 도식적으로 나타낸다.

다음에서, 본체의 공동 내 댐핑 구조체에 의해 지지된 댐핑 질량체를 포함하는 회전 가능 어셈블리, 본체의 공동 내 댐핑 질량체 및 냉각제 공급 구조체를 포함하는 회전 가능 어셈블리, 및 가공 바 몸체, 공구 헤드 및 공구 헤드와 가공 바 몸체 사이의 댐핑 구조체를 포함하는 가공 바 어셈블리가 기술될 것이다. 동일한 참조 부호들이 동일 또는 유사한 구조적 특징들을 나타내도록 이용될 것이다.

도1은 회전 가능 어셈블리(10)의 사시도를 도식적으로 나타낸다. 이 예에서, 회전 가능 어셈블리는 보링 바 어셈블리(10)의 형태로 가공 바 어셈블리에 의해 구성된다.

이 예의 보링 바 어셈블리(10)는 회전 가능 지지체(도시되지 않음)에 고정되기 위한 단부 조각(12)에 의해 구성된 단부(12)를 포함한다. 보링 바 어셈블리(10)는 꼬리 잠금부(14), 플러그 부재(16) 및 보링 바 몸체에 의해 구성된 공동 실린더형 본체(18)를 더 포함한다. 보링 바 몸체(18)는 가공 바 몸체의 한 형태이다.

꼬리 잠금부(14) 및 플러그 부재(16)는, 예를 들어 스크류들(도시되지 않음)에 의해 본체(18)에 단단하게 고정된다. 꼬리 잠금부(14)의 단부 부분은 단부(12)에 있는 개구에 삽입되고, 꼬리 잠금부(14)는 스크류들이나 유압 팽창 클램퍼들(hydraulic expansion clampers)에 의해 단부(12)에 고정 접속된다.

공구 헤드(20)는 플러그 부재(16)에 단단하게 접속되는데, 이 예에서는 세 개의 스크류들(22)에 의해 고정된다. 공구 헤드(20)는 댐핑 구조체(24)를 통하여 플러그 부재(16)에 접속된다. 공구 헤드(20)는, 그 회전 축(28)에 대하여 보링 바 어셈블리(10)를 회전시킬 때 피가공재(도시되지 않음)를 가공하기 위한 커터(26)를 유지한다. 보링 바 어셈블리(10)에서 진동 문제들은 커터(26)의 수명을 상당히 감소시킬 수 있다.

도1은 회전 축(28)에 실질적으로 수직인 반경 방향들(30)을 추가로 표시한다. 작동 중, 보링 바 어셈블리(10)의 진동 움직임들이 실질적으로 반경 방향들(30)에서 일어난다.

댐핑 구조체(24)는 스프링 요소(32)와 금속 플레이트(34)를 포함한다. 이 예에서, 스프링 요소(32)는 점탄성 재료로 이루어진다. 댐핑 구조체(24)는 보링 바 어셈블리(10)의 노드 영역에 위치된다. 댐핑 구조체(24)는 보링 바 어셈블리(10)의 제1 진동 모드 외에 더 높은 진동수를 가진 진동들을 효율적으로 억제한다.

도2는 도1의 보링 바 어셈블리(10)의 분해 사시도를 도식적으로 나타낸다. 보링 바 어셈블리(10)는 보링 바 몸체(18)의 공동(56) 내에 제공된 댐핑 질량체(38)의 각 단부를 지지하기 위한 두 개의 댐핑 구조체들(36)을 더 포함한다.

각 댐핑 구조체(36)는 편평한 외관의 복수의 스프링 요소들(40)을 포함한다. 댐핑 구조체(36)의 스프링 요소들(40)은 라멜라 구조를 구성한다. 이 예에서, 댐핑 구조체(36)는 또한 댐핑 구조체(36)의 라멜라 구조 내에 금속 플레이트들(42)을 포함한다. 스프링 요소들(40)의 라멜라 구조는 댐핑 구조체(36)의, 예를 들어 반경 방향들(30)에서, 전단 운동(shear motion)을 용이하게 한다.

도1 및 도2는, 보링 바 어셈블리(10)가 웜 스크류(46) 및 웜 휠(48)을 가지는 웜 드라이브(44), 및 압축 플레이트(50)를 더 포함하는 것을 보여준다. 이것은 나중에 기술될 것이다.

두꺼운 고무 링이 압축되는 선행 기술 해법에서는, 크리핑(creeping)이 개시될 수 있고, 강도가 감소된다. 이것은 공구의 진동수에 튜닝된 질량 댐퍼 진동수(tuned mass damper frequency)의 매스매치(mismatch)로 이어질 것이다.

본 발명에 따른 각 스프링 요소의 편평한 외관 때문에, 스프링 요소들(40)에서의 크리핑의 위험이 감소된다. 그러므로, 스프링 요소들(40)의 강도는 더 잘 유지될 수 있다. 결과적으로, 회전 가능 어셈블리(10)는 더 신뢰할 수 있는 작동을 가진다.

잔단 방향들(즉, 반경 방향들(30))에서 댐핑 구조체(36)의 강도는 댐핑 구조체(36)에 또는 댐핑 구조체(36)로부터 스프링 요소들(40)을 부가하거나 제거함으로써 조정될 수 있다. 댐핑 구조체(36)에 더 많은 수의 스프링 요소들(40)은 전단 방향에서 더 낮은 강도를 주고, 그 반대도 또한 같다. 스프링 요소들(40)의 스택(stack)을 포함하는 댐핑 구조체(36)는 어셈블리를 용이하게 하고 더 정확하게 한다.

예를 들어, 스프링 요소들(40)의 탄성 계수가 진동 진동수에 의존하여 변화하는, 스프링 요소들(40)에 대해 진동수 의존 재료의 이용으로, 자기 튜닝 효과(self-tuning effect)가 실현될 수 있다. 즉, 스프링 요소들(40)의 변화된 진동 진동수가, 댐핑 질량체(38)의 공진 진동수가 변화하도록 스프링 요소들(40)의 탄성 계수를 번갈아 생기게 한다.

웜 스크류(46)를 회전시킴으로써, 웜 휠(38)이 플러그 부재(16) 축 방향 안쪽으로 움직이게 하여 회전 축(28)을 따라 압축 플레이트(50)를 민다. 반대 방향으로 웜 스크류(46)를 회전시킴으로써, 웜 휠(48)이 회전 축(28)을 따라 반대 방향으로 (공구 헤드가 위치되는 보링 바 어셈블리(10)의 자유 단부를 향하여) 움직인다. 이 회전은, 웜 스크류(46)가 플러그 부재(16)로부터 완전히 분리될 때까지 계속될 수 있고, 추가의 금속 플레이트들(42) 및/또는 스프링 요소들(40)이 댐핑 구조체(36)에 또는 댐핑 구조체(36)로부터 부가되거나 제거될 수 있다.

댐핑 구조체(36)에 압축력이 인가될 때, 압축력은 본질적으로 금속 플레이트들(42)의 표면들과 스프링 요소들(40) 사이의 증가된 접촉 압력으로 변환되고, 스프링 요소들(40)의 변화된 기하학적 구조로 변환되지 않는다. 댐핑 구조체(36)의 강도를 (본 발명에서 기술된 자기 튜닝에 부가하여) 튜닝하는 것은 기본적으로 스프링 요소들(40)의 수를 변경함으로써 실현되고, 두 번째로는 압축 플레이트(50)로부터 댐핑 구조체(36)에 작용하는 압축 프리로드(compression preload)를 조정함으로써 실현된다.

제2 댐핑 구조체(36)(도2에서 오른 쪽)에 작용하는 압축 프리로드는 꼬리 잠금부(14)에 의해 조정된다. 꼬리 잠금부(14)는 또한 오른쪽(도2에서) 댐핑 구조체(36)의 가장 바깥쪽 부품, 예를 들어 금속 플레이트(42)의 바깥쪽 윤곽과 매칭하는 리세스를 포함한다.

이 예에서, 압축 플레이트(50)는 플러그 부재(16)에 대하여 회전 축(28) 주위로 회전 잠금(rotational locking)을 확립하기 위하여 일 단부 상에 육각형부를 포함한다. 압축 플레이트(50)와 플러그 부재(16) 사이의 회전 잠금을 달성하기 위한 다른 구조체들 및 방법들이 물론 가능하다. 압축 플레이트(50)는 회전 축(28)을 따라 플러그 부재(16)에 대하여 움직이도록 허용된다.

튜닝된 질량 진동 댐핑된 공구들(tuned mass vibration damped tools)의 공구 세그먼트는 아직 낮은 매출액 규모이지만 높은 이익 마진들을 가지는 틈새 시장이다. 기존 공구들의 어떤 불리한 점들은 수압 실링(hydraulic sealing)과 함께 구조적 복잡성에 의해 높은 제조 비용들이 든다는 것과 올바른 튜닝을 찾아내고 기계 운용자가 튜닝 과정을 배우도록 교육할 전문가를 요구하므로 인건비가 든다는 것이다.

어떤 선행 문헌들은 질량체를 지지하기 위한 고무나 엘라스트머들(elastomers)로 이루어진 대칭인 지지 요소들을 기술한다. 이 지지 요소들은 강도를 튜닝하기 위해 그 단면적, 기하학적 구조 및/또는 접촉 표면적을 변경하도록 압축될 수 있다. 그러나, 가공 공구들은 보통 회전 축에 대하여 비대칭이다. 그러므로, 하나의 특정 반경 방향에 대해 튜닝된 질량 댐퍼의 올바르게 튜닝된 공진 진동수는 다른 반경 방향들에서는 잘못 튜닝된 공진 진동수로 되는 결과가 될 수 있다. 더욱이, 가공 공구들은 종종 요동치는 작동 조건들에서 사용되고, 자유로운 조건들 하에서 측정되었을 때 측정된 모드 진동수의 ±20% 범위에서 진동수가 진동할 수 있다. 그것은 튜닝된 질량 댐퍼 해법들이, 진동 진동수가 일정하게 변화할 때, 회전하는 공구들에 대해 종종 사용되지 않는 이유들 중의 하나이다.

선행 기술의 튜닝된 질량 댐퍼들은 보통 가장 탄력 있는 모드(즉, 제1 진동 모드)의 진동들을 감쇠하기 위하여 튜닝된다. 그러므로, 더 높은 진동 모드들은 보통 높은 진동수 진동들(예를 들어 ＞1000Hz) 및 높은 가속 진동들 때문에 커팅 인서트(cutting insert)의 공구 수명을 실질적으로 제한하는 가장 두드러진 문제를 구성한다.

도3a는 도1의 섹션 A-A를 따라 보링 바 어셈블리(10)의 측단면도를 도식적으로 나타내고, 도3b는 도1의 섹션 B-B를 따라 보링 바 어셈블리(10)의 측단면도를 도식적으로 나타낸다.

도3a에서 볼 수 있는 바와 같이, 댐핑 질량체(38)와 보링 바 몸체(18) 사이에 간극이 형성된다. 댐핑 질량체(38)에는 냉각 채널들(cooling channels)(52)이 제공된다. 냉각 채널들(52)은 꼬리 잠금부(14)와 공동(56)에 있는 냉각 채널(54) 사이 및 압축 플레이트(58)와 공동(56)에 있는 냉각 채널(58) 채널 사이에서 유체 통신을 확립한다. 압축 플레이트(58)에서 냉각 채널(58)은 플러그 부재(16)에서 냉각 채널(60)과 유체 통신하고, 여기로부터 냉각제가 커터(26)가 냉각되도록 유도될 수 있다.

꼬리 잠금부(14)에서 냉각 채널(54), 댐핑 질량체(38)에서 냉각 채널들(52), 압축 플레이트(58)에서 냉각 채널(58) 및 플러그 부재(16)에서 냉각 채널(60)은 공구 헤드(20)에 냉각제를 공급하기 위한 냉각제 공급 구조체(62)를 구성한다. 이 예에서, 댐핑 질량체(38)의 냉각 채널들(52)은 약 45˚ 경사지어 있고 댐핑 질량체(38)의 각각의 단부 부분들에 구성된다.

댐핑 질량체(38)와 보링 바 몸체(18) 사이의 간극에서 냉각제를 안내하는 것 때문에, 냉각제가 공구 헤드(20)(및/또는 스프링 요소들(40))를 냉각하는 데 이용될 수 있고, 또한 보링 바 몸체(18)와 댐핑 질량체(38)의 진동들을 감쇠하는 점성 유체로서 가능할 수 있다. 공동(56)에서 냉각제 압력은 약 6바(bar), 또는 6바 미만이다.

더욱이, 냉각제 공급 구조체(62)에서 냉각제 흐름을 제어함으로써, 스프링 요소들(40)의 온도가 제어될 수 있다. 경우에 따라서 스프링 요소들(40)이 온도 의존 탄성 계수를 가진 재료들을 포함할 수 있고, 또한 튜닝된 질량 댐퍼(댐핑 구조체(36) 및 댐핑 질량체(38))가 냉각제 온도를 변경함으로써 회전 가능 보링 바(10)의 진동 진동수를 매칭하도록 제어될 수 있다.

냉각제 공급 구조체(62)의 구성은 도4a 내지 도5c에 추가로 예시된다. 도4a는 도1의 보링 바 어셈블리(10)의 부분 측단면도를 도식적으로 나타낸다. 도4b는 도1의 보링 바 어셈블리(10)의 부분 측면도를 도식적으로 나타낸다. 도5a는 도1의 보링 바 어셈블리(10)의 부분 단면도를 도식적으로 나타낸다. 도5b는 도1의 보링 바 어셈블리(10)의 부분 단면도를 도식적으로 나타낸다. 도5c는 도1의 보링 바 어셈블리(10)의 부분 단면도를 도식적으로 나타낸다.

도6a는 댐핑 구조체(36)의 정면도를 도식적으로 나타내고, 도6b는 도6a의 댐핑 구조체(36)의 측면도를 도식적으로 나타내고, 도6c는 도6a 및 도6b의 댐핑 구조체(36)의 분해 사시도를 도식적으로 나타낸다.

이 예에서, 도6a 내지 도6c는 댐핑 구조체(36)가 스택으로서 구성된 4개의 원형 스프링 요소들(40)과 3개의 중간 원형 금속 플레이트들(42)의 스택에 의해 구성된 것을 볼 수 있다. 두 개의 유지 링들(64)이 도 6c에 보여지고, 이것은 스프링 요소들(40)과 금속 플레이트들(42)을 함께 유지하는데 이용될 수 있다. 도6a 내지 도6c에 따른 댐핑 구조체(36)는 회전 축(28)에 대하여 대칭인 보링 바 어셈블리(10)와 함께 이용될 수 있다.

그러나, 많은 회전 구조체들은 보통 회전 축에 대하여 비대칭이고, 이에 의해 서로 다른 반경 방향들에 걸쳐 서로 다른 제1 모드 진동 진동수들을 가한다. 예를 들어, 가공 공구즐은 가공 공구의 회전 축에 수직인 평면에서 방향들에 따른 변경된 제1 모드 진동 진동수들을 가진다. 비대칭 가공 공구가 심하게 압축된 엘라스토머나 고무 조각을 이용하여 댐핑되는 선행 기술 해법에서는, 반경 방향들에서 튜닝된 질량 댐퍼의 공진 진동수는 같다. 그러므로, 이 튜닝된 질량 댐퍼는 단지 하나의 방향에 대하여 적합화되고, 반면에 다른 방향들은 적합화되지 않는다. 결과로서, 상기 튜닝된 질량 댐퍼는 진동들을 무효화하는 대신에 가공 공구에 진동들을 부가할 수 있다.

도7은 반경 방향들(30)에서, 즉 보링 바 어셈블리(10)의 회전 축(28)에 수직인 평면에서 보링 바 어셈블리(10)의 가변 진동 모드 진동수의 예를 보여주는 다이어그램이다. 도7의 예에서, 아래쪽을 가리키는 반경 방향(30)에 대해 30도의 방향에서, 보링 바 어셈블리(10)의 진동 진동수가 480Hz임을 볼 수 있다. 반면, 보링 바 어셈블리(10)의 가장 높은 진동 진동수는 520Hz에 가깝다.

원형 댐핑 구조체(도6a 내지 도6c에서 보여진 바와 같은)는 모든 반경 방향들에서 댐핑 질량체의 동일한 공진 진동수를 제공할 것이다. 그러므로 그러한 댐핑 질량체는 단지 어떤 반경 방향들에서 비대칭 가공 공구의 진동들을 무효화할 것이다. 다른 반경 방향들에서는, 이 댐핑 구조체는 빈약한 댐핑을 줄 것이고, 가공 공구에 진동들을 부가하기조차 할 수 있다. 그러나, 가공 공구가 회전 축에 대하여 대칭이면, 대칭 댐핑 구조체가 이용될 수 있다.

도8a는 댐핑 질량체(38) 및 스프링 요소들(40)을 포함하는 두 개의 댐핑 구조체들(36)의 사시도를 도식적으로 나타낸다. 도8b는 도8a의 댐핑 질량체(38)의 정면도를 도식적으로 나타낸다.

도8a 및 도8b에서, 각각의 댐핑 구조체(36)는 타원 스프링 요소들(40)의 스택을 포함한다. 이 댐핑 구조체(36)로, 댐핑 질량체(38)의 공진 진동수들이 서로 다른 반경 방향들(30)에서 변한다. 이에 의해, 비대칭 회전 가능 어셈블리(10)(회전 축(28)에 대해 비대칭)에서 진동들이 무효화될 수 있다.

도8a 및 도8b에서 타원형은 단지 반경 방향들(30)에서 변화하는 익스텐션을 가지는 형태의 한 예일 뿐이다. 대안적인 형태들이 예를 들면 삼각형 및 직각형 형태들을 포함할 수 있다.

도9a는 압축 플레이트(50) 및 금속 플레이트(42)의 정면도를 도식적으로 나타낸다. 도9b는 도9a의 압축 플레이트(50) 및 금속 플레이트(42)의 측단면도를 도식적으로 나타낸다. 도9c는 도9a 및 도9b의 압축 플레이트(50) 및 금속 플레이트(42)의 배면도를 도식적으로 나타낸다.

도9a 내지 도9c에서, 압축 플레이트(50)가 육각형부 반대쪽 단부 표면에 타원 리세스를 포함하는 것을 볼 수 있다. 이 타원 리세스는 댐핑 구조체(36)의 가장 바깥쪽 타원 금속 플레이트(42)를 수용하도록 구성된다.

도10은 웜 드라이브(44)의 사시도를 도식적으로 나타낸다. 웜 드라이브(44)는 윤활제와 함께 또는 윤활제 없이 접촉하는 표면들 사이의 마찰 계수보다 미만의 접선 값(tangential value)을 가지는 리드 각(lead angle)을 가지는 기어들(gears)을 이용한다. 웜 드라이브(44)는 스프링 요소들(40)에 압축 프리로드를 제공하기 위한 콤팩트한 장치를 구성한다. 웜 드라이브(44)는 또한 증가된 토크 전달 비(torque transmission ratio) 및 자기-잠금 효과(self-locking effect)를 제공한다. 즉, 웜 드라이브(44)는 압축 프리로드의 드리프팅(drifting)에 저항한다. 스케일(scale)이 댐핑 구조체(36)에 작용하는 압축 프리로드와 웜 스크류(46)의 회전 수 사이의 대응을 표시하기 위하여 제공될 수 있다.

도11은 교대로 배치된 복수의 댐핑 질량체들(38, 66)과 복수의 댐핑 구조체들(36,68)의 사시도를 도식적으로 나타낸다. 도11에서 세 개의 댐핑 질량체들(38, 66)의 각각은 고유한 중량을 가진다. 중량들은 제1 진동 모드에서 뿐만 아니라 더 높은 진동 모드들에서 회전 가능 어셈블리(10)의 진동들을 무효화하도록 선택될 수 있다. 이와 같이, 댐핑 구조체들(36, 24)과 접속된 몇몇 댐핑 질량체들(38, 66)을 채용할 때, 보링 바 어셈블리(10)의 댐핑 성능이 더 넓은 진동수 대역(band)에 걸쳐 향상될 수 있다.

도12는 댐핑 구조체들에서 스프링 요소들에 대한 가장 적절한 재료들 및 스프링 요소들의 수를 선택하는 방법을 예시하는 다이어그램이다.

도13은 진동수에 대한 3M ®112' 점탄성 폴리머의 탄성 계수를 보여주는 다이어그램이다.

탄성 계수와 진동수 사이의 관계는 높은 차수의 다항식(high order polynomials)에 의해 나타내질 수 있다. 탄성 계수와 진동수 사이의 다항식 관계가 2보다 더 크고 수학적 조건에 따르면, 스프링 요소들의 진동수 의존 탄성 계수 때문에, 보링 바 어셈블리의 진동 진동수의 증가/감소가 댐핑 구조체의 증가/감소된 강도에 의해 보상되는(compensated) 진동수가 존재한다. 도13에서와 같이 탄성 계수와 진동수 사이의 관계를 나타내는 하나의 접근법은 다항식 함수를 이용하는 것이다:

평가된 진동 진동수가

이고 평가된 진동수 변화가

이라고 하면, 댐핑 질량체의 공진 진동수는 스프링 요소의 점탄성 재료의 탄성 계수의 제곱근에 비례하고 다음 식으로 표시될 수 있다:

여기에서 k는 스프링 요소의 기하학적 구조 및 구성에 의해 결정된 강도 인자(stiffness factor)이다. m은 댐핑 질량체의 질량이다. 평가된 진동 진동수

에서, 댐핑 질량체의 공진 진동수는 다음 식을 만족시킨다:

으로 표현된

의 변화는 다음 식과 같이 평가될 수 있다:

항

을

로 대체한 후, 방정식 (3)은 다음과 같이 다시 쓰여질 수 있다:

은

에 비례하는 것으로 표현될 수 있고, 그것은

=α

와 같이 쓰여질 수 있고, 방정식은 다음과 같이 쓰여질 수 있다:

그 다음 보링 바 어셈블리의

의 주파수 변화가, 두 개의 주파수들을 다시 매칭하기 위한 댐핑 질량체 상의 동일한 양의 주파수 변화

를 유도하는 주파수를 찾아내는 것은 수학적 문제이다.

예를 들어, 평가된 주파수 변화가 ±5%이면, 방정식(5)에서

의 해는, 스프링 요소를 구성하는 도13에서의 예의 재료를 이용하는 동안 약 4530Hz이다. 4530Hz에서 및 보링 바 어셈블리 진동수가 226Hz(5%) 만큼 변화되면, 상기 예의 점탄성 폴리머는, 보링 바 어셈블리(10)의 변화된 진동 진동수와 매칭할 댐핑 질량체의 공진 진동수를 변화시키기 위해 그 탄성 계수를 변경할 것이다. 보링 바 어셈블리가 다른 주파수에서 진동하려고 할 것 같으면, 스프링 요소를 구성하기 위해 자기-튜닝 효과에 가장 적합한 탄성 재료를 찾아 내도록 추천된다.

도14a는 전에 기술된 바와 같은, 두 개의 댐핑 구조체들(36)에 의해 지지된 댐핑 질량체(38)의 변형의 사시도를 도식적으로 나타낸다. 그러나, 도14a에서, 댐핑 질량체(38)는 댐핑 구조체들(36)에 의해 지지될 뿐만 아니라 두 개의 보조 지지 구조체들(70)에 의해서도 지지된다. 도14a 내지 도14d의 상기 변형에서, 각각의 보조 지지 구조체(70)는 탄성 재료 층들(72)과 금속 재료 층들(74)을 포함한다.

탄성 재료 층들(72)과 금속 재료 층들(74)은 반경 방향들(30)에서 교대로 배치된다. 탄성 재료 층들(72)과 금속 재료 층들(74)은 이와 같이 댐핑 질량체(38)의 회전 축(28)과 실질적으로 평행하다.

도15a는 전에 기술된 바와 같은, 두 개의 댐핑 구조체들(36) 및 두 개의 보조 지지 구조체들(76)에 의해 지지된 댐핑 질량체(38)의 또 다른 변형의 사시도를 도식적으로 나타낸다. 도15a 내지 도15d에서, 보조 지지 구조체들(76)은 탄성 재료 층들(78)과 금속 재료 층들(80)을 포함한다.

탄성 재료 층들(78)과 금속 재료 층들(80)은 댐핑 질량체(38)의 회전 축(28)을 따라 교대로 배치된다. 탄성 재료 층들(78)과 금속 재료 층들(80)은 이와 같이 반경 방향들(30)과 실질적으로 평행하다.

도14a 내지 도14d 및 도15a 내지 도15d에서의 변형들 모두에 대해, 탄성 재료 층들(72, 78)은 본체(18)로부터 댐핑 질량체(38)를 분리한다. 특히, 도14a 내지 도14d에서 보여진 변형에서, 이것은 금속 재료 층들(74)과 탄성 재료 층들(72) 사이의 작은 미스매치(mismatch)을 가짐으로써 달성된다. 이 때 댐핑 질량체(38)는 단지 탄성 재료 층들(72)과 물리적으로 접촉한다.

또 다른 변형에서, 도15a 내지 도15d에서 탄성 재료 층들(78)과 금속 재료 층들(80)의 구성은 변화될 수 있다. 또 다른 변형에서, 보조 지지 구조체들(70, 76)은 링 요소들로 이루어진다. 각각의 링 요소는 하나의 탄성 재료 층과 하나의 금속 재료 층을 포함할 수 있다. 이들 링 요소들은 하나의 탄성 재료 층과 하나의 금속 재료 층을 포함할 수 있다. 이들 링 요소들은 변화하는 내부 및 외부 직경을 가질 수 있고 댐핑 질량체(38)를 지지하기 위해 스택을 형성하도록 조립될 수 있다. 이들 어셈블리들은 벤딩(bending) 외에 진동 모드 형태들이 지배적일 때 특히 유리하다.

본 발명이 예시적인 실시 예들을 참조하여 설명되었지만, 본 발명이 위에서 기술된 것에 제한되지 않는다고 인정될 것이다. 예를 들면, 부품들의 크기들은 필요에 따라 변경될 수 있음이 인정될 것이다. 따라서, 본 발명은 여기에 첨부된 청구항들의 청구범위에 의해서만 제한되도록 의도된다.

10 보링 바 어셈블리 12 단부
14 꼬리 잠금부 16 플러그 부재
18 보링 바 몸체 20 공구 헤드
22 스크류 24 댐핑 구조체
36 댐핑 구조체 38 댐핑 질량체
40 스프링 42 금속 플레이트
44 웜 드라이브 46 웜 스크류
48 웜 휠 50 압축 플레이트

Claims (16)

1. 회전 축(28) 주위로 회전 가능 어셈블리(10)를 회전시키기 위한 회전 가능 지지체에 고정되는 일 단부(12)를 가지는 회전 가능 어셈블리(10)에 있어서, 상기 회전 가능 어셈블리(10)는:
   - 공동(56)을 갖는 본체(18);
   
   - 상기 공동(56) 내에 배치되고, 상기 본체(18)에 대하여, 상기 회전 축(28)에 실질적으로 수직인 반경 방향(30)으로 이동 가능한 댐핑 질량체(38);
   
   - 상기 본체(18)에 대하여 상기 댐핑 질량체(38)를 지지하도록 배치되고, 반경 방향(30)으로 상기 본체(18)에 대한 상기 댐핑 질량체(38)의 진동 운동을 감쇠시키도록 배치된 댐핑 구조체(36)를 포함하고,
   상기 댐핑 구조체(36)는 복수의 스프링 요소들(40)을 포함하고,
   각각의 스프링 요소는 편평한 외관을 가지는, 상기 회전 가능 어셈블리.
2. 제1항에 있어서, 반경 방향(30)에서의 각 스프링 요소(40)의 폭은 회전 축(28)을 따른 상기 스프링 요소들(40)의 두께의 적어도 30배, 바람직하게는 적어도 50배, 예컨대 적어도 100배인, 상기 회전 가능 어셈블리.
3. 제1항 또는 제2항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 복수의 스프링 요소들(40) 중 하나 이상은 상기 반경 방향(30)에서 가변 익스텐션을 가지는 상기 회전 가능 어셈블리.
4. 
   
   제3항에 있어서, 상기 복수의 스프링 요소들(40) 중 상기 하나 이상은 상기 회전축(28)을 따라 볼 때, 타원형, 삼각형 또는 다각형 외관을 가지는, 상기 회전 가능 어셈블리.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 댐핑 구조체(36)는 서로 다른 반경 방향(30)에서 서로 다른 강도를 가지는, 상기 회전 가능 어셈블리.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 스프링 요소들(40)은 진동수 의존 탄성 계수를 가지는 재료를 포함하는, 상기 회전 가능 어셈블리.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 회전 가능 어셈블리(10)는, 반경 방향들(30)에서의 상기 댐핑 구조체(36)의 강도를 각각 감소시키거나 증가시키도록 상기 댐핑 구조체(36)에 또는 상기 댐핑 구조체(36)로부터 적어도 하나의 스프링 요소(40)가 추가되거나 또는 제거될 수 있도록 구성되는, 상기 회전 가능 어셈블리.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 댐핑 구조체(36)는 복수의 금속 플레이트들(42)을 포함하고, 상기 금속 플레이트들(42) 및 상기 스프링 요소들(40)은 교대로 배치되는, 상기 회전 가능 어셈블리.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 댐핑 질량체(38)와 상기 본체(18)를 분리하도록 배치된 적어도 하나의 보조 지지 구조체(70, 76)를 더 포함하고, 각각의 보조 지지 구조체(70, 76)는 회전 축(28)을 따라 또는 반경 방향(30)으로 교대로 배치된 탄성 재료 층들(72, 78)과 금속 재료 층들(74, 80)을 포함하는, 상기 회전 가능 어셈블리.
10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 회전 축(28)을 따라 상기 댐핑 구조체(36)를 압축 및 압축 해제하도록 구성된 클램핑 기구를 더 포함하는, 상기 회전 가능 어셈블리.
11. 제9항에 있어서, 상기 클램핑 기구는 웜 드라이브(44)를 포함하는, 상기 회전 가능 어셈블리.
12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 댐핑 질량체(38)에 부가하여, 적어도 하나의 추가적인 댐핑 질량체(66)를 더 포함하고, 각각의 댐핑 질량체(38, 66)는 고유 중량을 가지는, 상기 회전 가능 어셈블리.
13. 제12항에 있어서, 상기 댐핑 구조체(36)에 부가하여, 적어도 하나의 추가적인 댐핑 구조체(68)를 더 포함하고, 각각의 댐핑 질량체들(38, 66) 및 상기 댐핑 구조체들(68)은 교대로 배치되는, 상기 회전 가능 어셈블리.
14. 회전 축(28) 주위로 회전 가능 어셈블리(10)를 회전시키기 위한 회전 가능 지지체에 고정되는 일 단부(12)를 가지는 회전 가능 어셈블리(10)에 있어서, 상기 회전 가능 어셈블리(10)는:
    - 공동(56)을 갖는 본체(18);
    - 커터(26)를 유지하기 위한 공구 헤드(20);
    
    - 상기 공동(56) 내에 배치된 댐핑 질량체(38)로서, 상기 회전 축(28)에 대하여 실질적으로 수직인 반경 방향에서의 상기 댐핑 질량체(38)와 상기 본체(18)와의 사이에 간극이 형성되는, 상기 댐핑 질량체(38); 및
    
    - 상기 공구 헤드에 냉각제를 공급하기 위한 냉각제 공급 구조체(62)를 포함하고,
    상기 냉각제 공급 구조체(62)는 상기 간극에 의해 부분적으로 구성되는, 상기 회전 가능 어셈블리.
15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 회전 가능 어셈블리(10)는 가공 바 어셈블리이고, 상기 본체(18)는 가공 바 몸체인, 상기 회전 가능 어셈블리.
16. 회전 축(28) 주위로 가공 바 어셈블리(10)를 회전시키기 위한 회전 가능 지지체에 고정되는 일 단부(12)를 가지는 가공 바 어셈블리(10)에 있어서, 상기 가공 바 어셈블리(10)는:
    - 가공 바 몸체(18);
    
    - 공구 헤드; 및
    
    - 상기 공구 헤드(20)와 상기 가공 바 몸체(18) 사이에 댐핑 구조체(24)를 포함하고,
    상기 댐핑 구조체(24)는 상기 가공 바 어셈블리(10)의 제2 또는 그 이상의 진동 모드의 상기 공구 헤드(20)에 가장 가까운 노드 영역에 위치되는, 상기 가공 바 어셈블리.
    
    
    
    
    
    

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