KR20200122716A - 절삭공구의 축중심과 회전중심의 정렬 및 미세조정이 가능한 보링용 절삭공구 홀더 - Google Patents

Abstract

절삭공구의 회전 중심과 피가공물의 정렬이 용이하며 오정렬에 대한 미세조정이 가능한 보링용 절삭공구 홀더(1)를 개시한다. 이러한 보링용 절삭공구 홀더(1)는 축선(L)에 경사진 테이퍼면을 가진 어댑터(20)를 가진다. 상기 어댑터(20)는 어댑터 수용홈부에 수용되어 공구 수용홈부에 노출된다. 이에 따라 어댑터(20)와 공구 수용홈부 사이로 절삭공구 샤프트가 끼워짐으로써 홀더(1)에 절삭공구(100)가 강하게 결속된다. 또한 어댑터(20)와 공구 수용홈부에 각각 안내되어 삽입됨으로써 절삭공구(100)의 회전중심과 축심이 자동 정렬되어 치수 정밀도를 높인다. 더욱이, 어댑터 수용홈부와 교차하는 방향으로 나사홈부(15a)가 마련된다. 상기 나사홈부(15a)에 조정나사(15)를 삽입하여 어댑터(20)를 가압하여 누름으로써 어댑터(20)의 자세를 조정할 수 있고, 이에 따라 절삭공구(100)가 미세하게 움직이도록 함으로써 축선(L)과 회전중심을 맞출 수 있다. 따라서, 고속의 정밀가공 분야에서 난삭제 등의 절삭가공에 유용하게 사용될 수 있으며, 작업의 편의성과 생산성 향상을 기대할 수 있다.

Description

절삭공구의 축중심과 회전중심의 정렬 및 미세조정이 가능한 보링용 절삭공구 홀더{Boring machine holder for fine alignment and self alignment}

본 발명은 절삭공구 홀더에 관한 것으로, 보다 상세하게는 절삭공구와 피가공물의 정렬 및 미세조정을 위한 보링용 절삭공구 홀더에 관한 것이다.

일반적으로 차량의 실린더 블록은 AL계나 FC계의 재질이 사용되나, 소형화·경량화 및 연비 향상을 위해 최근 CGI계(Compacted Graphite Iron, 콤팩트 흑연주철)와 같은 고강성 및 고강도 재료가 주목받고 있다. 그러나, 엔진의 박육경량화와 고강성 및 고강도화는 가공성을 떨어뜨리기 때문에 엔진이나 부품 제조 등에 제한적이다. 상기 부품의 물성 조건에 따라 절삭공구 역시 초경합금(Tungsten Carbide), 서멧(cermets), 폴리크리스탈 다이아몬드(Poly Crystal Diamond, PCD) 및 다이아몬드(Natural Diamond, ND)의 적용으로 내마모성이 개선되고 있으나, 소형 정밀 부품의 미세 가공을 위한 절삭조건을 설정하거나 치수 정밀도를 맞추는데 어려움이 있다. 이에 관한 종래 기술로서, 건형 리머가 대한미국 공개특허공보 특2002-0056090호(발명의 명칭 : 건형 리머)에 개시된다. 상기 문헌으로 제시된 리머는, 엔진의 실린더헤드상에 끼워진 밸브가이드를 정밀하게 절삭가공하기 위한 것으로, D-컷의 선단부를 공작기계의 척에 물려 고정한 다음, 다이아몬드 절삭날을 회전시켜 밸브가이드의 길이방향 중심선을 따라 구멍을 절삭 가공한다. 그러나, 상기 리머는 D-컷 선단부를 공작기계 척에 단순히 고정하는 것만을 예정하고 있다. 밸브가이드가 구경이 mm 사이즈로 소형이고, 그 오차범위가 ㎛ 단위임을 고려할 때, 상기 문헌에 개시된 리머로서는 피가공물과의 오정렬에 따른 치수정밀도를 맞추기에 한계가 있다.

또한, 리머와 피가공물의 정렬에 관한 다른 방안으로 대한민국 공개특허공보 10-2016-0052366호(발명의 명칭: 테이퍼 콜릿용 이너 슬리브 및 절삭공구 홀더)가 개시된다. 상기 문헌에는, 테이퍼 콜릿을 사용하여 공구의 축 중심을 맞추면서 결속력을 크게 하는 방안을 제시한다. 그러나, 테이퍼 콜릿을 이용한 강한 결속과 축심 정렬에 유용하나, 별도의 체결너트나 관련 부품이 많아 고속회전에 따른 원심력이 증가하여 체결력이 약해지며, 가공오차 문제로 오정렬이 발생하더라도 이를 해결할 방안이 마련되어 있지 않아 작업을 중단하고 해체후 재정렬하거나 미세 조정해야 하기 때문에 수고로움과 번거로움으로 불편하다. 이에 따라 고속 정밀 가공을 하기 위한 새로운 구조의 절삭공구 홀더가 요망된다.

1. 대한민국 등록특허공보 10-0569060 2. 대한민국 공개특허공보 특2002-0056090 3. 대한민국 공개특허공보 10-2016-0052366

본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위해 안출된 것으로, 난삭재의 절삭공구로서 보링 툴의 회전 중심축과 피가공물의 정렬을 보다 용이하게 수행하며 미세조정이 가능하도록 함으로써 치수정밀도를 높일 수 있는 보링용 절삭공구 홀더를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 보링용 절삭공구 홀더는, 축선에 경사진 테이퍼면을 가진 어댑터, 상기 어댑터가 수용되는 어댑터 수용홈부, 상기 어댑터의 테이퍼면이 돌출하여 노출되도록 공간부가 마련되며 상기 어댑터의 테이퍼면과의 사이에서 절삭공구의 샤프트가 끼워지고 절삭공구와 나사결합하여 조여지는 공구 수용홈부, 및 상기 어댑터 수용홈부와 교차하여 연통하고 조정나사가 수용되는 나사홈부를 구비한다. 여기서, 상기 어댑터는 절두 원추 형상일 수 있으며, 상기 공구 수용홈부의 회전중심과 상기 절삭공구의 회전중심이 일치하도록 배치된다. 그리고 상기 절삭공구는, 원통 외주면과 원추 내주면이 마련되어, 상기 어댑터와 상기 공구 수용홈부 사이에 밀착하여 고정되는 웨지 결합부를 구비한다.

본 발명에 따른 보링용 절삭공구 홀더는, 테이퍼면의 어댑터와 공구 수용홈부의 사이에 공구 샤프트가 조여짐에 따라 쐐기 작용으로 강하게 결속함과 동시에, 공구수용홈과 어댑터에 의해 회전중심과 축중심의 정렬이 자동적으로 이루어지며, 가공오차 등의 문제로 오정렬이 발생하더라도 나사홈부에 위치한 조정나사로 미세 조정이 가능하여 치수정밀도 및 생산성이 향상된다.

도 1은 본 발명에 따른 바람직한 일실시예로서 절삭공구가 결합된 보링용 절삭공구 홀더를 도시한 측면도.
도 2는 도 1에서 본 발명에 따른 요부를 도시한 단면도.
도 3은 도 2의 분리 사시도.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 일실시예로서 절삭공구 홀더를 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명하고자 한다.

도 1은 본 발명에 따른 바람직한 일실시예로서 절삭공구가 결합된 보링용 절삭공구 홀더를 도시한 측면도이며, 도 2는 도 1에서 본 발명에 따른 요부를 도시한 단면도이며, 도 3은 도 2의 분리 사시도를 도시한 것이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 바람직한 일실시예로서 보링용 절삭공구 홀더(1)는 홀더 바디(10) 및 어댑터(20)를 구비한다. 여기서, 상기 홀더 바디(10)는 머시닝센터(MCT)나 보링기계(미도시)에 장착된다.

상기 어댑터(20)는, 축선(L)을 중심으로 서로 대칭 형상이며, 전체적으로 원통 형상을 가지나, 다만 그 전두부(21)가 경사진 테이퍼면이 형성되도록 절두 원추 형상으로 이루어진다.

상기 홀더 바디(10)는, 축선(L)을 따라 절삭공구(100)의 샤프트(130)가 끼워질 수 있도록 공구 수용홈부(10a)를 가진다.

상기 공구 수용홈부(10a)는, 내측와 외측으로 구분하여 살펴볼 때, 그 내측에는 나사산이 형성되어 있지 않으나, 외측에는 암나사(12)가 형성된다. 그리고, 상기 공구 수용홈부(10a)에는 축선(L)을 따라 서로 연통하도록 어댑터 수용홈부(10b)가 마련된다. 이에 따라, 상기 어댑터 수용홈부(10b)에 어댑터(20)가 끼워져 축선(L)에 맞춰져 배치된다.

상기 어댑터 수용홈부(10b)에 어댑터(20)가 고정될 경우, 상기 어댑터(20)의 전두부(21)가 축선(L)을 따라 공구 수용홈부(10a)에 돌출하여 위치하도록 하기 위해, 상기 어댑터 수용홈부(10b)는, 상기 어댑터(20) 종축 길이보다 작은 크기로 요입된 형상을 이룬다. 이에 따라 상기 어댑터 수용홈부(10b)에 어댑터(20)가 끼워질 경우, 상기 어댑터 수용홈부(10b)에서 축선(L)을 따라 어댑터(20)가 돌출된 형상을 이루며, 그 결과 상기 어댑터(20)와 공구 수용홈부(10a) 사이에는 공구 샤프트(130)의 단부가 끼워질 수 있는 공간이 마련된다.

그리고, 상기 어댑터 수용홈부(10b)에는 외부에서 조정나사(15)를 끼워 어댑터(20)를 가압하거나 해제함으로써 절삭공구(100)의 자세를 조정할 수 있도록 하기 위해, 축선(L)에 교차하는 방향으로 나사홈부(15a)(15b)가 형성된다. 여기서, 상기 나사홈부(15a)(15b)의 수와 위치는 자유롭게 선택할 수 있으나, 공구 샤프트(130)의 축선(L)과 가공 중심선을 일치시키기 위한 것으로 서로 직교하는 위치에서 2개가 90°로 배치되는 것이 바람직하다. 그러나, 상기 나사홈부(15a)(15b)는 본 실시예에 따라 일예로 도시된 것으로 3개가 120°로 배치된 형상이거나 또는 편의에 따라 다수개를 조합한 것일 수 있다. 그리고, 상기 조정나사(15)는, 본 발명의 분야에서 다양한 나사가 사용될 수 있으나, 나사홈부(15a)(15b)의 외부로 돌출되지 않도록 하기 위해 세트스크류를 사용하는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명에 따른 홀더(1)에는 절삭공구(100)가 삽입되어 결속되는데, 이를 위해 절삭공구(100)의 샤프트(130)는 플랜지 결합부(110)와 웨지결합부(120)를 구비한다.

상기 플랜지 결합부(110)는 반경 방향으로 단면이 확장되어 단차진 형상으로 돌출된 구조를 가진다. 상기 플랜지 결합부(110)는 웨지결합부(120)가 삽입된 후 홀더 바디(10)와 면접촉하여 결속력을 보다 크게 한다.

상기 웨지결합부(120)는 어댑터(20)와 홀더 바디(10)의 사이에 끼워져 결합하며, 이를 위해 그 내주면(120a)은 어댑터(20)의 원추형 테이퍼면에 상응하는 형상이며, 그 외주면(120c)는 홀더 바디(10)의 공구 수용홈부(10a)에 상응하는 형상을 가진다. 즉, 웨지결합부(120)의 내주면(120a)는 어댑터(20)의 형상에 상응하여 원추형 태이퍼면이며, 그 외주면(120c)은 단부측에 공구 수용홈(10a)의 원통면에 상응하여 나사산이 형성되어 있지 않으나 플랜지부(110) 측으로 나사산이 형성되어 수나사부(120b)를 이룬다. 이에 따라, 공구 수용홈부(10a)의 암나사와 웨지결합부(120)의 수나사가 나합되어 조여질 경우, 샤프트(130)의 웨지결합부(120)는 어댑터(20)와 공구 수용홈부(10a)의 사이를 밀고 들어가면서 강하게 결속한다.

상기 절삭공구(100)에는 웨지결합부(120)에 대향하여 절삭부(150)가 위치하며, 상기 절삭부(150)에는 초경이나 다이아몬드 등의 절삭팁(140)이 장착되고, 그 주변에는 서멧의 가이드 패드(160)가 위치한다. 상기 가이드 패드(160)는 절삭팁(140)의 회전 절삭을 안내할 수 있도록 절삭부(150)에 브레이징 접합되어 고정되며, 절삭팁(140)은 조정에 따른 재사용이나 교체를 위해 고정 클램프(170)를 매개로 고정나사(160)로 고정된다. 그리고, 상기 절삭부(150)는, CGI 등의 난삭재의 가공이 쉽지 않은 점을 고려하여 2단의 정삭공정으로 이루어지는 것이 바람직하다. 이를 위해 상기 절삭부(150)는 높이차(d)를 달리 하여 단차진 형상을 가진 절삭부(150)와 리밍부(152)를 구비한다. 상기 절삭부(150)는 난삭재의 피가공물을 1차로 회전 절삭하고, 뒤이어 리밍부(152)가 2차 회전절삭하여 다듬질함으로써 정밀 정삭이 이루어지도록 한다. 상기 파일럿부(151)와 리밍부(152)에 장착된 절삭팁(140)의 높이차(d)는 소재에 따라 달라질 수 있으나, CGI계의 경우 0.3~0.2mm인 것이 바람직하다.

이와 같은 본 발명에 따른 일실시예로서 보링용 절삭공구 홀더의 구성에 따른 동작 및 작용효과를 살펴본다.

본 발명에 따른 홀더(1)에 절삭공구(100)를 고정하기 위해, 먼저 어댑터 수용홈에 어댑터(20)를 삽입하여 위치시키면, 어댑터(20)와 공구 수용홈부(10a) 사이에 공구 샤프트(130)의 웨지결합부(120)가 삽입될 수 있는 공간이 마련된다. 그리고, 상기 공구 샤프트(130)를 공구 수용홈부(10a)에 밀어 넣으면, 웨지결합부(120)의 선단이 그 내주면(120a)과 외주면(120c)에서 어댑터(20) 및 공구 수용홈부(10a)와 마주하게 되는데, 계속하여 샤프트(130)를 회전시키면 웨지결합부(120)의 수나사와 공구 수용홈부(10a)의 암나사가 나사체결되면서 조여지게 되고, 또한 웨지결합부(120)가 공구 수용홈부(10a)의 내주면(120c)을 따라 가이드되어 이동하면서 웨지결합부(120)의 테이퍼면과 어댑터(20)의 테이퍼면이 정합하여 서로 끼워져 강하게 결속한다. 그리고, 공구 수용홈부(10a)는 축선(L)을 중심으로 대칭으로 되어 있기 때문에 웨지결합부(120)의 외주면(120a)이 공구 수용홈부(10a)의 선단 내주면(10c)을 따라 가이드되기 때문에 축중심이 자동적으로 맞춰진다.

그리고, 상기 홀더(1)에 웨지결합부(120)가 결합하면서 자동 정렬이 이루어지지만, 가공오차나 마모 기타 변형으로 홀더(1)의 회전중심과 절삭공구(100)의 축심이 어긋날 경우, 미크론 단위의 측정 정밀도를 요하는 정밀 가공에서 불량을 유발한다. 따라서, 홀더(1)의 회전중심과 절삭공구(100) 축심이 불일치하여 조정이 필요할 경우, 본 발명에 따른 조정나사(15)를 이용하여 어댑터(20)를 가압하여 홀더(1) 받침점(10d)을 중심으로 절삭공구(100)가 움직일 수 있도록 한다. 이때, 조정나사(15)에 의해 어댑터(20)의 미소한 움직임을 상대적으로 길이가 긴 절삭공구(100)의 다소 큰 움직임을 유도할 수 있다. 이에 따라 조정나사(15)로 미세 조정을 함으로써 홀더(1)의 회전중심과 절삭공구(100)의 축심을 간단히 일치시킬 수 있어 편리하다. 또한, 조정나사(15)로 미세조정이 이루어진 경우에는, 가공 조건이 가혹한 경우를 제외하고는 추가적인 미세조정이 필요 없으므로, 어댑터(20), 공구 수용홈부(10a) 및 조정나사(15)에 의해 자동 조심되기 때문에, 절삭공구(100)의 탈착만으로 홀더(1)의 회전중심과 절삭공구(100) 축 중심을 일치시킬수 있어 절삭공구(100)의 교체가 편리하다.

이상과 같이 본 발명에 따른 절삭공구 홀더가 첨부된 도면에 기초하여 보다 상세하고 구체적으로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 예컨데 샤프트 외주면이나 홀더 가이드면이 원통면을 치환하여 분할하거나 원추면으로 하여 서로 맞춰져 상호 작용하게 하는 등 그 형상이나 구조는 다양하게 변경할 수 있음은 당연하다. 또한, 본 발명에 따른 보링용 절삭공구 홀더는 본 발명의 분야에서 널리 사용되는 공작기계로서 보링기계에 적용 가능하며, 절삭공구는 보링공구나 보링 바이트 또는 리머 등 다양할 수 있다. 또한, 피가공물은 차량 엔진이나 부품, 실리더 블럭의 밸브가이드 기타 그 대상이 다양하게 이루어질 수 있음을 이해해야 한다. 이와 같이 본 발명에 따라 설명되고 도시된 예에 의해 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하며, 따라서 본 발명의 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 한다.

1 : 보링용 절삭공구 홀더 10 : 홀더 바디
10a : 공구 수용홈부 10b : 어댑터 수용홈부
15 : 조정나사 15a, 15b : 나사홈부
20 : 어댑터 100 : 절삭공구
110 : 플랜지 결합부 120: 웨지결합부
130 : 공구 샤프트 140 : 절삭팁
150 : 절삭부 151 : 파일럿부
152 : 리밍부 160: 가이드 패드
160 : 고정나사 170 : 고정 클램프

Claims (4)

1. 축선에 경사진 테이퍼면을 가진 어댑터;
   상기 어댑터가 수용되는 어댑터 수용홈부;
   상기 어댑터의 테이퍼면이 돌출하여 노출되도록 공간부가 마련되며, 상기 어댑터의 테이퍼면과의 사이에서 절삭공구의 샤프트가 끼워지고 절삭공구와 나사결합하여 조여지는 공구 수용홈부; 및
   상기 어댑터 수용홈부와 교차하여 연통하고 조정나사가 수용되는 나사홈부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 보링용 절삭공구 홀더.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 어댑터는;
   절두 원추 형상인 것을 특징으로 하는 보링용 절삭공구 홀더.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 공구 수용홈부의 회전중심과 상기 절삭공구의 회전중심이 일치하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 보링용 절삭공구 홀더.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 절삭공구는,
   원통 외주면과 원추 내주면이 마련되어, 상기 어댑터와 상기 공구 수용홈부 사이에 밀착하여 고정되는 웨지 결합부를 구비하는 것을 특징으로 하는 보링용 절삭공구 홀더.

Images