KR20220104730A - 역방향-테이퍼 원뿔형 외부 나사산을 갖는 교체 가능 절삭 헤드 및 회전 절삭 공구 - Google Patents

역방향-테이퍼 원뿔형 외부 나사산을 갖는 교체 가능 절삭 헤드 및 회전 절삭 공구 Download PDF

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KR20220104730A
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알렉산더 카이나
슈무엘 바인슈타인
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이스카 엘티디.
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Abstract

회전 절삭 공구(20)는 교체 가능 절삭 헤드(22) 및 공구 홀더(24)를 포함한다. 교체 가능 절삭 헤드(22)는 전방 절삭부(26) 및 후방 장착부(28)를 포함한다. 장착부(28)는 역방향-테이퍼 원뿔형 외부 나사산(42)을 포함하는 수형 결합 부재(38)를 포함한다. 공구 홀더(24)는 내부 나사산(72)을 포함하는 암형 결합 부재(68)를 포함한다. 회전 절삭 공구(20)가 잠금 위치에 있을 때(도 7), 외부 나사산(42)은 내부 나사산(72)과 나사식으로 결합한다.

Description

역방향-테이퍼 원뿔형 외부 나사산을 갖는 교체 가능 절삭 헤드 및 회전 절삭 공구
본 출원의 요지는 수형 결합 부재를 갖는 교체 가능 절삭 헤드가 나사 결합 기구에 의해 공구 홀더의 암형 결합 부재 내에 제거 가능하게 보유되는 유형의 회전 절삭 공구에 관한 것이다.
회전 절삭 공구는 공구 홀더 내에 교체 가능 절삭 헤드를 견고하게 보유하기 위한 나사 결합 기구, 또는 “공구 조인트”가 제공될 수 있다.
교체 가능 절삭 헤드는 수형 결합 부재를 포함할 수 있고, 공구 홀더는 암형 결합 부재를 포함할 수 있다. 수형 결합 부재는 외부 나사산을 포함할 수 있다. 암형 결합 부재는 수형 결합 부재 상의 외부 나사산에 대응하는 내부 나사산을 포함할 수 있다.
일부 이러한 회전 절삭 공구에서, 내부 및 외부 나사산은 모두 직선형 나사산이다. 이러한 회전 절삭 공구의 예가, 예를 들어, US 6,485,220호에 개시되어 있다.
다른 이러한 회전 절삭 공구에서, 내부 및 외부 나사산은 모두 순방향-테이퍼 원뿔형 나사산이다. 이러한 회전 절삭 공구의 예가, 예를 들어, US 7,611,311호, US 7,713,004호, US 9,643,262호, 및 US 9,643,264호에 개시되어 있다.
또 다른 이러한 회전 절삭 공구에서, 외부 나사산은 순방향-테이퍼 원뿔형 나사산이고, 외부 나사산은 직선형 나사산이다. 이러한 회전 절삭 공구의 예가 US 10,105,771호에 개시되어 있다.
본 출원의 요지의 제1 양태에 따르면, 전방 방향에서 후방 방향으로 연장하는 헤드 종방향 축을 갖는 교체 가능 절삭 헤드이며,
절삭부를 형성하는 전방부; 및
장착부를 형성하는 후방부를 포함하고, 장착부는 외부 나사산을 갖고 헤드 베이스 표면으로부터 후방으로 돌출하는 수형 결합 부재를 포함하고, 헤드 베이스 표면은 헤드 종방향 축에 대해 가로로 연장하고, 절삭부 및 장착부 사이의 경계를 형성하고,
외부 나사산은 외부 나사산 축에 대해 나선형으로 연장하고, 전방 및 후방 외부 플랭크 표면 및 그 사이에서 연장하는 외부 상단 표면을 포함하는 외부 나사산 리지를 포함하고,
전방 및 후방 외부 플랭크 표면은 대체로 대향 축 방향으로 향하고, 외부 하단 표면을 포함하는 나선형 외부 나사산 홈을 한정하고;
수형 결합 부재의 외부 나사산은 후방 방향으로 증가하는 적어도 하나의 나사산 직경을 갖는 역방향-테이퍼 원뿔형 나사산인, 교체 가능 절삭 헤드가 제공된다.
본 출원의 요지의 제2 양태에 따르면, 종방향 축을 갖고, 전방 방향에서 후방 방향으로 연장하는 회전 절삭 공구이며,
홀더 종방향 축을 갖는 공구 홀더 및 공구 홀더와 나사식으로 결합하는 전술한 유형의 교체 가능 절삭 헤드를 갖는, 회전 절삭 공구가 제공된다.
전술한 내용은 요약이고, 이하에서 설명되는 특징이, 본 출원의 요지에 대한 임의의 조합으로 적용될 수 있다는 것, 예를 들어 이하의 특징 중 임의의 특징이 교체 가능 절삭 헤드 또는 회전 절삭 공구에 적용될 수 있음을 이해될 것이다.
외부 나사산 리지 및 외부 나사산 홈 중 적어도 하나는 원뿔 각도를 갖는 각각의 원뿔에 대해 연장할 수 있다.
외부 나사산 리지 및 외부 나사산 홈 모두 외부 원뿔 및 내부 원뿔 각각의 원뿔에 대해 각각 연장할 수 있다.
원뿔 각도는 내부 원뿔 및 외부 원뿔에 대해 동일할 수 있다.
원뿔 각도는 0.02°보다 크거나 같을 수 있고, 1.0°보다 작거나 같을 수 있다.
원뿔 각도는 정확히 0.4 °와 동일할 수 있다.
외부 나사산 축을 포함하는 축방향 평면에서 취한 단면도에서, 외부 상단 표면은 외부 나사산 축에 대해 경사질 수 있고, 서로 동일 선상에 있을 수 있는 복수의 외부 나사산 크레스트를 형성한다. 외부 하단 표면은 외부 나사산 축에 대해 경사질 수 있고, 서로 동일 선상에 있을 수 있는 복수의 외부 나사산 루트를 형성한다.
헤드 종방향 축을 포함하는 축방향 평면에서 취한 단면도에서, 외부 나사산은 사다리꼴일 수 있는 외부 나사산 형태를 형성한다.
외부 나사산은 일정한 외부 나사산 피치를 가질 수 있다.
공구 홀더는 홀더 전방 표면으로부터 후방으로 연장하는 내부 나사산을 갖는 암형 결합 부재를 가질 수 있고, 홀더 전방 표면은 홀더 종방향 축에 대해 가로로 연장한다. 회전 절삭 공구는 a) 내부 및 외부 나사산이 서로 나사식으로 결합하지 않는 해제 위치, 및 b) 수형 결합 부재가 내부 및 외부 나사산이 서로 나사식으로 결합하면서 암형 결합 부재 내에 제거 가능하게 보유되는 잠금 위치 사이에서 조절 가능할 수 있다.
암형 결합 부재의 내부 나사산은 직선형 나사산일 수 있다.
외부 나사산 및 내부 나사산 사이 마찰 결합은 외부 나사산의 최전방 턴으로부터 외부 나사산의 최후방 턴을 향하는 방향으로 증가할 수 있다.
내부 나사산은 내부 나사산 리지를 포함할 수 있고, 내부 나사산 축에 대해 나선형으로 연장하고, 전방 및 후방 내부 플랭크 표면 및 그 사이에서 연장하는 내부 상단 표면을 포함할 수 있다. 전방 및 후방 내부 플랭크 표면은 대체로 대향 축 방향으로 향하고, 내부 하단 표면을 포함하는 나선형 내부 나사산 홈을 한정할 수 있다. 전방 외부 플랭크 표면 및 전방 내부 플랭크 표면은 전방 방향을 향할 수 있다. 후방 외부 플랭크 표면 및 후방 내부 플랭크 표면은 후방 방향을 향할 수 있다. 잠금 위치에서, 후방 내부 플랭크 표면은 전방 외부 플랭크 표면과 접합할 수 있다.
잠금 위치에서, 전방 내부 플랭크 표면은 후방 플랭크 거리만큼 후방 외부 플랭크 표면으로부터 이격될 수 있다. 내부 상단 표면은 상부 거리만큼 외부 하단 표면으로부터 이격될 수 있다. 내부 하단 표면은 하부 거리만큼 외부 상단 표면으로부터 이격될 수 있다.
후방 플랭크, 상부, 및 하부 거리는 모두 후방 방향으로 감소할 수 있다. 내부 나사산은 외부 나사산 피치와 동일한 일정한 내부 나사산 피치를 가질 수 있다.
본 출원의 더 나은 이해를 위해, 그리고 본 출원이 실제로 어떻게 수행될 수 있는지를 보여주기 위해, 이제 첨부 도면을 참조할 것이다.
도 1은 회전 절삭 공구의 종방향 단면 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 회전 절삭 공구의 분해된 종방향 단면 사시도이다.
도 3은 도 1 및 도 2에 도시된 교체 가능 절삭 헤드의 측면도이다.
도 4는 도 3의 상세도이다.
도 5는 도 1 및 도 2에 도시된 공구 홀더의 사시도이다.
도 6은 도 5에 도시된 암형 결합 부재의 종방향 단면도이다.
도 7은, 회전 절삭 공구가 잠금 위치에 있을 때, 도 1에 도시된 회전 절삭 공구의 종방향 단면도의 상세도이다. 그리고
도 8은, 회전 절삭 공구가 해제 위치에 있을 때, 직선형 내부 나사산의 내부 나사산 형태의 내부 나사산 형태가 중첩된 후 역방향-테이퍼 원뿔형 외부 나사산의 외부 나사산 형태의 개략도이다.
도시의 단순성 및 명료성을 위해, 도면에 도시된 요소는 반드시 축척에 맞게 그려진 것이 아니라는 것을 알 것이다. 예를 들어, 일부 요소의 치수가 명료성을 위해 다른 요소에 비해 과장될 수 있거나, 또는 여러 개의 물리적인 구성요소가 하나의 기능적인 블록 또는 요소 내에 포함될 수 있다. 적절한 것으로 고려되는 경우에, 참조 번호가 대응하거나 유사한 요소를 나타내기 위해 도면들 사이에서 반복될 수 있다.
이하의 설명에서, 본 출원의 요지의 다양한 양태가 설명될 것이다. 설명의 목적을 위해, 특정 구성 및 상세는 본 출원의 요지의 철저한 이해를 제공하기 위해 충분히 상세히 설명된다. 그러나, 본 출원의 요지는 본 명세서에 제시된 특정 구성 및 상세 없이 실시될 수 있다는 것이 본 기술분야의 통상의 기술자에게 또한 명백할 것이다.
본 출원의 요지의 실시예에 따른, 밀링 작업, 특히 엔드 밀링에 사용되는 유형의 회전 절삭 공구(20)를 도시하는 도 1 및 도 2를 먼저 참조한다. 회전 절삭 공구(20)는 공구가 회전 방향(R)으로 회전하는 공구 종방향 축(L)을 갖는다.
회전 절삭 공구(20)는 헤드 종방향 축(A)을 갖는 교체 가능 절삭 헤드(22)를 포함하고, 교체 가능 절삭 헤드(22)는 헤드 종방향 축(A)을 중심으로 회전 방향(R)으로 회전한다. 헤드 종방향 축(A)은 전방 방향(DF)에서 후방 방향(DR)으로 연장한다. 교체 가능 절삭 헤드(22)는 통상적으로 초경합금으로 제조될 수 있다.
회전 절삭 공구(20)는 홀더 종방향 축(C)을 갖는 공구 홀더(24)를 또한 포함한다. 공구 홀더(24)는 통상적으로 강철로 제조될 수 있다. 교체 가능 절삭 헤드(22)는 나사 결합 기구에 의해 공구 홀더(24)에 제거 가능하게 보유될 수 있다. 이러한 나사 결합 기구는 예를 들어, 리밍(reaming) 또는 드릴링과 같은, 전술한 것과 다른 유형의 회전 절삭 작업에 유리할 수 있다.
상세한 설명 및 청구범위 전체에 걸쳐 용어 “전방” 및 “후방”이라는 용어의 사용은, 도 1에 도시된 바와 같이, 조립된 회전 절삭 공구(20)의 공구 홀더(24)에 대한 교체 가능 절삭 헤드(22)의 상대 위치로 언급되는 것을 이해해야 한다. “전방” 및 “후방”이라는 용어는 또한, 도 3 및 도 4에서 각각 좌측 및 우측을 향한 헤드 종방향 축(A)의 방향에서, 그리고 또한 도 5 및 도 6에서 각각 좌측 및 우측을 향한 홀더 종방향 축(C)의 방향에서 적용될 수 있다. 공구 홀더(24)는 또한 홀더 종방향 축(C)을 따라 그 자신의 전방 방향에서 후방 방향을 따라 연장하는 것이 이해될 것이다.
이제 도 3 및 도 4를 참조한다. 교체 가능 절삭 헤드(22)는 절삭부(26)를 형성하는 전방부 및 장착부(28)를 형성하는 후방부를 갖는다. 본 출원의 요지의 일부 실시예에 따르면, 교체 가능 절삭 헤드(22)는 단일 일체형 단일편 구성을 갖도록 형성될 수 있다. 이는 교체 가능 절삭 헤드(22)가 분리 가능 절삭 인서트(미도시)를 갖지 않는다는 장점을 제공한다.
도 3을 참조하면, 절삭부(26)는 적어도 하나의 주변 절삭 에지(30)를 포함한다. 도면에 도시된 이러한 비제한적인 예에서, 정확히 4개의 주변 절삭 에지가 있을 수 있다. 각각의 주변 절삭 에지(30)는 주변 릴리프 표면(32) 및 주변 레이크 표면(34)의 교차부에 형성된다. 모두 회전 방향(R)에 대해, 주변 릴리프 표면(32)은 회전시 주변 절삭 에지(30) 뒤에 위치되고, 주변 레이크 표면(34)은 회전시 주변 절삭 에지(30)의 앞에 위치된다. 주변 절삭 에지(30)의 배향은 금속 절삭 작업이 수행될 수 있게 한다.
본 출원의 요지의 일부 실시예에 따르면, 절삭부(26)는 절삭 작업 동안 생성되는 칩(미도시)을 배출하기 위한 적어도 하나의 플루트(36)를 포함할 수 있다. 하나의 플루트(36)는 각각의 주변 절삭 에지(30)와 관련된다. 교체 가능 절삭 헤드(22)는 절삭부(26)의 단부면(37)에서 하나 이상의 단부 절삭 에지(30b)를 포함할 수 있다. 도면에 도시된 이러한 비제한적인 예에서, 교체 가능 절삭 헤드(22)는 정확히 4개의 단부 절삭 에지(30b)를 포함할 수 있다.
이제 도 3 및 도 4를 참조하면, 장착부(28)는 헤드 베이스 표면(40)으로부터 후방으로 돌출하는 수형 결합 부재(38)를 포함한다. 헤드 베이스 표면(40)은 헤드 종방향 축(A)에 대해 가로로 연장하고, 절삭부(26) 및 장착부(28) 사이의 경계를 형성한다. 즉, 절삭부(26)는 헤드 베이스 표면(40)의 전방에 형성되고, 장착부(28)는 헤드 베이스 표면(40)의 후방에 형성된다. 본 출원의 요지의 일부 실시예에 따르면, 수형 결합 부재(38)는 강성일 수 있다. 헤드 베이스 표면(40)은 헤드 종방향 축(A)에 수직일 수 있다. 헤드 베이스 표면(40)은 회전 절삭 공구(20)가 잠금 위치에 있을 때, 이하에서 설명되는 바와 같이, 공구 홀더(24) 상의 (이하에서 더 설명되는) 대응하는 표면(70)과 접합하도록 의도된다.
수형 결합 부재(38)는 외부 나사산(42)을 포함한다. 도 3을 참조하면, 외부 나사산(42)은 외부 나사산 축(B)에 대해 나선형으로 연장하는 외부 나사산 리지(44)를 포함한다. 외부 나사산 축(B)은 헤드 종방향 축(A)과 일치한다. 따라서, 외부 나사산 부분(42) 및 교체 가능 절삭 헤드(22)는 동축이다. 도 4를 참조하면, 외부 나사산 리지(44)는 전방 및 후방 외부 플랭크 표면(46, 48) 및 그 사이에서 연장하는 외부 상단 표면(50)을 포함한다. 전방 외부 플랭크 표면(46)은 전방 방향(DF)을 향하고, 후방 외부 플랭크 표면(48)은 후방 방향(DR)을 향하면서, 전방 및 후방 외부 플랭크 표면(46, 48)은 대향 축 방향(DF, DR)을 향한다. 전방 및 후방 외부 플랭크 표면(46, 48)은 외부 나사산 홈(52)을 한정한다. 외부 나사산 홈(52)은 외부 나사산 축(B)에 대해 나선형으로 연장하고, 외부 하단 표면(54)을 포함한다. 외부 나사산(42)은 외부 나사산 피치(PE)를 갖는다. 본 출원의 요지의 일부 실시예에 따르면, 외부 나사산 피치(PE)는 일정할 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 축방향 평면(즉, 외부 나사산 축(B)을 포함하는 평면)에서 취한 단면도에서, 외부 상단 표면(50)은 복수의 외부 나사산 크레스트(56)를 형성하고, 외부 하단 표면(54)은 복수의 외부 나사산 루트(58)를 형성한다.
동일한 단면도에서, 전방 및 후방 외부 플랭크 표면(46, 48)은 외부 나사산 축(B)에 수직인 방사상 평면에 대해 외부 플랭크 각도(α)로 경사질 수 있다. 바람직하게는, 외부 플랭크 각도(α)는 28° 내지 34°일 수 있고, 더 바람직하게는 31°일 수 있다. 외부 나사산(42)은 사다리꼴일 수 있는 외부 나사산 형태(60)를 형성한다. 본 출원에서, "사다리꼴"은 4개의 변 중 2개가 서로 평행한 4변 기하학적 형상을 의미하며, "부등변 사각형"은 2개의 변이 서로 평행하지 않은 4변 기하학적 형상을 의미한다. 외부 상단 표면(50) 및 외부 하단 표면(54)은 각각 전방 및 후방 외부 플랭크 표면(46, 48)으로 원활하게 전이하여, 반경을 형성할 수 있다. 대안적으로, 외부 상단 및 하단 표면(50, 54)은 에지를 형성하면서, 외부 나사산 형태(60)는 삼각형일 수 있다.
외부 나사산(42)은 역방향-테이퍼 원뿔형 나사산이다. 상세한 설명 및 청구범위 전체에 걸쳐 "역방향-테이퍼 원뿔형 나사산"이라는 용어는 나사산 리지 및 나사산 홈 중 적어도 하나가, 표면이 후방 방향으로 나사산 축을 향해 방사상 외측으로 테이퍼진 각각의 원뿔에 대해 연장하고, 따라서 나사산 크레스트 및 나사산 루트 중 적어도 하나가 후방 방향으로 나사산 축으로부터 거리가 증가하는 나사산에 관련됨을 이해해야 한다. 따라서, 역방향-테이퍼 원뿔형 나사산에서, 적어도 하나의 나사산 직경(외부 나사산 리지(44)의 나사산 직경(d1), 또는 외부 나사산 홈(52)의 나사산 직경(d2) 중 하나, 또는 모두)은 절삭 헤드(22)의 후방 방향(DF)으로 증가한다. 이러한 역방향-테이퍼 원뿔형 나사산은 원통형 강철 로드 의 중공 전방 단부를 외부 선삭 인서트로 나사 가공함으로써 형성될 수 있다. 강철 로드가 외부 나사산을 형성하기 위해 회전하고 축 방향으로 이동할 때, 강철 로드는 또한 '정적' 절삭 인서트로부터 방사상 멀어지게 이동하여, 나사산이 원뿔형 구성을 갖는다. 원뿔 및 나사산은 동축이다. 도 8에 도시된 이러한 비제한적인 예에서, 외부 나사산 리지 및 외부 나사산 홈 모두 각각의 원뿔에 대해 연장한다. 구체적으로, 나사산 홈은 외부 하단 표면(54)이 전방 외부 플랭크 표면(46) 내로 전이하는 지점에 의해 형성된 내부 원뿔(K1)에 대해 연장한다. 외부 나사산 리지는 외부 상단 표면(50)이 전방 외부 플랭크 표면(46) 내로 전이하는 지점에 의해 형성된 외부 원뿔(K2)에 대해 연장한다. 유사하게, 상세한 설명 및 청구범위 전체에 걸쳐"순방향-테이퍼 원뿔 나사산"이라는 용어는 외부 나사산 리지가, 표면이 후방 방향으로 나사산 축을 향해 방사상 내측으로 테이퍼진 원뿔에 대해 연장하고, 따라서 나사산 크레스트가 후방 방향으로 나사산 축으로부터 거리가 감소하는 나사산과 관련됨을 이해해야 한다.
외부 나사산 형태(60) 각각의 턴은 외부 나사산(42)이 역방향-테이퍼 원뿔형 나사산인 것에 의해, 외부 나사산(42)이 후방 방향(DR)으로 나사산 축에 대해 나선형으로 연장할 때 증가하는 방사상 거리만큼 외부 나사산 축(B)으로부터 오프셋된다. 따라서, 전방 외부 플랭크 표면(46)은 후방 방향(DR)으로 방사상 외측으로 나선을 이룬다.
외부 나사산 리지(44) 및 외부 나사산 홈(52) 중 적어도 하나는 원뿔 각도(γ)를 갖는 각각의 원뿔(K1, K2)에 대해 연장할 수 있다. 원뿔 각도(γ)는 0.02°쩟1.0°의 범위일 수 있다. 유리하게는, 원뿔 각도(γ)는 정확히 0.4°일 수 있다. 외부 나사산 리지(44) 및 외부 나사산 홈(52) 모두 각각의 원뿔(K1, K2)에 대해 연장할 수 있다. 원뿔 각도(γ)는 내부 원뿔(K1) 및 외부 원뿔(K2)에 대해 동일할 수 있다. 상세한 설명 전체에 걸쳐"원뿔 각도"라는 용어의 사용은 종방향 단면에서 원뿔의 테이퍼진 표면에 의해 형성된 각도를 의미함을 또한 이해해야 한다. "종방향 단면"이라는 용어는 종방향 축을 포함하는 평면에서 취한 단면을 의미하는 점에 유의한다. 이러한 종방향 단면은 종방향 축을 포함하는 축방향 평면을 초래한다.
복수의 외부 나사산 크레스트(56)는 주 직경을 형성하고, 복수의 외부 나사산 루트(58)는 외부 나사산(42)의 부 직경을 각각 형성한다. 주 직경에서 부 직경을 뺀 것을 2로 나눈 것은, 외부 나사산(42)의 외부 나사산 높이(HE)와 같다. 외부 나사산 리지(44) 및 외부 나사산 홈(52) 중 어느 것이 각각의 원뿔에 대해 연장하는지에 따라, 외부 나사산 높이(HE)는 일정하거나, 후방 방향(DR)으로 증가하거나 감소할 수 있다. 도면에 도시된 이러한 비제한적인 예에서, 외부 나사산 높이(HE)는 후방 방향으로 일정하다. 본 출원의 요지의 일부 실시예에 따르면, 외부 나사산(42)은 축 방향으로 대략 3개 내지 4개의 턴을 가질 수 있다.
본 출원의 요지의 일부 실시예에 따르면, 복수의 외부 나사산 크레스트(56)는 외부 나사산 축(B)에 대해 경사질 수 있고, 서로 동일 선상에 있을 수 있다. 따라서, 외부 상단 표면(50)은 외부 원뿔(K2) 상에 놓일 수 있다.
복수의 외부 나사산 루트(58)는 외부 나사산 축(B)에 대해 경사질 수 있고, 서로 동일 선상에 있을 수 있다. 따라서, 외부 하단 표면(54)은 내부 원뿔(K1) 상에 놓일 수 있다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 수형 결합 부재(38)는 전방 베어링부(62)를 포함한다. 전방 베어링부(50)는 외부 나사산(42)의 전방 측면 상에 위치된다. 전방 베어링부(62)는 후방 방향(DR)으로 헤드 종방향 축(A)을 향해 방사상 내측으로 테이퍼진 전방 헤드 접합 표면(64)을 포함한다. 즉, 전방 헤드 접합 표면(64)은 방사상 외측으로 향하는 원뿔 형상을 갖는다. 이하에서 설명되는 바와 같이, 회전 절삭 공구(20)가 잠금 위치에 있을 때, 전방 헤드 접합 표면(64)은 공구 홀더(24) 상의 (이하에서 더 설명되는) 대응하는 표면(94)과 접합하도록 의도되는 점에 유의한다.
상세한 설명 및 청구범위 전체에 걸쳐 “방사상 내측/내측으로” 및 “방사상 외측/외측으로”라는 용어의 사용은, 도 3 내지 도 4 및 도 6에서, 각각의 축을 향하는 그리고 그로부터 멀어지는, 헤드 종방향 축(A) 및/또는 홀더 종방향 축(C)에 관하여 수직 방향에서의 상대 위치로 언급되는 점을 이해해야 한다.
이제 도 5 및 도 6을 참조하면, 공구 홀더(24)는 전방 방향(DF)에서 후방 방향(DR)으로 연장하는 홀더 종방향 축(C)을 갖는다. 공구 홀더(24)는 홀더 전방 표면(70)으로부터 후방으로 연장하는 암형 결합 부재(68)를 포함한다. 홀더 전방 표면(70)은 홀더 종방향 축(C)에 대해 가로로 연장한다. 본 출원의 요지의 일부 실시예에 따르면, 홀더 전방 표면(70)은 홀더 종방향 축(C)에 수직일 수 있다.
암형 결합 부재(68)는 내부 나사산(72)을 포함한다. 내부 나사산 축(D)을 포함하는 암형 결합 부재(68)의 종방향 단면도(즉, 도 6)에 도시된 바와 같이, 내부 나사산(72)은 내부 나사산 축(D)에 대해 나선형으로 연장하는 내부 나사산 리지(74)를 포함한다. 내부 나사산 축(D)은 홀더 종방향 축(C)과 일치한다. 따라서, 내부 나사산(72)은 공구 홀더(24)와 동축이다. 내부 나사산 리지(74)는 전방 및 후방 내부 플랭크 표면(76, 78), 및 그 사이에서 연장하는 내부 상단 표면(80)을 포함한다. 전방 내부 플랭크 표면(76)은 전방 방향(DF)을 향하고, 후방 내부 플랭크 표면(78)은 후방 방향(DR)을 향하면서, 전방 및 후방 내부 플랭크 표면(76, 78)은 대향 축 방향(DF, DR)을 향한다. 전방 및 후방 내부 플랭크 표면(76, 78)은 내부 나사산 홈(82)을 한정한다. 내부 나사산(72)은 내부 나사산 피치(PI)를 갖는다. 본 출원의 요지의 일부 실시예에 따르면, 내부 나사산 피치(PI)는 일정할 수 있다. 내부 나사산 피치(PI)는 외부 나사산 피치(PE)와 동일할 수 있다.
내부 나사산 홈(82)은 내부 나사산 축(D)에 대해 나선형으로 연장하고, 내부 하단 표면(84)을 포함한다. 축방향 평면(즉, 내부 나사산 축(D)을 포함하는 평면)에서 취한 단면도에서, 내부 상단 표면(80)은 복수의 내부 나사산 크레스트(88)를 형성하고, 내부 하단 표면(84)은 복수의 내부 나사산 루트(90)를 형성한다. 본 출원의 요지의 일부 실시예에 따르면, 복수의 내부 나사산 크레스트(88)는 내부 나사산 축(D) 과 평행할 수 있고, 서로 동일 선상에 있을 수 있다. 복수의 내부 나사산 루트(90)는 내부 나사산 축(D)과 평행할 수 있고, 서로 동일 선상에 있을 수 있다.
내부 나사산 축(D)을 포함하는 축방향 평면에서 취한 단면도(즉, 도 6)에서, 전방 및 후방 내부 플랭크 표면(76, 78)은 내부 나사산 축(D)에 수직인 방사상 평면에 대해 내부 플랭크 각도(β)로 경사질 수 있다. 바람직하게는 내부 플랭크 각도(β)는 31°일 수 있다. 내부 나사산(72)은 사다리꼴 일 수 있는 내부 나사산 형태(86)를 형성한다. 이제 도 8을 참조하면, 부등변 사각형의 변은 길이가 동일하지 않을 수 있다. 내부 상단 표면(80) 및 내부 하단 표면(84)은 각각 전방 및 후방 내부 플랭크 표면(76, 78)으로 원활하게 전이하여, 반경을 형성할 수 있다. 대안적으로, 내부 상단 및 하단 표면(80. 84)은 에지를 형성하면서, 내부 나사산 형태(86)는 삼각형일 수 있다.
본 출원의 요지의 일부 실시예에 따르면, 내부 나사산(72)은 직선형 나사산일 수 있다. 상세한 설명 및 청구범위 전체에 걸쳐 "직선형 나사산"이라는 용어는 나사산 리지 및 나사산 홈이 각각의 원통에 대해 연장하고, 따라서 모든 나사산 크레스트(88)가, 모든 나사산 루트(90)와 같이, 나사산 축으로부터 등거리에 있는 나사산에 관련됨을 이해해야 한다. 구체적으로, 내부 나사산 리지(74)는 내부 상단 표면(80)이 전방 및 후방 내부 플랭크 표면(78) 내로 전이하는 지점에 의해 형성된 내부 원통(C1)에 대해 연장한다. 내부 상단 표면(80)은 내부 원통(C1) 상에 놓일 수 있다. 내부 나사산 홈(82)은 내부 하단 표면(84)이 후방 내부 플랭크 표면(78) 내로 전이하는 지점에 의해 형성된 외부 원통(C2)에 대해 연장한다. 내부 하단 표면(84)은 외부 원통(C2) 상에 놓일 수 있다.
복수의 내부 나사산 크레스트(88)는 부 직경을 형성하고, 복수의 내부 나사산 루트(90)는 내부 나사산(72)의 주 직경을 각각 형성한다. 주 직경에서 부 직경을 뺀 것을 2로 나눈 것은, 내부 나사산(72)의 내부 나사산 높이(HI)와 같다. 내부 나사산 높이(HI)는 일정할 수 있다. 본 출원의 요지의 일부 실시예에 따르면, 내부 나사산(72)은 축 방향으로 대략 3개 내지 4개의 턴을 가질 수 있다.
도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 암형 결합 부재(68)는 전방 지지부(92)를 포함한다. 전방 지지부(92)는 내부 나사산(72)의 전방 측면 상에 위치된다. 전방 지지부(92)는 후방 방향(DR)으로 홀더 종방향 축(C)을 향해 방사상 내측으로 테이퍼진 전방 홀더 접합 표면(94)을 포함한다. 즉, 전방 홀더 접합 표면(94)은 방사상 내측으로 향하는 원뿔 형상을 갖는다. 전방 홀더 접합 표면(94)은 전술한 전방 헤드 접합 표면(64)에 상보적이도록 구성되고 치수 설정된다.
회전 절삭 공구(20)의 조립체는, 예를 들어 US 6,485,220 B2로부터 공지되어 있고, 이는 그 전체가 본원에 참조로 포함된다. 회전 절삭 공구(20)는 해제 위치 및 잠금(또는 조립) 위치 사이에서 조절 가능하다는 것을 유의해야 한다.
이제 역방향-테이퍼 원뿔형 외부 나사산(42)의 외부 나사산 형태(60)의 개략도를 도시하는 도 8을 참조한다. 점선에 의해, 서로 나사식으로 결합해제되는 직선형 내부 나사산의 내부 나사산 형태(86)가 그 위에 중첩된다(즉, 회전 공구가 해제 위치에 있다). 외부 나사산 형태(60)를 형성하는 외부 나사산(42)의 원뿔 각도(γ)는 서로에 대해 나사산 형태(60, 98)를 명확하게 도시하기 위해 과장되고, 따라서 거리는 실제 값을 표현하지 않음에 유의한다. 본 출원의 요지의 일부 실시예에 따르면, 전방 외부 플랭크 표면(46)은 각각의 후방 내부 플랭크 표면(78)으로부터 플랭크 거리(E)만큼 이격된다. 또한, 플랭크 거리(E)는 후방 방향(DR)으로 크기가 감소한다. 즉, 플랭크 거리(E)는 후방 방향(DR)으로 연속적인 나사산 턴에 대해 크기가 감소한다.
회전 절삭 공구(20)를 잠금 위치로 조정하기 위해, 외부 나사산(42)은 내부 나사산(72) 내로 나사 결합(즉, 회전)된다. 감소하는 플랭크 거리(E)에 의해, 전방 외부 플랭크 표면(46)은 최후방 나사산 턴에서 후방 내부 플랭크 표면(78)과 초기에 접합한다. 내부 나사산(72) 내로의 외부 나사산(42)의 후속 나사 결합에 의해, 나사산 결합이 완전히 조여지고, 회전 절삭 공구(20)가 잠금 위치에 있을 때까지, 전방 외부 플랭크 표면(46)은 전방 방향(DF)으로 각각의 순차적인 나사산 턴에서 후방 내부 플랭크 표면(78)과 점진적으로 접합한다.
잠금 위치에서, 수형 결합 부재(38)는 암형 결합 부재(68) 내에 제거 가능하게 보유된다. 또한, 외부 및 내부 나사산(42, 72)은 서로 나사식으로 결합한다. 이제 도 7을 참조하면, 전방 헤드 접합 표면(64)은 전방 홀더 접합 표면(94)과 접합한다. 본 출원의 요지의 일부 실시예에 따르면, 후방을 향하는 헤드 베이스 표면(40)은 전방을 향하는 홀더 전방 표면(70)과 접합할 수 있다. 후방 내부 플랭크 표면(78)은 전방 외부 플랭크 표면(46)과 접합할 수 있다. 전방 내부 플랭크 표면(76)은 후방 플랭크 거리(D1)만큼 후방 외부 플랭크 표면(48)으로부터 이격될 수 있다. 내부 상단 표면(80)은 상부 거리(D2)만큼 외부 하단 표면(54)으로부터 이격될 수 있다. 내부 하단 표면(84)은 하부 거리(D3)만큼 외부 상단 표면(50)으로부터 이격될 수 있다. 후방 플랭크 거리(D1), 상부 거리(D2), 및 하부 거리(D3)는 모두 후방 방향으로(DR) 크기가 감소할 수 있다.
(전술한 바와 같이) 제공되는 감소하는 플랭크 거리(E) 구성에 의해, 조립될 때(즉, 나사식으로 결합될 때), 외부 나사산(42) 및 내부 나사산(72) 사이(즉, 후방 내부 플랭크 표면(78) 및 전방 외부 플랭크 표면(46) 사이)의 마찰 결합은 외부 나사산(42)의 최전방 턴으로부터 최후방 턴을 향하는 방향으로 증가한다. 특히, 0.02°쩟1.0°의 범위의 원뿔 각도(γ)를 갖는 구성은 외부 나사산(42)이 그 전체 축방향 범위를 따라 내부 나사산(72)과 나사식으로 결합되는 것을 보장하고, 이 때 견고한 부착을 위한 결합의 전방 단부에서 충분한 마찰 결합이 있다.
다시, 감소하는 플랭크 거리(E) 구성에 의해, 유리하게는, 회전 절삭 공구(20)가 조립되고 작동할 때, 접촉력은 규칙적인 나사산(예를 들어, 직선형 내부 나사산과 나사식으로 맞물린 직선형 외부 나사산)에 비해 후방 방향(DR)으로 더 많이 집중된다. 이러한 나사식 결합에 의해, 회전 절삭 공구(20)는 측방향 절삭력에 대해 개선된 안정성을 갖는다.
비록 본 출원의 요지가 어느 정도 구체적으로 설명되었지만, 이하에 청구된 바와 같은 본 발명의 사상 또는 범주로부터 벗어나지 않고 다양한 변경 및 수정이 이루어질 수 있음을 이해해야 한다.

Claims (17)

  1. 전방 방향(DF)에서 후방 방향(DR)으로 연장하는 헤드 종방향 축(A)을 갖는 교체 가능한 절삭 헤드(22)이며,
    절삭부(26)를 형성하는 전방부; 및
    장착부(28)를 형성하는 후방부를 포함하고, 장착부(28)는 외부 나사산(42)을 갖고 헤드 베이스 표면(40)으로부터 후방으로 돌출하는 수형 결합 부재(38)를 포함하고, 헤드 베이스 표면(40)은 헤드 종방향 축(A)에 대해 가로로 연장하고, 절삭부(26) 및 장착부(28) 사이의 경계를 형성하고,
    외부 나사산(42)은 외부 나사산 축(B)에 대해 나선형으로 연장하고, 전방 및 후방 외부 플랭크 표면(46, 48) 및 그 사이에서 연장하는 외부 상단 표면(50)을 포함하는 외부 나사산 리지(44)를 포함하고;
    전방 및 후방 외부 플랭크 표면(46, 48)은 대체로 대향 축 방향(DF, DR)으로 향하고, 외부 하단 표면(54)을 포함하는 나선형 외부 나사산 홈(52)을 한정하고;
    수형 결합 부재(38)의 외부 나사산(42)은 후방 방향(DR)으로 증가하는 적어도 하나의 나사산 직경(d1, d2)을 갖는 역방향-테이퍼 원뿔형 나사산인, 교체 가능 절삭 헤드(22).
  2. 제1항에 있어서,
    외부 나사산 리지(44) 및 외부 나사산 홈(52) 중 적어도 하나는 원뿔 각도(γ)를 갖는 각각의 원뿔(K1, K2)에 대해 연장하는, 교체 가능 절삭 헤드(22).
  3. 제2항에 있어서,
    외부 나사산 리지(44) 및 외부 나사산 홈(52) 모두 외부 원뿔(K2) 및 내부 원뿔(K1) 각각의 원뿔(K1, K2)에 대해 각각 연장하는, 교체 가능 절삭 헤드(22).
  4. 제3항에 있어서,
    원뿔 각도(γ)는 내부 원뿔(K1) 및 외부 원뿔(K2)에 대해 동일한, 교체 가능 절삭 헤드(22).
  5. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    원뿔 각도(γ)는 0.02°보다 크거나 같고, 1.0°보다 작거나 같은, 교체 가능 절삭 헤드(22).
  6. 제5항에 있어서,
    원뿔 각도(γ)는 정확히 0.4 °와 동일한, 교체 가능 절삭 헤드(22).
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    외부 나사산 축(B)을 포함하는 축방향 평면에서 취한 단면도에서,
    외부 상단 표면(50)은 외부 나사산 축(B)에 대해 경사지고 서로 동일 선상에 있는 복수의 외부 나사산 크레스트(56)를 형성하고,
    외부 하단 표면(54)은 외부 나사산 축(B)에 대해 경사지고 서로 동일 선상에 있는 복수의 외부 나사산 루트(58)를 형성하는, 교체 가능 절삭 헤드(22).
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    헤드 종방향 축(A)을 포함하는 축방향 평면에서 취한 단면도에서, 외부 나사산(42)은 사다리꼴인 외부 나사산 형태(60)를 형성하는, 교체 가능 절삭 헤드(22).
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    외부 나사산(42)은 일정한 외부 나사산 피치(PE)를 갖는, 교체 가능 절삭 헤드(22).
  10. 종방향 축(L)을 갖고, 전방 방향(DF)에서 후방 방향(DR)으로 연장하는 회전 절삭 공구(20)이며,
    홀더 종방향 축(C) 및 공구 홀더(24)와 나사식으로 결합하는 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 교체 가능 절삭 헤드(22)를 갖는 공구 홀더(24)를 포함하는, 회전 절삭 공구(20).
  11. 제10항에 있어서,
    공구 홀더(24)는 홀더 전방 표면(70)으로부터 후방으로 연장하는 내부 나사산(72)을 갖는 암형 결합 부재(68)를 갖고, 홀더 전방 표면(70)은 홀더 종방향 축(C)에 대해 가로로 연장하고,
    회전 절삭 공구(20)는 내부 및 외부 나사산(42, 72)이 서로 나사식으로 결합하지 않는 해제 위치, 및
    수형 결합 부재(38)가 내부 및 외부 나사산(42, 72)이 서로 나사식으로 결합하면서 암형 결합 부재(68) 내에 제거 가능하게 보유되는 잠금 위치 사이에서 조절 가능한, 회전 절삭 공구(20).
  12. 제11항에 있어서,
    암형 결합 부재(68)의 내부 나사산(72)은 직선형 나사산인, 회전 절삭 공구(20).
  13. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    외부 나사산(42) 및 내부 나사산(72) 사이 마찰 결합은 외부 나사산(42)의 최전방 턴으로부터 외부 나사산(42)의 최후방 턴을 향하는 방향으로 증가하는, 회전 절삭 공구(20).
  14. 제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    내부 나사산(72)은 내부 나사산 리지(74)를 포함하고, 내부 나사산 축(D)에 대해 나선형으로 연장하고, 전방 및 후방 내부 플랭크 표면(76, 78) 및 그 사이에서 연장하는 내부 상단 표면(80)을 포함하고,
    전방 및 후방 내부 플랭크 표면(76, 78)은 대체로 대향 축 방향(DF, DR)으로 향하고 내부 하단 표면(84)을 포함하는 나선형 내부 나사산 홈(82)을 한정하고,
    전방 외부 플랭크 표면(46) 및 전방 내부 플랭크 표면(76)은 전방 방향(DF)을 향하고,
    후방 외부 플랭크 표면(48) 및 후방 내부 플랭크 표면(78)은 후방 방향(DR)을 향하고,
    잠금 위치에서, 후방 내부 플랭크 표면(78)은 전방 외부 플랭크 표면(46)과 접합하는, 회전 절삭 공구(20).
  15. 제14항에 있어서,
    잠금 위치에서,
    전방 내부 플랭크 표면(76)은 후방 플랭크 거리(D1)만큼 후방 외부 플랭크 표면(48)으로부터 이격되고,
    내부 상단 표면(80)은 상부 거리(D2)만큼 외부 하단 표면(54)으로부터 이격되고,
    내부 하단 표면(84)은 하부 거리(D3)만큼 외부 상단 표면(50)으로부터 이격된, 회전 절삭 공구(20).
  16. 제15항에 있어서,
    후방 플랭크, 상부, 및 하부 거리(D1, D2, D3)는 모두 후방 방향(DR)으로 감소하는, 회전 절삭 공구(20).
  17. 제11항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    외부 나사산(42)은 일정한 외부 나사산 피치(PE)를 갖고, 내부 나사산(72)은 외부 나사산 피치(PE)와 동일한 일정한 내부 나사산 피치(PI)를 갖는, 회전 절삭 공구(20).
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