KR20220156559A - 공구 어셈블리용 공구 홀더 및 공구 홀더를 포함하는 공구 어셈블리 - Google Patents

공구 어셈블리용 공구 홀더 및 공구 홀더를 포함하는 공구 어셈블리 Download PDF

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KR20220156559A
KR20220156559A KR1020227033128A KR20227033128A KR20220156559A KR 20220156559 A KR20220156559 A KR 20220156559A KR 1020227033128 A KR1020227033128 A KR 1020227033128A KR 20227033128 A KR20227033128 A KR 20227033128A KR 20220156559 A KR20220156559 A KR 20220156559A
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tool holder
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adapter
tool
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퀼린 푸
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마큐 에이비
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Abstract

본원 발명은 공구 어셈블리(10)용 공구 홀더(12)에 관한 것으로서, 상기 공구 홀더(12)는: 공동(26) 및 중심 축(16)을 갖는 관형 요소(20); 상기 공동(26) 내에 구성되고, 상기 중심 축(16)에 대해 그리고 상기 관형 요소(20)에 대해 반경 방향으로 움직임 가능한 댐핑 매스(28); 상기 관형 요소(20)에 고정된 후방 부분(34), 및 상기 공구 어셈블리(10)의 엔드 이펙터(14)에 접속을 위한 전방 부분(32)을 갖는 어댑터(22)로서, 상기 후방 부분(34)은 개구(40)를 포함하고, 상기 댐핑 매스(28)는 레이디얼 간극으로 상기 개구(40)에 적어도 부분적으로 수용되는, 상기 어댑터(22); 및 상기 어댑터(22)와 상기 댐핑 매스(28) 사이에 위치된 탄성 요소(42)로서, 상기 탄성 요소(42)는 상기 댐핑 매스(28)를 지지하고 상기 관형 요소(20)에 대한 상기 댐핑 매스(28)의 반경 방향 진동 움직임들을 감쇠하도록 구성되고, 및 상기 탄성 요소(42)는 상기 중심 축(16)에 실질적으로 수직인 전방 표면(44) 및 상기 중심 축(16)에 실질적으로 수직인 후방 표면(46)을 포함하는, 상기 탄성 요소(42)를 포함한다.

Description

공구 어셈블리용 공구 홀더 및 공구 홀더를 포함하는 공구 어셈블리
본 발명은 일반적으로 공구 홀더(tool holder)에 관한 것이다. 특히, 댐핑 매스(damping mass)를 수용하기 위한 개구(opening)가 있는 어댑터(adapter)를 갖는 공구 홀더, 이러한 공구 홀더를 포함하는 공구 어셈블리(tool assembly), 관형 요소(tubular element)와 통합된 어댑터를 갖는 공구 홀더, 이러한 공구 홀더를 포함하는 공구 어셈블리, 댐핑 매스를 관형 요소에 어셈블리(assembly)하기 전에 밸런싱(balancing)을 이루는 댐핑 매스를 갖는 공구 홀더, 및 이러한 공구 홀더를 포함하는 공구 어셈블리가 제공된다.
공구 어셈블리는 밀링, 터닝, 보링, 연삭 및 드릴링 공정과 같은 다양한 기계 가공 공정에 사용될 수 있다. 채터(chatter)라고도 하는 기계 가공 진동은 기계 가공 작업 중에 자연스럽게 발생하며 공작물과 절삭 공구 어셈블리 사이의 상대적인 움직임에 대응한다. 공구 어셈블리들은 종종 재료 제거율(removal rate)/생산성(productivity)을 핵심 성과 지표로 사용한다. 높은 재료 제거율은 높은 스피드, 높은 절삭 깊이 및 높은 이송 속도를 필요로 한다. 이들 세 가지 파라미터들은 모두 기계 가공 공정에서 진동을 증가시키는 경향이 있다.
진동으로 인해 가공된 표면에 웨이브(wave)가 발생한다. 또한, 공구 어셈블리의 진동은 종종 유해하며 공작물 및/또는 공구 어셈블리 자체를 손상시킬 수 있다.
공구 어셈블리의 진동을 댐핑(감쇠)하기 위해, 공구 어셈블리는 내부에 댐핑 매스를 갖는 공구 홀더를 포함할 수 있다. 진동 운동 에너지는 댐핑 매스로 전달되어 공구 어셈블리의 움직임을 안정화한다.
WO2019168448A1은 절삭 공구용 매스 댐퍼를 개시하며, 이 매스 댐퍼는 적어도 하나의 댐핑 매스; 및 이 댐핑 매스를 지지하도록 구성된 적어도 하나의 스프링 요소를 포함한다. 댐핑 매스는 각 단부에서 모따기될 수 있다.
본 발명의 일 목적은 성능이 향상된 공구 어셈블리용 공구 홀더를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 개선된 표면 마감 능력(surface finish capability)을 갖는 공구 어셈블리용 공구 홀더를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 개선된 댐핑 성능을 갖는 공구 어셈블리용 공구 홀더를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 댐핑 매스가 공구 어셈블리의 엔드 이펙터에 가깝게 위치될 수 있게 하는 공구 어셈블리용 공구 홀더를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 강성률(rigidity)이 높은 공구 어셈블리용 공구 홀더를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 개선된 밸런싱(balancing)을 갖는 공구 어셈블리용 공구 홀더를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 장기간에 걸쳐 서비스가 거의 또는 전혀 필요 없는 공구 어셈블리용 공구 홀더를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 관형 요소에 대한 댐핑 매스의 간단하고 및/또는 신뢰성 있는 정렬(alignment)을 가능하게 하는 공구 어셈블리용 공구 홀더를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 간단하고 비용 효율적이며 신뢰할 수 있는 설계를 갖는 공구 어셈블리용 공구 홀더를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 간단하고 비용 효율적이며 신뢰할 수 있는 어셈블리를 가능하게 하는 공구 어셈블리용 공구 홀더를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 간단하고 비용 효율적이며 신뢰할 수 있는 생산을 가능하게 하는 공구 어셈블리용 공구 홀더를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 전술한 목적들 중 일부 또는 전부를 조합하여 해결하는 공구 어셈블리용 공구 홀더를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 전술한 목적들 중 하나, 일부 또는 전부를 조합하여 해결하는 공구 홀더를 포함하는 공구 어셈블리를 제공하는 것이다.
일 양태에 따르면, 공구 어셈블리용 공구 홀더가 제공되며, 상기 공구 홀더는, 공동(cavity) 및 중심 축(central axis)을 갖는 관형 요소(tabular element); 상기 공동 내에 구성되고, 상기 중심 축에 대해 그리고 상기 관형 요소에 대해 반경 방향으로 움직임 가능한 댐핑 매스(damping mass); 상기 관형 요소에 고정된 후방 부분(rear part), 및 상기 공구 어셈블리의 엔드 이펙터(end effector)에 접속을 위한 전방 부분(front part)을 갖는 어댑터(adapter)로서, 상기 후방 부분은 개구(opening)를 포함하고, 상기 댐핑 매스는 레이디얼 간극(radial clearance)으로 상기 개구에 적어도 부분적으로 수용되는, 상기 어댑터; 및 상기 어댑터와 상기 댐핑 매스(28) 사이에 위치된 탄성 요소(elastic element)로서, 상기 탄성 요소는 상기 댐핑 매스를 지지하고 상기 관형 요소에 대한 상기 댐핑 매스의 반경 방향 진동 움직임들(radial vibrational movements)을 댐핑하도록 구성되고, 및 상기 탄성 요소는 상기 중심 축에 실질적으로 수직 또는 수직인 전방 표면(front surface) 및 상기 중심 축에 실질적으로 수직 또는 수직인 후방 표면(rear surface)을 포함하는, 상기 탄성 요소를 포함한다.
많은 종래 기술의 공구 홀더에서, 상기 어댑터는 억지 끼워맞춤(interference fit) 또는 중간 끼워맞춤(transition fit)을 통해 관형 요소에 삽입되고, 그 다음 핀에 의해 관형 요소에 고정된다. 이러한 공구 홀더들은 적어도 5 mm의 직경을 갖는 핀들을 필요로 한다. 안전율(safety factor)을 높이려면 핀의 수를 늘리거나 핀의 지름을 늘린다. 이것은 연장될 중심 축을 따라 어댑터의 후방 부분의 길이를 필요로 한다. 이 증가된 길이는 차례로 댐핑 매스가 엔드 이펙터에서 더 멀리 위치하도록 요구한다.
이 양태에 따른 공구 홀더의 댐핑 매스는 어댑터의 개구에 적어도 부분적으로 수용되기 때문에, 댐핑 매스는 공구 홀더에서 더 전방에 위치될 수 있다. 그래서 댐핑 매스는 어댑터의 전방 부분에 가깝게 위치될 수 있고 그에 따라 공구 어셈블리의 엔드 이펙터에도 가깝다. 이에 의해 기계가공 중 공구 어셈블리에 외력이 작용하는 지점과 댐핑 매스의 반력(reaction force) 영역 사이의 거리가 단축될 수 있다. 예를 들어 WO 2019168448 A1과 비교하면 이 거리는 4 mm로 줄어들 수 있다. 공구 홀더의 설계에서 모든 단일의 밀리미터 감소는 공구 홀더의 성능에 현저한 영향을 미친다. 이 거리를 4 mm 줄이면 기계 가공 중 공구 홀더의 진동 가속도 진폭이 10% 이상 줄어들고, 공구 어셈블리의 최대 진동 변위도30% 이상 줄어들 수 있다.
공구 어셈블리의 재료 제거율은 최대 진동 변위와 역 관계이다. 그래서 공구 어셈블리의 최대 진동 변위가 30% 감소하면 생산성이 30% 이상 향상된다. 따라서, 이 양태에 따른 공구 홀더는 향상된 표면 마감 능력을 갖는다.
더욱이, 탄성 요소의 전방 표면과 후방 표면의 실질적으로 수직인 배향으로 인해, 탄성 요소는 진동을 댐핑 매스에 전달할 때 주로 전단 응력(shear stress)을 경험할 것이다. 이것은 탄성 요소가 더 얇아지도록 하여 댐핑 매스와 엔드 이펙터 사이의 거리를 줄이는 데 기여한다. 실질적으로 수직인 표면이 중심 축에 대해 80도 내지 100도, 예를 들어 85도 내지 95도 각을 이룰 수 있다.
이와 같이 공구 홀더는 향상된 진동 댐핑 성능을 위해 최적화된다. 동시에, 공구 홀더는 강성(rigidity), 모듈성(modularity), 피로 강도(fatigue strength), 댐핑 매스의 밸런싱(balancing) 및/또는 냉각수 전도(coolant conduction)의 요구 사항들을 만족시키는 설계를 가능하게 한다.
개구는 원형일 수 있다. 개구는 레이디얼 클리어런스를 설정하기 위해 댐핑 매스의 외부 직경보다 큰 내부 직경을 가질 수 있다. 이와 같이 댐핑 매스는 공동과 개구 모두 내에서 움직이도록 구성된다. 반경 방향 움직임에 더하여, 댐핑 매스는 또한 중심 축에 대해 축방향으로 움직일 수 있다.
후방 부분은 관형 요소에 직접 또는 간접적으로 접속될 수 있다. 후방 부분은 관형 요소의 전방 단부에 접속될 수 있다. 관형 요소, 어댑터 및 탄성 요소 각각은 중심 축과 동심일 수 있다.
공구 홀더는 테일 로크(tail lock)을 더 포함할 수 있다. 공구 홀더는 후단부(back end)를 더 포함할 수 있다.
공구 홀더는 중앙 유체 파이프(central fluid pipe)를 더 포함할 수 있다. 유체 파이프는 엔드 이펙터를 향해 냉각제(coolant)를 전달하도록 구성될 수 있다. 어댑터는 유체 파이프로부터 엔드 이펙터로 냉각제를 전달하기 위한 하나 이상의 냉각제 채널(coolant channel)을 포함할 수 있다.
댐핑 매스는 매스 공동(mass cavity)를 포함할 수 있다. 이 경우, 유체 파이프가 매스 공동을 통과할 수 있다. 유체 파이프는 예를 들어 나사(threads) 및/또는 접착제(glue)에 의해, 어댑터 및 테일 로크 각각에 견고하게 접속될 수 있다.
어댑터의 전방 부분은 어댑터를 엔드 이펙터에 접속하기 위한 인터페이스(interface)를 포함할 수 있다. 인터페이스는 표준 아버 인터페이스(standard arbor interface)일 수 있다. 엔드 이펙터는 볼트로 전방 부분에 고정될 수 있다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, 공구 어셈블리의 전방 방향은 엔드 이펙터를 향하고 공구 어셈블리의 후방 방향은 반대 방향, 예를 들어, 후단부를 향한다.
어댑터와 댐핑 매스 사이에 위치된 탄성 요소는 전방 탄성 요소(front elastic element)라고 할 수 있다. 공구 홀더는 어댑터와 댐핑 매스 사이에 단 하나의 탄성 요소를 포함할 수 있다.
후방 부분은 나사에 의해 관형 요소에 고정될 수 있다. 이를 위해, 후방 부분 또는 후방 부분에 고정된 구성 요소는 수나사(external thread)를 포함할 수 있고, 관형 요소 또는 관형 요소에 고정된 구성 요소는 수나사에 의해 나사식으로 맞물리도록 구성된 암나사(internal thread)를 포함할 수 있다. 개구는 수나사 내부에 반경 방향으로 구성될 수 있다. 개구는 중심 축을 따라 수나사와 적어도 부분적으로 겹칠 수 있다. 개구의 전체 길이와 같은, 중심 축을 따른 개구의 주요 길이는 중심 축을 따라 수나사와 겹칠 수 있다.
대안적으로, 후방 부분 또는 후방 부분에 고정된 구성 요소는 암나사를 포함할 수 있고, 관형 요소 또는 관형 요소에 고정된 구성 요소는 암나사에 의해 나사식으로 맞물리도록 구성된 수나사를 포함할 수 있다.
대안적으로 또는 추가로, 후방 부분은 냉간 용접(cold welding), 접착제(glue) 또는 헐거운 끼워맞춤(clearance fit)이나 억지 끼워맞춤(interference fit)가 같은 엔지니어링 끼워맞춤에 의해 관형 요소에 고정될 수 있다. 어댑터와 관형 요소 사이의 상대적인 움직임을 로크(lock)하기 위해 브레이징(brazing; 경납땜) 또는 접착제(adhesive)를 사용하여 고정 조인트를 형성할 수 있다. 개구 내로 돌출되지 않은 핀(pin)을 사용하는 것도 가능한다.
관형 요소는 후단부에 고정되도록 구성될 수 있다. 이를 위해, 후단부는 수나사를 포함할 수 있고 관형 요소는 후단부의 수나사와 나사식으로 맞물리도록 구성된 암 후방 나사(internal rear thread)를 포함할 수 있다.
공구 홀더는 어댑터와 댐핑 매스 사이에 위치된 플레이트(plate)를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 탄성 요소는 플레이트와 댐핑 매스 사이에 위치할 수 있다. 플레이트는 단열 플레이트(thermal insulation plate)일 수 있다. 플레이트는 원형일 수 있다. 플레이트는 딱딱할 수 있다. 중심 축에 수직인 플레이트의 가장 큰 치수는 플레이트 두께의 적어도 4배, 예를 들어 적어도 10배일 수 있다.
어댑터와 댐핑 매스 사이에 위치한 플레이트를 전방 플레이트(front plate)라고 할 수 있다. 어댑터와 댐핑 매스 사이의 전방 플레이트에 추가하여, 공구 홀더는 댐핑 매스와 테일 로크 사이에 후방 플레이트(rear plate)를 더 포함할 수 있다.
각 플레이트는 유리, 플라스틱, 나무 섬유 또는 기타 엔지니어링 재료와 같이 열전도율이 낮은 재료로 만들 수 있다. 각 플레이트는 또한 단열 코팅의 표면 층으로 코팅된 금속 또는 비금속 재료로 형성될 수 있다.
후방 부분은 어댑터 애퍼처(adapter aperture)를 포함할 수 있다. 이 경우 플레이트가 어댑터 애퍼처에 안착될 수 있다. 이것은 댐핑 매스의 중심 축과의 개선된 정렬을 가능하게 하여 결과적으로 공구 어셈블리의 성능을 향상시킨다. 어댑터 애퍼처의 내경은 개구의 내경보다 작을 수 있다. 어댑터 애퍼처는 원형일 수 있다.
플레이트는 엔지니어링 끼워맞춤에 의해 어댑터에 대해 위치할 수 있다. 엔지니어링 끼워맞춤은 억지 끼워맞춤, 중간 끼워맞춤 또는 헐거운 끼워맞춤일 수 있다. 플레이트는 엔지니어링 끼워맞춤에 의해 어댑터 애퍼처에 안착될 수 있다. 대안적으로 또는 추가로, 플레이트는 엔지니어링 끼워맞춤에 의해 유체 파이프 상에 위치될 수 있다. 어느 경우든, 엔지니어링 끼워맞춤은 댐핑 매스를 중심 축과 정렬하는 데 기여한다.
탄성 요소는 2 mm 미만, 예를 들어 1.5 mm 미만의 두께를 가질 수 있다. 어댑터와 댐핑 매스 사이의 전방 탄성 요소에 더하여, 공구 홀더는 댐핑 매스와 테일 로크 사이의 후방 탄성 요소(rear elastic element)를 더 포함할 수 있다. 후방 플레이트가 제공되는 경우, 후방 탄성 요소는 댐핑 매스와 후방 플레이트 사이에 구성될 수 있다.
각각의 탄성 요소는 진동 에너지를 열로 변환하도록 구성될 수 있다. 각각의 탄성 요소는 주파수 의존 강성(frequency dependent stiffness)을 가질 수 있다. 이러한 방식으로, 자체 튜닝 효과(self-tuning effect)를 얻을 수 있다. 예를 들어, 탄성 요소는 댐핑 매스의 공진 주파수가 100 Hz 내지 1000 Hz의 진동 주파수 범위에 걸쳐 공구 홀더의 진동 주파수와 실질적으로 매칭(matching)하거나 또는 매칭하도록 주파수 의존 강성을 가질 수 있다. 이러한 주파수 의존적 강성을 갖는 재료는 적어도 1 차원에서 100 nm 이하의 구조적 크기를 가질 수 있다.
각각의 탄성 요소는 그의 영률(Young's modulus)의 1/3 이하의 전단 탄성률(shear modulus)을 갖는 재료를 포함할 수 있다. 이것은 중심 축에 실질적으로 수직으로 변위될 때 탄성 요소의 두께가 얇을 수 있게 한다. 결과적으로 댐핑 매스의 반력 영역이 엔드 이펙터에 더 가깝게 위치할 수 있다. 각각의 탄성 요소는 점탄성 요소일 수 있다.
후방 표면은 댐핑 매스에 직접 접속될 수 있다. 이에 의해 댐핑 매스의 반력 영역이 후방 표면과 댐핑 매스 사이의 계면(interface)에 제공된다.
댐핑 매스는 댐핑 매스를 관형 요소 내로 어셈블리하기 전에 밸런싱을 이룰 수 있다. 밸런싱은, 특히 댐핑 매스에 하나 이상의 밸런싱 애퍼처(balancing aperture)를 제공함으로써 본 발명에 따른 임의의 유형일 수 있다.
공구 홀더는 측면 강성 링(lateral stiffness ring)을 더 포함할 수 있고, 댐핑 매스는 홈(groove)을 포함할 수 있으며, 측면 강성 링은 홈에 안착되고 관형 요소와 접촉할 수 있다. 측면 강성 링은 댐핑 매스와 중심 축의 정렬을 촉진하도록 구성될 수 있다.
공구 홀더는 복수의 이러한 측면 강성 링들을 포함할 수 있고, 댐핑 매스는 복수의 이러한 홈들을 포함할 수 있으며, 측면 강성 링 중 하나는 각 홈에 제공될 수 있다. 여러 개의 측면 강성 링을 사용하여 더 무거운 댐핑 매스의 중력과 원심력을 상쇄할 수 있다.
측면 강성 링은 댐핑 매스를 지지하기 위한 전체 강성(total stiffness)의 30% 미만에 기여할 수 있다.
추가 양태에 따르면, 본 발명에 따른 댐핑 매스를 수용하기 위한 개구를 갖는 어댑터를 갖는, 엔드 이펙터 및 공구 홀더를 포함하는 공구 어셈블리가 제공된다. 본 발명에 따른 엔드 이펙터의 예는 밀링 헤드(milling head), 보링 헤드(boring head), 드릴링 헤드(drilling head), 터닝 헤드(turning head) 및 연삭 헤드(grinding head)이다.
다른 양태에 따르면, 공구 어셈블리용 공구 홀더가 제공되고, 상기 공구 홀더는, 공동 및 중심 축을 갖는 관형 요소; 상기 공동 내에 구성되고, 중심 축에 대해 그리고 관형 요소에 대해 반경 방향으로 움직임 가능한 댐핑 매스; 상기 관형 요소와 일체로 형성된 후방 부분, 및 상기 공구 어셈블리의 엔드 이펙터에 접속을 위한 전방 부분을 갖는 어댑터; 및 상기 어댑터와 상기 댐핑 매스 사이에 위치된 탄성 요소로서, 상기 탄성 요소는 상기 댐핑 매스를 지지하고 상기 관형 요소에 대한 상기 댐핑 매스의 반경 방향 진동 움직임들을 댐핑하도록 구성되고, 상기 탄성 요소는 상기 중심 축에 실질적으로 수직 또는 수직인 전방 표면 및 상기 중심 축에 실질적으로 수직 또는 수직인 후방 표면을 포함하는, 상기 탄성 요소를 포함한다. 댐핑 매스 및 탄성 요소는 제1 양태에 따라 구성될 수 있다.
어댑터와 관형 요소가 이 양태에 따라 일체로 형성되기 때문에, 댐핑 매스는 공구 홀더에서 더 전방으로 위치될 수 있다. 이와 같이 댐핑 매스는 어댑터의 전방 부분에 가깝게 위치될 수 있고 그에 따라 공구 어셈블리의 엔드 이펙터에도 가깝다. 통합된 어댑터 및 관형 요소는 통합된 부재 또는 단일체(integrated member or unitary body)라고 할 수 있다.
공구 홀더는 어댑터와 댐핑 매스 사이에 위치된 플레이트를 더 포함할 수 있다. 후방 부분은 어댑터 애퍼처를 포함할 수 있다. 이 경우, 플레이트가 어댑터 애퍼처에 안착될 수 있다. 이것은 댐핑 매스의 중심 축과의 개선된 정렬을 가능하게 하여 결과적으로 공구 어셈블리의 성능을 향상시킨다. 어댑터 애퍼처는 원형일 수 있다. 플레이트 및 어댑터 애퍼처는 제1 양태에 따라 구성될 수 있다.
플레이트는 엔지니어링 끼워맞춤에 의해 어댑터에 대해 위치할 수 있다. 엔지니어링 끼워맞춤은 억지 끼워맞춤, 중간 끼워맞춤 또는 헐거운 끼워맞춤일 수 있다.
탄성 요소는 2 mm 미만, 예를 들어 1.5 mm 미만의 두께를 가질 수 있다. 후방 표면은 댐핑 매스에 직접 접속될 수 있다.
댐핑 매스는 댐핑 매스를 관형 요소에 어셈블리하기 전에 밸런싱을 이룰 수 있다. 밸런싱은 특히 댐핑 매스에 하나 이상의 밸런싱 애퍼처를 제공함으로써, 본 발명에 따른 임의의 유형일 수 있다.
공구 홀더는 측면 강성 링을 더 포함할 수 있고, 댐핑 매스는 홈을 포함할 수 있으며, 측면 강성 링은 홈에 안착되고 관형 요소와 접촉할 수 있다. 측면 강성 링은 댐핑 매스와 중심 축의 정렬을 촉진하도록 구성될 수 있다. 측면 강성 링은 댐핑 매스를 지지하기 위한 전체 강성의 30% 미만에 기여할 수 있다.
추가 양태에 따르면, 본 발명에 따른 관형 요소와 통합된 어댑터를 갖는, 엔드 이펙터 및 공구 홀더를 포함하는 공구 어셈블리가 제공된다.
다른 양태에 따르면, 공구 어셈블리용 공구 홀더가 제공되고, 이 공구 홀더는, 공동 및 중심 축을 갖는 관형 요소; 및 공동 내에 구성되고 중심 축에 대해 그리고 관형 요소에 대해 반경 방향으로 움직임 가능한 댐핑 매스를 포함하고, 댐핑 매스는 관형 요소에 댐핑 매스의 어셈블리 전에 밸런싱을 이룬다.
종래 기술의 공구 홀더에서, 댐핑 매스는 제조 후, 그러나 공구 홀더의 어셈블리 전에 언밸런싱(unbalancing)되어 있다. 100 g*mm(그램 밀리미터) 이상의 언밸런싱은 총 매스가 1.5 kg인 댐핑 매스에서 매우 일반적인데, 이는 기계 가공 공정의 부정확성과 댐핑 매스 내부의 재료 요소들의 확산(diffusion)으로 인한 것이다. 예를 들어, 진동 주파수 모드가 100 Hz에 가깝고 6,000 rpm으로 회전하고 언밸런싱이 100 g*mm인 댐핑 매스를 갖는 공구 어셈블리는 100 Hz에서 공구 홀더에 주기적 부하(cyclic load)을 가한다. 이 주기적 부하는 공구 어셈블리 및/또는 이를 위한 지지 구조들의 수명에 매우 해로운 공진 모드로 공구 어셈블리를 가져올 것이다.
일부 종래 기술의 공구 홀더에서, 댐핑 매스는 공구 홀더에 어셈블리된 후에, 예를 들어, 댐핑 매스를 관형 요소에 삽입하고 댐핑 매스를 테일 로크에 접속한 후에 밸런싱을 이룬다. 댐핑 매스의 밸런싱을 이루기 위해, 하나 이상의 구멍이 관형 요소를 통해 댐핑 매스 내로 드릴링(drilling)되어 댐핑 매스에서 재료를 제거할 수 있다. 그러나, 선행 기술에 따라 관형 요소를 통해 종래 기술에 따른 댐핑 매스 내로 드릴링함으로써 댐핑 매스의 정확한 밸런싱을 맞추는 것은 어렵다. 더욱이, 관형 요소를 통해 드릴링된 구멍은 공동과 댐핑 매스를 외부 환경에 노출시켜 유체와 먼지가 유입되어 공구 홀더의 기능을 저하시킬 수 있다. 관형 요소를 통해 드릴링된 구멍은 또한 공구 홀더의 전체 굽힘 강성에 해로운 영향을 미칠 수 있다.
대조적으로, 이 양태에 따라 댐핑 매스를 밸런싱함으로써, 댐핑 매스의 매스가 중심 축을 따라 고르게 분포될 수 있고 이에 의해 공구 홀더가 제어 하에 있는 밸런싱과 함께 고속으로 회전할 수 있다. 즉, 댐핑 매스는 댐핑 매스의 공진을 감소시키거나 제거하도록 밸런싱을 이룰 수 있다. 댐핑 매스를 관형 요소에 설치하기 전에 댐핑 매스의 밸런싱을 이룸으로써, 예를 들어 관형 요소를 통해 드릴링하여 댐핑 매스로부터 재료를 제거함으로써 공구 홀더의 기능을 저하시킬 위험이 감소될 수 있다. 또한, 밸런싱이 보다 정확하게 이루어질 수 있다. 따라서, 이 양태에 따른 공구 홀더는 개선된 표면 마감 능력을 갖는다.
댐핑 매스는 관형 요소에 댐핑 매스를 어셈블리하기 전에 ISO 1940-1:2003에 따라 밸런싱 등급 G6.3을 만족시키도록 밸런싱될 수 있다.
댐핑 매스는 관형 요소에 댐핑 매스를 어셈블리하기 전에 ISO 1940-1:2003에 따라 밸런싱 등급 G2.5를 만족시키도록 밸런싱될 수 있다.
댐핑 매스는 관형 요소에 댐핑 매스를 어셈블리하기 전에 ISO 1940-1:2003에 따라 밸런싱 등급 G1을 만족시키도록 밸런싱될 수 있다.
댐핑 매스는 댐핑 매스의 밸런싱을 위한 적어도 하나의 밸런싱 애퍼처를 포함할 수 있다. 댐핑 매스 및 적어도 하나의 밸런싱 애퍼처는 적어도 하나의 밸런싱 애퍼처가 제공되기 전보다 적어도 하나의 밸런싱 애퍼처가 제공된 후에 댐핑 매스가 더 잘 밸런싱을 이루도록 구성될 수 있다.
적어도 하나의 밸런싱 애퍼처 중 하나 이상은 중심 축에 대해 반경 방향으로 연장하는 구멍(hole)일 수 있다. 대안적으로, 또는 추가로, 적어도 하나의 밸런싱 애퍼처 중 하나 이상은 막힌 구멍(blind hole)일 수 있다.
공구 홀더는 측면 강성 링을 더 포함할 수 있고, 댐핑 매스는 홈을 포함할 수 있으며, 측면 강성 링은 홈에 안착되고 관형 요소와 접촉할 수 있다. 측면 강성 링은 댐핑 매스를 지지하기 위한 전체 강성의 30% 미만에 기여할 수 있다.
다른 양태에 따르면, 본 발명에 개시에 따라, 댐핑 매스를 관형 요소에 어셈블리하기 전에 밸런싱을 이루는 댐핑 매스를 갖는, 엔드 이펙터 및 공구 홀더를 포함하는 공구 어셈블리가 제공된다.
본 발명에 따른 임의의 공구 어셈블리는 공작물을 기계 가공할 때 정지되거나 회전될 수 있다. 본 발명에 따른 임의의 공구 홀더 또는 임의의 공구 어셈블리는 모듈식일 수 있다. 모듈성은 예를 들어 공구 홀더에 다른 유형의 엔드 이펙터 및/또는 다른 유형의 후단부를 부착하는 데 사용될 수 있다. 다양한 유형의 후단부를 공구 홀더에 장착할 수 있기 때문에, 공구 홀더가 기계 스핀들(machine spindle) 또는 공구 매거진(tool magazine)과 같은 특정 지지부(support)에 끼워맞추도록 쉽게 조정될 수 있다. 대안적으로 또는 추가로, 모듈성은, 예를 들어 동일한 댐핑 매스와 함께, 공구 홀더의 길이 및/또는 직경을 수정하는 데 이용될 수 있다. 모듈성에 의해, 공구 홀더 또는 공구 어셈블리에 대한 구성 요소의 공급망 재고(supply chain stock)를 줄일 수 있다.
일 예에 따르면, 본 발명에 따른 공구 홀더, 제1 후단부 및 제2 후단부를 포함하는 부품 키트가 제공되며, 여기서 제1 후단부 및 제2 후단부 각각은 공구 홀더에 분리 가능하게 접속될 수 있고, 제1 후단부는 제1 크기의 제1 지지부에 접속 가능하고 제2 후단부는 제1 크기와 다른 제2 크기의 제2 지지부에 접속 가능하다.
추가 예에 따르면, 본 발명에 따른 공구 홀더, 제1 엔드 이펙터 및 제2 엔드 이펙터를 포함하는 부품 키트가 제공되며, 여기서 제1 엔드 이펙터 및 제2 엔드 이펙터 각각은 공구 홀더에 분리 가능하게 접속될 수 있고, 제1 엔드 이펙터는 제1 유형이고 제2 엔드 이펙터는 제1 유형과 다른 제2 유형이다.
본 발명의 추가 세부사항, 이점 및 양태는 도면들을 참조하여 다음의 실시 예들로부터 명백해질 것이다:
도1은 공구 홀더 및 엔드 이펙터를 포함하는 공구 어셈블리의 사시도를 개략적으로 나타낸다.
도2는 기계 가공 공구의 측단면도를 개략적으로 나타낸다.
도3은 공구 어셈블리의 부분 단면 사시도를 개략적으로 나타낸다.
도4는 공구 어셈블리의 부분 분해 측단면도를 개략적으로 나타낸다.
도5는 공구 홀더의 어댑터의 사시도를 개략적으로 나타낸다.
도6은 공구 홀더용 댐핑 매스의 다른 예의 개략적인 사시도를 개략적으로 나타낸다.
도7은 공구 홀더의 다른 예의 측단면도를 개략적으로 나타낸다.
도8은 공구 홀더의 다른 예의 측단면도를 개략적으로 나타낸다.
다음에서, 댐핑 매스를 수용하기 위한 개구가 있는 어댑터를 갖는 공구 홀더, 이러한 공구 홀더를 포함하는 공구 어셈블리, 관형 요소와 통합된 어댑터를 갖는 공구 홀더, 이러한 공구 홀더를 포함하는 공구 어셈블리, 댐핑 매스를 관형 요소로 어셈블리하기 전에 밸런싱을 이루는 댐핑 매스를 갖는 공구 홀더, 이러한 공구 홀더를 포함하는 공구 어셈블리가 설명될 것이다. 동일하거나 유사한 구조적 특징을 나타내기 위해 동일하거나 유사한 참조 번호가 사용될 것이다.
도1은 여기에서 밀링 공구로 예시된 공구 어셈블리(10)의 사시도를 개략적으로 나타낸다. 공구 어셈블리(10)는 공구 홀더(12) 및 공구 홀더(12)에 접속된, 여기에서 밀링 헤드로 예시된, 엔드 이펙터(14)를 포함한다. 도1은 또한 공구 어셈블리(10)의 중심 축(16)을 도시한다.
엔드 이펙터(14)는 공작물(미도시)을 기계 가공하기 위한 복수의 절삭 톱니(18)를 포함한다. 이 예의 엔드 이펙터(14)는 4개의 절삭 톱니(18)를 포함한다.
도1에 도시된 바와 같이, 공구 홀더(12)는 관형 요소(20) 및 어댑터(22)를 포함한다. 관형 요소(20) 및 어댑터(22) 각각은 중심 축(16)과 동심이다. 엔드 이펙터(14)는 어댑터(22)에 의해 관형 요소(20)에 고정된다.
공구 홀더(12)는 후단부(24)를 더 포함한다. 후단부(24)는 공구 어셈블리(10)를 지지하기 위한 지지부(미도시)에 접속될 수 있다. 공작물의 기계 가공 동안, 중심 축(16) 주위로 공구 어셈블리(10)와 공작물 사이에 상대적인 회전이 있다. 즉, 공구 어셈블리(10)가 회전하고 공작물이 정지되어 있거나 그 반대의 경우도 있다.
도2는 공구 어셈블리(10)의 측단면도를 개략적으로 나타낸다. 도3은 공구 어셈블리(10)의 부분 단면 사시도를 개략적으로 나타낸다. 도2 및 도3을 참조하는 바와 같이, 관형 요소(20)는 공동(26)을 포함한다. 관형 요소(20)는 원통형(cylindrical)이다.
공구 어셈블리(10)는 댐핑 매스(28)를 더 포함한다. 댐핑 매스(28)는 공동(26) 내에 구성된다. 공구 어셈블리(10)에 의한 기계 가공 작업 동안, 진동은 댐핑 매스(28)가 중심 축(16)에 대해 그리고 관형 요소(20)에 대해 반경 방향으로 움직이게 한다. 진동은 또한 댐핑 매스(28)가 중심 축(16)에 대해 축 방향으로 움직이게 한다.
댐핑 매스(28)는 원통형이고 2개의 단부 표면을 포함한다. 댐핑 매스(28)는 중심 매스 공동(central mass cavity)(30)를 포함한다. 댐핑 매스(28)는 텅스텐 합금과 같은 고밀도 재료로 만들어질 수 있다.
어댑터(22)는 전방 부분(32) 및 후방 부분(34)을 포함한다. 전방 부분(32)은 엔드 이펙터(14)에 더 가깝게 위치되고 후방 부분(34)은 후단부(24)에 더 가깝게 위치된다.
후방 부분(34)은 수나사(36)를 포함한다. 관형 요소(20)는 암나사(38)를 포함한다. 수나사(36)는 암나사(38)와 나사식으로 맞물림으로써 나사 맞물림을 형성한다. 이러한 방식으로, 어댑터(22)는 관형 요소(20)에 고정된다. 수나사(36)는 절삭력이 나사 맞물림을 조이도록 전달될 수 있다. 이에 의해 나사 맞물림은 어댑터를 관형 요소에 고정하기 위한 핀을 사용하는 종래 기술의 솔루션보다 더 높은 고정력을 제공할 수 있다. 나사 맞물림의 피치 섹션들로 인해, 전단 응력이 분포되는 표면 면적은 이러한 선행 기술 솔루션보다 더 크다. 나사 맞물림의 피로 저항을 개선하기 위해 나사 맞물림에 접착제가 도입될 수도 있다.
후방 부분(34)은 개구(40)를 포함한다. 댐핑 매스(28)는 개구(40)에 부분적으로 수용된다. 이는 댐핑 매스(28)의 전방 단부와 어댑터(22)의 전방 단부 사이의 거리 d가 감소될 수 있게 한다. 이것은 공구 어셈블리(10)의 표면 마감 능력을 향상시킨다.
댐핑 매스(28)의 외경과 개구(40)의 내경 사이에 레이디얼 클리어런스가 설정된다. 개구(40)는 원형이고 중심 축(16)과 동심이다.
도2 및 도3에 도시된 바와 같이, 개구(40)의 후방 단부(rear end)는 수나사(36)의 후방 단부(rear end)와 정렬된다. 수나사(36)의 전방 단부는 개구(40)의 전방 단부의 전방에 위치된다. 그래서 개구(40)는 수나사(36) 내부에 반경 방향으로 구성된다. 또한, 개구(40)와 수나사(36)는 중심 축(16)을 따라 중첩된다.
전방 부분(32)은 암나사(미도시)를 포함한다. 전방 부분(32)의 암나사는 엔드 이펙터(14)를 어댑터(22)에 고정하기 위해 볼트(미도시)에 의해 나사식으로 맞물릴 수 있다.
공구 홀더(12)는 전방 탄성 요소(42)를 더 포함한다. 전방 탄성 요소(42)는 댐핑 매스(28)의 진동, 특히 반경 방향 진동 움직임들을 댐핑하도록 구성된다. 전방 탄성 요소(42)는 어댑터(22)와 댐핑 매스(28) 사이에 구성된다. 전방 탄성 요소(42)는 전방 표면(44) 및 후방 표면(46)을 포함한다. 전방 표면(44)은 댐핑 매스(28)의 전방 표면에 견고하게 접속된다. 후방 표면(46)은 전방 플레이트(48)의 후방 표면에 견고하게 접속된다.
전방 표면(44) 및 후방 표면(46) 각각은 중심 축(16)에 수직이다. 전방 표면(44) 및 후방 표면(46)의 중심 축(16)에 대한 수직 배향은 전방 탄성 요소(42)가 주로 전단 응력을 경험하게 한다. 이것은 전방 탄성 요소(42)가 매우 얇게, 예를 들어 단지 1 mm로 만들어지는 것을 가능하게 한다. 전방 탄성 요소(42)가 얇아질 수 있기 때문에, 댐핑 매스(28)는 엔드 이펙터(14)에 훨씬 더 가깝게 움직일 수 있다.
후방 표면(46)은 댐핑 매스(28)의 전방 단부 표면(front end surface)과 직접 접촉한다. 전방 탄성 요소(42)는 중심 축(16)과 동심이다.
이 예의 공구 홀더(12)는, 여기서 원형 단열 플레이트로 예시된 전방 플레이트(48)를 더 포함한다. 전방 플레이트(48)는 어댑터(22)와 접촉하고 있다. 전방 표면(44)은 전방 플레이트(48)의 후방 단부 표면(rear end surface)과 직접 접촉한다. 전방 플레이트(48)는 중심 축(16)과 동심이다.
이 예의 후방 부분(34)은 어댑터 애퍼처(50)을 더 포함한다. 전방 플레이트(48)는 엔지니어링 끼워맞춤(engineering fit)에 의해 어댑터 애퍼처(50)에 수용된다. 이것은 댐핑 매스(28)의 중심 축(16)과의 정렬을 향상시킨다.
전방 플레이트(48)는 순간 접착제(instant glue)와 같은 접착제로 어댑터(22)에 로크(lock)될 수 있다. 대안적으로, 전방 플레이트(48)는 어댑터(22)에 대해 회전 가능할 수 있다. 이 경우, 전방 플레이트(48)와 어댑터 애퍼처(50) 사이에 그리스(grease)가 도포될 수 있다. 그리스는 공기에 비해 진동 에너지의 개선된 전달을 가능하게 한다.
이 예에서, 전방 탄성 요소(42)는 전방 플레이트(48)와 댐핑 매스(28) 사이에 구성된다. 전방 표면(44)은 전방 플레이트(48)와 직접 접촉한다.
이 예의 공구 홀더(12)는 후방 플레이트(52) 및 테일 로크(54)를 더 포함한다. 후방 플레이트(52)는 댐핑 매스(28)와 테일 로크(54) 사이에 구성된다. 후방 플레이트(52)는 전방 플레이트(48)와 동일한 구성을 갖는다. 후방 플레이트(52)는 테일 로크(54)와 접촉한다.
테일 로크(54)는 테일 로크 애퍼처(56)를 포함한다. 후방 플레이트(52)는 테일 로크 애퍼처(56)에 수용된다. 이것은 댐핑 매스(28)의 중심 축(16)과의 정렬을 향상시킨다.
이 예의 공구 홀더(12)는 후방 탄성 요소(58)를 더 포함한다. 후방 탄성 요소(58)는 댐핑 매스(28)와 테일 로크(54) 사이에 구성된다. 이 예에서, 후방 탄성 요소(58)는 댐핑 매스(28)와 후방 플레이트(52) 사이에 구성된다. 후방 탄성 요소(58)는 전방 탄성 요소(42)와 동일한 구성을 가질 수 있다. 대안적으로, 후방 탄성 요소(58)는 전방 탄성 요소(42)와 비교하여 크기 및 재료가 상이할 수 있다. 각각의 탄성 요소(42, 58)는 점탄성 요소(viscoelastic element)일 수 있다.
각각의 탄성 요소(42, 58)는 자체 접착성(self-adhesive)이다. 전방 탄성 요소(42)는 전방 플레이트(48) 및 댐핑 매스(28)에 접착된다. 후방 탄성 요소(58)는 댐핑 매스(28) 및 후방 플레이트(52)에 접착된다.
공구 홀더(12)는 유체 파이프(60)를 더 포함한다. 유체 파이프(60)는 매스 공동(30)을 통과한다. 유체 파이프(60)는 또한 각각의 플레이트(48, 52) 및 각각의 탄성 요소(42, 58)의 관통 구멍을 통과한다. 유체 파이프(60)는 어댑터(22)에 나사식으로 접속되고 테일 로크(54)에 나사식으로 접속된다. 이에 의해 유체 파이프(60)는 어댑터(22) 및 테일 로크(54) 각각에 고정된다. 또한 밀봉 접착제(sealing glue)가 이들 나사 접속들에도 제공된다. 유체 파이프(60)는 엔드 이펙터(14)를 향해 냉각제를 전달하도록 구성된다. 유체 파이프(60)는 중심 축(16)과 동심이다.
어댑터 애퍼처(50) 및 테일 로크 애퍼처(56)가 생략된 경우, 전방 플레이트(48) 및 후방 플레이트(52) 각각은 엔지니어링 끼워맞춤에 의해 유체 파이프(60)에 끼워맞추어질 수 있다. 또한 이러한 방식으로 댐핑 매스(28)는 중심 축(16)과 정렬될 수 있다.
어댑터(22)는 냉각제 채널들(62)을 더 포함한다. 냉각제 채널(62)은 고압 냉각제를 유체 파이프(60)로부터 엔드 이펙터(14)로 제공하도록 구성된다. 이 예에서, 냉각제 채널(62)은 각각 중심 축(16)과 평행하게 연장된다.
댐핑 매스(28)는 홈(64)를 포함한다. 홈(64)은 댐핑 매스(28)의 원주 둘레로 연장되고 중심 축(16)과 동심이다. 이 예의 홈(64)은 중심 축(16)을 따라 댐핑 매스(28)의 중심에 있다.
이 예의 공구 홀더(12)는 측면 강성 링(66)을 더 포함한다. 측면 강성 링(66)은 홈(64)에 안착된다. 측면 강성 링(66)은 댐핑 매스(28) 및 공동(26)의 경계를 정하는 관형 요소의 내부 표면 모두와 접촉한다. 이것은 댐핑 매스(28)의 중심 축(16)과의 정렬을 향상시킨다.
댐핑 매스(28)는 탄성 요소(42, 58) 및 측면 강성 링(66)에 의해 지지된다. 그래서 댐핑 매스(28)의 지지 강성은 탄성 요소(42, 58) 및 측면 강성 링(66)으로부터의 강성을 구성한다. 측면 강성 링(66)은 바람직하게 댐핑 매스(28)를 지지하기 위한 총 강성의 30% 미만에 기여한다. 진동 에너지는 탄성 요소(42, 58) 및 측면 강성 링(66) 각각 내의 상대 운동에 의해 댐핑된다.
측면 강성 링(66)은 탄성 요소(42, 58)의 재료와 다른 재료 또는 동일한 재료의 다른 등급(예: 등급 NBR 70 및 NBR 90의 천연 고무)으로 만들어질 수 있다. 측면 강성 링(66)은 예를 들어 천연 고무, 실리콘 고무, 엘라스토머 또는 다른 중합체 재료와 같은 낮은 크리프(creep) 특성을 갖는 재료로 만들어질 수 있다.
어떤 경우든, 탄성 요소(42, 58)는 진동 에너지를 열로 변환하는 데 주로 기여하는 반면, 측면 강성 링(66)은 댐핑 매스(28)의 중량 드리프팅(weight drifting) 및 고속 회전에 의한 댐핑 매스(28)에 대한 원심력에 주로 또는 단지 대응한다.
탄성 요소(42, 58)는 공구 어셈블리(10)가 주기적 부하를 받을 때 반경 방향 움직임들을 받는다. 탄성 요소(42, 58)는 자체 튜닝 효과(self-tuning effect)를 제공하기 위해 주파수 의존 강성을 갖는 재료로 제조될 수 있다.
도4는 공구 어셈블리(10)의 부분적으로 분해된 측단면도를 개략적으로 나타낸다. 예를 들어, 공구 홀더(12)가 10,000 rpm으로 회전할 때, 댐핑 매스(28)는 주기적 부하와 같은, 밸런싱 관련 문제들을 피하기 위해 10 g*mm 미만의 밸런싱을 전형적으로 요구할 것이다. 댐핑 매스(28)의 밸런싱을 맞추기 위해, 댐핑 매스(28)는 먼저 밸런싱 기계에서 측정된다. 밸런싱 측정에 응답하여, 그 다음, 재료가 댐핑 매스(28)로부터 제거되어 이에 의해 댐핑 매스(28)가 밸런싱을 이루도록 중심 축(16)을 따라 하나 이상의 위치에서 하나 이상의 밸런싱 애퍼처(68)를 생성한다. 도4의 댐핑 매스(28)는 2개의 밸런싱 애퍼처(68)을 포함하며, 각각은 댐핑 매스(28)의 외부 표면으로부터 드릴링된 반경 방향 막힌 구멍(drilled radial blind hole)으로서 예시된다.
이 예의 공구 홀더(12)는 댐핑 매스(28)와 유체 파이프(60) 사이의 매스 공동(30) 내의 댐핑 액체(damping liquid)를 더 포함한다. 댐핑 액체는 오일과 같은 점성 액체일 수 있다. 밸런싱 애퍼처(68)가 댐핑 매스(28)를 통해 연장되지 않기 때문에(이 예에서는 막힌 구멍), 댐핑 매스(28)를 통한 댐핑 액체의 누출이 방지된다.
댐핑 매스(28)는 ISO 1940-1:2003에 따른 밸런싱 등급 G6.3을 만족시키도록, 밸런싱 등급 G2.5를 만족시키도록, 또는 밸런싱 등급 G1을 만족시키도록 밸런싱을 맞출 수 있다. 댐핑 매스(28)의 밸런싱을 맞춘 후에, 공구 홀더(12)가 어셈블리된다.
공구 홀더(12)는 예를 들어 5.5 kg의 매스(질량; mass)를 가질 수 있다. 이 경우, 댐핑 매스(28)는 1.5 kg의 매스를 가질 수 있다. 댐핑 매스(28)의 매스는 공구 홀더(12)의 매스의 20% 내지 40%일 수 있다.
1.5 kg의 매스를 갖는 댐핑 매스(28)을 갖는 5.5 kg의 매스를 갖는 공구 홀더(12)의 경우, 공구 홀더(12)는 300 Hz에서 진동 주파수에 대해 튜닝(tuning)될 수 있다. 이는 매스를 지지하는 총 강성(total stiffness)이 약 5.3*106 N/m임을 의미하며 다음 방정식에 의해 결정된다.
Figure pct00001
여기서 Ktotal은 (이 예에서 탄성 요소(42, 58)와 측면 강성 링(66)의) 총 강성, f는 튜닝된 진동 주파수, m은 댐핑 매스(28)의 매스이다.
측면 강성 링(66)이 댐핑 매스(28)를 지지하기 위한 전체 강성의 30%의 강성을 갖도록 설정되면, 측면 강성 링(66)의 강성은 대략 1.6*106 N/m이다. 댐핑 매스(28)의 중력은 중심 축(16)이 수평일 때 약 15 N이다. 이 중력은 약 0.01 mm의 변위를 가져오고 허용 가능한 15 g*mm의 언밸런싱을 가져온다.
공구 홀더(12)가 단 하나의 탄성 요소, 즉 전방 탄성 요소(42)를 포함하지만 후방 탄성 요소(58)는 포함하지 않는 경우, 지지 강성이 감소되고 댐핑 매스(28)의 매스가 감소될 수 있다. 댐핑 매스(28)의 매스 감소는 생산 비용을 더 감소시킬 것이다. 댐핑 매스(28)의 매스의 감소는 또한 공동(26) 내의 공간이 제한되기 때문에 유리하다. 댐핑 매스(28)의 더 낮은 매스는 또한 중력으로 인한 공구 어셈블리(10)의 정적 처짐(static deflection)을 감소시킨다. 측면 강성 링(66)은 중력/중량 및 원심력으로 인한 댐핑 매스(28)의 드리프팅(drifting)에 대응하기 위해 홈(64)에 여전히 제공될 수 있다.
전방 탄성 요소(42)의 강성은 다음 식에 따라 댐핑 매스(28)를 튜닝하도록 미리 선택될 수 있다:
Figure pct00002
여기서 m은 댐핑 매스(28)의 매스이고, k는 전방 탄성 요소(42)의 강성이며, f는 공구 어셈블리(10)의 튜닝된 진동 주파수이다. 댐핑 매스(28)의 매스 m은 미리 선택될 수 있다. 튜닝된 진동 주파수 f는 공구 어셈블리(10)의 구조에 의해 결정될 수 있다.
도5는 어댑터(22)의 사시도를 개략적으로 나타낸다. 도5에서, 개구(40) 및 어댑터 애퍼처(50)를 더 명확하게 볼 수 있다. 개구(40)의 내경은 어댑터 애퍼처(50)의 내경보다 크다.
도6은 공구 홀더(12)를 위한 댐핑 매스(28)의 다른 예의 사시도를 개략적으로 나타낸다. 도6에서 댐핑 매스(28)는 밸런싱 애퍼처(68)의 위치와 구성에 있어서 도2-도4에서의 댐핑 매스(28)와 다르다. 도6에서의 댐핑 매쓰(28)는 2개의 밸런싱 애퍼처(68)를 포함하고, 각각은 댐핑 매쓰(28)에서 정사각형 컷아웃(square cut-out)으로 구성된다. 또한, 밸런싱 애퍼처(68)는 중심 축(16)에 대해 각지게 오프셋 된다(angularly offset).
도7은 공구 홀더(12)의 다른 예의 측단면도를 개략적으로 나타낸다. 도1-5에 관련하여 주된 차이들이 설명될 것이다. 도7의 공구 홀더(12)는 밀링 공구 형태의 공구 어셈블리(10)용이다. 도7에서는 밀링 헤드는 생략되어 있다. 어댑터(22)의 전방 부분(32)은 외측의 더 큰 직경을 갖는다. 전방 부분(32)의 외부 표면은 관형 요소(20)의 외부 표면과 정렬된다. 또한, 관형 요소(20)와 후단부(24)는 일체로 형성된다.
도8은 공구 홀더(12)의 다른 예의 측단면도를 개략적으로 나타낸다. 도1-5에 관련하여 주된 차이들이 설명될 것이다. 도8에서, 어댑터(22)는 관형 요소(20)와 일체로 형성된다. 공동(26)에 추가하여, 결합된 어댑터(22)와 관형 요소(26)는 댐핑 매스(28)를 수용하기 위한 (도2-5에서의 개구(40)과 유사한) 추가 개구를 포함하지 않는다.
통합된 어댑터(22)와 관형 요소(20)는 다양한 방식으로 후단부(24)에 고정될 수 있다. 도8에서, 관형 요소(20)는 후단부(24)를 수용하기 위한 후방 개구(70)를 포함한다. 전방 플레이트(48), 전방 탄성 요소(42), 댐핑 매스(28), 측면 강성 링(66), 후방 탄성 요소(58), 후방 플레이트(52) 및 테일 로크(54)는 후방 개구(70)를 통해 관형 요소(20) 내로 삽입될 수 있다.
후방 개구(70)는 후단부(24)의 수나사와 나사식으로 맞물리기 위한 암나사를 포함할 수 있다. 댐핑 매스(28)는 어댑터(22)와 후방 개구(70) 사이에 구성된다.
어댑터(22)가 관형 요소(20)와 일체로 형성되기 때문에, 공구 홀더(12)에 길이를 추가할 수 있는, 어댑터(22)와 관형 요소(20) 사이의 접속이 회피될 수 있다. 이것은 댐핑 매스(28)의 전방 단부와 어댑터(22)의 전방 단부 사이의 거리 d가 감소될 수 있게 한다. 이것은 공구 홀더(12)를 포함하는 공구 어셈블리(10)의 표면 마감 능력을 향상시킨다.
본 발명이 예시적인 실시 예들을 참조하여 설명되었지만, 본 발명은 위에서 설명된 것에 제한되지 않는다는 것을 이해할 것이다. 예를 들어, 부품의 치수는 필요에 따라 변경될 수 있음이 이해될 것이다. 따라서, 본 발명은 여기에 첨부된 청구범위에 의해서만 제한될 수 있다.

Claims (32)

  1. 공구 어셈블리(10)용 공구 홀더(12)로서, 상기 공구 홀더(12)는:
    - 공동(26) 및 중심 축(16)을 갖는 관형 요소(20);
    - 상기 공동(26) 내에 구성되고, 상기 중심 축(16)에 대해 그리고 상기 관형 요소(20)에 대해 반경 방향으로 움직임 가능한 댐핑 매스(28);
    - 상기 관형 요소(20)에 고정된 후방 부분(34), 및 상기 공구 어셈블리(10)의 엔드 이펙터(14)에 접속을 위한 전방 부분(32)을 갖는 어댑터(22)로서, 상기 후방 부분(34)은 개구(40)를 포함하고, 상기 댐핑 매스(28)는 레이디얼 간극으로 상기 개구(40)에 적어도 부분적으로 수용되는, 상기 어댑터(22); 및
    - 상기 어댑터(22)와 상기 댐핑 매스(28) 사이에 위치된 탄성 요소(42)로서, 상기 탄성 요소(42)는 상기 댐핑 매스(28)를 지지하고 상기 관형 요소(20)에 대한 상기 댐핑 매스(28)의 반경 방향 진동 움직임들을 감쇠하도록 구성되고, 및 상기 탄성 요소(42)는 상기 중심 축(16)에 실질적으로 수직인 전방 표면(44) 및 상기 중심 축(16)에 실질적으로 수직인 후방 표면(46)을 포함하는, 상기 탄성 요소(42)를 포함하는, 상기 공구 홀더.
  2. 제1항에 있어서, 상기 후방 부분(34)은 나사산(36, 38)에 의해 상기 관형 요소(20)에 고정되는, 공구 홀더(12).
  3. 제2항에 있어서, 상기 후방 부분(34)은 접착제에 의해 상기 관형 요소(20)에 고정되는, 공구 홀더(12).
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 어댑터(22)와 상기 댐핑 매스(28) 사이에 위치된 플레이트(48)를 더 포함하는, 공구 홀더(12).
  5. 제4항에 있어서, 상기 후방 부분(34)은 어댑터 애퍼처(50)을 포함하고, 상기 플레이트(48)는 상기 어댑터 애퍼처(50)에 안착되는, 공구 홀더(12).
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서, 상기 플레이트(48)는 엔지니어링 끼워맞춤에 의해 상기 어댑터(22)에 대해 위치되는, 공구 홀더(12).
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 탄성 요소(42)는 2 mm 미만, 예를 들어 1.5 mm 미만의 두께를 갖는, 공구 홀더(12).
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 후방 표면(46)은 상기 댐핑 매스(28)에 직접 접속되는, 공구 홀더(12).
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 댐핑 매스(28)는 상기 댐핑 매스(28)를 상기 관형 요소(20)에 어셈블리하기 전에 밸런싱을 이루는, 것을 특징으로 하는 공구 홀더(12).
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 측면 강성 링(66)을 더 포함하고, 상기 댐핑 매스(28)는 홈(64)을 포함하고, 상기 측면 강성 링(66)은 상기 홈(64)에 안착되고 상기 관형 요소(20)와 접촉하는, 공구 홀더(12).
  11. 제10항에 있어서, 상기 측면 강성 링(66)은 상기 댐핑 매스(28)를 지지하기 위한 전체 강성의 30% 미만에 기여하는, 공구 홀더(12).
  12. 엔드 이펙터(14) 및 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 공구 홀더(12)를 포함하는 공구 어셈블리(10).
  13. 공구 어셈블리(10)용 공구 홀더(12)로서, 상기 공구 홀더(12)는:
    - 공동(26) 및 중심 축(16)을 갖는 관형 요소(20);
    - 상기 공동(26) 내에 구성되고, 중심 축(16)에 대해 그리고 관형 요소(20)에 대해 반경 방향으로 움직임 가능한 댐핑 매스(28);
    - 상기 관형 요소(20)와 일체로 형성된 후방 부분(34), 및 상기 공구 어셈블리(10)의 엔드 이펙터(14)에 접속을 위한 전방 부분(32)을 갖는 어댑터(22); 및
    - 상기 어댑터(22)와 상기 댐핑 매스(28) 사이에 위치된 탄성 요소(42)로서, 상기 탄성 요소(42)는 상기 댐핑 매스(28)를 지지하고 상기 관형 요소(20)에 대한 상기 댐핑 매스(28)의 반경 방향 진동 움직임들을 감쇠하도록 구성되고, 상기 탄성 요소(42)는 상기 중심 축(16)에 실질적으로 수직인 전방 표면(44) 및 상기 중심 축(16)에 실질적으로 수직인 후방 표면(46)을 포함하는, 상기 탄성 요소(42)를 포함하는, 상기 공구 홀더.
  14. 제13항에 있어서, 상기 어댑터(22)와 상기 댐핑 매스(28) 사이에 위치된 플레이트(48)를 더 포함하는, 공구 홀더(12).
  15. 제14항에 있어서, 상기 후방 부분(34)은 어댑터 애퍼처(50)을 포함하고, 상기 플레이트(48)는 상기 어댑터 애퍼처(50)에 안착되는, 공구 홀더(12).
  16. 제14항 또는 제15항에 있어서, 상기 플레이트(48)는 엔지니어링 끼워맞춤에 의해 상기 어댑터(22)에 대해 위치되는, 공구 홀더(12).
  17. 제13항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 탄성 요소(42)는 2 mm 미만, 예를 들어 1.5 mm 미만의 두께를 갖는, 공구 홀더(12).
  18. 제13항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 후방 표면(46)은 상기 댐핑 매스(28)에 직접 접속되는, 공구 홀더(12).
  19. 제13항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 댐핑 매스(28)는 상기 댐핑 매스(28)를 상기 관형 요소(20)에 어셈블리하기 전에 밸런싱을 이루는, 공구 홀더(12).
  20. 제13항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 측면 강성 링(66)을 더 포함하고, 상기 댐핑 매스(28)는 홈(64)을 포함하고, 상기 측면 강성 링(66)은 상기 홈(64)에 안착되고 상기 관형 요소(20)와 접촉하는, 공구 홀더.
  21. 제20항에 있어서, 상기 측면 강성 링(66)은 상기 댐핑 매스(28)를 지지하기 위한 전체 강성의 30% 미만에 기여하는, 공구 홀더(12).
  22. 엔드 이펙터(14) 및 제13항 내지 제21항 중 어느 한 항에 따른 공구 홀더(12)를 포함하는 공구 어셈블리(10).
  23. 공구 어셈블리(10)용 공구 홀더(12)로서, 상기 공구 홀더(12)는:
    - 공동(26) 및 중심 축(16)을 갖는 관형 요소(20); 및
    - 상기 공동(26) 내에 구성되고, 상기 중심 축(16)에 대해 그리고 상기 관형 요소(20)에 대해 반경 방향으로 움직임 가능한 댐핑 매스(28)로서, 상기 댐핑 매스(28)는 상기 댐핑 매스(28)를 상기 관형 요소(20)에 어셈블리 하기 전에 밸런싱을 이루는, 상기 댐핑 매스(28)를 포함하는, 상기 공구 홀더(12).
  24. 제23항에 있어서, 상기 댐핑 매스(28)는 상기 댐핑 매스(28)를 상기 관형 요소(20)에 어셈블리 하기 전에 ISO1940-1:2003에 따른 밸런싱 등급 G6.3을 만족시키도록 밸런싱을 이루는, 공구 홀더(12).
  25. 제23항 또는 제24항에 있어서, 상기 댐핑 매스(28)는 상기 댐핑 매스(28)를 상기 관형 요소(20)에 어셈블리 하기 전에 ISO1940-1:2003에 따른 밸런싱 등급 G2.5를 만족시키도록 밸런싱을 이루는, 공구 홀더(12).
  26. 제23항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 댐핑 매스(28)는 상기 댐핑 매스(28)를 상기 관형 요소(20)에 어셈블리 하기 전에 ISO1940-1:2003에 따른 밸런싱 등급 G1을 만족시키도록 밸런싱을 이루는, 공구 홀더(12).
  27. 제23항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 댐핑 매스(28)는 상기 댐핑 매스(28)의 밸런싱을 맞추기 위한 적어도 하나의 밸런싱 애퍼처(68)을 포함하는, 공구 홀더(12).
  28. 제27항에 있어서, 상기 적어도 하나의 밸런싱 애퍼처(68) 중 하나 이상은 상기 중심 축(16)에 대해 반경 방향으로 연장되는 구멍인, 공구 홀더(12).
  29. 제27항 또는 제28항에 있어서, 상기 적어도 하나의 밸런싱 애퍼처(68) 중 하나 이상은 막힌 구멍인, 공구 홀더(12).
  30. 제23항 내지 제29항 중 어느 한 항에 있어서, 측면 강성 링(66)을 더 포함하고, 상기 댐핑 매스(28)는 홈(64)을 포함하고, 상기 측면 강성 링(66)은 상기 홈(64)에 안착되고 상기 관형 요소(20)와 접촉하는, 공구 홀더(12).
  31. 제30항에 있어서, 상기 측면 강성 링(66)은 상기 댐핑 매스(28)를 지지하기 위한 총 강성의 30% 미만에 기여하는, 공구 홀더(12).
  32. 엔드 이펙터(14) 및 제23항 내지 제31항 중 어느 한 항에 따른 공구 홀더(12)를 포함하는 공구 어셈블리(10).
KR1020227033128A 2020-03-31 2020-03-31 공구 어셈블리용 공구 홀더 및 공구 홀더를 포함하는 공구 어셈블리 KR20220156559A (ko)

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