KR950013502B1 - 미세조절이 가능한 보링공구 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

미세조절이 가능한 보링공구

제 1 도는 본 발명의 전체 구성을 보인 조립단면도.

제 2 도는 본 발명의 분해단면도.

제 3 도는 본 발명의 작용상태를 보인 개략도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 아버 2 : 편심원부

3 : 미세치수조절부 5 : 클램핑수단

6 : 절삭공구 7 : 스톱퍼수단

20 : 분할눈금 21 : 축

23 : 통공 24 : 원주면

30 : 기준눈금 31 : 축공

32 : 안장홈 33 : 기준돌기

40 : 결속구 41 : 확장머리부

42 : 스프링 43 : 체결보울트

44 : 테이터내공 50 : 클램핑보울트

51 : 테이퍼부 61 : 절삭날

62 : 원판체 63 : 기준홈

71, 72 : 사각홈 75 : 스톱퍼

본 발명은 밀링이라든지 선반 보링머쉰 등 회전력을 이용하는 절삭가공기계에 장착하여 내경가공을 목적으로 사용하기 위한 보링공구에 대한 것으로 특히, 새로운 개념의 미세치수조절수단 및 절삭공구 교체수단을 보유하는 보링공구에 대한 것이다.

일반적으로 보링가공을 하기 위한 전용 공구로는 보링바를 들 수 있는데 이들 보링바 중에는 끝부분에 절삭팁을 착설하되 경사지게 끼워진 나사축의 끝에 붙이고, 이 나사축을 공회전 되도록 유착한 너트로써 중심축으로부터 가까이 또는 멀리 진퇴조절할 수 있는 것이 있다.

그러나 이와같은 보링공구는 조절수단으로써 나사를 이용하였기 때문에 그 마모로 인한 백레쉬(Back Lash)와 비틀림이 발생하여 수명이 짧을 뿐만 아니라 임의의 치수조절을 위해 손으로 돌려주는 과정에서 인위적인 수치 오차가 발생하는 이유로 극히 정밀한 조절을 할 수 없는 단점이 있는 것이었다.

뿐만 아니라 대부분의 보링공구는 절삭직경에 따라 치수별로 그리고 또, 황삭용 절삭공구와 다듬질용 절삭공구를 각각 따로 따로 구비한 후, 때에 따라 적절히 교체해 가며 사용하는 것이 통상적인 바 이들 공구는 절삭날 고정부분으로부터 아버(Arbor)부분까지 고가의 특수공구강으로 일체화로 되어 있는 것이기 때문에 비경제적인 것이다.

본 발명의 목적은 상기한 문제점을 감안하여 정밀한 치수 조정을 손쉽게 할 수 있는 신규한 구조의 보링공구를 제공하고자 하는데 있다.

본 발명의 또다른 목적은 절삭지름 및 절삭방법에 따라 절삭공구만을 손쉽게 교체 사용할 수 있는 수단을 제공하는데 있다.

본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위하여 기계의 헤드척에 물려 고정되는 아버와 상기 아버의 중심축선에 대하여 임의의 편심량을 갖도록 일체로 형성되는 편심원부와, 상기 편심원부와 동축상으로 돌출된 회동 안내 축에 회동가능토록 축삽되며, 상기 편심원부와 동축인채 동일직경을 가지는 미세치수조절부와, 상기 미세치수조절부의 상기 편심원부에 대한 슬립운동을 구속하기 위하여 임의의 회동위치를 유지토록 고정시켜주는 클램핑수단 및 상기 미세치수조절부에 착탈가능하게 결합되는 절삭공구와로 구성되어 상기 미세치수조절부의 회동량에 따라 절삭경을 조정하게 됨을 특징으로 하고 있다.

따라서 본 발명은 나사의 피치에 의존해 원하는 치수를 조절하는 기존의 보링공구와는 달리 편심원부를 고정축(또는 아버)에 대해 편심지게 형성한 후, 그 편심원부에 탄력 설치 상태로 축삽된 채 회전하도록 된 미세치수조절부의 회전정도에 의해 상기 편심량이 분할되게 하므로써 치수의 미세조절이 가능하도록 하며, 또 클램핑 수단을 써서 그 상태대로 고정하도록 하는 한편 용도에 따라 절삭공구부분만을 따로 교체해 줄 수 있도록 한 것인바, 이를 첨부한 실시예의 도면에 따라 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 도면은 고정축을 아버로 하여 밀링 머쉰에 사용하기 적합한 상태의 실시예를 나타낸 것으로 제 1 도는 조립상태를 나타낸 반단면도이고, 제 2 도는 각 부분을 분해한 상태의 단면도이다.

도면에서 보듯이 밀링머쉰 등의 절삭기계 헤드에 결착할 수 있도록 된 아버(1)의 아래로 편심원부(2)가 일체로 되어 있는데, 이 아버(1)의 중심과 편심원부(2)의 중심은 임의량 편심져 있고, 자세히 후술하겠지만 이 편심량은 미세조절에 중요한 영향을 미친다.

그리고 편심원부(2)의 아래 단면부에는 중앙에는 회동안내축(21)이 동축으로 돌설되어 있는 바, 이는 미세치수조절부(3)의 중앙에 마련된 축공(31)에 계합하므로써 편심원부(2)와 동일직경을 갖는 미세치수조절부(3)가 이를 축점으로 회전가능하게 되는 것이고, 미세치수조절부(3)와 편심원부(2)는 상호 치수차에 의한 흔들림을 방지하기 위하여 베어링을 개재하여 억지 끼워 맞춤된다.

또한, 이 미세치수조절부(3)는 클램핑수단(5)의 조정을 통하여 회동 및 그 고정이 가능토록 편심원부(2)에 축삽되는데, 이 클램핑수단(5)의 구조를 보면 미세치수조절부(3)의 중앙에 형성된 축공(31)으로부터 확장되는 둘레에는 안장홈(32)이 마련되어 있고, 편심원부(2)의 회동안내축(21)에는 중단부에 내주연턱(22)을 갖는 통공(23)이 형성되어 있는바, 아래로부터 결속구(40)를 끼워 넣되 확장머리부(41)가 상기의 안장홈(32)에 걸리도록 하면서 편심원부(2)와 아버(1)의 속으로 끼워 올린 후, 위로부터 끼운 스프링(42)이 감합된 체결보울트(43)로써 내주연턱(22)을 사이에 두고 나사 조립으로 고정하는 한편, 편심원부(2)의 측편으로 마련된 횡공(24)으로 클램핑보울트(50)를 끼워 넣되 그 중단의 테이펌부(51)가 가로로 천공된 결속구(40)의 테이퍼내공(44)까지 나사 조립하여 주었을 때, 쐐기작용을 하므로써 결속구(40)가 축방향을 따라 위로 밀려올라가 미세치수조절부(3)가 편심원부(2)에 강하게 밀착되도록 하여 절삭저항에 의한 미세치수조절부(3)의 슬립현상을 방지토록 클램핑하게 된다.

또, 상기한 미세치수조절부(3)의 아래에는 절삭공구(6)를 교체결합할 수 있도록 되어 있는데 본 발명에서의 절삭공구(6)는 하단부에 절삭날(61)을 가지는 통상의 보링바 상부에 미세치수조절부(3)의 직경과 동일한 직경의 원판체(62)가 일체로 형성된 것이며, 그 원판체(62)의 일측편에 기준홈(63)이 위로 마련되어 있어 상기한 미세치수조절부(3)의 저면 일측에 돌설된 기준돌기(33)가 끼워지게 되며, 그 주위에서 다수의 보울트(64)로 상호 결합하도록 하므로써 원판체(62)와 미세치수조절부(3)는 항상 일정한 기준위치를 갖도록 결합되는 것이다.

한편, 상기한 편심원부(2)와 미세치수조절부(3)는 그 외주면 직경이 동일한 상태에서 편심원부(2)에는 분할눈금(20)이, 미세치수조절부(3)에는 기준눈금(30)이 표기되어 있는데, 이는 서로 반대되는 위치에 표기되어도 관계 없으나 분할 눈금(20)을 표기하는데 있어서는 후술하는 바와 같이 편심량과 분할하고자 하는 수와 그 원주면의 크기와 관계가 있는 것이며, 이들 간에는 스톱퍼수단(7)이 마련되어 있다. 이는 기준눈금이 분할눈금의 0점에 일치한 상태에서 상, 하 원주면들의 일측에 상호 맞닿은 각각의 사각홈(71)(72)을 마련한 후, 편심원부의 축핀(73)을 지점으로 회동하되 판스프링(74)에 의해 항상 미세치수조절부(3) 쪽으로 회동토록 힘을 받는 스톱퍼(75)를 구비한 것인데, 상기한 사각홈(71)(72)의 폭과 스톱퍼(75)의 폭은 서로 꼭 맞는 것이 유리하며, 기준 위치에서 스톱퍼 선단은 미세치수조절부(3)의 사각홈(72)내에 위치하게 되므로써 미세치수조절부의 슬립현상을 방지하게 된다.

도면중 미설명 부호 25는 편심원부의 원주면이고, 52는 클램핑보울트의 나사부이다.

제 3 도는 본 발명의 치수조정원리를 설명하기 위한 기하도면으로써 편심원부(2)와 아버(1)의 편심량은 b로, 편심원부(2)의 원주면(24) 반경은 C로, 절삭날(61) 끝의 회전 반경은 d로 표기하였다.

제 3 도 도면중 부호 O는 아버(1)의 축으로써 회전축의 고정중심점이고, O′는 편심원부(2)의 중심으로써 절삭공구의 절삭날(61) 끝의 회전 중심이며, A는 절삭공구의 절삭날(61) 끝이 축심(O)에 가장 가까운 위치로써 최소 절삭반경이 되며, B는 절삭공구 날끝이 축심(O)에서 가장 먼 위치로써 최대 절삭반경이 되며, 그 사이의 E, F는 절삭날(61) 끝의 이동궤적상에 있는 임의의 위치들이다.

따라서에 의할 것 같으면 최소 절삭원이 그려지고,에 의할 것 같으면 최대 절삭원이 그려지며, 또,및에 의하면 그 범위내에서 임의 조절했을 때의 절삭원이 그려질 것이다. 그러므로 최소절삭반경의 치수=d-b에서 최대절삭반경의 치수=d+b 범위내의 치수를 가공하게 되므로 미세치수조절부(3)에 의한 치수조절폭(가공범위)은 2b의 범위내가 된다.

그리고 이는 점 A의 위치로부터 점 B에 이르는 180°의 구간 즉, 편심원부(2)의 전체 원주면(25)의 1/2 구간내에서 눈금이 표시도어야만 절삭날(61) 끝의 위치선택이 정확해진다.

예컨대 점 A의 위치로부터 점 B의 사이()를 100으로 분할하고자 한다면 점 A를 0으로 하고, 점 B를 100으로 하여야 하는데 이는 어느 일측의 반원주면에만 표시할 수도 있고, 양측 반원주면에 각각 대칭되게 모두 표시할 수도 있다.

이같이 점 A의 위치로부터 점 B의 위치를 100으로 분할한다면 한 눈금의 간격조절시 절삭깊이(실제 가공 치수)는 2b/100의 치수가 된다.

위에서 설명한 내용을 예로써 간략히 설명한다면 편심량 b를 0.1mm로 하고, 반원주면()을 100으로 분할하였으므로 한눈금당 0.1×2÷100=2/1000mm의 절삭치수가 되는 것이고, 편심량 b를 0.1mm로 하되, 반원주면()을 200으로 분할하면 한 눈금당 0.1×2÷100=1/1000mm의 절삭치수가 되는 것이다.

여기서, 편심량 b는 더욱 작은 치수로 줄일 수 있고, 또 반원주면()는 그 직경을 크게한다면 더 많은 눈금으로 분할 할 수 있으므로 본 발명의 미세치수조절부(3)에 의한 절삭날(61) 끝의 조절수치는 마이크로(μ)단위 이하까지 조정이 가능한 것이다.

그리고 본 발명을 실시함에 있어서는 무엇보다도 분할눈금(20)의 표기가 정확해야 한다.

왜냐하면 이 분할눈금(20)은 점 A로부터 점 B에 이르는 동안의 전체구간에서 일정한 등간격으로 분할되는 것이 아니라 점 A로부터 중간까지는 점차 눈금의 간격이 좁아지다가 다시 점 B에 이를 때에는 점차 눈금의 간격이 넓어지는 형태를 가진다.

이를 제 3 도로써 더 자세히 설명하면 굵은 실선(Y)은 미세치수조절부(3)에 장착된 절삭날(61) 끝이 축심 O′를 중심점으로 회동하게 될 때 그리게 되는 절삭공구의 이동궤적이고, 가는 실선(Q)들은 그 절삭날(61) 끝이 아버(1)의 축심 O로부터 등차급수적으로 멀어졌을 때 즉, 절삭 반경이 일정치수로 증가할 때 그리게 되는 절삭원들이다.

여기서 보듯이 절삭공구의 날끝이 아버(1)의 중심으로부터 등차급수적으로 멀어지는데 대해 즉, 절삭반경이 일정치수씩 증가토록 할 때 이와 대응되는 점 O′로부터의 절삭공구의 회전각도는 등비례하지 아니하고 매 위치마다 회전각이 다르게 되므로 원주방향에 분할되는 눈금의 간격도 등간격이 될 수 없는 것이다.

바꾸어 말하면 원주방향의 분할눈금이 등간격이면 절삭반경의 증가치가 일정치 않게 됨을 뜻하는 것으로써 한 눈금당 절삭치수의 증가폭을 일정하게 하고자 할 때 절삭공구 날끝의 회전반경 a_n및 a_n-1의 차이는

의 값이 되는데 이에 대응되는 원주상의 분할눈금 간격은 등간격이 아니라 기하학적으로 코사인(Cosine)값의 함수로 주어지기 때문이다.

다음은 편심원부의 원주면상에 형성하게 되는 분할눈금의 간격을 구하는 방법을 설명한다.

삼각형 도형에 있어서, 두변의 길이와 그 사이각을 알고 있을 때 그 각과 대응하는 변의 길이를 구할 수 있으므로, 절삭공구의 날끝의 위치가 점 E에 위치하고 있을 때의 삼각형 △OO′E의 한변의 길이(절삭반경)인 a_n-1을 구하는 식은

으로 주어지며, 또, 절삭공구의 날끝이 점 F에 위치해 있을 때 즉, △OO′F의 a_n을 구하는 식은

이다.

이때 절삭공구 날 끝의 절삭 반경 a_n은 최초의 위치인 점 A로부터 일전간격씩(2b/분할눈금수) 증가되는 것으로 설정하므로 상기 식에서 미지수는 코사인각(cosα_n)만 남게 되어

이 되므로 ∠OO′E와 ∠OO′F의 코사인 값을 구할 수 있다.

다음에 상기 코사인 각을 래디안(Radian)값으로 바꾸면

이 되는데 이 β_n(rad)값은 각도 α_n에 π/180 값을 곱해준 값이다.

부채꼴 삼각형의 호의 길이는 r(반경)×θ(사이각의 래디안값)에 의해 구해지므로 ∠EO′F에 의해 형성되는 원주길이는

Sn =d·θ

θ =β_n·β_n-1이므로

S_n=d·(β_n-β_n-1)이 된다.

여기서 S_n이 반경 C인 원주면상에 분할되는 눈금의 간격이라면

S_n=C·(β_n-β_n-1)이 되며,

이와 같이 하여 계산된 수치 S_n이 편심원부(2)의 원주면(25)상에 분할되는 한 눈금(20)의 간격이며, 이는 코사인(cosine)값의 함수이므로 등간격이 아니고, 각 눈금간의 간격이 차등 분할되는 것이다.

예컨데, 편심원부(2)의 원주면(25) 및 미세치수조절부(3)의 원주면반경을 45mm로 정하고, 그 중심(O′)로부터 상기 아버(1)와 축심(0)까지의 편심을 0.1mm로 하며, 한눈금에 따른 절삭공구 날끝의 이동 수치를 5/1000mm로 하고자 한다면, 상기 원주면(25)의 반원에 해당하는상에서 분할되는 눈금의 수는 2×0.1÷5/1000=40으로 40개가 되며, 각 눈금사이의 간격 S_n은 상기 공식에 의해 다음의 표와 같은 계산결과가 나온다.

[표]

편심원부의 원주면 직경 : 45mm

눈금수 : 40칸

편심량(b) : 0.1mm

절삭공구 날끝의 등차 이동수치 : 0.005mm

상기 표에서와 같이 결정된 S_n값은 편심원부의 원주면(25)상에 컴퓨터 조각기 등으로 정밀하게 눈금을 새길 수 있으며, 미세치수조절부(3)의 원주면상의 기준눈금(30)에 대해 한 눈금 만큼씩 움직여질 때마다 절삭날(61) 끝의 반경은 0.005mm씩 증가(날끝을 A점에서 B점 쪽으로 회동시킬 때) 하거나 감소(날끝을 B점에서 A점 쪽으로 회동시킬 때)하게 되는 것이다.

다음은 위에서와 같은 본 발명의 작동방법 및 사용방법을 설명한다. 먼저 편심원부(2)의 축(21)에 축공(31)이 끼워진 미세치수조절부(3)는 클램핑수단(5)에 의해 편심원부(2)에 구속된 채 회동이 가능하며, 이 회동은 클램핑보울트(50)에 의해 고정된다.

즉, 결속구(40)의 확장머리부(41)가 안장홈(32)에 걸린채 위에서 압축스프링(42)이 감합된 체결보울트(43)로 고정되어 있기 때문에 상기한 스프링(42)은 탄발력에 의해 평상시 결속구(40)를 항상 위로 당기게 되고 따라서 미세치수조절부(3)는 편심원부(2)에 항상 접해 있으면서 회동이 가능한 상태인 것이고, 또, 이 결속구(40)는 편심원부의 측편으로 나삽한 클램핑보울트(50)에 테이퍼진부(51)가 그 테이퍼내공(44)에 접한채 계속 깊이 나삽되면 쐐기 역할을 하여 결속구(40)는 미세치수조절부(3)를 최대한 편심원부(2)에 밀착시켜 고정하게 되는 것이다.

다음에는 미세치수조절부(3)의 아래로 절삭공구(6)를 결합하여야 하는데 이 때의 절삭공구(6)는 통상의 것들과 마찬가지로 그 하단에 경사지게 삽입고정된 절삭날(61)을 보유하는 것으로 하며, 이를 미세치수조절부(3)의 아래에 고정하는 방법은 그 아래로 돌설된 기준돌기(33)를 절삭공구(6)의 원판체(62)상에 마련된 기준홈(63)에 끼운후, 그 주위에 이미 준비되어 있는 보울트구멍 및 나사공을 통해 보울트(64)로 고정결합하면 되고, 이렇게 결합한 후에는 아버(1)를 밀링의 헤드에 연결하여 보링절삭을 할 수 있는데 처음에는 황삭용 절삭공구를 고정결합하여 황삭작업을 실시하고, 다음에 정삭용 절삭공구로 교체결합하여 다듬질작업을 하는 것이 바람직하며, 특히 황삭작업을 할 때는 절삭날에 절삭하중이 많이 작용하므로 편심원부(2)와 미세치수조절부(3)사이에 준비된 스톱퍼수단(7)을 이용하는 것이 좋다.

다시 말해서 스톱퍼수단(7)은 스톱퍼(75)가 편심원부(2)측의 사각홈(71)과 미세치수조절부(3)측의 사각홈(72)사이에 위치하도록 하면 미세치수조절부(3)의 회동이 완전히 고정되므로 절삭날(61)에 하중이 크게 작용하여도 미세치수조절부(3)의 미끄럼이 없어 바람직한 황삭작업을 할 수 있게 된다.

황삭작업이 끝나고 정삭작업을 할 때에는 본 발명의 미세치수조절부(3)를 사용하게 되는데 이 경우에는 클램핑보울트(50)를 풀어준 후, 스톱퍼수단(7)의 스톱퍼(75)를 손으로 밀어 올리면 판스프링(74)의 힘을 이기면서 축핀(73)을 지점으로 위로 제쳐질 수 있는데 이때 편심원부(2)측의 사각홈(71)과 미세치수조절부(3)측의 사각홈(72)을 엇갈리게 돌려주면 스톱퍼(75)가 미세치수조절부(3)측의 사각홈(71)에만 위치해 있게 되므로 다시 미세치수조절부(3)의 회동이 자유롭게 허용된다.

따라서 편심원부(2)측의 분할눈금(20)에 대해 미세치수조절부(3)의 기준눈금(30)을 회동시켜 절삭치수를 결정한 후 크램핑보울트(50)를 조여주고 나서 계속 절삭작업을 하면 분할 눈금의 정해진 값에 의해 정밀 가공이 되는 것이다.

이상에서 자세히 설명한 바와 같이, 본 발명은 수치의 미세조절수단으로 나사의 피치를 이용하는 기존의 보링공구와 달리 편심원부(2)의 축과 편심진 위치에 아버(1)을 갖도록 한 후, 그 편심량을 편심원부(2)상에서 그와 같은 축심을 가지고 회동하도록 한 미세치수조절부(3)의 회동정도로써 세분할 수 있게하여 된 것이기 때문에 치수조절에 대한 오차를 0에 가까웁도록 할 수 있으며, 절삭공구(6)를 미세치수조절부(3)상에 교체결합할 수 있도록 하였기 때문에 하나의 아버(1)에 대해 황삭용 및 정삭용 절삭공구를 동시에 이용할 수 있도록 된 것이어서 제작원가를 절감할 수 있는 잇점이 있고, 특히 편심량(b)과 편심원부(2)의 원주크기(C), 또 거기에 분할하는 눈금의 수를 바꾸는데 따라서 보링공구의 크기를 달리할 수 있으므로 보링가공범위와 그에 따른 공차의 단위 역시 자유롭게 선택할 수 있는 장점이 있는 것이다.

Claims (3)

1. 기계의 헤드척에 물려 고정되는 아버(1)와 ; 상기 아버의 중심축선에 대하여 임의의 편심량을 갖도록 일체로 형성되는 편심원부(2)와 ; 상기 편심원부(2)와 동축상으로 돌출된 회동안내축(21)에 회동가능토록 축삽되며, 상기 편심원부(2)와 동축인채 동일직경을 가지는 미세치수조절부(3)와 ; 상기 미세치수조절부(3)의 상기 편심원부(2)에 대한 슬립운동을 구속하기 위하여 임의의 회동위치를 유지토록 고정시켜 주는 클램핑수단(5) ; 및 상기 미세치수조절부(3)에 착탈가능하게 결합되는 절삭공구(6)와로 구성되어 상기 미세치수 조절부의 회동량에 따라 절삭경을 조정하게 됨을 특징으로 하는 미세조절이 가능한 보링공구.
2. 제 1 항에 있어서, 상기한 절삭공구(6)는 보링바 일측단에 일체로 형성되는 원판체(62)를 보유하며, 상기 원판체(62)는 상기 미세치수조절부(3)에 일정한 기준 위치를 갖도록 결합됨을 특징으로 하는 미세조절이 가능한 보링공구.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기한 클램핑수단(5)은 클램핑보울트(50)의 쐐기작용에 의하여 상기 미세치수조절부(3)를 축방향으로 힘을 가하여 편심원부(2)에 밀착시키게 되는 수단임을 특징으로 하는 미세조절이 가능한 보링공구.