WO2012099371A2 - 동조 질량 감쇠기를 구비하는 절삭 공구 - Google Patents

동조 질량 감쇠기를 구비하는 절삭 공구 Download PDF

Info

Publication number
WO2012099371A2
WO2012099371A2 PCT/KR2012/000383 KR2012000383W WO2012099371A2 WO 2012099371 A2 WO2012099371 A2 WO 2012099371A2 KR 2012000383 W KR2012000383 W KR 2012000383W WO 2012099371 A2 WO2012099371 A2 WO 2012099371A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
mass damper
cutting tool
tool
tuned mass
cutting
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/KR2012/000383
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
WO2012099371A3 (ko
Inventor
이강재
송진석
강귀현
이철훈
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
HD Hyundai Infracore Co Ltd
Original Assignee
Doosan Infracore Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Doosan Infracore Co Ltd filed Critical Doosan Infracore Co Ltd
Publication of WO2012099371A2 publication Critical patent/WO2012099371A2/ko
Publication of WO2012099371A3 publication Critical patent/WO2012099371A3/ko
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q11/00—Accessories fitted to machine tools for keeping tools or parts of the machine in good working condition or for cooling work; Safety devices specially combined with or arranged in, or specially adapted for use in connection with, machine tools
    • B23Q11/0032—Arrangements for preventing or isolating vibrations in parts of the machine
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23C—MILLING
    • B23C5/00—Milling-cutters
    • B23C5/003—Milling-cutters with vibration suppressing means

Definitions

  • the present invention relates to a cutting tool mounted on a machine tool to perform machining such as cutting. More particularly, the present invention relates to a cutting tool having a structure capable of improving damping performance without causing a decrease in rigidity.
  • the maximum stable cutting depth can be defined, for example, as the critical cutting depth at which chatter does not occur in all areas of rotational speed used in the machining of machine tools.
  • machine performance is achieved with the maximum stable cutting depth where no relative vibration (chat) occurs between the cutting tool and the workpiece (material) in all possible rotational speed ranges the machine tool can perform. This can be evaluated, and as the maximum stable cutting depth is improved, the mechanical performance can be evaluated as excellent.
  • the property that determines this maximum stable cutting depth is internally determined by stiffness and damping capacity as, for example, dynamic stiffness.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a cutting tool for a conventional machine tool.
  • the cutting tool 10 of FIG. 1 includes, for example, a tool holder 12 mounted on a main shaft (rotation shaft) of a machine tool such as an NC boring machine and a cutter 14 fastened to the tip of the tool holder 12. .
  • the rigidity of the cutting tool 10 is generally secured above a certain level, and very high costs are required to increase the rigidity. In particular, if the stiffness is raised above a certain level, the damping ability of the system is extremely lowered, resulting in a decrease in dynamic stiffness. Therefore, a method for improving the damping performance without affecting the stiffness is required.
  • dynamic absorbers In order to secure dynamic rigidity of products, dynamic absorbers are used in various industries such as automobiles and construction. Tuned dampers among various types of copper reducers are economical in terms of cost without causing stiffness deterioration, and thus are suitable for precision machine tools.
  • the tuning attenuator has a large difference in its effect depending on the installation position, and the solution of the problem caused by the narrow space inside the apparatus due to the nature of the precision machine such as a machine tool should be decided in advance.
  • An object of the present invention is to provide a cutting tool that can be applied to large machine tools such as NC boring machine to improve the dynamic characteristics of the system.
  • Another object of the present invention is to provide a cutting tool equipped with a tuned mass damper in a suitable shape and position.
  • Another object of the present invention is to increase the maximum stable cutting depth of a machine tool by using a cutting tool equipped with a tuned mass damper.
  • the present invention provides a tool holder mounted on a rotating spindle of a machine tool; A cutter fastened to the tip of the tool holder; And a tuned mass damper coaxially mounted to the surface of the tool holder adjacent the cutter, wherein the tuned mass damper comprises: a coaxial inner plate formed surrounding the surface of the tool holder; A coaxial rubber brush laminated over the inner plate; And a coaxial mass damper in the form of a bushing comprising a combination of a coaxial mass stacked on a rubber brush.
  • the tuned mass damper is mounted using one of a plurality of bolt fastening, direct bolt fastening, interference fitting, and inner plate fastening.
  • the rubber brush is formed with a predetermined pattern of holes, and the predetermined pattern has a honeycomb structure.
  • the present invention can be applied to a large machine tool such as an NC boring machine to provide a cutting tool capable of improving the dynamic characteristics of the system.
  • the damping ability of the system that is, the dynamic rigidity, can be effectively improved without a decrease in rigidity.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a cutting tool for a conventional machine tool
  • FIG. 2 is a perspective view of a cutting tool according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view in detail of the tuned mass attenuator of FIG. 2;
  • FIG. 4 is an exemplary view showing a state in which the cutting tool of the present invention is engaged
  • 5A-5D are schematic diagrams illustratively showing how the tuned mass damper of the present invention is mounted
  • 6A and 6B are cross-sectional views of a tuned mass damper showing a stress distribution of a rubber brush in accordance with another embodiment of the present invention.
  • FIG. 7A is a perspective view of an analytical model of a cutting tool with a tuned mass damper of the present invention.
  • 7B and 7C are graphs showing analysis results using the analysis model of FIG. 7A.
  • tuning mass damper 132 inner plate
  • Figure 2 is a perspective view showing a cutting tool according to an embodiment of the present invention
  • Figure 3 is a cross-sectional view showing in detail the synchronous mass damper of Figure 2
  • Figure 4 is a state in which the cutting tool of the present invention is fastened Illustrated illustration.
  • the cutting tool 100 of the present invention is, for example, the holder 120 is mounted to the main shaft (rotation shaft) of the machine tool, such as NC boring machine, the cutter 120 is fastened to the tip of the holder tool 110, and the cutter ( A tuning mass damper 130 mounted coaxially to the surface of the tool holder 110 at a location adjacent to 120.
  • the tuned mass damper 130 is laminated over the coaxial inner plate 132 formed around the surface of the tool holder 110, the coaxial rubber brush 134 laminated over the inner plate 132, and the rubber brush. It consists of a combination of coaxial mass 136.
  • the cutting tool 100 with the tuned mass damper 130 is a cutter 120 fastened to the tool holder 110 and the tool holder 110 mounted on the main shaft (rotation shaft) of the machine tool, as shown in FIG. 4. And a tuning mass damper 130 formed surrounding the surface of the tool holder 110 to be coupled to the machine tool.
  • a boring bar 140 the axis of rotation itself is not shown. That is, the rotating shaft may perform a variety of processing such as drilling, boring, milling by fastening a cutting tool suitable for the boring bar 140 or a milling bar 150 through the milling bar 150.
  • the cutting tool 100 includes the tuning mass damper 130, the tool holder 110 and the cutter 120 of the normal standard may be used as they are, and the tool holder of the normal standard may also be used. No change is required at the mounting site (eg, rotation axis, etc.) of the machine tool on which 110 is mounted.
  • the tuning mass damper is manufactured in the form of a bushing and fitted to the tool holder surface to be mounted in the excess space of a commercial cutting tool (for example, between the tool holder and the cutter), thereby changing the configuration of an existing machine tool or cutting tool. It can be used universally without modification.
  • the cutting tool of the present invention can be easily applied without requiring changes to the various internal element designs of machine tools such as NC boring machines.
  • the cutting tools (tool holders and cutters) to which the present invention is applied are standardized (for example, BT 40, 50), and thus can be universally applied.
  • a combination of a separate adapter and a cutter is used to apply a tuned mass damper, but in the present invention, even if the tuned mass damper is applied, a cutting tool (tool holder and cutter) of the existing standard may be used. It is characterized by a point.
  • the weight of the mass 136 and the physical properties of the rubber brush 134 can be changed according to the vibration frequency of interest and the size of the cutting tool during chattering. have. That is, by appropriately changing or modifying the mass body 136 and the rubber brush 134, or by preparing and replacing a plurality of combinations of mass body and the rubber brush as appropriate, the synchronous mass damper of the present invention is suitable for a wide range of vibration frequencies of interest. It can be applied easily.
  • the mass 136 may be a high mass such as steel, copper, lead, or nickel.
  • the rubber brush 134 may be an industrial synthetic rubber such as nitrile rubber (NBR; butadiene acrylonitrile rubber) and ethylene propylene rubber (EPDM).
  • FIGS. 5A-5D show only the tuning mass damper, and the illustration of the cutting tool to which the tuning mass damper is fastened is omitted.
  • 5A is a fastening method using a plurality of bolts, for example, using a plurality of rounded bolts 160 to make point contact between the tuning mass damper 130a and a cutting tool (eg, the surface of a tool holder). . That is, after the inner plate 132, the rubber brush 134 and the mass 136 are stacked coaxially, these elements are assembled using a plurality of bolts, and the round head of the bolt protruding inwardly of the inner plate 132. By using a plurality of point contact with the tool holder is made.
  • the tuned mass damper 130a can be mounted to the cutting tool, i.e., the surface of the tool holder, using a plurality of point contacts arranged at equal intervals, for example, along the inner surface of the inner plate 132 about the tool holder. .
  • FIG. 5B shows a method of direct bolting, for example, an assembly of an inner plate 132, a rubber brush 134 and a mass 136, each made of a pair of semi-cylindrical structures, after which a hole (in a corresponding portion of the mass 136) is prepared.
  • FIG. 5C illustrates a synchronous mass damper 130c of the inner plate 132, the rubber brush 134 and the mass 136 in an interference fit manner, for example using an interference fit method of the inner plate 132. To the cutting tool.
  • FIG. 5D illustrates an inner plate fastening method, for example, forming a fastening portion 132a in the inner plate 132 and tuning the assembly of the inner plate 132, the rubber brush 134, and the mass body 136.
  • the mass damper 130d is mounted on the cutting tool using the fastening portion 132a.
  • the tuned mass damper of the present invention can be assembled and mounted on a cutting tool in a variety of ways.
  • the manner in which the tuning mass damper of the present invention is mounted on the cutting tool is not limited thereto, and it is obvious that the tuning mass damper may be freely mounted by any method.
  • 6A and 6B are cross-sectional views of a tuned mass damper showing the stress distribution of the rubber brush in accordance with another embodiment of the present invention.
  • FIG. 6A shows a cross section of a tuned mass damper 130 ′ having a cross section with a honeycomb hole pattern formed in the rubber brush 134
  • FIG. 6B shows a plurality of cylindrical hole patterns formed in the rubber brush 134.
  • a cross section of a tuned mass damper 130 is shown.
  • This hole pattern is to secure the dynamic characteristics and static stiffness of the rubber brush in a limited space.
  • these hole patterns are at least four or more, and most preferably have a honeycomb structure (see FIG. 6A).
  • the honeycomb structure can secure rigidity with less mass than other hole patterns, and has the advantage of having the least error with the actual analysis model.
  • the honeycomb structure has the advantage that the stress is widely distributed and less rubber hardening due to the stress concentration, it can have a longer life.
  • FIGS. 6A and 6B it can be seen from these figures that stresses are concentrated in the hole patterns formed in the rubber brush 134, and considering the state of stress concentration, the honeycomb structure of FIG. 6A has a large number of stresses. Although widely spread at the point of FIG. 6B, the cylindrical hole structure of FIG. 6B shows that the stress is concentrated at 12 points. Considering this stress distribution, it can be seen that the honeycomb structure of FIG. 6A can be a more desirable hole pattern.
  • FIGS. 7B and 7C are graphs representing an example of the results analyzed using this model.
  • the analytical model is mounted to the boring bar 140 at a point where the cutting tool (tool holder and cutter) 100 protrudes 500 mm long from the axis of rotation, and an input force of about 2000 N for various rotational speeds. It is proposed to measure the displacement occurring at the end of the cutting tool under input force.
  • the end displacement of the cutting tool is as described by legend in FIGS. 7B and 7C, with no attenuator mounted, with a damper having a mass of about 1.5 kg, and with a damper having a mass of about 2.0 kg. In one case it is graphed for each.
  • FIG. 7B shows the displacement (length variation) of the cutting tool end with respect to time
  • FIG. 7C shows the displacement (length variation) of the cutting tool end with respect to frequency. 7B and 7C show that the case where the attenuator is mounted is significantly improved compared to the case where the attenuator is not mounted.
  • FIG. 7B shows that the residual vibration is stabilized faster in the case where the attenuator is mounted than in the case where no attenuator is mounted
  • FIG. 7C shows that the case where the attenuator is mounted is dynamic when compared to the case where the attenuator is not mounted. It shows a significant decrease in the behavior (vibration) amplitude.
  • the reduction in dynamic behavior (amplitude) is based on the case where no attenuator is mounted, for example, when the attenuator of about 1.5 kg mass is mounted, the vibration amplitude of about 91.5% decreases, and about 2.0 kg mass. Diesel with attenuator indicates a reduction in vibration amplitude of about 92.7%.
  • FIG. 8 is a comparative view showing an exemplary effect of increasing the resulting stable cutting depth when using a cutting tool with a tuned mass damper according to the present invention.
  • the graph on the left side of FIG. 8 shows a stable cutting depth which is expressed based on the rotational speeds of various machine tools in the conventional case without the attenuator, and the critical cutting by connecting the maximum stable cutting depths for each rotational speed. Depth is indicated by a dotted line.
  • the graph on the right side of FIG. 8 shows the stable cutting depths based on the rotational speeds of various machine tools in the case of the attenuator, and also shows the critical cutting depths by connecting the maximum stable cutting depths for each rotational speed in dotted lines. Doing.
  • the critical cutting depth of about 170% can be increased when the tuning mass damper is mounted in accordance with the present invention compared to the conventional case without the tuning mass damper. That is, about 170% of productivity can be improved.
  • the cutting tool according to the present invention is characterized by having a synchronous mass damper capable of increasing the damping ability without reducing the rigidity.
  • the cutting tool of the present invention is configured to be able to mount a synchronous mass damper in the surplus space of a conventional cutting tool (for example, a cutter and a tool holder), thereby adding an adapter or modifying the equipment element of the machine tool.
  • a conventional cutting tool for example, a cutter and a tool holder
  • the cutting tool of the present invention is a bushing-type synchronous mass damper in which the three elements of the inner plate, the rubber brush, and the mass can be constituted in any combination in terms of size and weight, etc., for a cutting tool of a conventional standard.
  • the cutting tool according to the present invention has the following advantages.
  • a simple structure and various mounting methods are possible, and thus, a tuning mass damper can be provided that is easy to apply and inexpensive.
  • the present invention can be used for cutting tools having a structure that can improve the damping performance without generating a decrease in rigidity.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Milling Processes (AREA)
  • Auxiliary Devices For Machine Tools (AREA)
  • Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)

Abstract

본 발명은 공작 기계에 장착되어 절삭 등의 가공을 수행하는 절삭 공구에 관한 것으로 공작 기계의 회전 주축에 장착되는 공구 홀더, 상기 공구 홀더의 선단에 체결되는 커터 및 상기 커터에 인접하여 상기 공구 홀더의 표면에 동축으로 장착되는 동조 질량 감쇠기(tuned mass damper)를 포함하며, 상기 동조 질량 감쇠기는 상기 공구 홀더의 표면을 감싸면서 형성되는 동축의 내부 플레이트, 상기 내부 플레이트 위로 적층되는 동축의 고무 브러시 및 상기 고무 브러시 위로 적층되는 동축의 질량체의 조합을 포함하는 부싱 형태로 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

동조 질량 감쇠기를 구비하는 절삭 공구
본 발명은 공작 기계에 장착되어 절삭 등의 가공을 수행하는 절삭 공구에 관한 것이며, 더욱 구체적으로는 강성 저하를 발생하지 않으면서 감쇠능을 향상시킬 수 있는 구조의 절삭 공구에 관한 것이다.
NC 보링 머신 등과 같은 대형 공작 기계는 절삭 공구(tool)를 이용하여 가공물에 대한 다양한 가공을 수행한다. 이러한 공작 기계에서 기계 성능을 평가하는 중요 인자의 하나로 최대 안정 절삭 깊이가 있다. 최대 안정 절삭 깊이는, 예컨대 공작 기계의 가공에 사용되는 모든 회전 속도 영역에서 채터(chatter)가 발생하지 않는 임계 절삭 깊이로 정의될 수 있다.
즉, 절삭 등과 같은 가공 작업을 수행할 때, 공작 기계가 수행할 수 있는 모든 가능한 회전 속도 영역에서 절삭 공구와 가공물(소재) 사이의 상대 진동(채터)이 발생하지 않는 최대 안정 절삭 깊이로써 기계 성능이 평가될 수 있으며, 이 최대 안정 절삭 깊이가 향상될수록 기계 성능이 우수한 것으로 평가될 수 있다. 이 최대 안정 절삭 깊이를 결정하는 특성은 예컨대 동강성(dynamic stiffness)으로서 강성과 감쇠능(damping capacity)으로 내적으로 결정된다.
도 1은 통상의 공작 기계용 절삭 공구를 도시한 사시도이다. 도 1의 절삭 공구(10)는 예컨대, NC 보링 머신과 같은 공작 기계의 주축(회전축)에 장착되는 공구 홀더(12)와 이 공구 홀더(12)의 선단에 체결되는 커터(14)를 포함한다. 이러한 절삭 공구(10)의 강성은 일반적으로 일정 수준 이상 확보되어 있으며 강성을 올리기 위해서는 매우 큰 비용이 소모된다. 특히, 일정 수준 이상으로 강성을 올리게 되면 시스템의 감쇠능이 극단적으로 저하되어 동강성의 저하가 발생한다. 따라서, 강성에 영향을 미치지 않으면서 감쇠능을 향상시키기 위한 방안이 요구된다.
제품의 동강성 확보를 위해서, 자동차, 건설 등의 여러 산업군에서는 동흡진기(dynamic absorber)를 이용하고 있다. 다양한 유형의 동흡진기 중 동조 감쇠기(tuned damper)는 강성 저하를 발생시키지 않으면서 가격적으로 경제적이므로, 정밀 공작 기계 등에 적용이 적합한 편이다.
그러나, 동조 감쇠기는 그 설치 위치에 따라 그 효과면에서 차이가 크게 발생하고 공작 기계와 같은 정밀 기계의 특성상 장치 내부 공간의 협소로 인해 발생하는 문제의 해결이 선결되어야 한다.
본 발명의 목적은 NC 보링 머신 등과 같은 대형 공작 기계에 적용되어 시스템의 동특성을 향상시킬 수 있는 절삭 공구를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 목적은 동조 질량 감쇠기를 적절한 형태와 위치에 장착한 절삭 공구를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 동조 질량 감쇠기가 장착된 절삭 공구를 사용함으로써 공작 기계의 최대 안정 절삭 깊이를 증대시키기 위한 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 공작 기계의 회전 주축에 장착되는 공구 홀더와; 공구 홀더의 선단에 체결되는 커터; 및 커터에 인접하여 공구 홀더의 표면에 동축으로 장착되는 동조 질량 감쇠기(tuned mass damper)를 포함하며, 이때 동조 질량 감쇠기는: 공구 홀더의 표면을 감싸면서 형성되는 동축의 내부 플레이트와; 내부 플레이트 위로 적층되는 동축의 고무 브러시; 및 고무 브러시 위로 적층되는 동축의 질량체;의 조합체를 포함하는 부싱 형태로 구성됨을 특징으로 하는 동조 질량 감쇠기를 구비하는 절삭 공구를 제공한다.
본 발명에 있어서, 동조 질량 감쇠기는 다수의 볼트 체결, 볼트 직접 체결, 억지끼워맞춤 및 내부 플레이트 체결 중 하나의 방식을 이용하여 장착되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 있어서, 고무 브러시에는 소정 패턴의 홀이 형성되어 있으며, 이 소정 패턴은 벌집 구조인 것을 특징으로 한다.
이러한 본 발명이 구성에 따르면, NC 보링 머신 등과 같은 대형 공작 기계에 적용되어 시스템의 동특성을 향상시킬 수 있는 절삭 공구를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 동조 질량 감쇠기를 적절한 형태와 위치에 장착한 절삭 공구를 제공할 수 있고, 이 절삭 공구를 사용함으로써 공작 기계의 최대 안정 절삭 깊이를 증대시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 동조 질량 감쇠기를 구비한 절삭 공구를 제공함으로써 강성의 저하 없이 시스템의 감쇠능, 즉 동강성을 효과적으로 향상시킬 수 있다.
도 1은 통상의 공작 기계용 절삭 공구를 도시한 사시도;
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 절삭 공구를 도시한 사시도;
도 3은 도 2의 동조 질량 감쇠기를 상세하게 도시한 단면도;
도 4는 본 발명의 절삭 공구가 체결된 상태를 도시한 예시도;
도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 동조 질량 감쇠기가 장착되는 방식을 예시적으로 나타낸 개략도;
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 다른 실시예에 따라 고무 브러시의 응력 분포를 나타낸 동조 질량 감쇠기의 단면도;
도 7a는 본 발명의 동조 질량 감쇠기가 구비된 절삭 공구의 해석 모델을 도시한 사시도;
도 7b 및 도 7c는 도 7a의 해석 모델을 이용한 해석 결과를 나타낸 그래프; 및
도 8은 본 발명의 동조 질량 감쇠기의 장착 여부에 따른 임계 절삭 깊이를 비교하여 나타낸 그래프이다.
* 도면의 참조부호 *
100: 절삭 공구
110: 공구 홀더 120: 커터
130: 동조 질량 감쇠기 132: 내부 플레이트
134: 고무 브러시 136: 질량체
140: 보링 바 150: 밀링 바
160, 164: 볼트 162a, 162b: 홀, 태핑 홀
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 절삭 공구를 도시한 사시도이고, 도 3은 도 2의 동조 질량 감쇠기를 상세하게 도시한 단면도이며, 그리고 도 4는 본 발명의 절삭 공구가 체결된 상태를 도시한 예시도이다.
도 2 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 절삭 공구의 구조 및 그 적용예를 설명한다.
본 발명의 절삭 공구(100)는 예컨대, NC 보링 머신과 같은 공작 기계의 주축(회전축)에 장착되는 홀더 공구(110)와 홀더 공구(110)의 선단에 체결되는 커터(120), 그리고 커터(120)에 인접한 위치에서 공구 홀더(110)의 표면에 동축으로 장착되는 동조 질량 감쇠기(130)를 포함한다.
동조 질량 감쇠기(130)는 공구 홀더(110)의 표면을 감싸면서 형성되는 동축의 내부 플레이트(132)와, 내부 플레이트(132) 위로 적층되는 동축의 고무 브러시(134), 및 고무 브러시 위로 적층되는 동축의 질량체(mass)(136)의 조합으로 구성된다.
동조 질량 감쇠기(130)가 구비된 절삭 공구(100)는 도 4에 도시된 것처럼, 공작 기계의 주축(회전축)에 장착된 공구 홀더(110)와 공구 홀더(110)에 체결된 커터(120), 그리고 공구 홀더(110)의 표면을 감싸면서 형성된 동조 질량 감쇠기(130)를 포함하여, 공작 기계에 체결된다. 예컨대, 도 4에서 공작 기계의 회전축은 보링 바(boring bar)(140)로 표현되고, 회전축 자체는 도시되어 있지 않다. 즉, 회전축은 보링 바(140) 또는 밀링 바(milling bar)(150)를 개재하여 그에 맞는 절삭 공구를 체결함으로써 드릴링, 보링, 밀링 등의 다양한 가공을 수행할 수 있다.
이처럼, 본 발명에 따른 절삭 공구(100)는 동조 질량 감쇠기(130)를 구비함에도 불구하고, 통상 규격의 공구 홀더(110)와 커터(120)를 그대로 사용할 수 있으며, 또한 이 통상 규격의 공구 홀더(110)가 장착되는 공작 기계의 장착 부위(예컨대, 회전축 등)에 어떠한 변경을 요구하지 않는다.
즉, 본 발명은 동조 질량 감쇠기를 부싱 형태로 제작하여 공구 홀더 표면에 끼워 상용 절삭 공구(예컨대, 공구 홀더와 커터 사이)의 잉여 공간에 장착함으로써, 기존의 공작 기계나 절삭 공구의 구성을 변경하거나 수정할 필요 없이 범용적으로 사용할 수 있다는 점을 특징으로 한다.
예컨대, NC 보링 머신과 같은 공작 기계의 다양한 내부 요소 설계에 대한 변경을 필요로 하지 않고 본 발명의 절삭 공구를 용이하게 적용할 수 있다. 예컨대, 본 발명이 적용되는 절삭 공구(공구 홀더와 커터)는 표준화(예컨대, BT 40, 50) 규격을 따르므로, 범용적으로 적용 가능하다.
종래의 경우 동조 질량 감쇠기를 적용하기 위해서 별도의 어댑터와 커터의 조합이 사용되던 예가 있으나, 이와 달리 본 발명에서는 동조 질량 감쇠기를 적용하더라도, 기존 규격의 절삭 공구(공구 홀더와 커터)가 사용될 수 있다는 점을 특징으로 한다.
또한, 이러한 동조 질량 감쇠기(130)를 적용함에 있어, 공작 기계의 사용 중에 채터가 발생하는 관심 진동 주파수와 절삭 공구의 크기에 따라 질량체(136)의 무게와 고무 브러시(134)의 물성치를 변경할 수 있다. 즉, 질량체(136)와 고무 브러시(134)를 적절하게 변경 또는 수정함으로써, 또는 다수 조합의 질량체와 고무 브러시를 준비한 후 적절히 교체함으로써, 본 발명의 동조 질량 감쇠기는 다양한 범위의 관심 진동 주파수에 대해 용이하게 적용할 수 있다.
예컨대, 질량체(136)는 스틸, 구리, 납, 니켈과 같은 고질량체(高質量體)가 사용될 수 있다. 또한, 고무 브러시(134)는 니트릴 고무(NBR; butadiene acrylonitrile rubber)와 에틸렌프로필렌 고무(EPDM; ethylene propylene rubber)와 같은 산업용 합성 고무가 사용될 수 있다.
이들 합성 고무는 가격이 저렴하면서도 그 가공이 쉽기 때문에 동조 질량 감쇠기(130)에 적용하기에 적합하다.
다음으로, 본 발명의 동조 질량 감쇠기(130)가 결합되는 다양한 방식을 도 5a 내지 도 5d를 참조하여 설명한다. 참고로, 도 5a 내지 도 5d는 동조 질량 감쇠기만을 도시하고 있으며, 이 동조 질량 감쇠기가 체결되는 절삭 공구의 도시는 생략되어 있다.
도 5a는 다수의 볼트를 이용한 체결 방식으로, 예컨대 다수의 끝이 둥근 볼트(160)를 이용하여 동조 질량 감쇠기(130a)와 절삭 공구(예컨대, 공구 홀더의 표면) 사이의 점 접촉을 이루는 방식이다. 즉, 내부 플레이트(132), 고무 브러시(134) 및 질량체(136)가 동축으로 적층된 후 다수의 볼트를 이용하여 이들 요소들을 조립하고, 내부 플레이트(132)의 내측으로 돌출된 볼트의 둥근 머리를 이용하여 공구 홀더와 다수의 점 접촉이 이루어지는 것이다. 따라서, 공구 홀더를 중심으로 내부 플레이트(132)의 내면을 따라 예컨대, 등간격으로 배열된 다수의 점 접촉을 이용하여 동조 질량 감쇠기(130a)가 절삭 공구, 즉 공구 홀더의 표면에 장착될 수 있다.
도 5b는 볼트 직접 체결 방식으로, 예컨대 각각 반원통형 구조의 쌍으로 이루어진 내부 플레이트(132), 고무 브러시(134) 및 질량체(136)의 조립체가 준비된 후 질량체(136)의 대응하는 부분에 홀(hole)(162a)과 태핑 홀(tapping hole)(162b)을 형성하고, 이 홀(162a)을 통해 태핑 홀(162b) 안으로 볼트(164)를 체결함으로써 반원통형 구조의 쌍으로 이루어진 동조 질량 감쇠기(130b)가 단단히 조여져 공구 홀더 상에 장착되는 방식이다.
도 5c는 억지끼워맞춤(interference fit) 방식으로, 예컨대 내부 플레이트(132)의 억지끼워맞춤 방식을 이용하여 내부 플레이트(132), 고무 브러시(134) 및 질량체(136)의 동조 질량 감쇠기(130c)를 절삭 공구에 장착하는 방식이다.
마지막으로, 도 5d는 내부 플레이트 체결 방식으로, 예컨대, 내부 플레이트(132)에 체결부(132a)를 형성하고, 내부 플레이트(132), 고무 브러시(134) 및 질량체(136)의 조립체로 이루어진 동조 질량 감쇠기(130d)를 이 체결부(132a)를 이용하여 절삭 공구 상에 장착하는 방식이다.
이처럼, 본 발명의 동조 질량 감쇠기는 다양한 방식을 통해 조립되어 절삭 공구 상에 장착될 수 있다. 또한, 본 발명의 동조 질량 감쇠기가 절삭 공구 상에 장착되는 방식이 이로 한정되는 것은 아니며, 임의의 방식을 통해 자유롭게 장착될 수 있다는 점은 자명하다.
다음으로, 도 6a 및 도 6b는 본 발명의 다른 실시예에 따라 고무 브러시의 응력 분포를 나타낸 동조 질량 감쇠기의 단면도이다.
예컨대, 도 6a는 고무 브러시(134)에 벌집 구조의 홀 패턴이 형성된 단면을 갖는 동조 질량 감쇠기(130')의 단면을 도시하며, 도 6b는 고무 브러시(134)에 다수의 원통 홀 패턴이 형성된 동조 질량 감쇠기(130")의 단면을 도시하고 있다.
이러한 홀 패턴은 제한된 공간에서 고무 브러시의 동특성 및 정강성(static stiffness) 확보를 위한 것이다. 특히 이들 홀 패턴은 적어도 4개 이상인 것이 바람직하고, 가장 바람직하기로는 벌집 구조(도 6a 참조)이다. 벌집 구조는 다른 홀 패턴에 비해 적은 질량으로 강성 확보가 가능하여, 실제 해석모델과 가장 오차가 적은 장점이 있다. 또한, 벌집 구조는 응력이 넓게 분포되어 응력 집중으로 인한 고무 경화가 적어, 보다 오랜 수명을 가질 수 있는 장점을 갖는다.
예를 들어, 도 6a 및 도 6b를 보면, 이들 도면에서 고무 브러시(134) 내에 형성된 홀 패턴에 응력이 집중되는 것을 알 수 있고, 이러한 응력 집중 상태를 고려할 때 도 6a의 벌집 구조는 응력이 다수의 점에 넓게 확산되어 있으나 도 6b의 원통홀 구조는 응력이 12점에 집중되어 있음을 알 수 있다. 이러한 응력 분포를 고려할 때, 도 6a의 벌집 구조가 더욱 바람직한 홀 패턴이 될 수 있음을 알 수 있다.
다음으로, 본 발명의 동적 질량 감쇠기가 구비된 절삭 공구에 대한 해석 모델을 제시한 후, 이 모델을 이용한 동강성 해석 결과를 설명한다. 도 7a는 절삭 공구에 대한 해석 모델이고, 도 7b 및 도 7c는 이 모델을 이용하여 해석한 결과의 일 예를 표현한 그래프이다.
도 7a에 따르면, 해석 모델은 절삭 공구(공구 홀더 및 커터)(100)가 회전축에서 500 mm 길이로 돌출된 지점에서 보링 바(140)에 장착되고, 다양한 회전 속도에 대해 약 2000 N의 입력 힘(input force)을 받는 상태에서 절삭 공구의 끝단에서 발생하는 변위를 측정하도록 제시되어 있다.
절삭 공구의 단부 변위는 도 7b 및 도 7c에서 범례로써 기재된 바와 같이, 감쇠기가 장착되지 않은 경우와, 약 1.5 kg의 질량을 갖는 감쇠기를 구비한 경우, 그리고 약 2.0 kg의 질량을 갖는 감쇠기를 구비한 경우 각각에 대해 그래프로 표시되어 있다.
도 7b는 시간에 대한 절삭 공구 단부의 변위(길이 변화량)를 도시하고 있으며, 도 7c는 주파수에 대한 절삭 공구 단부의 변위(길이 변화량)를 도시하고 있다. 도 7b 및 도 7c 모두 감쇠기가 장착되지 않은 경우 대비 감쇠기가 장착된 경우가 각각 현저히 개선된 모습을 나타내고 있다.
구체적으로, 도 7b는 감쇠기가 장착되지 않은 경우에 비하여 감쇠기를 장착한 경우가 각각 잔류 진동이 빠르게 안정화되는 것을 나타내고 있으며, 도 7c는 감쇠기가 장착되지 않은 경우에 비하여 감쇠기를 장착한 경우가 각각 동적 거동(진동) 진폭이 현저하게 감소하는 것을 나타낸다. 특히, 도 7c에서, 동적 거동(진폭)의 감소량은 감쇠기가 장착되지 않은 경우를 기준으로, 예컨대 약 1.5 kg 질량의 감쇠기가 장착된 경우는 약 91.5%의 진동 진폭이 감소하고, 약 2.0 kg 질량의 감쇠기가 장착된 경유는 약 92.7%의 진동 진폭이 감소함을 나타낸다.
다음으로, 도 8은 본 발명에 따라 동조 질량 감쇠기를 구비한 절삭 공구를 사용할 때, 결과로써 나타나는 안정 절삭 깊이의 증대 효과를 예시적으로 도시한 비교도이다.
예를 들면, 도 8의 좌측 그래프는 감쇠기를 구비하지 않은 종래의 경우 다양한 공작 기계의 회전 속도를 기준으로 나타나는 안정 절삭 깊이를 도시하고 있으며, 이들 각 회전 속도별 최대 안정 절삭 깊이를 연결하여 임계 절삭 깊이를 점선으로 표시하고 있다.
도 8의 우측 그래프는 감쇠기를 구비한 경우에 다양한 공작 기계의 회전 속도를 기준으로 나타나는 안정 절삭 깊이를 도시하고 있으며, 역시 이들 각 회전 속도별 최대 안정 절삭 깊이를 연결하여 임계 절삭 깊이를 점선으로 표시하고 있다.
도 8에서 명확히 나타나는 것처럼, 본 발명에 따라 동조 질량 감쇠기를 장착한 경우에 모든 회전 속도에 대해서 안정 절삭 깊이가 증대되는 것을 확인할 수 있으며, 또한 이들 안정 절삭 깊이를 연결하여 표시되는 임계 절삭 깊이 역시 종래에 비해 크게 증대됨을 알 수 있다.
예컨대, 도 8에서 비교되는 것처럼, 동조 질량 감쇠기가 장착되지 않은 종래의 경우에 비해 본 발명에 따라 동조 질량 감쇠기를 장착한 경우 약 170%의 임계 절삭 깊이가 증대될 수 있음을 확인할 수 있다. 즉, 약 170%의 생산성 향상을 가져올 수 있다.
이상에서 기술한 바와 같이, 본 발명에 따른 절삭 공구는 강성을 저하시키지 않으면서 감쇠능을 증대시킬 수 있는 동조 질량 감쇠기를 구비함을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 절삭 공구는 통상 규격의 절삭 공구(예컨대, 커터 및 공구 홀더)의 잉여 공간에 동조 질량 감쇠기를 장착할 수 있게 구성됨으로써, 별도로 어댑터를 추가하거나 공작 기계의 설비 요소에 대한 수정을 요구함 없이 범용적으로 사용될 수 있는 동조 질량 감쇠기를 제시한다.
또한, 본 발명의 절삭 공구는 통상 규격의 절삭 공구에 대해, 내부 플레이트와 고무 브러시 및 질량체의 3개 요소가 그 크기와 무게 등의 면에서 임의의 조합으로 구성될 수 있는 부싱 형태의 동조 질량 감쇠기를 구비함으로써, 감쇠능을 향상시키고자 하는 관심 주파수 영역에 대해 적절하게 대응할 수 있다.
요약하면, 본 발명에 따른 절삭 공구는 다음과 같은 장점을 갖는다.
먼저, 단순한 구조와 다양한 장착 방법이 가능하여 적용이 쉽고 가격이 저렴한 동조 질량 감쇠기를 구비할 수 있다.
다음으로, 발명이 적용된 절삭 공구를 교환함(예컨대, 절삭 공구에 구비되는 동조 질량 감쇠기를 교환함)으로써, 다양한 관심 진동 주파수에 대해 적절하게 대응할 수 있다.
또한, 예컨대 NC 보링 머신과 같은 공작 기계의 다양한 내부 구성요소에 대해 설계 변경 등을 필요로 하지 않으면서 동조 질량 감쇠기의 장착이 가능한 본 발명의 특징에 따른 절삭 공구를 제공할 수 있다.
본 발명은 강성저하를 발생시키지 않으면서 감쇠능을 향상시킬 수 있는 구조의 절삭공구에 이용될 수 있다.

Claims (3)

  1. 공작 기계의 회전 주축에 장착되는 공구 홀더(110);
    상기 공구 홀더의 선단에 체결되는 커터(120); 및
    상기 커터(120)에 인접하여 상기 공구 홀더(110)의 표면에 동축으로 장착되는 동조 질량 감쇠기(tuned mass damper)(130)를 포함하며, 상기 동조 질량 감쇠기(130)는:
    상기 공구 홀더(110)의 표면을 감싸면서 형성되는 동축의 내부 플레이트(132);
    상기 내부 플레이트(132) 위로 적층되는 동축의 고무 브러시(134); 및
    상기 고무 브러시(134) 위로 적층되는 동축의 질량체(136);
    의 조합을 포함하는 부싱 형태로 구성되는 것을 특징으로 하는 동조 질량 감쇠기(130)를 구비하는 절삭 공구(100).
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 동조 질량 감쇠기(130)는 다수의 볼트 체결, 볼트 직접 체결, 억지끼워맞춤 및 내부 플레이트 체결 중 하나의 방식을 이용하여 장착되는 것을 특징으로 하는 동조 질량 감쇠기(130)를 구비하는 절삭 공구.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 고무 브러시(134)에는 소정 패턴의 홀이 형성되어 있으며, 상기 소정 패턴은 벌집 구조인 것을 특징으로 하는 동조 질량 감쇠기(130)를 구비하는 절삭 공구.
PCT/KR2012/000383 2011-01-21 2012-01-17 동조 질량 감쇠기를 구비하는 절삭 공구 Ceased WO2012099371A2 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110006223A KR20120084907A (ko) 2011-01-21 2011-01-21 동조 질량 감쇠기를 구비하는 절삭 공구
KR10-2011-0006223 2011-01-21

Publications (2)

Publication Number Publication Date
WO2012099371A2 true WO2012099371A2 (ko) 2012-07-26
WO2012099371A3 WO2012099371A3 (ko) 2012-11-15

Family

ID=46516214

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2012/000383 Ceased WO2012099371A2 (ko) 2011-01-21 2012-01-17 동조 질량 감쇠기를 구비하는 절삭 공구

Country Status (2)

Country Link
KR (1) KR20120084907A (ko)
WO (1) WO2012099371A2 (ko)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102584750B1 (ko) * 2016-10-12 2023-10-06 주식회사 디엔솔루션즈 공구 스핀들 및 이를 포함하는 공작 기계

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5531507A (en) * 1978-08-14 1980-03-05 Sumitomo Electric Ind Ltd Vibration-proof tool shank
JPH01117803U (ko) * 1988-01-30 1989-08-09
NO307649B1 (no) * 1995-09-21 2000-05-08 Teeness As Støyfjernende adapter for skjæreverktøy
JP3012205B2 (ja) * 1996-10-28 2000-02-21 早川ゴム株式会社 管状体の防音制振構造
NO321556B1 (no) * 2002-04-30 2006-05-29 Teeness As Dempeanordning for demping av vibrasjoner
SE528470C2 (sv) * 2004-02-03 2006-11-21 Mircona Ab Vibrationsdämpad verktygshållare med viskoelastiskt dämpningsmaterial

Also Published As

Publication number Publication date
WO2012099371A3 (ko) 2012-11-15
KR20120084907A (ko) 2012-07-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN211136480U (zh) 一种阻尼减振装置及减振刀具
EP3241647B1 (en) Machine tool with active damping system
US9919365B2 (en) Side milling cutter for slot cutting
WO2012099371A2 (ko) 동조 질량 감쇠기를 구비하는 절삭 공구
US20190118318A1 (en) Fixture for thin-walled workpiece
KR20140004252A (ko) 방진 부재 및 절삭 공구
RU2302566C2 (ru) Резиновый виброизолятор
CN210255151U (zh) 一种夹持结构及加工设备
CN215588459U (zh) 一种减重防振刀杆及数控机床
DE102019112631B4 (de) Spanneinrichtung zum Spannen eines Bauteils
CN206036048U (zh) 一种减振降噪法兰
EP4126427B1 (en) Tool holder for tool assembly and tool assembly comprising tool holder
Madoliat et al. Modeling and analysis of frictional damper effect on chatter suppression in a slender endmill tool
CN220761082U (zh) 一种笼型镗削工装
CN112611531A (zh) 智能导钻井下工具振动试验工装
CN112611530A (zh) 用于智能导钻井下工具振动试验工装的底座
KR102299549B1 (ko) 초음파 트랜스듀서의 진동 차단유닛
CN211218841U (zh) 一种适用二次加工孔装置
WO2020231047A1 (en) Cutting tool assembly
CN210132257U (zh) 一种机床防震结构
CN216812683U (zh) 安装盒、扫描装置和工程机械
KR20110113867A (ko) 방진장치 및 그 방진장치가 구비된 절삭공구
CN210967840U (zh) 一种双头铣床用床身底座
CN112857724B (zh) 一种钻井工具垂直振动试验装置及系统
CN221474318U (zh) 一种链轮用工装

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 12736709

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A2

NENP Non-entry into the national phase in:

Ref country code: DE

122 Ep: pct app. not ent. europ. phase

Ref document number: 12736709

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A2