KR100570258B1 - 트위스트 드릴 - Google Patents

Abstract

적어도 하나의 나선형 칩 배출 홈뿐만 아니라 섕크도 포함하는 트위스트 드릴에서, 드릴 비트(3)에는 드릴 섕크의 중심축과 교차하는 기준 평면에 대해 소정의 각도로 연장하는 여유면(7)과 전방면 또는 상부면(6) 사이에 위치된 적어도 하나의 절삭날(5)이 포함된다. 절삭날(5)의 적어도 일부와 관련하여, 제2 여유면이 제공되며, 제2 여유면(9)은 상기 기준 평면에 대해 제1 여유면(7)과 다른 각도로 연장한다.

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Description

트위스트 드릴{TWIST DRILL}

도1은 본 발명의 원리에 따라 제조된 2개의 드릴 비트를 갖는 트위스트 드릴의 사시도.

도2는 본 발명에 따라 제조된 개별 드릴 비트의 사시도.

도3은 보어 구멍의 파형 저부를 개략적으로 나타내는 확대 평면도.

도4는 보어 구멍 저부의 파형 형성부를 매우 큰 축척으로 도시하는 부분 단면도.

도5는 절삭날과 관련하여 도2에 따른 드릴 비트를 통해 취한 확대 부분 단면도.

도6 및 도7은 본 발명의 대안 실시예를 도시하는 유사한 확대 부분 단면도.

도8은 드릴의 기하학적 중심축과 관련하여 도시된 드릴 비트를 통해 취한 개략 단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 드릴

2 : 부착부

3 : 드릴 비트

4 : 홈

5 : 절삭날

6 : 전방면 또는 상부면

7 : 제1 여유면

8 : 하부면

9 : 제2 여유면

10 : 절삭날 형성부

본 발명은 하나 이상의 나선형 칩-배출 홈을 갖는 섕크를 포함하는 종류의 트위스트 드릴에 관한 것으로, 각각의 홈은 드릴 섕크의 중심축과 교차하는 기준 평면에 대해 소정의 각도로 연장하는 여유면과 전방면 또는 상부면 사이에 위치된 적어도 하나의 절삭날을 갖는 적어도 하나의 드릴 비트(drill bit)와 상호 협력한다.

설명을 계속하기 전에, 도1에 도시된 트위스트 드릴은 섕크 내의 2개의 칩-배출 홈과 상호 협력하는 2개의 드릴 비트를 포함한다는 것을 지적하고자 한다. 이러한 홈들은 엄밀하게는 나선형(helical)이 아니라 나선체형(helicoidal)이지만, 본 공구들의 종류는 당해 기술 분야의 숙련자에 의해 트위스트 드릴이라고 불린다. 따라서, 이제부터는, 칩-배출 홈들은 기하학적 의미에서는 나선체형이지만 나선형으로서 설명될 것이다.

또한, 홈의 개수가 2개 이외의 것일 수도 있다는 것과, 하나 이상의 드릴 비트가 각각의 개별 홈과 상호 협력할 수도 있다는 것도 지적하고자 한다.

일반적으로, 트위스트 드릴은 기계 가공 동안에 비틀림 방향으로 진동하는 경향이 있다. 드릴 공구가 작동 중일 때, 섕크는 비틀림 방향으로 전후로 진동함으로써, 섕크는 교대로 신장 및 수축된다. 이러한 주기는 피드-백 진동 기구 형태의 재생 효과(regenerative effect)를 발생시키며, 이는 다음과 같은 방식으로 간략하게 설명될 수도 있다.

드릴 섕크가 상기 방식으로 진동할 때, 개별 절삭날은 도3 및 도4에 대체로 도시된 바와 같이 보어 구멍의 저부에서 파형면을 절삭한다. 다음에, 동일한 하나의 절삭날 또는 다음 절삭날(공구가 동일한 경로로 절삭하는 하나 이상의 절삭날을 포함하는 지에 따라 다름)이 상기 파형면을 지날 때, 제2 파형면이 생성된다(각각 도4의 실선 및 점선을 비교). 실제로, 이는 칩의 공칭 두께가 보어 구멍의 저부의 파형면들 사이에서 위상 위치 또는 위상 변위 상태에 따라 변할 것이라는 것을 의미한다. 칩의 공칭 두께가 변할 때, 절삭력도 변할 것이다. 이는 상기 진동 기구의 배후의 구동력을 구성한다. 칩의 폭이 (드릴의 다른 성질들이 불변인 상태로 드릴의 직경이 증가된다는 사실에 의해) 소정값을 넘어 증가되는 경우에, 기계 시스템은 더 이상 견딜 수 없어서, 진폭은 커지고 불안정해질 것이다. "기계 시스템"은 본 명세서에서 주로 나선형 절삭 드릴로 이해된다. 이러한 기계 시스템은 주로 드릴 섕크의 길이에 의해 영향을 받는다. 정확하게는, 드릴이 길면 드릴이 짧은 경우보다 비틀림-방향으로 더욱 불안정해진다.

재생 효과가 개시된 경우에, 즉 진폭들이 커진 경우에, 잠시 후에 진동 수준은 매우 높을 것이다. 그러나, 진폭의 성장은 다른 기구, 예컨대 절삭날이 자유롭게 절삭할 수 없다는 사실의 결과로서 소정의 시간 후에 감소한다.

본 발명의 목적은 상기 문제점들을 적절하게 취급하여 개량된 트위스트 드릴을 제공하는 것이다. 이와 같이, 1차 목적은 사용시에 바로 불안정한 재생 효과의 출현, 즉 드릴이 작동할 때 드릴 섕크의 진폭을 증가시키는 것을 상쇄시키는 트위스트 드릴을 제공하는 것이다.

본 발명에 따르면, 상기 목적은 청구항 1의 특징부에 한정된 특징들에 의해 성취된다. 본 발명의 양호한 실시예들은 종속항들에 추가로 한정된다.

도1에 도시된 드릴 공구는 종래의 홀더 내로의 공구의 부착에 적절한 형상을 갖는 부착부(2)로 후방 단부에서 전이되는 섕크(1)를 포함한다. 섕크는 그 전방 단부 또는 선단에서 2개의 드릴 비트(3)를 갖는다. 도시된 예에서, 이러한 드릴 비트들은 착탈 가능한 종류로 되어 있다. 정확하게는, 드릴 비트들은 나사에 의해 섕크의 선단 영역의 소정의 장착부 내에서 체결될 수도 있다. 상기 실시예에서, 드릴 비트의 개수에 대응하는 개수의 홈(4)은 섕크의 선단으로부터 후방으로 연장한다. 이러한 홈들은 나선형이고, 칩들을 배출하는 목적을 가지며, 칩들은 드릴 비트(3)들에 의해 분리되어 드릴 구멍으로부터 배출된다.

도2에서, 개별 드릴 비트(3)는 확대된 축척으로 도시되어 있다. 이러한 실 시예에서, 드릴 비트는 육각형 기본 형상과, 작동 동안에 쌍으로 작동하는 3쌍의 상호 협력 주 절삭날(5, 5)을 갖는다. 즉, 드릴 비트(3)는 부품 장착부 내의 3개의 다른 위치들 사이에서 재조정될 수도 있다.

각각의 개별 주 절삭날(5)으로는 한편은 드릴 비트 상의 전방면 또는 상부면(6)과 다른 한편은 전방면(6, 또는 전방면이 복잡하고 평탄하지 않은 형상을 갖는 경우에는 전방면에 대체로 평행한 임의의 중립면)에 대해 예각으로 연장하는 여유면(7) 사이에 제공되거나 위치된다. 기존의 표준에 따르면, 전방면(6)에 대한 여유면(7)의 각도는 78 내지 84°의 범위 내에 있다. 즉, 그 여각(complementary angle) β(도5 내지 도7 참조)는 6 내지 12°의 범위 내에 있다.

드릴 비트 상의 전방면(6)에 대향한 하부면(8)은 도5 내지 도7에 도시되어 있다.

도시된 드릴 공구 및 그 드릴 비트가 지금까지 설명되었지만, 이들은 모두 공지된 기본적인 사항들이다.

본 발명의 신규한 특징은, 제2 여유면(9)이 드릴 비트(3)의 개별 주 절삭날(5)의 적어도 일부와 관련하여 제공되며, 전방면(6, 또는 이와 대체로 평행한 드릴 비트를 통한 중립면)에 대한 제2 여유면(9)의 각도는 전방면(6)에 대한 제1 여유면(7)의 각도보다 크다는 것이다. 유리하게는, 전방면에 대한 제2 여유면(9)의 각도는 87 내지 89°의 범위에 있다. 즉, 도5 내지 도7에 따른 여각 α는 1 내지 3°의 범위 내에 있다.

도6에 따른 대안 실시예에서뿐만 아니라 도2 및 도5에 따른 실시예에서도, 제2 여유면(9)은 개별 주 절삭날(5)의 길이의 소정 부분을 따라서만 연장한다. 이렇게 함으로써, 제2 여유면(9)은, 도5 및 도6에 따른 실시예에서, 주 절삭날(5)에 대해 깊이 방향으로 변위된 상태인 짧은 부 절삭날 또는 절삭날 형성부(10)에 연결되며, 주 절삭날(5)은 제1 여유면(7)에 연결될 뿐이다. 정확하게는, 부속 부 절삭날(10)과 함께 제2 여유면(9)은 드릴 비트 본체 내로 소정 거리만큼 변위된 상태이며, 제2 여유면(9)은 구분선(11)을 경유하여 제1 여유면(7)에 평행할 수도 있는 표면(12)으로 전이된다. 즉, 각도 β 및 γ는 동등하게 크다. 실제로, 제2 여유면(9)의 길이 "x"는 표면(12)의 길이 "y"보다 작아야 한다. 또한, 제2 여유면(9) 및 표면(12)에 의해 경계가 정해진 카운터싱크(countersink)는 제1 여유면(7)의 전체 폭보다 상당히 작은 폭을 가져야 한다는 것도 지적하고자 한다. 즉, 부 절삭날(10)의 길이는 개별 주 절삭날(5)의 길이보다 상당히 작아야 한다.

도6에 따른 실시예에서, 제2 여유면(9) 및 표면(12)은 제1 여유면(7)에 대해 어느 정도 돌출된 돌출부 상에 제공된다. 다른 관점에서, 도5에 따른 실시예에 대해 상기된 바와 같이 동일한 치수 및 각도 조건이 본 실시예에도 적절할 수도 있다.

도7에는 급경사의 제2 여유면(9)이 절삭날(5)의 전체 길이를 따라 연장하는 제3 실시예가 도시되어 있다. 이와 같이, 상기 실시예에서, 제2 여유면(9)은 구분선(11)을 경유하여 제1 여유면(7)으로 직접 전이된다. 즉, 이렇게 함으로써, 도5 및 도6에 도시된 종류의 각각 카운터싱크 및 돌출부가 생략된다.

도8에는 드릴의 개별 드릴 비트(3)가 드릴의 기하학적 중심축 "C"(회전축)에 의해 나타낸 기준 평면에 대해 경사 위치로 놓일 수도 있는 방법이 도시되어 있다. 본 발명에 따른 기본적인 사항은 제2 여유면(9)이 상기 기준 평면에 대해 제1 여유면(7)과 다른 각도로 연장한다는 것이다.

하나의 단일 평면 여유면이 개별 절삭날에 대해 예컨대 78 내지 84°의 각도로 연장할 뿐만 아니라, 제2 여유면이 드릴 비트의 전방면에 대해 급격한 각도로 연장하는 상기 방식으로 드릴 비트를 형성함으로써, 여유면이 공작물의 재료를 소성시키지 않으면, 드릴은 자유롭게 절삭함으로써 얻어지는 진폭보다 큰 진폭으로 진동할 수 없다는 것이 증명되었다. 이러한 재료의 소성화는 소성화를 위해 소비된 일에 의해 진동을 감쇠시킨다. 진폭들이 제한되거나, 진동수가 공구에 대해 고유한 진동수, 즉 공구의 고유 진동수 미만으로 감소된다. 공구가 그 고유 진동수가 아니라 그보다 작은 진동수로 진동할 수 있을 때 공구가 진동하는 진폭은, 이러한 진동수들에서의 진동이 빠르게 감쇠된다는 사실에 의해 당연히 작아질 것이다. 소정의 진동수에서 상기 재생 효과가 발생되게 하기 위해, 즉 진폭이 커지게 하기 위해, 복소수 평면에 나타낸 이러한 진동수에서의 시스템의 전달 함수는 음의 실수부를 가질 것이 요구된다. 낮은 진동수에서, 실수부는 양이 된다.

드릴 공구가 높은 진동수로 진동할 수 없는 경우에, 재생 효과도 불안정하게 될 수 없다. 즉, 발생될 수 없다[펙 엠 타이펠 케이(Veck M Teipel K) "동력학적으로 작동하는 칩 형성 공작 기계(Dynamisches Verhalten spanander Werkzeugmaschinen)", 쉬프링거 출판사(Springer-Verlag) 1977, ISBN 3-540-08468- 1 참조].

본 발명의 실질적인 장점은 대응하는 성능을 갖는 기존의 드릴들보다 길이 및/또는 직경이 큰 트위스트 드릴의 사용을 가능케 한다는 것이다. 이와 같이, 제조업자는 드릴의 섕크를 연장하는 것과, 긴 절삭날(즉, 큰 직경) 또는 불안정해지는 재생 효과가 없는 효율적인 절삭날들을 갖는 드릴 비트를 제조하는 것 중에서 선택할 수도 있다. 물론, 드릴 섕크의 연장도 직경의 증가와 결합될 수도 있다.

Claims (5)

1. 드릴 섕크의 중심축(C)과 교차하는 기준 평면에 대해 소정의 각도로 연장하는 제1 여유면(7)과 전방면 또는 상부면(6) 사이에 위치된 적어도 하나의 절삭날(5)을 갖는 적어도 하나의 드릴 비트(3)와 각각 상호 협력하는 하나 이상의 나선형 칩-배출 홈(4)을 구비한 섕크를 포함하는 트위스트 드릴이며,

   제2 여유면(9)이 절삭날(5)의 적어도 일부와 관련하여 제공되고, 상기 기준 평면에 대해 제1 여유면(7)과 다른 각도로 연장하는 것을 특징으로 하는 트위스트 드릴.
2. 제1항에 있어서, 상기 기준 평면에 대한 제2 여유면(9)의 각도는 상기 기준 평면에 대한 제1 여유면(7)의 각도보다 큰 것을 특징으로 하는 트위스트 드릴.
3. 제2항에 있어서, 드릴 비트를 통한 중립면 또는 전방면에 대한 제1 여유면(7)의 각도는 78 내지 84°의 범위 내에 있으며, 상기 중립면에 대한 제2 여유면(9)의 각도는 87 내지 89°의 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 트위스트 드릴.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 제2 여유면(9)은 절삭날(5)의 전체 길이 중 소정 부분을 따라서만 연장하는 것을 특징으로 하는 트위스트 드릴.
5. 제4항에 있어서, 전방면(6)과 상기 제2 여유면(9) 사이의 부 절삭날(10)은 제1 여유면(7)에 단지 연결될 뿐인 주 절삭날(5)에 대해 깊이 방향으로 변위된 것을 특징으로 하는 트위스트 드릴.

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