KR100675921B1

KR100675921B1 - 절삭가공용 공구 및 커팅 헤드

Info

Publication number: KR100675921B1
Application number: KR1020017007872A
Authority: KR
Inventors: 리드베르크크리스터; 코스키넨요르마
Original assignee: 세코 툴스 에이비
Priority date: 1998-12-22
Filing date: 1999-12-16
Publication date: 2007-01-29
Anticipated expiration: 2019-12-16
Also published as: CZ20012280A3; US6241433B1; DE69919032T2; CN1092553C; DE69919032D1; WO2000037204A1; EP1152858B1; SE9804459L; SE9804459D0; EP1152858A1; KR20020020676A; SE512053C2; JP2002532272A; CN1329529A; CZ295011B6

Abstract

본 발명은 공작물에 대하여 회전이 가능한 절삭가공용 공구(27) 및 커팅 헤드(26)에 관한 것이다. 상기 공구는 홀더(28), 커팅 헤드(26) 및 체결수단(29)을 포함한다. 상기 홀더는 전방면(30)을 구비하고 상기 커팅 헤드는 실질적으로 반경방향 평면에서 서로 해제가능하게 맞닿도록 마련된 지지면(16)을 구비한다. 상기 커팅 헤드(26)는 사출성형된 초경합금으로 이루어지며 적어도 하나의 절삭날 및 상기 체결수단(29)과 상호작용하도록 제공된 중앙의 블라인드 홀(15)을 포함한다. 상기 블라인드 홀과 상기 절삭날은 상기 커팅 헤드(26)와 일체화되어 있다. 상기 체결수단(29)은 상기 블라인드 홀을 통해 상기 전방면을 향하는 방향으로 상기 커팅 헤드에 작용하도록 마련된다. 사출성형된 초경합금보다 무른 재료의 인써트(21)가 상기 블라인드 홀(15)에 부착된다. 상기 인써트(21)는 상기 체결수단(29)과 상호작용하도록 마련된 나사산을 포함한다.

Description

절삭가공용 공구 및 커팅 헤드{TOOL AND CUTTING HEAD FOR CUTTING MACHINING}

본 발명은 독립항의 전문에 따른 공구 및 커팅 헤드에 관한 것이다.

상기 서술한 형태의 공구는 US-A-5,947,660호를 통해 이미 알려져 있다. 작은 치수의 공구는 커팅 헤드와 공구 본체 사이의 결합에 있어서 충분한 강도나 안정성을 갖지 못하는 것으로 알려져 있다.

본 발명의 목적은 매우 큰 하중용량이 전달될 수 있는, 두 개의 공구 부품을 위한 커플링을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 연속적으로 안정성 있는 공구를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 우수한 정밀도를 가진 공구를 제공하는 것이다.

이들 목적과 그 밖의 목적은 도면을 참고로 하여 첨부된 청구항에 규정된 것과 같은 공구 및 커팅 헤드에 의해 달성된다.

도 1a는 본 발명에 따른 커팅 헤드의 경질금속부(hard metal portion)를 나타내는 도 1b에서의 선 I-I를 따라 자른 종단면도이다. 도 1b는 상기 부분의 끝단부도(end view)이다. 도 2는 상기 부분과 상호작용하는 인써트를 나타내는 도면이다. 도 3은 본 발명에 따른 커팅 헤드의 사시도이다. 도 4는 본 발명에 따른 공구의 전방 단부면을 나타내는, 부분 종단면도이다. 도 5는 상기 공구의 입체 분해도이다.

도 6a는 본 발명에 따른 커팅 헤드의 대안적인 실시예로서 경질금속부의 종단면도이다. 도 6b는 상기 부분의 끝단부도이다. 도 7은 상기 부분과 상호작용하는 인써트를 나타내는 도면이다. 도 8은 본 발명에 따른 커팅 헤드의 종단면도이다.

도 9a는 본 발명에 따른 커팅 헤드의 대안적인 실시예로서 경질금속부의 종단면도이다. 도 9b는 상기 부분의 끝단부도이다. 도 10은 상기 부분과 상호작용하는 인써트를 나타내는 도면이다. 도 11은 본 발명에 따른 커팅 헤드의 종단면도이다.

도 1a 및 도 1b는 본 발명에 따른, 바람직하게는 사출성형된, 경질금속부 (10)를 보여준다. 상기 경질금속부(10)는 원통형의 기본형상을 가지며, 생크부 또는 중간부(12)로 연결되는 베이스 또는 지지부(11)를 포함하고, 이 베이스부 또는 지지부(11)는 다시 상기 부분(10)의 자유단에 제공된 절삭날부(13)에 연결된다. 상기 베이스(11)는 직경 D1을 가지며, 이는 실질적으로 중간부(12)의 직경 D2 보다도 크고 절삭날부(13)의 직경 D3 보다도 크다. 드릴링이나 밀링시에 칩을 위한 공간을 형성하기 위해서 직경 D3는 직경 D2 보다 약간 더 크다. 본 예시에서, 상기 부분(13)은 다수의 구부러진 절삭날을 가진 로터리 파일(rotary file)의 형상을 갖지만, 대안적으로는 회전축(CL)을 향해 연장되는 단지 두 개의 날을 가진 드릴 형태일 수도 있다. 드릴이 있는 경우에는 중간부(12)도 칩 플루트(chip flute)를 가지면 유리하다. 상기 베이스(11)는 부드럽게 만곡된 쇼울더부(14)를 지나 중간부(12)로 연결된다. 상기 쇼울더부(14)와 절삭날부(13)간의 축거리(X)는 최대 가공 깊이를 형성한다.

블라인드 홀(15)이 회전축(CL)에 대하여 대칭으로 그리고 베이스(11)의 중심에 제공된다. 상기 홀(15)은 지지면(16)에서 끝나며 축방향 깊이 d를 가진다. 상기 홀(15)은 더브 테일(dove tail)의 단면을 가지는데, 즉 가장 큰 직경은 홀(15)의 바닥부(17)가 예각으로 홀의 벽(18)으로 연결되도록 개구부(orifice)의 직경보다 크다. 상기 블라인드 홀과 절삭날은 경질금속부로 일체화된다.

상기 지지면(16)은 링형의 기본 형상을 가지며 두 개의 홈부를 포함한다. 각 홈부는 실질적으로 전체의 지지면(16)을 차지하며 서로 별개인 다수의 동일한 플루트 또는 홈(19A, 19B)을 포함한다. 상기 홈부에서의 홈은 서로 수직인 두 개의 주 방향을 갖는다. 실질적으로 두 개의 홈부 모두에서 각각의 홈(19A, 19B)은 두 곳에서 베이스(11)의 덮개면(20)과 교차한다. 각각의 홈(19A, 19B)은 길쭉하며(elongated) 대략 V-형상의 단면이다. 각각의 홈은 뾰족하거나 둥근 과도부(transition)를 지나 바닥부로 연결되는 두 개의 플랭크를 갖는다. 상기 플랭크들은 서로 예각을 형성한다.그 각도는 40°에서 60°사이이며, 바람직하게는 55°내지 60°이다. 각 홈부에 있는 홈들의 수는 홀더의 앞면이 어떤 형상인지에 의존하고, 5개 내지 30개 사이에서 결정된다. 상기 홈부의 디자인은 이들이 평면인 때보다 비표면(specific surface)을 훨씬 더 크게 한다. 상기 홈부는 상기 지지면(16)의 액세스 가능한 면적의 적어도 80%, 바람직하게는 90-100%를 차지한다. 상기 지지면(16)의 기능은 아래에 서술되는 바와 같이, 커플링이 두 개의 상호작용면들과 상기 표면들을 모두 함께 가압하는 수단을 포함하는 경우에 상기 지지면(16)과 섕크의 앞면 사이의 상호작용에 관하여, 본 명세서에 인용되고 있는 PCT/SE98/01146호에 더욱 상세하게 개시되어 있다. 상기 표면들은 서로 대항하는 형상에 의한 록킹(locking)을 가능하게 하기 위해서 홈이 있는 프로파일을 갖는다.

사출성형된 초경합급보다 무른(softer) 물질의 부싱(bushing) 또는 인써트(21)가 도 2에 도시되어 있다. 상기 부싱은 강으로 만들어진 것이 바람직하며 원통형의 기본 형상을 갖고 축 방향으로의 소정 치수(h)를 갖는다. 상기 부싱의 덮개면은 원주상에 연장되는 다수의 홈 또는 세그먼트(22)를 포함한다. 상기 부싱은 제1단부면(23) 및 제2단부면(24)을 포함한다. 상기 단부면(23, 24)은 서로 평행하고 회전축(CL)에는 수직인 것이 바람직하다. 상기 제1단부면(23)에 가장 가까운 원통형 세그먼트를 제외한 모든 세그먼트는 끝이 잘린 원뿔형 부분으로 구성되며 그 가상의 선단은 상기 단부면(23) 바깥 쪽을 향하고 있다. 각각의 세그먼트 베이스는 연결된 세그먼트의 가장 좁은 부분의 직경보다 더 큰 직경을 가지며, 이로 인해 뾰족한 원주 플랜지가 형성된다. 상기 단부면(23)은 부싱의 가장 큰 직경을 형성하고 이것은 상기 홀(15)의 가장 작은 직경보다는 더 작다. 상기 부싱은, 중심을 관통하며 가는 눈 나사산이 형성된 구멍(25)을 갖는다. 여기서 "가는 눈 나사산이 형성" 이라는 의미는 ISO-표준에 따른 거친(coarse) 또는 보통의 피치보다 더 작다는 것을 의미하며, 즉 예컨대 M5용 "보통" 피치는 표준에 따라 0.8mm 인 반면에 "가는 눈" 피치는 0.5mm이다.

본 발명에 따라 경질금속부 및 부싱으로부터의 커팅 헤드(26)의 제조는 다음과 같이 행해진다. 상기 부싱(21)은 단부면(23)이 바닥부(17)에 맞닿도록 블라인드 홀 안으로 삽입되며, 그 후 용융된 납땜 재료가 상기 부싱의 바깥 쪽에 반경 방향으로 삽입된다. 이후에, 상기 납땜 재료가 냉각되면 상기 부싱은 블라인드 홀(15) 내의 중심부에 고정된다(도 3a 참조). 상기 부싱의 높이(h)는 상기 홀의 깊이(d)보다 작기 때문에 단부면(24)과 지지면(16)의 평면 사이에는 갭이 형성될 것이다.

도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 공구(27)를 보여준다. 밀링용 공구(27)는 대략 원통형의 홀더(28), 다중날 커팅 헤드(26) 및 스크루 또는 기타 클램핑 수단(29)을 포함한다.

상기 홀더(28)는 강, 초경합금 또는 고속도강으로 만들어질 수 있다. 상기 홀더(28)의 한 쪽 자유단은 기계내의 회전 가능한 스핀들(도시되지 않음)에 고정되도록 하는 한편, 반대 쪽 자유단 표면은 전방면(front surface;30)과 나사가 없는 홀(31)을 포함하여 이루어진다. 상기 전방면(30)은 원형의 기본 형상을 가지며 두 개의 홈부(32A, 32B)를 포함한다. 각각의 홈부는 상기 전방면(30)의 대략 절반을 덮고 있고 서로 별개인 다수의 동일한 플루트 또는 홈을 포함한다. 상기 홈부에 있는 홈들은 서로 수직인 두 개의 주 방향을 갖는다. 제2홈부(32A)는 제1홈부(32B)와 경계를 이루고 있다. 제1홈부(32B)에 있는 각각의 홈들은 실질적으로 두 곳에서 상기 홀더의 덮개면과 교차하는 반면에, 제2홈부(32A)에 있는 각각의 홈들은 실질적으로 한 곳에서 상기 홀더의 덮개면과 교차한다. 각각의 홈은 길쭉하며 그 단면은 대략 V-형상이다.

부싱의 가는 눈 나사구멍(25)은 스크루(29)를 수용하도록 제공된다. 상기 스크루는 나사산이 형성된 자유단을 가진 내부 당김봉(internal pull rod)으로 형성되어 있다. 이에 의해, 드릴링이나 밀링을 위해 회전축(CL)을 향하는 절삭날을 제공할 수 있다. 도시된 실시예에서, 상기 홈부(19, 32)는 직접 가압 및 소결이나 연삭에 의해 만들어졌다.

상기 공구(27)는 손으로 커팅 헤드(26)의 지지면(16)을 홀더(28)의 전방면(30) 쪽으로 밀어 줌으로써 네 군데 가능한 위치 중 한 곳에 장착된다. 이에 의해, 상기 홈들(19, 32)은 서로 정렬된다. 상기 스크루(29)는 나사구멍(25) 쪽으로 끼워진다. 상기 홀더의 축방향 배후 부분에서 키 그립(key grip)과 맞물려있는 키를 통한 나사(29)의 회전시, 커팅 헤드가 전방면 쪽으로 단단히 당겨져, 즉 도 4에 도시된 위치에 올 것이다. 이제 상기 커팅 헤드(26)는 상기 홀더(28)에 대하여 만족할 만한 방식으로 단단히 고정된다(anchored). 부싱의 단부면(24)과 상기 전방면(30)간의 틈이 나사를 더욱 조일 때 상기 부싱의 탄성적인 움직임을 막지 못한다. 따라서, 상기 부싱은 더브 테일형 구멍 안으로 더 견고하게 끼여 박히게(wedged) 된다. 상기 나사(29)의 가는 눈 나사산과 맞물린 가는 눈 나사산(25)은 결합부에서 상대적으로 큰 견인력(traction)을 허락한다.

단지 한 쪽 면만 그 전체 면적에 걸쳐 와플 패턴(waffle pattern)을 가져야 하는 이유는 두 개의 면 모두가 와플 패터닝되는 경우보다 상기 공구가 더욱 확실한 로킹 효과를 얻기 때문이다. 본 발명의 범위내에서는 상술한 프로파일을 가진 표면 대신에 평평한 상호작용면들을 이용하는 것도 가능하다.

상기 커팅 헤드(26)를 교체할 때엔 상기 장착 과정을 역으로 행하고, 이후에 상기 커팅 헤드가 상기 홀더(28)로부터 제거되어 교체될 수 있다. 이에 의해 커팅 헤드의 형상도 모두가 동일한 홀더에 끼워 맞춰지는 다른 실시예로 교체될 수 있다. 예를 들어, 칩 분할 원통형 엔드밀 헤드 또는 나사산 밀링 커터나, 예컨데 엔드밀 절삭이나 리밍(reaming)용의 칩 분할 없는 원통형 헤드나, 홈 가공용 헤드 및 더브 테일 슬롯의 엔드밀 절삭용 잘린 원뿔형(truncated conical) 헤드가 사용될 수도 있다. 이들 모든 공구의 공통점은 그것들이 더 작은 크기가(직경 2 내지 15mm)가 바람직한 고속도강에 있어서 종래의 엔드밀을 대신한다는 것이다.

도 6a 내지 도 8은 본 발명에 따른 커팅 헤드(26')뿐만 아니라 커팅 헤드용 경질금속부(10')와 상기 부분과 상호작용하는 부싱(21')의 대안적인 실시예를 보여준다. 상기 경질금속부(10')는 상술한 바와 같은 외양을 갖는다. 종전 실시예와 상대적으로 다른 점은 상기 부싱(21')과 블라인드 홀(15')이 각각 외부 나사산(22')과 내부 나사산(18')을 통해 상호작용하는 것이다. 이것은 커팅 헤드(10')의 제조시 상기 나사산 안에 땜질 재료가 삽입되고 상기 부싱이 블라인드 홀(15')의 바닥부 쪽에 대해 조여진 다음 상기 땜질 재료가 가열되고 냉각된다는 것을 의미한다.

도 9a 내지 도 11은 본 발명에 따른 커팅 헤드(26") 뿐만 아니라 커팅 헤드용 경질금속부(10")와 상기 부분과 상호작용하는 부싱(21")의 대안적인 실시예를 보여준다. 상기 경질금속부(10")의 외관은 상술한 바와 같다. 종전 실시예와 상대적으로 다른 점은 상기 부싱(21")이 블라인드 홀(15") 안에 끼여 박히는 것이다. 이것은 중심부에 돌출된 원뿔형 돌출부(17")를 갖는 상기 블라인드 홀을 제공함으로써 이루어지고, 그 돌출부의 선단은 상기 홀(15")의 개구부를 향하여 지향되어 있다. 상기 돌출부는 그에 대응하는 상기 부싱의 중심의 원뿔형 오목부(23")와 상호작용하도록 되어 있다. 이에 의해 상기 부싱은 상기 홀(15") 안에서 반경방향 바깥 쪽으로 밀려 벽면(18")에 접하여 가소화(plasticized)된다. 이 경우에, 상기 홀이 상술한 바와 같은 더브 테일형 프로파일을 가지게 할 수 있다.

상술한 실시예에서 부싱(21-21")은 인써트가 스크루의 영향으로 내경 벽(18-18") 쪽으로 가압되도록 블라인드 홀(15-15") 안에 고정된다. 이것은 축방향 변형률하의(at axial strain) 스크루와 인써트의 나사산들이 부싱을 따로 가압하여 내경 벽에 대하여 더욱 세게 밀 것이기 때문에 명백하다.

본 발명은 스크루로부터 커팅 헤드에 큰 견인력이 전달될 수 있도록 두 개의 공구 부품들의 커플링에 관한 것으로서, 상기 공구는 특히 더 작은 공구 크기를 위해 사용하는 동안에도 계속하여 견고하고 한편으로는 장착시에 우수한 정확도를 유지한다.

Claims

홀더(28), 커팅 헤드(26-26") 및 체결수단(29)을 포함하며, 공작물에 대하여 회전가능한 절삭가공용 공구로서, 상기 홀더는 전방면(30)을 갖고 상기 커팅 헤드는 실질적으로 반경방향 평면에서 서로 해제가능하게 맞닿도록 마련된 지지면(16)을 가지며, 상기 커팅 헤드(26-26")는 사출성형된 초경합금으로 이루어져 있고 적어도 하나의 절삭날 및 상기 체결수단(29)과 상호작용하는 중앙의 블라인드 홀(15-15")을 포함하며, 상기 절삭날과 상기 블라인드 홀은 상기 커팅 헤드(26-26")와 일체화되어 있으며, 상기 체결수단(29)은 상기 블라인드 홀을 통해 상기 전방면을 향하는 방향으로 상기 커팅 헤드에 작용하도록 마련되는 절삭가공용 공구에 있어서,

사출성형된 초경합금보다 무른 재료의 인써트(21-21")가 상기 블라인드 홀(15-15")내에 고정되고, 상기 인써트(21-21")는 상기 체결 수단(29)과 상호작용하는 수단(25)을 포함하는 것을 특징으로 하는 절삭가공용 공구.
제1항에 있어서,

상기 인써트(21-21")는 상기 체결수단(29)의 작동시 상기 인써트가 상기 블라인드 홀의 벽(18-18")에 대하여 반경 방향으로 가압되도록 상기 블라인드 홀(15-15")내에 고정되는 것을 특징으로 하는 절삭가공용 공구.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 커팅 헤드(26-26")는 최대 직경(D3)을 갖는 자유단을 구비하며, 상기 전방면(30)과 상기 지지면(16)은 상기 자유단의 최대 직경(D3)보다 훨씬 더 큰 최대 직경(D1)을 형성하는 것을 특징으로 하는 절삭가공용 공구.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 블라인드 홀(15-15")은 상기 자유단의 최대 직경(D3)보다 더 큰 최소 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 절삭가공용 공구.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 인써트(21-21")는 상기 블라인드 홀내에 끼여 박히고, 및/또는 상기 블라인드 홀에 납땜되는 것을 특징으로 하는 절삭가공용 공구.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 인써트(21-21")는 상기 인써트와 상기 전방면(30)의 사이에 틈이 형성되도록 상기 블라인드 홀(15-15")의 깊이(d)보다 작은 축방향 신장(h)을 갖는 것을 특징으로 하는 절삭가공용 공구.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 전방면(30)과 상기 지지면(16)은 상호작용하는 돌출부와 오목부를 포함하며, 이것들은 실질적으로 가공시에 발생되어 상기 홀더를 향하는 절삭력을 단독으로 전달하도록 제공되는 것을 특징으로 하는 절삭가공용 공구.
절삭가공용 절삭공구의 일부를 형성하고 공작물에 대하여 회전가능한 커팅 헤드로서, 상기 커팅 헤드는 홀더에 대하여 해제가능하게 맞닿도록 마련된 지지면(16)을 갖고, 상기 커팅 헤드(26-26")는 사출성형된 초경합금으로 구성되고 적어도 하나의 절삭날 및 체결수단과 상호작용하는 중앙의 블라인드 홀(15-15")을 포함하고, 상기 블라인드 홀과 상기 절삭날은 상기 커팅 헤드(26-26")와 일체로 이루어지며, 상기 체결수단은 상기 블라인드 홀을 통해 전방면을 향하는 방향으로 상기 커팅 헤드에 작용하도록 마련되는 상기 커팅 헤드에 있어서,

사출성형된 초경합금보다 무른 재료의 인써트(21-21")가 상기 블라인드 홀(15-15")내에 고정되고, 상기 인써트(21-21")는 상기 체결수단과 상호작용하는 수단(25)을 포함하는 것을 특징으로 하는 커팅 헤드.
제8항에 있어서,

상기 인써트(21-21")는 상기 체결수단의 작동시 상기 인써트가 반경 방향 바깥 쪽으로 가압되도록 상기 블라인드 홀(15-15")내에 고정되는 것을 특징으로 하는 커팅 헤드.
제8항 또는 제9항에 있어서,

상기 커팅 헤드(26-26")는 최대 직경(D3)을 갖는 자유단을 구비하며, 상기 지지면(16)은 상기 자유단의 최대 직경(D3)보다 훨씬 더 큰 최대 직경(D1)을 형성하는 것을 특징으로 하는 커팅 헤드.
제8항 또는 제9항에 있어서,

상기 블라인드 홀(15-15")은 상기 자유단의 최대 직경(D3)보다 더 큰 최소 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 커팅 헤드.
제8항 또는 제9항에 있어서,

상기 인써트(21-21")는 상기 블라인드 홀내에 끼여 박히고, 및/또는 상기 블라인드 홀에 납땜되는 것을 특징으로 하는 커팅 헤드.
제8항 또는 제9항에 있어서,

상기 인써트(21-21")는 상기 블라인드 홀(15-15")의 깊이(d)보다 작은 축방향 신장(h)을 갖는 것을 특징으로 하는 커팅 헤드.
제8항 또는 제9항에 있어서,

상기 지지면(16)은 돌출부와 오목부를 포함하는 것을 특징으로 하는 커팅 헤드.