KR20140004252A

KR20140004252A - 방진 부재 및 절삭 공구

Info

Publication number: KR20140004252A
Application number: KR1020137032890A
Authority: KR
Inventors: 가즈야 마타노; 림페이 가와시타
Original assignee: 미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤
Priority date: 2011-07-15
Filing date: 2012-07-13
Publication date: 2014-01-10
Also published as: JP5743116B2; WO2013011944A1; CN103635287A; JPWO2013011944A1; CN103635287B; EP2732913A1; EP2732913A4; US20140105701A1

Abstract

공구 본체의 외면에 외면과의 마찰력에 의해 설치 가능한, 고무 탄성 또는 점탄성을 갖는 부재 본체를 구비하는 방진 부재를 제공한다.

Description

방진 부재 및 절삭 공구{ANTI-VIBRATION MEMBER AND CUTTING TOOL}

본 발명은 공구에 설치함으로써 진동을 감쇠시키는 방진 부재 및 이 방진 부재를 구비한 절삭 공구에 관한 것이다.

본원은 2011년 7월 15일에 일본에 출원된 일본 특허 출원 제2011-156602호에 대해서 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.

절삭 가공 시에 가공 대상의 가공 정밀도를 악화시키는 원인으로서, 가공에 수반하는 절삭 공구의 진동이 있다. 예를 들어, 밀링 커터 가공 시, 가공 대상과 절삭 공구와의 간섭을 피하기 위해서 공구 길이를 길게 설정할 경우에서는, 공구 돌출량의 증가에 의해 절삭 공구의 강도가 저하하고, 진동의 발생이 커지는 것이 알려져 있다. 이러한 사정에 의해, 절삭 공구의 진동을 억제하기 위해서 여러가지 시도가 이루어지고 있다.

예를 들어, 특허문헌 1에는, 공구 내부의 중공 부분에 점탄성체에 의해 지지된 방추를 설치함으로써, 가공시의 진동을 억제하는 방진 공구가 기재되어 있다.

일본 특허 출원 공개 제2008-307642호 공보

그런데, 상기 종래의 방진 공구는, 공구 본체에 중공부를 형성한 후에 그 내부에 점탄성체를 통해서 추를 고정해야 하는 등 구조가 복잡해서, 공구의 제조 비용의 상승을 초래한다고 하는 문제가 있다. 또한, 공구 본체의 내부에 추 등의 동흡진기를 배치하기 위해, 절삭 가공 시의 냉각에 유효하게 되어 있는 내부 급유에 의한 냉각에 대응할 수 없다는 문제가 있다.

또한, 상술한 바와 같은 구조이기 때문에, 공구 바로 그것의 강도가 저하하고, 공구의 수명에 나쁜 영향을 미친다는 문제가 있다.

본 발명은, 이러한 사정을 고려해서 이루어진 것으로, 그 목적은, 단순한 구조에서, 공구의 강도를 희생으로 하는 일 없고, 절삭 공구에 감쇠 기능을 부가할 수 있는 방진 부재 및 이 방진 부재를 구비한 절삭 공구를 제공하는 것에 있다.

본 발명에 관한 방진 부재는, 고무 탄성 또는 점탄성을 갖는 부재 본체를 구비하고, 공구 본체의 외면에 그 외면과의 마찰력에 의해 장착 가능하다.

본 발명에 관한 방진 부재에 따르면, 절삭 시에 있어서, 공구에 발생하는 공구의 휨 및 비틀림에 의해, 고무 탄성 또는 점탄성을 갖는 부재 본체가 변형하고, 부재 본체 자체의 감쇠 효과에 의해, 공구 본체의 진동을 감쇠시킬 수 있다. 또한, 공구 본체와 부재 본체와의 접촉면에 마찰이 발생하고, 공구 본체와 부재 본체와의 경계면에서 마찰 저항이 발생하는 것에 의해 진동을 감쇠시킬 수 있다.

상기 방진 부재는, 중심축 구멍을 갖는 통형상이며, 상기 중심축 구멍에 상기 공구 본체가 삽입되도록 구성되어서 있어도 된다. 즉, 상기 부재 본체가 중심축 구멍을 갖는 통형상이며, 상기 중심축 구멍에 상기 공구 본체가 삽입되어도 좋다.

본 발명에 관한 방진 부재에 따르면, 보다 단순한 구조로, 방진 부재를 제작할 수 있다. 또한, 공구 본체에 의해 간단하게 설치되는 방진 부재를 제공할 수 있다. 또한, 기존의 공구에도 간단하게 방진 부재를 설치할 수 있기 때문에, 기존의 공구를 폐기하는 일이 없이 저 진동화해서 사용할 수 있다.

또한, 상기 중심축 구멍의 내경은 상기 공구 본체의 외형보다도 작아도 좋다.

본 발명에 관한 방진 부재에 따르면, 방진 부재의 중심축 구멍과 공구 본체와의 사이에 죔새가 발생하고, 억지 끼워맞춤에 의해, 소정의 체결력으로 방진 부재와 공구 본체를 서로 끼워맞출 수 있다.

또한, 상기 방진 부재에는, 상기 부재 본체의 내주측 및 외주측의 적어도 한쪽에, 적어도 1개의 슬릿이 형성되어 있어도 된다.

본 발명에 관한 방진 부재에 따르면, 슬릿에 의해 방진 부재의 내부에 있어서 마찰하는 면적이 증가하고, 보다 높은 마찰 감쇠 효과를 얻을 수 있다.

또한, 고무 탄성 또는 점탄성을 갖는 상기 부재 본체에 섬유가 첨가되어 있어도 된다.

본 발명에 관한 방진 부재에 따르면, 절삭 공구가 고속 회전했을 경우에 방진 부재가 원심력에 의해 변형하는 것을 억제할 수 있다.

또한, 본 발명은, 상기 방진 부재와, 공구 본체를 구비하는 절삭 공구를 제공한다.

본 발명에 관한 방진 부재에 따르면, 절삭 공구의 강도를 희생으로 하는 일 없이, 공구에 감쇠 기능을 부가할 수 있다.

본 발명에 따르면, 절삭 시에 있어서, 공구에 발생하는 공구의 휨 및 비틀림에 의해, 고무 탄성 또는 점탄성을 갖는 부재 본체가 변형하고, 부재 본체 자체의 감쇠 효과에 의해, 공구 본체의 진동을 감쇠시킬 수 있다. 또한, 공구 본체와 부재 본체와의 접촉면에 마찰이 발생하고, 공구 본체와 부재 본체와의 경계면에서 마찰 저항이 발생하는 것에 의해 진동을 감쇠시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시형태에 관한 공작 기계의 공구 장착부의 개관도이다.
도 2는 제1 실시형태에 관한 방진 부재의 사시도이다.
도 3은 공작 기계의 척부의 확대 측면도이다.
도 4는 제2 실시형태에 관한 방진 부재의 사시도이다.
도 5a는 제2 실시형태의 다른 형태에 관한 방진 부재의 사시도이다.
도 5b는 제2 실시형태의 다른 형태에 관한 방진 부재의 사시도이다.
도 5c는 제2 실시형태의 다른 형태에 관한 방진 부재의 사시도이다.
도 6은 비교예 1(방진 부재 없음)의 태핑 시험 결과이다.
도 7은 실시예 2-1(전체 길이에 걸친 방진 부재)의 태핑 시험 결과이다.
도 8은 실시예 2-2(전체 길이의 절반에 걸친 방진 부재)의 태핑 시험 결과이다.
도 9는 태핑 시험에 있어서의 주파수 응답의 그래프이다.
도 10은 비교예 3의 표면 조도 측정 결과이다.
도 11은 실시예 3의 표면 조도 측정 결과이다.

이하, 본 발명의 제1 실시형태에 대해서 도면을 참조해서 상세하게 설명한다.

도 1에, 본 실시형태의 방진 부재가 적용된 절삭 공구를 구비하는 횡형 머시닝 센터(100)(이하, 공작 기계라고 함)의 공구 장착부의 개관도이다.

본 실시형태의 방진 부재(1)는 공작 기계(100)의 밀링 커터(절삭날)에 적용되어 있다. 본 실시형태에서는, 밀링 커터로서 엔드 밀(2)을 사용하고 있다. 도 1에 도시한 바와 같이, 본 실시형태에서 사용되는 공작 기계(100)의 주축은 수평 방향을 향하고 있고, 엔드 밀(2)은 척부(51)에 의해 보유지지되고 있다.

도 2에 도시한 바와 같이, 방진 부재(1)의 부재 본체(1A)는 원통 형상을 이루고, 축 방향을 따라서 중심축 구멍(3)이 형성되어 있다. 부재 본체(1A)는 점탄성체로 이루어지고, 보다 상세하게는, 천연 고무 배합 경도(65)의 고무로 형성되어 있다. 또한, 방진 부재(1)의 재질로서는, 고무에 한정되지 않고, 고무 탄성 또는 점탄성을 갖는 부재이면 좋다. 이들의 재료를 사용함으로써, 높은 진동 감쇠 효과를 얻을 수 있다. 예를 들어, 고무 탄성을 갖는 재료로서는, 천연 고무나 합성 고무 등의 그물코 형상 고분자, 플라스틱 등의 쇠사슬 형상의 합성 고분자를 채용할 수 있다. 또한, 예를 들어, 점탄성을 갖는 재료로서는, 충격 흡수력이나 압력 분산 성능을 갖춘 실리콘을 주원료로 하는 겔상 소재[예를 들어, 타이카사의 α겔(등록 상표) 등]를 채용할 수 있다.

방진 부재(1)의 축 방향의 길이는, 엔드 밀(2)의 몸통부를 거의 덮는 길이이다. 즉, 방진 부재(1)는, 엔드 밀(2)의 날부 및 보유지지부를 제외한, 대략 전체 길이에 걸쳐서 엔드 밀(2)을 덮는 형상이다. 본 실시형태의 방진 부재(1)는 길이가 50㎜, 외경이 40㎜ 중심축 구멍의 직경은 13㎜로 되어 있다.

도 3은 척부(51)의 확대 측면도이다.

도 3에 도시한 바와 같이, 방진 부재(1)는 척부(51)에 보유지지된 엔드 밀(2)에 설치되어 있다. 엔드 밀(2)은 척부(51)에 보유지지되는 보유지지부(4)와, 날부(5)와, 보유지지부와 날부 사이의 몸통부(6)로 이루어진다. 엔드 밀(2)은 대략 원기둥 형상이며, 몸통부(6)도 일정한 직경을 갖는 원기둥 형상이다. 방진 부재(1)는 엔드 밀(2)의 몸통부(6)에 설치되어 있다.

본 실시형태에 있어서는, 엔드 밀(2)의 척부(51)로부터의 돌출량은 79㎜이며, 방진 부재(1)는 엔드 밀(2)의 선단으로부터 14.5㎜의 위치에 설치되어 있다. 또한, 엔드 밀의 몸통부의 직경은 14㎜이며, 방진 부재(1)의 중심축 구멍의 내경은 엔드 밀의 몸통부의 외경보다도 1㎜ 작게 되어 있다. 즉, 방진 부재(1)와 엔드 밀(2)은 억지 끼워맞춤의 관계에 의해 끼워 맞추어지고 있다.

상기 실시형태에 따르면, 절삭 시에 있어서, 엔드 밀(2)에 발생하는 엔드 밀(2)의 휨 및 비틀림에 의해 방진 부재(1)가 변형하고, 방진 부재(1) 자체의 감쇠 효과에 의해, 엔드 밀(2) 본체의 진동을 감쇠시킬 수 있다.

또한, 엔드 밀(2)과 방진 부재(1)의 접촉면에 마찰이 발생하고, 엔드 밀(2)과 방진 부재(1)와의 경계면에서 마찰 저항이 발생하는 것에 의해 진동을 감쇠시킬 수 있다.

또한, 방진 부재(1)는 단순한 형상이기 때문에, 보다 저비용으로 방진 부재(1)를 제작할 수 있다. 또한, 엔드 밀(2)에 의해 간단하게 설치되는 방진 부재(1)를 제공할 수 있다. 또한, 기존의 공구에도 간단하게 방진 부재를 설치할 수 있기 때문에, 기존의 공구를 폐기하는 일이 없이 저 진동화해서 사용할 수 있다.

또한, 방진 부재(1)의 중심축 구멍(3)과 엔드 밀(2)과의 사이에 죔새가 발생하기 때문에, 억지 끼워맞춤에 의해 소정의 체결력으로 방진 부재(1)와 엔드 밀(2)을 서로 끼워맞출 수 있다.

다음에, 제2 실시형태에 관한 방진 부재에 대해서 설명한다.

도 4는 제2 실시형태에 관한 방진 부재(1B)의 사시도이다. 도 4에 도시한 바와 같이, 제2 실시형태에 관한 방진 부재(1B)의 부재 본체(1A)에는, 제1 실시형태의 방진 부재(1)의 내주측에 축 방향으로부터 보아서, 중심축 구멍(3)으로부터 방사상(래디얼 방향)으로 형성된 복수의 슬릿(7)이 형성되어 있다. 복수의 슬릿(7)은 축 방향(액셀 방향)으로 방진 부재(1B)의 전체 길이에 걸쳐서 연장되어 있다.

상기 실시형태에 따르면, 슬릿(7)에 의해 방진 부재(1B)의 내부에 있어서 마찰하는 면적이 증가하고, 보다 높은 마찰 감쇠 효과를 얻을 수 있다. 또한, 중심축 구멍(3)이 확장이 용이하게 되기 때문에, 방진 부재(1B)를 엔드 밀(2)에 설치하기 쉬워진다.

또한, 슬릿(7)은 액셀 방향에 연속해서 형성되지 않고 있어도 좋다. 예를 들어, 도 5a에 도시한 바와 같이, 슬릿(7C)이 부재 본체(1A)의 일부에 단속적으로 형성되어 있어도 된다. 또한, 슬릿(7)은 액셀 방향에 직선적으로 설치되어 있을 필요는 없고, 도 5b에 도시한 바와 같이, 슬릿(7D)이 스크류 형상으로 비틀어져 형성되어 있어도 된다.

또한, 도 5c에 도시한 바와 같이, 슬릿(7E)이 부재 본체(1A)의 외주측에 형성되어 있어도 된다. 슬릿을 내주측 뿐만 아니라 외주측에도 형성함으로써, 방진 부재의 강성이 떨어지고, 구조 감쇠에 의한 감쇠 효과를 기대할 수 있다.

실시예

다음에, 방진 부재가 설치된 엔드 밀의 실시예와, 방진 부재가 없는 엔드 밀의 비교예에 대해서, 방진 효과 등을 확인하기 위한 각종 측정을 행했다.

검증은 칩핑량에 의한 비교, 태핑 시험에 의한 비교, 표면 조도에 의한 비교, 공구 손상의 검사에 의한 비교의 4개의 관점으로부터 행했다.

공작 기계는 횡 머시닝 센터를 사용했다. 엔드 밀은 φ14의 6날 엔드 밀을 사용했다. 테스트 피스는 시효 처리완료의 각재(폭×높이×깊이=122×109×76(㎜))로 했다. 직경 방향과 축 방향의 절입 및 회전수는 실시예 및 비교예에서 일정하게 했다.

<칩핑량에 의한 비교>

실시예의 엔드 밀과, 비교예의 엔드 밀로, 테스트 피스를 가공하고, 가공 후의 칩핑량(마모량)을 계측하고, 비교했다. 테스트 피스의 가공은 2면 가공을 행했다.

<실시예 1>

실시예 1은 방진 부재를 설치한 엔드 밀을 사용하여, 표 1에 도시하는 조건에서 테스트 피스를 가공했다. 방진 부재는 외경=40㎜, 내경=13㎜, 길이=50㎜의 것을 사용하고, 외경 14㎜의 엔드 밀에 억지 끼워맞춤에 의해 서로 끼워맞추게 해서 고정했다.

<비교예 1>

비교예 1은 방진 부재를 설치하지 않는 엔드 밀을 사용하여, 표 1에 도시하는 조건에서 테스트 피스를 가공했다.

표 1에 테스트 피스의 단부면을 2면 가공한 후의, 엔드 밀의 칩핑량을 도시한다. 칩핑량은 엔드 밀의 플랭크면 및 레이크면에 대해서 각각 계측했다. 또한, 1면의 절삭 거리는 약 2.68m로 했다.

표 1로부터, 각 절삭날에 칩핑량의 편차는 있지만, 2면 가공의 시점에서는, 플랭크면의 평가에서 평균 49％의 칩핑량의 저감을 확인할 수 있었다. 레이크면의 평가에서는, 평균 31％의 칩핑량의 저감을 확인할 수 있었다.

<태핑 시험에 의한 비교>

방진 부재의 효과 요인을 확인하기 위해서, 공구 회전을 정지한 상태에서 태핑 시험을 실시했다. 태핑 시험은 공구 선단 위치를 가진 입력 위치로 하고, 당해 위치를 임펙트 해머로 타점함으로써 실시했다. 진동의 계측 위치는 공구 선단 위치로 했다.

<실시예 2-1, 2-2>

실시예 2-1로서, 엔드 밀의 몸통부를 전체 길이에 걸쳐서 덮는 방진 부재를 준비했다. 실시예 2-2로서, 엔드 밀의 몸통부의 약 절반을 덮는 방진 부재, 즉 실시예 2-1과 비교해서 약 절반의 전체 길이를 갖는 방진 부재를 준비했다.

<비교예 2>

비교예 2는 방진 부재를 설치하지 않는 엔드 밀로 했다.

도 6은 비교예 1(방진 부재 없음)의 태핑 시험 결과이다. 도 7은 실시예 2-1(전체 길이에 걸치는 방진 부재)의 태핑 시험 결과이다. 도 8은 실시예 2-2(전체 길이의 절반에 걸치는 방진 부재)의 태핑 시험 결과이다. 어떤 그래프도 수평 방향의 진동 가속도를 도시하는 것이다.

도 6 내지 도 8에 도시한 바와 같이, 비교예 1과 비교하여, 실시예 2-1 및 실시예 2-2의 감쇠 효과가 높은 것을 알수 있다.

도 9는 주파수 응답의 그래프이다. 하프 파워법에 의해 산출한 감쇠비는, 비교예 2에서는 약 1.5％, 실시예 2-1에서는 5.0％, 실시예 2-2에서는 3.0％이며, 방진 부재의 설치에 의한 감쇠 효과가 있는 것을 확인할 수 있었다. 도 9에 도시한 바와 같이, 비교예 2, 실시예 2-1, 2-2에 있어서의 공구의 진동의 피크는 900Hz 부근과 1,200Hz 부근이며, 공구의 회전수와 날수로부터 산출되는 가진 진동수는 상술한 피크로부터 충분히 이격되어 있다. 그로 인해, 방진 부재를 설치한 것에 의한 효과는 공진 회피가 아닌 감쇠에 의한 것이라고 생각된다. 또한, 실시예 2-2는, 엔드 밀의 몸통부의 약 절반밖에 덮고 있지 않기 때문에, 방진 효과가 약간 적기는 하나, 역시 방진 효과를 갖는 것이 도시되었다.

<표면 조도에 의한 비교>

실시예의 엔드 밀과, 비교예의 엔드 밀로, 테스트 피스를 가공하고, 가공 후의 표면 조도를 계측하고, 비교했다. 테스트 피스의 가공은 5면 가공을 행했다.

<실시예 3>

실시예 1과 마찬가지의 조건으로 했다. 즉, 방진 부재를 설치한 엔드 밀을 사용하여, 테스트 피스를 가공했다.

<비교예 3>

비교예 1과 마찬가지의 조건으로 했다. 즉, 방진 부재를 설치하지 않는 엔드 밀을 사용하여, 테스트 피스를 가공했다.

표 2에 툴 패스(공구 경로) 방향의 표면 조도의 값을 도시한다. 또한, 도 10에 비교예 3의 표면 조도 측정 결과를, 도 11에 실시예 3의 표면 조도 측정 결과를 도시한다. 도 10 및 도 11은 모두 툴 패스의 방향의 표면 조도를 도시하고 있다. 또한, 높이 방향의 척도는 동일하게 하고 있다.

표 2에 도시한 바와 같이, 툴 패스 방향의 표면 조도는 Ra:산술 평균 거칠기, Rz:최대 높이 거칠기, Rt:최대 단면 높이의 모든 수치도 실시예 3이 낮은 수치가 되었다. 특히, 실시예 3에 있어서 방진 부재를 설치한 것에 의해, 최대 높이 거칠기 Rz가 4.3㎛에서 3.7㎛로 감소하고 있다. 이 요인으로 해서, 공구 진동의 진폭의 감소를 생각할 수 있다.

또한, 도 10 및 도 11에 도시한 바와 같이, 가공면을 측정한 형상을 보면, 실시예 3에서는, 가공면이, 주기가 짧은 파형이 연속된 형상을 이루고, 또한 그 파형의 높이가 개개의 파형보다도 긴 주기에서 보았을 경우에 규칙적으로 증감한다. 즉, 진동이 억제되어 있음으로써, 파형이 약간 매끄러워져 있는 것을 알 수 있다. 이에 대해, 비교예 3에서는, 가공면의 파형은 불규칙하고, 실시예 3과 같은 경향을 볼 수 없고, 파형의 외형이 긴 주기로 증감하는 규칙성을 보고 알아차리기 어렵다. 즉, 진동의 억제가 실시예 3과 비교해서 적은 것에 의해, 미세한 파형이 불규칙하게 나열해 있는 것을 알 수 있다.

<공구 손상의 검사에 의한 비교>

실시예 1의 방진 부재를 설치한 절삭 공구에 대해서, 형광 침투 심상 시험과 방사선 시험을 실시하고, 공구 자체의 손상 상태에 대해서 확인했다.

그 결과, 절삭 가공전, 절삭 가공후(절삭 거리 13.4m) 모두 이상은 없고, 절삭 초기의 단계에서도 공구 섕크 부분에 공구의 손상은 확인되지 않았다.

이상의 비교에 의해, 이하의 결과를 얻었다.

(1) 엔드 밀에 방진 부재를 설치함으로써, 공구의 감쇠 효과가 높아져, 절삭날의 칩핑을 저감하는 효과가 있는 것을 확인할 수 있었다.

(2) 절삭날의 칩핑 저감 효과는, 절삭 초기에 유효해서, 공구의 프리셋 시의 요동보다도 방진 부재의 설치에 의한 칩핑 저감 효과쪽이 큰 것을 알 수 있다.

또한, 본 발명의 기술 범위는 상기의 실시형태에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에 있어서, 다양한 변경을 가하는 것이 가능하다. 예를 들어, 이상에서 설명한 각 실시형태에서는, 공작 기계로서 횡형 머시닝센터를 사용하고 있지만, 장척 형상의 절삭날를 사용하는 공작 기계이면, 이것에 한정되는 일은 없다. 예를 들어, 방진 부재를 볼반의 드릴이나 선반의 바이트에 사용하는 구성으로 해도 좋다.

1 : 방진 부재
1A : 부재 본체
2 : 엔드 밀(공구 본체)
3 : 중심축 구멍
4 : 보유지지부
5 : 날부
6 : 몸통부
7, 7C, 7D, 7E : 슬릿

Claims

고무 탄성 또는 점탄성을 갖는 부재 본체를 구비하고, 공구 본체의 외면에 그 외면과의 마찰력에 의해 설치 가능한, 방진 부재.
제1항에 있어서, 상기 부재 본체가 중심축 구멍을 갖는 통형상이며, 상기 중심축 구멍에 상기 공구 본체가 삽입되는, 방진 부재.
제2항에 있어서, 상기 중심축 구멍의 내경은 상기 공구 본체의 외경보다도 작게 되어 있는, 방진 부재.
제3항에 있어서, 상기 부재 본체의 내주측 및 외주측의 적어도 한쪽에 적어도 1개의 슬릿이 형성되어 있는, 방진 부재.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 부재 본체에 섬유가 첨가되어 있는, 방진 부재.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재의 방진 부재와, 공구 본체를 구비하는, 절삭 공구.
제5항에 기재의 방진 부재와, 공구 본체를 구비하는, 절삭 공구.