KR20160052366A

KR20160052366A - 테이퍼 콜릿용 이너 슬리브 및 절삭 공구 홀더

Info

Publication number: KR20160052366A
Application number: KR1020150150608A
Authority: KR
Inventors: 후미히토 사쿠라이; 신 와타나베; 에이이치 타루오카
Original assignee: 다이도 토쿠슈코 카부시키가이샤; 도쿠리츠교세이호징 고쿠리츠코토센몬갓코키코
Priority date: 2014-10-29
Filing date: 2015-10-29
Publication date: 2016-05-12
Also published as: US20160121407A1; JP2016087708A; CN105562746A

Abstract

본 발명은 그 위에 마련된 슬릿을 갖는 제진 합금을 함유하는 원통형부를 포함하는 테이퍼 콜릿용 이너 슬리브와, 콜릿 척 바디, 테이퍼 콜릿 및 테이퍼 콜릿용 이너 슬리브를 포함하는 절삭 공구 홀더에 관한 것이다.

Description

테이퍼 콜릿용 이너 슬리브 및 절삭 공구 홀더{INNER SLEEVE FOR TAPER COLLET AND CUTTING TOOL HOLDER}

본 발명은 절삭 공구를 회전 절삭 기계에 체결하기 위해 테이퍼 콜릿(taper collet)에 사용되는 이너 슬리브(inner sleeve)에 관한 것이고, 이를 포함하는 절삭 공구 홀더에 관한 것이다.

절삭 공구와 절삭될 가공물(workpiece) 사이의 접촉에 의해 "채터링(chattering)"이라 불리는 연속적인 진동(이하 "채터링 진동"이라 함)이 절삭 공정에서 발생할 경우, 절삭될 가공물의 기계가공 정확도가 감소하여, 품질이 낮은 절삭이 이루어진다. 이러한 문제점을 해결하기 위해, 그에 체결되는 절삭 공구나 홀더를 고정하기 위한 척(chuck)의 강도를 증가시키는 것 외에, 진동 감쇠(vibration-damping) 기능을 갖는 부재를 보강하여 진동을 감쇠시켜 진동의 발생을 방지하는 제안이 있었다.

예를 들어, 특허문헌 1은 선반(lathe) 등의 절단기 홀더 상에서 내경 기계 가공하는데 사용되는 보링 바(boring bar)를 장착하기 위한 보링 바용 홀더(유지 공구)를 개시하고, 제진합금(damping alloy)으로 만들어진 부재가 홀더와 보링 바 사이에 삽입된다. 보링 바는 그 생크 부분(shank part)을 홀더의 내부 홀 내로 삽입하고 생크 부분을 클램프 스크류에 의해 내부 홀의 일측으로 밀어넣어 고정된다. 알루미늄, 구리, 아연, 횡동(brass) 또는 제진 강판으로 만들어지는 플랭크 부재(plank member)가 생크 부분과 내부 홀 사이에 개재되도록 가압(pushing) 면 상에 놓인다. 절삭 공정에서 버려질(throw-away) 칩의 절삭 엣지에 발생되는 진동은 보링 바의 생크 부분에서 홀더로 전파되기 전에 진동 감쇠 특성을 갖는 플랭크 부재에 의해 감쇠되어, 진동이 홀더로 직접 전달되는 것이 방지되고 보링 바가 홀더와 함께 진동하는 것이 방지된다.

엔드 밀(end mill)과 같은 절삭 공구가 회전 절삭 기계의 척에 체결되는 절삭 공구 홀더에 끼워맞춰지는 경우, 중앙에서 방사상으로 형성되는 칼날(cuts)을 갖는 실질적으로 원통형의 콜릿이 자주 사용된다. 특히, 상대적으로 작은 직경을 갖는 절삭 공구를 끼워맞추는 경우, 절삭 공구측을 향해 증가되는 직경을 갖는 테이퍼가 마련된 테이퍼 콜릿이 종종 사용되어, 큰 체결(fastening) 크기가 척에서 얻어질 수 있다. 이러한 테이퍼 콜릿을 사용하는 경우에도, 채터링 진동을 방지하는 것이 필요하다.

예를 들어, 특허문헌 2는 테이퍼 콜릿을 사용하는 절삭 공구 홀더에서 절삭 공구 홀더가 고속 회전의 원심력으로 팽창하고, 테이퍼 콜릿의 체결 너트(nut)의 체결력이 감소되고, 채터링 진동이 쉽게 발생되는 것을 설명한다. 이어서, 특허문헌 2는 테이퍼 콜릿을 체결하는 방향으로 편향(biasing)하기 위한 디쉬 스프링(dish spring)과 같은 바이어스 수단(biasing means)이 홀더, 테이퍼 콜릿 및 절삭 공구의 강도를 증가시키기 위해 테이퍼 콜릿의 체결 너트의 내측에 마련되는 것을 개시한다.

또한, 특허문헌 3은 테이퍼 콜릿을 사용하는 절삭 공구 홀더에서 고속 회전시 채터링 진동을 방지하는 방법을 설명한다. 특허문헌 3은 테이퍼 콜릿이 절삭 공구 측에서 체결 나사에 의해 체결되지 않고, 견인봉(draw bar)에 접속된 인출 볼트(pull bolt)가 절삭 공구측으로 연장되고, 테이퍼 콜릿의 선단이 인출 볼트와 나사조여지는(screw) 내용을 개시한다. 테이퍼 콜릿은 견인봉의 장력에 의해 절삭 공구 홀더의 콜릿 척 바디의 내주 테이퍼부로 강하게 끌어당겨져, 채터링 진동을 방지할 수 있다.

일본 공개실용신안공보 평05-088804호 일본 공개특허공보 평07-276116호 일본 공개실용신안공보 평06-066901호

테이퍼 콜릿을 사용하는 절삭 공구 홀더에서, 홀더의 강도를 향상시켜 채터링 진동의 발생을 방지하는 것 외에, 감쇠 기능을 갖는 부재를 마련하여 진동을 흡수하는 것도 고려된다. 감쇠 기능을 주는 제진 합금은 일반적으로 진동을 내부 마찰 열로 전환하고 열을 흡수하며, 그에 따라, 그 강도는 공구강 등의 강도에 비해 아주 높지 않다. 따라서, 절삭될 가공물의 기계가공 정확도를 향상시키기 위해 제진 합금으로 만들어진 감쇠 기능을 갖는 부재의 형상 및 배열을 최적화하는 것이 필요하다.

본 발명을 이러한 상황을 고려하여 이루어진 것으로, 본 발명의 목적은 절삭 공구를 회전 절삭 기계에 체결하고 절삭될 가공물의 기계가공 정확도를 향상시킬 수 있는 테이퍼 콜릿에 사용되는 이너 슬리브와, 이를 포함하는 절삭 공구 홀더를 제공하는 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 절삭 공구의 생크 부분을 잡는(grasping) 테이퍼 콜릿에 삽입되고, 그 위에 마련된 슬릿을 갖는 제진 합금을 함유하는 원통형부를 포함하는, 테이퍼 콜릿용 이너 슬리브를 제공한다.

본 발명에 따르면, 절삭 공구에 발생되는 진동이 테이퍼 콜릿의 체결부에 끼워맞춰지는 제진 합금을 함유하는 원통형 이너 슬리브에 의해 감쇠될 수 있고, 그 결과, 채터링 진동이 방지될 수 있고, 절삭될 가공물의 기계가공 정확도가 향상되며, 특히 기계가동된 표면의 표면 거칠기가 개선될 수 있다.

본 발명에서, 슬릿은 원통형부를 관통하지 않도록 원통형부의 길이 방향에서 제1단부로부터 제2단부를 향해 형성된 제1슬릿 및 원통형부를 관통하지 않도록 제2단부에서 제1단부를 향해 형성된 제2슬릿을 포함하고, 제1슬릿과 제2슬릿은 교대로 마련되는 것이 바람직하다. 이 실시형태에 따르면, 테이퍼 콜릿에 의해 절삭 공구의 안정적인 체결을 유지하면서 절삭 공구에 발생된 진동이 감쇠될 수 있고, 절삭될 가공물의 기계가공 정확도가 향상될 수 있고, 특히 기계가공된 표면의 표면 거칠기가 개선될 수 있다.

본 발명에서, 제1슬릿 및 제2슬릿 각각이 길이 방향에서 원통형부의 길이의 1/2보다 큰 길이를 갖는 것이 바람직하다. 이 실시형태에 따르면, 테이퍼 콜릿에 의해 절삭 공구의 안정적인 체결을 유지하면서 절삭 공구에 발생된 진동이 효과적으로 감쇠될 수 있고, 절삭될 가공물의 기계가공 정확도가 향상될 수 있고, 특히 기계가공된 표면의 표면 거칠기가 향상될 수 있다.

본 발명에서, 슬릿은 제1단부에서 제2단부를 관통하는 제3슬릿을 포함하는 것이 바람직하다. 이 실시형태에 따르면, 테이퍼 콜릿에 의해 절삭 공구의 안정적인 체결을 유지하면서 절삭 공구에 발생된 진동이 감쇠될 수 있고, 절삭될 가공물의 기계가공 정확도가 향상될 수 있고, 특히 기계가공된 표면의 표면 거칠기가 향상될 수 있다.

본 발명에서, 이너 슬리브는 원통형부의 길이 방향에서 일 단부 상에, 테이퍼 콜릿과 결합하게 되는, 고정부를 더 포함하는 것이 바람직하다. 이 실시형태에 따르면, 테이퍼 콜릿에 대한 이너 슬리브의 위치결정이 확실히 수행될 수 있고, 테이퍼 콜릿에 의해 절삭 공구의 안정적인 체결을 유지하면서 절삭 공구가 확실히 잡힐(grasp) 수 있고, 절삭 공구에 발생되는 진동이 감쇠될 수 있고, 절삭될 가공물의 기계가공 정확도가 향상되고, 특히 기계가공된 표면의 표면 거칠기가 개선될 수 있다.

본 발명에서, 테이퍼 콜릿은 테이퍼부를 포함하고, 길이 방향에서 중앙 위치에서의 원통형부의 두께와 테이퍼부의 길이 방향에서 중앙 위치에서의 두께의 비가 5 : 95 내지 99 : 1인 것이 바람직하다. 이 실시형태에 따르면, 절삭 공구에 발생된 진동이 효과적으로 감쇠될 수 있고, 절삭될 가공물의 기계가공 정확도가 향상될 수 있고, 특히 기계가공된 표면의 표면 거칠기가 개선될 수 있다.

또한, 본 발명은 본 발명의 테이퍼 콜릿용 이너 슬리브, 콜릿 척 바디, 테이퍼 콜릿을 포함하는 절삭 공구 홀더를 제공한다.

본 발명에 따르면, 절삭 공구 홀더의 강도를 향상시키면서 절삭 공구에 발생된 진동이 감쇠될 수 있고, 그 결과, 채터링 진동이 방지될 수 있고, 절삭될 가공물의 기계가공 정확도가 향상될 수 있고, 특히 기계가공된 표면의 표면 거칠기가 개선될 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 절삭 공구 홀더의 측면 횡단면도이다.
도 2는 절삭 공구 홀더에 사용되는 테이퍼 콜릿을 도시하는 것으로, 도 2(a)는 측면도이고, 도 2(b)는 정면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 이너 슬리브를 도시하는 것으로, 도 3(a)는 측면도이고, 도 3(b)는 정면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 다른 이너 슬리브를 도시하는 것으로, 도 4(a)는 측면도이고, 도 4(b)는 정면도이다.
도 5는 절삭 테스트에서 절삭 방법을 도시하는 도면이다.
도 6a는 절삭 테스트에서 진동 가속도의 강도를 도시하는 그래프이다.
도 6b는 절삭 테스트에서 진동 가속도의 파워를 도시하는 그래프이다.
도 7a는 절삭 테스트에서 비교예의 표면 거칠기 측정 결과를 도시하는 그래프이다.
도 7b는 절삭 테스트에서 실시예의 표면 거칠기 측정 결과를 도시하는 그래프이다.

본 발명에 따른 일 실시예의 절삭 공구 홀더를 이하에서 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 절삭 공구 홀더(1)는 콜릿 척 바디(collet chuck body, 10), 콜릿 척 바디(10)의 척 실린더(13)에 삽입되는 테이퍼 콜릿(taper collet, 20) 및 테이퍼 콜릿(20)을 척 실린더(13) 내로 밀어넣도록 고정하는 너트(nut, 30)를 포함한다. 실질적으로 원통형 이너 슬리브(inner sleeve, 40)가 절삭 공구(3)의 생크부(shank part, 5)을 꽉 잡도록(grasp) 테이퍼 콜릿(20)의 내주에 삽입된다.

콜릿 척 바디(10)는 일단측에 미도시된 기계가공 공구의 기계축(spindle) 상에 장착되는 생크부(11)를 갖고, 타단측의 척 실린더(13)와 생크부 사이의 플랜지부(12)를 갖는다. 척 실린더(13)는 그 내주 상에서 타단측을 향해 직경이 감소하는 테이퍼(14)를 갖고, 외주 상에 너트(30)를 나사조이는 스크류(15)를 갖는다. 너트(30)는 타단측의 단면에서 내주측으로 돌출하는 가압부(31)를 갖고, 스크류(15)에 체결될 때 가압부(31)에 의해 콜릿 척 바디(10)의 일단측을 향해 테이퍼 콜릿(20)을 가압한다. 따라서, 테이퍼 콜릿(20)의 외주측에서 테이퍼부(21)(도 2 참조)는 척 실린더(13)의 내주측에서 테이퍼(14)에 대해 밀리고, 그에 따라 테이퍼 콜릿(20)은 직경을 감소시키는 압축력을 받는다.

도 2를 참조하면, 테이퍼 콜릿(20)은 축 방향에서 중앙 부분 상에 테이퍼부(21)를 갖는 실질적으로 원통형인 바디를 포함한다. 테이퍼 콜릿(20)은 축 방향에서 테이퍼부(21)의 큰 직경 측에 숄더부(shoulder part, 22)를 갖고, 숄더부(22)는 너트(30)의 가압부(31)에 의해 가압된다. 테이퍼 콜릿(20)에는 숄더부(22)의 단면에서부터 축 방향으로 더욱 연장하는 돌출부(23)가 마련되고, 돌출부(23)의 단부에서 숄더부(22)보다 작은 직경을 갖는 플랜지(24)가 더 마련된다. 테이퍼 콜릿(20)은 또한 테이퍼부(21)의 작은 직경 측에서 단면 상의 축 방향으로 연장하는 평행부(parallel part, 25)를 포함한다. 테이퍼 콜릿(20)은 또한 원주 방향에서 등간격으로 6개의 슬릿(26)을 갖고, 각 슬릿은 테이퍼부(21) 측에서 평행부(25)의 단부 주위로부터 플랜지(24)의 단면을 관통한다. 슬릿(26)은 슬리팅(slitting)이라고 불리고, 테이퍼부(21)가 콜릿 척 바디(10)의 테이퍼(14)에 대해 밀릴 때 테이퍼 콜릿(20)의 직경을 감소할 수 있다.

테이퍼 콜릿(20)은 그 내주 측 상에 내주면(27)을 갖고, 내주면(27)은 플랜지(24)측의 단면에서 테이퍼부(21)의 평행부(25)측에서의 단부 근방까지 연속하는 칼럼 표면(column surface)을 따르는 형상을 갖고, 테이퍼 콜릿(20)은 또한 단차부(29)을 통해 내주면(27)에 접속되는 큰 직경부(28)를 포함하고, 큰 직경부(28)는 평행부(25)의 단부로 연장된다. 테이퍼 콜릿(20)에 사용되는 재료는 특별히 제한되지는 않으나, 예를 들어, 고탄소 고크롬 베어링강(high carbon chromium bearing steel), 기계가공 공사용 탄소강, 크롬강 또는 크롬 몰리브덴강(chromium molybdenum steel)으로 만들어질 수 있다.

또한, 도 3을 참조하면, 테이퍼 콜릿(20)의 내주에 삽입되는 이너 슬리브(40)는 실질적으로 원통형 바디로 형성되는 바디부(41)와, 바디부(41)의 축 방향에서 일단부에 테이퍼 콜릿(20)의 내주의 단차부(29)(도 2 참조)와 결합하게 되는 플랜지부(42)를 포함한다. 테이퍼 콜릿(20)에 삽입되는 이너 슬리브(40)는 플랜지부(42)에 의해 기결정된 위치에 고정된다. 플랜지부(42)는 절삭 공구(3)를 꽉 잡고 있는 테이퍼 콜릿(20)에 대해 이너 슬리브(40)의 위치결정을 쉽고 확실하게 만들고, 이에 따라, 이너 슬리브(40)는 안정적인 방식으로 절삭 공구(3)를 확실히 잡을 수 있어 꽉 잡힌 절삭 공구(3)에서 발생되는 진동을 감쇠할 수 있다.

바디부(41)는 테이퍼 콜릿(20)의 내주면(27)과 접촉하게 되는 외주면(41a)과, 절삭 공구(3)의 생크부(5)를 꽉 잡는 죔 부(grasp part)로서의 내주면(41b)을 포함한다. 바디부(41)는 플랜지부(42)의 일단부에서 타단부를 향해 축 방향으로 연장하는 제1슬릿(43)을 포함한다. 즉, 제1슬릿(43)은 플랜지부(42)를 갖는 일단부에서 타단부에 걸쳐 관통하지 않도록 마련된다. 바디부(41)는 타단부에서 플랜지부(42)을 향해 축 방향으로 연장하는 제2슬릿(44)을 더 포함한다. 즉, 제2슬릿(44)은 타단부로부터 플랜지부(42)를 갖는 일단부에 걸쳐 관통하지 않도록 마련된다. 제1슬릿(43)과 제2슬릿(44)은 이너 슬리브(40)의 축 방향 길이의 1/2 보다 길게 형성되고, 원주 방향에서 등간격으로 교대로 배열된다. 제1슬릿(43)의 길이와 제2슬릿(44)의 길이는 각각 독립적으로 이너 슬리브(40)의 축 방향 길이에 대해 65% 내지 95%인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 75% 내지 85%인 것이다. 이 실시예에서는, 2개의 제1슬릿(43)과 2개의 제2슬릿(44)이 마련되어 전체적으로 4개의 슬릿이 마련되어 있다. 이에 의해, 이너 슬리브(40)는 외주면(41a)이 테이퍼 콜릿(20)의 내주면(27)에 의해 가압될 때 반향 방향에서 직경을 균일하고 용이하게 감소시킬 수 있고, 또한 꽉 잡힌 절삭 공구(3)에서 발생되는 진동을 감쇠할 수 있다.

절삭 공구(3)에서 발생되는 진동을 감쇠하기 위해 절삭 공구(3)를 꽉 잡은 상태에서 진동 흡수 및 강도를 고려하면, 이너 슬리브(40)의 축 방향에서 중앙 위치의 두께와 테이퍼 콜릿(20)의 테이퍼부(21)의 축 방향에서 중앙 위치의 두께 사이의 비가 5 : 95 내지 99 : 1의 범위인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 15 : 85 내지 40 : 60이다. 더욱이, 절삭 공구(3)를 확실히 잡는다는 관점에서는, 이너 슬리브(40)가 축 방향에서, 테이퍼 콜릿(20)의 내주면(27)의 대략 전체 길이와 접촉하게 되는 길이는 갖는 것이 바람직하다.

상술한 바와 같이, 테이퍼 콜릿(20)과 이너 슬리브(40)가 마련된 절삭 공구 홀더(1)에 따르면, 절삭 공구(3)에서 발생된 진동이 감쇠될 수 있고, 그 결과, 절삭 공구(3)의 채터링 진동이 방지될 수 있고, 절삭될 가공물의 기계가공 정확도가 향상될 수 있고, 특히 기계가공된 표면의 표면 거칠기가 개선될 수 있다. 이 실시예에 따른 절삭 공구 홀더(1)는 특히 상대적으로 작은 절삭 공구(3)가 잡히는 경우, 예를 들어, 테이퍼 콜릿(20)의 내경이 25mm 또는 그 이하, 생크부(5)의 직경이 3mm 내지 24.5mm인 경우에 특히 효과적이다. 더욱이, 절삭 공구(3)의 마모량이 진동을 억제하는 것에 의해 감소될 수 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, 하나의 슬릿을 갖는 이너 슬리브(50)가 이너 슬리브(40) 대신에 사용될 수 있다. 이너 슬리브(50)는 실질적으로 원통형 바디로 형성된 바디부(51)와, 바디부(51)의 축 방향의 일단부에서 테이퍼 콜릿(20)의 내주에 있는 단차부(29)와 결합하는 플랜지부(52)를 포함한다. 테이퍼 콜릿(20)에 삽입되는 이너 슬리브(50)는 플랜지부(52)에 의해 기결정된 위치에 고정된다. 플랜지부(52)는 절삭 공구(3)를 잡는 경우에 테이퍼 콜릿(20)에 대한 이너 슬리브(50)의 위치결정을 용이하고 확실하게 하여, 이너 슬리브(50)가 안정적인 방식으로 절삭 공구(3)를 확실히 잡을 수 있다.

바디부(51)는 테이퍼 콜릿(20)의 내주면(27)과 접촉하게 되는 외주면(51a)과, 절삭 공구(3)의 생크부(5)를 잡는 죔 부로서의 내주면(51b)을 포함한다. 바디부(51)는 플랜지부(52)의 일단부에서 타단부로 연속하는 하나의 슬릿(53)을 더 포함한다. 즉, 슬릿(53)은 플랜지부(52)를 갖는 일단부에서 타단부를 관통하고, 이너 슬리브(50)의 형상은 앞에서 볼 때 실질적으로 C자 형상이다. 이에 의해, 이너 슬리브(50)가 용이하게 제조될 수 있는 형상을 갖더라도, 외주면(51a)이 테이퍼 콜릿(20)의 내주면(27)에 의해 가압될 때 이너 슬리브(50)가 반경 방향에서 직경을 균일하고 용이하게 감소시키고, 이에 따라 절삭 공구(3)를 확실하게 잡고, 잡힌 절삭 공구(3)에 발생되는 진동을 감쇠할 수 있다.

이너 슬리브(40)를 사용하는 절삭 공구 홀더(1)와 유사하게, 이너 슬리브(50)를 사용하는 절삭 공구 홀더(1)도 절삭 공구(3)에 발생된 진동을 감쇠할 수 있고, 그 결과, 절삭 공구(3)의 채터링 진동이 방지될 수 있고, 절삭될 가공물의 기계가공 정확도가 향상되고, 특히 기계가공된 표면의 표면 거칠기가 개선될 수 있다.

이너 슬리브(40 및 50)에 제진 합금(damping alloy)이 사용됨에 따라, 진동을 흡수하도록 진동 에너지를 열 에너지로 전환하기 위한 진동에 의해 스스로 변형될 수 있는 제진 합금으로 만들어질 수 있다. 그 실시예는 Fe-Cr 기반 제진 합금, Fe-Al 기반 제진 합금 및 Mn-Cu-Ni-Fe 기반 제진 합금을 포함한다. 이들 중, 쌍결정형(twin-crystal type) Mn-Cu-Ni-Fe 기반 제진 합금이 강도가 낮아 변형이 용이하고, 넓은 범위의 주파수에 걸쳐 진동에 대한 고 감쇠 기능을 가지기 때문에, 바람직하게 사용될 수 있다.

특별히 제한되는 것은 아니지만, Mn-Cu-Ni-Fe 기반 제진 합금은 바람직하게, 질량%로, 16.9% 내지 27.7%의 구리, 2.1% 내지 8.2%의 Ni, 1.0% 내지 2.9%의 Fe, 0.05% 이하의 C를 포함하고, Mn과 불가피불순물로 균형을 맞추는 구성을 포함한다. 여기서, 제진 합금의 각 구성요소의 조성 범위(각 질량%)를 간략하게 설명한다. Cu와 관련하여, 그 양이 16.9% 이상이면, 쌍결정이 형성되기 용이하여 바람직하다. 그 양이 27.7% 이하이면, 편석(segregation)이 커지는 것이 방지되고 적절한 진동-감쇠 특성이 용이하게 얻어진다는 점에서 바람직하다. 더욱 바람직한 Cu 조성 범위는 19.7% 내지 25.0%이다. Ni와 관련하여, Ni는 주요 구성요소인 Mn 및 Cu와 함께 제3구성요소로서 더해지고, 진동 감쇠 특성을 개선할 수 있다. 이러한 효과를 효과적으로 나타내기 위해서는, Ni의 조성범위가 2.1% 이상이고 8.2% 이하인 것이 바람직하다. Fe와 관련하여, Fe는 Mn, Cu 및 Ni와 함께 제4구성요소로서 더해지고, 진동 감쇠 특성을 더욱 개선할 수 있다. 바람직하게, Fe의 양은 1.0% 이상일 때 이러한 효과가 용이하게 나타나고, 그 양이 2.9% 이하일 때 그 효과가 포화(saturate)되지 않는다는 점에서, 바람직하다. C와 관련하여, 그 양이 0.05% 이하일 때, C의 상대 농도가 Mn 등의 증발에 의해 증가하더라도, 진동 감쇠 특성의 악화가 방지될 수 있다.

동적 점탄성 측정(DMA: 동적 기계 분석(Dynamic Mechanical Analysis))으로 측정할 때 60GPa 내지 90GPa의 영률(Young's modulus)을 갖는 합금이 제진 합금으로서 바람직하게 사용될 수 있고, 그 일 실시예는 상술한 쌍결정형 Mn-Cu-Ni-Fe 기반 제진 합금을 포함한다.

다음으로, 4개의 슬릿을 갖는 이너 슬리브(40)를 사용하는 절삭 공구 홀더(1)에 의한 절삭 테스트 결과를 도 5 내지 도 7b를 참조하여 설명한다.

도 5에 도시된 바와 같이, 코발트 고속도강으로 만들어진 6mm 직경의 블레이드를 갖는 새로운 엔드 밀(end mill)(미쯔비시 머테리얼사에서 제조된: 2MSD0600)이 절삭 공구 홀더(1)를 사용하는 것에 의해 미도시된 밀링 머신 상에 절삭 공구(3)로서 장착되었다. 이어서, 드라이 커팅(dry cutting)에 의해 숄더 밀링(shoulder milling)이 실질적으로 직사각형의 열간금형강(hot dies steel)(JIS G4404(2006))으로 형성된 가공물(9) 상에서 수행되고, 절삭 동안 가공물의 진동이 가속도형 픽업(8)에 의해 가속도로 측정되었고, 표면 거칠기가 절삭 표면(91)의 기계가공 정확도로서 평가되었다. 또한, 절삭 공구(3)의 마모량이 측정되었다.

절삭 공구(3)가 테이퍼 콜릿(20)의 선단으로부터 25mm만 돌출하도록 장착되었고, 잡히는 부분의 길이는 이너 슬리브(40)에서 바디부(41)의 축 방향의 길이인 25mm였다. 절삭 조건에 따라, 회전수는 7,000rpm으로 설정되고, 1회 절삭 깊이는 3.0mm로 설정되고, 절삭 폭은 0.3mm로 설정되고, 절삭 투입(feed) 속도는 700mm/min으로 설정되고, 절삭 투입 방향에서 1회 거리는 160mm로 설정되고, 절삭은 각 100회 수행되었다.

절삭 테스트에 사용되는 테이퍼 콜릿(20)은 45.0mm의 전체 길이, 8mm의 내주면(27)의 내경, 32.0mm의 테이퍼부(21)의 길이, 약 7.2mm의 테이퍼부(21)의 축 방향에서 중심 위치의 두께를 갖는다. 질량%로, 22.4%의 Cu, 5.2%의 Ni, 2.0%의 Fe 및 0.01%의 C를 포함하는, Mn 기반 Mn-Cu-Ni-Fe 기반 제진 합금이 이너 슬리브(40)로 사용되었다. 이너 슬리브(40)는 37mm의 전체 길이, 8.0mm의 바디부(41)의 외경, 6.0mm의 내경, 1mm의 축 방향에서 중심 위치의 두께를 갖는다. 즉, 이너 슬리브(40)의 축 방향에서 중심 위치에서의 두께 대 테이퍼 콜릿(20)의 테이퍼부(21)의 축 방향에서 중심 위치에서의 두께의 비는 약 12 : 88 였다.

절삭 테스트에서, 이너 슬리브(40)를 사용하는 실시예 외에는, 절삭 공구(3)가 이너 슬리브를 사용하지 않고 테이퍼 콜릿에 직접 잡히는 비교예에 동일한 테스트가 수행되었다. 즉, 비교예에서는, 6mm의 내주면의 내경을 갖는 테이퍼 콜릿이 사용되었다.

진동 측정과 관련하여, 가속도형 픽업(8)이 절삭 투입 방향 측에서 단면 상에 장착되고, 가공물(9)의 진동이 진동 가속도의 파형으로 검출되고 기록되었다. 비교예에서는, 진동 가속도의 파형의 피크가 횟수가 증가함에 따라 증가하는 경향이 관찰된 반면, 실시예에서는, 파형의 피크가 1회부터 40회 근방에 걸쳐 점차 감소하다가 일정한 값(constant)이 되는 경향이 관찰되었다. 따라서, 실시예 및 비교예에서 각 주파수에 대해 40회에서 50회 사이의 파형 부분이 진동 가속도 강도 및 진동 가속도 파워를 얻기 위해 FFT(Fast Fourier Transform)으로 분석되었고, 그 결과가 각각 도 6a 및 도 6b에 도시되어 있다.

도 6a 및 도 6b에 도시된 바와 같이, 진동 가속도에 대해 나타난 강도 및 파워는 비교예에 비해 실시예에서 약 10,000Hz 이상의 고 주파수 영역에서 작았다. 즉, 절삭 공구 홀더(1)는 테이퍼 콜릿(20)과 함께 이너 슬리브(40)를 사용하는 것에 의해 절삭 공구(3)의 진동을 감쇠한다.

기계가공 정확도는, 100회 절삭 후, 즉, 누적된 절삭 투입 거리가 16mm인, 엔드 밀의 돌출 방향에 평행한 표면인, 가공물(9)의 절삭면(91)(측면)의 표면 거칠기로 측정하여 평가하였다. 표면 거칠기 측정은 상업적으로 이용가능한 표면 거칠기 측정 기구를 사용하여 산술평균 거칠기(Ra) 및 십점평균 거칠기(Rz)를 측정하여 수행하였다. 도 7a 및 도 7b는 거칠기 곡선과 함께 비교예와 실시예의 측정 결과를 각각 도시한다.

도 7a에 도시된 바와 같이, 비교예에서 표면 거칠기는 Ra: 0.4951μm, Rz: 2.3792μm였다. 한편, 도 7b에 도시된 바와 같이, 실시예에서 표면 거칠기는 Ra: 0.1664μm, Rz: 0.9065μm였다. 따라서, 표면 거칠기가 비교예에 비해 실시예에서 개선된 것을 확인할 수 있다. 즉, 기계가공 정확도는 테이퍼 콜릿(20)과 함께 이너 슬리브(40)를 사용하여 개선될 수 있다.

상술한 바와 같이, 이너 슬리브(40)를 사용하는 절삭 공구 홀더(1)에 따르면, 절삭 공구(3)의 진동은 절삭 공정에서 감쇠되고, 그 결과, 절삭 공구(3)의 채터링 진동이 방지되고 절삭될 가공물의 표면 거칠기가 개선될 수 있고, 이에 따라 기계가공 정확도가 개선될 수 있다.

실시예 및 비교예에서, 100회 절삭 공정 전후에 절삭 공구(3)의 여유면(flank face)의 (치핑(chipping)) 마모량의 측정이 현미경을 사용하는 관찰로 수행되었다. 구체적으로, 절삭 공정 전후의 마모량(마모 영역)이 앞날(end cutting edge)의 여유면의 현미경 사진에 기초하여 계산되었다. 그 결과, 비교예에서 마모량이 3,309μm²였다. 반면에, 실시예에서 마모량은 2,534μm²였다. 즉, 이너 슬리브(40)를 사용하는 절삭 공구 홀더(1)에 따르면, 절삭 공구(3)의 진동이 감쇠되고, 그 마모량이 감소될 수 있다.

여기서, 본 발명의 대표적인 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 이에 반드시 제한되는 것은 아니다. 당업자는 본 발명의 범위 및 청구범위를 벗어나지 않는 한, 다양한 대체예 및 변형예를 도출할 수 있다.

본 출원은 2014년 10월 29일자로 출원된 일본 특허출원 제2014-220788호에 기초한 것으로, 그 내용은 여기에 참조로서 포함된다.

1: 절삭 공구 홀더
3: 절삭 공구
10: 콜릿 척 바디
20: 테이퍼 콜릿
30: 너트
40, 50: 이너 슬리브

Claims

절삭 공구의 생크부를 잡는(grasp) 테이퍼 콜릿에 삽입되는, 테이퍼 콜릿용 이너 슬리브로,
그 위에 마련된 슬릿을 갖는 제진 합금을 포함하는 원통형부를 포함하는 것을 특징으로 하는 테이퍼 콜릿용 이너 슬리브.
제1항에 있어서,
상기 슬릿은, 원통형부의 길이 방향에서 제1단부로부터 그 제2단부를 향해 원통형부를 관통하지 않도록 형성된 제1슬릿 및 제2단부로부터 제1단부를 향해 원통형부를 관통하지 않도록 형성된 제2슬릿을 포함하고,
상기 제1슬릿 및 제2슬릿은 교대로 마련되는 것을 특징으로 하는 테이퍼 콜릿용 이너 슬리브.
제2항에 있어서,
상기 제1슬릿 및 제2슬릿 각각은, 길이 방향에서 원통형부의 길이의 1/2보다 긴 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 테이퍼 콜릿용 이너 슬리브.
제1항에 있어서,
상기 슬릿은, 원통형부의 길이 방향에서 제1단부로부터 제2단부를 향해 관통하는 제3슬릿을 포함하는 것을 특징으로 하는 테이퍼 콜릿용 이너 슬리브.
제1항에 있어서,
원통형부의 길이 방향에서 일단부 상에서, 테이퍼 콜릿과 결합하게 되는 고정부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 테이퍼 콜릿용 이너 슬리브.
제1항에 있어서,
상기 테이퍼 콜릿은 테이퍼부를 포함하고,
길이 방향에서 중앙 위치의 원통형부의 두께와 테이퍼부의 길이 방향에서 중앙 위치의 두께의 비는 5 : 95 내지 99 : 1인 것을 특징으로 하는 테이퍼 콜릿용 이너 슬리브.
콜릿 척 바디, 테이퍼 콜릿, 및 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 테이퍼 콜릿용 이너 슬리브를 포함하는 절삭 공구 홀더.