공작물을 절삭 및 디버링 가공하는 공구 및 방법

공작물을 절삭 및 디버링 가공하는 공구 및 방법{TOOL FOR MACHINING AND DEBURRING WORKPIECES AND METHOD THEREFOR}

본 발명은 공작물을 절삭 가공하기 위한 청구범위 제1항의 전제부에 따른 절삭 가공 공구와, 공작물을 절삭 가공하기 위한 청구범위 제13항의 전제부에 따른 절삭 가공 방법에 관한 것이다.

본 명세서에 언급된 유형의 공구 및 방법은 알려져 있다. 특히, 복합 공작 기계에서는 가장 다양한 유형의 공구가 공작물을 절삭 가공하기 위해 이용된다. 밝혀진 바에 따르면, 상기 공정에서는 지속적인 부상 위험을 초래하는 버(burr)가 발생한다. 이러한 이유로, 공작물을 절삭 가공한 후에 발생한 버를 제거하여 그에 따른 부상 위험을 가능한 제거하기 위한 디버링 공구가 이용된다. 따라서, 절삭 가공 중에 발생하는 버를 제거하기 위한 제2의 공구가 요구되고 있다. 따라서, 대부분의 경우에 공구 교환이 요구된다. 그러나, 이것은 복합 공작 기계에서 역시 상당한 단점이며, 그 이유는 공구의 다양성으로 인해 상당한 공간이 요구되기 때문이다. 또한, 일반적으로 그와 같은 공구의 설치는 보관과 관련하여 매우 불리하다.

따라서, 본 발명의 목적은 상술한 단점이 없는 공작물의 절삭 가공용 공구를 제공하는 것이다.

도 1은 공구를 그 단부면에서 바라본 개략적인 정면도이다.

도 2는 도 1의 공구에 대한 부분 단면도이다.

도 3은 공구의 상세도이며, 즉 제1 작동 위치에 있는 디버링 장치를 보여주는 도면이다.

도 4는 제2 작동 위치에 있는 디버링 장치를 보여주는 도면이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

3 : 주 본체

7, 7′: 절삭날

15 : 디버링(deburring) 장치

17 : 디버링 공구

37 : 와이어 브러시

39 : 작동 장치

41 : 작동 피스톤

47 : 작동 핀

51 : 나선형 스프링

이러한 목적을 달성하기 위해, 청구범위 제1항에 기재된 특징을 나타내는 공구가 제안된다. 이 공구는 디버링 장치를 구비하는 것에 특징이 있다. 이 디버링 장치를 이용하면, 절삭 가공 중에 발생하는 버를 별도의 공구를 사용하지 않고서도 제거할 수 있다.

상기 공구의 바람직한 실시 형태에 있어서, 상기 디버링 장치는 공구의 절삭날과 디버링 공구 사이에서 상대 이동을 보장하는 작동 장치와 연동하는 것에 특징이 있다. 특히, 디버링 공구를 진퇴(進退)시키는 것이 가능하기 때문에, 후퇴 상태의 디버링 공구로 공작물을 절삭 가공하고 나서, 전진 상태의 공구로 발생된 버를 제거한다.

다른 실시 태양은 종속 청구항에 기재되어 있다.

또한, 상기의 목적을 달성하기 위해, 공작물을 절삭 가공하기 위한 방법도 제안되는데, 이 방법은 동일한 공구에 의해 절삭 가공 및 디버링 가공이 모두 수행되는 것에 특징이 있다.

이 방법의 다른 실시 형태는 종속 청구항에 기재되어 있다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다.

도 1에는 주 본체(3)를 구비한 공구(1)가 도시되어 있으며, 이 주 본체의 외주면(5) 상에 1개 이상의 절삭날(7)이 돌출한다. 도 1에 따르면, 2개의 절삭날(7, 7′)이 도시되어 있다. 그러나, 여기에서 설명되는 개략도는 단순화한 것이다. 여기에서는 공구의 외주면(5) 상에 총 12개의 절삭날이 돌출하고 있다고 전제해야 한다. 여기에서는, 상기 절삭날(7)은 통상적인 방식으로, 예컨대 도시 생략한 클램핑 턱, 바람직하게는 목표로 하는 가공 반경이 정확하게 설정될 수 있도록 상기 공구(1)의 주 본체(3)에 대해 조정될 수 있는 소위 "카세트(cassette)"에 의해, 공구(1)의 주 본체(3)에 고정되는 커터 팁(cutter tip)(9)의 일부이다.

공작물을 절삭 가공하는 경우, 공구(1)는 통상적으로는 회전 방향으로, 도 1의 경우 반시계 방향으로 설정되며, 그 결과 커터 팁(9)의 절삭날(7)은 공작물로부터 칩(chip)을 제거할 수 있다.

화살표(11)로 표시된 공구(1)의 회전 방향으로 보았을 때, 절삭날(7) 앞에, 즉 커터 팁(9) 앞에 칩을 반출하는 역할을 하는 칩 공간(13, 13′)이 각각 위치하며, 따라서 이 칩 공간 속으로 절삭날(7, 7′)에 의해 절삭된 칩이 들어가서, 이 공간으로부터 반출될 수 있다.

절삭 공구의 구조와 기능은 기본적으로 알려져 있기 때문에, 이에 대해서는 세부적으로 언급하지 않는다. 또한, 공구의 회전 중에 칩은 절삭날에 의해 피가공 공작물로부터 제거되는 것이 중요하다. 이 과정에서 일반적으로 버가 생긴다.

공구(1)에는 1개 이상의 디버링 공구(17)를 구비한 디버링 장치(15)가 설치되어 있으며, 이 디버링 공구는 여기에서는 절삭날(7)과 결합된다. 도 1의 개략도에 따르면, 절삭날(7′)도 역시 디버링 공구(17′)와 결합되고, 여기에서는 상세하게 후술되는 동심원(K1, K2)에 의해 표시된 10개의 디버링 공구가 더 설치되어 있다는 것을 알 수 있다. 따라서, 각각의 디버링 공구에 절삭날 또는 커터 팁이 결합되며, 이와 정반대로, 즉 여기에 도시된 실시 형태의 공구(1)도 디버링 공구와 동일한 개수의 절삭날 또는 커터 팁을 구비하고 있다. 또한, 개별의 절삭날과 결합된 개별의 디버링 공구를 대신하여, 대형의 단일 디버링 공구가 복수 개의 절삭날과 결합될 가능성도 있다.

그러나, 공구(1)의 기능적인 측면에서는, 기본적으로 절삭날 또는 커터 팁의 개수 및 디버링 공구의 개수는 중요하지 않다.

도 2에는 도 1에 도시된 공구가 측면도로 도시되어 있으며, 여기에서는 공구(1)의 일부가 절취되어 있다. 동일한 부분에 대해 상술한 도면 부호가 부여되며, 도 1에 대한 설명을 참조할 수 있다.

도 2에 따르면, 공구(1)의 주 본체(3)의 외주면(5) 너머로 돌출한 복수 개의 커터 팁(9)도 또한 공구(1)의 단부면(19) 너머로 돌출한 절삭날(7)과 함께 도시되어 있다. 여기에 도시된 공구(1)는 예컨대 표면 가공용 밀링 커터라는 것을 알 수 있다.

도 2에는 공구(1)의 주 본체(3)에 고정되는 카세트(21)가 도시되어 있고, 이 주 본체에 커터 팁(9)이 통상적인 방식으로 고정된다. 여기에서, 상기 카세트가 공구(1)의 중심 축선(23) 방향으로 조정될 수 있다. 이를 위한 조정 장치(25)는 알려져 있고, 여기에 단순히 도시되어 있을 뿐이다. 이 조정 장치는 커터 팁(9)을 공구(1)의 단부면(19) 너머로 어느 정도 변위시키는 역할을 한다. 대응하는 조정 가능성이 반경 방향으로, 즉 중심 축선에 대해 직각 방향으로 유사하게 제공될 수 있다.

공구(1)의 주 본체(3)에는 홈(27)이 형성되어 있으며, 이 홈은 여기에서는 중심 축선(23)에 대해 평행하게 연장하여 디버링 공구(17)를 수용하는 역할을 하며, 이는 도 3 및 도 4를 참조하여 보다 더 상세하게 후술된다.

상기 주 본체(3)는 그 단부면(19)의 반대쪽 측면에 플랜지(29)를 구비하며,이 플랜지는 주 본체(3)에 기밀적으로 장착되고, 중심 축선(23) 방향으로 뻗어 있는 분기 통로(31)를 구비하며, 이 분기 통로는 예컨대 1개 이상의 환형 통로(33)를 통해 서로 결합되고, 오목부(27)와 매체 결합부를 형성한다.

상기 공구(1)는 플랜지(29) 및 공지의 고정 샤프트(35)를 통해 공작 기계 또는 가공 스테이션에 결합된다. 도 2에 따른 부분 단면도에 따르면, 상기 고정 샤프트는 중공(中空)이면서 내측 공간(37)을 가지는데, 이 내측 공간을 통해 한편으로는 환형 통로(33), 분기 통로(31) 및 오목부(27)에 대한 매체 결합부가 형성되고, 다른 한편으로는 냉각제 및 윤활제가 절삭날에 공급될 수 있다.

일반적으로, 냉각제 및 윤활제 중 하나 이상, 또는 다른 매체를 상기 샤프트를 통해 공구로 공급하는 것이 공지되어 있기 때문에, 이에 대해서는 상세하게 설명하지 않는다.

도 3은 공구(1)의 일부, 즉 디버링 공구(17)를 확대하여 보여주는 단면도이다. 상기 주 본체(3)에는 오목부(27)가 형성되어 있고, 이 오목부는 여기에서는 계단형 구멍으로서 형성되고, 와이어 브러시(37)로서 형성된 디버링 공구(17)와 작동 장치(39)를 수용한다. 이 작동 장치는 작동 피스톤(41)을 구비하며, 이 작동 피스톤은 오목부(27)의 상부 영역(43)에 밀봉 상태로 배치되고, 오목부(27)의 종방향 축선(45) 방향으로 변위될 수 있다. 공구(1)의 단부면(19)을 향하는 작동 피스톤(41)의 하측면에는 작동 핀(47)이 장착되는데, 이 작동 핀에는 와이어브러시(37)가 고정되며, 여기에서는 예컨대 나사산을 가진 스터드(49)에 의해 나사 결합된다. 상기 작동 핀(47)의 외경은 오목부(27)의 내경 보다 작기 때문에, 상기 작동 핀 둘레에는 탄성 요소, 여기에서는 나선형 스프링(51)이 배치될 수 있고, 이 스프링은 한편으로는 상기 오목부(27)의 하측 계단부에, 다른 한편으로는 상기 작동 피스톤(41)의 하측면에 지지되고, 상기 오목부(27)에 예비 응력이 걸린 상태로 수용된다. 따라서, 상기 나선형 스프링(51)은 적합한 접촉부, 본원의 경우 폐쇄판(55)에 지지되는 작동 피스톤(41)을 상부를 향해 가압한다. 이때, 이 폐쇄판은 공구(1)의 주 본체(3) 속으로 진입되고, 고정 나사(57)에 의해 고정된다.

도 3에 따른 도면에서는, 작동 피스톤(41)이 그 상측의 제1 작동 위치, 즉 폐쇄판(55)에 있는 정지부에 위치하며, 그 결과 디버링 장치(15) 또는 디버링 공구(17)는 작동되지 않는다. 다시 말해서, 상기 와이어 브러시(37)는 오목부(27)의 바닥부(59) 속으로 충분하게 당겨져서 공구(1)의 단부면(19) 너머로 돌출하지 않는다.

도 3은 단부면(19)에 있는 바닥부(59)의 연통 영역에는 원추형 확장부(61)가 형성되어 있는 것을 보여주며, 이는 도 1에서 동심원(K1, K2)으로 표시되어 있다.

상기 작동 피스톤(41)이 나선형 스프링(51)의 힘에 반발하여 도 3에 도시된 위치로부터 제2 작동 위치로 하향 변위되는 경우, 상기 작동 피스톤은 결국 상기 오목부(27)의 상측 계단부(63)에 충돌하거나, 상기 오목부(27) 내에 장착되어 종방향 축선(45)에 대해 동심으로 배치된 정지 링(65)에 충돌한다.

상기 폐쇄판(55)에는 연결 부재(67)가 장착되며, 이 연결 부재에 의해 상기오목부(27)가 연결 호스(69)를 통해 매체 공급부와 결합된다. 따라서, 단부면(19)으로부터 이격된 작동 피스톤(41)의 최상면에는, 결국 나선형 스프링(51)의 반발력 보다 큰 하향력을 형성하기 위해, 가령 압축 공기에 의해 또는 작동 유체에 의해 과잉 압력을 형성하는 것이 가능하다. 이러한 방식으로, 작동 피스톤(41)과 이에 따른 작동 핀(47) 및 디버링 공구(17), 즉 와이어 브러시(37)가 하향으로 변위될 수 있다.

도 4는 하향으로 변위된 작동 피스톤(41)과, 이에 의해 단부면(19) 너머로 전진한 디버링 공구(17) 또는 와이어 브러시(37)를 보여준다. 확장부(61)에 의해 상기 와이어 브러시(37)는 도 4에 도시된 바와 같이 부채꼴로 펼쳐질 수 있다.

도 4는 도 3과 비교하여 약간 변형된 실시 형태를 보여준다. 여기에서, 폐쇄판(55)은 약간 더 작은 구조로 되어 있다. 그러나, 디버링 공구(17) 및 작동 장치(39)에 대한 기본적인 구조는 동일하기 때문에, 이에 대해서는 도 3 및 그 외의 도면에 대한 설명을 참조할 수 있다. 이 경우에, 동일한 부분에 대해서 동일한 도면 부호가 부여된다.

도 4에 따른 도면은 상측 계단부(63)와 정지 링(65)이 제거될 수 있다는 것을 보여준다. 작동 피스톤(41)의 하향 운동은 나선형 스프링(51)이 충분하게 압축됨으로써 제한되며, 그 결과 모든 나선부가 서로에 대해 지지되어 추가의 압축이 불가능하게 된다.

여기에 도시된 작동 장치(39)의 실시 형태에 있어서, 상기 작동 피스톤(41), 작동 핀(57) 및 디버링 공구(17) 또는 와이어 브러시(37)의 하향 운동을 위해, 상기 작동 피스톤(41)은 그 최상면에서 나선형 스프링(51)의 반발력 보다 큰 압력(P)이 작용된다 것이 중요하다. 그 결과, 디버링 공구(17)는 공구(1)의 단부면(19) 너머로 전진하고, 디버링 가공에 이용할 수 있다.

압축력을 형성하기 위해, 압축 매체가 도 3 및 도 4에 도시되어 있는 바와 같이 접속 계단부(67)를 통해, 또는 도 2와 관련하여 설명한 플랜지(29)를 통해 작동 피스톤(41)의 상부에 있는 오목부(27)에 인가되는 지의 여부가 중요하지 않다는 것을 쉽게 알 수 있다. 다시 말해서, 압축 매체가 환형 통로(33)에 인가되는 경우, 분기 통로(31)에도 유사하게 압력이 형성된다. 이 압력은 다음에 단부면(19)으로부터 떨어져 있는 작동 피스톤(41)의 상부측으로 전달되기 때문에, 작동 피스톤은 결국 나선형 스프링(51)의 힘에 반발하여 변위되면서 디버링 공구(17)가 공구(1)의 주 본체(3)로부터 나오게 된다.

따라서, 여기에 도시된 작동 장치(39)의 실시 형태에서는, 작동 피스톤(41)에 구체적으로는 기상(氣相) 매체 또는 액상(液相) 매체에 의하든 간에 압력이 인가되어, 디버링 장치(15)를 작동시켜서 예컨대 나선형 스프링(51)을 구비한 복귀 장치의 힘에 대항하여 디버링 공구(17)인 와이어 브러시(37)를 공구(1)의 단부면(19) 너머 밖으로 밀어 내도록 하는 것이 중요하다.

작동 피스톤(41)의 상측에 작용하는 압력이 감소되는 경우, 나선형 스프링(51)은 결국 작동 피스톤을, 이에 따라 역시 디버링 공구(17)를 초기 위치로 다시 밀어 내어, 와이어 브러시(37)는 다시 공구(1)의 주 본체(3) 속으로 복귀된다.

이하에서는, 공구의 기능 및 공작물의 가공 방법을 상세하게 설명한다.

우선, 제1 가공 단계에서 공구(1)는 공작물로부터 칩을 반출하는 데에 이용된다. 이 공정에서는, 도 1 및 도 2로부터 알 수 있는 바와 같이, 공구(1)가 밀링 커터인지, 그렇지 않으면 절삭 가공용으로 사용되는, 가령 리머(reamer) 등과 같은 다른 공구인 지의 여부는 궁극적으로 중요하지는 않다. 절삭날(7)이 절삭 가공 중에 원주면(5) 너머로, 그리고 필요한 경우 공구(1)의 주 본체(3)의 단부면(19) 너머로 돌출하고, 공작물로부터 칩을 반출시킨다. 이러한 공구(1)의 작동 모드 중에는 디버링 장치(15)가 작동되지 않고, 다시 말해서 디버링 공구(17) 또는 와이어 브러시(37)는 주 본체(3) 속으로 당겨진다. 절삭 가공 후에는, 공구(1)는 가공 공작물로부터 상승되어 그 초기 위치로 복귀된다. 이제, 디버링 장치(15)가 작동되면, 세부적으로 여기에서는 와이어 브러시(37)로서 형성된 디버링 공구(17)가 공구(1)의 주 본체(3)로부터 전진되어 디버링 공구(17)에 의해 공작물의 상측면이 추가의 공정 단계에서 절삭 가공될 수 있다.

이하의 태양이 중요하다. 즉

제1 단계의 공정에서는, 공작물은 공구(1)에 의해 절삭 가공된다. 제2 단계의 공정에서는 공작물의 디버링 가공이 동일한 공구에 의해 직접 수행된다. 이를 위해, 절삭날(7)과 디버링 공구(17) 사이의 상대적 이동이 요구된다. 여기에 설명된 실시 형태에서는, 먼저 후퇴 상태의 와이어 브러시(37) 또는 디버링 공구(17)가 공작물의 표면과 접촉하는 것이 아니라, 절삭날(7)이 칩을 우선적으로 반출하는 것이 작동 장치(39)에 의해 보장된다. 이후 디버링 공구는 전진되어 공작물 표면을디버링 가공하는 데에 이용될 수 있다.

또한, 절삭날(7)의 운동도 고려될 수 있다는 것을 쉽게 알 수 있다. 이 절삭날(7)은 우선 공구(1)의 회전 중에 공구의 외형 너머로 디버링 공구 또는 와이어 브러시 보다 멀리 돌출할 만큼 멀리 전진할 수 있다. 이 작동 위치에서, 공작물이 절삭 가공될 수 있다. 이 절삭 가공이 완료되면, 상기 절삭날은 안으로 당겨질 수 있으며, 이때 디버링 공구가 공작물의 표면을 절삭 가공할 수 있다. 또한, 이러한 공구의 작동 방식이 일반적으로 고려될 수 있는 경우에도, 처음에 설명한 작동 방식이 바람직한데, 그 이유는 그때 절삭날이 공구(1)의 기능 변경을 위해 이동할 필요가 없고, 이에 따라 주 본체(3)에서 매우 정확하게 배치될 수 있기 때문이다. 상기 디버링 공구의 진퇴 중에, 특히 디버링 공구가 와이어 브러시로서 설계되어 있는 경우, 결국 상기 브러시의 전진 거리는 중요한 것이 아니다. 상기 브러시가 디버링 가공을 실시할 수 있도록 주 본체(3) 너머의 외측을 향하여 절살날(7) 보다 더 멀리 돌출하는 것만이 중요하다.

상기 공작물을 디버링 가공할 때, 특히 개개의 강모가 내마모 코팅처리되어 있는 와이어 브러시(37)가 이용되기 때문에, 상기 공구(1)의 수명이 길어진다.

이 외에도, 상이한 구조로 이루어져서 디버링 공구를 기동 및 구동시키는 역할을 하는, 즉 디버링 공구(17)를 전자기적으로 진퇴시키는 작동 장치(39)가 공구(1)의 작동 방식을 위해 이용될 수 있다는 것도 밝혀졌다. 끝으로, 상기 작동 장치(39)를 회전 속도의 함수로서, 예컨대 임의의 회전 속도에서 스프링의 힘에 대항하여 이동하여 디버링 공구(17)를 작동시키는 데에 이용될 수 있는 공지 장치에의해 작동시키는 것도 역시 고려될 수 있다. 이 경우에도 마찬가지로 기능의 역전, 즉 고정된 와이어 브러시에 대하여 절삭날의 변위가 가능하다. 이와는 별도로, 상기 절삭날과 디버링 공구 사이에 상대 운동을 발생시키기 위해, 다양한 작동 형태(공압식, 유압식, 원심력에 의한 기계식, 전자석에 의한 기계식)의 조합이 항상 가능하다.

무엇보다도, 공구(1)에는 고정된 커터 팁(9)이 설치되는 것이 바람직하다는 것은 명확하다. 다시 말해서, 상기 커터 팁은 상기 공구(1)의 정확한 조정을 위해 변위될 수 있다. 디버링 공구(17), 즉 와이어 브러시(37)는 작동 장치(39)에 의해 변위될 수 있기 때문에, 공작물의 절삭 가공 및 디버링 가공 양자는 상기 공구(1)에 의해 가능하다. 따라서, 공작물의 절삭 가공을 위해 필요한 공구가 실질적으로 감소되고, 이에 따라 대응하는 공작 기계 또는 복합 공작 기계의 요구 공간 요구도 역시 감소된다. 이 경우, 공구(1)는 간단한 구성으로 되고, 고장 또는 마모에 영향을 적게 받는다.

이 외에, 무엇보다도 절삭 가공과 디버링 가공이 기본적으로 동일한 작동 사이클에서 수행될 수 있다는 것이 명확하다. 이는 디버링 공구가 절삭 가공 중에 미리 작동되는, 즉 전진되는 것에 의해 달성된다.

이러한 가공 방식은 시간을 상당히 절약하게 된다. 그러나, 전술한 방법의 장점은 양자의 가공 순서, 즉 절삭 가공 및 디버링 가공은 서로 방해하지 않는다는 점에 있다.

또한, 본 발명에 따른 공작물의 절삭 가공용 공구는 디버링 장치를 구비하며, 이 디버링 장치를 이용하면, 절삭 가공하는 동안 발생하는 버를 별도의 공구를 사용하지 않고서도 제거할 수 있다.