KR20050110974A - Hybrid bite holder for cutting bite - Google Patents
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Abstract
본 발명은 선삭, 보링, 리밍 등에 사용되는 절삭 바이트 장착용 하이브리드 바이트 홀더(100, 200)에 관한 것으로서, 피가공물의 절삭을 위한 절삭 바이트가 장착되는 바이트 장착부(101, 201)와, 공작기계에 맞물리며 가늘고 길게 형성되는 바이트 몸체(102, 202)로 구분된다. 그리고, 본 발명의 하이브리드 바이트 홀더(100, 200)는 종래기술의 바이트 홀더와 달리 선단부가 금속소재로만 제작되지 않고, 바이트 장착부(101, 201)와 바이트 몸체(102, 202)에 해당되는 전장에 걸쳐 그 축방향 중심에 설치되어 맨드럴 역할을 하는 금속 코어(110, 210)와, 금속 코어(110, 210)의 외면에 적층되는 섬유강화 복합재료층(120, 220), 및 복합재료층(120, 220)을 보호하면서 강성을 향상시키도록 복합재료층(120, 220)의 외면에 결합되는 외부 보호층(130, 230)을 포함하는 것을 특징으로 한다. 따라서, 본 발명의 하이브리드 바이트 홀더는 정적 강성과 비강성이 양호하면서도 종래에 비해 고유 진동수가 향상되어 고속 가공이 가능해지는 장점이 있다. 또한, 본 발명은 감쇠능이 우수한 복합재료층과 금속 코어가 사용됨으로써, 절삭 가공과정에서 발생되는 진동이 억제되어, 가공 표면의 정밀도가 향상되는 장점이 있다.The present invention relates to a cutting bite mounting hybrid bite holder (100, 200) used for turning, boring, reaming, etc., the bite mounting portion (101, 201) is mounted to the cutting bite for cutting the workpiece and machine tools It is divided into the bite body (102, 202) is formed interlocking and thin. In addition, unlike the byte holder of the prior art, the hybrid bite holder 100 and 200 of the present invention is not made of a metal material, but the front end corresponding to the bite mounting portions 101 and 201 and the bite bodies 102 and 202. Metal cores 110 and 210 installed at their axial centers and serving as a mandrel, fiber reinforced composite layers 120 and 220 stacked on the outer surfaces of the metal cores 110 and 210, and a composite material layer ( It characterized in that it comprises an outer protective layer (130, 230) coupled to the outer surface of the composite layer (120, 220) to improve the rigidity while protecting the 120, 220. Therefore, the hybrid bite holder of the present invention has the advantage that the static stiffness and the non-stiffness is good, but the natural frequency is improved compared to the conventional one, thereby enabling high speed machining. In addition, the present invention has the advantage that the vibration generated during the cutting process is suppressed by using the composite material layer and the metal core having excellent damping ability, thereby improving the precision of the machining surface.
Description
본 발명은 선삭, 보링, 리밍 등에 사용되는 절삭 바이트 장착용 하이브리드 바이트 홀더에 관한 것이며, 특히, 고강성 섬유강화 복합재료층의 외부에 금속 보호층이 결합되어 바이트 몸체를 형성하고 절삭 바이트가 보다 견고하게 장착되도록 개선된 절삭 바이트 장착용 하이브리드 바이트 홀더에 관한 것이다. The present invention relates to a hybrid bite holder for cutting bite used in turning, boring, reaming, etc. In particular, a metal protective layer is bonded to the outside of the high-strength fiber-reinforced composite layer to form a bite body and the cutting bite is more robust. The invention relates to a hybrid bite holder for cutting bite, which is improved to be mounted securely.
바이트 홀더는 피가공물의 구멍 내면을 가공하는 보링 또는 리밍작업에 사용되는 공구로서, 통상적으로 가늘고 길게 제작된다. 이로 인해, 통상적으로 바이트 홀더는 굽힘 강성과 강도가 낮으며, 절삭공정시 굽힘 현상에 의하여 가공 정밀도가 저하되는 단점이 있다. 또한, 바이트 홀더는 낮은 고유진동수로 인해 가공면에 채터링 현상을 유발시키기 때문에, 절삭 속도와 이송률(feed rate)의 한계가 일반적으로 낮은 단점을 갖는다. The bite holder is a tool used for boring or reaming to machine the inner surface of a hole of a workpiece, and is usually made thin and long. For this reason, the bite holder typically has a low bending stiffness and strength, and has a disadvantage in that machining accuracy is lowered due to bending during the cutting process. In addition, since the bite holder causes chattering on the machining surface due to the low natural frequency, the cutting speed and the feed rate limit are generally low.
그래서, 종래에는 상기와 같은 단점을 보완하기 위해 여러 종류의 바이트 홀더들이 개발되었다. 이런 바이트 홀더들 중에는 독일의 MAPAL사, KOMET사, 일본의 DIJET사 등에서 제조되며, 강성과 강도 특성이 매우 우수한 텅스텐 카바이드 합금 또는 공구강(초경재료)이 사용된 바이트 홀더가 있다.Therefore, in the past, various types of bite holders have been developed to compensate for the above disadvantages. Among these bite holders are bite holders made of tungsten carbide alloy or tool steel (carbide material) manufactured by MAPAL of Germany, KOMET, and DIJET of Japan, which have excellent rigidity and strength characteristics.
하지만, 종래의 텅스텐 카바이드 합금 또는 초경재료가 사용된 바이트 홀더는 높은 경도로 인해 가공이 어려우며, 절삭을 위한 최적의 성능을 발휘하기 위해서 특수 가공작업이 이루어지는 경우에 그 제조원가가 매우 높아지는 단점이 있다. 또한, 종래의 텅스텐 카바이드 합금 또는 초경재료가 사용된 바이트 홀더는 높은 밀도로 인해 그 고유진동수가 낮기 때문에, 절삭속도를 향상시키는 데 한계가 있는 문제점이 있다. 또한, 종래의 텅스텐 카바이드 합금 또는 초경재료가 사용된 바이트 홀더는 재료의 감쇠능이 낮기 때문에, 절삭 가공작업에서 진동에 대한 흡수능력이 낮은 단점이 있다.However, the bite holder using a conventional tungsten carbide alloy or cemented carbide material is difficult to process due to the high hardness, the manufacturing cost is very high when a special machining operation is performed to achieve the best performance for cutting. In addition, the bite holder using a conventional tungsten carbide alloy or cemented carbide material has a low natural frequency due to high density, there is a problem that there is a limit to improve the cutting speed. In addition, the bite holder using a conventional tungsten carbide alloy or cemented carbide material has a low damping ability of the material, there is a disadvantage that the absorption ability to vibration in the cutting operation is low.
그래서, 종래에는 상기와 같은 단점을 극복하기 위해 일본 특개평 07-290305호에 금속으로 제작된 헤드, 섬유강화 복합재료로 제작된 몸체, 이런 섬유강화 복합재료보다 정적강성이 높은 금속 또는 세라믹 소재의 고탄성재의 피복층을 구비한 보링바가 공지되어 있다. 하지만, 상기 일본 특개평 07-290305호에 공지된 보링바는 복합재료의 사용으로 인해 비강성과 감쇠능이 향상되어 고유 진동수와 진동 억제 효과가 향상되었지만, 그 평균 단면 굽힘 강성이 일반 공구강에 비해 낮아서 보링바의 길이 대 직경비가 크게 향상되지 않았다.Thus, in order to overcome the above disadvantages, Japanese Patent Laid-Open Publication No. 07-290305 discloses a head made of metal, a body made of fiber reinforced composite material, and a metal or ceramic material having higher static stiffness than such fiber reinforced composite material. Boring bars with a high elastic coating layer are known. However, the boring bar known from Japanese Patent Application Laid-Open No. 07-290305 has improved its specific stiffness and damping ability due to the use of a composite material, thereby improving its natural frequency and vibration suppression effect, but its average cross-sectional bending rigidity is lower than that of general tool steels. The length to diameter ratio did not improve significantly.
또한, 종래에는 일본 특개평 08-229711호 및 일본 특개평 09-277106호에 금속 소재의 헤드와, 섬유강화 복합재료로 제작된 몸체와, 금속 혹은 세라믹 소재의 피복층으로 구성되는 보링바가 각각 기술되어 있다. 특히, 일본 특개평 08-229711호에 기술된 보링바에는 헤드로부터 전달되는 진동을 억제하도록 헤드와 몸체 사이에 비중이 큰 보강부재가 접착제 또는 볼트 등에 의해 고정된다. 또한, 일본 특개평 09-277106호에 기술된 보링바에는 정적 강성이 복합재료보다 우수하며, 판형, 십자형 등의 형상을 가지며, 강, 합금강, 알루미늄 합금, 텅스텐 카바이드 합금, 서멧 등으로 제작되는 보강부재가 보링바 축상을 따라 설치된다. In addition, Japanese Patent Application Laid-Open No. 08-229711 and Japanese Patent Laid-Open No. 09-277106 describe a boring bar composed of a metal head, a body made of a fiber-reinforced composite material, and a coating layer of metal or ceramic material, respectively. have. In particular, in the boring bar described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 08-229711, a reinforcing member having a high specific gravity is fixed between the head and the body by an adhesive or a bolt to suppress vibration transmitted from the head. In addition, the boring bar described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 09-277106 has better static stiffness than the composite material, and has a shape of plate or cross, and is a reinforcing member made of steel, alloy steel, aluminum alloy, tungsten carbide alloy, cermet, or the like. Is installed along the boring bar shaft.
하지만, 상기 일본 특개평 08-229711호 및 일본 특개평 09-277106호에 기술된 보링바는 헤드가 금속으로 제작되고, 비중이 큰 부재가 보링바의 선단에 설치되기 때문에, 선단부의 질량이 증가한다는 면에서 고유 진동수 향상에 한계가 있는 단점이 있다. 그리고, 상기 일본 특개평 08-229711호 및 일본 특개평 09-277106호에 기술된 보링바는 복합재료로 제작된 몸체보다 우수한 정적 강성을 갖는 피복층 및 보강부재가 사용되어야만, 보링바에 필요한 일정 이상의 정적 강성이 확보되는 사용상의 제약이 있는 단점이 있다.However, in the boring bars described in Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 08-229711 and 09-277106, since the head is made of metal and a member having a high specific gravity is installed at the tip of the boring bar, the mass of the tip portion increases. There is a disadvantage in that there is a limit in improving the natural frequency. In addition, the boring bar described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 08-229711 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 09-277106 requires that a coating layer and a reinforcing member having a static stiffness superior to that of a body made of a composite material are used. There is a disadvantage in that there is a constraint on the use of the secured.
본 발명은 앞서 설명한 바와 같은 종래 기술의 문제를 해결하기 위하여 제공된 것으로서, 정적 강성이 향상되도록 전장에 걸쳐 금속 코어가 그 중심에 위치하고, 금속 코어의 외면에 섬유강화 복합재료층과 금속 또는 세라믹 등으로 제작되는 외부 보호층이 순차적으로 결합되며, 바이트 장착부에 절삭 바이트가 용이하게 장착되도록 바이트 장착부가 종래와 다른 결합구조로 개선되는 절삭 바이트 장착용 하이브리드 바이트 홀더를 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention is provided to solve the problems of the prior art as described above, the metal core is located in the center of the entire length to improve the static rigidity, the outer surface of the metal core with a fiber-reinforced composite layer and metal or ceramic It is an object of the present invention to provide a hybrid bite holder for cutting bite mounting in which the outer protective layer to be manufactured is sequentially bonded and the bite mounting part is improved to a different coupling structure from the conventional one so that the cutting bite is easily mounted on the bite mounting part.
앞서 설명한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 하이브리드 바이트 홀더는 피가공물의 절삭을 위한 절삭 바이트가 장착되는 바이트 장착부와, 공작기계에 맞물리며 가늘고 길게 형성되는 바이트 몸체로 구분된다. 그리고, 본 발명의 하이브리드 바이트 홀더는 상기 바이트 장착부와 상기 바이트 몸체에 해당되는 전장에 걸쳐 그 축방향 중심에 설치되어 맨드럴 역할을 하는 금속 코어와; 상기 금속 코어의 외면에 적층되는 섬유강화 복합재료층; 및 상기 복합재료층을 보호하면서 강성을 향상시키도록 상기 복합재료층의 외면에 결합되는 외부 보호층을 포함하는 것을 특징으로 한다. The hybrid bite holder of the present invention for achieving the object as described above is divided into a bite mounting portion that is equipped with a cutting bite for cutting the workpiece, and a bite body that is formed long and thin to be engaged with the machine tool. In addition, the hybrid bite holder of the present invention is a metal core that is installed in the axial center of the entire length corresponding to the bite mounting portion and the bite body and serves as a mandrel; A fiber reinforced composite layer laminated on an outer surface of the metal core; And an outer protective layer bonded to an outer surface of the composite material layer to improve rigidity while protecting the composite material layer.
아래에서는 본 발명에 따른 절삭 바이트 장착용 하이브리드 바이트 홀더의 양호한 실시예를 첨부한 도면을 참조하면서 상세히 설명하겠다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, a preferred embodiment of a hybrid bite holder for cutting bite mounting according to the present invention will be described in detail.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 절삭 바이트 장착용 하이브리드 바이트 홀더의 개략도이고, 도 2 내지 도 8은 도 1에 도시된 하이브리드 바이트 홀더에서 절삭 바이트의 장착구조가 나타나도록 바이트 장착부의 일부를 확대하여 각각 나타낸 단면도들이고, 도 9는 도 1에 도시된 하이브리드 바이트 홀더에서 다양한 형상의 절삭 바이트가 장착되도록 카트리지가 설치된 도면이고, 도 10은 도 1에 도시된 하이브리드 바이트 홀더에서 절삭유가 배출되도록 연결통로가 형성된 도면이다.1 is a schematic diagram of a hybrid bite holder for cutting bite mounting according to an exemplary embodiment of the present invention, and FIGS. 2 to 8 illustrate a portion of the bite mounting part to show the mounting bite structure of the cutting bite in the hybrid bite holder shown in FIG. 1. 9 are enlarged cross-sectional views, respectively, and FIG. 9 is a view illustrating a cartridge installed so that cutting bytes of various shapes are mounted in the hybrid bite holder illustrated in FIG. 1, and FIG. 10 is connected to discharge coolant from the hybrid bite holder illustrated in FIG. 1. A passage is formed.
도 1 내지 도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명의 절삭 바이트 장착용 하이브리드 바이트 홀더(100)는 절삭 바이트(140)가 장착되는 바이트 장착부(101)와, 공작기계에 결합되며 피가공물의 내면가공에도 사용되도록 가늘고 길게 형성되는 바이트 몸체(102)로 구분될 수 있다. 이런 하이브리드 바이트 홀더(100)는 그 중심에 위치하는 금속 코어(110)의 외면에 고강성 섬유강화 복합재료층(120)이 적층되고, 복합재료층(120)의 외면에 금속 소재의 외부 보호층(130)이 감싸도록 결합된다. 이 때, 하이브리드 바이트 홀더(100)는 바이트 장착부(101)의 선단에 절삭 바이트(140)가 견고하게 결합된다. 이로 인해, 본 발명의 하이브리드 바이트 홀더(100)는 복합재료층(120)에 의해 고유 진동수가 향상되고 진동도 억제(감쇠비)될 뿐만 아니라, 피가공물의 내면가공을 위해 가늘고 길게 제작되더라도 상기 금속 코어(110)와 복합재료층(120) 및 외부 금속층(130)의 구성으로 인해 종래기술의 바이트 홀더에 비해 굽힘 강성과 정적 강성이 보다 향상된다.As shown in Figures 1 to 10, the cutting bite mounting hybrid bite holder 100 of the present invention, the cutting bite 140 is mounted on the byte mounting portion 101, the machine tool is coupled to the inner surface of the workpiece It can be divided into a byte body 102 is formed long and thin so as to be used. The hybrid bite holder 100 has a high rigid fiber-reinforced composite layer 120 is laminated on the outer surface of the metal core 110 is located at the center, the outer protective layer of the metal material on the outer surface of the composite material layer 120 130 is coupled to wrap. At this time, the cutting bite 140 is firmly coupled to the front end of the bite mounting portion 101 of the hybrid bite holder 100. Therefore, the hybrid bite holder 100 of the present invention is not only improved the natural frequency by the composite material layer 120, but also suppresses the vibration (attenuation ratio), the metal core even if made long and thin for the inner surface processing of the workpiece Due to the configuration of the 110, the composite material layer 120, and the outer metal layer 130, the bending stiffness and the static stiffness are more improved than those of the bite holder of the prior art.
보다 자세하게 살펴보면, 본 발명의 하이브리드 바이트 홀더(100)는 그 중심에 맨드럴(Mandrel) 역할을 하는 금속 코어(110)가 설치되는데, 이런 금속 코어(110)는 환봉 형상으로 강철, 알루미늄, 납 등의 감쇠 소재로 제작되거나, 점성이 있는 유체를 수용하도록 고분자 소재 또는 금속소재의 튜브로 제작된다. Looking in more detail, the hybrid bite holder 100 of the present invention is installed in the center of the metal core 110 to act as a mandrel (Mandrel), the metal core 110 is a round bar shape, such as steel, aluminum, lead, etc. It is made of a damping material of, or is made of a tube of polymer material or metal material to accommodate a viscous fluid.
그리고, 금속 코어(110)의 외면에는 하이브리드 바이트 홀더(100)의 고유 진동수를 향상시키도록, 고강성 섬유강화 복합재료층(120)이 적층되고, 이렇게 형성된 복합재료층(120)의 외면에는 외부의 충격 등에 의해서 복합재료가 파손 또는 마모되거나, 냉각수 또는 냉각유로부터 복합재료가 보호되도록, 외부 보호층(130)이 결합되는데, 이런 외부 보호층(130)은 경도가 우수한 금속 또는 세라믹 분말이 함유된 고분자 소재로 제작된다. 그리고, 외부 보호층(130)은 바이트 장착부(101)와 바이트 몸체(102)에 해당되는 부위가 각각 제작된 후에 용접 또는 열박음 등의 방법으로 일체형으로 결합되고, 복합재료층(120)의 외면에 결합되는 것이 제작상 용이하다. 하지만, 외부 보호층(130)은 제작공정의 단순화를 위해서 바이트 장착부(101)와 바이트 몸체(102)에 해당되는 부위가 주조 또는 단조 등과 같은 방법에 의해 일체형으로 제작된 후에, 복합재료층(120)에 결합될 수도 있다.In addition, a high rigid fiber-reinforced composite layer 120 is laminated on the outer surface of the metal core 110 to improve the natural frequency of the hybrid bite holder 100, and the outer surface of the composite material layer 120 formed as described above. The outer protective layer 130 is combined so that the composite material is damaged or abraded by the impact of the impact material, or the cooling material or the cooling oil, and the outer protective layer 130 contains metal or ceramic powder having excellent hardness. Made of polymer material. In addition, the outer protective layer 130 is integrally bonded by a method such as welding or shrinkage after the portions corresponding to the bite mounting portion 101 and the bite body 102 are manufactured, respectively, and the outer surface of the composite material layer 120 It is easy to manufacture to be coupled to. However, the outer protective layer 130 is a composite material layer 120 after the parts corresponding to the bite mounting portion 101 and the bite body 102 are integrally manufactured by a method such as casting or forging, etc. to simplify the manufacturing process. ) May be combined.
이 때, 본 발명의 하이브리드 바이트 홀더(100)는 종래기술의 바이트 홀더와 달리 선단부가 금속소재로만 제작되지 않고, 바이트 장착부(101)에도 감쇠용 금속 코어(110)와 복합재료층(120)이 형성되기 때문에, 굽힘 강성과 정적 강성이 향상될 뿐만 아니라 그 질량도 종래에 비해 감소되면서 고유 진동수도 향상된다. In this case, the hybrid bite holder 100 of the present invention, unlike the bite holder of the prior art, the tip portion is not made of only a metal material, the bite mounting portion 101 also has a damping metal core 110 and the composite material layer 120 Since it is formed, not only the bending stiffness and the static stiffness are improved, but also the natural frequency is also improved while the mass thereof is reduced as compared with the prior art.
이와 같이 제작된 본 발명의 하이브리드 바이트 홀더(100)에는 피가공물의 가공을 위해 그 선단에 해당되는 바이트 장착부(101)에 절삭 바이트(140)가 장착된다. 이 때, 하이브리드 바이트 홀더(100)는 절삭 가공과정에서 절삭 바이트(140)에 가해지는 하중과 모멘트를 효과적으로 지지하기 위해서, 절삭 바이트(140)가 그 단면 중심에 위치하는 것이 바람직하다. 그래서, 본 발명의 하이브리드 바이트 홀더(100)는 그 선단에 해당되는 바이트 장착부(101)의 일부가 내부 중심까지 절취되고, 이렇게 절취된 바이트 장착부(101)의 절취면에 절삭 바이트(140)가 다양한 결합구조로 장착된다.In the hybrid bite holder 100 of the present invention manufactured as described above, the cutting bite 140 is mounted on the bite mounting portion 101 corresponding to the tip thereof for processing the workpiece. At this time, in order to effectively support the load and moment applied to the cutting bite 140 in the cutting process, the hybrid bite holder 100 is preferably located at the center of the cross section. Thus, in the hybrid bite holder 100 of the present invention, a portion of the bite mounting portion 101 corresponding to the tip is cut to the inner center, and the cutting bite 140 is varied on the cutting surface of the bite mounting portion 101 thus cut. It is mounted in a coupling structure.
즉, 본 발명의 하이브리드 바이트 홀더(100)는 바이트 장착부(101)에 위치한 금속 코어(110)와 복합재료층(120)의 부위 및 절삭 바이트(140)가 맞닿는 접합면에 접착제(150)가 도포됨으로써, 절삭 바이트(140)가 장착된다. 이 때, 본 발명은 바이트 장착부(101)의 접합면이 사포, 화학약품, 플라즈마 등에 의해서 표면처리됨으로써, 절삭 바이트(140)의 결속력이 보다 증대될 수 있다(도 2참조).That is, in the hybrid bite holder 100 of the present invention, the adhesive 150 is applied to the joint surface where the metal core 110 and the composite material layer 120 and the cutting bite 140 abut on the bite mounting part 101. As a result, the cutting bite 140 is mounted. At this time, in the present invention, the bonding surface of the bite mounting portion 101 is surface-treated with sandpaper, chemicals, plasma or the like, thereby increasing the binding force of the cutting bite 140 (see FIG. 2).
그리고, 본 발명의 하이브리드 바이트 홀더(100)는 열박음에 의해서도 절삭 바이트(140)가 장착될 수도 있다. 즉, 본 발명은 절삭 바이트(140)가 저온 냉각되고, 바이트 장착부(101)가 고온 가열되어, 절삭 바이트(140)가 접합면에 맞닿은 상태에서 절삭 바이트(140)가 상호 구속 결합된다. 또한, 절삭 바이트(140)를 열박음하는 경우에는 사전에 그 접합면을 표면처리한 후에 접착제를 도포하면 견고하게 접합된다.In addition, the cutting tool 140 may be mounted in the hybrid bite holder 100 of the present invention by shrinking. That is, according to the present invention, the cutting bite 140 is cooled at a low temperature, the bite mounting portion 101 is heated at a high temperature, and the cutting bite 140 is mutually restrained and coupled while the cutting bite 140 abuts on the joining surface. In the case of shrinking the cutting bite 140, it is firmly bonded by applying an adhesive after surface-treating the joint surface in advance.
또한, 본 발명의 하이브리드 바이트 홀더(100)는 절삭 바이트(140)와 복합재료층(120) 간의 열팽창계수 차이로 인해 반복되는 절삭과정에서 접착층에 응력집중이 발생되어, 정적 파괴 또는 피로 파괴가 발생될 소지가 있다. 즉, 본 발명에 사용되는 절삭 바이트(140)는 일반적으로 고속도강(High-speed steel), 소결 카바이드(Sintered carbide), 세라믹, CBN(Cubic boron nitride), 코티드 카바이드(Coated carbide) 등의 재료로 제작되는데, 상기한 재료들의 열팽창계수는 대략 4-12x10-6m/moC이다. 반면, 일반적인 복합재료층(120)은 섬유 수직 방향의 열팽창계수가 20-26x10-6m/moC 로서, 절삭 바이트(140)에 비해 상당히 낮다.In addition, in the hybrid bite holder 100 of the present invention, stress concentration is generated in the adhesive layer in a repeated cutting process due to the difference in thermal expansion coefficient between the cutting bite 140 and the composite material layer 120, thereby causing static breakdown or fatigue breakdown. There is a possibility. That is, the cutting bite 140 used in the present invention is generally made of a material such as high-speed steel, sintered carbide, ceramic, cubic boron nitride, coated carbide, or the like. The thermal expansion coefficient of the materials described above is approximately 4-12 × 10 −6 m / m o C. In contrast, the general composite layer 120 has a thermal expansion coefficient of 20-26 × 10 −6 m / m O C in the vertical direction of the fiber, which is considerably lower than the cutting bite 140.
그래서, 본 발명의 하이브리드 바이트 홀더(100)는 도 3에 도시된 바와 같이 바이트 장착부(101)에서 복합재료층(120)과 절삭 바이트(140) 사이에 금속 또는 세라믹으로 제조되는 얇은 매개 접착판(160)이 설치되고, 이런 매개 접착판(160)의 양면에 접착층(151, 152)이 도포 형성된다. 그러면, 본 발명의 하이브리드 바이트 홀더(100)는 절삭 바이트(140)와 매개 접착판(160) 간의 열팽창계수 차이 및 복합재료층(120)과 매개 접착판(160) 간의 열팽창계수 차이가 각각 도 2에 도시된 복합재료층(120)과 절삭 바이트(140) 간의 열팽창계수 차이보다 작기 때문에, 접착층(151, 152)에 발생되는 정적 응력과 피로 응력을 현저하게 감소시킬 수 있다.Thus, the hybrid bite holder 100 of the present invention is a thin medium adhesive plate made of metal or ceramic between the composite material layer 120 and the cutting bite 140 in the bite mounting portion 101 as shown in FIG. 160 is installed, and the adhesive layers 151 and 152 are coated on both surfaces of the intermediate adhesive plate 160. Then, in the hybrid bite holder 100 of the present invention, the difference in thermal expansion coefficient between the cutting bite 140 and the intermediate adhesive plate 160 and the difference in thermal expansion coefficient between the composite material layer 120 and the intermediate adhesive plate 160 are respectively shown in FIG. 2. Since the thermal expansion coefficient difference between the composite material layer 120 and the cutting bite 140 shown in FIG. 3 is smaller, the static stress and the fatigue stress generated in the adhesive layers 151 and 152 can be significantly reduced.
또한, 본 발명의 하이브리드 바이트 홀더(100)는 도 4에 도시된 바와 같이 절삭 바이트(140)의 결합력이 향상되도록, 제1 체결나사(170)에 의해 절삭 바이트(140)가 고정될 수도 있다. 이 때, 본 발명의 하이브리드 바이트 홀더(100)는 복합재료의 특성상 복합재료층(120)에 제1 체결나사(170)의 체결을 위한 나사산 가공이 어렵기 때문에, 복합재료층(120)에 체결나사용 구멍이 카운터 보링에 의해 형성되고, 그 내면에 나사산이 가공된 제1 체결용 심(180)이 체결나사용 구멍에 장착 고정된다. 그러면, 하이브리드 바이트 홀더(100)는 절삭 바이트(140)가 접착제 또는 열박음에 의해 장착되거나, 상기 제1 체결나사(170)가 절삭 바이트(140)의 구멍에 관통되게 삽입된 후에 제1 체결용 심(180)과 체결된다. In addition, in the hybrid bite holder 100 of the present invention, the cutting bite 140 may be fixed by the first fastening screw 170 so that the coupling force of the cutting bite 140 is improved. At this time, the hybrid bite holder 100 of the present invention is fastened to the composite material layer 120 because it is difficult to thread processing for fastening the first fastening screw 170 to the composite material layer 120 due to the characteristics of the composite material. A screw hole is formed by the counter boring, and the first fastening shim 180, which is threaded on its inner surface, is fixed to the fastening screw hole. Then, the hybrid bite holder 100 is mounted for the first fastening after the cutting bite 140 is mounted by adhesive or shrinkage, or after the first fastening screw 170 is inserted through the hole of the cutting bite 140. It is coupled with the shim 180.
이로 인해, 본 발명의 하이브리드 바이트 홀더(100)는 복합재료층(120)과 절삭 바이트(140) 사이에 발생될 수 있는 정적 파괴 또는 피로 파괴가 보다 용이하게 억제되며, 제1 체결나사(170)의 체결과 분리에 의해서 절삭 바이트(140)도 분리 교환될 수 있다.Thus, the hybrid bite holder 100 of the present invention is more easily suppressed static breakdown or fatigue breakage that may occur between the composite material layer 120 and the cutting bite 140, the first fastening screw 170 By cutting and fastening the cutting bite 140 can also be separated and exchanged.
도 5에 도시된 하이브리드 바이트 홀더(100)는 도 4에 도시된 절삭 바이트(140)의 결합구조에서 절삭 바이트(140)의 결합력을 향상시키면서 복합재료층(120)과 절삭 바이트(140) 간의 열팽창계수의 차이를 감소시키기 위해 도 2 및 도 3과 같이 그 접합면에 접착층(150)과 매개 접착판(160)이 추가로 형성된다. The hybrid bite holder 100 shown in FIG. 5 has thermal expansion between the composite material layer 120 and the cutting bite 140 while improving the coupling force of the cutting bite 140 in the coupling structure of the cutting bite 140 shown in FIG. 4. In order to reduce the difference in coefficient, as shown in Figs. 2 and 3, the adhesive layer 150 and the intermediate adhesive plate 160 is further formed.
그리고, 도 6에 도시된 하이브리드 바이트 홀더(100)는 제2 체결나사(171)가 도 4에 사용되는 제1 체결나사(170)에 비해 그 길이가 길고, 체결나사용 구멍이 복합재료층(120)과 외부 보호층(130)을 관통하도록 형성되며, 체결나사용 구멍에서 절삭 바이트(140)가 장착되는 반대측에 제2 체결용 심(181)이 접착제 또는 열박음에 의해 삽입 결합된다. 이 때, 제2 체결용 심(181)은 그 내면이 나사산 가공되어, 체결나사용 구멍에 삽입된 제2 체결나사(171)와 결합된다.6, the length of the hybrid bite holder 100 shown in FIG. 6 is longer than that of the first fastening screw 170 used in FIG. 4, and the fastening screw hole is formed of a composite material layer ( It is formed to penetrate the 120 and the outer protective layer 130, the second fastening shim 181 is inserted and coupled to the opposite side where the cutting bite 140 is mounted in the fastening screw hole. At this time, the inner surface of the second fastening shim 181 is threaded and engaged with the second fastening screw 171 inserted into the fastening screw hole.
즉, 도 4에 도시된 하이브리드 바이트 홀더(100)는 절삭 가공과정에서 절삭 바이트(140)에 절삭력 또는 충격이 전달되어, 제1 체결나사(170)의 체결력이 헐거워지면서 절삭 바이트(140)가 분리될 여지가 있지만, 도 6에 도시된 하이브리드 바이트 홀더(100)는 상기와 같이 절삭 바이트(140)가 장착되는 반대측에 제2 체결용 심(181)이 장착되기 때문에, 제2 체결나사(171)에 의해서 절삭 바이트(140)가 복합재료층(120)에 보다 견고하게 결합되어, 절삭 가공과정에서 절삭 바이트(140)가 분리되는 것이 보다 확실하게 방지된다.That is, in the hybrid bite holder 100 illustrated in FIG. 4, a cutting force or an impact is transmitted to the cutting bite 140 in a cutting process, and the cutting bite 140 is separated while the fastening force of the first fastening screw 170 is loosened. There is a possibility, but the hybrid bite holder 100 shown in FIG. 6 has a second fastening screw 171 because the second fastening shim 181 is mounted on the opposite side to which the cutting bite 140 is mounted as described above. As a result, the cutting bite 140 is more firmly coupled to the composite material layer 120, thereby more reliably preventing the cutting bite 140 from being separated during the cutting process.
또한, 도 7에 도시된 하이브리드 바이트 홀더(100)는 도 6에 도시된 결합구조의 접합면에 접착층(150)과 매개 접착판(160)이 추가 형성된다. 이로 인해, 하이브리드 바이트 홀더(100)는 도 5에서와 같이 절삭 바이트(140)의 결합력이 향상되고, 복합재료층(120)과 절삭 바이트(140) 간의 열팽창계수의 차이가 감소될 뿐만 아니라, 절삭 바이트(140)의 분리 또는 장착과정에서 발생되는 충격, 절삭과정에서 발생된 칩(chip)에 의한 마모, 냉각수 또는 냉각유 등으로부터 복합재료층(120)이 매개 접착판(160)에 의해 보호된다.In addition, in the hybrid bite holder 100 illustrated in FIG. 7, an adhesive layer 150 and an intermediate adhesive plate 160 are further formed on the bonding surface of the coupling structure illustrated in FIG. 6. Due to this, the coupling force of the cutting bite 140 is improved as shown in FIG. 5, and the difference in thermal expansion coefficient between the composite material layer 120 and the cutting bite 140 is reduced, as well as the cutting of the hybrid bite holder 100. The composite layer 120 is protected by the intermediate adhesive plate 160 from the impact generated during the removal or mounting of the bite 140, the wear caused by the chips generated during the cutting process, the coolant or the cooling oil, and the like. .
도 8에 도시된 하이브리드 바이트 홀더(100)는 도 7에 도시된 결합구조에서 체결나사용 구멍에 삽입되는 제2 체결나사(171)에 의해 복합재료층(120)이 손상되는 것을 방지하도록, 체결나사용 구멍의 일부만이 아니라 그 전체 길이에 걸쳐 제3 체결용 심(182)이 접착제 또는 열박음에 의해 삽입 장착된다.The hybrid bite holder 100 shown in FIG. 8 is fastened to prevent the composite material layer 120 from being damaged by the second fastening screw 171 inserted into the fastening screw hole in the coupling structure shown in FIG. 7. A third fastening shim 182 is inserted and mounted by adhesive or shrinkage over not only a portion of the threaded hole but over its entire length.
또한, 도 9에 도시된 하이브리드 바이트 홀더(100)는 절삭 바이트(140)가 카트리지(190)에 의해 장착된다. 이렇게 본원 발명에 사용되는 카트리지(190)는 다양한 형상을 갖는 절삭 바이트(140)들에 각각 맞물리도록 고안된 기구로서, 복합재료층(120)에 내설된 체결용 심에 고정되며, 그 일측이 절삭 바이트(140)에 맞물린다. 이로 인해, 본 발명의 하이브리드 바이트 홀더(100)는 다른 형태의 절삭 바이트(140)가 교환 장착되더라도, 절삭 바이트(140)가 보다 확고하게 장착될 수 있다.In addition, in the hybrid bite holder 100 illustrated in FIG. 9, the cutting bite 140 is mounted by the cartridge 190. Thus, the cartridge 190 used in the present invention is a mechanism designed to engage each of the cutting bite 140 having a variety of shapes, it is fixed to the fastening shim built in the composite layer 120, one side of the cutting bite Meshes with 140. For this reason, in the hybrid bite holder 100 of the present invention, the cutting bite 140 can be more firmly mounted even if other types of cutting bite 140 are exchanged and mounted.
도 10에 도시된 하이브리드 바이트 홀더(100)는 절삭 가공과정에서 절삭 바이트(140)에 발생되는 열을 냉각하도록, 외부에서 공급되는 냉각수 또는 냉각유가 연결통로(192)를 통해 배출되도록 구성된다. 즉, 본 발명의 하이브리드 바이트 홀더(100)는 금속 코어와 같은 역할을 하도록 금속 또는 세라믹, 고분자 재료로 제작되는 중공형 튜브(112)가 그 중심에 설치되고, 중공형 튜브(112)의 내부에 외부에서 공급되는 냉각수 또는 냉각유와 같은 유체(111)가 공급되어, 절삭 바이트(140)의 근접 부위에 형성된 연결통로(192)를 통해 유체(111)가 배출된다. The hybrid bite holder 100 illustrated in FIG. 10 is configured such that externally supplied coolant or cooling oil is discharged through the connection passage 192 to cool the heat generated in the cutting bite 140 in the cutting process. That is, in the hybrid bite holder 100 of the present invention, a hollow tube 112 made of metal, ceramic, or polymer material is installed at the center thereof so as to serve as a metal core, and the inside of the hollow tube 112 is provided. The fluid 111 such as cooling water or cooling oil supplied from the outside is supplied, and the fluid 111 is discharged through the connection passage 192 formed in the proximal portion of the cutting bite 140.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 하이브리드 바이트 홀더로서, 절삭 바이트가 장착되는 바이트 장착부와 공작기계에 결합되는 바이트 몸체가 각각 제작된 후에 상호 결합된 상태를 나타낸 도면이다.FIG. 11 is a hybrid bite holder according to another embodiment of the present invention, in which a bite mounting unit in which a cutting bite is mounted and a bite body coupled to a machine tool are manufactured, respectively, and then coupled to each other.
도 11에 도시된 하이브리드 바이트 홀더(200)는 절삭 바이트(240)가 장착되는 바이트 장착부(201)와, 공작기계에 결합되는 바이트 몸체(202)가 분리 제작된다. 이 때, 바이트 장착부(201)와 바이트 몸체(202)는 그 중심에 위치하는 금속 코어(210, 211)와, 금속 코어(210, 211)의 외면에 결합되는 복합재료층(220, 221) 및, 복합재료를 보호하기 위해 그 외면에 결합되는 외부 보호층(230, 231)으로 각각 구성되는 것은 동일하지만, 사용조건 및 제조단가를 고려하여 바이트 장착부(201)의 복합재료층(220)과 바이트 몸체(202)의 복합재료층(221)에 사용되는 소재가 달라진다. In the hybrid bite holder 200 illustrated in FIG. 11, the bite mounting unit 201 in which the cutting bite 240 is mounted and the bite body 202 coupled to the machine tool are separately manufactured. At this time, the bite mounting portion 201 and the bite body 202 is a metal core (210, 211) located in the center, the composite layer (220, 221) coupled to the outer surface of the metal core (210, 211) and The outer protective layers 230 and 231 bonded to the outer surface of the composite material to protect the composite material are the same, but the composite material layer 220 and the bite of the bite mounting part 201 are considered in consideration of the conditions of use and the manufacturing cost. The material used for the composite material layer 221 of the body 202 is different.
즉, 하이브리드 바이트 홀더(200)는 가공 조건이 가혹하여 높은 정적 강성이 요구되는 경우에 그 제조원가가 비록 높다하더라도 바이트 몸체(202)의 복합재료층(221)과 달리 바이트 장착부(201)의 복합재료층(220)에만 높은 정적 강성을 갖는 섬유강화 복합재료가 사용된다. 그리고, 하이브리드 바이트 홀더(200)는 절삭 바이트(240)를 통해 전달되는 진동이 심한 경우에 감쇠능이 우수한 수지로 제작된 복합재료층(220)이 바이트 장착부(201)에만 사용되고, 전체적인 정적 강성의 향상을 위해서 바이트 몸체(202)에 정적 강성이 우수한 수지로 제작된 복합재료층(221)이 사용될 수 있다.That is, the hybrid bite holder 200 is a composite material of the bite mounting portion 201, unlike the composite material layer 221 of the bite body 202 even if the manufacturing cost is high when the processing conditions are severe and high static stiffness is required Only the layer 220 is used with fiber reinforced composites having high static stiffness. In addition, the hybrid bite holder 200 is a composite material layer 220 made of a resin having excellent damping ability when the vibration transmitted through the cutting bite 240 is used only for the bite mounting portion 201, the overall static stiffness is improved For this purpose, the composite material layer 221 made of a resin having excellent static rigidity may be used in the bite body 202.
그리고, 하이브리드 바이트 홀더(200)는 각각 분리 제작된 바이트 장착부(201)와 바이트 몸체(202)가 상호 결합되기 위해서 다음과 같이 구성된다. 이를 위해, 하이브리드 바이트 홀더(200)는 바이트 장착부(201)와 바이트 몸체(202) 중 어느 한 쪽의 부위가 철(凸)부 형태로 돌출되고, 이렇게 돌출된 철(凸)부에 맞물리는 타측이 오목한 요(凹)부 형태로 형성된다. 이 때, 하이브리드 바이트 홀더(200)의 요철부는 바이트 장착부(201)와 바이트 몸체(202)의 결합이 용이하도록 축의 단면방향 형상이 원형으로 가공되는 것이 바람직하나, 절삭 과정에서 발생되는 비틀림에 대한 저항력을 향상시키기 위해서 축의 단면방향 형상이 삼각형 또는 사각형 등의 다각형으로 형성된다. 그리고, 본 발명의 하이브리드 바이트 홀더(200)는 요철형상의 접합면(233)에 접착제가 도포되거나, 요철부의 형상치수를 달리하여 바이트 장착부(201)와 바이트 몸체(202)가 억지끼움 맞춤 또는 열박음 등에 의해 결합된다.In addition, the hybrid bite holder 200 is configured as follows in order to couple the manufactured byte mounting portion 201 and the bite body 202 to each other. To this end, the hybrid bite holder 200 has one side of the bite mounting portion 201 and the bite body 202 protruding in the form of an iron portion, and the other side engaging with the protruding iron portion. It is formed in the form of this concave concave portion. At this time, the uneven portion of the hybrid bite holder 200 is preferably processed in a circular cross-sectional shape of the shaft to facilitate the coupling of the bite mounting portion 201 and the bite body 202, resistance to the torsion generated during the cutting process In order to improve the cross sectional shape of the shaft is formed into a polygon such as a triangle or a square. In addition, in the hybrid bite holder 200 of the present invention, an adhesive is applied to the concave-convex joining surface 233, or the bite attaching part 201 and the bite body 202 are forced to fit or heat by varying the shape dimensions of the concave-convex part. Coupled by seizure or the like.
그리고, 상기 실시예들의 하이브리드 바이트 홀더(100, 200)에는 정적 강성(static stiffness)이 400GPa 이상의 피치계열 탄소섬유 에폭시 복합재료가 복합재료층(120, 220)에 사용되는 것이 바람직하지만, 정적 강성이 알루미늄(70GPa)보다 높고 비강성(Specific stiffness)이 강철, 텅스텐 카바이드 또는 알루미늄(3.0×106m)보다 높은 섬유강화 고분자 복합재료가 상기 복합재료층(120, 220)에 사용되어도 무방하다.In addition, although the pitch-based carbon fiber epoxy composite having a static stiffness of 400 GPa or more is used in the hybrid bite holders 100 and 200 of the above embodiments, the static stiffness may be used. Fiber reinforced polymer composites higher than aluminum (70 GPa) and specific stiffness higher than steel, tungsten carbide or aluminum (3.0 × 10 6 m) may be used in the composite layers 120 and 220.
앞서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명의 하이브리드 바이트 홀더는 종래와 달리 바이트 장착부와 바이트 몸체에 해당되는 전장에 걸쳐 금속 코어가 그 중심에 위치하고, 금속 코어의 외면에 섬유강화 복합재료층과 금속 또는 세라믹 등의 외부 보호층이 순차적으로 결합됨으로써, 정적 강성과 비강성이 양호하면서도 종래에 비해 고유 진동수가 향상되어 고속 가공이 가능해지는 장점이 있다. As described in detail above, the hybrid bite holder of the present invention, unlike the prior art, the metal core is located at the center over the entire length corresponding to the bite mounting portion and the bite body, the fiber-reinforced composite layer and metal or ceramics on the outer surface of the metal core By combining the outer protective layer of the sequential, the static stiffness and non-stiffness is good, but the natural frequency is improved compared to the conventional has the advantage that high-speed processing is possible.
또한, 본 발명은 감쇠능이 우수한 복합재료층과 금속 코어가 사용됨으로써, 절삭 가공과정에서 발생되는 진동이 억제되어, 가공 표면의 정밀도가 향상되는 장점이 있다.In addition, the present invention has the advantage that the vibration generated during the cutting process is suppressed by using the composite material layer and the metal core having excellent damping ability, thereby improving the precision of the machining surface.
또한, 본 발명은 종래의 바이트 홀더에 비해 동일한 수준의 굽힘 강성과 정적 강성으로 제작되더라도 그 중량이 가볍기 때문에, 그 중량의 제약으로 인해 사용이 어려웠던 자동 공구 교환기(Automatic tool changer), 머시닝 센터(Machining center) 또는 수치제어 방식의 공작기계에도 용이하게 설치 사용되는 장점이 있다.In addition, the present invention is light weight even when manufactured with the same level of bending rigidity and static stiffness compared to the conventional bite holder, automatic tool changer (Machining Center) machining was difficult to use due to the limitation of the weight center) or numerically controlled machine tools have the advantage of being easily installed and used.
이상에서 본 발명의 하이브리드 바이트 홀더에 대한 기술사상을 첨부도면과 함께 서술하였지만, 이는 본 발명의 가장 양호한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자이면 누구나 본 발명의 기술사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.Although the technical idea of the hybrid bite holder of the present invention has been described above with the accompanying drawings, this is illustrative of the best embodiment of the present invention and is not intended to limit the present invention. In addition, it is obvious that any person skilled in the art can make various modifications and imitations without departing from the scope of the technical idea of the present invention.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 절삭 바이트 장착용 하이브리드 바이트 홀더의 개략도이고,1 is a schematic diagram of a hybrid bite holder for cutting bite mounting according to an embodiment of the present invention;
도 2 내지 도 8은 도 1에 도시된 하이브리드 바이트 홀더에서 절삭 바이트의 장착구조가 나타나도록 바이트 장착부의 일부를 확대하여 각각 나타낸 단면도들이고,2 to 8 are cross-sectional views each showing an enlarged portion of the bite mounting portion to show the mounting structure of the cutting bite in the hybrid bite holder shown in FIG.
도 9는 도 1에 도시된 하이브리드 바이트 홀더에서 다양한 형상의 절삭 바이트가 장착되도록 카트리지가 설치된 도면이고,9 is a view in which the cartridge is installed so that the cutting bite of various shapes in the hybrid bite holder shown in FIG.
도 10은 도 1에 도시된 하이브리드 바이트 홀더에서 절삭유가 배출되도록 연결통로가 형성된 도면이고,10 is a view in which a connection passage is formed such that cutting oil is discharged from the hybrid bite holder illustrated in FIG. 1;
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 하이브리드 바이트 홀더로서, 절삭 바이트가 장착되는 바이트 장착부와 공작기계에 결합되는 바이트 몸체가 각각 제작된 후에 상호 결합된 상태를 나타낸 도면이다.FIG. 11 is a hybrid bite holder according to another embodiment of the present invention, in which a bite mounting unit in which a cutting bite is mounted and a bite body coupled to a machine tool are manufactured, respectively, and then coupled to each other.
※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ※※ Explanation of code about main part of drawing ※
100, 200 : 하이브리드 바이트 홀더100, 200: Hybrid Byte Holder
101, 201 : 바이트 장착부 102, 202 : 바이트 몸체101, 201: byte mounting unit 102, 202: byte body
110, 210 : 금속 코어 120, 220 : 복합재료층110, 210: metal core 120, 220: composite material layer
130, 230 : 외부 보호층 140, 240 : 절삭 바이트130, 230: outer protective layer 140, 240: cutting bite
170, 171 : 체결나사 180, 181 : 체결용 심(sim)170, 171: fastening screw 180, 181: fastening shim (sim)
190 : 카트리지 192 : 연결통로190: cartridge 192: connection path
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