툴 홀더의 기본 개념
툴 홀더(Tool holder)는 공작기계와 절삭공구(드릴, 커터 등)를 연결해주는 장치(어댑터 역할)이다. 쉽게 말해, 기계 스핀들과 직접적으로 가공물을 가공하는 공구 사이를 연결하는 매개체라고 생각하면 된다.
툴 홀더를 사용하는 이유는 크게 두 가지인데,
1. 절삭공구를 단단히 고정해 공작기계의 토크와 위치 정밀도를 정확하게 공구에 전달하기 위해
2. 다양한 툴을 한 종류의 툴 홀더로 고정, 표준화하여 공구 교체 시간을 줄이기 위해
이다.
또한 툴 홀더는 다양한 종류가 있는데 공작기계를 선택할 때 가공하려는 소재의 특성, 가공 형상과 치수, 작업 환경의 진동, 스핀들의 종류 등에 따라 적절한 툴 홀더를 선택하여야 한다.
툴 홀더의 종류
툴 홀더는 크게 스팁 테이퍼(Steep Taper), 할로우 생크 테이퍼(HSK : Hollow Shank Taper), 폴리곤 생크 테이퍼(Polygon Shank Taper) 세가지로 나뉜다.
오스트리아 Meusburger Georg GmbH & Co KG의 툴 종류에 관한 설명
https://www.meusburger.com/en-gb/tool-holders-overview-of-the-most-important-connections
스팁 테이퍼(Steep Taper) 타입
스팁 테이퍼는 가장 널리 사용되는 툴 홀더 종류로 원뿔형 형상을 특징으로 한다. 종류에는 BT, DIN, SK, CAT 등이 있다. 공통적으로 비교적 저렴하다는 장점과 고속 회전시 치수 정확도와 반복정밀도가 떨어진다는 단점이 있다.
BT 테이퍼, 일본
BT 테이퍼는 일본 표준 규격 JIS B6339-2 을 따르는 7/24 비율의 테이퍼 타입이다. 특징은 다음과 같다.
BT 테이퍼의 특징
- 일본, 한국, 대만 등 아시아권에서 많이 사용됨
- 플랜지(그리퍼부)가 두껍고 V자형 홈이 비대칭적으로 분포
- 양쪽 끝 키웨이가 대칭적으로 분포, 가공 되어 있지 않음
- 테이퍼 접촉을 통해 중심 위치가 결정됨
BT 테이퍼를 보완한 BBT(Big-Plus:B-Plus) 테이퍼
이면구속으로 스핀들 구멍이 미세하게 확장되는 고속회전시 강성과 정밀도가 떨어지는 BT 테이퍼의 단점을 보완한 BBT 테이퍼
높은 강성과 진동 억제를 가지고 ATC(Auto Tool Changer) 적용 시에도 반복 정밀도가 높아 자동화에도 유리한 모습을 보이는 테이퍼이다.
SK 테이퍼 (=DIN 테이퍼), 독일&유럽
SK 테이퍼는 독일 DIN 69871 또는 국제 표준 ISO 7388-1 의 표준 규격을 따르는 7/24 비율의 테이퍼 타입이다. SK는 독일어 “Steilkegel”(스팁 테이퍼)의 약자로, DIN 69871 규격의 7:24 테이퍼 툴홀더를 지칭한다. 따라서 SK=DIN=DIN69871 다 같은 말. 특징, 장단점은 다음과 같다.
DIN 테이퍼의 특징
- 미국 CAT40/CAT50 공구를 사용하는 머시닝 센터에도 사용 가능
- DIN 69871 A/AD 유형(내부 냉각)과 DIN 69871 B 유형(플랜지 내부 냉각)으로 나뉨
- 플랜지가 BT보다 작음
- 키웨이의 깊이가 서로 다르며 밀링 가공되어 있음
이탈리아 dandrea 사의 카타로그를 참조한 도면들을 보면
A/AD 유형(내부냉각, TSC와 유사 ,스핀들 중심 → 공구 내부 → 공구 끝 절삭유 이동)과
B유형 (플랜지 내부 냉각, 플랜지 측면 → 공구 외곽 → 공구 끝)의
차이를 명확하게 볼 수 있다.
또한 BT와 SK 테이퍼 타입의 차이인 키홈의 대칭성도 확인 가능하다.
dandrea 사 카타로그
https://www.dandrea.com/docs/2022/img_47ca0ba8eb.pdf
CAT 테이퍼, 미국
CAT 테이퍼는 미국의 표준 규격 ANSI(ASME) B5.50 을 따르는 7/24 비율의 테이퍼 타입이다.
특징은 다음과 같다.
CAT 테이퍼의 특징
- 독일 DIN40/DIN50 공구를 사용하는 머시닝 센터에 사용 불가능
- 견고한 설계로 스팁 테이퍼 타입 중 비교적 높은 속도의 스핀들에 적용 가능 (25000 RPM)
- Imperial(미국 관습) 나사산 풀 스터드 사용
위 사진을 보면 알 수 있듯 SK는 CAT에 비해 노치를 하나 더 가지고 있다.
따라서 SK 기계에는 노치를 잡아주는 부분이 있기 때문에 SK 툴 홀더는 CAT 기계에 적용 가능하지만 CAT 툴 홀더는 SK 기계에 적용 불가능하다.
* 키의 크기는 거의 유사하다. 신경 쓰지 않아도 될 정도
할로우 생크 테이퍼(HSK:Hohl Schaft Kegel) 타입
독일 표준 DIN 69893을 따르는 1:10 비율의 테이퍼 타입. 특징은 다음과 같다.
HSK 테이퍼의 특징
- 스팁 테이퍼 보다 우수한 정밀도
- 클램핑 지점에 대칭적인 힘을 전달하는 구조
- HSK-A, HSK-B, HSK-C, HSK-D, HSK-E, HSK-F의 6가지 표준 및 사양이 있음
- 7:24 테이퍼 시스템과 달리 테이퍼 표면과 플랜지 표면 모두 접촉하는 설계
- 스팁 테이퍼 방식보다 고속 가공에 능함 (40000~60000 RPM)
위 사진에 나와있는 것처럼 HSK는 홀리드(중공) 구조와 이중 접촉 면적으로 고속 가공에서도 공구에 안정적인 힘을 준다.
홀리드 구조 – 스핀들 삽입 시 탄성 변형이 발생 해 테이퍼 전체에 균일하게 힘을 받음
* 고속으로 원심력 증가 시 자동으로 조임 효과가 발생함
회전 속도 ↑ → 원심력 ↑ → 홀리드 구조의 탄성 변형 ↑ → 클램핑력 ↑
이중 접촉 면적 – 축방향 하중 분산 및 진동 억제
폴리곤 생크 테이퍼(PSC:Polygonal Shank Coupling) 타입
국제 표준 ISO 26623를 따르는 다각형 생크 테이퍼 인터페이스 테이퍼.
PSC를 따르는 Sandvik Coromant사의 CAPTO가 매우 유명하여 PSC를 CAPTO라고 부르기도한다.
특이하게 120° 간격의 3개 볼록면으로 구성된 삼각 피라미드 형상(1:20 테이퍼)을 가지고 있다.
테이퍼 면과 플랜지 단면이 동시에 스핀들과 접촉하여 2면 구속 효과를 제공한다.
이런 어댑터를 사용하여 기존의 HSK, 스팁 테이퍼 방식과의 호환도 가능하다.
특징은 다음과 같다.
PSC 테이퍼의 특징
- 키웨이에 토크 전달을 의존하는 스팁 테이퍼, HSK와 달리 균일한 토크 분산이 가능함
ㄴ BT 대비 30% 강력한 토크를 전달 - 가장 넓은 범위의 스핀들 RPM을 소화하기에 적합함
- 클램핑을 하면 가장 최적의 센터링을 스스로 찾아감, 이에 위치 정밀도가 높아 툴 퀵체인지에 최적화 된 툴 홀더 방식 (= 자동화에 유리한 툴 홀더)
- Sandvik Coromant이 C3–C10로 크기를 표준화 함
- 다각형(Polygon) 접촉면의 주기적인 마모 검사 필요
syic사 PSC 관련 포트폴리오
https://www.syic.com/proimages/E-Catalog/pdf/75-2109/PSC.pdf
