KR100299473B1 - 밀링커터 - Google Patents

Abstract

칩 절단 기계 가공을 위한 밀링 커터 공구는 회전 가능한 밀링 커터 공구(1)와 나사(6, 7)에 의해서 커터 몸체에 고정된 다수의 절삭 삽입체 수용 카세트(4)로 구성된다. 카세트의 나사 구멍은 절삭 날을 축 방향으로 정밀하게 부착 시키기 위하여 약간 길게되어 있다. 이와 같이 정밀한 접속은 편심기 탭을 돌림으로써 이루어질 수 있는데, 예를 들어서 육각 키이를 편심 탭의 헤드부까지 이어지는 카세트의 구멍을 통해서 꽂아서 이루어 진다.

Description

밀링 커터

본 발명은 칩 절단 기계 가공용 밀링 커터 공구와 상기 공구 위에 장착되는 카세트에 관한 것으로, 이 카세트는 밀링 커터 공구 내의 대응 홈에 배치된다.

기계적으로 고정된 절삭 삽입체를 포함하는 밀링 커터와 관련하여, 절삭 삽입체를 배치할 때에는 매끄러운 작업물 표면과 긴 공구 수명을 얻기 위해 정밀성을 요하는 등 어려움들이 발생한다. 소정의 매끄러운 표면을 얻기 위해서는 절삭 삽입체를 특히 축 방향에 있어서 가능한 최대의 정밀성을 갖도록 배치해야 한다. 축방향 배치 정밀도가 불충분하다면, 이것은 축 방향 유격을 발생시키고, 결국 열악한 표면 거칠기를 야기한다.

자동차 공업의 예에 있어서, 좁은 피치를 갖는 밀링 커터는 실린더 블럭 및 유사 부품의 밀링에 사용된다. 이러한 분야에 있어, 표면 거칠기는 매우 엄격한 요구 조건을 갖는데, 최대 1.5 ㎛의 R_a값, 10 ㎛ 내지 15 ㎛의 R₂값, 10 ㎛의 R_max값과 5 ㎛ 내지 8 ㎛의 WT값이 주로 필요하다. 어쨋든 이러한 상태를 얻기 위해서는, 밀링 커터 몸체의 다른 절삭 엣지에 비해 절대적 및 상대적으로 모두 높은 정밀도를 갖도록 배치시키는 것이 필요하다. 그러므로, 두 절삭 엣지의 축 높이차는 수 ㎛를 넘지 않는다. 일반적으로, 모든 절삭 높이차는 축방향 공차 범위 4 ㎛ 내에 있어야 하며, 그보다 훨씬 작은 것이 적합하다. 이것은 코팅 두께가 20 ㎛까지 변화될 수 있는, 상대적으로 두터운 코팅을 한 절삭 삽입체에서는 실질적으로 얻을 수 없게 됨이 밝혀졌다. 따라서, 절삭 삽입체에 두께 차가 있게 되면 각기 분리된 절삭 요소들을 매우 정확하게 축상에 위치시켜야 한다. 게다가, 절삭 엣지가 그 정확한 축방향 위치를 유지하고 작업물과의 접촉에 의한 축 방향 힘에 의해 움직이지 않을 것이 필요하다. 물론, 절삭 엣지의 반경 방향 및 접선 방향으로 정밀하게 위치 결정하고 장기간 사용 후에도 그 정밀도를 유지하는 것이 중요하다.

절삭 삽입체와 이들의 절삭 엣지를 축 방향으로 정밀하게 위치 결정하는 구성은 많이 알려져 있다. 그렇지만, 이들은 모두 여러 개의 별도의 부품을 갖는 복잡한 구조, 또는 만족스럽지 못한 축 방향으로의 위치 결정 정밀도와 같은 하나 또는 여러 가지 단점으로 인해 손상을 받는다. 이들에 대한 해결책을 아래에서 설명하기로 한다.

스웨덴 특허출원 SE-C-189 159는 두 개의 쐐기에 의해서 위치 결정되는 축 방향으로 조절 가능한 카세트를 포함하는 밀링 커터를 나타낸다. 축 방향 위치 결정은 원하는 위치에 엄지 손으로 카세트를 누른 다름 쐐기로 고정함으로써 행해진다. 쉽게 알 수 있듯이, 높은 정밀도는 전혀 얻을 수 없다. 또한, 이러한 고정 메카니즘은 적어도 네 개의 분리부를 포함하므로 조작이 번거롭다.

독일연방공화국 특허 명세서 DE-A-3 530 745는 차동 나사에 의해 밀링 커터에 축 방향으로 위치 결정될 수 있는 카세트를 제시한다. 그렇지만, 이러한 구조 역시 축 방향의 위치 정밀도는 불충분하며 또한, 커터 몸체 제작에 있어서 카세트 리세스가 상기한 커터 몸체의 전체 폭에 걸쳐 연장되어 있지 않다는 사실에 의해 더 많은 어려움을 갖게 된다. 또, 자동 나사(5)의 진입 가능성이 방해 받는데, 이는 나사의 헤드가 커터 몸체의 개방된 접근 용이한 덮개 표면을 향하는 것이 아니라 축 방향으로 후방을 향하기 때문이다.

독일연방공화국 특허 명세서 DE-A-3 327 478 역시 카세트 리세스가 통과해 나갈 수 없다는 불편한 점을 갖는다. 또한, 조절 나사(26)의 헤드가 너무 긴 자유 연장부를 갖고 있어서, 이것이 나사의 탄성 변형을 야기시키고 커터 몸체의 위치 결정 정밀도를 악화시키기 때문에, 축방향 위치 결정 정밀도는 만족스럽지 못하다.

그래서, 본 발명의 주 목적은 절삭 엣지를 축 방향으로 정밀하게 위치 결정할 수 있는 다중 톱니식 밀링 커터를 만드는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 가능한 적은 수의 개별 부품으로 구성되는 다중 톱니식 밀링 커터를 만드는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 카세트 홈에 삽입체 수납 카세트를 방사상으로나 축방향 그리고 접선상으로도 절대적으로 유격이 없이 고정시키는 것이다.

상기 및 기타 목적들은 청구 범위 제1항의 특징부에 기술된 내용을 포함하는 밀링 공구를 제작함으로써 놀라울 정도로 간단하게 성취할 수 있다.

이하에는, 설명적이지만 비제한적인 목적으로써, 발명에 대한 적합한 실시예를 첨부 도면에 의해 상세히 설명하기로 한다.

제1도는 본 발명에 따른 밀링 커터의 사시도로서 하나의 카세트를 분해하여 도시한 도면이다.

제2도는 본 발명에 따른 카세트의 측면도이다.

제3도 본 발명에 따른 카세트의 정면도이다.

제4도는 본 발명에 따른 카세트의 평면도이다.

제5도는 밀링 커터 반쪽 부분의 평면도이다.

제1도에는 기본 원통형의 밀링 커터가 부호 1로 표시되어 있다. 이것의 지름은 일반적으로 50 내지 700 mm, 바람직하게는 70 내지 500 mm, 그리고 특히 바람직하게는 80 내지 400 mm 사이에서 변화될 수 있다. 커터 몸체의 하부 면에는 회전 구동 수단에 커터 몸체를 연결시키기 위한 일체의 원통형 고정부(9)가 있다. 커터 몸체에는 카세트(4)를 수납하기 위한 오목부 또는 홈(3)이 제공된다. 두개의 인접 카세트 사이에는 커터 몸체의 상부에 칩 공간(10)이 형성된다. 꼭 그럴 필요는 없지만, 제작상의 이유로 해서, 카세트 홈(3)은 커터의 상부 면에서 바닥 면까지 통할 수 있게 하는 것이 좋다. 홈이 관통된다면, 리이밍 또는 밀링 작업이 용이해진다. 오목부 또는 홈(3)의 후면(17)은 두개의 측면(16)에 실질적으로 직각이다. 후면(17)은 측면(16)이 동일 카세트에 대한 유지면으로서의 기능을 함과 동시에 카세트(4)에 대한 맞닿음면을 구성한다. 커터 몸체의 다수의 홈들은 몸체의 지름과 소정 피치에 따라 변화한다. 설명된 실시예는 외부 지름 103 mm에 10개의 홈을 갖는 밀링 커터에 관한 것이다. 당연히, 모든 홈들이 카세트에 형성될 필요는 없다. 그러므로, 때때로 진동을 방지하기 위해서는 비대칭적인 할당이 요망될 수도 있다.

카세트는 1 내지 4개, 바람직하게는 두 개의 체결 나사(6, 7)에 의해 홈(3)에 고정된다. 각각의 체결 나사에는 대응 형성된 키이로 조이도록 그 헤드에 육각 구멍을 형성할 수 있다. 각 카세트에는 체결 나사(6, 7)를 삽입하기 위한 관통 구멍(12)이 제공된다. 또한, 각 구멍(12)은 나머지 구멍 보다 큰 지름을 갖는 부분(13)을 포함한다. 구멍부(13)는 나사의 헤드를 수용하기 위한 곳이다.

제5도에서 가장 잘 도시된 바와 같이, 설명된 실시예에 따르는 절삭 엣지는 음의 방사각 λ를 갖는다. 이들 각도는 0 내지 - 20°, 바람직하게는 - 3 내지 - 17° 그리고 가장 바람직하게는 -7 내지 - 13°사이인데, 이들 모두는 동등하게 크게 하는 것이 좋다. 절삭 엣지의 음의 방사각은, 절삭 삽입체(5)의 엣지 면이 카세트(4)의 엣지면에 실질적으로 평행한 상태로 카세트 홈(3)이 방사 방향의 기울기를 갖게 만듦으로써 적절하게 얻을 수 있다.

밀링 커터 몸체에서 카세트의 체결 안정성은 체결 나사(6, 7)를 카세트와 카세트 홈의 방사 방향 연장선에 대해 방사 방향으로 경사지게 함으로써 아주 좋은 영향을 받는다. 제5도에서, 이 각은 α로 표시된다. 이것은 또 바닥 표면(17)의 법선과 체결 나사의 축 방향 사이의 각으로 표시할 수도 있다. 이렇게 비스듬히 형성함으로써, 카세트는 엣지(H)쪽으로 압착된다. 이와 마찬가지의 방법으로, 카세트에 있는 구멍(12, 13)은 카세트의 측면과 동일한 각도로 형성된다. 각 α는 1 내지 13°, 바람직하게는 2 내지 10°, 가장 바람직하게는 4 내지 8°이다.

카세트, 나아가서는 절삭 엣지에 가능한 좋은 위치 결정을 가능케 하기 위해서, 카세트는 코너(H)에서 직각을 약간 넘어서는 각으로 형성된다. 또한, 도면에 따르면, 이곳 코너에는 코너 홈을 갖는다. 그러나 대응하는 코너에서, 카세트 홈(3)은 실질적으로 직각으로 형성된다. 카세트의 배면은 홈의 바닥 면(17)에 대해 맞닿게 되기 때문에, 카세트 홈과 카세트 사이에 얇은 쐐기형 틈이 형성되는데, 쐐기의 가장 넓은 부분은 코너(H)에 위치하며 수렴되다가 결국은 반경 외향으로 사라진다. 밀링 커터의 덮개 표면은 카세트의 반경 외향 엣지와 회전 방향으로 보아 카세트 홈의 후단부 및 후방 측면을 따라 선접촉이 이루어진다. 이와 같은 방법으로, 카세트의 확실히 결정된 위치 결정은 다음과 같이 얻을 수 있다. 즉, 나사(6, 7)로 체결함으로써, 카세트는 한편으로는 편심 탭의 헤드(23)에 대한 오목부 상하에 맞닿음면을 갖는 홈(3)의 바닥 표면(17)과 접촉되고, 다른 한편으로는 선접촉에 의해 밀링 커터의 덮개 표면 지역과 접촉하게 된다. 물론, "선" 접촉도 어느 정도의 폭은 갖지만 이것은 실질적으로 선형이라고 생각할 수 있다. 보통, 선접촉의 폭은 1/2 mm를 넘지 않는다. 코너(H)에서 카세트의 코너 각은 90 보다 큰 값(예를들어 90.05) 내지 92.5°, 바람직하게는 90.1 내지 91.5°, 가장 바람직하게는 90.1 내지 90.5°이다. 만약에 카세트 코너가 종래 기술에서와 같이 완전히 수직하다면, 틈과 정적인 부정확함이 쉽게 발생한다.

구멍부(12, 13)는 완전 원형은 아니지만 카세트의 축 방향에 수직한 방향보다는 카세트의 축 방향으로 어느 정도 크게 연장된다. 물론, 이렇게 구멍을 길게 하는 목적은 편심 탭(8)을 돌림으로써 얻을 수 있는 카세트의 축 방향 이동을 가능하게 하기 위한 것이다. 이 탭은 매끄러운 원통부(22) 및 이 부분(22)에 대해 편심에 위치하고 있는 헤드(23)로 구성된다. 장착시, 편심 헤드(23)는 긴 오목부 내에 또는 카세트 배면 상의 관통 홈(14)에 위치하게 된다. 이 홈의 폭은 실질적으로 편심 헤드(23)의 지름에 대응한다. 또한, 카세트에는 편심 헤드(23)의 바로 반대쪽에 있는 홈(14)까지 이어지는 관통 구멍(15)이 제공되어 있다. 편심 탭이 관통 구멍(15)을 통과하여 떨어지는 것을 막기 위하여, 구멍(15)은 편심 헤드보다 작은 지름을 갖는다. 이와 같은 방법으로, 육각 키이를 구멍(15)에 고착시킴으로써 접근이 용이하게 된다는 것과 동시에, 편심 탭은 커터 몸체에 있는 적절한 구멍에 효율적이고 안전하게 유지되게 된다.

카세트를 축 방향으로 위치 결정하는 것은 우선 체결 나사(6, 7)를 열고 편심 탭(8)을 절삭 엣지가 소정 축 방향 높이에 도달할 때까지 돌림으로써 이루어질 수 있다. 이 높이는 천분의 일 눈금 게이지로 측정한다. 편심 헤드(23)의 편심율에 따라서는 카세트를 원칙적으로 0 내지 5 mm, 적당하게는 0.05 내지 3 mm 그리고 특별한 경우 0.05 내지 1 mm 변위시킬 수 있다. 예정된 축 방향 높이에 도달되면 체결 나사(6, 7)는 다시 조여진다. 이와 같은 단순한 방법으로, 절삭 엣지는 2 ㎛ 범위까지 축 방향으로 조절될 수 있다. 이것은 매우 매끄러운 표면을 만들 수 있게 한다. 그러므로, 0.5 mm 정도의 절삭 깊이와 0.05 내지 0.25 mm 사이의 차당 재료 이송 거리에서, 0.6 ㎛의 Ra를 얻을 수 있다. 다른 방법으로는 이렇게 낮은 Ra는 오직 연마 작업을 통해서만 얻을 수 있다.

카세트 상면의 절삭 삽입체 포켓은 나사(11)에 의해서 고정될 수 있는 절삭 삽입체(5)를 수용하게 되어 있다. 바람직하게는, 포켓은 절삭 삽입체를 정적으로 제대로 배치시키도록 세개의 맞닿음면(18, 19, 19)으로 배열된다. 바람직하게는 절삭 삽입체는 도면에서 도시한 바와 같이 축 방향으로 장착된다. 이것은 나사 헤드(11)가 밀링 커터 몸체의 자유 상면에 마주보기 때문에 장착 부위의 접근도를 증가시키게 된다.

절삭 삽입체의 기하학적 구조는 본 발명의 주요 특징은 아니다. 그렇지만, 절삭력을 감소시키기 위하여서 절삭 공구날의 레이크 각은 양의 값을 가져야 하고 충분한 틈이 보장되어야 한다. 보통 충분한 여유는 삽입체 포켓의 하부면을 커팅 밀러를 통해 방사상 평면을 향해 경사시킴으로써 실시된다. 제3도에 따르면, 절삭 삽입체의 상하면이 평면이고 평행하다는 사실에도 불구하고, 여유각은 5 내지 15°, 바람직하게는 7°, 레이크 각은 5 내지 20°, 바람직하게는 8°정도의 절삭 공구날각이 이와 같은 방법으로 얻어진다.

그러므로, 위에 따라서, 음의 절삭 공구 날 각도 양호하긴 하지만 양의 절삭 형상이 보다 좋다. 이렇게 하면, 엣지 손상을 최소화하고, 낮은 절삭력과 낮은 열발생 그리고 얇은 두께의 작업물을 기계 가공할 수 있는 가능성 등 여러 가지 장점을 갖는다. 다른 유리한 효과는 내부 장치를 너무 크게 형성할 필요가 없어서 구매자는 설비비를 절감할 수 있다는 것이다.

절삭 엣지의 방사각은 양에서 음의 값까지 변화할 수 있지만 대체적으로 음의 값이 선호된다. 이렇게 음의 방사각을 사용하면 칩은 외향 배출되므로 좀 더 쉽게 전달될 수 있다. 양의 방사각을 사용하면 칩들이 안쪽 방향으로 밀어 넣어 지게되어 쌓이게 되고 절삭 작업을 교란시키며 작업물의 표면에 손상을 입힐 수 있게 된다.

도면에 따르면, 절삭 삽입체(5)는 양면 인덱스형 절삭 삽입체로써 양면에 각각 두개의 절삭 엣지(20)을 갖는다. 한쪽의 두개의 절삭 엣지는 두 대향 엣지를 따라 배치된다. 또 한쪽의 두개의 절삭 엣지는 다른쪽에 있는 두 절삭 엣지에 대해서 90°로 배치되어 새로운 절삭 엣지를 작업 위치에 오게 하기 위해서 삽입부를 돌리기는 경우 삽입체는 1/4 만큼 회전하게 된다. 설명된 실시예에 따른 삽입체에는 코너 면(21)도 제공된다. 이 절삭 삽입체의 중요한 장점은 이것이 네개의 작업 절삭 엣지를 갖게 됨으로써 상당한 정도로 절삭 효율을 높인다는 것이다.

각각의 작업 절삭 엣지는 높은 정밀성을 가지고 축 방향으로 위치 결정되기 때문에, 본 발명은 다른 두께의 절삭 삽입체에도 잘 적용될 수 있다. 그러므로, 후막의 삽입부 및/또는 두께가 20 내지 30 ㎛ 정도인 두꺼운 막 및/또는 PVD 피복 (PVD=물리적 증착)을 가진 삽입부는 본 발명에 잘 맞는다. 또한 재연마 삽입체, 다이아몬드 코팅된 삽입체 및 등축정계 붕소 질화물 조각을 포함하는 삽입물도 본 발명에 잘 맞는다.

상기에서, 본 발명은 최소의 별도 구조 요소를 가지고 절삭 엣지를 매우 정밀하게 축 방향으로 배치시킬 수 있다. 만약에 기존의 모든 구조에 있는 필수 나사와 절삭 삽입체를 무시한다면, 오직 한개의 요소, 즉 카세트만 있으면 된다. 이러한 단순화에도 불구하고, 양호한 반복성을 갖고 0.6 ㎛의 R_a값을 갖는 표면 거칠기를 얻을 수 있는데, 가끔은 0.3 ㎛ 정도의 낮은 값도 얻을 수 있다.

본 발명의 또다른 장점은 절삭 엣지의 축 방향 위치 결정이 방사상의 배치에 전혀 영향을 받지 않는다는 것이다. 이것은 커터 몸체를 둘러싼 모든 절삭 엣지가 균일하게 효과적으로 작업하게 하고 균일한 두께의 칩으로 절삭하게 하여 이것은 균일한 마모 및 수명의 최적화를 가능케 한다.

Claims (6)

1. 회전 방향으로 돌릴 수 있는 밀링 커터(1)와, 밀링 커터 몸체 주변의 홈(3)에 수용되고 각각의 체결 나사(6, 7)로써, 두 개의 체결 나사(6, 7)에 의해 홈(3)에 체결되게 배치되는 복수개의 절삭 삽입체 보유 카세트(4)로 구성되며, 상기 각 체결 나사는 홈에서 카세트가 축 방향으로 이동할 수 있게 하기 위하여 카세트의 종축 방향으로 연장되는 카세트(4)내의 관통 구멍(12, 13)에 배열되는 칩 절단 기계 가공용 밀링 커터 공구에 있어서, 밀링 커터 공구의 회전 축을 향하는 카세트(4) 측면상의 두 체결 나사(6, 7) 사이에 홈 또는 오목부(14)가 배치되고, 상기 홈 또는 오목부(14)는 밀링 커터 공구의 회전축에 실제로 직각이며, 상기 홈 또는 오목부(14) 내의 헤드(23)와 정렬되어 편심 탭(8)이 배치되며, 카세트(4) 내에는 관통 구멍(15)도 배치되고, 이 관통 구멍은 상기 홈 또는 오목부로 개방되며 편심 탭의 헤드(23)를 향하며, 각 체결 나사(6, 7)는 방사상으로 경사져서 카세트가 카세트 홈(3)의 회전방향으로 방사상 내측 후미 코너(H)에 압착되도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 밀링 커터 공구.
2. 제1항에 있어서, 카세트를 위한 오목부 또는 홈(3)이 실질적으로 축 방향이고 밀링 커터 몸체의 상부에서 하부를 관통하여 연장되는 것을 특징으로 하는 밀링 커터 공구.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 카세트 내의 오목부 또는 홈(14)에 이르는 구멍(15)이 편심 탭(23)의 헤드보다 작은 지름을 갖고 있어서, 따라서 편심 탭이 떨어져 나가는 것을 방지하도록 된 것을 특징으로 하는 밀링 커터 공구.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 각 카세트(4)는 그 상면에, 공작물에 대해 양의 레이크 각을 갖는 분리 가능한 절삭 삽입체(5)를 수반하는 것을 특징으로 하는 밀링 커터 공구.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 체결 나사(6, 7)를 수용하기 위한 카세트 내의 구멍(12)이, 체결 나사(6, 7)의 헤드부를 수납하기 위해서 더 큰 지름을 갖는 부분(13)을 포함하고, 각각의 구멍(12)이 방사상으로 각이 진 것을 특징으로 하는 밀링 커터 공구.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 회전 방향에서 각 카세트(4)의 방사상으로 내측 후미 코너(H)가 90.05 내지 92.5°사이의 각을 갖는 것을 특징으로 하는 밀링 커터 공구.