KR100466477B1 - 모듈화된 커팅 툴 조립체 - Google Patents

Abstract

본 발명의 모듈화된 커팅 툴 조립체는 하나 이상의 인서트 수용 포켓(52)을 구비한 툴 홀더(50)와, 상기 포켓(52)내에 선택적으로 수용될 수 있는 제 1(10, 80) 및 제 2 커팅 인서트(100, 102)를 포함한다. 상기 제 1 커팅 인서트(10, 80)는 인서트의 중앙축 둘레에서m×n차 회전 대칭을 가진 접촉 형상을 제공하도록 형성된 외주 플랭크면(18)을 구비하며, 그래서, 상기 인서트는n이 3 이상의 정수이고,m이 2 이상의 정수인 각n및m중 하나 이상의 값에 대하여m×n선택 위치중 소정의 위치에서 측방향 지지면(56, 58, 60)에 대해 구속되어 있을 수 있다. 제 2 커팅 인서트(100, 102)는n차 회전 대칭만을 구비한 대칭성이 감소된 접촉 형상을 제공하도록 형성된 외주 플랭크면(110)을 구비하며, 그래서, 상기 제 2 커팅 인서트는 단지n개의 각도 위치에서만 측방향 지지면에 대해 구속될 수 있다. 적어도 제 1 커팅 인서트의 외주 플랭크면(18, 110)은 중앙축에 수직으로 제 1 커팅 인서트의 하부를 통해 취한 하부 단면이 리세스형 형상을 갖도록 형성된다.

Description

모듈화된 커팅 툴 조립체{MODULAR CUTTING TOOL ASSEMBLY}

커팅 툴의 툴 홀더의 수용 포켓내에 장착된 라운드형, 육각형 또는 그외의 회전 대칭형 절삭 날을 가진 다양한 경재료(hard material)로 제조된 커팅 인서트를 사용하는 것은 공지되어 있다. 기계 가공 작업(터닝, 밀링 등) 동안, 일반적으로 사용가능한 절삭 날의 일부만이 실제로 작업편을 커팅하게 된다. 이 부분의 범위는 커팅 깊이에 의존한다. 규칙적인 형상의(예로서, 다각형) 인서트의 선택형(indexable) 절삭 날 중 일부가 마모되었을때, 완전히 새로운 절삭 날이 노출되도록 상기 인서트를 돌려 끼우게 된다.

다각형 절삭 날을 구비한 커팅 인서트의 경우에 있어서, 사용시에 발생되는 커팅력을 견딜 수 있도록 포켓내에 인서트를 돌려가면서 고정해야만 적절한 작업을 수행할 수 있다. 종래의 기술에서는 절삭 날의 고유의 다각형 형상으로부터형성되는 접촉면을 이용하고 있다. 그러나, 특히, 높은 토크가 작용되는 작업에 있어서, 또는 매우 많은 수의 측면을 가진 다각형에 있어서, 고유의 접촉 형상은 커팅력으로부터 초래되는 토크를 견디기에 부적절할 수 있다.

라운드형 절삭 날을 가진 커팅 인서트는 회전 대칭성을 가지고 있으며, 실제 발생된 마모를 보상하기 위해 이론적으로 소정의 각도 위치를 연속적으로 선택할 수 있다. 그러나, 실제로는 라운드형 인서트도 동일한 변위 각도의 각도 간격으로 이격되어 있는 선택 위치(indexing station)의 수가 제한되어 있다. 상기 선택 위치 사이의 각도 변위는 인서트의 "각피치(angular pitch)"라 지칭된다.

라운드형 커팅 인서트를 최적으로 사용하기 위해서는 커팅 공정 동안 인서트가 그 선택된 위치로부터 회전되는 것을 방지하여 마모가 절삭 날의 규정된 부분에서만 발생하도록 하여야 한다. 이는 위치 재설정 이후에 사용되게 되는 절삭 날의 부분이 실질적으로 사용되지 않은 상태가 되도록 해준다.

라운드형 인서트를 회전하지 않도록 고정하기 위해 다양한 형상을 사용하고 있다. 이 형상들은 두가지 형태, 즉, "핀 결합형 시트(seat-pinning)"와 "측방향 접촉(lateral abutment)"으로 분류될 수 있다. 핀 결합형 시트 형태의 예는 플룩키거(Flueckiger)에게 허여된 미국 특허 5,296,288호와 스테쉬코(Stashko)에게 허여된 유럽 특허 공보 300,172호에 개시되어 있다. 측방향 접촉 형태의 예는 레시그노(Rescigno)에게 허여된 미국 특허 3,346,336호에 개시되어 있다. 이들 형태 양자 모두는 접촉면의 크기, 위치 및 지향성이 좋지 못하기 때문에 토크에 대한 내성이 제한되어 있다.

상술한 바로부터 명백한 바와 같이, 커팅 인서트의 효과적인 구속에 대한 필요성은 일반적으로 절삭 날의 기하학적 형상에 중요한 특성이다. 따라서, 삼각, 직사각, 정사각 또는 라운드형 등의 각 형상의 인서트는 대응하는 포켓 형상을 구비한 전용의 툴 홀더를 구비하고 있다. 결과적으로, 다수의 형태의 인서트를 사용하기 위해서는 다수의 툴 홀더를 사용하는 비용이 수반되며, 커팅 작업간에 전체 툴을 교체하는 부가적인 노동력이 필요해진다.

비용 및 노동력을 감소시키기 위해서, 교체형 카트리지에 기초한 모듈화된 시스템이 개발되어 있다. 이런 시스템의 예로서는 샌드빅 코로맨트(SANDVIK Coromant)로부터 시판되는 "모듈밀(Modulmill)" 시스템과, 몬탄베르케 발터 게엠베하(Montanwerke Walter GmbH)로부터 시판되는 "노벡스 에프 2010(NOVEX F 2010)"이 있다. 이들 시스템은 특정 커팅 인서트에 맞는 클램핑 형상을 가진 포켓을 각각 구비한 교체형 어뎁터 카트리지를 사용하고 있다. 비록, 이들 시스템이 상이한 형태의 커팅 인서트와 함께 사용할 수 있는 주 툴 홀더를 사용하고 있으나, 여전히 상기 카트리지를 교체하기 위한 교체 작업에 대한 부가적인 분리/조립 단계가 부가되어 있다.

따라서, 단일의 툴 홀더 포켓내에 들어가는 선택 위치의 수를 상이하게 하여 다양한 커팅 인서트를 선택적으로 사용할 수 있게 하는 모듈화된 툴 조립체가 필요하다. 이런 조립체에 사용되는 툴 홀더 및 커팅 인서트도 필요하다.

본 발명은 커팅 툴에 관한 것으로, 특히, 상이한 회전 대칭 배열을 가진 커팅 인서트를 단일의 툴 홀더와 함께 선택적으로 사용할 수 있는 모듈화된 커팅 툴 조립체에 관한 것이다.

도 1a는 본 발명의 개념에 따라 구성 및 작동되는 라운드형 절삭 날을 구비한 제 1 실시예의 커팅 인서트의 사시도.

도 1b는 도 1a의 커팅 인서트의 측면도.

도 1c는 도 1b의 Ⅰ-Ⅰ선을 따라 취한 단면의 저면도.

도 1d는 도 1c의 Ⅱ-Ⅱ선을 따라 취한 측단면도.

도 1e는 도 1a의 커팅 인서트의 상면도.

도 2a는 명세서에 언급된 소정 각도의 정의를 도시하고 있는 본 발명의 개념에 따른 기하학적 형상 생성 세그먼트(geometric generating segment)의 개략도.

도 2b는 도 2a의 생성 세그먼트의 회전 복사(rotational copying)에 의해 형성된 형상인 본 발명에 따라 구성 및 작동되는 커팅 인서트의 단면 형상의 개략도.

도 3은 툴 홀더의 포켓내에 장착된 도 1a의 커팅 인서트 네개를 포함하는 본발명의 개념에 따라 구성 및 작동되는 기계 가공 툴 커터의 부분 분해 사시도.

도 4는 도 3의 툴 홀더의 포켓 중 하나의 확대 사시도.

도 5는 도 4의 포켓내에서의 도 1a의 커팅 인서트의 접촉 형상을 도시하는 수평 단면도.

도 6은 도 4의 포켓의 지지면 중 하나와 도 1a의 커팅 인서트 사이의 소정 접촉 형상을 도시하는 도 5의 Ⅵ-Ⅵ선을 따라 취한 부분 수직 단면도.

도 7a 내지 7e는 다각형 절삭 날을 가진 본 발명의 개념에 따라 구성 및 작동되는 제 2 실시예의 커팅 인서트를 도시하는 도 1a 내지 도 1e와 각각 유사한 도면.

도 8a는 도 4의 포켓 내에 장착할 수 있으며 선택 위치의 수가 감소되어 있는 본 발명의 개념에 따라 구성 및 작동되는 제 3 실시예의 커팅 인서트의 사시도.

도 8b는 도 8a의 커팅 인서트의 측면도.

도 8c는 도 8a의 커팅 인서트의 측단면도.

도 8d는 도 8a의 커팅 인서트의 상면도.

도 8e는 인서트의 측방향 접촉면의 형상을 강조하기 위해 가상선(construction line)이 추가되어 있는 도 8a의 커팅 인서트의 저면도.

도 8f는 도 1a 내지 1e 및 도 7a 내지 도 7e의 인서트 중 회전 대칭부가 더 높은 인서트의 측방향 지지 돌출부의 형상을 비교하도록 가상선이 추가되어 있는 도 8e와 유사한 도면.

도 9a는 도 4의 포켓내에 장착할 수 있으며 선택 위치의 수가 감소되어 있는본 발명의 개념에 따라 구성 및 작동되는 제 4 실시예의 커팅 인서트의 사시도.

도 9b는 도 9a의 커팅 인서트의 측면도.

도 9c는 도 9a의 커팅 인서트의 측단면도.

도 9d는 도 9a의 커팅 인서트의 상면도.

도 9e는 인서트의 측방향 접촉면의 형상을 강조하기 위해 가상선이 추가되어 있는 도 9a의 커팅 인서트의 저면도.

도 9f는 도 1a 내지 1e 및 도 7a 내지 도 7e의 인서트의 회전 대칭부가 더 높은 인서트의 측방향 지지 돌출부의 형상을 비교하도록 가상선이 추가되어 있는 도 9e와 유사한 도면.

도 10 및 도 11은 도 4의 포켓내에 정확히 장착되었을때 도 8a 및 도 9a의 인서트의 접촉 형상 및 진입 각도를 각각 도시하는 도 5와 유사한 도면.

도 12 및 도 13은 도 4의 포켓내에 부정확하게 장착하려 하는 경우를 도시하는 도 10 및 도 11과 각각 유사한 도면.

도 14는 리세스형 커팅 형상을 구비한 도 8a의 커팅 인서트의 변용을 도시하는 저면도.

도 15는 삼각 및 육각 대칭부를 가지는 커팅 인서트 세트의 접촉 형상을 도시하는 개략적인 수평 단면도.

도 16은 오각 및 십각 대칭부를 가지는 커팅 인서트 세트의 접촉 형상을 도시하는 개략적인 수평 단면도.

본 발명의 목적은 선택 위치의 수가 상이한, 또는 커팅 형상이 상이한 커팅 인서트를 포괄적인 툴 홀더 포켓 구조내에 선택적으로 사용할 수 있는 모듈화된 커팅 툴 조립체를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 특성에 따라, 인서트 수용 포켓은 "세 지점(three-point)"에서 외접하여 위치설정하고, 지지하는 형상을 갖는다.

본 발명의 부가적인 특성에 따라, 대칭부의 수가 작은 커팅 인서트의 경우에 부적절한 각도 위치에 인서트가 잘못 선택되는 것을 방지할 수 있는 돌출부를 갖게 된다.

본 발명의 선택형 인서트는 단일 크기와 형상의 툴 홀더와 함께 사용되는 코디네이트된 상호교환형 인서트 세트(a set of coordinated interchangeable insert)의 일부로 형성될 수 있다. 본 발명의 인서트 및 수용 포켓은 밀링 커터, 브로우치(broaches), 터닝 툴 등 뿐만아니라 매우 다양하게 응용될 수 있다.

일 실시예에서, 본 발명은 복수개의 분리된 접촉면을 가지고, 그 중 세개가 동시에 사용되는 선택형 인서트를 제공한다.

본 발명의 기술에 따라서, 베이스와 복수개의 측방향 지지면을 가지는 하나 이상의 인서트 수용 포켓을 구비한 툴 홀더와; 상부면과, 저면 및 외주 플랭크면을 가지고, 상기 포켓내에 수용될 수 있는 제 1 커팅 인서트와; 상부면과, 저면 및 외주 플랭크면을 가지고, 상기 포켓내에 수용될 수 있는 제 2 커팅 인서트를 포함하고; 상기 제 1 커팅 인서트의 외주 플랭크면은 상기 제 1 커팅 인서트가n≥3이고m≥2인 하나 이상의 각n및m값에 대해m×n각도 위치 중 소정 위치로 상기 측방향 지지면에 대하여 구속될 수 있도록 상기 제 1 커팅 인서트의 중앙 축 둘레에서m×n차 회전 대칭을 가진 접촉 형상을 제공하고, 상기 중앙축에 수직으로 상기 제 1 커팅 인서트의 하부를 절취한 하부 단면이 리세스형 형상을 나타내도록 구성되어있으며; 상기 제 2 커팅 인서트의 외주 플랭크면은 상기 제 2 커팅 인서트가 단지n각도 위치에서만 상기 측방향 지지면에 대하여 구속될 수 있도록 상기 제 2 커팅 인서트의 중앙축 둘레에 단지n차 회전 대칭을 가지는 대칭부가 감소된 접촉 형상을 제공하도록 구성되어 있는 모듈화된 커팅 툴 조립체가 제공된다.

본 발명의 부가적인 특성에 따라서, 상기 제 1 커팅 인서트의 상기 외주 플랭크면은 상기 상부면에 근접하게 상기 중앙축에 수직으로 상기 제 1 커팅 인서트를 절취한 상부 단면이 비리세스형 형상을 나타내도록 구성된다.

본 발명의 부가적인 특성에 따라서, 상기 상부 단면은m×n측면을 가진 실질적으로 정다각형에 대응한다.

본 발명의 부가적인 특성에 따라서, 상기 상부 단면은 실질적으로 원형이다.

본 발명의 부가적인 특성에 따라서, 상기 제 2 커팅 인서트의 상기 외주 플랭크면은 상기 저면에 근접한 지점에서 상기 중앙축에 수직으로 상기 제 2 커팅 인서트의 하부를 절취한 하부 단면이 리세스형 형상을 나타내도록 형성되어 있다.

본 발명의 기술에 따라서, 베이스와, 복수개의 측방향 지지면을 구비한 하나 이상의 인서트 수용 포켓을 가지며, 상기 측방향 지지면에 대해 한정된 공급 방향을 가지는 툴 홀더와; 절삭 날에 의해 경계지워지는 상부면과, 저면과, 외주 플랭크면을 가지고 상기 포켓내에 수용될 수 있으며, 상기 포켓내에 장착되었을때 상기 공급 방향에 대한 제 1 진입 각도로 상기 절삭 날의 제 1 작동부를 제공하도록 구성되어 있는 제 1 커팅 인서트와; 절삭 날에 의해 경계지워지는 상부면과, 저면과, 외주 플랭크면을 가지고 상기 포켓내에 수용될 수 있으며, 상기 포켓내에 장착되었을때 상기 제 1 진입 각도와는 상이한 공급 방향에 대한 제 2 진입 각도로 상기 절삭 날의 제 2 작동부를 제공하도록 구성되어 있는 제 2 커팅 인서트를 포함하고; 상기 제 1 커팅 인서트의 외주 플랭크면은 상기 제 1 커팅 인서트가n≥3인 하나 이상의n값에 대하여n각도 위치로 상기 측방향 지지면에 대해 구속될 수 있도록 상기 제 1 커팅 인서트의 중앙축 둘레에서n차 회전 대칭을 가지는 접촉 형상을 제공하도록 형성되어 있으며; 상기 제 2 커팅 인서트의 외주 플랭크면은 상기 제 2 커팅 인서트가n각도 위치로 상기 측방향 지지면에 대해 구속될 수 있도록 상기 제 2 커팅 인서트의 중앙축 둘레에서n차 회전 대칭을 가지는 접촉 형상을 제공하도록 형성되어 있는 모듈화된 커팅 툴 조립체가 제공된다.

본 발명의 부가적인 특성에 따라서, 상기 제 1 진입 각도는 대략 180°/n만큼 상기 제 2 진입 각도와 상이하다.

본 발명의 기술에 따라서, 포켓을 통과하며 커팅 인서트의 중앙축이 정렬되게 되는 축을 기준으로 형성된 하나 이상의 인서트 수용 포켓을 포함하고,n≥3이고m≥2인 각n과m의 값 중 하나 이상의 값에 대하여, 정확히n회전 위치로 선택될 수 있는 제 1 커팅 인서트와m×n회전 위치로 선택될 수 있는 제 2 커팅 인서트를 선택적으로 수용하기 위한 툴 홀더에 있어서, 상기 포켓은 상기 커팅 인서트를 지지하는 베이스와; 상기 축으로부터 실질적으로 동일한 거리에서 상기 축 둘레에 각도 방향으로 이격되어 있는 제 1, 제 2 및 제 3 측방향 지지면과; 상기 제 1 및 제 2 측방향 지지면 사이에 위치된 제 1 측방향 중공부와; 상기 제 2 및 제 3 측방향 지지면 사이에 위치된 제 2 측방향 중공부를 구비하고; 상기 제 1 및 제 2측방향 중공부는 상기 축 둘레에서 360°/(m×n) 회전에 의한 상기 제 1 및 제 2 측방향 지지면의 기하학적 맵핑이 각각 상기 제 1 및 제 2 중공부내에 있도록 형성되는 툴 홀더가 제공된다.

본 발명의 부가적인 특성에 따라서, 상기 제 1, 제 2 및 제 3 측방향 지지면은 제 1, 제 2 및 제 3 평면을 각각 형성하고, 상기 제 1 평면은 상기 제 2 평면과 상기 축에 대해 360°/n회전된 관계가 된다.

본 발명의 부가적인 특성에 따라서, 상기 포켓의 상기 제 2 및 제 3 평면은 실질적으로 동일평면상에 있다.

본 발명의 부가적인 특성에 따라서,n은 4이고m은 2이다.

또한, 본 발명의 기술에 따라서,n≥3인n값에 대해n차 회전 대칭부 구비하고, 인서트 수용 포켓내에 엄밀히n선택 위치로 선택될 수 있으며, 절삭 날에 의해 경계지어지는 상부면과, 베이스와, 외주 플랭크면 및 중앙축을 구비한 단일화된 구조를 포함하는 커팅 인서트에 있어서, 상기 인서트 수용 포켓은m≥2인 소정의m값에 대하여m×n차 회전 대칭부와n차 회전 대칭부 양자 모두를 구비한 커팅 인서트를 선택적으로 수용할 수 있도록 구성되어 있고; 상기 외주 플랭크면은 상기 중앙축에 수직으로 상기 커팅 인서트의 하부를 통해 절취한 제 1 단면의 윤곽선이 리세스형 형상을 나타내도록 형성되어 있고; 상기 리세스형 형상은 상기 중앙축 둘레에 각도 간격을 가지고 배치되어 있으며면서n차 회전 대칭 측방향 접촉면 형상에 대응하는n코너부와, 상기 코너부 사이에서 상기 외주 플랭크면으로부터 외향 돌출하는 지지 돌출부를 포함하며; 상기 지지 돌출부는 상기 중앙 축 둘레에서360°/n미만의 각도에 걸친 회전에 의한 상기 코너부의 윤곽선의 소정의 기하학적 맵핑하에 상기 지지 돌출부가 상기 윤곽선을 초과하여 연장되도록 성형되어 있는 커팅 인서트가 제공된다.

본 발명의 부가적인 특성에 따라서, 상기 외주 플랭크면은 상기 상부면에 인접하게 상기 중앙축에 수직으로 상기 커팅 인서트를 절취한 제 2 단면의 윤곽선이 비리세스형 형상을 나타내도록 부가적으로 형성되어 있다.

본 발명의 부가적인 특성에 따라서, 상기 코너부는n측면의 정다각형의 코너 영역에 실질적으로 대응한다.

본 발명을 첨부된 도면을 참조로 하기에 예시한다.

본 발명은 높은 토크에 대항하는 접촉면을 제공하도록 성형된 외주 플랭크면과, 대응하는 툴 홀더의 인서트 수용 포켓을 구비한 라운드형 및 다각형 커팅 인서트를 사용하는 모듈화된 커팅 툴 조립체에 관한 것이다. 상기 접촉면의 형상은 선택 위치의 수와 진입 각도가 상이한 인서트 세트를 주어진 포켓 형상 내에 사용하는 것을 가능하게 한다.

본 발명에 따른 커팅 툴 조립체 및 그 부품인 커팅 인서트와 툴 홀더의 원리 및 작동을 하기의 설명과 도면을 참조로 보다 양호하게 이해할 수 있을 것이다.

도면을 참조하면, 도 1a 내지 도 1e는 본 발명의 개념에 따라 구성 및 작동되는 커팅 인서트의 제 1 실시예를 도시하고 있으며, 도면 부호 10으로 표시되어 있다.

일반적으로, 커팅 인서트(10)는 절삭 날(14)에 의해 경계지워지는 상부면(12)과, 베이스(16)와, 외주 플랭크면(18)을 구비한다. 외주 플랭크면(18)의 형상은 커팅 인서트(10)의 높이에 따라 변화된다. 외주 플랭크면(18)의 상단부 근방은 절삭 날(14)을 위한 지지부를 제공하도록 절삭 날의 라운드형 또는 다각형 형상에 부합되도록 되어 있다. 커팅 인서트의 하단부에서, 외주 플랭크면(18)은 예로서, 갈매기형 채널 등의 리세스 형상을 갖는 횡단 접촉면을 제공하도록 형성되어 있다. 따라서, 하부 단면 형상은n개의 꼭지점을 가진 별모양을 갖게 된다.

본 명세서 및 청구범위에 사용되는 "n개의 꼭지점을 가진 별모양"이란 용어는n개의 최외부 꼭지점을 가진 회전 대칭 형상을 의미하고, 상기 각 꼭지점들은각각 내향 갈매기 모양 또는 V자 형상으로 가장 가까운 꼭지점과 연결되게 되어 있다. 예로서, 도 2b에는 5개의 꼭지점을 가진 별모양이 도시되어 있다. 본 발명의 소정의 선택된 커팅 인서트의 하부 외주 플랭크면은 하기에 보다 상세히 기술되는 바와 같이 꼭지점 및 또는 갈매기형 베이스가 평탄해질 수 있기 때문에, "거의" 또는 "실질적인"n개의 꼭지점을 가진 별모양 형상이라고 기재되어 있다는 것을 인지해야 한다.

본 발명은 회전 대칭 절삭 날을 구비한 광범위한 커팅 인서트에 사용될 수 있다. 본 명세서와 청구범위에 기재된 "회전 대칭"이란 용어는n이 3 이상일때 360°/n의 각도 회전을 통해서는 형상이 변하지 않는 형상을 지칭한다. 따라서, 상기 용어는 직선 측면이든 보다 복잡한 직선 또는 곡선 구획의 조합이든 셋 이상의 측면을 가진 정다각형을 포함하고 있다. 또한, 상기 용어는 원형을 포함한다. 또한, 기본 형상에 반복적인 패턴이 중첩된 상술한 형상의 변형도 포함한다. 이런 패턴의 예는 톱니 모양 및 가리비 모양 또는 파형 절삭 날을 포함한다. 따로 설명하지 않더라도, 본 발명의 인서트의 대칭은 접촉 형상의 대칭을 의미한다. 절삭 날은 접촉면 보다 더 높은 정도의 대칭성을 가질 수 있다.

회전 대칭 또는n개의 꼭지점을 가진 별 형상은 둘 중 어느쪽도 투영시의 대칭성을 의미하지는 않는다. 특정 커팅 작업에서 주로 한 방향의 토크가 발생되는 경우에, 본 발명의 구조는 주된 토크 성분에 대항하는 접촉면을 구비하는 비대칭 형상으로 구성될 수 있다. 그러나, 본 발명을 중앙축 둘레에서 발생되는 양방향의 토크에 대항할수 있는 대칭 형상의 실시예만을 통해 설명하고 있다.

명세서 및 청구범위 전반에 걸쳐 인서트의 중앙축이란 용어가 사용되고 있다. 여기서, 상기 축은 그 둘레에서 절삭 날이 회전 대칭성을 갖게 되는 축을 말한다. 인서트의 "상단부" 및 "하단부"라는 용어도 사용된다. 이런 기준들이 어디에 나타나건 간에, 상기 인서트는 그 축이 수직인 상태로 절삭 날이 상향으로 노출되도록 그 베이스가 하향한 상태로 장착되는 것으로 가정한다.

접촉면 형상은 하기에 보다 상세히 기술될 바와 같이 더 높은 대칭부를 가진 커팅 인서트를 수용하도록 설계된 포켓내에 더 낮은 대칭부를 가진 인서트를 사용하는 것을 허용한다.

명세서 및 청구범위에는 리세스형 및 비리세스형이란 용어가 사용되고 있다. 여기서, 명세서 및 청구범위에 사용된 상기 "리세스"이란 용어는 오목한 또는 중공부를 발생시키는 표면 또는 형상의 일부를 지칭하는 말이다. 보다 명확하게는 리세스은 표면 또는 형상의 인접부를 연결하는 가상선의 내부에 있는 표면 또는 형상의 일부이다. 반대로, 어떠한 지점에서도 리세스가 없는 형상을 "비리세스형"이라 지칭한다. 따라서, 정다각형이 비리세스형 형상으로 분류되는 반면에,n개의 꼭지점을 가진 별모양의 갈매기형 부분은 본 명세서에서 규정된 "리세스"를 형성한다.

커팅 인서트(10)의 형상을 보다 세밀하게 살펴보면, 상부면 또는 레이크(rake; 12)는 예로서, 내향 경사져 있으며, 그 외주에서 절삭 날(14)에 의해 경계지어지는 외주 환형부(20)와, 커팅 인서트(10)의 축에 수직인 평탄한 내부 환형부(22)를 갖는다.

또한, 상부면(12)은 톱니 모양 패턴 또는 리지 등의 부가적인 칩(chip) 제어형상을 가질 수 있다. 이런 예가 도 1e에 도시되어 있다. 커팅 인서트는 상부면의 다양한 다른 형상 및 인더시즈(indices)가 대칭성에 부합되든 아니든 무관하게 회전적으로 대칭인 것으로 생각한다.

도 1d에 도시된 바와 같이, 내부 환형부(22)는 내부 끝부분에서 표준 카운터싱크형(counter-sunk) 클램핑 스크류(도시되지 않음)의 통로로 사용되는 중앙의 표준 "부분 원통형" 보어(26)의 원통형 연장부(24)와 교차한다. 툴 홀더내에 커팅 인서트(10)를 클램핑하기 위해 사용되는 특정 클램핑 기술은 본 발명의 일부가 아니며, 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않는한 소정의 다른 클램핑 기술에 따라 다양하게 변용될 수 있다.

본 발명의 소정의 선택된 커팅 인서트의 특징적인 형상은 외주 플랭크면(18)에 있어서, 상부면(12)에 근접하게 중앙축에 수직으로 커팅 인서트를 절취한 제 1 단면이 비리세스형 형태이고, 베이스(16)에 근접한 지점에서 중앙축에 수직으로 커팅 인서트를 절취한 제 2 단면이n차 회전 대칭이면서 중앙축 둘레의 토크에 대항하기 위한 접촉면을 제공하는 리세스형 형상을 포함하도록 외주 플랭크면(18)이 성형되는 것이다.

여기서, 외주 플랭크면(18)은 커팅 인서트(10)의 높이를 따라 둘 이상, 일반적으로는 세 부분으로 분할될 수 있다. 절삭 날(14)에 인접한 제 1 부분은 비리세스형 단면 윤곽을 가지는 릴리프 플랭크면(28; relief flank surface)으로 나타난다. 외주 플랭크면(18)의 하부는 리브형(ribbed) 플랭크면(30)을 구성한다. 리브형 플랭크면(30)은 플랭크면 전이부(32)에 의해 릴리프 플랭크면(28)에 연결되는 것이바람직하고, 상기 플랭크면 전이부(32)는 후술되는 바와 같이 두개의 형태 사이의 점진적인 전이부를 제공한다. 이들 부분들은 중앙축 둘레의 토크에 대항하는 접촉면을 가진 형상을 제공한다.

릴리프 플랭크면(28)은 일반적으로 사용되는 절삭 날의 형상에 대응한다. 따라서, 커팅 인서트(10)에서 릴리프 플랭크면(28)은 예시된 원형 절삭 날에 대응하는 원형 단면을 가진 절두 원추형을 갖는다. 따라서, 릴리프 플랭크면(28)은 비록 형상의 치수가 높이에 따라 다소 변화될 수 있지만 모든 높이에서 중앙축에 수직인 단면 형상이 실질적으로 일정한 것으로 기술될 수 있다. 릴리프 플랭크면(28)은 커팅 인서트(10)의 높이의 대략 10분의 1이상 절삭 날(14)로부터 하향 연장하는 것이 바람직하다.

릴리프 플랭크면(28)은 일반적으로 커팅 인서트(10)의 중앙축에 대해 예각(ψ)으로 경사져 있다. 각도(ψ)는 일반적으로 인서트의 "주 법선 릴리프 각도(primary normal relief angle)"라 지칭되며, 대략 20°미만인 것이 바람직하고, 일반적으로는 대략 7°이다. 네거티브 인서트에 있어서, ψ는 릴리프 플랭크면(28)이 원통형이 되도록 대략 0°일 수 있다.

리브형 플랭크면(30)의 형상을 보다 상세히 설명하면, 돌출 리지(36) 사이에 형성된 채널(34)을 구비한 절두 피라미드형 리브형 표면으로써 형성되는 것이 바람직하다. 채널(34)은 갈매기형 단면을 갖는 것이 바람직하다.

리브형 플랭크면(30)은 베이스(16)로부터 도 1b에 Ⅰ-Ⅰ평면으로 도시되어 있는 인서트 축에 수직인 평면으로 연장된다. 리브형 플랭크면(30)은 커팅 인서트의 높이의 대략 8분의 1 이상, 일반적으로는 대략 4분의 1정도 연장하는 것이 바람직하다. 전이 플랭크면(32)의 형상에 따라서, 리브형 플랭크면(30)은 외주 플랭크면(18)의 높이의 대부분을 따라 연장될 수 있다.

리브형 플랭크면(30)은 대향 경사진 평면 측방향 접촉면(38) 쌍과 완만히 혼합되는 정상부(crest)를 각각 구비한 "n"개의 리지(36)를 구비하는 것으로 간주될 수 있다. 인접한 리지의 접합부에서 인접한 접촉면(38)은 완만한 루트 영역(40)에서 교차한다. 리지의 수는 인서트의 가용한 선택 위치의 수와 동일하다. 원형 절삭 날에 있어서,n은 5 이상인 것이 바람직하고, 일반적으로는 8 이상이다.

도 2a 및 도 2b를 참조하면, 상기 도면에는n이 5인 상태로 도시되어 있는 리브형 플랭크면(30)의 단면이 어떻게 양분 반경(bisecting radius)의 양 측면상에 대칭 레그(legs)를 구비한 오목한 갈매기형 "생성 세그먼트"(도 2a)를n-1회 회전 복사함으로써 형성된n개의 꼭지점을 가진 별모양(2b)과 동일해 질 수 있는지를 도시하고 있다. 상기 생성 세그먼트는 중앙 피치각(β)을 360°/n으로 설정한다.

하기에 부가적으로 설명될 바와 같이, 두개의 이격된 접촉면(38)이 동일평면 상에 존재한다는 것은 커팅 인서트(10)의 소정의 선택된 실시예의 특성이다. 단순한 예로서,n이 8인 경우에, 생성 세그먼트의 대칭 레그가 반경을 (90°-β/2 °)로 양분한 각도(γ)를 형성하도록 함에 의해 달성된다. 대응하는 각도(α)는 (90°-β°)이다. 따라서, 여덟개의 코너를 가진 예는 α가 45°, β가 45°, γ가 67.5°이다. 더많은 수의 코너가 사용된다면, 이격된 둘이상의 리지가 동일 평면을 구성할 수 있다.

두개의 이격된 접촉면(38)이 커팅 인서트(10)를 그 축에 수직으로 절취한 단면과 수직으로 상호교차되는 것은 커팅 인서트(10)의 소정의 선택된 실시예의 부가적인 특성이다. 상기 표면 자체는 리브형 플랭크면(30)의 테이퍼로 인하여 수직을 이루지 않을 수 있다. 그러나, 참조의 편의를 위해, 이런 표면을 "수직 접촉면"이라 지칭한다. 또한, 이 필요성은 단순한 기하학적 조건에 의해서 충족될 수 있으며, 예로서, 상술한 여덟개의 코너를 가진 인서트의 각도도 상술한 필요성을 만족한다. 더욱이,n이 4의 배수인 경우에는 적어도 소정의 상호 수직 접촉면이 존재하게 된다.

선택된 경우에 있어서, 리브형 플랭크면(30)은 도 1b에 도시된 바와 같이 모든 측방향 접촉면이 커팅 인서트(10)의 축에 대해 소정의 각도(η)를 형성하는 이상적인 절두 피라미드형이다. 편의를 위해, 상술한 바와 같이 이상적인 별 모양의 다각형의 윤곽선 영역의 정렬된 코너를 통과하는, 각 리지(36)와 조합된 측면(38) 쌍 사이의 교차부의 가상 직선은 베이스에 대한 법선과 함께 대응 각도(φ)를 형성하고, φ는 arc tan[sin(α)tan(η)]로서 주어지며 α와 η의 함수이다. 상기 각도(φ)는 최상부 릴리프 플랭크면부(28)에 관한 릴리프각(ψ)보다 크다. 압력 각도(α; pressure angle)가 90°보다 작다면, ψ>η가 된다. 자연적으로, 모든 이상적인 별 모양 다각형 윤곽선 영역은 서로 유사하다. 즉, 단지 크기를 변화시킴으로써 서로로부터 얻어질 수 있다.

도 1c는 도 1b의 Ⅰ-Ⅰ평면 상의 영역, 즉, 리브형 플랭크면(30)과 전이 플랭크면(32) 사이의 접합부에서 리브형 플랭크면(30)을 도시한다. 리브형플랭크면(30)의 별모양 다각형 윤곽선은 이상적인 형상으로부터 리지(36)와 루트 영역(40)이 모서리가 평탄히 및/또는 둥글게 잘려나간 변형된 형상이다. 실제로, 최하부 본체부의 수평면상의 모든 별모양 다각형 윤곽선은 일반적으로 동일하게 변형된다. 즉, 도 1b에 도시된 바와 같이 리지와 루트 영역이 일정한 폭이 되도록 동일한 폭의 잘려나간 모서리를 구비하도록 절단된 리지(36)와 루트 영역(40)을 갖는다. 리지(36)와 루트 영역(40)이 그 각각의 길이 범위를 따라 균일한 폭을 갖기 때문에, 측방향 접촉면(38) 사이의 교차부의 가상선이 베이스에 대한 법선과 함께 동일한 각도(φ)를 형성한다.

루트 영역(40)이 전이 플랭크면(32)의 시작부에서 테이퍼면(42)으로 변환되기 때문에, 루트 영역(40)에 가장 근접한 별모양 다각형 윤곽선의 부분은 점진적으로 소실되게 된다. 한편, 리지(36) 근방의 접촉면(38)의 형상은 리지(36)가 릴리프 플랭크면(28)과 합쳐지게 되는 전이 플랭크면(43)과 릴리프 플랭크면(28) 사이의 접합부에 도달할때 까지 유지된다.

전이 플랭크면부(32) 자체는 도 1d에 가장 잘 도시되어 있는 바와 같이 테이퍼면(42)을 구비한 리브형 플랭크면(30)의 리브형 부분의 전장부의 결합부 또는 중첩부로부터 초래된다. 결과적으로, 전이 플랭크면부(32)는 외주 플랭크면(18)내의 채널(34)의 깊이가 릴리프 플랭크면을 향해 점진적으로 감소되게 되는 점진적인 전이부를 제공한다. 전이 플랭크면부(32)는 커팅 인서트의 높이의 대략 3분의 1 이상 연장되는 것이 바람직하다.

구조적인 이유 및 분말 야금 기술적 이유로 인해, 상부 릴리프 플랭크면(28)과 절삭 날(14)은 테이퍼면(42)에 의해 지지되는 것이 바람직하다. 테이퍼면(42)의 세부적인 형상은 현저히 변화될 수 있다. 선택된 실시예에서는 절두 원추형(즉, 라운드형)이나 절두 피라미드형(즉, 평탄면형) 구획을 포함한다.

도 3 내지 도 6을 참조하면, 인서트 수용 포켓(52)내에 다수의 커팅 인서트(10)가 장착되어 있는 본 발명의 개념에 따라 구성 및 작동되는 기계 가공 툴 커터 또는 툴 홀더가 도시되어 있으며, 참조부호 50으로 표시되어 있다.

각 포켓(52)은 베이스를 지지하는 베이스 지지면(54)과을 구비하고, 커팅 인서트(10)에 의해 제공된 각도 간격을 가지고 이격되어 있는 접촉면(38)과 접하도록 위치된 측방향 지지면을 둘 이상, 바람직하게는 세개 가지고 있다. 본 명세서에 도시된 실시예에서는 제 1 지지면(60)과, 제 2 지지면(58)과, 제 3 접촉면(56)을 포함하고 있다. 이들 측방향 지지면들의 조합은 상당한 토크를 구조적으로 견딜 수 있는 측방향 지지/구속 시스템을 제공한다.

상기 수용 포켓은 툴 홀더와 일체로 형성되거나, 소정의 적절한 방식으로 툴 홀더에 연결된 어뎁터부일 수 있다. 후자의 경우에, 단일 툴 홀더는 적절한 범위의 어뎁터를 통해 대응하는 범위의 선택형 인서트를 수용하도록 제조될 수 있다. 하기에 예시된 바와 같이, 각 포켓은 인서트의 전체 세트를 자체적으로 수용할 수 있다.

포켓(52)의 부가적인 특성이 도 5 및 도 6의 개략적인 단면도에 도시되어 있다. 포켓(52)은 두개의 수직 측벽(62, 64)를 구비하고, 상기 벽(62)에는 측방향 지지면(56, 58)이 일체로 형성되어 있으며, 상기 벽(64)에는 지지면(60)이 일체로 형성되어 있다. 지지면(56, 58, 60)은 인서트 수용 포켓(52)의 베이스(54) 전체에 걸쳐 연장되지 않는 것이 바람직하다. 그 최하부 경계에서, 상기 지지면들은 인서트로부터 이격되는 방향으로 경사져있는 리세스형 저면부에서 만나게 된다. 실시예로서, 도 5의 Ⅵ-Ⅵ 평면을 따른 부분 단면도인 도 6은 측벽(62)의 지지면(58)과, 동일한 벽의 조합된 리세스형 저면부(68)를 도시하고 있다.

측벽(62)의 가장 내부 지지면, 즉, 지지면(58)은 나머지 지지부(56, 60)이 효과적인 측방향 지지/구속 시스템을 완전히 형성할 수 있기 때문에 생략될 수 있다. 그러나, 대부분의 경우에, 세 지점 또는 보다 명확하게는 세 면 지지 형상을 사용하게 된다.

도 6에 예시되어 있는 바와 같이, 인서트 접촉면(38)의 경사와 일치되도록, 즉, 수용 포켓의 플랫폼의 베이스에 대한 법선과 이루는 각도가 인서트 접촉면(38)에 의해 형성되는 각도(η)와 실질적으로 동일해지도록 경사진 평면상에 상기 지지면들이 위치되게 된다. 도 6의 각도는 명확성을 위해 확대되어 있음을 인지하여야 한다. 인서트를 그 연관된 수용 포켓내에 최초로 조립할때 지지면의 상부 영역에서 접촉점이 초기화되도록, 사용되지 않은 새 수용 포켓은 접촉면 경사 각에 대하여 공차를 가진 상태로 제조된다. 최초의 클램핑 동안 이 표면에서 소성 변형이 발생될때, 접촉점은 상부면으로부터 확장되어 점진적으로 지지면의 전역을 둘러싸게 된다. 이방식으로, 접촉면의 "족적(foot-print)"에 대응하는 접촉면(38a)이 성립되며, 상기 접촉면의 형태는 리브형 플랭크면(30)의 상단부를 향해 병치된 측면(38)상에서 접촉면의 깊이에 대응하는 깊이 "b"를 가지며, 전이 표면부(32)내로 대략b/2 정도 연장되는 띠 형상이다.

툴 홀더(50)의 다양한 부가적인 특성과 관련하여, 도 4는 베이스(54)가 중앙 나사 보어(72)와 실질적으로 평면인 포켓(52)을 도시하고 있다. 나사 보어(72)는 인서트가 클램핑 스크류로 견고하게 클램핑되어 수용 포켓내에 배치되었을때 인서트의 관통 보어(26)로부터 매우 미세하게 오프셋되어 있다. 이는 인서트의 접촉면이 수용 포켓의 대응하는 지지면에 대하여 편심되어 있는 상태를 만들어 준다.

측벽(62)은 상술한 지지면(56, 58)과, 리세스형 저면부(66, 68)와, 릴리프 중공부(74)를 포함한다. 측벽(64)은 지지면(60)과, 리세스형 저면부(70)와, 릴리프 중공부(760를 포함한다. 일반적으로, 지지면(56, 58, 60)은 실질적으로 평탄하며, 접촉 평면을 형성하도록 취해질 수 있다. 그러나, 예로서, 오목면 등의 다른 형태의 접촉면도 사용될 수 있다. 모든 지지면들은 일반적으로 포켓의 중앙축으로부터 대략적으로 동일한 거리에 위치되어 있다.

상술한 접촉면(38)의 형상에 대응하여, 지지면(60)은 일반적으로 실질적으로 동일 평면상에 있는 표면(56, 58)에 수직이다. 마찬가지로, 본 명세서의 "수직"이라는 용어는 포켓의 축(포켓내에 장착되었을대 인서트의 축에 스스로 대응하게 되는)에 수직인 단면에서 보았을때 상기 면들이 서로 90°라는 것을 의미한다. 지지면(58, 60)은 서로 90°회전된 관계인 접촉면들(38)을 지지하도록 설계되며, 지지면(58)도 또한 표면(60)과 90°회전된 관계이다.

측방향 릴리프 중공부(74, 76)는 상기 인서트를 위치설정하기 위해 사용되지 않고 있는 인서트의 리지(36', 36")들을 수용하도록 구성되어야만 한다(도 5 참조)포켓(52)의 형상 특성이라는 용어로 표현된다. 특히, 중공부(76)의 개구는 지지면(58)을 향해 포켓의 축 둘레에서 45°회전시킴에 의한 측방향 지지면(60)의 기하학적 맵핑이 중공부(76)내에 놓이도록 형성된다. 유사하게, 중공부(74)의 개구는 지지면(56)을 향해 포켓의 축 둘레에서 45°회전시킴에 의한 측방향 지지면(58)의 기하학적 맵핑이 중공부(74)내에 놓이도록 형성된다. 여기서, "지지면"이란 용어는 인서트의 대응하는 측방향 접촉면(38)을 지지하도록 구성된 표면의 일부를 말한다.

도 1a를 참조하면, 여덟개의 선택 위치를 가진 커팅 인서트(10)가 도시되어 있으며, 상기 여덟개의 선택 위치는 상부면(12)의 환형부(22)상에 대응하는 로마 숫자로 표시되어 있고, 여덟개의 회전 대칭 리지를 사용하고 있다. 그러나, 본 발명에서는 현저히 많은 수의 선택 위치가 사용될 수도 있음을 인지하여야 한다.

도 7a 내지 도 7e를 참조하면, 본 발명의 개념에 따라 구성 및 작동되는 커팅 인서트의 두번째 형태가 도시되어 있으며, 참조부호 80으로 표기되어 있다. 일반적으로, 커팅 인서트(80)는 커팅 인서트(80)가 여덟개의 선택형 절삭 날(84)을 구비한 다각형 절삭 날(82)의 형상을 갖는다는 것을 제외하면 절삭 날(10)과 유사하다. 상기 절삭 날은 상술한 리브형 플랭크면(30)과 유사하게 8개의 리지를 가진 플랭크면(86)을 구비하도록 구성되어 있다.

도 7a로부터 명백한 바와 같이, 이 경우의 릴리프 플랭크면(88)은 절삭 날(82)에 부합되는 다각형 형상을 가지고 있으며, 전이 표면부의 테이퍼면(90)은 절두 피라미드형인 것이 바람직하다. 선택적으로, 포켓 지지면의 선택된 형상에 따라, 플랭크면의 리지는 절삭 날 형상에 대하여 회전될 수 있다. 예시된 실시예에서는 도 7d에 가장 명백하게 도시되어 있는 바와 같이 15°회전이 사용되었다.

본 발명의 부가적인 특성에 관련하여, 상술한 접촉 형상은 모듈화된 커팅 툴 조립체의 기초로서 유용하게 사용될 수 있다. 커팅 인서트(80)는 포켓(52)내의 커팅 인서트(10)와 상호교환하여 사용될 수 있으며, 그에 의해 상호교환형 커팅 인서트의 모듈화된 세트의 두 부재로서 기능할 수 있다. 부가적으로, 본 발명의 선택된 실시예에서는 상이한 기계가공 작업을 위한 상이한 수의 선택 위치와, 상이한 진입 각도를 가진 상호교환형 인서트를 구비한 커팅 툴 조립체가 제공된다. 이들 및 다른 특성들을 동일한 포켓(52)내에 사용될 수 있는 두개의 부가적인 인서트(100, 102)에 대한 설명을 통해 도 9 내지 도 13을 참조로 예시한다.

나머지 도면들을 직접적으로 언급하기 이전에, 청구범위 및 나머지 설명 부에서 사용될 용어를 정의하기로 한다. 현제까지는 주어진 선택 위치의 수에 대응하는 주어진 회전 대칭 배열을 가진 독립적인 커팅 인서트에 대하여 설명하였다. 설명의 편의를 위해 이를 "n차 대칭"으로 지칭해 왔다. 그러나, 이제는 상이한 수의 선택 위치에 대응하는 상이한 회전 대칭 배열을 구비한 상호교환형 커팅 인서트 사이를 구분할 필요가 있다.

후술될 상호교환형 커팅 인서트의 세트 또는 "패밀리"는 소정의 가장 작은 대칭부를 가진 인서트를 복수개 이용하여 복수의 선택 위치를 형성한 것을 의미한다. 따라서, 하나의 세트는 3, 6, 9 및 심지어 11차 대칭을 포함할 수 있고, 나머지 하나는 5 및 10차 대칭을 가질 수 있다. 참조의 편의를 위해, 하나의 세트로부터의 두개의 커팅 인서트는n차 및m×n차 대칭을 각각 갖는 것으로 하고, 여기서n은 3 이상의 정수이며,m은 2 이상의 정수이다.

실시예에서, 커팅 인서트(10, 80)는 양자 모두가 8차 회전 대칭을 갖는 반면에, 여기에 기술되는 커팅 인서트(100, 102)는 양자 모두가 4차 회전 대칭을 갖는다. 따라서, 예시된 두개의 대칭 배열은n이 4이고m이 2인 조건에 대응한다.

도 8a 내지 도 8f를 참조하면,n차(본 경우에는 4차) 회전 대칭을 가진 제 1 커팅 인서트가 도시되어 있으며, 참조부호 100으로 표시되어 있다. 본 실시예의 커팅 인서트(100)의 특징적인 형상은 인서트 수용 포켓내에n개의 선택 위치로 선택될 수 있으며, 상기 수용 포켓은n차 회전 대칭 및m×n차 회전 대칭, 본 경우에서는 4차 및 8차 회전 대칭 양자 모두를 가진 커팅 인서트를 선택적으로 수용할 수 있도록 구성되어 있다는 것이다.

일반적으로, 커팅 인서트(100)는 절삭 날(106)에 의해 경계지어지는 상부면(104)과, 베이스(108)와, 외주 플랭크면(110)을 가지는 단일화된 구조를 갖는다. 상기 외주 플랭크면은 중앙축(117)에 수직으로 커팅 인서트의 하부를 절취한 제 1 단면의 윤곽선이n차 회전 대칭 측방향 접촉면을 제공하도록 중앙축 둘레에서 각도 이격된n개의 코너부를 포함하는 리세스형 형상을 나타내며, 지지 돌출부(114)가 상기 코너부 사이에서 외주 플랭크면으로부터 외향 돌출되도록 형성되어 잇다. 지지 돌출부(114)는 상기 중앙축 둘레에서 360°/n미만의 각도 회전에 의한 코너부(112)의 윤곽선의 기하학적 맵핑하에 상기 지지 돌출부가 상기 윤곽선을 초과하여 연장되도록 형성되는 것이 바람직하다.

이 기하학적 관계는 도 8e 및 도 8f를 참조로 보다 용이하게 이해할 수 있을 것이다. 이 두 도면은 둘다 커팅 인서트(100)의 저면도이지만, 설명의 편의를 위해 상이한 가상선이 추가되어 있다. 부가적으로, 여기에 도시된 실시예에서 필요한 형상이 인서트의 하부에 나타나있고, 베이스(108)로 연속되어 있다. 결과적으로, 팔요한 형상의 특성을 도시하기 위해 저면도가 사용된 것이다. 일반적인 경우에, 이들 형상은 베이스로 연장될 필요가 없다. 그러나, 인서트의 하부의 소정 지점에서 취한 단면도에는 동일한 형상이 나타난다. 상기 용어 "하부"는 인서트의 하부 70%, 일반적으로는 하반부를 지칭하는 용어이다.

도 e는 코너부(112) 사이에서 결합되는 네개의 직선 가상선(118)이 부가되어 있는 베이스(108)를 도시하는 도면이다. 여기서, 상술한 측면 리지(36)과 동일한 코너부(112)는n측면의 정다각형, 본 경우에는 정사각형의 코너 영역에 실질적으로 대응한다. 이들 코너부는 상술한 인서트(10, 80)의 접촉면과 동일한 형상의 접촉면을 제공하지만, 4차 대칭형상을 갖는다. 여기서, 접촉면의 형상은 절삭 날의 형상에 대하여 도시된 반시계방향으로 예로서 15°회전되어 주어진 포켓 구조를 위한 절삭 날의 소정 진입 각도를 달성할 수 있다(본 경우에서는 도 9에 도시된 바와 같이90°). 도 10은 인서트가 정확하게 삽입되었을때 포켓(52)의 지지면와 접촉면의 정렬을 도시하고 있다.

도 8f는 커팅 인서트(10, 80)의 8개의 리지를 가진 더높은 대칭성의 구조에 대응하는 높은 대칭선(119)이 중첩되어 있는 베이스(108)를 도시하고 있다. 코너부(112)는 등가의 접촉면을 제공하도록 형성되어 있음을 나타내는 리지형상에실질적으로 대응한다. 한편, 지지 돌출부(114)는 리지 형상으로부터 현저히 상이한 형상을 갖도록 구성되며, 그에 의해 중간 위치에 인서트가 부정확하게 선택되는 것을 방지한다. 기본 구성에서, 돌출부(114)는 정사각형 베이스를 구성하도록 완전히 생략될 수 있다. 그때, 부정확한 선택은 정밀하게 정렬되지 않았기 때문에 발생되는 "느슨한"결합에 의해 신속하게 인지될 수 있다. 그러나, 커팅엣지에 가능한 근접한 부가적인 지지부를 제공하기 위해 지지 돌출부(114)가 구성되는 것이 바람직하다. 부가적으로, 선택된 실시예에서, 돌출부(114)는 포켓내에 인서트의 부정확한 선택을 기계적으로 방해하도록 구성되어 있다.

상술한 기계적 방해의 특성은 상기 돌출부(114)가 포켓(52)의 지지면내에 "합치"되지 않는다는 것이다. 보다 명확하게 말하면, 지지 돌출부(114)는 도시된 리지에 대응하는 코너부(112)의 윤곽선이 4차 대칭의 경우에 90°인 선택 위치의 단계보다 작은 각도로 회전된다면 지지 돌출부(114)의 일부가 윤곽선을 초과해서 연장되도록 형성되는 것이 바람직하다. 이 기하학적 특성은 인서트가 포켓내에 부정확하게 위치된 경우에 적절하게 안착되지 못하고, 그에의해 스스로 오삽입을 진단한다는 것이다. 여기서, 인서트의 형상은 "오류 진단(pool proof)"형으로 생각할 수 있다. 도 12는 포켓(52)내에 커팅 인서트(100)를 부정확하게 장착하는 시도의 결과를 도시하고 있다.

일반적으로, 비록 필수적이지는 않지만, 상부면(104)에 근접하게 중앙축에 수직으로 커팅 인서트(100)를 절취한 단면의 윤곽선에 의해 한정되는 절삭 날(106)의 형상은 비리세스형 형상을 갖는다. 본 실시예에서, 커팅 형상은 실질적으로 정사각형이다, 여기에 도시된 절삭 날의 형태는 자체적으로는 종래의 형태이며, 각 선택 위치에서 실질적으로 90°의 진입 각도(K)로 주 절삭 날이 노출되며, 2차 와이퍼(wiper) 엣지(106')가 노출되는 형식이다. 본 명세서 및 청구범위에 사용된 "진입 각도"라는 용어는 툴의 공급 방향(116)과 툴내에 장착되었을때의 인서트의 주 절삭 날 사이에 형성되는 각도(K)를 말한다.

도 9a 내지 도 9f를 참조하면, 상기 도면에는n차(본 경우에는 4차) 회전 대칭을 가진 제 2 커팅 인서트를 도시하고 있으며, 참조 부호 102로 지시되어 있다. 상기 인서트(102)는 개념적으로 및 구조적으로 인서트(100)와 유사하며, 동등한 형상으로 설계될 수 있다. 인서트(102)는 실질적으로 45°의 진입 각도를 제공한다는 것이 인서트(100)와 상이한 점이다. 따라서, 도 9e에 도시된 바와 같이, 코너부(112)의 지향성은 주 절삭 날의 형상에 대해 시계방향으로 30°회전되어 있다. 이는 도 11에 도시된 바와 같이 포켓(52)에 장착될때 실질적으로 45°의 진입각도를 제공한다. 도 13에는 포켓(52)내에 커팅 인서트(102)를 부정확하게 장착하려 할 경우가 도시되어 있다.

여기에서, 인서트(102)의 커팅 형상은 자체적으로는 45°정사각 인서트에 사용되는 종래의 형상이다.

여기에서, 커팅 인서트(100, 102)의 형상은 포켓(52)의 부가적인 기하학적 요구조건을 요구한다. 특히, 측방향 릴리프 중공부(74, 76)는 포켓(52)과 함께 사용되는 인서트 세트의 모든 부재의 지지 돌출부(114)를 수용하도록 형성되어야만 한다.

본 발명의 커팅 툴 조립체가 비리세스형 커팅 형상을 가진 커팅 인서트에만 제한되는 것이 아니라는 것은 명백하다. 예로서, 도 14에는 상술한 커팅 인서트(100)와 유사하지만 리세스형 절삭 날(122)을 구비한 커팅 인서트(120)를 예시하고 있다.

전술한 바와 같이, 본 발명의 커팅 인서트와 대응하는 포켓 및 모듈화된 커팅 인서트 조립체의 원리 는 예시된 4차 및 8차 대칭 세트에 제한되지 않는다는 것을 명심하여야 한다. 예로서, 도 15와 도 16에는 3차 및 6차 대칭과 5차 및 10차 대칭을 각각 구비한 인서트 세트에 대한 접촉 형상을 예시하고 있다. 각 경우에 있어서, 커팅 형상은 적절한 대칭성의 소정의 커팅 형상일 수 있다. 각 경우에서 낮은 대칭성의 인서트의 베이스 측면은 상술한 돌출부(114)와 동일하게 기능하는 측방향 지지 돌출부(도시되지 않음)를 구비한 "오류 진단"형상이거나 도시된 바와 같은 규칙적인 형상 중 하나일 수 있다.

또한, 인서트의 각 세트는 두개의 상이한 수준의 대칭성을 포함할 수 있다. 예로서, 상술한 포켓(52)은 최소한의 개조로 11차 대칭을 가진 인서트에도 사용될 수 있다.

본 발명을 특정 실시예를 참조로 예시하여 설명하였지만, 상술한 실시예와 변용들은 단지 일예에 불과한 것이며, 본 발명은 청구범위의 범위를 벗어나거나 그 근본 개념으로부터 벗어나지 않고도 다양한 다른 기계적 변용과 개조가 가능함을 인지하여야 한다.

Claims (29)

1. 포켓을 통과하며 커팅 인서트의 중앙축이 정렬되게 되는 축을 기준으로 형성된 하나 이상의 인서트 수용 포켓을 포함하고,

   n≥3이고m≥2인 각n과m의 값 중 하나 이상의 값에 대하여, 정확히n회전 위치로 선택될 수 있는 제 1 커팅 인서트와m×n회전 위치로 선택될 수 있는 제 2 커팅 인서트를 선택적으로 수용하는 툴 홀더에 있어서,

   상기 포켓은 상기 커팅 인서트를 지지하는 베이스와,

   상기 축으로부터 실질적으로 동일한 거리에서 상기 축 둘레에 각도 방향으로 이격되어 있는 제 1, 제 2 및 제 3 측방향 지지면과,

   상기 제 1 및 제 2 측방향 지지면 사이에 위치된 제 1 측방향 중공부와,

   상기 제 2 및 제 3 측방향 지지면 사이에 위치된 제 2 측방향 중공부를 구비하고,

   상기 제 1 및 제 2 측방향 중공부는 상기 축 둘레에서 360°/(m×n) 회전에 의한 상기 제 1 및 제 2 측방향 지지면의 기하학적 맵핑(mapping)이 각각 상기 제 1 및 제 2 중공부내에 있도록 형성되는 툴 홀더.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1, 제 2 및 제 3 측방향 지지면은 제 1, 제 2 및 제 3 평면을 각각 형성하고,

   상기 제 1 평면은 상기 제 2 평면과 상기 축에 대해 360°/n회전된 관계인툴 홀더.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 포켓의 상기 제 2 및 제 3 평면은 실질적으로 동일평면상에 있는 툴 홀더.
4. 제 1 항에 있어서,n은 4이고m은 2인 툴 홀더.
5. n≥3인n값에 대해n차 회전 대칭을 가지고,m≥2인 소정의m값에 대하여m×n차 회전 대칭부와n차 회전 대칭부 양자 모두를 가지는 커팅 인서트를 선택적으로 수용할 수 있도록 구성된 인서트 수용 포켓내에 엄밀히n선택 위치로 선택될 수 있으며, 절삭 날에 의해 경계지어지는 상부면과, 베이스와, 외주 플랭크면 및 중앙축을 구비한 단일화된 구조를 포함하는 커팅 인서트에 있어서,

   상기 외주 플랭크면은 상기 중앙축에 수직으로 상기 커팅 인서트의 하부를 통해 절취한 제 1 단면의 윤곽선이 리세스형 형상을 나타내도록 형성되어 있고,

   상기 리세스형 형상은 상기 중앙축 둘레에 각도 간격을 가지고 배치되어 있으며면서n차 회전 대칭 측방향 접촉면 형상에 대응하는n코너부와, 상기 코너부 사이에서 상기 외주 플랭크면으로부터 외향 돌출하는 지지 돌출부를 포함하며,

   상기 지지 돌출부는 상기 중앙 축 둘레에서 360°/n미만의 각도에 걸친 회전에 의한 상기 코너부의 윤곽선의 소정 기하학적 맵핑하에 상기 지지 돌출부가 상기 윤곽선을 초과하여 연장되도록 형성되어 있는 커팅 인서트.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 외주 플랭크면은 상기 상부면에 인접하게 상기 중앙축에 수직으로 상기 커팅 인서트를 절취한 제 2 단면의 윤곽선이 비리세스형 형상을 나타내도록 부가적으로 형성되어 있는 커팅 인서트.
7. 제 5 항에 있어서, 상기 코너부는n측면의 정다각형의 코너 영역에 실질적으로 대응하는 커팅 인서트.
8. 제 5 항에 있어서, 상기 외주 플랭크면은 상기 상부면에 인접하게 상기 중앙 축에 수직으로 상기 커팅 인서트를 통해 취한 제 2 단면의 윤곽선이 리세스형 형상을 나타내도록 부가적으로 성형되어 있는 커팅 인서트.
9. 제 5 항에 있어서,n은 4이고,m은 2인 커팅 인서트.
10. 제 5 항에 기재된 커팅 인서트와, 상기 커팅 인서트를 수용하는 하나 이상의 인서트 수용 포켓을 구비한 툴 홀더를 포함하고,

    상기 포켓은 상기 커팅 인서트를 지지하는 베이스와,

    상기 커팅 인서트의 측방향 접촉 형상 중 대응하는 세 개와 접하도록 구성된 제 1, 제 2 및 제 3 측방향 지지면과,

    상기 제 1 및 제 2 측방향 지지면 사이에 위치되어 제 1 지지 돌출부를 수용하는 제 1 측방향 중공부와,

    상기 제 2 및 제 3 측방향 지지면 사이에 위치되어 제 2 지지 돌출부를 수용하는 제 2 측방향 중공부를 포함하는 모듈화된 커팅 툴 조립체.
11. 베이스와 복수개의 측방향 지지면을 가지는 하나 이상의 인서트 수용 포켓을 구비한 툴 홀더와,

    상부면과, 저면 및 외주 플랭크면을 가지고, 상기 포켓내에 수용될 수 있는 제 1 커팅 인서트와,

    상부면과, 저면 및 외주 플랭크면을 가지고, 상기 포켓내에 수용될 수 있는 제 2 커팅 인서트를 포함하고,

    상기 제 1 커팅 인서트의 외주 플랭크면은 상기 제 1 커팅 인서트가n≥3이고m≥2인 하나 이상의 각n및m값에 대해m×n각도 위치 중 소정 위치로 상기 측방향 지지면에 대하여 구속될 수 있도록 상기 제 1 커팅 인서트의 중앙 축 둘레에서m×n차 회전 대칭을 가진 접촉 형상을 제공하고, 상기 중앙축에 수직으로 상기 제 1 커팅 인서트의 하부를 절취한 하부 단면이 리세스형 형상을 나타내도록 구성되어 있으며,

    상기 제 2 커팅 인서트의 외주 플랭크면은 상기 제 2 커팅 인서트가 단지 n 각도 위치에서만 상기 측방향 지지면에 대하여 구속될 수 있도록 상기 제 2 커팅 인서트의 중앙축 둘레에 단지n차 회전 대칭을 가지는 대칭성이 감소된 접촉 형상을 제공하도록 구성되어 있는 모듈화된 커팅 툴 조립체.
12. 제 11 항에 있어서, 상기 제 1 커팅 인서트의 상기 외주 플랭크면은 상기 상부면에 근접하게 상기 중앙축에 수직으로 상기 제 1 커팅 인서트를 절취한 상부 단면이 비리세스형 형상을 나타내도록 구성되어 있는 모듈화된 커팅 툴 조립체.
13. 제 12 항에 있어서, 상기 상부 단면은m×n측면을 가진 실질적으로 정다각형에 대응하는 모듈화된 커팅 툴 조립체.
14. 제 12 항에 있어서, 상기 상부 단면은 실질적으로 원형인 모듈화된 커팅 툴 조립체.
15. 제 11 항에 있어서, 상기 제 1 커팅 인서트의 상기 외주 플랭크면은 상기 상부면에 근접하게 상기 중앙축에 수직으로 상기 제 1 커팅 인서트를 절취한 상부 단면이 리세스형 형상을 나타내도록 구성되어 있는 모듈화된 커팅 툴 조립체.
16. 제 11 항에 있어서, 상기 제 2 커팅 인서트의 상기 외주 플랭크면은 상기 저면에 근접한 지점에서 상기 중앙축에 수직으로 상기 제 2 커팅 인서트의 하부를 절취한 하부 단면이 리세스형 형상을 나타내도록 형성되어 있는 모듈화된 커팅 툴 조립체.
17. 제 16 항에 있어서, 상기 제 2 커팅 인서트의 하부 단면은n차 회전 대칭 측방향 접촉면에 대응하고 상기 중앙축 둘레에 각도 간격을 가지고 배치된n코너부와,

    상기 코너부 사이에서 상기 외주 플랭크면으로부터 외향 돌출되는 지지 돌출부를 포함하고,

    상기 지지 돌출부는 상기 중앙축 둘레에서 360°/n미만의 각도의 회전에 의한 상기 코너부의 윤곽선의 소정의 기하학적 맵핑하에 상기 지지 돌출부는 상기 윤곽선을 초과하여 연장되도록 형성되어 있는 모듈화된 커팅 툴 조립체.
18. 제 17 항에 있어서, 상기 코너부는 실질적으로n측면의 정다각형의 코너 영역에 대응하는 모듈화된 커팅 툴 조립체.
19. 제 16 항에 있어서, 상기 제 2 커팅 인서트의 상기 외주 플랭크면은 상기 상부면에 근접하게 상기 중앙축에 수직으로 상기 제 2 커팅 인서트를 절취한 상부 단면이 비리세스형 형상을 나타내도록 형성되는 모듈화된 커팅 툴 조립체.
20. 제 11 항에 있어서, 상기 포켓의 상기 복수개의 측방향 지지면은 제 1, 제 2 및 제 3 측방향 지지면을 포함하고, 상기 포켓의 중앙축으로부터 실질적으로 동일한 거리에서 상기 중앙축 둘레에 각도 간격을 가지고 위치되어 있고,

    상기 포켓은 상기 제 1 및 제 2 측방향 지지면 사이에 위치된 제 1 측방향중공부와, 상기 제 2 및 제 3 측방향 지지면 사이에 위치된 제 2 측방향 중공부를 추가로 포함하며,

    상기 제 1 및 제 2 측방향 중공부는 상기 축 둘레에서 360°/(m×n)의 회전에 의한 상기 제 1 및 제 2 측방향 지지면의 기하학적 맵핑이 각각 상기 제 1 및 제 2 측방향 중공부내에 존재하도록 형성되는 모듈화된 커팅 툴 조립체.
21. 제 20 항에 있어서, 상기 제 1, 제 2 및 제 3 측방향 지지면은 각각 제 1, 제 2 및 제 3 평면을 형성하고,

    상기 제 1 평면은 상기 제 2 평면에 대해 상기 축 둘레에서 360°/n회전된 관계인 모듈화된 커팅 툴 조립체.
22. 제 21 항에 있어서, 상기 제 2 및 제 3 평면은 실질적으로 동일 평면인 모듈화된 커팅 툴 조립체.
23. 제 11 항에 있어서,n은 4이고,m은 2인 모듈화된 커팅 툴 조립체.
24. 베이스와, 복수개의 측방향 지지면을 구비한 하나 이상의 인서트 수용 포켓을 가지며, 상기 측방향 지지면에 대해 한정된 공급 방향을 가지는 툴 홀더와,

    절삭 날에 의해 경계지워지는 상부면과, 저면과, 외주 플랭크면을 가지고 상기 포켓내에 수용될 수 있으며, 상기 포켓내에 장착되었을때 상기 공급 방향에 대한 제 1 진입 각도로 상기 절삭 날의 제 1 작동부를 제공하도록 구성되어 있는 제 1 커팅 인서트와,

    절삭 날에 의해 경계지워지는 상부면과, 저면과, 외주 플랭크면을 가지고 상기 포켓내에 수용될 수 있으며, 상기 포켓내에 장착되었을때 상기 제 1 진입 각도와는 상이한 공급 방향에 대한 제 2 진입 각도로 상기 절삭 날의 제 2 작동부를 제공하도록 구성되어 있는 제 2 커팅 인서트를 포함하고,

    상기 제 1 커팅 인서트의 외주 플랭크면은 상기 제 1 커팅 인서트가n≥3인 하나 이상의n값에 대하여n각도 위치로 상기 측방향 지지면에 대해 구속될 수 있도록 상기 제 1 커팅 인서트의 중앙축 둘레에서n차 회전 대칭을 가지는 접촉 형상을 제공하도록 형성되어 있으며,

    상기 제 2 커팅 인서트의 외주 플랭크면은 상기 제 2 커팅 인서트가n각도 위치로 상기 측방향 지지면에 대해 구속될 수 있도록 상기 제 2 커팅 인서트의 중앙축 둘레에서n차 회전 대칭을 가지는 접촉 형상을 제공하도록 형성되어 있는 모듈화된 커팅 툴 조립체.
25. 제 24 항에 있어서, 상기 제 1 진입 각도는 대략 180°/n만큼 상기 제 2 진입 각도와 상이한 모듈화된 커팅 툴 조립체.
26. 제 24 항에 있어서,n은 4인 모듈화된 커팅 툴 조립체.
27. 절단 날에 의해 경계지어지는 상부면과, 베이스와, 외주 플랭크면 및 중앙축을 구비한 단일 구조를 포함하는 커팅 인서트에 있어서,

    상기 절단 날은 복수개의 절단점을 제공하도록 형성되어 있고,

    상기 절단점 중 하나 이상은 노우즈 각도(Φ; nose angle)를 가지고,

    상기 외주 플랭크면은 복수개의 측방향 접촉면을 제공하도록 형성되고,

    상기 하나 이상의 커팅점에 가장 근접한 상기 측방향 접촉면 중 두개는 상기 중앙축에 수직인 평면에서 측정할때 그 사이에 각도(θ)를 형성하며, 상기 θ와 상기 Φ는 서로 다른 커팅 인서트.
28. 제 27 항에 있어서, 상기 각도(Φ)는 실질적으로 80°이고,

    상기 각도(θ)는 실질적으로 90°인 커팅 인서트.
29. 절삭 날에 의해 경계지어지는 상부면과, 베이스와, 외주 플랭크면 및 중앙축을 구비한 단일구조를 포함하는 커팅 인서트에 있어서,

    상기 절삭 날은n≥2일때, 상기 중앙축 둘레에서n차 회전 대칭을 형성하도록 배열된n개의 실질적인 직선부를 포함하고,

    상기 외주 플랭크면은 복수개의 측방향 접촉면을 제공하도록 형성되고,

    상기 측방향 접촉면은 상기 측방향 접촉면과 상기 중앙축에 수직인 평면 사이의 교차선이 상기 평면상의 상기 실질적인 직선부의 투영에 대해 각도(θ)를 형성하며,

    상기 각도(θ)는 0<θ<360°/n인 커팅 인서트.