KR100480521B1 - 공작물재료제거공구및언더컷홈형성방법 - Google Patents

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Abstract

로터 홈(rotor grooves)의 형성에 있어서, 디스크 밀링 커터에 의한 상기 홈의 통상적인 언더컷이 없는 개구형성(undercut-free opening) 작업과 HSS 프로파일 축 밀링 커터(엔드밀 커터)에 의한 프로파일 밀링 작업 사이에, 예비 미세 절삭 작업이 삽입되며, 상기 예비 작업에서 색인가능한(indexable) 절삭 비트를 구비한 프로파일 축 밀링 커터를 사용하여 프로파일 형태가 예비가공된다. 이 목적에 사용된 프로파일 축 밀링 커터는 돌기 플랭크(flanks; 측면부)들보다는 돌기 팁(tips; 선단부)들에 보다 많은 수의 절삭면을 가진다는 사실에 의해서 구별된다. 더욱이, 색인가능한 절삭 비트의 절삭 에지들의 원주방향 중첩에 의해 형성되는 절삭면은 만들어지지 않기 때문에, 실질적으로 편평하며 강성이 낮은 칩이 발생된다.

Description

공작물 재료 제거 공구 및 언더컷 홈 형성 방법
본 발명은 언더컷 홈을 형성하기 위한 장치 및 방법, 특히 블레이드를 터빈 로터 등에 고정하기 위해 크리스마스 트리 형상의 직선 및 경사진 홈을 형성하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 터빈 로터는 반경방향 외향으로 돌출하는 다수의 디스크형 부분(블레이드 캐리어 부분)이 제공되어 있는 원통형 베이스를 구비한다. 원통형 터빈 로터의 잔여부와 동축적으로 배치되는 이들 부분에는 축방향에 대해서 축방향으로 또는 경사지게 연장되는 다수의 프로파일 홈이 원주방향을 따라 제공된다. 상기 홈들은 적절한 형상의 블레이드 루트(root)를 고정하는 역할을 하고, 국부적인 과부하를 피하고 개별적인 터빈 블레이드의 정밀한 장착을 보장하기 위해, 상기 홈들은 정밀한 형상, 즉, 예를 들어 0.01㎜의 작은 허용오차로 형성되어야 한다.
통상적으로 홈은 독일 5602 란겐베르그/라인란트 소재의 쾰만 마쉬넨바우 게엠베하의 제9호에서 발췌한 "Methoden und Maschinen zur Fraesbearbeitung von Generator- und Turbinenrotoren(발전기 및 터빈 로터를 밀링하기 위한 방법 및 장치)"에 기재된 종류의 밀링 공정으로 형성된다. 적절한 블랭크(blank)는 개별적인 홈을 밀링하기 위해 블랭크의 위치를 결정하는 역할을 하는 척킹 및 분할 부착장치(chucking and dividing attachment)상에 지지된다. 홈을 형성하는 공정은 다수의 가공 단계를 포함한다. 상기 가공 단계들 중 제 1 가공 단계에서, 거친 밀링 작업으로 디스크 밀링 커터에 의해 홈이 형성된다. 이는 나중의, 즉 소망의 홈 형태와 유사하게 단지 거칠게 가공된 언더컷이 없는 외형을 형성한다. 디스크 밀링 커터는 이러한 목적으로 사용되며 개방되어야할 홈의 길이방향으로 이송 운동하는 공작물을 통해 안내된다. 직선 또는 경사진 홈을 최종적으로 가공하는 제 2 가공 단계에서, HSS 축 밀링 커터 또는 HSS 형삭 밀링 커터(엔드밀 커터)(HSS shaft or shaped milling cutter; HSS: High performance high Speed Steel)는, 0.01㎜ 보다 작은 치수 오차를 갖는 소망의 크리스마스 트리 형상의 홈을 형성하기 위해, 홈을 통해 길이방향으로 최대의 정밀도로 안내된다. 이러한 밀링 가공 단계에서, 거친 가공된(예비 가공) 홈의 측면들에는 길이방향으로 연장되는 언더컷들이 형성되어 전형적인 크리스마스 트리 형상의 단면이 만들어진다.
HSS 형삭 밀링 커터의 이송은 길이방향으로 이루어지고, 특히 형성해야할 언더컷 영역에서 비교적 다량의 재료가 제거된다. 얻을 수 있는 이송 속도는 본질적으로 제한되며, 40 내지 80㎜/min의 속도가 얻어진다. 반대로, 각각의 개별 홈에 필요한 임의의 최소 가공 시간은 초과될 수밖에 없다. 터빈 로터의 주변에 다수의 홈을 형성하려면, 터빈 로터의 전체 가공 시간은 상당히 길어지고 이는 비용을 증가시킨다.
HSS 축 밀링 커터와 관련하여 다른 종류의 문제점들이 발생된다. 상기 커터의 그라인딩 표면은 형상 밀링에서 홈의 도달가능한 정밀도를 결정한다. 이는 마모가 일어나 현저한 치수 편차를 나타내기 전에 HSS 축 밀링 커터가 재차 그라인딩되어야 한다는 것을 의미한다. 그러므로 충분히 예리하며 적어도 근사적으로 형상을 유지하는 공구를 밀링 공정에서 항상 이용할 수 있도록 하기 위해서는 상대적으로 많은 공구 재고량이 필요하며, 반면에, 마모된 HSS 축 밀링 커터는 적절하게 배열된 그라인딩 설비에서 재차 그라인딩된다. 더욱이 칩의 면들에서 행해지는 재차 그라인딩에 있어서는, 원주 방향에 대한 플랭크들의 예각 배치로 인해 상기 밀링 커터의 치수 편차가 발생한다.
상술한 문제점들을 기초로 한, 본 발명의 목적은 가공 시간의 단축을 가능하게 하는, 언더컷 홈을 형성하기 위한 공작물 재료 제거 공구 및 언더컷 홈 형성 방법을 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 개개의 공작물 재료 제거 공구의 수명이 보다 길어지도록 하는 공작물 재료 제거 공구 및 공작물 재료 제거 방법을 제공하는 것이다.
특히, 상술한 목적은 각각 청구범위 제 1 항 및 제 2 항에서 한정된 바와 같은 공작물 재료 제거 공구에 의해서 성취되고 언더컷 홈을 형성하기 위한 방법은 제 21 항의 특징부에 의해 성취된다.
간략하게 설명하면, 제 1 항에 따라서, 공작물 재료 제거 공구에는 절삭 에지들이 제공되며, 그 절삭 에지들이 위치되는 방향에 따라 에지의 개수가 상이하게 한정된다. 예를 들어 공작물 재료 제거 공구는 길이방향 중심축선과 일치하는 회전축선에 평행하게 배향되는 절삭 에지들을 그 원주둘레에 구비한다. 크리스마스 트리 형상의 홈을 가공하기 위한 프로파일 축 밀링 커터에 있어서, 상기 절삭 에지들은 각각 돌기 팁들에서는 상대적으로 짧은 에지들이다. 이들 절삭 에지는 공구 본체의 회전축선(길이방향 중심축선)에 대해 반경방향으로 배향된 이송방향에 대해 직각으로 배향된다. 상기 돌기 팁들에 인접하는 절삭 에지들은 상기 회전축선 및 이송 방향에 대해 예각을 형성한다. 상기 절삭 에지들은 각각의 돌기 팁에 존재하며 길이방향 중심축선 또는 회전축선에 평행한 방향으로(이송 방향에 대해 직각으로) 배향되어, 경사지게 배향된 절삭 에지들에 의해 형성된 절삭 에지들의 수보다 많은 수의 절삭면을 한정한다. 상기 회전축선을 참조하면, 상기한 바는 상기 회전축선과 이루는 각도가 작은(0˚ 일 수도 있는 예각) 절삭 에지들의 수가 상기 회전축선과 이루는 각도가 비교적 큰 절삭 에지들의 수보다 많다는 것을 의미한다. 이송 방향에 대해서, 청구범위 제 2 항에 따르면, 상기 이송 방향에 대해 직각으로 또는 상대적으로 큰 예각으로 배치되는 모든 절삭 에지는 상기 이송 방향에 대해 수치적으로 작은 예각을 형성하는 각각의 절삭 에지보다 많은 수의 절삭 에지를 한정한다.
이렇게 해서 얻어진 결과로 인해, 상기 칩의 깊이는 모든 절삭 에지에서 대략적으로 동일한 크기로 된다. 따라서, 상기 이송 방향에 대해 직각으로 또는 직각에서 약간 벗어난 다른 각도로 배향된 절삭 에지들의 통상적인 수에 비해 그 수가 증가되기 때문에, 상기 이송 속도를 증가시킬 수 있게 된다. 최종적으로 보면, 단일의 홈에 필요한 가공 시간이 단축되며, 그 결과 터빈 로터에 홈의 수가 많을수록 종래의 가공 방법에 비해 현저한 전체 시간 절감이 얻어진다. 예를 들면, 경사지게 위치된 절삭 에지들이 회전축선으로부터 약 45˚ 각도로 되고, 돌기의 뾰족한 영역에 있는 절삭 에지의 수가 z=2이고, 나머지 영역에 있는 절삭 에지의 수가 z=1이면, 단일의 절삭 에지(z=1)를 가지는 공구와 비교할 경우에, 이송 속도를 2배로 할 수 있기 때문에, 시간이 50% 절감된다. 또한, 제 2 항은 이송 방향이 회전축선에 대해 평행한 공구를 한정한다.
바람직한 실시예들은 종속항에 기술되어 있다.
특히 바람직한 실시예는 공구 본체에 절삭 삽입체(insert)들이 제공되는 경우에 얻어진다. 이들은 바람직하게는 공구 본체에 분리가능하게 결합되는 색인가능한(indexable) 절삭 비트이다. 색인가능한 절삭 비트는 HSS 형삭 밀링 커터에 비해 높은 재료 제거 성능을 가능하게 하기 때문에 매우 고속의 이송을 가능하게 만든다. 비트 또는 플레이트가 마모되면, 이들을 교체하거나 뒤집어서 사용할 수 있으므로, 적용가능한 공작물 재료 제거 공구의 치수 정밀도가 간단한 방식으로 보장될 수 있다. 다양한 절삭 비트 또는 플레이트의 절삭의 상호작용을 해결하는데 특히 바람직하다. 이것은 각각의 색인가능한 절삭 비트 또는 플레이트상에서는 상기 돌기 팁에 위치되는 단지 하나의 주 절삭 에지 및 그에 인접하는 절삭 에지만이 작동한다는 것을 의미한다. 연속으로 위치된 색인가능한 절삭 비트들의 원주방향으로의 절삭 에지들의 중첩으로 인해, 돌기 팁 영역내의 두 개의 절삭면과 측면 영역내의 하나의 완전한 절삭면이 형성된다. 재료 제거시 상기 배치구조로 인해 발생된 칩들은 주로 바람직하게는 직선형 주 절삭 에지 및 주 절삭 에지에 인접하는 짧은 절삭 에치로부터 잘려 나가기 때문에, 상기 칩들은 실질적으로 편평하며 가요성을 갖는다. 이것은 칩 안내에 기여한다.
상술한 디자인의 공작물 재료 제거 공구에서, 상기 공구 본체상의 플레이트 시트는 바람직하게는 나선형 라인으로 배치된다. 그에 따라 재료 제거 작업시에 상기 색인가능한 절삭 비트는 공작물과 동시에 맞물리기보다는 연속으로 맞물리게 되므로, 원활한 가공, 즉 유연한 절삭 공정이 가능해진다.
개개의 색인가능한 절삭 비트들의 칩 공간들은 서로 분리되어 있다. 결국, 잘려나간 칩들은 개별적으로 안내되고 서로 충돌하거나 간섭할 수 없게 된다.
보강 리브들은 상기 칩 공간들 사이에서 공구 본체상에 형성되어 상기 칩 공간들을 분리시키고 상기 공구 본체를 보강하도록 기능할 수 있다. 이로 인해, 증가된 가공 정밀도를 얻을 수 있게 된다.
언더컷 홈을 형성하기 위한 방법에 있어서, 종래의 기술에 공지된 가공 단계들 외에, 즉 홈을 형성하는 단계 및 홈을 미세 절삭하는 단계 외에, 거친 절삭 단계(홈을 형성하는 단계)와 미세 절삭 단계 사이에 추가의 가공 단계가 수행된다. 이러한 추가의 단계는 홈의 예비 미세 절삭 단계이며, 이 단계에서 소망의 홈이 일정한 언더사이즈(undersize) 또는 오버사이즈(oversize)로 형성된다. 상기 미세 절삭 가공 작업에서는, 재료가 균일한 깊이로 제거되므로, 공구의 마모가 감소되고 상기 미세 절삭 가공 공구의 절삭면들의 전체 길이에 걸쳐서 재료가 균일한 범위로 제거된다. 따라서, 상기 미세 절삭 가공 공구의 절삭면의 수명이 증가된다.
더욱이, 상기 미세 절삭 작업에서는 단지 소량의 재료만 제거하면 되기 때문에, 이송 속도가 증가될 수 있고, 그에 따라 가공 시간이 현저하게 감소될 수 있다.
상기 예비 미세 절삭 단계는 색인가능한 절삭 비트가 장착된 프로파일 축 밀링 커터를 사용하여 행해지는 것이 바람직하다. 이로 인해, 색인가능한 절삭 비트를 사용하여 얻을 수 있는 뛰어난 재료 제거 성능 때문에, 빠른 이송 속도가 가능해진다.
도 1은 언더컷 홈(2)(도 10)들의 예비 미세 절삭에 사용되는 종류의 프로파일 축 밀링 커터(1)의 형태인 공작물 재료 제거 공구를 도시한다. 상기 홈(2)들은 특히, 증기 터빈용 터빈 로터(3)의 터빈 블레이드를 위한 고정 홈으로서 형성되어 있다. 상기 홈(2)들은 터빈 로터(3)의 잔여부를 지나서 반경방향으로 돌출하는 터빈 로터(3)의 원통부(4)상에 제공되므로, 각각의 홈(2)은 양 단부에서 개방되어 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 상기 프로파일 축 밀링 커터(1)는 공구 또는 스핀들 수용부 내에 유지하기 위한 테이퍼부를 가진 원추부가 일단부에, 즉 도 1의 상단부에 제공되는 원통형의 기본 형상으로부터 출발하는 공구 본체(5)를 구비한다. 상기 테이퍼부(7)는 바람직하게는 중공-생크(hollow-shank) 테이퍼부 또는 급속-해제식(quick-release) 급경사 테이퍼부로서 구현된다. 상기 테이퍼부(7)는 원주방향으로 홈이 제공된 실질적으로 원통형인 조작부(8)에 연결되며, 상기 조작부로부터 형상을 갖는 색인가능한 삽입체 지지부(9)가 연장된다. 상기 색인가능한 삽입체 지지부(9)는 상기 공구 본체(5)의 다른 부분들(7, 8)과 마찬가지로, 길이방향 중심축선(11)과 동축이 되며, 상기 중심축선은 상기 프로파일 축 밀링 커터(1)의 사용시에는 그 회전축선과 일치한다.
상기 색인가능한 삽입체 지지부(9)는 언더사이즈인 경우를 제외하면 실질적으로 형성해야할 홈의 단면과 길이방향 단면이 일치하는 외형을 구비한다. 도 2에서 알 수 있듯이, 크리스마스 트리 형상을 갖는 본 예에서 형성해야할 홈(2)의 경우에, 상기 홈은 홈 내측으로 돌출하며 홈의 길이방향으로 연장되는 홈 측면(4)상에 리브(12; 12a 내지 12d) 및 상기 리브들 사이에서 길이방향으로 연장되는 함입부(13; 13a 내지 13d)를 구비하며, 상기 색인가능한 삽입체 지지부(9)는 절두원추형 기본 형상에서 출발하여, 전체 4개의 축방향으로 이격되고 원주방향으로 연장되는 반경방향 돌출부 또는 원주방향으로 연장되는 환형 비드(14; 14a 내지 14d)를 구비한다. 각각의 환형 비드(14)는 상기 함입부(13)들 중 하나를 가공하는데 사용되는 부분을 형성한다. 결국, 상기 색인가능한 삽입체 지지부(9)에는 색인가능한 삽입체가 2열(16, 17)로 제공되고, 각각의 삽입체 열은 적당한 피치의 나선상에 배열된다.
상기 색인가능한 삽입체 열(16)은 모두 4개의 플레이트 시트(18; 18a 내지 18d)를 포함한다. 상기 색인가능한 삽입체 열(16)에는, 각각의 환형 비드(14)에서 상기 환형 비드(14; 14a 내지 14d)를 중단하는 플레이트 시트(18; 18a 내지 18d)가 정밀하게 배치된다. 각각의 플레이트 시트(18)에는 반경방향 및 축방향으로 배향된 지지면이 제공되고, 상기 지지면은 서로에 대해 그리고 상기 지지면에 대해 각도를 이루는 2개의 접촉면(19a 내지 19d 및 20a 내지 20d)에 인접한다. 더욱이, 도 1로부터 알 수 있듯이, 상기 프로파일 축 밀링 커터(1)의 회전방향으로 전방에 위치되어 상기 비드(14)를 중단하는 리세스(22; 22a 내지 22d)는 각각의 플레이트 시트(18)와 관련되며 칩 공간으로서 작용한다. 상기 리세스들(22a 내지 22d)은 리브 또는 랜드(23; 23a 내지 23c)에 의해 서로 분리되고, 이러한 리브는 칩이 하나의 칩 공간으로부터 다음 칩 공간까지 이동하는 것을 방지하고 또한 색인가능한 삽입체 지지부(9)에서 프로파일 축 밀링 커터(1)를 보강한다.
상기 색인가능한 삽입체 열(17)은 길이방향 중심축선(11)에 대해서 상기 색인가능한 삽입체 열(16)과 선형 대칭을 이루고, 그에 따라 상기 색인가능한 삽입체 열(16)에 대한 설명은 상기 색인가능한 삽입체 열(17)에도 마찬가지로 적용된다. 상기 색인가능한 삽입체 열(17)의 임의의 플레이트 시트(25)가 쌍을 이루어 각각의 플레이트 시트(18; 18a 내지 18d)에 대응하여 배치된다. 도 3 내지 도 6으로부터 알 수 있듯이, 서로 합치하는 색인가능한 절삭 비트(27; 27a 내지 27d, 및 27'; 27'a 내지 27'd)는 플레이트 시트(18) 및 플레이트 시트(25)상에 유지되고, 그 정확한 디자인에 대해서는 후술한다. 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 색인가능한 절삭 비트(27)는 평행사변형의 측면들을 따라서 배치된 전체 4개의 주 절삭 에지(28-1, 28-2, 29-1, 29-2)를 구비한다. 또한, 상기 색인가능한 절삭 비트(27)는 고정 개구(31)의 중심축선을 한정하는 직선(32)과 선형적으로 대칭이다. 각각의 경우에, 양 주 절삭 에지에는, 즉 28-1, 28-2 및 29-1, 29-2에는 각각 참조번호 28, 29를 적용한다.
주 절삭 에지들(28, 29) 사이에 있는 코너 영역에서, 상기 주 절삭 에지(28, 29)는 둥근 코너를 통해서 짧고 직선인 코너 절삭 에지(34; 34-1, 34-2)로 이어진다. 도 4의 평면도에서 볼 수 있는 연속적인 칩 면은 도 5 및 도 6에 도시한 바와 같이 플랭크(36, 37, 38)와 인접해 있고, 상기 플랭크는 칩 면에 예각으로 위치되며, 상기 프로파일 축 밀링 커터(1)상에 형성된 여유각(clearance angle)이 모두 양으로 되도록 배향된다.
각각 2개의 원주방향으로 중첩하는 플레이트 시트(18, 25)의 실시예, 특히 서로에 대한 반경방향 및 축방향 방위는 도 7에서 확인될 수 있다[이것은 각 쌍의 플레이트 시트(18a, 25a; 18b, 25b; 18c, 25c; 18d, 25d)에 동일하게 적용된다]. 상기 플레이트 시트들(18, 25)이 직경방향으로 서로 대면하여 쌍을 이루는 상태에서, 상기 접촉면들(19, 20)(도 2)은 상기 색인가능한 절삭 비트(27, 27')가 축방향으로 1/10 밀리미터 범위의 양으로 서로로부터 오프셋되도록 축방향으로 배치된다. 도 7에서, 상기 색인가능한 절삭 비트(27, 27')는 원주방향으로 서로에 대해 투영된 상태로 도시되어 있다. 축방향 오프셋은 양 색인가능한 절삭 비트(27, 27')가 하나의 주 절삭 에지(28', 29) 및 그 코너 절삭 에지(34', 34)에서만 각각 작동하도록 한정된다. 그러므로, 색인가능한 절삭 비트(27, 27')의 중첩은 양 색인가능한 절삭 비트(27, 27')가 함께 함입부(13)의 플랭크 영역에 대한 하나의 절삭 에지와 돌기 팁 영역(41)내의 하나의 이중 절삭면을 한정하도록 한정된다. 그러므로, 길이 방향 중심축선(11)(도 1)에 대해 비스듬하게 위치된 주 절삭 에지(28', 29)의 영역에서의 절삭 에지의 수 z는 1(하나)이며, 길이방향 중심축선(11)에 대해 평행하게 위치된 코너 절삭 에지(34', 34)의 영역에서의 절삭 에지의 수 z는 2(둘)이다. 그러므로, 돌기 팁 영역(41)에서의 절삭 에지의 수는 길이방향 중심축선으로부터 45˚ 로 놓인 플랭크 영역보다는 두배 높다. 프로파일 축 밀링 커터(1)에서 그 이송 방향이 도 7의 평면에 수직한 경우에는, 이것은 이송 방향에 엇갈리게 위치된 절삭 에지(34', 34)에 의해 한정된 절삭면 수가 보다 크거나 또는, 다시말하면 이송 방향에 대해 예각으로 위치된 주 절삭 에지(28', 29)의 절삭 에지 수의 두배인 것을 의미 한다.
그러므로 도 7A에서 개략적으로 이상적인 형태로 도시된 칩 형상이 얻어진다. 상기 칩(42)은 도 7A에서 화살표 43으로 도시한 이송 방향에 대해서 상이한 두께를 가진다. 돌기 팁 영역(41)에서, 상기 칩 두께(S)는 돌기 플랭크 영역에서보다 현저히 작다. 상기 돌기 플랭크 영역에서의 칩 두께(S)는 일회전당 이송량에 상응하며, 상기 돌기 팁 영역에서의 칩 두께(S)는 절삭면이 두배이기 때문에 일회전당 이송량의 절반에 상응한다. 이송량(회전당)은 도 7A에서 f로 표시되어 있다.
그러나, 상기 돌기 팁 영역에서, 칩 깊이(D)는 칩 두께(S)와 일치한다. 상기 돌기 플랭크 영역에서, 칩 깊이(D)는 칩 두께(S)의 경사 투영을 이루고 있다. 그러므로, 상기 플랭크 영역에서, 칩 깊이(D)는 보다 작으며 칩 두께(S)는 보다 크다. 결국, 상기 돌기 팁 영역(41)에서의 칩 깊이(D)와 상기 돌기 플랭크 영역에서의 칩 깊이(D)는 서로 거의 동일하다. 이로 인해, 본질적으로 절삭 에지들의 칩 깊이(D)에 의해 결정되는 마모, 즉 절삭 에지들(34', 28')의 마모가 균일해진다. 상기 돌기 팁 영역에서의 마모의 증가는 일어나지 않는다. 색인가능한 절삭 비트(27)에 대해서도 마찬가지다.
도 7A에 도시한 칩은 실질적으로 편평하며 가요성을 갖는다. 결과적으로 바람직한 칩 형태가 얻어진다. 이를 달성함에 있어서, 이송 방향(43)에 대해 예각으로 위치된 절삭 에지의 절삭면의 수를 이송 방향(43)에 대해 상당히 큰 각도로(엇갈리게) 작용하는 절삭 에지의 절삭면의 수보다 작게 유지하는 것을 포함하는 절삭면의 형상은 필수적인 요소이다. 이것은 직선 및 곡선 절삭 에지에 대해서도 마찬가지이다.
길이방향 중심축선(11)에 대해 동축으로, 냉각제 채널(44)이 공구 본체(5)를 관통하고 색인가능한 삽입체 지지부(9)를 통해 가공 위치까지, 즉 칩 공간(22)과 그에 따른 색인가능한 절삭 비트(27, 27')까지 연장된다.
그러므로 상술한 프로파일 축 밀링 커터(1)의 기능은 다음과 같다.
도 10에 개략적으로 도시한 종류의 터빈 로터(3)내에 홈(2)을 형성하기 위해서, 적절한 블랭크를 먼저 분할 장치상에 수납한다. 도 8에 개략적으로 도시된 디스크 밀링 커터(46)에 의해, 언더컷이 없는 홈(2')이 도 8에 개략적으로 도시된 터빈 로터(3)의 부분(4)내에 형성된다. 색인가능한 절삭 비트(47)가 장착된 디스크 밀링 커터(46)는 회전축선(48)을 중심으로 회전하고, 화살표 49의 방향으로 소망의 깊이로 조정하면, 상기 부분(4)을 통해 소망 홈의 길이방향으로의 이송 운동으로 안내된다. 이 공정에서, 상기 디스크 밀링 커터(46)는 도 8에 도시한 단차진 홈을 형성하고, 그 형상은 형성해야할 홈 프로파일의 최내측 제조 리브(12a 내지 12d)에 의해 결정된다.
상기 홈(2')의 형성 후에, 상기 프로파일 축 밀링 커터(1)는 도 2에 도시된 종류의 예비 미세 절삭 단계를 수행하기 위해, 즉 그 길이방향 중심축선(11)이 공작물의 반경방향과 일치하고 미리 형성된 홈(2')의 단부 앞에서 그 홈과 대칭을 이루도록, 상기 터빈 로터(3)의 두 부분(4) 사이에 배치된다. 형성해야할 홈의 길이 방향으로 배향된 이송 운동에서, 회전상태의 프로파일 축 밀링 커터(1)는 홈(2)을 통해 안내되며(도 2), 이 과정에서, 도 9에 도시되어 있는 바와 같이, 상기 커터는 미리 형성된 거친 홈(2') 내로 측면 함입부(13a 내지 13d 및 13a' 내지 13d')를 밀링한다. 이것은 도 7에 도시한 방식으로 돌기 플랭크 영역 및 돌기 팁 영역(41) 모두에서 최종적인 홈(2)의 소망의 외형(51)으로부터 실질적으로 일정한 오버사이즈(A)로 행해진다. 돌기 팁 영역(41)에서의 절삭 에지의 수가 돌기 플랭크 영역에서의 절삭면의 수에 비해 많기 때문에, 각각의 색인가능한 절삭 비트(27)의 작동 절삭 에지들(28, 29, 34)에서의 칩 깊이(D)는 거의 동일하거나 일정하고, 결국, 돌기 팁 영역(41)에서 돌기의 부하는 증가하지 않는다. 그러므로, 돌기 팁의 과부하 없이 이송 속도를 최대로 할 수 있다. 180㎜/min까지의 값을 얻을 수 있으며, 이 값은 HSS 밀링 커터로 얻을 수 있는 최대 이송값의 배수로 된다. 마모 감소 코팅을 한 HSS 밀링 커터조차도 겨우 80㎜/min의 이송 속도를 가진다.
최종 가공 단계에서, 미세 절삭이 수행되고, 이때 HSS 밀링 커터에 의해 일정한 오버사이즈(A)가 외형(51)에까지 제거된다. 이러한 공구는 상대적으로 낮은 재료 제거 성능을 제공할 것을 필요로 하며, 상기 일정한 오버사이즈(A) 때문에, 절삭면들의 길이에 거쳐서 마모가 일정하게 유지될 수 있다. 상기 HSS 밀링 커터에 의해서 가능해진 단지 약간의 재료 제거로 인해 미세 절삭에서의 이송이 고속으로 될 수 있기 때문에, 예비 미세 절삭 및 미세 절삭으로 이루어진 두 단계의 가공에 의해서, 즉 색인가능한 절삭 비트가 장착된 프로파일 축 밀링 커터(1)의 절삭 작업에 이은 HSS 밀링 커터에 의한 미세 절삭 작업에 의해서, 매우 짧은 가공 시간을 얻을 수 있다. HSS 밀링 커터로만 상기 홈(2')을 가공하는 경우에 비해 실질적으로 가공 시간이 단축된다.
필요에 따라, 프로파일 축 밀링 커터(1)에 의한 홈(2)의 미세 절삭시에, 상기 돌기 팁 영역(41)에서의 오버사이즈(A)는 잔여 오버사이즈(A)에 비해 작게 이루어질 수 있다. 이것은 미세 절삭시 HSS 프로파일 축 밀링 커터의 돌기 팁을 보호하거나 공구의 고속 이송을 가능하게 한다.
도 4에서 알 수 있듯이, 색인가능한 절삭 비트(27)의 대칭구조로 인해, 마모된 주 절삭 에지 및 코너 절삭 에지(28-1, 29-1, 34-1)는 플레이트 시트로부터 특정한 색인가능한 절삭 비트(27)를 느슨하게 하고, 그것을 중심축선(32) 둘레로 180˚ 회전시킨 후에, 적용가능한 플레이트 시트(18, 25)에 재차 고정함으로써, 아직까지는 치수적으로 정밀한 절삭 에지(28-2, 29-2, 34-2)로 대체될 수 있다. 또한 색인가능한 비트(27)도 서로 교체될 수 있다. 이것은 예비 미세 절삭에서, 정해진 균일한 프로파일을 형성하는 것을 보장한다. 이와는 달리, HSS 프로파일 축 밀링 커터의 빈번한 재그라인딩시에는, 상기 프로파일 형태는 밀링 커터의 기하학적 형상의 변화에 따라서 변한다. 더욱이, 색인가능한 절삭 비트의 교체는 다른 필요한 재그라인딩 작업에 비해 간단하며 보다 적은 시간을 소비한다.
필요에 따라, 색인가능한 절삭 비트(27d)는, 예를 들어 바닥부 근처가 넓지 않은 홈을 가공할 수 있는 나머지 색인가능한 절삭 비트와는 다른 형상을 취할 수 있다.
로터 홈의 형성시에, 디스크 밀링 커터에 의한 언더컷이 없는 통상적인 홈의 형성 작업과 HSS 프로파일 축 밀링 커터에 의한 프로파일 밀링 작업 사이에, 예비 미세 절삭 작업이 수행되며, 여기서 상기 프로파일 형태는 색인가능한 절삭 비트가 장착된 프로파일 축 밀링 커터에 의해 예비가공된다. 이러한 목적에 사용된 프로파일 축 밀링 커터는, 예를 들어 경사진 돌기 플랭크상에서보다는 반경방향 외측의 돌기 팁에 보다 많은 수의 절삭면을 갖는다는 것이 특징이다. 더욱이, 색인가능한 절삭 비트들의 절삭 에지들을 원주방향으로 중첩함으로써 한정된 절삭면들은 중단되므로, 실질적으로 편평하며 강성이 낮은 칩이 발생된다.
도 1은 프로파일 홈을 예비 미세 절삭하기 위한 축 밀링 커터의 사시도.
도 2는 색인가능한 절삭 비트가 공작물에 맞물려 있는, 도 1의 프로파일 축 밀링 커터를 다른 크기로 도시한 개략적인 측면도.
도 3은 도 1 및 도 2의 프로파일 축 밀링 커터의 색인가능한 절삭 비트를 다른 크기로 도시하는 단면도.
도 4는 도 3의 색인가능한 절삭 비트의 평면도.
도 5 및 도 6은 도 4의 색인가능한 절삭 비트의 각 플랭크에서 본 측면도.
도 7은 서로의 기하학적 관계와 소망의 홈 프로파일을 도시하는, 원주 방향으로 서로에 대해 투영된, 돌기 팁 영역에서 협동하는 두 개의 색인가능한 절삭 비트의 확대도.
도 7A는 도 7의 절삭 에지의 기하학적 관계를 도시하는, 도 1 및 도 2의 프로파일 축 밀링 커터에 의해 발생된 칩의 단면도.
도 8은 디스크 밀링 커터에 의해 개방 가공되고 제작해야할 홈의 언더컷이 없는 거친 외형으로 이루어진 홈을 가진 공작물의 사시도.
도 9는 예비 미세 절삭 작업 이후에 홈의 개방 가공을 수행한 도 8의 공작물을 개략적으로 도시한 도면.
도 10은 언더컷을 갖는 홈이 형성되어 있는 플랜지형 원통부를 가진 터빈 로터를 축소한 크기로 도시한 사시도.
※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ※
1: 프로파일 축 밀링 커터 2: 언더컷 홈
3: 터빈 로터 4: 원통부
5: 공구 본체 18, 25: 플레이트 시트
22: 칩 공간 27: 절삭 비트
28, 29, 34: 절삭 에지

Claims (24)

  1. 서로 각도를 형성하는 면들을 동시 가공 또는 제조하기 위한 공작물 재료 제거 공구(1)로서,
    길이방향 중심축선(11)을 중심으로 회전되는 공구 본체(5)와,
    상기 길이방향 중심축선(11)을 중심으로 하는 상기 공구 본체(5)의 회전시에 가공해야할 상기 면들과 일치하는 외형을 가진 이론상의 회전체를 한정하는 상기 공구 본체(5)에 대해 고정적인 형태로 위치되는 적어도 3개의 작동 절삭 에지(28', 34, 34')를 구비하고, 상기 절삭 에지들 중 적어도 2개의 에지(28', 34)는 상기 길이방향 중심축선에 대해 두 가지의 상이한 각도를 형성하며,
    공통의 면을 한정하고 상기 길이방향 중심축선(11)에 대해 보다 작은 각도를 형성하는 작동 절삭 에지들(34, 34')의 수는 유사하게 공통의 면을 한정하고 상기 회전축선에 대해 상대적으로 큰 각도를 형성하는 작동 절삭 에지(28')들의 수보다 많은 공작물 재료 제거 공구.
  2. 서로 각도를 형성하는 면들을 동시 가공 또는 제조하기 위한 공작물 재료 제거 공구(1)로서,
    길이방향 중심축선(11)을 중심으로 회전되는 공구 본체(5)와,
    상기 길이방향 중심축선(11)을 중심으로 하는 상기 공구 본체(5)의 회전시에 가공해야할 상기 면들과 일치하는 외형을 가진 이론상의 회전체를 한정하는 상기 공구 본체(5)에 대해 고정적인 형태로 위치되는 적어도 3개의 작동 절삭 에지(28', 34, 34')를 구비하고, 상기 절삭 에지들 중 적어도 2개의 에지는 이송 방향(43)에 대해 두 가지의 상이한 각도를 형성하며,
    상기 이송 방향(43)에 대해 보다 작은 각도를 형성하는 작동 절삭 에지(28')들의 수는 상기 이송 방향(43)에 대해 상대적으로 큰 각도를 형성하는 작동 절삭 에지(34, 34')들의 수보다 적은 공작물 재료 제거 공구.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 작동 절삭 에지들(28', 34, 34')은 그들의 원주방향으로의 투영시에 직선 형태로부터 벗어나는 절삭면들을 한정하는 것을 특징으로 하는 공작물 재료 제거 공구.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 절삭면의 형태는 서로에 대해 180˚ 이외의 각도를 이루는 적어도 2개의 직선 부분을 가지는 것을 특징으로 하는 공작물 재료 제거 공구.
  5. 제 3 항에 있어서, 상기 절삭면의 형태는 서로에 대해 180˚ 이외의 각도로 쌍을 이루는 적어도 3개의 직선 부분을 가지는 것을 특징으로 하는 공작물 재료 제거 공구.
  6. 제 3 항에 있어서, 상기 절삭면의 형태는 상기 길이방향 중심축선(11)에 대해 평행하게 위치된 부분(34)들과 상기 길이방향 중심축선(11)에 대해 예각으로 위치된 부분들(28', 29)을 가지는 것을 특징으로 하는 공작물 재료 제거 공구.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 길이방향 중심축선(11)에 대해 평행하게 위치된 절삭 에지 부분들(34, 34')의 절삭 에지들의 수는 상기 길이방향 중심축선(11)에 대해 예각으로 위치된 절삭 에지 부분들(28; 29)의 절삭 에지들의 수보다 많은 것을 특징으로 하는 공작물 재료 제거 공구.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 길이방향 중심축선(11)에 대해 평행하게 위치된 절삭 에지 부분들(34, 34')의 절삭 에지들의 수는 상기 길이방향 중심축선(11)에 대해 예각으로 위치된 절삭 에지 부분들(28; 29)의 절삭 에지들의 수의 두배인 것을 특징으로 하는 공작물 재료 제거 공구.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 길이방향 중심축선(11)에 대해 평행하게 위치된 협동하는 절삭 에지 부분들(34, 34')의 절삭면들의 수는 2 이고, 상기 길이방향 중심축선(11)에 대해 예각으로 위치된 절삭 에지 부분들(28', 29)의 절삭 에지들의 수는 1 인 것을 특징으로 하는 공작물 재료 제거 공구.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 공구 본체(5)에는 상기 절삭 에지들(28', 34', 29, 34)이 형성되어 있는 절삭 삽입체들(27, 27')이 제공되는 것을 특징으로 하는 공작물 재료 제거 공구.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 절삭 삽입체(27)들은 색인가능한(indexable) 절삭 비트들인 것을 특징으로 하는 공작물 재료 제거 공구.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 색인가능한 절삭 비트(27)들을 위한 플레이트 시트들(18, 25)은 상기 공구 본체(5)상에 형성되고, 상기 색인가능한 절삭 비트(27)들은 해제가능한 고정 수단에 의해 상기 시트들에 유지되는 것을 특징으로 하는 공작물 재료 제거 공구.
  13. 제 11 항에 있어서, 상기 색인가능한 절삭 비트(27)들은 단지 단일의 주 절삭 에지(28' 또는 29) 및 상기 주 절삭 에지에 인접하는 하나의 코너 절삭 에지(34' 또는 34)가 각각의 색인가능한 절삭 비트(27)상에서 작동하도록 위치되는 것을 특징으로 하는 공작물 재료 제거 공구.
  14. 제 11 항에 있어서, 상기 색인가능한 절삭 비트(27)들의 상기 절삭 에지들(28', 34'; 34, 29)에 의해 한정된 상기 절삭면들은 부분들로 세분되는 것을 특징으로 하는 공작물 재료 제거 공구.
  15. 제 13 항에 있어서, 작동 절삭 에지들(28', 34'; 34, 29)이 상기 절삭면의 인접하는 부분들을 한정하고 있는 색인가능한 절삭 비트(27)들은 서로 동일하게 형성되는 것을 특징으로 하는 공작물 재료 제거 공구.
  16. 제 11 항에 있어서, 상기 색인가능한 절삭 비트(27)들 또는 그들의 플레이트 시트들(18, 25)은 나선형 라인으로 배열되는 것을 특징으로 하는 공작물 재료 제거 공구.
  17. 제 11 항에 있어서, 상기 각각의 색인가능한 절삭 비트(27)는 자체의 칩 공간(22)을 가지는 것을 특징으로 하는 공작물 재료 제거 공구.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 칩 공간(22)들은 서로 분리되는 것을 특징으로 하는 공작물 재료 제거 공구.
  19. 제 17 항에 있어서, 상기 인접하는 색인가능한 절삭 비트(27)들의 칩 공간(22)들 사이에서 상기 공구 본체(5)상에는 보강 리브(23)가 형성되는 것을 특징으로 하는 공작물 재료 제거 공구.
  20. 제 1 항에 있어서, 상기 공구 본체(5)에는 냉각제를 공급하기 위한 채널들이 제공되는 것을 특징으로 하는 공작물 재료 제거 공구.
  21. 언더컷 홈, 특히 터빈 로터들 내에 터빈 블레이드들을 고정하기 위한 홈을 형성하는 방법에 있어서,
    디스크 밀링 커터에 의해 언더컷이 없는 프로파일이 공작물 내로 밀링가공되어 있는 상태의 거친 예비성형 홈을 형성하는 단계와,
    상기 홈으로부터 일정한 오버사이즈로 상기 언더컷을 형성하기 위해, 색인가능한 절삭 비트들이 장착된 프로파일 축 밀링 커터가 상기 예비성형된 홈을 통해 길이방향으로 안내되는, 상기 홈의 예비 미세 절삭 단계와,
    상기 예비 미세 절삭된 홈을 통해 HSS 프로파일 축 밀링 커터가 길이방향으로 안내되는, 상기 홈의 미세절삭 단계를 포함하는 언더컷 홈 형성 방법.
  22. 제 21 항에 있어서, 상기 예비 미세 절삭 단계에서 예비성형된 홈은 상기 미세 절삭 단계에서 형성해야할 의도한 크기에 대해서 일정한 오버사이즈(A)로 밀링되는 것을 특징으로 하는 언더컷 홈 형성 방법.
  23. 제 21 항에 있어서, 상기 홈의 상기 예비 미세 절삭 단계에서 사용된 상기 프로파일 축 밀링 커터는 제 1 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항의 특징을 가지는 프로파일 축 밀링 커터인 것을 특징으로 하는 언더컷 홈 형성 방법.
  24. 제 21 항에 있어서, 상기 미세 절삭 단계에서 형성해야할 홈의 외형에 대해서 상기 미세 절삭 단계에서는, 상기 프로파일 축 밀링 커터의 돌기 팁 영역에서 그 영역 이외의 영역들에서보다 적은 오버사이즈(A)를 유지하는 것을 특징으로 하는 언더컷 홈 형성 방법.
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