KR100639802B1

KR100639802B1 - 엔드밀용 인덱서블 인서트 및 이를 이용한 밀링공구

Info

Publication number: KR100639802B1
Application number: KR1020007012385A
Authority: KR
Inventors: 애스트롬마그누스; 한손라르스-올라
Original assignee: 산드빅 인터렉츄얼 프로퍼티 에이비
Priority date: 1998-05-06
Filing date: 1999-05-04
Publication date: 2006-10-27
Also published as: DE69918604D1; BR9910246A; ZA200005801B; AU751216B2; SE9801576D0; ES2222637T5; EP0956921A2; SE512040C2; CN1299306A; CN1117646C; WO1999056903A1; SE9801576L; EP0956921B2; ES2222637T3; DE69918604T3; ATE270939T1; DE69918604T2; US6196770B1; EP0956921A3; EP0956921B1

Abstract

커팅 인서트는 상단면(16), 바닥면(17), 및 이들 사이의 측면(18, 19)으로 구성된다. 커팅 인서트의 각 단부면에는 축방향으로 돌출한 부분(22, 23)을 가지며, 이들 각각은 사면(26, 27)을 나타내는 부분이 있다. 주 절삭날은 상기 칩 면(16)과 상기 측면(18, 19)간의 교차부에 제공된다. 각 측면 상에는 돌출부(31)상에 형성된 클리어런스면(30)이 제공되며, 이는 스텝 클리어런스를 거쳐 칩 각이 커팅 깊이가 증가함에 따라 증가하는 나선형으로 구부러진 제 2 클리어런스면으로 연장된다. 평면도에 도시된 상기 커팅 인서트의 사면은 주 절삭날(24, 25)쪽으로 직각을 나타낸다. 본 실시예에 따르면, 웨이브형의 칼날선을 따라 일정한 기능성의 칼날각을 얻고, 이는 스텝 클리어런스 및 큰 포지티브 축방향각(α)과 결합함으로써, 작업대상물의 90도 숄더 가공시 개선된 정밀도로 작업하는 것을 가능하게 하며, 주 절삭날을 따라 좀 더 평평한 마모를 얻게 하여 커팅 인서트의 수명 연장에 기여한다.

Description

엔드밀용 인덱서블 인서트 및 이를 이용한 밀링공구{INDEXABLE INSERT FOR END MILLS AND MILLING TOOL EQUIPPED WITH IT}

본 발명은 금속성의 작업대상물을 가공하는 회전식 엔드밀에 적용하기 위한 새로운 타입의 긴 프리즘형 커팅 인서트에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 더 나은 정밀도로 90도 숄더(90-degree shoulder) 가공을 할 수 있는 새로운 타입의 엔드밀 용 커팅 인서트에 관한 것이다.

일반적으로 절삭재 형성 파우더를 성형 프레싱하고 소결시키는 방식으로 제조되는 엔드밀 용 밀링 인서트의 개발은 오늘날 포지티브 경사각(rake angle)을 갖는 포지티브 절삭날(positive cutting edge)에 집중되고 있는데, 그 이유는 금형기계(tooling machine)에서 요구되는 전원과 절삭력을 동시에 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라, 이에 의해 원하지 않는 진동을 줄일 수 있기 때문이다. 포지티브 축방향각과 동시에 네거티브 반경방향각을 나타내는 기하학적 구조를 갖는 공구를 원하는 경우도 많다. 어떤 경우에 있어서는, 칩을 이송하기에 최적인 나선형 칩(helical chip)을 얻기 위하여 포지티브 축방향각과 0 도의 반경방향각의 조합이 사용될 수도 있다. 커팅 인서트는 보통 중심 체결 나사로 고정되어, 아무런 문제없이 칩을 이송하는데 있어 최상의 가능성을 제공한다.

현존하는 보통의 인덱서블 엔드밀용 인서트에 있어서의 결점 중의 하나는 작업대상물의 90도 숄더 가공을 원하는 정밀도로 할 수 없다는 것이었다. 이러한 타입의 가공에 있어서의 문제점은 작업대상물 벽이 완전히 수직으로 되지 않는다는 것이다. 이 문제점의 해결책으로서, 절삭날이 나선형으로 굽은 커팅 인서트를 사용하는 것이 제시되어 왔다. EP-A-416 901 에는 이러한 공구가 기재되어 있다. 이러한 나선형 절삭날에서는 직선형 절삭날로 얻게 되는 절삭력보다는 아래이지만 최대의 절삭력으로 작업대상물의 경사진 곡면과 용이하게 맞물릴 수 있다. 이러한 방식으로 상기 공구는 공구 진동을 다소 줄여주는 동시에, 안정성이 약간 개선되었다.

이러한 관점에서 본 발명의 목적은, EP-A-416 901에 기재된 형태의 변형된 커팅 인서트를 제공하는 것으로서, 기하학적 의미에서 최적화된, 즉 공구에 있어 큰 축방향 기울기로 장착될 웨이브 형상의 칼날선에 따른 스텝 클리어런스와 조합하여 일정한 기능성의 칼날각을 나타내는 커팅 인서트를 제공하는 것이다. 본 발명에 따른 커팅 인서트의 독특한 특징은 후술할 청구항에 기재되어 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 90도 숄더 가공에 유용하고, 더 나아가 소위 램핑(ramping)이라 불리는 축방향 가공에도 유용한 밀링 공구, 즉 축방향 및 반경방향으로 작업대상물을 가공하는 공구를 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 고정 커팅 인서트를 구비한 밀링 본체의 측면도.

도 2는 도 1에 따른 공구의 또 다른 부분 측면도.

도 3은 본 발명에 따른 커팅 인서트의 평면도.

도 4는 도 3의 커팅 인서트의 측면도.

도 5는 도 3의 V-V 선의 단면도.

도 6은 도 1의 커팅 인서트의 단면도.

도 7은 도 1의 커팅 인서트의 사시도.

도 8은 커팅 인서트의 평면도.

도 9는 도 8의 H-H 선의 단면도.

도 10은 도 8의 L-L 선의 단면도.

도 11은 축방향 및 반경방향 가공시 밀링 본체의 측면도.

도 1 및 도 2에는 본 발명에 따른 긴 프리즘형의 인덱서블 인서트(13)가 제공된 엔드밀의 실시예가 도시되어 있다. 이러한 커팅 인서트는 우선 프레스 내에서 초경합금 형성 파우더로 소정의 원하는 형상을 만든 다음, 오븐에서 1000℃ 이상의 온도로 소결하는 직접 프레싱 방법에 의하여 생산된다. 프레스 장치의 치수 설정시에는 소결시 발생되는 수축이 고려되어야 한다. 엔드밀은 실질적으로 실린더형인 본체(10)를 포함하며, 이것의 후방 상부(도시되지 않음)는 원뿔형이고, 상기 본체가 중심축(CL) 둘레를 회전할 수 있게 하는 금형기계의 스핀들 또는 척에 고정되도록 구성된다. 엔드밀의 전방부에는 원주 주변에 다수의 이격된 오목부(11)들이 있고, 그들 각각은, 바닥 지지면(14)과 바닥 지지면으로부터 곧추 세워진 하나 이상의 측방 지지면으로 형성되는 포켓(12)을 구비하여, 그 내부의 작업위치 내에 해제가능하게 고정된 인덱서블 커팅 인서트(13)를 수용한다. 대안적으로, 다수의 커팅 인서트가 상기 밀링 본체 내의 매칭되는 포켓 내에 축방향으로 쌓아질 수도 있다.

상기 포켓(12)의 바닥면(14)은, 반경방향 평면으로부터 네거티브 반경방향각으로 제공되는 동시에 포지티브 축방향각(α)을 형성하는 세로축에 제공된다. 인덱서블 인서트(13)는, 인서트의 중앙 구멍(aperature, 15)를 통해 수용되어 상기 밀링 본체(10)와 나사식으로 맞물리는 고정 나사(도시되지 않음)에 의해 상기 포켓(12)에 고정되도록 하는 것이 바람직하다. 이 포지티브 축방향각(α)의 크기는 0~20°영역 내, 바람직하게는 5~15°에서 선택되어야 한다. 이 포지티브 축방향각(α)은 작업대상물로부터 칩을 용이하게 밀어올려 폐기할 수 있게 한다.

상기 인덱서블 커팅 인서트(13)는 2 개의 실질적으로 평행한 직사각형 옆면을 포함하는 평행사변형 형태로 되어 있고, 상단면(16)과 바닥면(17)은 도 2 내지 도 3에 도시된 바와 같이 서로 멀어지게 상호간에 각을 이룰 수(angled away) 있다. 상기 상단면과 바닥면간에는 실질적으로 상기 상단면과 바닥면에 수직을 이루는 2 개의 길이방향 측면(18, 19) 및 2 개의 단부면(20, 21)이 연장되고, 상기 측면(18, 19)은 측방향으로 연장되는 단부면(20, 21)보다 길이방향으로 상당히 더 크게 확장되어 있다. 이러한 측면(18, 19)은 일반적으로 상단면(16)에 대해서는 예각으로, 바닥면(17)에 대해서는 둔각으로 기울어져 있다. 대각선 방향으로 대향하는 코너에 위치하는 단부면은 상기 인서트의 나머지 부분으로부터 축방향으로 돌출된 부분(22, 23)상에 제공된다. 상기 커팅 인서트의 측면(18, 19)과 상단면(16)간의 교차선들은 주 절삭날(24, 25)을 각각 형성하는 반면, 상기 부분(22, 23)과 상단면(16) 간의 교차선들은 가공된 표면을 평평하게 깎기 위한, 각각의 상기 돌출 부분(22, 23)상의 상기 주 절삭날에 대해 실질적으로 직각 형태인 사면(bevel faces)(26, 27)을 구성하여 종래에 비하여 개선된 표면 상태를 얻을 수 있다. 상기 주 절삭날 및 상기 사면들은 각각 매끄럽게 둥근 코너 칼날(28, 29)의 각 코너로 분리되고, 둥근 코너 칼날의 곡률은 작업대상물 가공시, 반경 0.4 ~ 6.4 mm 를 갖는 곡선형 부분이 얻어지도록 선택된다. 이것을 달성하기 위하여, 상기 코너 칼날(28, 29)은, 직선형 주 절삭날과 사면(26, 27)에 가장 근접한 반경이 이들 사이의 곡선형 부분보다 약간 더 크도록 하는 형상을 갖는다.

예를 들어 도 2에 가장 잘 도시된 바와 같이, 사면(27)에 인접한 매끄러운 곡선형의 칼날 부분(27a)이 있다. 이 칼날 부분(27a)은 축방향 램핑 및 드릴링시 활성 칼날(active edge)이 된다. 이 곡선형 반경은 사면(27)에서 더 떨어진 위치일수록 더욱 커진다. 별도의 램핑 칼날(X1, X2)은 부분(26a)에 대한 트랜지션(transition)을 형성하는 곡선형의 칼날(R1)에 연결되어 제공된다. 절삭날(R1, R2)의 크기는 0.4 ~ 0.6 mm 이어야 한다.

길이방향 측면(18, 19)은 활성 커팅 코너쪽으로 폭이 증가하게 설계되어, 커팅 코너 및 곡선형 코너 칼날(28, 29)이 커팅 인서트의 높은 부분(elevated portion) 상에 위치하도록 하는 것이 특징이다. 상기 커팅 인서트는 또한 측면(18, 19)과 단부면(20, 21) 모두가 커팅 인서트의 상단면(16)에 대해 전체 절삭날을 따라 포지티브 클리어런스각으로 나타나도록 형성된다. 또한, 상기 커팅 인서트의 길이방향 측면(18, 19)은, 축방향 기울기가 한 단부면(21)에서 다른 단부면(20)쪽으로 아래방향으로 커지면서, 전체 주 절삭날(24)을 따라(유사하게 상기 주 절삭날(25)을 따라) 웨이브 형상인 제 1 클리어런스면(30)으로 나타나는 것이 특징이다. 이 제 1 클리어런스면(30)이 제공되는 부분(31)은 상기 인서트의 나머지 부분으로부터 측방향으로 돌출되며, 임의의 반경을 갖는 스텝 클리어런스를 거쳐, 클리어런스각이 커팅 깊이가 증가함에 따라 증가하도록 형성된 나선형으로 구부러진 제 2 클리어런스면(18)에 연장된다. 제 1 클리어런스면(30)은 전체 길이를 따라 실질적으로 일정한 폭으로 형성된다.

상기 인서트의 상단면(16)에 대한 상세한 형태는 도 6 및 도 7에 더욱 상세히 도시하였다. 상기 상단면에는 중앙 구멍(15) 둘레에 오목한 중심 지역이 있다. 이 지역에서 양 단부면쪽 방향으로 곡선형의 경사면(32, 33)이 연장되어 있다. 도 7에 도시된 바와 같이, 상단면은 원주방향으로 연장된 평면 보강 챔퍼(34)에 의해 형성되고, 그 폭은 명확하게 나타내기 위해서 확대되어 있다. 이 챔퍼(34)는 주 절삭날을 따라 도 8 내지 도 10에 도시된 바와 같은 제 1 클리어런스면(30)과 예각을 이루는데, 75 ~ 90°크기가 적당하고, 84 ~ 89°가 보다 바람직하다. 그러나, 사면(26, 27)을 따라 이루어진 보강 챔퍼(34)는 사면(26, 27)과 나란히 위치한 클리어런스면(21a)과 더욱 급격한 각을 형성해야 한다. 이 급격한 각은 70 ~ 80°사이에 있어야 한다. 길이방향 측면(18, 19)과 연결되어 교차선을 형성하는 상단면의 경사면은, 위쪽으로 비스듬하게 기울어진 실질적으로 평평한 면(35, 36)을 형성한다. 경사면(33, 35) 사이에는, 그 주위의 면에 대해 오목하면서 실질적으로 평평한 면(37)이 제공되는데, 상기 면은 아래쪽으로 기울어지면서 그 폭이 코너까지 증가하고, 이에 대응하여, 인서트 중앙쪽 아래로 기울어진 폭이 좁은 유사한 면(38)이 정반대에 위치한다. 이러한 좁은 면(37, 38)들은 모두, 평평하면서 상기 바닥면(17)에 평행한 평평한 면에 위치하는 오목하고 둥근 중앙 구멍(15)에 연결되어 있다. 이러한 활성 커팅 코너 가까이 연결되는 볼록하고 오목한 면이 서로 교대하는 구성에 의하여, 칩이 작업대상물로부터 좀 더 용이하게 떨어져 더욱 쉽게 제거될 수 있도록 하는 최적화된 칩 모양을 얻을 수 있게 된다. 또한, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 단부면(20)의 상부는 클리어런스면(20')으로서 형성되며, 클리어런스면(20')은 상부 보강 챔퍼(34)와의 교차선을 예각으로 형성한다. 하지만, 제 2 절삭날(26)에 연결되는, 상기 단부면(20)의 표면 부분(40)은, 상단면(16)에서 바닥면(17)으로 중단면 없이 이어진 평평한 면의 모양을 갖는다.

도 8 내지 도 10은 상기 상단면(16)의 외형을 좀 더 상세하게 나타낸 상기 커팅 인서트의 단면도를 도시하고 있다. 상부 보강 챔퍼(34)의 나선형으로 구부러진 외형 및 상기 주 절삭날(24)을 따라 이루어진 연결 칩 표면(35)은, 제 1 클리어런스면(30)의 대응하는 나선형으로 구부러진 형태로도 나타나야 한다. 이 방식에 있어서, 각(β)은 제 1 클리어런스면(30)과 바닥면(17)에 대한 법선의 사이각임은 명백하다. 상기 각은 단면(H-H)에서는 작아지게 되며, 단면(L-L)에서는 큰 값으로 나타난다. 상기 각(β)의 크기는 0 ~ 25°이다. 이는 밀링 본체에 기능적으로 고정된 후, 챔퍼 마모가 고르게 되도록 하는 일정한 클리어런스각이 얻어진다는 것을 의미한다. 그러나, 경사각(γ)은 일정하게 유지된다. 표면(30, 35) 사이의 각을 θ라 하고, 표면(34, 30) 사이의 각을 σ라 한다. 상기 각(γ, θ, σ)은 상기 주 절삭날을 따라 모든 단면에서 일정하게 유지된다. 이로 인해 주 절삭날을 따른 각 단면에 따라 항상 균일하게 칩이 형성되므로, 칼날의 강도를 증가시켜 커팅 인서트의 공구 수명이 길어지게 된다.

도 11에는 본 발명에 따른 커팅 인서트를 구비한 밀링 도구가 램핑 작업에 사용되어, 상기 도면의 오른쪽 아래로 비스듬하게 기울어지는 임의의 경사각을 갖는 램핑된 면이 가능해지도록 하는 방식이 나타나 있다. 작용하는 절삭날은 도 3에서 26a, 27a 뿐만 아니라 X1, X2 로 표시된 좀 더 까맣게 칠한 부분을 포함한다.

스텝 클리어런스 및 큰 포지티브 축방향각(α)과 결합하여, 웨이브 형상 칼날선을 따라 일정한 기능성 칼날각을 갖는 상기의 구성에 의해, 작업대상물의 90도 숄더 가공시 원하는 정밀도를 얻는 것이 가능해진다. 또한, 주 절삭날을 따라 챔퍼의 마모가 균일하게 되는 것이 가능하며, 이로 인해 공구 수명이 연장된다. 동시에 칩 형성이 바람직하게 되고 적절한 절삭력으로 기계 가공을 할 수 있다. 또한, 이러한 공구는 약 10°에 달하는 경사각을 갖는 램프면이 가능하도록 원형보간(circular interpolation)에 의해 적절한 기계 가공을 할 수 있다는 것이 밝혀졌다. 또 다른 효과는 절삭날상에 나타나는 노치 또는 스파크 마모가 증가하는 것을 제한한다는 점이다. 이로 인해, 기계 가공시 절삭력 증가를 막는 결점도 제한하고, 부가적으로 공구의 수명 증가에 기여한다.

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Claims

칩 형성 가공용, 특히 엔드밀용 커팅 인서트로서, 기본적으로 평행사변형 형태인 본체로 구성되며, 상단면(16)과 평평한 바닥면(17)을 포함하여 이루어지고, 이들 사이의 2 개의 길이방향 측면(18, 19)은 주 절삭날(24, 25)을 형성하며, 2 개의 단부면(20, 21)은 각각 사면(26, 27)을 갖고, 상기 사면은 상기 인서트 본체의 나머지 부분으로부터 돌출되는 부분(22, 23)상에 제공되며, 상기 측면들은 활성 커팅 코너쪽으로 갈수록 넓어지며, 상기 커팅 코너는 상기 단부면의 올라간 부분 상에 위치되는 인덱서블 커팅 인서트에 있어서,

상기 길이방향 측면은 일반적으로 상기 상단면(16)쪽으로는 예각으로, 상기 바닥면(17)쪽으로는 둔각으로 기울어져 있고, 상기 측면(18, 19)의 상부는, 전체 주 절삭날을 따라, 웨이브 형상의 제 1 클리어런스면(30)으로서, 한 단부면(21)에서 다른 단부면(20)쪽 아래방향으로 전체에 걸친 기울기가 제공되는데, 여기서 상기 클리어런스면은 상기 커팅 인서트의 나머지 부분으로부터 측방향으로 연장되는 부분(31)상에 제공되고, 이러한 제 1 클리어런스면(30)은 스텝 클리어런스를 거쳐 인접 측면(18, 19)의 낮은 부분으로 연장되며, 이것은 나선형으로 구부러진 제 2 클리어런스면을 구성하고, 각각의 측면의 상부는 바닥면에 대한 법선으로 클리어런스각을 형성하며, 상기 활성 커팅 코너로부터 멀어지는 거리가 커짐에 따라 상기 클리어런스각의 크기가 증가하고, 상기 커팅 인서트에서의 상기 사면(26, 27)은 상기 주 절삭날(24, 25)로부터 대략 직각으로 제공되며, 완만한 곡선의 칼날 부분(28, 29)에 의해 상기 주 절삭날로부터 분리되는 것을 특징으로 하는 인덱서블 인서트.
제 1항에 있어서,

상기 제 1 클리어런스면(30)은 전체 주 절삭날을 따라 실질적으로 일정한 폭을 나타내며, 상기 클리어런스면(30)은 2 개의 대향하는 단부면(20, 21) 사이에 상기 전체 측면을 따라 연장되는 것을 특징으로 하는 인덱서블 인서트.
제 1항에 있어서,

상기 상단면(16)은, 오목한 중심 지역과 상기 중심 지역 둘레의 칩 면들에 의해 형성되며, 상기 단부면(20, 21)을 향하는 칩 면은 볼록한 면(32, 33)을 형성하고, 상기 측면에 인접한 방향을 갖는 칩 면은 상기 주 절삭날에 인접하여 위치한 상기 제 1 클리어런스면(30)에 예각으로 연결되는 실질적으로 비스듬히 위쪽으로 기울어지는 평평한 면(35, 36)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 인덱서블 인서트.
제 1항에 있어서,

상기 상단면(16) 및 상기 바닥면(17)은 평행하지 않은(non-parallel) 것을 특징으로 하는 인덱서블 인서트.
제 1항에 있어서,

상기 주 절삭날(24, 25) 및 상기 사면(26, 27)을 따라 평면 보강 챔퍼(34)가 제공되는 것을 특징으로 하는 인덱서블 인서트.
제 5항에 있어서,

상기 평면 보강 챔퍼(34) 및 상기 제 1 클리어런스면(30)은 상기 전체 주 절삭날(24, 25)을 따라 상호간에 84 ~ 89°각도를 형성하는 것을 특징으로 하는 인덱서블 인서트.
제 3항에 있어서,

상기 볼록한 면(32)과 평평한 면(36) 사이 및 상기 볼록한 면(33)과 평평한 면(35) 사이에 각각 상기 코너쪽으로 증가하는 폭을 갖는 오목하면서 실질적으로 평평한 면(38, 37)이 제공되는 것을 특징으로 하는 인덱서블 인서트.
제 3항에 있어서,

상기 단부면의 상부는 볼록한 칩 면(32, 33)과 인접한 부분에서의 기울어진 클리어런스면(20')으로서 형성되는 반면, 상기 사면(26, 27)과 인접한 상기 단부면의 상기 부분은 상기 상단면(16)과 상기 바닥면(17) 사이에 중단없는 면으로서 연장되는 평평한 면(40)의 모양을 갖는 것을 특징으로 하는 인덱서블 인서트.
제 5항에 있어서,

상기 보강 챔퍼(34)와 상기 사면의 상기 클리어런스면(21a)의 사이각은 주 절삭날(24)을 따르는 상기 보강 챔퍼(34)와 상기 클리어런스면(30)의 사이각보다 작은 것을 특징으로 하는 인덱서블 인서트.
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금속성의 작업대상물을 회전 가공하는 밀링 공구로서, 기본 형태는 실린더형이고, 중심축(CL) 둘레를 회전 가능하며, 그 후방부는 관련된 척 또는 머신 스핀들에서 회전가능하게 고정되어질 섕크 부분을 갖추고, 상기 밀링 공구의 원주 둘레는 각각 바닥 지지면(14)과 상기 바닥 지지면으로부터 곧추 세워진 축방향 및 반경방향으로 연장되는 하나 이상의 측방 지지면에 의해 형성되는 다수의 상호 이격된 오목부를 구비한 밀링 공구에 있어서,

상기 청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 있어서의 인덱서블 인서트가, 상기 주 절삭날(24) 및 상기 사면(26)을 따라 클리어런스각을 형성하도록 밀링 본체 내에 탈착 가능하게 고정되며, 상기 밀링 본체 내의 각각의 커팅 인서트는 포지티브 축방향각 방위 및 네거티브 반경방향각 방위를 가지는 것을 특징으로 하는 밀링 공구.
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