KR100820948B1 - 볼 엔드밀 - Google Patents

Abstract

본 발명은 진동을 억제하여 이송속도의 고속화 및 절입깊이의 증대를 가능하게 함으로써 그만큼 절삭효율의 향상을 도모할 수 있는 볼 엔드밀을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 볼 엔드밀(1)은 볼 날(6a - 6c)에 제1 날부(6a1 - 6c1)과 제2 날부(6a2 - 6c2) 및 제3 날부(6a3 - 6c3)가 구비되고, 제1 곡률반경(R1)과 제2 곡률반경(R2) 및 제3 곡률반경(R3)이 상이한 곡률반경으로 되도록 구성되어 있어서 피삭재(20)로부터 받는 볼 엔드밀(1)의 직경방향에 대한 절삭저항(절삭토크)의 방향을 제1 날부(6a1 - 6c1) 및 제2 날부(6a2 - 6c2) 및 제3 날부(6a3 - 6c3)로 변화시켜서 볼 엔드밀(1)의 진동을 억제하는 것이 가능하다. 그 결과, 이송속도를 고속화하거나 절입깊이를 증대할 수 있어서 그만큼 절삭효율의 향상을 도모할 수 있다.

Description

볼 엔드밀{BALL ENDMILL}

본 발명은 볼 엔드밀에 관한 것으로, 특히 진동을 억제함으로써 속도의 증가 및 절입깊이의 증대를 가능하게 하여 그만큼 절삭효율의 향상을 도모할 수 있는 볼 엔드밀에 관한 것이다.

금형 등의 절삭가공에는 축선방향 선단에 볼 날이 구비된 볼 엔드밀이 주로 사용된다. 종래의 이와 같은 볼 엔드밀에서는 절삭성의 개선을 위해서 볼 날이 볼 엔드밀의 회전방향으로 돌출되어진 원호상으로 형성되고, 그 곡률반경은 볼 날의 내주부위로부터 외주부위에 걸쳐서 일정하게 되도록 구성되는 것이 일반적이었다.(일예로 특허문헌1 참조)

특허문헌1: 실공평4-51928호 공보

[발명의 개시]

[발명이 해결하려는 과제]

그런데 근래에는 금형 등의 절삭가공에 있어서 절삭작업의 시간단축이 요망되고 있다. 절삭작업의 시간단축, 즉 절삭효율의 향상을 도모하기 위해서는 이송속도를 고속화하거나 절입깊이를 증대할 필요가 있다.

그러나 종래의 볼 엔드밀은 곡율반경이 볼날의 내주부위로부터 외주부위에 걸쳐서 일정하게 구성되어 있기 때문에 피삭재로부터 받는 절삭저항(절삭토크)의 방향이 볼 엔드밀의 직경방향에 대하여 일정한 방향으로 집중되기 때문에 볼 엔드밀이 진동하게 되는 문제점이 있었다. 이 때문에 이송속도를 고속화하거나 절입깊이를 증대하는 것이 불가능하여 절삭효율의 향상을 도모할 수가 없었다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 진동을 억제함으로써 이송속도의 고속화 및 절입깊이의 증대를 가능하게 해서 그만큼 절삭효율의 향상을 도모할 수 있는 볼 엔드밀을 제공하는 것을 목적으로 한다.

[과제를 해결하기 위한 수단]

상기 목적을 해결하기 위하여 청구항1 기재의 볼 엔드밀은, 축선을 회전축으로 하여 회전되는 원주상의 공구본체와, 그 공구본체의 선단측에 설치됨과 아울러 회전궤적이 반구상으로 되는 볼날을 구비한 것으로서, 이때 볼날은 상기 축선을 시작단으로 해서 형성되는 제1 날부와, 상기 제1 날부의 종단에 접속되어 상기 제1날부의 마침단을 시작단으로 해서 형성되는 제2 날부 및 상기 제2 날부의 종단에 접속되고 제2 날부의 종단을 시작단으로 하여 형성되는 제3 날부를 구비하고, 상기 제1 날부는 축선방향의 선단에서 볼 때, 상기 공구본체의 회전방향으로 돌출되는 제1 곡률반경을 갖는 원호상으로 형성되고, 그 제1 곡률반경은 외경(D)에 대해서 0.025D 이상 0.1D 이하의 범위로 구성되며, 상기 제 2날부는 축선방향의 선단에서 볼 때 상기 공구본체의 회전방향으로 돌출되는 제2 곡률반경을 갖는 원호상 또는 직선상으로 형성되며, 상기 제2 날부가 원호상으로 형성되는 경우에는 제2 곡률반경이 제1 곡률반경보다도 큰 곡률반경으로 되도록 구성되며, 상기 제3 날부는 축선방향의 선단에서 볼 때 공구본체의 회전방향으로 돌출되는 제3 곡률반경을 갖는 원호상으로 형성되며, 상기 제2 날부가 제2 곡률반경을 갖는 원호상으로 형성되는 경우에는 제3 곡률반경이 제2 곡률반경보다도 적은 곡률반경으로 되도록 구성된다.

청구항2 기재의 볼 엔드밀은, 청구항1 기재의 볼 엔드밀에 있어서, 상기 제1 날부는 상기 축선방향의 선단에서 볼 때 원주각이 60°이상 120 ° 이하의 범위가 되도록 구성되어 있다.

[발명의 효과]

청구항1 기재의 볼 엔드밀에 의하면, 볼 날에 제1 날부와 제2 날부 및 제3 날부를 구비하고, 제1 곡률반경과 제2 곡률반경 및 제3 곡률반경이 서로 다른 곡률반경으로 되도록 구성되어 있기 때문에(단, 제2 날부는 직선상으로 형성되어도 무방하다). 피삭재로부터 받는 볼 엔드밀의 직경방향에 대한 절삭저항(절삭토크)의 방향을 제1 날부와 제2 날부 및 제3 날부로 변화시켜서 볼 엔드밀의 진동을 억제할 수가 있다는 효과가 있다.

다시 말하면, 볼 엔드밀이 피삭재로부터 받는 절삭저항(절삭토크)의 방향은 그 볼 엔드밀의 볼 날에 따르는 방향, 즉 볼 날을 형성하는 원호의 접선방향으로 되기 때문에 종래의 볼 엔드밀에 의한 곡률반경이 볼 날의 내주부위로부터 외주부위에 걸쳐서 일정하게 형성되는 경우에는 볼 날의 내주부위와 외주부위에서 절삭저항(절삭토크)의 방향이 거의 변화되지 않아서 볼 엔드밀이 진동을 일으키기 쉬웠다.

이에 반해서, 본 발명에 따른 볼 엔드밀은 상기한 바와 같이 피삭재로부터 받는 절삭저항(절삭토크)의 방향을 제1 날부와 제2 날부 및 제3 날부로 각각 상이한 방향으로 분산시킬 수가 있어서 볼 엔드밀의 진동을 억제하는 것이 가능하다. 그 결과로, 이송속도를 고속화하거나 절입 깊이를 증대시킬 수 있어서 그만큼 절삭효율의 향상을 도모할 수가 있다.

또한 본 발명에 따른 볼 엔드밀은, 제1 곡률반경이 외경 D에 대하여 0.025D 이상 0.10D 이하의 범위로 되도록 구성되어 있다. 여기서, 제1 곡률반경이 외경 D에 대하여 0.025D 보다도 적어지게 되는 경우에는, 볼 엔드밀의 축선 부근에서 인접하는 제1 날부 사이의 간격이 감소되어서 절삭칩의 배출성이 저하된다. 이에 따라, 본 발명에 따른 볼 엔드밀은 제1 곡률반경을 외경 D에 대하여 0.025D 이상으로 유지함으로써 인접하는 제1 날부들 사이의 간격을 확보하여 절삭칩의 배출성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 제1 곡률반경이 외경 D에 대하여 0.025D 보다도 적은 경우에는, 볼 엔드밀의 축선 부근에서 인접하는 제1 날부들 사이의 간격이 감소하여 연마공정을 수행할 때 연마 휠(grinding wheel)이 인접하는 제1 날부 측에 간섭을 일으키게 된다. 이에 따라, 본 발명의 볼 엔드밀은 제1 곡률반경을 외경 D에 대하여 0.025D 이상으로 함으로써 인접하는 제1 날부 사이의 간격을 확보하여 연마 휠의 간섭을 방지할 수 있다는 효과가 있다. 따라서, 연마공정에서 불필요하게 높은 정밀도로 관리할 필요가 없기 때문에 볼 엔드밀의 가공비용을 절감할 수 있다.

그리고, 상술한 바와 같이 연마 휠의 간섭이 발생하는 경우에는 간섭부의 형상에 제한이 가해지게 된다(예를 들면, 간섭부의 제거에 수반하여 강도의 저하가 초래된다.). 따라서, 인접하는 제1 날부들 사이의 간격을 확보하는 것이 가능하다면, 간섭을 방지할 수가 있기 때문에 설계의 자유도를 높일 수 있다는 효과가 있다.

한편, 제1 곡률반경이 외경 D에 대하여 0.10보다도 큰 경우에는 종래의 볼 엔드밀에서와 같이 제1 날부에 따른 접선의 방향이 거의 변화하지 않기 때문에 피삭재로부터 받는 볼 엔드밀의 직경방향에 대한 절삭저항(절삭토크)의 방향이 분산되지 않고, 볼 엔드밀이 진동을 일으키기 쉽게 되어 버린다. 이에 따라, 본 발명에서의 볼 엔드밀은, 제1 곡률반경을 외경 D에 대하여 0.10D 이하로 하여 제1 날부에 따른 접선의 방향을 여러 방향으로 변화시켜서 절삭저항(절삭토크)의 방향을 분산시킴으로써 볼 엔드밀의 진동을 억제하는 것이 가능하다는 효과가 있다.

또한, 제1 곡률반경이 외경 D에 대해 0.10D 보다도 큰 경우에는, 볼 엔드밀의 축선방향에 대한 절입깊이를 한계치 0.1D(외경 D에 대한 10%)로 하면, 제1 날부만이 피삭재에 접촉해서 피삭재로부터 받는 볼 엔드밀의 직경방향에 대한 절삭저항(절삭토크)의 방향을 제1 날부와 제2 날부로 변화시킨다고 하는 효과를 유효하게활용할 수가 있게 된다. 이에 따라, 본 발명에서의 볼 엔드밀은 제1 곡률반경을 외경 D에 대하여 0.10D 이하로 유지함으로써, 볼 엔드밀의 축선방향에 대한 절입깊이를 한계치 0.1D로 한 경우에도, 제1 날부와 제2 날부를 피삭재에 접촉시키는 것이 가능하기 때문에 피삭재로부터 받는 볼 엔드밀의 직경방향에 대한 절삭저항(절삭토크)의 방향을 제1 날부와 제2 날부로 변화시키는 것이 가능하다는 효과가 있다. 따라서, 볼 엔드밀의 진동을 억제하는 것이 가능하다.

그리고, 본 발명에 따른 볼 엔드밀은 볼 날에 제1 날부와 제2 날부 및 제3 날부를 구비하고, 제1 곡률반경이 외경 D에 대해 0.025D 이상 0.10D 이하의 범위로 되도록 구성되어 있기 때문에 종래의 볼 엔드밀에 비해서 제1 곡률반경과 제2 곡률반경 및 제3 곡률반경을 각각 적은 곡률반경으로 구성하는 것이 가능하여, 그만큼 볼날의 길이를 길게 할 수가 있다. 따라서 피삭재와 볼날이 접촉하는 시간이 길어지게 되어 충격하중을 감소시킬 수가 있어서 볼 엔드밀의 진동을 억제하는 것이 가능하다는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 볼 엔드밀은 상기한 바와 같이 볼 날의 길이를 길게 할 수가 있기 때문에 피삭재와 볼 날이 접촉하는 면적이 확대되어 절삭성을 높일 수가 있다. 그 결과, 이송속도의 고속화 및 절입깊이의 증대를 가능하게 하여 절삭효율의 향상을 도모할 수 있다고 하는 효과가 있다.

구체적으로 예를 들면, 입방체(높이 a, 폭 b, 깊이 c)로 형성된 금속기둥을 이용해서 금속선(직경 d)을 절단하는 경우, 그 금속기둥의 두 면(높이 a와 폭 b을 형성하는 두 개의 면)이 교차하는 하나의 모서리를 금속선으로 눌러서 절단하는 경우에 비해서, 그 모서리의 길이(깊이 c)를 활용하도록 금속기둥을 미끄럼이동시켜서 절단하는 경우가 그 절단에 소요되는 시간을 단축할 수가 있다. 즉, 절삭성을 높임으로써 절삭효율을 증대시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 볼 엔드밀은 제2 날부가 제1 날부와 동일하게 볼 엔드밀의 회전방향으로 돌출되어 원호상으로 형성되고(이때, 제2 날부는 직선상으로 형성되어도 무방하다), 제1 날부의 종단부에 접속되고, 제3 날부는 제1 날부와 동일하게 볼 엔드밀의 회전방향으로 돌출되어 원호상으로 형성되고 제2 날부의 종단에 접속되고 있기 때문에 절삭칩이 볼날을 따라서 원활하게 배출되도록 하는 것이 가능하다. 즉, 절삭칩의 배출성을 향상시킬 수가 있다는 효과가 있다.

그리고 본 발명에 따른 볼 엔드밀은 제2 날부와 제3 날부를 구비하고, 제2 곡률반경과 제3 곡률반경이 서로 다른 곡률반경으로 되도록 구성되어 있기 때문에(이때, 제2 날부는 직선상으로 형성되어도 무방하다.) 볼날의 외주부에서 피삭재를 절삭하는 경우에 그와 같은 제2 날부와 제3 날부가 피삭재에 접촉하여 피삭재로부터 받는 볼 엔드밀의 직경방향에 대한 절삭저항(절삭토크)의 방향을 제2 날부와 제3 날부로 변화시켜서 볼 엔드밀의 진동을 억제하는 것이 가능하다는 효과가 있다.

청구항2 기재의 볼 엔드밀에 의하면, 청구항1 기재의 볼 엔드밀에서 발휘되는 효과에 부가하여, 제1 날부의 원주각이 60° 이상 120° 이하의 범위로 되도록 구성되어 있다. 여기서 원주각이 60°보다도 적게 되면, 제1 날부의 시작부(볼 엔드밀의 축선)으로부터 종단부(제2 날부와의 접속부)까지의 길이가 짧아지게 되고, 제1 날부에서 피삭재로부터 받는 볼 엔드밀의 직경방향에 대한 절삭저항(절삭토크)의 방향을 분산하는 효과를 활용할 수 없게 된다. 이에 따라 본 발명에서의 볼 엔드밀에서는 원주각을 60°이상으로 함으로써 제1 날부의 길이를 길게 하여 절삭저항(절삭토크)의 방향을 분산한다고 하는 제1 날부의 효과를 유효하게 살릴 수 있다고 하는 이점이 있다.

한편, 원주각이 120°보다도 큰 경우에는, 볼 엔드밀의 축선방향에 대한 절입깊이를 한계치 0.1D(외경 D에 대한 10%)로 하면 제1 날부만이 피삭재에 접촉하여 피삭재로부터 받는 볼 엔드밀의 직경방향에 대한 절삭저항(절삭토크)의 방향을 제1 날부와 제2 날부로 변화시킨다고 하는 효과를 유효하게 할 살릴 수가 없게 된다. 이와 같은 점을 고려하여, 본 발명에서의 볼 엔드밀에서는 원주각을 120°이하로 함으로써 볼 엔드밀의 축선방향에 대한 절입깊이를 한계치 0.1D로 한 경우라도 제1 날부와 제2날부를 피삭재에 접촉시키는 것이 가능하기 때문에 피삭재로부터 받는 볼 엔드밀의 직경방향에 대한 절삭저항(절삭토크)의 방향을 제1 날부와 제2 날부로 변화시키는 것이 가능하다고 하는 효과가 있다. 따라서, 볼 엔드밀의 진동을 억제할 수가 있다.

[도면의 간단한 설명]

도1(a)는 본 발명의 일실시예에 따른 볼 엔드밀의 정면도이고, (b)는 (a)의 화살표(Ib) 방향에서 본 볼 엔드밀을 확대하여 보인 확대 측면도이다.

도2는 볼 엔드밀의 선단부를 모식적으로 보인 모식도이다.

도3은 절삭시험에 사용되는 피삭재의 측면도이다.

[부호의 설명]

1 볼 엔드밀

2 공구본체

6a ∼ 6c 볼 날

6a1 ∼ 6c1 제1 날부

6a2 ∼ 6c2 제2 날부

6a3 ∼ 6c3 제3 날부

D 외경

O 축선

P 접속부(제1 날부의 종단, 제2 날부의 시작단)

Q 접속부(제2 날부의 종단, 제3 날부의 시작단)

R1 제1 곡률반경

R2 제2 곡률반경

R3 제3 곡률반경

θ 원주각

이하, 본 발명의 바람직한 실시형태에 대하여 첨부도면을 참조하여 설명한다. 도1(a)는 본 발명의 일실시예에 따른 볼 엔드밀의 정면도이고, 도1(b)는 도1(a)의 화살표(Ib) 방향에서 본 볼 엔드밀(1)을 확대하여 보인 확대 측면도이다.

볼 엔드밀(1)은 솔리드 타입(solid type)의 볼 엔드밀로서, 그 공구 본체(2)의 일단부(도1에서는 우측)를 지지하는 홀더(도면 미도시)를 개재하여 머시닝 센터 등의 가공기계의 회전력이 전달되어 지는바, 주로 금형 등의 자유곡면가공을 행하는 용도로 사용되는 공구이다.

공구 본체(2)는 텅스텐 카바이드(WC) 등을 가압소결한 초경합금으로 구성되며, 그 일측 단부(도1의 우측)에는 샹크(2a)가 원주상으로 형성되어 있다. 상기 샹크(2a)가 홀더에 지지됨으로써 볼 엔드밀(1)이 가공기계에 고정결합되어 진다.

한편, 공구 본체(2)의 타측단부(도1의 우측)에는 도1(a)에 도시된 바와 같이, 날부(3)가 형성되어 있다. 날부(3)는 절삭칩 배출구(4a - 4c)와, 외주날(5a - 5c), 볼 날(6a - 6c) 및 랜드(lands, 7a - 7c)가 구비되며, 이와 같은 날부(3)에 의해서 금형 등의 자유곡면 가공이 이루어지게 된다.

절삭칩 배출구(4a - 4c)는 절삭가공시의 절삭칩의 생성, 수용 및 배출을 행하기 위한 것으로, 나선을 수반하는 3조의 절삭칩 배출구(4a - 4c)가 볼 엔드밀의 축선(O)에 대하여 대칭되게 형성되어 있다.

외주날(5a - 5c)은 공구 본체(2)의 외주면상에 형성되는 절삭날로서, 날부(3)의 외주면측에 소정의 폭을 구비하여 형성되는 랜드(7a - 7c)와 절삭칩 배출구(4a -4c)가 교차하는 각 능선부분에 3매의 외주날(5a - 5c)이 각각 형성되어 있다.

볼 날(6a - 6c)은 날부(3)의 선단부(도1의 좌측)에 형성되며, 그 회전궤적이 반구상으로 되는 절삭날이다. 이와 같은 볼 날(6a - 6c)은 상기 외주날(5a- 5c)과 동일한 형상으로서, 랜드(7a - 7c)와 절삭칩 배출구(4a -4c)가 교차하는 각 능선부분에 각각 형성됨과 아울러 상술한 3매의 외주날(5a - 5c)과 연결되도록 형성되어 있다.

또한, 볼 날(6a - 6c)은 볼 엔드밀(1)의 축선(O) 방향의 선단부에서 보이는[도1(a)의 화살표(Ib) 방향] 것과 같이, 외주연부로부터 축선(O)으로 향하여 연장됨과 아울러 볼 엔드밀(1)의 회전방향[도1(b)의 반시계 방향]으로 돌출되는 원호상으로 형성되어 있다. 도2를 참조하여 볼 날(6a - 6c)에 대하여 보다 상세하게 설명한다.

도2는 볼 엔드밀(1)의 선단부에 대한 모식도로서, 도2(a)는 볼 날(6a - 6c)을 평면투사하여 얻어진 모식도이고, 도2(b)는 도2(a)를 부분적으로 확대한 볼 날(6a - 6c)의 확대 모식도이다. 즉, 도2(b)에서는 볼 날(6a - 6c) 의 외주연부에 대한 도시를 생략하고 있다.

볼 날(6a - 6c)은, 도2(a)에 도시된 바와 같이, 볼 엔드밀(1)의 축선(O)을 시작단으로 하여 형성되는 제1 날부(6a1 - 6c1)과, 그 제1 날부(6a1 - 6c1)의 종단에 접속되어 그 접속부(P)를 시작단으로 해서 형성되는 제2 날부(6a2 -6c2) 및 그 제2 날부(6a2 - 6c2)의 종단에 접속되어 그 접속부(Q)를 시작단으로 해서 형성되는 제3 날부(6a3 -6c3)로 구성되어 있다.

제1 날부(6a1 - 6c1)는, 볼 날(6a - 6c)의 내주부를 구성하는 것으로, 도2(a)에서와 같이, 볼 엔드밀(1)의 회전방향[도2(a)의 반시계 방향]으로 돌출되는 제1 곡률반경(R1)을 갖는 원호상으로 형성되어 있다.

즉, 제1 곡률반경(R1)은 외경(D)[날부(3)의 가장 큰 직경. 단, 테이퍼 날 엔드밀에서는 가장 작은쪽 단부의 외경을 말한다.]에 대하여 0.025D 이상 0.1D 이하 범위의 곡률반경으로 구성하는 것이 바람직하다. 여기서 제1 곡률반경(R1)이 외경(D)에 대하여 0.025D 보다도 적은 경우에는, 볼 엔드밀(1)의 축선(O) 부근에서 인접하는 제1 날부(6a1 - 6c1) 사이의 간격이 감소되어 절삭칩 배출성능이 저하된다. 이에 따라서, 본 실시예에서의 볼 엔드밀(1)은 제1 곡률반경(R1)을 외경(D)에 대하여 0.025D 이상으로 하여서 인접하는 제1 날부(6a1 - 6c1) 사이의 간격을 확보함으로써 절삭칩의 배출성을 향상시킬 수 있도록 하였다.

또한, 제1 곡률반경(R1)이 외경(D)에 대하여 0.025D 보다도 적은 경우에는, 볼 엔드밀(1)의 축선(O) 부근에서 인접하는 제1 날부(6a1 - 6c1) 사이의 간격이 감소되어 연마공정 시에 연마 휠(grinding wheel)이 인접하는 제1 날부(6a1 - 6c1)측에 간섭을 일으키게 된다. 이에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 엔드밀(1)에서는 제1 곡률반경(R1)을 외경(D)에 대해 0.025D 이상으로 되도록 하여 인접하는 제1 날부(6a1 - 6c1) 사이의 간격을 확보하여 연마 휠의 간섭을 방지할 수가 있다. 따라서, 연마공정에서 불필요하게 정밀도를 높게 관리할 필요가 없게 되므로 볼 엔드밀(1)의 가공 코스트를 절감하는 것이 가능하다.

그리고, 상기한 바와 같이, 연마 휠의 간섭이 발생하는 경우에는, 간섭부의 형상으로 제한을 받게 되어 버린다(예를 들면, 간섭부의 제거에 수반하는 강도의 저하가 초래된다.). 이에 따라, 인접하는 제1 날부(6a1 - 6c1) 사이의 간격을 확보하는 것이 가능하다면 간섭을 방지할 수가 있기 때문에 설계의 자유도를 높일 수 있다.

한편, 제1 곡률반경(R1)이 외경(D)에 대해 0.10D 보다도 큰 경우에는, 종래의 볼 엔드밀에서와 마찬가지로 제1 날부(6a1 - 6c1)에 따른 접선방향이 거의 변화하지 않기 때문에 피삭재로부터 받는 볼 엔드밀(1)의 직경방향에 대한 절삭저항(절삭토크)의 방향이 분산되지 않아서, 볼 엔드밀(1)이 진동을 일으키기 쉽게 된다. 이에 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 볼 엔드밀(1)에서는 제1 곡률반경(R1)을 외경(D)에 대하여 0.10D 이하로 유지함으로써 제1 날부(6a1 - 6c1)에 따른 접선이 방향을 여러 방향으로 변화시켜서 절삭저항(절삭토크)의 방향을 분산시킴으로서 볼 엔드밀(1)의 진동을 억제할 수가 있다.

그리고, 제1 곡률반경(R1)이 외경(D)에 대하여 0.10D 보다도 큰 경우에는 볼 엔드밀(1)의 축선(O) 방향에 대한 절입깊이를 한계치 0.10D (외경 D에 대한 10%)로 하여도, 제1 날부(6a1 - 6c1)만이 피삭재에 접촉하여 피삭재로부터 받는 볼 엔드밀(1)의 직경방향에 대한 절삭저항(절삭토크)의 방향을 도2(b)의 화살표로 보이는 바와 같이, 제1 날부(6a1 - 6c1)와 제2 날부(6a2 - 6c2)로 변화시킨다는 효과를 유효하게 활용할 수 있게 된다. 본 실시예에 따른 볼 엔드밀(1)은 제1 곡률반경(R1)을 외경(D)에 대하여 0.10D 이하로 하는 것으로, 볼 엔드밀(1)의 축선(O) 방향에 대한 절입깊이를 한계치 0.10D로 한 경우에 있어서도 제1 날부(6a1 - 6c1)와 제2 날부(6a2 - 6c2)를 피삭재로 접촉시키는 것이 가능하기 때문에 피삭재로부터 받는 볼 엔드밀(1)의 직경방향에 대한 절삭저항(절삭토크)의 방향을 제1 날부(6a1 - 6c1)와 제2 날부(6a2 - 6c2)로 변화시키는 것이 가능하다. 이에 따라, 볼 엔드밀(1)의 진동을 억제할 수가 있다.

한편, 외경(D)은 1mm 이상으로 하는 것이 바람직하다. 이때, 외경(D)이 1mm 보다도 적은 경우에는 볼 엔드밀(1)의 축선(O) 부근에서 인접하는제1 날부(6a1 - 6c1) 사이의 간격이 감소하여 연마공정 시에 연마 휠이 인접하는 제1 날부(6a1 - 6c1)에 간섭을 일으키게 된다. 이에 따라서, 외경(D)을 1mm 이상으로 유지하면 인접하는 제1 날부(6a1 - 6c1) 사이의 간격을 확보하여 연마 휠의 간섭을 방지할 수 있다. 즉, 본 실시예에서는 외경(D)은 12mm로서, 제1 곡률반경(R1)이 외경(D)(D=12mm)에 대하여 0.75mm(R1=0.0625D)로 되도록 구성되어 각 제1 날부(6a1 - 6c1) 각각의 제1 곡률반경(R1)이 전부 동일한 곡률반경으로 구성되어 있다.

그리고, 제1 날부(6a1 - 6c1)는 도2(a)에서와 같이, 원주각(θ)으로 형성되어 있다.

한편, 원주각(θ)은, 60° 이상 120°이하의 범위로 되도록 하는 것이 바람직하다. 이때, 원주각(θ)이 60°보다도 적은 경우에는 제1 날부(6a1 - 6c1)의 시작단[볼 엔드밀(1)이 축선(O)부]로부터 종단(접속부 P)까지의 길이가 짧게 되어 제1 날부(6a1 - 6c1)에서 피삭재로부터 받는 볼 엔드밀(1)의 직경방향에 대한 절삭저항(절삭토크)의 방향을 분산한다고 하는 효과를 유효하게 활용할 수가 없게 된다. 따라서, 본 실시예의 볼 엔드밀(1)에서는 원주각(θ)을 60° 이상으로 함으로써 제1 날부(6a1 - 6c1)의 길이를 길게 해서 절삭저항(절삭토크)의 방향을 분산한다고 하는 제1 날부(6a1 - 6c1)의 효과를 유효하게 활용하는 것이 가능하다.

한편, 원주각이 120°보다도 큰 경우에는 볼 엔드밀(1)의 축선(O) 방향에 대한 절입깊이를 한계치 0.1D(외경 D에 대한 10%)로 하면, 제1 날부(6a1 - 6c1)만이 피삭재에 접촉하게 되어 피삭재로부터 받는 볼 엔드밀(1)의 직경방향에 대한 절삭저항(절삭토크)의 방향을 도1(b)의 화살표로 표시된 바와 같이, 제1 날부(6a1 - 6c1)와 제2 날부(6a2 - 6c2)로 변화시킨다고 하는 효과를 유효하게 활용할 수 없게 된다.

이에 따라서, 본 실시예의 볼 엔드밀(1)은 원주각을 120°이하로 하는 것으로, 볼 엔드밀(1)의 축선(O) 방향에 대한 절입깊이를 한계치 0.10D 로 한 경우에도 제1 날부(6a1 - 6c1)와 제2 날부(6a2 - 6c2)를 피삭재에 접촉시키는 것이 가능하기 때문에 피삭재로부터 받는 볼 엔드밀(1)의 직경방향에 대한 절삭저항(절삭토크)의방향을 제1 날부(6a1 - 6c1)와 제2 날부(6a2 - 6c2)로 변화시킬 수가 있게 된다. 따라서, 볼 엔드밀(1)의 진동을 억제할 수 있다. 즉, 본 실시예에서는 원주각(θ)이 90°로 되도록 구성하고, 각 제1 날부(6a1 - 6c1) 각각의 원주각(θ)이 전부 동일한 원주각으로 구성되어 있다.

제2 날부(6a2 - 6c2)는 볼 날(6a - 6c)의 제1 날부(6a1 - 6c1)와 제3 날부(6a3 - 6c3)의 중간부를 구성하는 것으로서, 도2(a)에 도시된 바와 같이, 볼 엔드밀(1)의 회전방향[도2(a)의 반시계 방향]으로 돌출된 제1 곡률반경(R2)를 갖는 원호상 또는 제1 날부(6a1 - 6c1)의 종단(접속부P)에서의 접선으로 되는 직선상으로 형성되어 있다. 즉, 본 실시예에서는 직선상으로 형성되어 있다.

그리고 제2 날부(6a2 - 6c2)는 도2(a)에서와 같이, 시작단(접속부P)로부터 종단(접속부Q)까지의 길이가 길이 L로 되도록 형성되어 있다.

즉, 길이 L은 제2 날부(6a2 - 6c2)의 종단(접속부Q)의 위치가 외경(D)에 대해 0.20D 이상 030D 이하의 범위로 위치하는 길이가 되도록 하는 것이 바람직하다. 여기서 접속부(Q)의 위치가 외경(D)에 대해 0.20D 보다도 적은 경우에는, 제3 날부(6a3 - 6c3)의 곡률반경이 커지게 되어서 제3 날부(6a3 - 6c3)에 따른 접선의 방향이 거의 변화되지 않아서 피삭재로부터 받는 볼 엔드밀((1)의 직경방향에 대한 절삭저항(절삭토크)의 방향이 분산되지 않게 됨으로써 볼 엔드밀(1)이 진동을 일으키기 쉽게 된다. 이에 따라, 본 실시예의 볼 엔드밀(1)은 접속부(Q)의 위치를 외경(D)에 대해 0.20D 이상으로 함으로써 제3 날부(6a3 - 6c3)에 따른 접선의 방향을 여러 방향으로 변화시켜서 절삭저항(절삭토크)의 방향을 분산시켜서 볼 엔드밀(1)의 진동을 억제할 수가 있다.

한편, 접속부(Q)의 위치가 외경(D)에 대하여 0.30D 보다도 큰 경우에는 제3 날부(6a3 -6c3)과 외주날(5a - 5c)이 매끄럽게 연결되지 못하기 때문에 절삭칩의 배출성이 저하된다. 이에 따라서, 본 실시예의 볼 엔드밀(1)은 접속부(Q)의 위치가 외경(D)에 대해 0.30D 이하로 되어 절삭칩의 배출성을 향상시킬 수가 있다. 즉, 본 실시예에서는 접속부(Q)의 위치가 외경(D)(D=12mm)에 대해 3.0mm(L=0.25D)로 되도록 구성되고, 각 제2 날부(6a2 - 6c2)의 각각의 길이(L)가 전부 동일한 길이로 구성되어 있다.

제3 날부(6a3 - 6c3)는 볼 날((6a -6c)의 외주부를 구성하는 것으로서, 도2(a)에서와 같이, 볼 엔드밀(1)의 회전방향[도2(a)의 반시계방향]으로 돌출되도록 제3 곡률반경(R3)를 갖는 원호상으로 형성됨과 아울러 제2 날부(6a2 - 6c2)가 제3 날부(6a3 - 6c3)의 시작단(접속부Q)에서의 접선으로 되도록 구성되어 있다.

즉, 제3 곡률반경(R3)은 외경(D)에 대하여 0.35D 이상 0.45D 이하의 범위의 곡률반경 범위가 되도록 하는 것이 바람직하다. 여기서 제3 곡률반경(R3)이 외경(D)에 대해 0.35D 보다도 적은 경우에는 제3 날부(6a3 - 6c3)와 외주부(5a -5c)가 매끄럽게 연결되지 못하게 되어 절삭칩의 배출성이 저하된다. 따라서 본 실시예에서 볼 엔드밀(1)은 제3 곡률반경(R3)을 외경(D)에 대하여 0.35D 이상으로 함으로써 절삭칩의 배출성을 향상시킬 수 있다.

한편, 제3 곡률반경(R3)가 외경(D)에 대하여 0.45D 보다도 큰 경우에는 종래의 볼 엔드밀에서와 같이 제3 날부(6a3 - 6c3)에 따른 접선의 방향이 거의 변화하지 않기 때문에 피삭재로부터 받는 볼 엔드밀(1)의 직경방향에 대한 절삭저항(절삭토크)의 방향이 분산되지 않고 볼 엔드밀(1)이 진동을 일으키기 쉽게 되어 버린다.

따라서, 본 실시예의 볼 엔드밀(1)은 제3 곡률반경(R3)이 외경(D)에 대하여 0.45D 이하로 되어 제3 날부(6a3 - 6c3)에 따른 접선의 방향을 여러 방향으로 변화시켜서 절삭저항(절삭토크)의 방향을 분산시킴으로써 볼 엔드밀(1)의 진동을 억제할 수가 있다. 즉, 본 실시예에서는 제3 곡률반경(R3)가 외경(D, D=12mm)에 대해 4.8mm(R3=0.40D)로 되도록 구성되고, 제3 날부(6a3 - 6c3)의 각각의 제3 곡률반경(R3)이 전부 동일한 곡률반경으로 구성되어 있다.

다음, 상기와 같이 구성된 볼 엔드밀(1)을 사용하여 행한 절삭시험에 대하여 설명한다. 도3(a) 및 도3(b)은 절삭시험에 사용된 피삭재(20)의 측면도로서, 피삭재(20)의 폭방향(도3의 우측방향)의 도시가 생략되어 있다.

절삭시험에서는, 볼 엔드밀(1)을 피삭재(20)에 형성되어 있는 피절삭면(20a)과 수직하게 대향시켜서 그 볼 엔드밀(1)을 축선(O)을 중심으로 회전구동시킴에 있어서 소정의 절삭조건[축선(O) 방향의 절입깊이(aa)]로 축선(O)과 직교하는 방향으로 이동시킴으로서 절삭중의 볼 엔드밀(1)에 발생하는 진동(절삭저항)을 측정하였다. 한편, 절삭시험은 후술하는 바의 서로 다른 2가지 제원(이하, 각각 "절삭시험1" 및 "절삭시험2"라 칭함)에 의해서 수행하였다.

절삭시험1의 상세한 제원은, 피삭재(20): JIS-S50C, 절삭유: 미사용(에어 블로우에 의한 건식절삭), 사용기계: 수평 머시닝센터, 주축 회전속도: 4000 rpm, 테이블 이송속도: 1000mm/min, 축선(O) 방향의 절입깊이(aa): 0.5mm 이었다.

절삭시험2의 상세한 제원은, 상기 절삭시험1과 주요 제원이 동일하되 본 실시예에 따른 볼 엔드밀(1)의 제2 날부(6a2 - 6c2)와 제3 날부(6a3 - 6c3)만이 피삭제면(20a)에 접촉하도록 축선(O)방향 절입깊이(aa)를 설정하였다.[도3(b)참조]

또한, 절삭시험에서는, 본 실시예에서 설명한 볼 엔드밀(1)(이하, "본 발명품"이라 칭함)과 볼 날의 곡률반경이 볼 날의 내주부로부터 외주부에 걸쳐서 일정하게 형성되어 있는 볼 엔드밀(이하, "종래품"이라 칭함)과를 사용하여 행하였다. 즉, 본 발명품 및 종래품은 모두 동일한 공구재료(초경합금)로 구성됨과 아울러 그러한 볼 날의 날 수가 3매로 구성되어 있다. 또한 종래품은 볼 엔드밀의 축선방향의 선단부에 위치하는 볼 날의 곡률반경이 14.4mm [본 발명품에 따른 제3 날부(6a3 - 6c3)의 제3 곡률반경(R3) 대비 3배]로 형성되어 있으며, 3매의 절삭날에 대해 그 곡률반경이 전부 동일한 곡률반경으로 구성되어 있다.

절삭시험1의 결과에 의하면, 종래품은 절삭저항(절삭토크)의 방향이 볼 엔드밀의 직경방향에 대해 일정한 방향으로 집중되어 있기 때문에 볼 엔드밀이 진동을 초래하기 쉬웠다. 구체적으로는, 절삭시간을 10초간으로 한 경우의 절삭토크의 평균치는 180Nm로 되었고, 그 절삭토크의 진폭은 150Nm(진폭의 최대치는 230Nm)로 되었다.

한편, 본 발명품은 절삭저항(절삭토크)의 방향을 볼 엔드밀(1)의 직경방향에 대하여 여러 방향으로 분산시키는 것이 가능하기 때문에 종래품에 비해서 볼 엔드밀(1)의 진동을 억제하는 것이 가능한 것으로 판명되었다. 구체적으로는, 절삭시간을 10초간으로 한 경우의 절삭토크 평균치가 140Nm로 되고, 그 절삭토크의 진폭은 70Nm(진폭의 최대치는 100Nm)로 되었다.

절삭시험2의 결과에 의하면, 종래품은 볼 날의 외주부에서 절삭저항(절삭토크)의 방향이 볼 엔드밀의 직경방향에 대해 변화하지 않기 때문에 볼 엔드밀이 진동을 초래하기 쉬웠다. 구체적으로는, 절삭시간을 5초간으로 한 경우의 절삭토크의 평균치는 380Nm로 되었고, 그 절삭토크의 진폭은 220Nm(진폭의 최대치는 500Nm)로 되었다.

한편, 본 발명품은 절삭저항(절삭토크)의 방향이 제2 날부(6a2 -6c2)와 제3 날부(6a3 - 6c3)로 변화하기 때문에 종래품에 비해서 볼 엔드밀(1)의 진동을 억제하는 것이 가능한 것으로 판명되었다. 구체적으로는, 절삭시간을 5초간으로 한 경우의 절삭토크 평균치가 290Nm로 되고, 그 절삭토크의 진폭은 100Nm(진폭의 최대치는 150Nm)로 되었다.

이상에서 설명한 바와 같이, 볼 엔드밀(1)은 볼 날(6a - 6c)에 제1 날부(6a1 - 6c1)와 제2 날부(6a2 - 6c2) 및 제3 날부(6a3 - 6c3)를 구비하고, 제1 곡률반경(R1)과 제2 곡률반경(R2) 및 제3 곡률반경(R3)이 상이한 곡률반경으로 되도록 구성되어 있기 때문에[단, 본 실시예에서 제2 날부(6a2 - 6c2)는 직선상으로 형성되어 있다)], 피삭재(20)로부터 받는 볼 엔드밀(1)의 직경방향에 대한 절삭저항(절삭토크)의 방향을 제1 날부(6a1 - 6c1)와 제2 날부(6a2 - 6c2) 및 제3 날부(6a3 - 6c3)로 변화시켜서[도2(b) 참조] 볼 엔드밀(1)의 진동을 억제할 수가 있다.

다시 말하면, 볼 엔드밀(1)이 피삭재(20)로부터 받는 절삭저항(절삭토크)의 방향은, 그 볼 엔드밀(1)의 볼 날(6a - 6c)에 따른 방향, 즉 볼 날(6a - 6c)을 형성하는 원호의 접선방향으로 되기 때문에 종래의 볼 엔드밀과 같이 곡률반경이 볼 날(6a - 6c)의 내주부로부터 외주부에 걸쳐서 일정하게 형성되는 있는 경우에는 볼 날(6a - 6c)의 내주부와 외주부에서 절삭저항(절삭토크)의 방향이 거의 변화하지 않아서 볼 엔드밀(1)이 진동을 초래하기 쉬웠다.

이에 따라, 본 실시예의 볼 엔드밀(1)에서는 상기한 바와 같이 피삭재(20)로부터 받는 절삭저항(절삭토크)의 방향을 제1 날부(6a1 - 6c1)와 제2 날부(6a2 - 6c2) 및 제3 날부(6a3 - 6c3)의 각기 다른 방향으로 분산시킬 수가 있기 때문에 볼 엔드밀(1)의 진동을 억제할 수 있다. 그 결과, 이송속도를 고속화하거나 절입깊이를 증대하는 것이 가능하여 절삭효율의 향상을 도모할 수 있다.

그리고, 본 실시예에 따른 볼 엔드밀(1)은 볼 날(6a - 6c)에 제1 날부(6a1 - 6c1)와 제2 날부(6a2 - 6c2) 및 제3 날부(6a3 - 6c3)를 구비하고, 제1 곡률반경(R1)이 외경(D)에 대하여 0.025D 이상 0.10D 이하의 범위로 되도록 구성되어 있기 때문에 종래의 볼 엔드밀에 비교하여 제1 곡률반경(R1)과 제2 곡률반경(R2) 및 제3 곡률반경(R3)을 각각 적은 곡률반경으로 구성할 수 있어서 그만큼 볼 날(6a - 6c)의 길이를 길게 할 수가 있다. 그에 따라 피삭재면(20a)과 볼 날(6a - 6c)이 접촉하는 시간이 길어지게 되어 충격하중을 저감하는 것이 가능하기 때문에 볼 엔드밀(1)의 진동을 억제할 수 있게 된다.

또한, 본 실시예의 볼 엔드밀(1)은 상기한 바와 같이, 볼 날(6a - 6c)의 길이를 길게 하는 것이 가능하기 때문에 피삭재면(20a)과 볼 날(6a - 6c)이 접촉하는 면적이 확대되어 절삭성능을 높일 수 있다. 그 결과로 이송속도의 고속화 및 절입깊이의 증대를 가능하게 하여 그만큼 절삭효율의 향상을 도모할 수 있다.

이에 더하여, 본 실시예의 볼 엔드밀(1)은 제2 날부(6a2 - 6c2)가 제1 날부(6a1 - 6c1)와 동일하게 볼 엔드밀(1)의 회전방향으로 돌출되는 원호상으로 형성되어[단, 본 실시예에서 제2 날부(6a2 - 6c2)는 직선상으로 형성되어 있다.] 제1 날부(6a1 - 6c1)의 종단(접속부 P)에 접속되어 있기 때문에 절삭칩이 볼 날(6a - 6c)을 타고 원활하게 배출되는 것이 가능하다. 즉, 절삭칩의 배출성능을 향상시킬 수 있다.

그리고, 본 실시예의 볼 엔드밀(1)은 제2 날부(6a2 - 6c2)와 제3 날부(6a3 - 6c3)를 구비하고, 제2 곡률반경(R2)과 제3 곡률반경(R3)가 각기 상이한 곡귤반경이 되도록 구성되어 있기 때문에[단, 본 실시예에서 제2 날부(6a2 - 6c2)는 직선상으로 형성되어 있다], 볼 날(6a -6c)의 외주부에서 피삭재(20)를 절삭하는 경우에 그와 같은 제2 날부(6a2 - 6c2)와 제3 날부(6a3 - 6c3)가 피삭재면(20a)에 접촉하여 피삭재(20)로부터 받는 볼 엔드밀(1)의 직경방향에 대한 절삭저항(절삭토크)의 방향을 제2 날부(6a2 - 6c2)와 제3 날부(6a3 - 6c3)로 변화시켜서 볼 엔드밀(1)의 진동을 억제할 수가 있다.

이상 실시예에 기초하여 본 발명을 설명하였는바, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것이 아니라 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 개량변형 가능한 것임은 통상의 기술자에게 자명하다 할 것이다.

예를 들면, 본 실시예는, 볼 엔드밀(1)이 3매의 절삭날을 구비한 3매 날로 구성되어 있는바, 반드시 이에 한정됨이 없이 볼 엔드밀(1)을 일예로 2매 날, 혹은 4매 날 이상의 것으로 구성하여도 무방하다. 이러한 경우에도 상기의 실시예와 마찬가지로 피삭재(20)로부터 받는 절삭저항(절삭토크)의 방향을 볼 엔드밀(1)의 직경방향에 대하여 여러 방향으로 분산시켜서 볼 엔드밀(1)의 진동을 억제하는 것이 가능하다.

또한, 본 실시예에서는 제1 곡률반경(R1)과 제3 곡률반경(R3)이 전부 제1 날부(6a1 - 6c1) 및 제3 날부(6a3 - 6c3)에 있어서 동일한 곡률반경으로 구성되어 있으나, 각 제1 날부(6a1 - 6c1) 및 제3 날부(6a3 - 6c3)에서 각각 상이한 곡률반경으로 구성하여도 무방하다.

그리고 본 실시예에서는 제2 날부(6a2 - 6c2)가 직선상으로 구성되어 있으나, 볼 엔드밀(1)의 회전방향[도2(a)의 반시계방향]으로 돌출되는 제2 곡률반경(R2)를 갖는 원호상으로 형성하여도 무방하다.

Claims (2)

1. 축선을 회전축으로 하여 회전되는 원주상의 공구 본체와, 상기 공구 본체의 선단측에 형성됨과 아울러 회전궤적이 반구상으로 되는 볼 날을 구비하는 볼 엔드밀에 있어서,

   상기 볼 날은 상기 축선을 시작단으로 해서 형성되는 제1 날부와, 상기 제1 날부의 종단에 접속되고 상기 제1 날부의 종단을 시작단으로 해서 형성되는 제2 날부 및 상기 제2 날부의 종단에 접속되고 상기 제2 날부의 종단을 시작단으로 해서 형성되는 제3 날부를 구비하고,

   상기 제1 날부는, 상기 축선의 선단부에서 볼 때 상기 공구 본체의 회전방향으로 돌출되는 제1 곡률반경을 갖는 원호상으로 형성되고, 상기 제1 곡률반경이 외경(D)에 대해 0.025D 이상 0.10D 이하의 범위로 구성되며,

   상기 제2 날부는 상기 축선의 선단부에서 볼 때 상기 공구 본체의 회전방향으로 돌출되는 제2 곡률반경을 갖는 원호상이나 직선상으로 형성되고, 상기 제2 날부가 원호상으로 형성되는 경우에 상기 제2 곡률반경은 상기 제1 곡률반경 보다도 큰 곡률반경으로 되도록 구성되며,

   상기 제3 날부는 상기 축선의 선단부에서 볼 때 상기 공구 본체의 회전방향으로 돌출되는 제3 곡률반경을 갖는 원호상으로 형성되고, 상기 제2 날부가 상기 제2 곡률반경을 갖는 원호상으로 형성되는 경우에 상기 제3 곡률반경은 상기 제2 곡률반경 보다도 적은 곡률반경으로 되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 볼 엔드밀.
2. 제1 항에 있어서, 상기 제1 날부는 상기 축선에서 볼 때 원주각이 60°

   이상 120°이하의 범위로 되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 볼 엔드밀.