KR101203783B1 - 회전방지 공구홀더 및 절삭 인서트 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하나이상의 인서트 포켓(insert pocket, 13)을 가지는 절삭 공구홀더(cutting tool holder, 10)의 실시예에 관한 것으로서, 하나이상의 인서트 포켓(insert pocket)은 측면 표면(side surface, 15)와 그리고 상기 측면 표면으로부터 돌출하는 하나이상의 회전방지 멈춤부(anti-rotation stop, 16)를 포함한다. 회전방지 멈춤부(anti-rotation stop)는 두개이상의 실질적으로 편평한 표면(planar surface)을 포함할 수도 있다. 특정한 실시예에 있어서, 절삭 공구 홀더(cutting tool holder)는 바닥표면(bottom surface)과 사기 바닥표면으로부터 실질적으로 수직하는 세 개의 편평한 표면을 가지는 회전방지 멈춤부(anti-rotation stop)를 포함하는 포켓(pocket)을 가질 수도 있다. 회전방지 멈춤부(anti-rotation stop)는 공구 홀더에 일체로 될 수도 있거나 또는 분리되게 생산되어지고, 공구홀더에 영구적으로 또는 임시적으로 부착되어질 수도 있다. 본 발명의 실시예들은 기계가공 적용(machining applicatin)에 의해서 요구되어지는 부가적인 회전방지 멈춤부(anti-rotation stop)을 추가로 포함할 수도 있다. 일 실시예에 있어서, 절삭 공구 홀더는 공구 홀더 내의 인서트 포켓(insert pocket)과 인서트 포켓의 하나이상의 측면 벽과 바닥표면으로부터 돌출하는 하나이상의 회전방지 멈춤부(anti-rotation stop)를 포함하며, 회전방지 멈춤부(anti-rotation stop)는 두개이상의 편평한 표면을 포함하는 것을 특징으로 한다. 절삭 인서트(cutting insert, 12)는 공구 홀더 내에 결속되어지고, 절삭 인서트는 회전방지 멈춤부(anti-rotation stop)의 형상에 비-상보적인(non-complementary)인 형상을 가지는 리세스(recess, 17)를 가지며, 텅스텐 기반 카바이드(tungsten based carbide) 또는 서멧(cermet)으로부터 만들어질 수도 있다.

Description

회전방지 공구홀더 및 절삭 인서트{ANTIROTATION TOOL HOLDER AND CUTTING INSERT}

본 발명은 재료 절삭공구(cutting tool)에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 공구홀더(tool holder) 및 절삭 인서트(cutting insert)에 관한 것이다. 본 발명의 공구홀더 및 절삭 인서트는 공구 홀더의 인서트 포켓(insert pocket) 내에 설치되어지면서도 인서트의 회전을 방지하는 회전방지 멈춤부(anti-rotation stop)를 포함한다.

초기의 카바이드 절삭공구(carbide cutting tool)는 일반적으로 강철 홀더(steel holder)에 브레이즈(brazed)된 카바이드 블랭크(carbide blank)이었다. 상기 블랭크(blank)는 그라인딩(grinding)에 의해서 다시 깎아지게 된다(resharpen). 여유각도(clearance angle), 절삭 포인트 반경(cutting point radii) 그리고 다른 특성들은, 특별한 절삭 작업에 맞추어지도록 공구(tool) 속으로 그라운드(ground)되어질 수 있다. 비록 상기 초기의 카바이드 절삭공구(carbide cutting tool)는 이전의 공구에 비해서 현저한 생산성 증가(productivity increase)를 제공하지만, 특 별한 단점이 명백하게 된다. 무뎌진 공구(dulled tool)를 깎도록 하는 리-그라인딩(regrinding)하는 것은 절삭 인서트(cutting insert)의 크기와 형태를 변경하게 된다. 이러한 것은 공구가 더 작은 크기의 공구를 위하여 보상되어지도록 깎여질 때마다, 절삭공구와 공작물(workpiece) 사이의 관계를 조정하는 것을 필요로 한다.

또한, 카바이드 인서트(carbide insert)와 홀더(holder) 사이의 브레이즈된 연결(brazed connection)은 제한된 범위의 작업 온도(operation temperature)에만 견딜 수 있고, 따라서 카바이드 공구(carbide tool)를 위한 잠재적인 적용분야의 개수를 감소시키게 된다. 또한, 코팅된 표면을 가지는 카바이드 인서트(carbide insert)는 다시 깎여질 수 없고 교체되어져야만 한다.

현재, 교체가능한 인덱스블 인서트(indexable insert)는 더욱 널리 사용되어진다. 카바이드 인서트가 브레이징(brazing) 보다는 클램핑(clamping)에 의해 공구 내에 결속되어지는 점을 제외하고는, 인덱스블 인서트는 브레이즈된 공구(brazed tool)와 닮았다. 절삭 에지(cutting edge)가 무뎌지면, 추가적인 절삭을 위한 새로운 예리한 에지를 제공하도록 인서트는 제거되어지고, 회전되어지고, 교체되어질 수도 있다. 이러한 것은 교환(change) 사이에서 절삭 작업의 재조정(readjustment)의 필요성을 없앤다. 일반적으로, 인덱스블 절삭 인서트(indexable cutting insert)는 인서트 내의 원뿔형 구멍(conical hole)과 맞추어지는 테이퍼된 헤드(tapered head)를 가진 스크류(screw)에 의해서 제 위치에 고정되어지고, 따라서 공구 홀더 내에 인서트를 안전하게 고정한다. 인서트의 상부(top) 상의 클램프(clamp)는, 절삭 인서트를 공구 홀더에 추가적으로 결속하도록 스크류(screw)와 관련하여 사용되어질 수도 있다.

인덱스블 인서트(indexable insert)의 주된 장점은 교체의 용이함과 일관성(consistency)이다. 인덱스(index)로부터 인덱스로의 절삭 에지의 포지셔닝(positioning)의 일관성은 기계공구의 셋업을 단순하게 하고, 더욱 균일한 제품을 보장하는데 도움이 된다.

그러나, 금속 기계가공(metal machining), 특히 밀링 작업(milling operation)에 있어서 공구 홀더 내의 원형의 인서트를 사용하는 것은 다수의 문제점이 있을 수도 있다. 원형 인서트(round insert)로써 기계가공(machining)하는 전형적인 문제점은, 정사각형 또는 다이아몬드형 인서트와 비교하여 부정확한 인덱싱 메커니즘(indexing mechanism)과, 그리고 다른 이유도 있지만 인덱싱(indexing)을 위하여 유용한 직선 에지(straight edge)가 없고, 절삭 에지 치핑(chipping)이 절삭공구 홀더의 포켓 내의 원형 인서트(round shape insert)의 회전으로부터 기인할 수도 있는 원형 인서트의 불안정한 클램핑 및 포지셔닝(position)으로 인하여, 기계가공 작업에서 일관성없는 인서트 수명(insert life)을 포함하는 것이다.

공구 홀더 내의 원형 인서트로써 금속을 기계가공(machining)하는데의 상기 문제점들을 극복하고자 하는 시도로서, 여러가지 공구 홀더와 원형의 절삭 인서트(round cutting insert)는 회전방지 메커니즘(anti-rotation mechanism)을 포함하고 있다. 예를 들어, 미국특허 제 5,658,100 호는 밀링 커터(milling cutter)의 포켓 내에 원형의 인서트를 결속하는 메커니즘을 기술하고 있는데, 여기서 다수의 오목부(depression)는 원형 인서트의 상부표면(top surface) 상에 구성되어지는 것을 특징으로 한다. 이때 인서트는 밀링 커터의 포켓 내의 원형 인서트가 회전하는 것을 방지하도록, 밀링커터 몸체부 상에서 지지되어진 클램핑 클로우(clamping claw)에 의해서 공구홀더 내에서 결속되어진다. 그러나, 미국 특허 제 5,658,100 호에서 개시된 클램핑 클로우(clamping claw)는 절삭 인서트의 상부면(top face)과 결속되어지기 때문에, 칩 컨트롤 기하(chip control geometry)는 작동시에 인서트의 칩 형성(chip formation)을 제어하고 회전을 방지하는 상충하는 기능을 수행하여야만 한다.

미국특허 제 6,053,671 호에서는, 인서트의 에지 표면(edge surface)이 스텝(step)에 의해서 분리되어진 두 부분으로 구성되어지도록 하는 방법으로 원형 인서트(round shape insert)가 제작되어진다. 상부 부위(upper portion)는 일반적인 원형 절삭표면(round cutting surface)으로서 기능하는 원뿔형 원뿔대(conical frustum)이고, 하부 부위(lower portion)는 포켓의 하부벽과의 경계면 접촉(interface contact)을 형성하는 다각형 형상으로 되며, 따라서 포켓에 대해서 원형 인서트의 회전을 방지하게 된다.

미국특허 제 5,346,336 호에서는, 다각형 패턴(polygonal pattern)의 파세트(facet)를 포함하는 다른 절삭 인서트가 개시되어진다. 다각형 패턴은 원형 인서트의 원을 이루는 측면 표면 둘레에서 위치되어지고, 포켓의 보완적인 형상의 다각형 패턴이 제공되어진다. 원형 인서트(round shape insert)상의 다각형 파세트(polygonal facet)는 밀링커터 몸체부의 대응되는 포켓 상의 보완적인 다각형 벽(complementary polygonal wall)과 상호작용하며, 따라서 포켓 내의 원형의 인서트가 회전하는 것을 방지한다.

미국특허 제 6,053,671 호 및 제 5,346,336 호는 기본적으로 디자인이 유사한데, 즉 원형 인서트 상의 다각형 파세트는 밀링 커터 몸체부(milling cutter body) 상의 수용 포켓(receiving pocket) 내의 보완적인 형상의 다각형 벽과 상호작용한다. 경질 카바이드 재료 인서트(hard carbide material insert) 상의 다각형 패턴에 의해서 형성되어진 완전한 반경의 에지는, 기계가공 작업 동안 상대적으로 유연한 강철 재료의 포켓을 천천히 절삭하도록 한다. 또한, 상기 인서트의 다각형 패턴 기반 디자인에 의해 제공되어진 제한된 접촉은, 인서트 파세트(insert facet)의 에지와 포켓의 편평한 벽(flat wall) 사이에 원-포인트 접촉(one-point contact)의 결과로 될 수도 있고, 이는 시간이 경과될 때 인서트의 국부적인 치핑(chipping) 또는 크랙킹(cracking)의 결과가 될 수 있다.

미국특허 제 6,238,133 호에서는 인서트와 공구홀더가 개시되어지는데, 여기서는 다수의 곡선 및 기울어진 3차원적 표면들은 밀링 커터 몸체부의 인서트 수용 포켓 내의 또한 3차원적인 보완적인 곡선의 표면과 상호작용하는 원형 인서트의 측면 벽 둘레에서 세워지며, 따라서 밀링 커터 상의 포켓 내에 원형 인서트를 위한 회전방지 메커니즘(anti-rotation mechanism)을 제공하도록 한다.

미국특허 제 6,238,133 호는 원형 인서트(round shape insert)의 측면 벽 둘레의 곡선의 멈춤 표면(curved stop surface)과 커터 몸체부의 포켓 내의 적어도 하나이상의 보완적인 회전방지 곡선의 표면을 사용하는 메커니즘을 제공한다. 곡선의 표면들 모두는 부분적인 반경의 곡선에 의해서 한정되어져서, 경계면(interface)이 넓은(broad)/선-타입 접촉 또는 이중의 볼록, 렌즈모양의 접촉 중 하나의 형태로 될 수 있도록 한다. 이러한 것은 대체로 경질 카바이드 인서트(hard carbide insert)와 강철 커터 몸체부 상의 상대적으로 유연한 포켓 사이의 접촉 경계면을 약화시키는 인서트 상의 어떠한 예리한 가장지라도 없기 때문이다.

미국특허 제 6,238,133 호에서 개시되어진 메커니즘에는 여러 가지 단점과 제한이 있는데, 이러한 단점들은 주로 포켓 내의 곡선이고 기울어진 3차원적 표면의 복잡성 때문이다. 특히, 첫째로 보완적인 형상(complementarily-shaped)의 기울어진 기하(oblique geometry)는, 인서트와 포켓 사이의 접촉 경계면(contact interface)에서 요구되는 기능성을 유지하는데 필요한 기하학적 및 치수적 정확성을 보장하도록, 인서트와 그리고 상응하는 포켓의 기계가공(machining)에 있어서 복잡한 기계가공 절차를 필요로 할 수 있기 때문이다. 둘째로, 곡선이고 기울어진 3차원적 표면은 포켓 축(pocket axis)을 따르는 축방향 기계가공 방법(axial machining method)으로 포켓을 위한 제작방법을 제한한다. 셋째로, 공구 홀더의 복잡한 기하의 제작상의 제한의 결과로서, 포켓의 개수를 추가적으로 제한하게 되고, 따라서 밀링 커터(milling cutter)에 있어서 톱니부(teeth)의 개수를 제한하게 된다.

밀링 커터 상의 톱니부(teeth)의 개수는 밀링 작업의 절삭 효율에 영향을 미치는 중요한 매개변수이다. 밀링커터는 공작물과 연속적인 접촉을 보장하도록 하는 충분한 톱니부를 가져야만 한다. 만일 밀링 커터가 너무 적은 개수의 톱니부를 가진다면, 하나의 톱니부는 다음의 톱니부가 공작물과 결속하기 이전에 공작물과의 접촉을 잃게 될 것이다. 이러한 것은 저속한 마감(poor finishing)과 치수상의 부정확(dimensional inaccuracy) 및 과도한 공구의 마모(wear)의 결과를 일으키는 진동(vibration) 및 딱딱거리는 소리(chatter)로 된다. 표면 마감의 품질은 더욱 많은 톱니부를 가지는 밀링 커터를 사용하면 일반적으로 좋아진다.

비록 상기에서 언급된 모든 메커니즘은 밀링 커터 몸체부 상에 대응되는 포켓 내의 원형 인서트의 바람직하지 않은 회전을 방지하는 실현가능한 수단을 제공 하고 있지만, 기술된 모든 메커니즘은 일정한 단점을 가지고 있다.

따라서, 인서트 포켓 내의 원형 인서트(round shape insert)의 회전을 방지하도록 효과적으로 기능할 뿐만 아니라 제작하기에 용이하고 안정적이고 안전한 포지셔닝(positioning)을 위하여 필요한 정확성을 제공하는 공구 홀더와 인덱스블 절삭 인서트(indexable cutting insert)를 위한 필요성이 존재한다. 또한, 예를 들어 텅스텐 기반 카바이드(tungsten based carbide) 또는 서멧(cermet)으로부터 만들어진 절삭 인서트(cutting insert)와 커터 몸체부 상의 톱니부의 개수를 증가시킬 수 있도록 하는 공구 홀더의 조합과 같은, 인덱스블 절삭 인서트의 필요성이 또한 존재한다.

본 발명은 적어도 하나이상의 인서트 포켓(insert pocket)을 가지는 절삭 공구 홀더(cutting tool holder)의 실시예에 관한 것이며, 적어도 하나이상의 인서트 포켓은 측면 표면(side surface)과 그리고 측면 표면으로부터 돌출하는 적어도 하나이상의 회전방지 멈춤부(anti-rotation stop)를 포함한다. 회전방지 멈추부(antirotation stop)는 적어도 두개이상의 편평한 표면(planar surface)을 포함할 수도 있다. 어떤 실시예에 있어서, 절삭공구 홀더(cutting tool holder)는, 바닥 표면(bottom surface)과 상기 바닥 표면에 실질적으로 수직한 3개의 편평한 표면을 가지는 회전방지 멈추부를 포함하는 포켓(pocket)을 가질 수도 있다.

회전방지 멈춤부는 공구홀더에 일체로 되어질 수도 있거나, 또는 분리되게 생산되어지고, 영구적으로 또는 일시적으로 공구홀더에 부착되어질 수도 있다. 만일 기계가공(machining) 적용분야에 의해서 필요로 되어진다면, 부가적인 회전방지 멈춤부를 추가적으로 포함할 수도 있다.

일 실시예에 있어서, 절삭 공구 홀더는 공구 홀더 내의 인서트 포켓(insert pocket)과 그리고 인서트 포켓의 적어도 하나이상의 측면 벽(side wall)과 바닥표면(bottom surface)으로부터 돌출하는 적어도 하나이상의 회전방지 멈춤부(antirotation stop)를 포함하는데, 여기서 회전방지 멈춤부는 적어도 두개이상의 편평한 표면(planar surface)을 포함하는 것을 특징으로 한다. 텅스텐 기반 카바이드(tungsten based carbide) 또는 서멧(cermet)으로 만들어진 절삭 인서트는 공구 홀더 내에 결속(secure)되어질 수도 있는데, 여기서 절삭 인서트는 회전방지 멈춤부의 형상에 비-상보적(non-complementary) 형상을 가지는 리세스(recess)를 가진다.

절삭 인서트(cutting insert)는 접선 기계가공 방법(tangential machining method)을 이용하여 제작되어질 수도 있다. 상기 방법은 공구 홀더 내의 적어도 하나이상의 회전방지 멈춤부(antirotation stop)와 인서트 포켓을 접선적으로(tangentially) 기계가공하는 것을 포함하는데, 여기서 회전방지 멈춤부는 적어도 두개이상의 편평한 표면을 포함한다. 상기 방법은 볼 밀(ball mill)로써 포켓의 상부표면(top surface)을 밀링(milling)하는 것을 추가적으로 포함할 수도 있다. 접선 방법(tangential method)은 축방향 기계가공 방법(axial machining method) 보다 공구홀더의 직경마다 더 많은 포켓을 형성하도록 한다.

도 1은 적어도 두개이상의 편평한 표면(planar surface)을 가지는 회전방지 멈춤부(anti-rotation stop)를 일체적으로 포함한 여섯 개의 포켓(pocket)을 가지는 밀링 커터(milling cutter)로서의 공구 홀더의 실시예에 대한 사시도

도 2A, 2B 및 2C는 도 1의 공구홀더와 양립가능한 원형의 절삭 인서트(cutting insert)의 사시도로서, 상기 인서트는 공구 홀더의 인서트를 인덱싱(indexing)하기 위한 여덟 개의 리세스(recess)를 가진다.

도 4은 도 1의 공구 홀더의 하나의 포켓에 대한 확대된 모습

도 4A, 4B, 4C, 4D, 4E, 4F, 4G 및 4H는 본 발명의 회전방지 멈춤부(antirotation stop)의 다른 실시예의 사시도 및 단면도

도 5는 공구 홀더의 실시예 내에 결속되어진 인서트의 단면도

도 6A 및 도 6B는 포켓을 생산하도록 사용되어진 접선 제작방법(tangential manufacturing method)의 실시예를 도시하는 공구 홀더의 실시예의 평면도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 커터 공구(cutter tool) 12 : 절삭 인서트(cutting insert)

13 : 포켓(pocket) 14 : 바닥표면(bottom surface)

15 : 측면벽(side wall) 16 : 회전방지 멈춤부(anti-rotation stop)

17 : 리세스(recess) 18 : 스크류(screw)

공구 홀더(tool holder)의 실시예들은 적어도 하나이상의 인서트 포켓(insert pocket)을 포함한다. 각각의 인서트 포켓은 바닥표면(bottom surface)과 측면표면(side surface), 그리고 상기 바닥표면으로부터 돌출하는 적어도 하나이상의 회전방지 멈춤부(antirotation stop)를 포함하는데, 여기서 상기 회전방지 멈춤부는 적어도 두개이상의 편평한 표면(planar surface)을 포함하는 것을 특징으로 한다. 비록 제한되는 것은 아니지만, 공구홀더는 밀링(milling), 터닝(turning), 보링(boring), 플래닝(planing), 세이핑(shaping) 및 리밍(reaming)과 같은 어떠한 기계가공 작업을 위하여도 사용되어질 수도 있다.

도 1에서 도시되어진 바와 같이, 공구홀더의 실시예는 인덱스블 절삭 인서트(indexable cutting insert)를 위한 밀링 커터 공구(milling cutter tool, 10)가 될 수도 있다. 도 1의 공구 홀더의 실시예는 6개의 인덱스블 원형의 절삭 인서트(cutting insert, 12)를 수용하기 위한 6개의 포켓(pocket, 14)을 가지는 공구 몸체부(tool body, 11)를 포함한다. 상기 원형(round shaped)의 절삭 인서트(cutting insert, 12)는 포켓(pocket, 13) 내에 결속되어질 수도 있다. 공구홀더의 이러한 실시예의 포켓(pocket, 13)은 바닥표면(bottom surface, 14)과 측면벽(side wall, 15)을 포함한다. 회전방지 멈춤부(anti-rotation stop, 16)는 측면벽(15)으로부터 돌출한다. 절삭 인서트가 스크류(screw, 18)에 의해서 공구홀더(10)로 결속되어진 이후에, 회전방지 멈춤부(16)는 절삭 인서트(12)의 회전을 방지하는 인덱스블 절삭 인서트(indexable cutting insert, 12) 내의 리세스(recess, 17) 속으로 적어도 일부분이상이 뻗어진다.

공구 몸체부(tool body, 12)는 기계류(machinery), 기계류 구성부품(machinery component), 구조적 형상(structural shape), 공구(tool), 기구(instrument) 및 다른 아이템의 제작에서 사용되어지는 금속, 합금(alloy), 플라스틱 또는 세락믹과 같은 어떠한 적절한 엔지니어링 재료로부터 형성되어질 수도 있다. 이들의 경도(hardness), 강도(strength), 절삭성(machinability), 치수적 안정성(dimensional stability), 난연성(nonflammability) 및 부식(corrosion), 산(acid), 용매(solvent) 및 열에 대한 저항성 등은 상기 적절한 엔지니어링 재료의 속성(property)을 특성화할 수도 있다. 상기 적절한 엔지니어링 재료의 리스트의 하나의 실례는, 비록 제한되는 것은 아니지만, 알루미늄, 베릴륨(beryllium), 황동(brass), 동(bronze), 주철(cast iron), 구리(copper), 납(lead), 마그네슘(magnesium), 스틸(steel), 탄탈륨(tantalum), 아연(zinc), 지르코늄(zirconium)와 같은 함금 및 금속, 그리고 다양한 다른 상표 및 비상표적 합금과, 유리(glass) 및 자기(porcelain)와 같은 세라믹, 및 ABS 수지(ABS resin), 아세탈 수지(acetal resin), 아크릴 수지(acrylic resin), 불소수지(fluorocarbon polymer), 나일론(nylon), 페놀포름알데히드 수지(phenolformaldehyde resin), 폴리부틸렌 테레프탈레이트(polybutilene terephthalate), 폴리카보네이트(polycarbonate), 폴리에틸렌(polyethyelen), 폴리페닐렌 옥사이드(polyphenylene oxide), 폴리프로필렌(polypropylene), 폴리스틸렌(polystyrene), 폴리비닐크롤라이드(polyvinyl chloride), 보강플라스틱(reinforced plastic, FRP) 및 우레아포름알데히드 수지(ureaformaldehyde resin)와 같은 플라스틱을 포함한다.

본 발명의 공구홀더는 적어도 하나이상의 포켓(pocket)을 포함한다. 공구홀더 내의 포켓은 절삭 인서트(cutting insert)를 수용하도록 구성되어진다. 도 1에서 도시되어진 바와 같이 특정한 실시예에 있어서, 포켓(13)은 바닥표면(bottom surface, 14)과 측면벽(side wall, 15)을 가진다. 바닥표면(14)은 공구홀더 내에 있는 동안 절삭 인서트를 지지한다. 측면벽(side wall, 15)은 밀링(milling) 또는 다른 기계가공 작업 동안 인서트를 추가적으로 지지하도록 절삭 인서트에 결속되어질 수도 있다.

공구홀더(tool holder)의 실시예들은 회전방지 멈춤부(antirotation stop)를 추가적으로 포함한다. 회전방지 멈춤부는 공구홀더의 포켓(pocket) 내부에서 인서트(insert)의 회전을 방지한다. 적어도 하나이상의 리세스(recess)를 포함하는 절삭인서트(cutting insert)는, 절삭 인서트의 리세스 속으로 뻗어있는 회전방지 멈춤부(antirotation stop)로써 포켓 내에서 결속되어질 수도 있다. 도 2A, 2B 및 2C에서 도시되어진 바와 같이, 원형 인서트(round shape insert, 20)는 절삭 에지(cutting edge, 21), 측면벽(side wall, 22), 상부 칩 브레이커 지오메트리(top chip breaker geometry, 23), 바닥 면(bottom face, 24) 및 인서트(22)의 측면벽(22) 둘레의 다중 리세스된 표면(recessed surface, 25)을 포함한다. 인서트의 리세스된 표면(26)의 에지(27)는 반경(radius)을 형성하도록 평활하게 블렌드되어질 수도 있다. 일반적으로, 원형 인서트가 위치되어지고, 다음으로 밀링 공구홀더(milling tool holder) 상에 세워진 포켓(pocket) 속으로 결속되어진다. 도 1을 참조하라. 회전방지 멈춤부(antirotation step)는 공구 홀더 내의 적어도 하나이상의 인서트 포켓과 상응하게 된다. 따라서, 회전방지 멈춤부(antirotation step)는 인서트 포켓 내에 일체로 되어지거나 또는 인서트 그 자체 상에서 일체로 되어질 수도 있다. 회전방지 멈춤부(antirotation step)와 상응하는 리세스는 다른 인서트와 인서트 포켓 내에 일체로 되어진다.

실질적으로 편평한(planar)이라는 문구는 표면이 편평(flat)하거나 또는 같은 높이(level)라는 것을 나타낸다. 회전방지 멈춤부(antirotation step)의 표면들은, 만일 표면들이 포인트 접촉 또는 국부섹션 접촉에서 회전방지 멈춤부(antirotation step)와 리세스의 결속을 유지하는 방법으로 제작되어진다면, 실질적으로 편평하게 되는 것이 고려되어져야만 한다. 여기서 사용되어지는 바와 같이, 포인트 또는 포인트 접촉(point contact)은 국부화된 부위로 제한되어진 두개의 구성성분 사이의 접촉으로서 규정되어진다.

본 발명의 공구홀더는 리세스에 비교되는 보완적인 형상(complementarily shaped)의 회전방지 멈춤부를 필요로 하지 않는다. 이러한 비-보완적 요구는 포켓과 인서트가 보완적인 공구홀더와 인서트보다도 더욱 용이하게 제작되어지도록 하고, 더욱 정확하게 결속되어지도록 한다. 본 발명에서 제공되어진 포켓 내의 회전방지 멈춤부는, 최근 미국특허 제 6,238,133 호에서와 같은 종래기술의 비스듬하게 방향화된 3차원적 표면 보다는 적어도 2개 이상의 실질적으로 편평한 표면을 가진다. 따라서, 이는 축방향 방법(axial method) 보다는 접선 방법(tangential method)을 이용하여 포켓을 제작하는 것을 허용한다. 접선방법은 최근 미국특허 제 6,238,133 호에서 기술되어진 바와 같이 포켓(pocket)을 형성하는 방법에 있어서, 포켓의 축방향 (전통적인) 방향 보다는 포켓 바닥표면에 접하는 방향으로 포켓에 접근함에 의해서 절삭공구의 포켓을 형성하는 것과 관련된다.

도 3에서 도시되어진 다른 실시예에 있어서, 공구 홀더는 포켓(pocket, 33)을 포함하는데, 상기 포켓(33)은 포켓 하부벽(pocket lower wall, 32)과 상부벽(upper wall, 33)을 포함하는 측면벽(side wall, 31)과, 두개의 실질적으로 편평한 표면(planar surface, 35)을 가지는 회전방지 멈춤부(antirotation stop, 34)와, 중앙의 편평한 면(36)과 바닥표면(bottom surface, 37)을 포함한다. 상부벽(33)은 구부러지거나 또는 각지게 되거나 또는 이들의 조합으로 선택적으로 될 수도 있다. 이러한 실시예에서 두개의 편평한 표면(planar surface, 35)과 중앙의 편평한 면(planar face, 36)들은 포켓(33)의 바닥면(37)에 수직하고, 따라서 비-경사진 2차원적 기하의 형태로서 기술되어질 수도 있다. 또한, 각각의 포켓(33) 내의 세 개의 편평한 면과 연합되는 단 하나의 통합된 회전방지 멈춤부(antirotation stop)가 있기 때문에, 최대의 포지셔닝 정확성과 간단한 제작 공정 모두가 달성되어질 수도 있다.

절삭공정 동안 포켓(33)의 바닥표면(37)이 인서트를 지지(support)하는 동안, 도 2A 내지 2C에서 도시된 절삭 인서트(20)의 리세스의 에지(27) 또는 리세스된 표면(recessed surface, 26)은 인서트(20)의 회전을 방지하도록 회전방지 멈춤부(antirotation stop, 34)의 에지들(38) 중 하나에 의해서 접촉되어진다.

회전방지 멈춤부는 도 1 또는 도 3에서 도시되어진 형상으로 제한되어질 필요는 없다. 도 4A, 4B, 4C, 4D, 4E, 4F, 4G 및 4H를 참조하라. 회전방지 멈춤부는 적어도 두개 이상의 편평한 표면(planar surface)을 포함하며, 편평(planar)하거나 또는 편평하지 않게 될 수도 있는 추가적인 표면을 포함할 수도 있다. 도 4A 및 도 4B에서 도시되어진 실시예는, 세 개의 편평한 표면(121)과 그리고 네 번째의 곡선표면(122)을 포함하는 챔퍼(chamfer)를 가지는 회전방지 멈춤부(123)를 가진다. 도 4A 및 도 4B의 실시예의 세 개의 편평한 표면(planar surface)은 바닥표면(124)에 실질적으로 수직한다. 이러한 실시예에 있어서, 곡선표면인 챔퍼(chamfer, 122)는 원형의 단면(circular cross-section)을 가진다. 도 2B에서 도시되어진 바와 같이, 챔퍼(chamfer, 122)는 표준 볼노즈 엔드밀(standard ballnose endmill)로써 회전방지 멈춤부의 상부를 밀링(milling)함에 의해서 형성되어질 수도 있다. 도 6B를 참조하라. 챔퍼(chamfer)는, 공구홀더 내에서 결속되어질 때, 포켓의 적어도 일부분이상이 인서트를 지지하도록 하는 어떠한 형상으로도 될 수 있다. 예를 들어, 도 4C에서 도시되어진 바와 같이, 간단한 직선 챔퍼(chamfer)가 사용되어질 수도 있다. 도 4D에서 도시되어진 바와 같이, 회전방지 멈춤부(323)는 상부 에지의 챔퍼링(chamfering) 없이 네 개의 실질적으로 편평한 표면(321,324)을 가지며, 표면(321)은 바닥표면(324)에 실질적으로 수직하는 것을 특징으로 한다. 도 4E 및 도 4F의 공구홀더의 실시예들은 회전방지 멈춤부(antirotatin stop, 423,523)를 가지는데, 상기 회전방지 멈춤부(423,523)는 회전방지 멈춤부(23) 상의 바닥표면(424,524)에 실질적으로 수직한 단지 두개의 편평한 표면(421,521)을 포함한다. 챔퍼(422)는 도 4E의 실시예에서 포함되어진다.

도 4G의 공구홀더의 실시예는, 바닥표면(624)에 실질적으로 수직한 네 개의 편평한 표면(planar surface, 621)을 가지는 회전방지 멈춤부(623)를 포함한다. 그러나, 도 4H에서 공구홀더의 실시예는 바닥표면(724)에 수직한 두개의 편평한 표면(721)과, 그리고 바닥표면(724)에 역시 수직한 곡선표면(curved surface, 725)을 가지는 회전방지 멈춤부(723)를 포함한다. 공구홀더의 이러한 실시예들은 회전방지 멈춤부를 포함하는 다양한 공구홀더의 단순한 실례들이며, 여기서 도시된 각각의 실시예들의 특성과 본 명세서에 의해서 당업자들에 의해 용이하게 이해될 수 있는 다른 특성들을 결합할 수도 있는 본 발명의 실시예들을 제한하고자 하는 의도는 아니다.

본 발명의 실시예들은 공구홀더 내에 원형 인서트를 정확하고 안전하게 포지셔닝(positioning)하는 것을 허용한다. 정확하고 안전하게 위치된 인서트는 인서트 수명의 성능과 일관성을 개선할 수도 있다. 본 발명의 공구홀더는 다른 개수의 형상을 가진 절삭인서트로써 사용되어질 수도 있다. 회전방지 멈춤부과 결속되는 절삭 인서트 내의 리세스의 형상은 회전방지 멈추부의 형상에 보완적일 필요는 없다. 실제로, 어떠한 형태로 된 다중의 리세스된 표면을 포함하는 절삭 인서트가 사용되어질 수도 있다. 원형 인서트의 측면 벽 둘레의 간단한 구형 기하(spherical geometry)는 공구홀더로써 사용되어질 수도 있다.

인서트는 적어도 3개 이상의 주된 두개의 위치(location)에서 포켓과 접촉한다. 예를 들어, 도 5에서 도시되어진 바와 같이, 인서트(50)는 포켓(51) 내에 위치되어질 수도 있다. 인서트(50)의 바닥부는 포켓(51)의 바닥표면(52)과 접촉한다. 또한, 인서트(50)의 측면벽(53)의 상부부위는, 일반적으로 원형 인서트를 위한 접촉위치(contact location)인, 포켓(51)의 상부부위에서 (기계가공에서 표준 테이퍼된 엔드밀(end-mill)에 의해 형성되어진) 각을 이루거나 또는 (기계가공에서 표준 볼 밀(ball mill)에 의해서 형성되어진 구부러진 챔퍼(chamfer, 54)와 접촉한다. 또한, 도 5의 공구홀더의 실시예에서는, 인서트의 리세스된 표면(recessed surface, 58)과 도 3에서 도시된 포켓의 에지들(38)중 하나 사이에서, 포켓(51)과 인서트(50) 사이에 접촉(contact)이 있다. 에지(38)의 오목한 외형(concave profile)에서 접촉을 가지는 것의 장점은, 이러한 형태의 접촉이 기계가공 작업 동안 공구홀더와 인서트 사이의 슬라이딩에 대한 더 적은 경향과 더욱 안정성을 제공한다는 것이다. 상기 접촉의 결합된 효과는 포켓 내에서 인서트의 회전을 방지하는 더욱 효과적이고 안정적인 메커니즘을 제공한다. 에지(38)는 에지의 라운딩(rounding) 또는 챔퍼(chamfer)를 포함하도록 예리한 모서리로부터 수정되어질 수도 있다.

본 발명의 공구홀더의 실시예들은 인서트의 더욱 정확한 장착(seating)을 허용한다. 인서트의 리세스된 표면은 회전방지 멈춤부의 에지의 오목한 외형에서 포켓과 접촉하게 하고, 결국 안정적인 접촉이 된다. 일 실시예에 있어서, 회전방지 멈춤부의 상부의 에지는, 포켓 벽의 상부부위(upper portion)를 기계가공할 때 표준 볼 밀(ball mill)에 의해서 형성되어진 구형(sphere)과 적어도 두개이상의 실질적으로 편평한 표면 사이의 교차(intersection)의 결과이다.

공구홀더의 실시예들은 우수한 장점을 제공한다.

본 발명에 있어서, 인서트-수용-포켓 내의 회전방지 표면은, 미국특허 제6,238,133 호에서와 같은 경사진 3차원적 기하의 형태로 된 볼록한 표면(convex surface) 보다는, 비-경사진 2차원적 기하의 형태로 된 적어도 2개 이상의 실질적으로 편평한 표면으로 구성된다.

본 발명에 있어서, 미국특허 제 6,238,133 호에서의 보완적인 형상의 기하(complementarily shaped geometry) 보다는, 포켓과 인서트의 포지셔닝 기하(positioning geometry) 사이의 보완적인 관계가 필요하지 않다.

규칙적인 원형 인서트는 포켓 벽의 상부부위에서 접촉할 수도 있다. 회전방지 메커니즘을 가진 원형 인서트(round shape insert)를 위하여, 적어도 하나이상의 부가적인 접촉부를 가지는 것이 필요하다. 본 발명의 공구홀더의 실시예에 있어서, 인서트(insert)는 미국특허 제 6,238,133 호에서 기술된 공구인서트와 포켓의 선형 접촉(linear contact) 보다는, 포인트(point)에서 포켓 벽의 하부부위와 접촉하게 된다. 따라서 본 발명의 공구홀더는 더욱 안정적인 접촉을 주게 되고, 공구홀더 내의 인서트의 설치 일관성과 인-프로세스 성능(in-process performance)을 개선하게 된다. 특정한 실시예에 있어서, 상기에서 언급된 포인트 접촉(point contact)은 상부의 두개의 실질적은 편평한 표면에서 형성되어진 에지로부터 기인한다.

실질적으로 편평한 기하(planar geometry) 때문에, 본 발명은 축방향 또는 종래의 통상적인 방법 보다는 접선적 방법(tangential method)을 이용하여 포켓을 제작하는 것을 허용한다. 접선적 방법에 있어서, 절삭 공구는 미국특허 제 6,238,133 호에서와 같이 포켓 바닥면에 수직한 축방향 보다는 포켓 바닥면(bottom face)에 접하거나 평행한 방법으로 포켓에 접근하게 된다. 따라서 본 발명의 디자인은 제작을 더욱 용이하게 한다.

종래의 방법, 즉 축 방법(axial method)은 밀링 절삭공구(milling cutting tool)에서 포켓을 제작하기 위하여 일반적으로 사용되어지는 것으로 알려져 있다. 포켓을 제작하기 위하여 사용되어지는 공구(tool)는 포켓의 축(axis)에 평행한 방향으로 포켓에 접근하고 기계가공하며, 따라서 절삭공구를 위한 여유공간(clearance space)은 포켓 축을 따라서 제공되어져야만 한다. 이러한 관점에 있어서, 포켓을 제작하기 위한 축 방법(axial method)은 밀링 커터를 위하여 허용되는 직경마다 포켓의 개수, 또는 톱니부(teeth)의 개수를 제한하게 된다.

포켓을 제작하기 위한 접선방법(tangential method)은 더욱 유연하며, 일 실시예는 도 6A 및 도 6B에서 도시되어진다. 도 6A에서 도시되어진 바와 같이, 표준 90도 엔드밀(end-mill, 61)은 포켓 바닥표면에 평행한 방향, 즉 다시 말해서 포켓 바닥면(64)에 접하는 방향(tangential direction)으로 포켓에 접근할 수도 있다. 도 6A 및 도 6B에서 도시되어진 실시예에 있어서, 90도 엔드밀(end-mill)은 먼저 포켓(60)을 열고, 거친 절삭(rough cut)을 위하여 포켓 측면 벽(side wall)을 기계가공하며, 이와 동시에 두개의 실질적으로 편평한 표면(planar surface, 62)을 기계가공하고, 선택적으로 제 3 편평한 면(63)을 기계가공한다. 도 6B에서 도시되어진 바와 같이, 표준 볼 밀(ball mill, 65)은 오목한 프로파일(concave profile)을 자연적으로 형성하는 포켓 측면벽(69)의 상부부위(66)와 세 개의 실질적으로 편평한 표면(62,63)을 가진 교차부(intersection)에서 에지(67)를 접선적으로 기계가공할 수도 있다.

접선적 제작방법(tangential manufacturing method)은 축방향 제작방법(axial manufacturing method) 보다도 커터 몸체부 내의 직경마다 더 많은 포켓 또는 절삭 톱니부(cutting teeth)가 형성되어지도록 한다. 따라서, 본 발명은 기계가공 적용분야를 확장할 수 있다.

추가적인 포켓을 가지는 공구 홀더를 생산하는 성능을 가지는 것에는 여러 가지 장점이 있다. 예를 들어, 커팅 인서트의 수명은 재료의 제거비율(material removal rate)을 유지하거나 또는 개선하면서도, 기계가공동안 공급비율(feed rate)를 감소시킴에 의해서 개선되어질 수도 있다. 톱니부 사이에 더 작은 거리를 가지는 밀링 커터(milling cutter)는 각각의 톱니부 상에 분포되어진 응력을 감소시킴에 의해서 커터 몸체부의 수명을 개선할 수도 있다. 더 많은 톱니부는 인코넬(inconel), 티타늄(titanium) 등과 같은 기계가공이 어려운 재료의 가공에 있어서 더욱 장점이 된다.

예를 들어 본 발명의 실시예에 있어서 텅스텐 기반 카바이드(tungsten based carbide) 또는 서멧(cermet)이 될 수도 있는 인서트의 리세스된 표면은 간단한 기하(geometry)를 가질 수도 있는데, 즉 거의 수직하거나 또는 완전히 수직하거나 또는 바닥표면에 1도 내지 2도 어긋나게 수직한 기하를 가질 수도 있고, 다음으로 종래의 기술과 같이 중앙부위에서 테이퍼된 (약 15도의) 곡선 멈춤부 표면(curved stop surface) 뿐만 아니라 인서트 둘레부 주위에서 연속적인 사인 곡선을 포함하고 부분적으로 곡선의 반경에 의해서 한정되어진 복잡한 기하(complex geometry)보다는, 간단한 구형 표면(simple spherical surface)으로 평활하게(smoothly) 뻗어지는 간단한 기하를 가질 수도 있다.

비록 공구홀더의 실시예들이 기술되어지고 있지만, 다른 변형, 수정 및 부가들은 본 발명이 속하는 분야의 당업자들에게 명백하게 될 수도 있다. 예를 들어, 비록 원형 인서트와 연관되어 공구 홀더 상에서의 사용과 관련하여 회전방지 멈춤부가 기술되어지고 있지만, 다른 곡선의 절삭 에지 또는 심지어 직선의 절삭 에지를 가지는 실시예 속으로 포함되어지거나 또는 포함되어질 수도 있다. 또한, 여기서 기술되는 실시예들은 회전방지 멈춤부를 포함하고 있지만, 더 많은 개수의 회전방지 멈춤부가 두개의 편평한 표면을 포함하는 적어도 하나이상의 회전방지 멈춤부를 가지는 공구홀더 속으로 일체로 되어질 수도 있다.

공구홀더의 실시예들은 원형 인서트를 정확하고 안전하게 위치시키는데 사용되어질 수도 있고, 따라서 절삭 작업(cutting operation)에 있어서 인서트의 수명을 일관성과 성능을 개선하게 된다. 공구홀더의 실시예들은 홀더 상의 포켓의 기하(geometry) 덕분에 용이하게 제작되어지며, 특정한 공구 홀더 상에 형성되어지게 되는 더 많은 개수의 톱니부(teeth) 또는 포켓을 허용하고 따라서 공구의 잠재적인 적용분야를 확장하게 된다.

Claims (39)

1. -바닥 표면을 포함하는 하나 이상의 인서트 포켓을 가지는 공구 홀더를 포함하고, 상기 공구 홀더는 하나 이상의 인서트 포켓에 대응하는 회전방지 멈춤부를 추가적으로 포함하며, 상기 회전방지 멈춤부는 인서트 포켓의 측면벽으로부터 돌출되고 2개 이상의 실질적으로 편평한 표면을 포함하며, 상기 2개의 실질적으로 편평한 표면은 바닥 표면과 교차하며,

   -회전방지 멈춤부의 형태와 비-상보적(non-complementary)인 형태를 가진 리세스를 포함하며 인서트 포켓 내에 배열된 절삭 인서트를 포함하고,

   회전방지 멈춤부의 각각의 2개의 실질적으로 편평한 표면은 리세스로 부분적으로 연장되며 리세스와 회전방지 멈춤부 사이에서 점 접촉에 의해 인서트 포켓 내에서의 회전에 대하여 절삭 인서트를 고정시키고,

   상기 절삭 인서트가 연속적인 절삭 에지를 포함하는 원형의 절삭 인서트인 것을 특징으로 하는 절삭 공구.
2. 제 1 항에 있어서, 회전방지 멈춤부는 3개의 편평한 표면을 포함하고, 상기 회전방지 멈춤부의 각각의 3개의 실질적으로 편평한 표면은 리세스로 부분적으로 연장되는 것을 특징으로 하는 절삭 공구.
3. 제 2 항에 있어서, 3개의 실질적으로 편평한 표면은 바닥 표면에 대해 실질적으로 수직한 것을 특징으로 하는 절삭 공구.
4. 제 3 항에 있어서, 회전방지 멈춤부는 인서트 포켓의 측면 표면과 바닥표면에 일체로 되어지는 것을 특징으로 하는 절삭 공구.
5. 제 1 항에 있어서, 각각의 인서트 포켓은 인서트를 결속하기 위한 측면 벽을 포함하는 것을 특징으로 하는 절삭 공구.
6. 제 1 항에 있어서, 2개의 회전방지 멈춤부를 포함하는 것을 특징으로 하는 절삭 공구.
7. 제 1 항에 있어서, 회전방지 멈춤부는 절삭 인서트를 인덱스(index)하는 것을 특징으로 하는 절삭 공구.
8. 제 1 항에 있어서, 20개 이하의 인서트 포켓을 포함하는 것을 특징으로 하는 절삭 공구.
9. 제 1 항에 있어서, 절삭 인서트는 각각의 인서트 포켓 내에 고정되는 것을 특징으로 하는 절삭 공구.
10. 제 1 항에 있어서, 리세스는 구형(sphere)의 일부에 의해서 부분적으로 형성되어지는 것을 특징으로 하는 절삭 공구.
11. 삭제
12. -바닥 표면을 포함하는 하나 이상의 인서트 포켓을 가지는 공구 홀더를 포함하고, 상기 공구 홀더는 인서트 포켓의 바닥 표면과 하나의 측면 벽으로부터 돌출된 회전방지 멈춤부를 추가적으로 포함하고, 상기 회전방지 멈춤부는 바닥 표면과 교차하는 2개 이상의 실질적으로 편평한 표면을 포함하며,

    -하나 이상의 절삭 인서트를 포함하고, 상기 절삭 인서트는 회전방지 멈춤부의 형상에 비-상보적(non-complementary)인 형상을 가지는 리세스와, 하나 이상의 텅스텐 기반 카바이드(tungsten based carbide) 또는 서멧(cermet)을 포함하고,

    회전방지 멈춤부의 각각의 2개의 실질적으로 편평한 표면은 리세스로 부분적으로 연장되고 회전방지 멈춤부와 리세스 사이의 점 접촉에 의해 인서트 포켓 내의 회전에 대해 절삭 인서트를 고정하고,

    상기 절삭 인서트가 연속적인 절삭 에지를 포함하는 원형의 절삭 인서트인 것을 특징으로 하는 절삭 공구.
13. 삭제
14. 제 12 항에 있어서, 회전방지 멈춤부는 3개의 실질적으로 편평한 표면을 포함하는 것을 특징으로 하는 절삭 공구.
15. 제 14 항에 있어서, 3개의 실질적으로 편평한 표면은 바닥 표면에 대해 실질적으로 수직한 것을 특징으로 하는 절삭 공구.
16. 제 14 항에 있어서, 회전방지 멈춤부는 인서트 포켓의 측면 표면과 바닥표면에 일체로 되어지는 것을 특징으로 하는 절삭 공구.
17. 제 16 항에 있어서, 측면 벽은 절삭 인서트와 결속되는 것을 특징으로 하는 절삭 공구.
18. 제 14 항에 있어서, 2개의 회전방지 멈춤부를 포함하는 것을 특징으로 하는 절삭 공구.
19. 제 14 항에 있어서, 회전방지 멈춤부는 절삭 인서트를 인덱스(index)하는 것을 특징으로 하는 절삭 공구.
20. 제 19 항에 있어서, 20개 이하의 인서트 포켓을 포함하는 것을 특징으로 하는 절삭 공구.
21. 제 20 항에 있어서, 리세스는 구형의 일부에 의해서 부분적으로 형성되어지는 것을 특징으로 하는 절삭 공구.
22. 제 14 항에 있어서, 회전방지 멈춤부는 포켓의 측면 벽으로부터 돌출되고, 리세스는 절삭 인서트의 측면 벽인 것을 특징으로 하는 절삭 공구.
23. 제 14 항에 있어서, 회전방지 멈춤부는 인서트 포켓의 바닥 표면으로부터 돌출되고, 리세스는 절삭 인서트의 바닥 표면에 있는 것을 특징으로 하는 절삭 공구.
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