KR101888978B1

KR101888978B1 - 날끝 교환식 볼 엔드밀

Info

Publication number: KR101888978B1
Application number: KR1020137026074A
Authority: KR
Inventors: 요시미쓰 나가시마; 요시유키 고바야시; 하루히사 히가사야마; 세이지 니와
Original assignee: 미츠비시 히타치 쓰루 가부시키가이샤
Priority date: 2011-03-03
Filing date: 2012-03-05
Publication date: 2018-08-16
Also published as: EP2682213A1; KR20140020952A; JP2012183597A; CN103415366A; EP2682213A4; JP5060626B2; EP2682213B1; CN103415366B; US20130336731A1; US9352401B2; WO2012118222A1

Abstract

본 발명은, 공구 본체의 반구형(半球形) 선단부에 설치한 제1 ~ 제3 장착 시트에 각각 제1 ~ 제３ 나사에 의해 원호형 커팅날을 가지는 제1 ~ 제３ 인서트가 착탈 가능하게 장착되는 날끝 교환식 볼 엔드밀로서, 제1 나사용의 제1 나사공은 슬릿형의 제1 장착 시트를 경사지게 관통하고, 제1 나사와 제2 및 제３ 나사와의 간섭을 회피하도록 제1 인서트는 경사진 구멍을 가지고, 제1 인서트의 구멍 및 제1 나사는 각각 적어도 일부에 마무리면을 가지고, 따라서 제1 장착 시트에 장착된 제1 인서트에 제1 나사를 관통시키면 양 마무리면의 타이트한 걸어맞춤에 의해 제1 인서트가 정확하게 위치 결정되는 날끝 교환식 볼 엔드밀을 제공한다.

Description

날끝 교환식 볼 엔드밀{INDEXABLE BALL END MILL}

본 발명은 4매 날의 날끝(edge) 교환식 볼 엔드밀(ball end mill)에 관한 것이며, 특히 인서트(insert)의 고정 위치 정밀도가 높으므로, 금형 등의 마무리 가공을 고속으로 양호한 정밀도로 행할 수 있는 날끝 교환식 볼 엔드밀에 관한 것이다.

금형 등의 절삭 가공에 종래부터 볼 엔드밀이 사용되고 있지만, 최근 금형의 대형화에 따라 볼 엔드밀에 고속, 고능률 및 고정밀도의 절삭 능력과 함께 장수명화가 요구되어 있다. 또한, 날끝 교환식으로 함으로써 절삭 가공 비용을 저감하는 것이 요구되고 있다. 이와 같은 요구에 따르기 위하여, 각종 날끝 교환식 공구가 제안되었다.

일본공개특허 소60-85815호는, 도 20에 나타낸 바와 같이, (a) 선단부에 직교하는 4방향의 슬릿(101)을 가지는 동시에, 슬릿(101) 안쪽의 바닥부에 접착된 구체(球體)(102)를 가지는 홀더(103)와, (b) 홀더(103)의 슬릿(101)에 착탈 가능하게 장착된 4개의 부채 형상의 절삭칩(104)과, (c) 홀더(103)의 축선 방향으로 연장되는 가압판(105)으로서, 상기 홀더(103)에 나사장착되는 것에 의해 절삭칩(104)을 고정시키는 가압판(105)을 구비하고, 각각의 절삭칩(104)은 부채 형상의 중심에 원형의 절결(切缺; notch)을 가지고, 상기 원형 절결이 홀더(103) 내의 상기 구체(102)에 밀착되는 것에 의해 위치 결정되는 회전 절삭 공구를 개시하고 있다. 이 회전 절삭 공구는 4매 날의 볼 엔드밀이지만, 나사(106)와 가압판(105)에 의해 절삭칩(104)을 고정하고 있으므로, 고속 절삭 시에는 절삭칩(104)이 빠져 나올 가능성이 있다. 또한, 각각의 절삭칩(104)의 원형의 절결과 구체(102)와의 접촉에 의해 각각의 절삭칩(104)을 위치결정하고 있으므로, 원형의 절결 및 구체(102)의 치수 정밀도, 구체(102)의 위치 정밀도 및 내구성(耐久性) 등을 고려하면, 교환 시마다 절삭칩(104)을 양호한 정밀도로 고정시키는 것은 곤란하다.

일본국 실용신안등록출원 공개 소54-29490호는, 도 21에 나타낸 바와 같이, (a) 경사진 슬릿(201)이 개재된 한 쌍의 협지부(挾持部)(202)를 가지는 동시에, 슬릿(201)을 통하여 양 협지부(202)를 관통하는 나사공(203)을 가지는 홀더(204)와, (b) 중심에 관통공(205)을 가지는 1개의 커팅날 칩(cutting edge chip)(206)과, (c) 커팅날 칩(206)을 고정시키기 위해 커팅날 칩(206)의 관통공(205)을 통하여 양 협지부(202)의 나사공(203)에 나사결합되는 체결 볼트(207)를 구비하는 보링 공구(boring tool) 즉 구멍내기 공구로서, 커팅날 칩(206)의 커팅날와 각각의 협지부(202)의 측면이 둔각(鈍角)의 절삭 칩 배출홈(208)을 형성하고 있는 보링 공구를 개시하고 있다. 이 보링 공구에서는 커팅날 칩(206)은 협지부(202)에 대하여 경사져 있지만, 커팅날 칩(206)의 관통공(205)과 체결 볼트(207)의 나사부와는 접촉하고 있지 않고, 슬릿(201)의 폭을 볼트(207)의 고정에 의해 좁힘으로써 커팅날 칩(206)을 고정하고 있다. 그러나, 이 보링 공구는 이른바 2매 날이므로, 절삭 가공 효율이 불충분할뿐 아니라, 이와 같은 커팅날 칩(206)의 고정 방법에서는 위치 결정 정밀도가 낮아, 금형 캐비티 등의 3차원 절삭 가공을 고속이고 또한 양호한 정밀도로 행하는 마무리 도구로서 사용하는 것에 적합하지 않다.

일본공개특허 제2001-121339호는, 도 22에 나타낸 바와 같이, 선단부에 경사진 슬릿(301)을 가지는 한 쌍의 돌기부(302)와, 슬릿(301)에 장착되는 절삭칩(303)과, 절삭칩(303)을 관통하여 한 쌍의 돌기부(302)에 나사결합되는 클램프(clamp) 볼트(304)를 구비하고, 따라서 큰 칩 포켓(305)을 가지는 스로우어웨이(throwaway) 엔드밀을 개시하고 있다. 그러나, 이 스로우어웨이 엔드밀은 이른바 2매 날이므로, 절삭 가공 효율이 불충분할뿐 아니라, 절삭칩(303)이 클램프 볼트(304)에 의해 고정되어 있지 않으므로, 커팅날 칩(303)의 위치 결정 정밀도가 낮고, 금형 캐비티 등의 3차원 절삭 가공을 고속이고 또한 양호한 정밀도로 행하는 마무리 도구로서 사용하는 것에 적합하지 않다.

일본공개특허 평11-239911호는, 도 23에 나타낸 바와 같이, 직경 방향으로 연장되는 슬릿형 칩 시트(seat)(401)를 가지는 공구 본체(402)와 ,슬릿형 칩 시트(401)에 장착되는 스로우어웨이 칩(403)과, 스로우어웨이 칩(403)의 관통공(404)을 통하여 선단부에 나사결합되는 나사(405)를 구비하는 스로우어웨이 타입의 절삭 공구를 개시하고 있다. 칩 시트(401)의 한쪽의 측면부에는 나사(405)의 헤드부 원뿔면(圓錐面)(405a)에 대응하는 부분에 후방으로 약간 편심된 원뿔 받이면(406)이 형성되어 있고, 다른 쪽의 측면부에는 나사(405)의 원통부(407)를 지지하는 구멍 부분이 형성되어 있다. 구멍 부분의 측벽(408)은 스로우어웨이 칩(403)을 위치결정하는 기준면이 된다. 공구 본체(402)의 슬릿형 칩 시트(401)에 스로우어웨이 칩(403)을 삽입하여 나사(405)를 체결하면 원뿔형 받이면(406)은 칩 시트(401)의 바닥면 방향으로 Δt만큼 편심되어 있으므로, 나사(405)의 헤드부 원뿔면(405a)은 원뿔형 받이면(406)에 압압(押壓)된다. 그러나, 이 스로우어웨이 타입 절삭 공구는 이른바 2매 날이므로, 절삭 가공 효율이 불충분하고, 금형 캐비티 등을 고속으로 절삭 가공하는 데 적합하지 않다.

일본특허 제4531981호는, 도 24에 나타낸 바와 같이, 선단부에 슬릿(501)을 가지는 홀더(502)와, 경사진 테이퍼형 구멍(503)을 가지고, 슬릿(501)에 장착되는 인서트(504)와 ,헤드부(505a)와 나사부(505b)와의 사이에 테이퍼부(505c)를 가지고, 인서트(504)의 경사진 테이퍼형 구멍(503)을 테이퍼부(505c)가 관통하는 동시에 선단부의 나사공에 나사부(505b)가 나사결합되는 클램프 나사(505)를 구비하는 보링 공구를 개시하고 있다. 클램프 나사(505)의 테이퍼부(505c)가 인서트(504)의 경사진 테이퍼형 구멍(503)에 걸어맞추어지면, 인서트(504)는 쐐기 작용에 의해 선단부의 스토퍼면에 압압되고, 따라서 절삭 가공 중의 인서트(504)의 진동이 방지된다. 그러나, 이 보링 공구는 이른바 2매 날이므로, 절삭 가공 효율이 불충분하고, 또한 금형 캐비티 등을 고속으로 절삭 가공하는 볼 엔드밀로서 사용할 수 없다.

일본공개특허 제 소60-85815호 일본실용신안등록출원 공개 소54-29490호 일본공개특허 제2001-121339호 일본공개특허 평11-239911호 일본특허 제4531981호

따라서, 본 발명의 목적은, 공구 본체의 선단부에 인서트를 양호한 정밀도로 장착할 수 있는 4매 날의 날끝 교환식 볼 엔드밀을 제공하는 것이다.

상기 목적을 감안하여 예의(銳意) 연구의 결과, 본 발명자는, (a) 4매 날의 날끝 교환식 볼 엔드밀로 하기 위해 큰 원호형 날의 인서트와 작은 원호형 날의 인서트를 공구 본체의 선단부에 장착하는 경우, 큰 원호형 날의 인서트에 대하여 그 나사를 경사지게 하면 큰 원호형 날의 인서트의 나사와 작은 원호형 날의 인서트의 나사와의 간섭이 없어지는 것, 및 (b) 큰 원호형 날의 인서트의 구멍의 일부와 나사의 일부를 밀접하게(tightly) 걸어맞춤으로써, 큰 원호형 날의 인서트의 정확한 위치 결정을 행할 수 있는 것을 발견하고, 본 발명에 이르렀다.

즉, 본 발명의 날끝 교환식 볼 엔드밀은, 공구 본체의 반구형(半球形) 선단부에 설치한 제1 ~ 제３ 장착 시트에 각각 제1 ~ 제３ 나사에 의해 원호형 커팅날을 가지는 제1 ~ 제３ 인서트가 착탈 가능하게 장착되는 것으로서,

상기 제1 장착 시트는, 상기 반구형 선단부의 회전 중심축선을 중심으로 하여 직경 방향으로 형성된 슬릿으로 이루어지는 동시에, 상기 슬릿의 회전 방향 전방에 절삭칩 배출용 포켓을 가지고, 상기 슬릿은 상기 반구형 선단부를 2개의 반체부(半體部)로 2분할하고,

상기 제2 및 제３ 장착 시트의 각각은 각각의 반체부에 형성된 절결부로서, 각각의 절결부는 각각의 반체부의 회전 방향 전면(前面)에 형성된 시트면과, 상기 시트면의 회전 방향 전방에 설치된 절삭칩 배출용 포켓을 가지고,

상기 제1 나사용의 제1 나사공은, 상기 반구형 선단부의 한쪽의 반체부로부터 다른 쪽의 반체부까지 상기 슬릿을 경사지게 관통하고, 상기 제2 및 제３ 나사용의 제2 및 제３ 나사공은 각각 상기 제2 및 제３ 장착 시트의 상기 시트면에 형성되어 있음으로 인해, 상기 제1 나사와 상기 제2 및 제３ 나사와의 간섭이 회피되고,

상기 제1 인서트는 상기 제1 장착 시트에 장착되었을 때 상기 제1 나사공과 정합(整合)하도록 경사진 구멍을 가지고,

상기 제1 인서트의 구멍은 적어도 일부에 마무리면을 가지고, 상기 제1 나사는 헤드부와 나사부와의 사이의 적어도 일부에 마무리면을 가지고, 상기 제1 장착 시트에 장착된 상기 제1 인서트에 상기 제1 나사를 관통시키면 상기 제1 인서트의 구멍의 마무리면과 상기 제1 나사의 마무리면이 밀접하게 걸어맞추어짐으로써, 상기 제1 인서트가 정확하게 위치 결정되는 것을 특징으로 한다.

상기 제1 나사공은 상기 제2 및 제３ 나사공보다 공구 본체의 후방측에 위치하고 있는 것이 바람직하다.

상기 제1 인서트의 한 쌍의 커팅날을 연결하는 직선과, 상기 제2 및 제３ 인서트의 커팅날을 연결하는 직선과는 직교하고 있는 것이 바람직하다.

상기 제1 장착 시트에 장착된 상기 제1 인서트의 원호형 커팅날은 상기 반구형 선단부의 대략 정상점(頂点)을 지나고, 상기 제2 및 제３ 장착 시트에 장착된 상기 제2 및 제３ 인서트의 원호형 커팅날의 최선단과 상기 공구 본체의 회전 중심축선이 이루는 각도 α는 15 ~ 30°인 것이 바람직하다.

상기 제1 인서트의 원호형 커팅날은 180° 이상의 중심각 β를 가지고, 상기 제2 및 제３ 인서트의 원호형 커팅날은 90° 이하의 중심각 γ를 가지는 것이 바람직하다.

상기 제1 인서트는 초경합금(超硬合金)으로 이루어지는 것이 바람직하다. 상기 제2 및 제３ 인서트는 초경합금으로 이루어지는 기체(基體)에 입방정(立方晶) 질화 붕소 소결체로 이루어지는 원호형 커팅날부가 접합된 구조를 가지는 것이 바람직하다.

상기 제1 인서트의 경사 구멍의 마무리면은 상기 제1 나사의 마무리면보다 작은 표면 거칠기를 가지는 것이 바람직하다.

상기 제1 장착 시트의 중심선에 직교하는 직선에 대하여, 상기 제1 나사공의 경사각 θ은, 상기 공구 본체의 회전 방향과 역방향으로 20 ~ 40°인 것이 바람직하다.

상기 제1 인서트의 구멍은 마무리 가공한 중앙 소경(小徑) 원통부와, 상기 중앙 소경 원통부의 양측의 대경(大徑) 원통부를 가지고, 상기 제1 나사는 헤드부와 나사부와의 사이에 마무리 가공한 대경 원주부를 가지는 것이 바람직하다. 상기 중앙 소경 원통부의 내경(內徑)은 상기 대경 원주부의 외경보다 3 ~ 10㎛만큼 큰 것이 바람직하다.

본 발명의 날끝 교환식 볼 엔드밀은, 제1 인서트가 경사지게 관통하는 제1 나사에 의해 반구형 선단부에 고정되는 구조를 가지므로, 제1 나사가 있어도 제2 및 제３ 인서트를 고정시키는 제2 및 제３ 나사에 충분한 스페이스가 확보된다. 이와 같은 구조를 위하여, 본 발명의 날끝 교환식 볼 엔드밀은 4매 날로 할 수 있고, 따라서 금형 캐비티 등의 수직벽의 절삭을 고속이고 또한 양호한 정밀도로 행할 수 있을 뿐 아니라, 2매 날의 것보다 훨씬 긴 인서트 수명을 가진다.

또한, 제1 인서트의 구멍과 제1 나사가 각각 마무리면을 가지므로, 제1 장착 시트에 장착된 제1 인서트에 제1 나사를 관통시키면 제1 인서트의 구멍의 마무리면과 제1 나사의 마무리면이 밀접하게 걸어맞추어짐으로써, 제1 인서트가 정확하게 위치 결정된다. 그러므로, 교환하는 인서트의 정확한 위치 결정을 간단하게 행할 수 있다.

도 1은 본 발명의 날끝 교환식 볼 엔드밀의 공구 본체를 나타낸 측면도이다.
도 2는 본 발명의 날끝 교환식 볼 엔드밀의 공구 본체의 반구형 선단부를 나타낸 사시도이다.
도 3은 본 발명의 날끝 교환식 볼 엔드밀의 반구형 선단부를 나타낸 정면도이다.
도 4는 본 발명의 날끝 교환식 볼 엔드밀의 반구형 선단부를 나타낸 측면도이다.
도 5는 인서트를 장착한 본 발명의 날끝 교환식 볼 엔드밀의 반구형 선단부를 나타낸 정면도이다.
도 6은 인서트를 장착한 본 발명의 날끝 교환식 볼 엔드밀의 반구형 선단부를 나타낸 측면도이다.
도 7은 인서트를 장착한 본 발명의 날끝 교환식 볼 엔드밀의 반구형 선단부를 나타낸 측면도(도 6에 대하여 90°회전)이다.
도 8은 본 발명의 날끝 교환식 볼 엔드밀에 장착하는 제1 인서트를 나타낸 평면도이다.
도 9의 (a)는 도 8에 나타낸 제1 인서트를 한쪽의 평면부 측으로부터 본 사시도이다.
도 9의 (b)는 도 8에 나타낸 제1 인서트를 다른 쪽의 평면부 측으로부터 본 사시도이다.
도 10은 도 8에 나타낸 제1 인서트의 정면도(커팅날 측으로부터 본 도면)이다.
도 11은 도 8의 A-A 확대 단면도이다.
도 12는 도 8에 나타낸 제1 인서트의 소결(燒結)한 채의 경사 구멍을 나타내는 확대 단면도이다.
도 13은 제1 인서트를 고정시키기 위한 제1 나사를 나타낸 측면도이다.
도 14는 본 발명의 날끝 교환식 볼 엔드밀에 장착하는 제2 인서트를 나타낸 평면도이다.
도 15는 도 14에 나타낸 제2 인서트의 사시도이다.
도 16은 도 14에 나타낸 제2 인서트의 좌측면도이다.
도 17은 도 14에 나타낸 제2 인서트의 정면도(커팅날 측으로부터 본 도면)이다.
도 18은 제2(제3)의 인서트를 고정시키기 위한 제2(제3)의 나사를 나타낸 측면도이다.
도 19는 공구 본체에 장착한 제1 ~ 제３ 인서트의 위치 관계를 나타낸 사시도이다.
도 20은 일본공개특허 소60-85815호에 개시된 회전 절삭 공구를 나타낸 사시도이다.
도 21은 일본국 실용신안등록출원 공개 소54-29490호에 개시된 보링 공구를 나타낸 횡단면도이다.
도 22는 일본공개특허 제2001-121339호에 개시된 스로우어웨이 엔드밀을 나타내는 횡단면도이다.
도 23은 일본공개특허 평11-239911호에 개시된 스로우어웨이 타입 절삭 공구를 나타낸 종단면도이다.
도 24는 일본 특허 제4531981호에 개시된 보링 공구를 나타낸 횡단면도이다.

본 발명의 날끝 교환식 볼 엔드밀을 첨부 도면을 참조하여 이하 상세하게 설명한다.

[1] 공구 본체

도 1은 본 발명의 일 실시형태에 의한 날끝 교환식 볼 엔드밀의 공구 본체(2)(인서트를 장착하고 있지 않음)의 전체 구성을 나타내고, 도 2는 공구 본체(2)의 반구형 선단부(3)를 상세하게 나타내고, 도 3은 선단측(도 1의 좌측)으로부터 보았을 때의 반구형 선단부(3)의 형상을 나타내고, 도 4는 도 1에 대하여 회전 중심축선 O₁을 중심으로 하여 90° 회전시켜 보았을 때의 반구형 선단부(3)의 형상을 나타낸다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 공구 본체(2)는, 가공 장치에 장착되는 원기둥형 생크부(shank portion)(2a)와, 원기둥형 생크부(2a)의 선단에 설치된 테이퍼형 생크부(2b)와, 테이퍼형 생크부(2b)의 선단에 설치된 반구형의 선단부(3)를 가진다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 반구형 선단부(3)는 테이퍼형 생크부(2b) 측의 원주부와, 선단측의 반구부로 이루어진다. 원주부와 반구부와의 경계는 "3d"로 나타낸다. 공구 본체(2)는 SK61 등의 공구강에 의해 형성할 수 있다.

반구형 선단부(3)에는, 나사에 의해 제1 인서트가 착탈 가능하게 고정되는 제1 장착 시트(seat)(4)와, 나사에 의해 제2 인서트가 착탈 가능하게 고정되는 제2 장착 시트(5)와, 나사에 의해 제３ 인서트가 착탈 가능하게 고정되는 제3 장착 시트(6)가 설치되어 있다. 제1 장착 시트(4)는 반구형 선단부(3)를 반으로 나누는 슬릿으로 이루어진다. 즉, 제1 장착 시트(4)는, 공구 본체(2)의 회전 중심축선 O₁ 상에 위치하는 반구형 선단부(3)의 정상점으로부터 회전 중심축선 O₁에 따라 소정의 깊이까지 연장되는 동시에, 공구 본체(2)의 직경 방향으로 반구형 선단부(3)를 관통하도록 연장되고, 또한 평행하게 대향하는 측벽면(4a, 4b) 및 바닥부(4c)를 가지는 슬릿으로 이루어진다. 따라서, 제1 장착 시트(4)의 길이 방향은 도 3에 나타낸 바와 같이 공구 본체(2)의 직경 방향과 일치하고, 제1 장착 시트(4)의 깊이 방향은 도 4에 나타낸 바와 같이 회전 중심축선 O₁과 일치한다.

슬릿형의 제1 장착 시트(4)에 의해, 반구형 선단부(3)는 제1 반체부(3a) 및 제2 반체부(3b)로 2분할되어 있다. 각각의 반체부(3a, 3b)에는, 슬릿형의 제1 장착 시트(4)의 회전 방향 전방의 위치에 절삭칩 배출용 포켓(10, 11)이 설치되어 있다.

도 3에 나타낸 바와 같이, 슬릿형의 제1 장착 시트(4)에 장착된 제1 인서트(12)를 제1 나사(9)(도 13 참조)에 의해 고정시키기 위한 제1 나사공(8)은, 제1 반체부(3a)에 개구되고, 제2 반체부(3b)의 소정의 깊이까지 연장되어 있다. 제1 나사공(8)의 중심축선 O₃는, 슬릿형의 제1 장착 시트(4)의 중심선 O₂와 직교하는 직선 O₄에 대하여, 공구 본체(2)의 회전 방향 R과 역방향으로 각도 θ만큼 경사져 있다. 제1 나사공(8)의 경사각 θ은 20 ~ 40°인 것이 바람직하다. 제1 나사공(8) 중 제2 반체부(3b) 내에 위치하는 부분에는, 제1 나사(9)의 나사부(9e)(도 13 참조)와 나사결합되는 나사산이 각설(刻設)되어 있다.

도 3에 나타낸 바와 같이, 제1 반체부(3a)에 제2 인서트(13)를 장착하기 위한 절결형의 제2 장착 시트(5)가 형성되어 있고, 제2 반체부(3b)에 제３ 인서트(14)를 장착하기 위한 절결형의 제3 장착 시트(6)가 형성되어 있다. 본 발명의 바람직한 실시형태에서는 제2 장착 시트(5)와 제3 장착 시트(6)는 회전 중심축선 O₁에 대하여 대칭이 되는 위치에 배치되어 있지만, 한정적은 아니다.

제2 장착 시트(5)는, 제2 인서트(13)가 제2 나사(15)에 의해 고정되는 시트면(5a)과 제2 인서트(13)의 회전 방향 전방에 위치하는 절삭칩 배출용 포켓(5b)으로 이루어지고, 제3 장착 시트(6)는, 제３ 인서트(14)가 제３ 나사(16)에 의해 고정되는 시트면(6a)과, 제３ 인서트(14)의 회전 방향 전방에 위치하는 절삭칩 배출용 포켓(6b)으로 이루어진다. 시트면(6a, 6b)에는 각각 제2 및 제３ 나사(15, 16)(도 18 참조)가 나사결합되는 제2 및 제３ 나사공(5c, 6c)이 형성되어 있다. 도 19에 나타낸 바와 같이, 제2 및 제３ 나사공(5c, 6c)은 제1 나사공(8)으로부터 공구 본체(2)의 축선 방향으로 이격되어 있으므로, 제1 나사(9)와 제2 및 제３ 나사(15, 16)와의 사이에 간섭은 없다. 그리고, 제2 및 제３ 장착 시트(5, 6)의 각각에는 인서트(13, 14)의 단부가 닿는 부분에 원호형 절결부가 형성되어 있다. 본 발명의 바람직한 실시형태에서는 제2 인서트(13)와 제３ 인서트(14)는 같은 형상을 가지므로, 제2 장착 시트(5)와 제3 장착 시트(6)도 같은 형상을 가진다.

도5 ~ 도 7은 반구형 선단부(3)의 제1 ~ 제３ 장착 시트(4~6)에 각각 제1 ~ 제３ 인서트(12~14)를 장착한 상태를 나타낸다. 도 5로부터 명백한 바와 같이, 제2 및 제３ 인서트(13, 14)의 원호형 커팅날(20, 21)의 방향 O₆은 제1 인서트(12)의 원호형 커팅날(17a, 17b)의 방향 O₅에 직교하고 있지만, 제1 인서트(12)의 중심선 O₈(제1 장착 시트의 중심선 O₂과 일치)로부터 경사져 있다. 또한, 도 7로부터 명백한 바와 같이, 제2 및 제３ 인서트(13, 14)의 원호형 커팅날(20, 21)의 최선단은 회전 중심축선 O₁으로부터 이격되어 있다. 제2 및 제３ 인서트(13, 14)의 원호형 커팅날(20, 21)의 최선단과 회전 중심축선 O₁과의 거리는, 도 7에 나타낸 바와 같이, 경계선(3d)에 대응하는 회전 중심축선 O₁ 상의 위치 M을 중심으로 하여, 회전 중심축선 O₁과 원호형 커팅날(20, 21)의 최선단이 이루는 각도 α에 의해 표현된다. 후술하는 바와 같이, 각도 α는 15 ~ 30°인 것이 바람직하다.

[2] 인서트

(1) 제1 인서트

(a) 형상

도 8 및 도 9에 나타낸 바와 같이, 제1 인서트(12)는, 한 쌍의 평면부(12a, 12b)와, 평면부(12a)에 면하는 원호형 커팅날(17a)과, 평면부(12b)에 면하는 원호형 커팅날(17b)과, 원호형 커팅날(17a)의 회전 방향 전방에 위치하고, 원호형 커팅날(17a)보다 작은 외경을 가지는 원호부(18a)와, 원호형 커팅날(17a)과 원호부(18a)와의 사이에 위치하는 갈퀴면(rale face)(19a)과, 원호형 커팅날(17a)에 접하는 제1 퇴피면(20a)과, 제1 퇴피면(20a)에 연속되는 제2 퇴피면(21a)과, 원호형 커팅날(17b)의 회전 방향 전방에 위치하고, 원호형 커팅날(17b)보다 작은 외경을 가지는 원호부(18b)와, 원호형 커팅날(17b)와 원호부(18b)와의 사이에 위치하는 갈퀴면(19b)과, 원호형 커팅날(17b)에 접하는 제1 퇴피면(20b)과, 제1 퇴피면(20b)에 연속되는 제2 퇴피면(21b)과, 한 쌍의 평면부(12a, 12b)를 경사지게 관통하는 구멍(22)과, 직선형의 능선(稜線)에 의해 형성된 평탄한 바닥부(23)를 가진다.

도 8 및 도 10에 나타낸 바와 같이, 2개의 원호형 커팅날(17a, 17b)은, 커팅날의 직각 방향으로부터 보았을 때 1개의 반원호 상에 연장되어 있고, 위로부터 보았을 때 일직선 상에 연장되어 있다. 2개의 원호형 커팅날(17a, 17b)가 최접근하는 위치는 반구형 선단부(3)의 정상점(회전 중심축선 O₁과 교차하는 위치)과 일치한다. 그러므로, 공구 본체(2)의 회전 중심축선 O₁과 일치하는 회전 중심축선 O₇을 중심으로 제1 인서트(12)가 회전했을 때, 원호형 커팅날(17a, 17b)은 반경 R의 반구를 형성한다. 이와 같은 커팅날(17a, 17b)은 일반적으로 직선 커팅날 또는 S자형 커팅날이라고 한다. 제1 퇴피면(20a, 20b)은 원호형 커팅날(17a, 17b)를 정확하게 형성하기 위해 설치한 것이다. 그리고, 2개의 커팅날(17a, 17b)이 원호형으로 연결되어 있을 경우, 정상점에도 커팅날가 존재하게 된다.

도 8에 나타낸 바와 같이, 원호형 커팅날(17a, 17b)이 형성하는 원호의 중심각 β는 180° 이상인 것이 바람직하다. 원호형 커팅날(17a, 17b)가 형성하는 원호의 중심각 β가 180°를 넘고 있으므로, 예를 들면, 금형 캐비티의 수직벽의 마무리 가공에 있어서, 하강 방향의 절삭 가공일 때는 중심각 β이 180°이내의 커팅날 부분을 사용하고, 업링크(up-link) 절삭 가공일 때는 중심각 β이 180°를 초과하는 커팅날 부분을 사용하여, 절삭 가공을 효율화한다. 중심각 β은 바람직하게는 180 ~ 약 210°이다. 중심각 β이 210°를 넘으면, 인서트가 길이 방향으로 길어지지 않아, 비용이 높아지게 된다.

제1 인서트(12)의 평탄한 바닥부(23)는, 슬릿형의 제1 장착 시트(4)의 바닥부(4c)와 밀접하므로, 평탄하게 마무리 가공된다.

본 발명의 제1 특징은, 도 3 및 도 11에 나타낸 바와 같이, 제1 나사(9)가 나사결합되는 제1 나사공(8)이 슬릿형의 제1 장착 시트(4)에 대하여 경사져 있는 동시에, 제1 나사(9)가 삽통되는 제1 인서트(12)의 구멍(22)이 한 쌍의 평면부(12a, 12b)에 대하여 경사져 있는 것이다. 제1 특징에 의해, 도 19에 나타낸 바와 같이, 4매 날의 날끝 교환식 볼 엔드밀(1)에서도 제1 인서트(12)를 고정시키는 제1 나사(9)가 제2 및 제３ 인서트(13, 14)를 고정시키는 제2 및 제３ 나사(15, 16)와 간섭되지 않아, 제2 및 제３ 나사(15, 16)를 위한 스페이스를 충분히 확보할 수 있다.

경사 구멍(22)의 방향은, 그 중심선 O₉과 제1 인서트(12)의 중심선 O₈과 직교하는 직선 O₁₀[한 쌍의 평면부(12a, 12b)에 직교함]과의 각도δ에 의해 나타낸다. 당연히, 각도 δ는 각도 θ와 동등하다. 제2 및 제３ 인서트(13, 14)를 고정시키는 제2 및 제３ 나사(15, 16)의 스페이스를 충분히 확보하기 위하여, 각도 δ(=θ)는 20 ~ 40°인 것이 바람직하고, 20 ~ 30°인 것이 더욱 바람직하다. 각도 δ(=θ)가 20°미만이면, 제2 및 제３ 나사(15, 16)의 스페이스를 충분히 확보할 수 없다. 또한, 각도 δ(=θ)가 40°를 초과하면 경사 구멍(22)의 형성이 곤란하다.

도 11에 나타낸 바와 같이, 경사 구멍(22)은, 길이 L₁ 및 내경 D₁의 중앙 소경 원통부(22a)와, 중앙 소경 원통부(22a)의 양측에 위치하고 내경 D₁보다 큰 내경 D₂를 가지는 대경 원통부(22b)로 이루어진다. 중앙 소경 원통부(22a)는 마무리 가공되어 있고, 후술하는 제1 나사(9)의 마무리 가공한 대경 원주부(9c)와 밀접하게 걸어맞추어진다. 중앙 소경 원통부(22a)의 길이 L₁은 제1 나사(9)의 대경 원주부(9c)의 길이 L₂보다 대략 D₁ tanδ만큼 긴 것이 바람직하다. 중앙 소경 원통부(22a)와 대경 원주부(9c)의 클리어런스는 3 ~ 10㎛ 정도이므로, 경사 구멍(22) 전체가 내경 D₁을 가지면 제1 나사(9)의 삽입이 용이하지 않다. 그러므로, 경사 구멍(22)의 입구측에 대경 원통부(22b)를 설치함으로써, 경사 구멍(22)으로의 제1 나사(9)의 삽입을 용이하게 한다. 대경 원통부(22b)는 테이퍼형이어도 된다.

(b) 제조 방법

초경합금으로 이루어지는 것이 바람직한 제1 인서트(12)는 하기 공정에 의해 제조할 수 있다.

(b1) 탄화 텅스텐 입자 및 코발트 입자에 필요에 따라 첨가물을 혼합하고, 조립한 분말을 프레스 성형하고, 제1 인서트(12)용의 성형체를 제조한다. 도 12에 나타낸 바와 같이, 성형체의 경사 구멍(22)은 길이 L₁ 및 내경 D₁'의 중앙 소경 원통부(22a)와, 중앙 소경 원통부(22a)의 양측에 위치하는 내경 D₁'보다 큰 내경 D₂를 가지는 대경 원통부(22b)로 이루어진다. 중앙 소경 원통부(22a) 및 대경 원통부(22b)는 각각 20 ~ 30%의 소결 수축 및 0.05 ~ 0.3㎜의 연삭대(硏削代)의 분만큼 크게 형성한다.

(b2) 성형체를 소정의 온도(예를 들면, 약 1300~1400℃)로 소결한다.

(b3) 소결 후에, 중앙 소경 원통부(22a)에 다이아몬드 연마, 버핑(buffing) 연마, 호닝(honing) 가공 등에 의해 마무리 가공을 실시하고, 내경을 D₁으로 한다. 마무리 가공 후의 중앙 소경 원통부(22a)의 면 거칠기 Rza는 1.0㎛ 이하가 바람직하다.

(b4) 원호형의 제2 퇴피면(21a, 21b)에 다이아몬드 지석(grindstone)으로 마무리 가공을 행하고, 제1 퇴피면(20a, 20b)를 형성하는 동시에, 원호형 커팅날(17a, 17b)를 형성한다. 또한, 바닥부(23)에도 마무리 가공을 행하여, 평탄화한다.

(b5) 경사 구멍(22)을 제외하고 제1 인서트(12)의 표면에, 내마모성 및 내열성을 부여하는 Ti-Al 질화물, Ti-Si 질화물, Ti-B 질화물 등의 피막을 PVD법 또는 CVD법에 의해 형성한다.

(2) 제1 나사

제1 인서트(12)를 슬릿형의 제1 장착 시트(4)에 고정시키기 위한 제1 나사(9)는, 도 13에 나타낸 바와 같이, 순차로 헤드부(9a), 제1 소경 원주부(9b), 마무리 가공을 행한 대경 원주부(9c), 제2 소경 원주부(9d), 및 나사부(9e)를 가진다. 본 발명의 제2 특징은, 제1 나사(9)를 제1 인서트(12)의 경사 구멍(22) 내에 삽입했을 때, 마무리 가공한 대경 원주부(9c)가 경사 구멍(22) 내의 마무리 가공한 중앙 소경 원통부(22a)에 밀접하게 걸어맞추는 것이다.

대경 원주부(9c)는, 원통형의 다이아몬드 지석 등을 사용하여 마무리 가공할 수 있다. 마무리 가공한 대경 원주부(9c)의 표면 거칠기 Rzb는 1.5 ~ 3.5㎛ 정도로, 제1 인서트(12)의 경사 구멍(22)의 중앙 소경 원통부(22a)의 표면 거칠기 Rza보다 크다. 이것은, (a) 제1 인서트(12)의 중앙 소경 원통부(22a)와 제1 나사(9)의 대경 원주부(9c)가 상이한 표면 거칠기를 가지면, 나사 결합 시에 양자의 마찰력이 저하되고, 또한 (b) 쉽게 마모되지 않는 초경합금제의 제1 인서트(12)의 중앙 소경 원통부(22a)에 의해 높은 정밀도의 연마 가공을 행하여, 기준면으로 한 쪽이 가공 정밀도의 관리가 용이하기 때문이다.

제1 나사(9)는, SK61 등의 공구강의 봉재(棒材)에 선반 가공 등에 의해 헤드부(9a), 제1 소경 원주부(9b), 대경 원주부(9c), 제2 소경 원주부(9d) 및 나사부(9e)를 형성한 후, 다이아몬드 지석 등을 사용한 연마에 의해 대경 원주부(9c)의 외주면에 마무리 가공을 행함으로써 제조할 수 있다. 대경 원주부(9c)의 외경은, 제1 인서트(12)의 중앙 소경 원통부(22a)의 내경보다 3 ~ 10㎛ 정도만큼 작게 한다. 이와 같은 작은 클리어런스에 의해, 제1 인서트(12)의 중앙 소경 원통부(22a)에 제1 나사(9)의 대경 원주부(9c)는 피팅된다.

(3) 제2 및 제３ 인서트

본 발명의 바람직한 실시형태에서는 제2 및 제３ 인서트(13, 14)는 같은 형상을 가지므로, 경우에 따라서는 제2 인서트(13)에 대하여만 설명한다. 이 설명은 제３ 인서트(14)에 그대로 적용된다.

도14 ~ 도 17에 나타낸 바와 같이, 평판형의 제2 인서트(13)는, 전면부(13a)와, 배면부(13b)와, 전면부(13a)와 배면부(13b)와의 사이에 설치된 커팅날(20)를 가지는 원호부(13c)와, 제1 평탄부(13d)와, 제2 평탄부(13e)와, 제2 나사(15)가 삽통되기 위해 전면부(13a)로부터 배면부(13b)까지 관통하는 제2 구멍(13f)을 가진다. 커팅날(20)의 회전 방향 전방에 원호부(13c)보다 작은 외경을 가지는 원호부(25)가 형성되어 있고, 원호부(13c)와 원호부(25)와의 사이에 갈퀴면(26)이 설치되어 있다. 또한, 원호부(13c)는 제1 퇴피면으로서 기능하고, 원호부(13c)의 회전 방향 후방의 원호부(27)는 제2 퇴피면으로서 기능한다. 그리고, 전면부(13a)는 제2 구멍(13f)의 양측에 스텝부를 가진다.

제2 인서트(13)는 일체적인 초경합금제 기체로 이루어지거나, 초경합금제 기체에 경질 소결체로 이루어지는 원호형 커팅날 부재를 납땜한 구조를 가진다. 경질 소결체로서는, 예를 들면, 입방정 질화 붕소 소결체(CBN)를 들 수 있다. 제2 인서트(13)의 원호형 커팅날 부재가 경질 CBN 소결체로 이루어지면 고속의 절삭 가공에서도 충분한 내마모성 및 내열성을 발휘한다.

제2 및 제３ 인서트(13, 14)의 형상 및 사이즈는, 반구형 선단부(3)의 제1 ~ 제３ 장착 시트(4, 5, 6)에 제1 ~ 제３ 인서트(12, 13, 14)를 고정하여 공구 본체(2)를 회전시켰을 때, 제1 ~ 제３ 인서트(12, 13, 14)의 원호형 커팅날(17a, 17b, 20, 21)이 완전히 반경 R과 같은 반구를 형성하도록 설정한다.

제1 인서트(12)와 제2 및 제３ 인서트(13, 14)가 반구형 선단부(3)의 정상점 근방에서 간섭하는 것을 회피하기 위하여, 제2 및 제３ 인서트(13, 14)의 원호형 커팅날(20, 21)의 중심각 γ은 90°이하인 것이 바람직하다. 그 결과, 도 7에 나타낸 바와 같이, 제2 및 제３ 인서트(13, 14)의 원호형 커팅날(20, 21)와 회전 중심축선 O₁과의 각도 α는 15 ~ 30°로 된다. 각도 α가 15°미만이면, 제2 및 제３ 인서트(13, 14)의 선단부가 회전 중심축선 O₁에 너무 가까워 원호형 커팅날(20, 21)의 주속도(周速度)가 작으므로, 평면 절삭 시에 제2 및 제３ 인서트(13, 14)의 선단부가 결손(缺損)되기 쉽다. 한편, 각도 α가 30°를 넘으면, 제2 및 제３ 인서트(13, 14)의 원호형 커팅날(20, 21)이 너무 짧아져 가공 효율이 저하되고, 또한 제1 인서트(12)에 부하가 너무 걸려 결손의 원인으로 된다. 중심각 γ가 90°이하이며, 또한 각도 α가 15 ~ 30°이면, 공구 본체(2)의 정상점에서 제2 및 제３ 인서트(13, 14)의 원호형 커팅날(20, 21)와 제1 인서트(12)의 원호형 커팅날(17a, 17b)와의 사이에 간섭이 없다.

초경합금제의 제2 및 제３ 인서트(13, 14)는 초경합금제의 제1 인서트(12)와 같은 방법에 의해 제조할 수 있지만, 구멍(13f)의 내주면에 마무리 가공을 실시할 필요는 없다.

제2 및 제３ 인서트(13, 14)에 CBN으로 이루어지는 원호형 커팅날 부재를 설치하는 방법은, 예를 들면, 하기의 공정을 포함한다.

(a) 제1 공정

제2 및 제３ 인서트(13, 14)의 커팅날에 상당하는 부분에 미리 절결부를 형성한다. 절결부에 CBN으로 이루어지는 원호형 커팅날 부재를 정확하게 고착해야만 하므로, 절결부의 고정면을 다이아 지석 등으로 마무리 가공한다.

(b) 제2 공정

원반형 CBN 블록으로부터 와이어 커팅법 등에 의해 원호형 커팅날 부재를 잘라낸다.

(c) 제３ 공정

제2 및 제３ 인서트(13, 14)의 절결부에 CBN 소결체로 이루어지는 원호형 커팅날 부재를 납땜한다. 마지막으로 다이아몬드 지석에 의해 원호형 커팅날 부재의 커팅날부를 연마하고, 원하는 커팅날(20, 21)를 형성한다.

(4) 제2 및 제３ 나사

본 발명의 바람직한 실시형태에서는 제2 및 제３ 나사(15, 16)도 제2 및 제３ 인서트(13, 14)와 마찬가지로 같은 형상을 가지므로, 경우에 따라서는 제2 나사(15)에 대하여만 설명한다. 이 설명은 제３ 나사(16)에 그대로 적용된다.

도 18에 나타낸 제2 나사(15)는, 헤드부(15a)와, 원통부(15b)와, 나사부(15c)로 이루어진다. 제2 나사(15)는 제2 인서트(13)의 제2 구멍(13f)을 관통하고, 나사부(15c)는 제2 장착 시트(5)의 제2 나사공(5c)에 나사결합된다. 이로써, 제2 인서트(13)는, 제2 장착 시트(5)에 견고하게 고정된다. 마찬가지로, 제３ 나사(16)에 의해 제３ 인서트(14)는 제3 장착 시트(6)에 견고하게 고정된다.

제2 및 제３ 나사(15, 16)는, 제1 나사(9)와 마찬가지로, SK61 등의 공구강의 봉재로부터 기계 가공에 의해 제조할 수 있다.

(5) 공구 본체에 대한 인서트의 고정

공구 본체(2)에 제1 ~ 제３ 인서트(12, 13, 14)를 하기의 수순에 따라 고정시킬 수 있다.

(a) 수순 1

제1 인서트(12)를 슬릿형의 제1 장착 시트(4)에 삽입하고, 제1 나사(9)로 가고정(假固定)한다.

(b) 수순 2

제2 인서트(13)를 제2 장착 시트(5)에 장착하고, 제2 나사(15)로 가고정한다.

(c) 수순 3

제３ 인서트(14)를 제3 장착 시트(6)에 장착하고, 제３ 나사(16)로 가고정한다.

(d) 수순 4

제1 ~ 제３ 인서트(12, 13, 14)의 위치 및 각도를 조정한 후, 제1 ~ 제３ 나사(9, 15, 16)를 소정의 토크(torque)까지 체결하고, 제1 ~ 제３ 인서트(12, 13, 14)를 제1 ~ 제３ 장착 시트(4, 5, 6)에 정확하게 고정시킨다.

본 발명을 이하의 실시예에 의해 더욱 상세하게 설명하지만, 본 발명은 이들에 한정되는 것은 아니다.

[실시예 1]

제1 인서트의 고정 위치 정밀도

인서트의 커팅날은 절삭 가공 시간이 길어짐에 따라 마모되어, 절삭 정밀도가 저하된다. 그러므로, 소정의 절삭 가공 시간에 도달하면 새로운 인서트로 교환하지만, 새로운 인서트의 커팅날의 위치 결정에 오차가 있으면 절삭 가공의 정밀도가 저하된다. 특히, 금형 캐비티 등의 마무리 절삭 가공에서는, 커팅날의 위치 결정 정밀도는 매우 높지 않으면 안된다. 그래서, 제1 인서트(12)를 반복 제1 장착 시트(4)에 고정했을 때의 위치 정밀도를 측정하였다.

마무리 중앙 소경 원통부(22a)의 내경 D₁이 5㎜＋5㎛에서 5㎜＋15㎛까지의 범위 내에서 두께가 5㎜의 4종류의 제1 인서트(12)와, 마무리 대경 원주부(9c)의 외경 d₁이 5㎜-5㎛에서 5㎜＋2㎛까지의 범위 내의 3종류의 제1 나사(9)를 준비하였다. 마무리 중앙 소경 원통부(22a)의 표면 거칠기 Rza 및 대경 원주부(9c)의 표면 거칠기 Rzb를 각각 측정하였다. 이들 제1 인서트(12) 및 제1 나사(9)를 12가지의 조합으로, 도1 ~ 도 4에 나타낸 외경 30㎜의 4매 날용 공구 본체(2)에 고정하였다. 같은 제1 인서트(12)와 제1 나사(9)의 조합에 대하여, 장착과 탈착을 5회 반복하고, 1회째의 장착 시의 커팅날 위치[도 6에 나타낸 원호형 커팅날(17a, 17b)의 최대 직경의 점 P의 위치]를 기준(0)으로 하고, 그에 대한 2회째 이후의 장착 시의 커팅날 위치의 차이를 제1 인서트(12)의 고정 위치 정밀도 S로 하였다.

제1 인서트(12)의 마무리 중앙 소경 원통부(22a)의 내경 D₁ 및 표면 거칠기 Rza, 및 제1 나사(9)의 마무리 대경 원주부(9c)의 외경 d₁ 및 표면 거칠기 Rzb, 커팅날의 고정 위치 정밀도 S, 및 그 평가를 표 1에 나타낸다. 고정 위치 정밀도 S의 평가는 하기의 기준으로 행하였다.

◎: 고정 위치 정밀도 S가 4회 모두 ±1.5㎛ 미만인 경우.

0: 1회라도 ±1.5㎛≤S<±4.0㎛의 고정 위치 정밀도 S가 있었던 경우.

△: 1회라도 ±4.0㎛를 초과하는 고정 위치 정밀도 S가 있었던 경우.

시험 No.	중앙 소경 원통부 (㎛)		대경 원주부 (㎛)		클리어런스 (㎛)	고정 위치 정밀도
시험 No.	내경(D1)⁽¹⁾	Rza⁽²⁾	외경(d1)⁽³⁾	Rzb⁽⁴⁾	클리어런스 (㎛)	정밀도 S (㎛)	평가
1	＋5	0. 4	＋2	1.5	1.5	<±1.0	◎
2	＋5	0. 4	0	3.2	2. 5	<±1.5	◎
3	＋5	0. 4	-5	6. 3	5.0	<±4.0	○
4	＋7	0. 8	＋2	1.5	2. 5	<±1.0	◎
5	＋7	0. 8	0	3.2	3. 5	<±1.5	◎
6	＋7	0. 8	-5	6. 3	6.0	<±4.0	○
7	＋11	1.6	＋2	1.5	4. 5	<±4.0	○
8	＋11	1.6	0	3.2	5. 5	<±4.0	○
9	＋11	1.6	-5	6. 3	8.0	<±6.0	△
10	＋15	3.2	＋2	1.5	6. 5	<±6.0	△
11	＋15	3.2	0	3.2	7. 5	<±8.0	△
12	＋15	3.2	-5	6. 3	10.0	<±9.0	△

주: (1) 5㎜와의 차이로 나타낸 내경.

(2) 마무리 중앙 소경 원통부(22a)의 표면 거칠기 Rza.

(3) 5㎜와의 차이로 나타낸 외경.

(4) 마무리 대경 원주부(9c)의 표면 거칠기 Rzb.

표 1로부터 명백한 바와 같이, 중앙 소경 원통부(22a)의 면 거칠기 Rza가 0.8㎛ 이하의 제1 인서트(12)와, 대경 원주부(9c)의 면 거칠기 Rzb가 3.2㎛ 이하의 제1 나사(9)와의 조합(시험 번호 1, 2, 4, 5)에서는, 제1 인서트(12)의 고정 위치 정밀도 S는 ±1.5㎛ 미만으로 극히 높았다. 한편, 고정 위치 정밀도 S가 ±4.0㎛를 초과하는 조합에서는, 제1 인서트(12)의 고정 위치의 미세 조정을 위해 많은 시간을 요한다.

이상 결과로부터, 중앙 소경 원통부(22a)의 면 거칠기 Rza가 0.8㎛ 이하의 제1 인서트(12)와, 대경 원주부(9c)의 면 거칠기 Rzb가 3.2㎛ 이하의 제1 나사(9)를 조합시키면, 제1 인서트(12)를 양호한 정밀도로 반구형 선단부(3)의 슬릿형의 제1 장착 시트(4)에 고정시킬 수 있는 것을 알 수 있다.

[실시예 2]

절삭 시험 1

표 2에 나타낸 사양의 4종류의 볼 엔드밀(B1~B4)을 제작하였다. 볼 엔드밀(B1) 및 (B2)는 WC기 초경합금제의 제1 ~ 제３ 인서트를 가지는 본 발명의 4매 날의 날끝 교환식 볼 엔드밀이며, 볼 엔드밀(B3)은 WC기(基) 초경합금제의 제1 인서트 만 가지는 2매 날의 종래의 날끝 교환식 볼 엔드밀이며, 볼 엔드밀(B4)은 4개의 WC기 초경합금제 커팅날부를 공구 본체에 납땜한 종래의 볼 엔드밀이다. 어느 WC기 초경합금도, WC의 평균 입경이 0.6㎛이며, Co 함유량이 8.0질량%였다.

표 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 날끝 교환식 볼 엔드밀(B1) 및 (B2)에서는, 반구형 선단부(3)의 제1 나사공(8)의 경사각 θ 및 제1 인서트(12)의 중앙 소경 원통부(22a)의 경사각 δ은 모두 25°이며, 중앙 소경 원통부(22a)의 내경 D₁은 5.007㎜이며, 제1 나사(9)의 대경 원주부(9c)의 외경 d₁은 4.997㎜였다.

종래의 날끝 교환식 볼 엔드밀(B3)은 2매 날이므로, 각도 θ 및 각도 δ는 모두 0°였다. 종래의 볼 엔드밀(B4)은, 납땜한 4매 날을 가지므로, 각도 θ 및 각도 δ는 존재하지 않는다.

볼 엔드밀	B1	B2	B3	B4
공구 본체
날수	4매	4매	2매	4매⁽¹⁾
공구 직경(㎜)	30	30	30	30
돌출량(㎜)	110	110	110	110
θ(℃)	25	25	0	-
제1 인서트
재질	초경합금	초경합금	초경합금	초경합금
커팅날 반경(㎜)	15	15	15	15
두께(㎜)	5	5	7	5
β(℃)	180	180	180	180
δ(℃)	25	25	0	-
제2 및 제３ 인서트
재질	초경합금	초경합금	-	초경합금
커팅날 반경(㎜)	15	15	-	15
두께(㎜)	3. 6	3. 6	-	5
α(℃)	20	20	-	20
γ(℃)	90	90	-	90
제1 ~ 제３ 인서트의 TiSiN 표면 처리	있음	있음/없음⁽²⁾	있음	없음
커팅날의 경질 소결체의 유무	없음	있음	없음	없음

주: (1) 납땜

(2) 제1 인서트에는 TiSiN의 표면 처리가 있고, 제2 및 제３ 인서트에는 TiSiN의 표면 처리는 없었다.

각 볼 엔드밀(B1~B4)을 사용하여, FCD550(HB: 220)으로 이루어지는 피삭재(被削材)의 수직벽 및 평면의 절삭 시험을 행하여, 가공 능률을 평가했다. 절삭 조건은 하기와 같다.

가공 방법: 마무리의 건식 절삭

절삭 속도: 1130m/min

회전수: 12000 rpm

이송 속도: 10800㎜/min

1날당의 이송량: 0.22 ~ 0.45㎜/날

축 방향 커팅량: 0.15㎜

직경 방향 커팅량: 0.5㎜

공구 돌출량: 110㎜

제1 ~ 제３ 인서트(12, 13, 14)의 커팅날의 치수 변화가 0.01㎜에 도달하거나, 퇴피면의 마모량이 0.05㎜에 도달할 때까지의 시간을 인서트 수명으로 하였다. 결과를 표 3에 나타낸다.

볼 엔드밀	인서트 수명(분 )
볼 엔드밀	수직벽 절삭	평면 절삭
B1⁽¹⁾	240	600
B2⁽¹⁾	800	650
B3⁽²⁾	120	550
B4⁽²⁾	20	100

주: (1) 본 발명의 날끝 교환식 볼 엔드밀.

(2) 종래의 볼 엔드밀.

절삭 시험 1 중 인서트의 내마모성을 평가하는 수직벽의 절삭 시험에서는, 종래의 2매 날의 날끝 교환식 볼 엔드밀(B3)의 인서트 수명은 120분이며, 내열성을 향상시키는 표면 처리가 행해지지 않은 종래의 왁스 접착 4매 날의 볼 엔드밀(B4)의 인서트 수명은 20분으로 짧았다. 이에 대하여, 본 발명의 날끝 교환식 볼 엔드밀(B1) 및 (B2)의 인서트 수명은 각각 240분 및 800분이었다. 이와 같이, 본 발명의 날끝 교환식 볼 엔드밀(B1) 및 (B2)는, 수직벽의 고속 절삭에 있어서 우수한 내마모성을 발휘하여, 장수명화를 달성할 수 있었다. 본 발명의 날끝 교환식 볼 엔드밀이 고속 절삭에서도 긴 인서트 수명을 나타낸 것은, 상기 제1 및 제2 특징에 의해 4매 날로 할 수 있었기 때문인 것으로 생각된다.

상기 시험과는 별도로, 본 발명의 날끝 교환식 볼 엔드밀(B1, B2)을 사용하여 500m/min의 절삭 속도로 수직벽을 절삭했을 때, 인서트 수명은 더 길고, B1에서는 1200분, B2에서는 2500분이었다. 지금부터, 본 발명의 날끝 교환식 볼 엔드밀은 1000m/min의 고속 절삭에 있어서 높은 능률 및 장수명을 나타낼뿐아니라, 종래부터 일반적으로 실시되고 있는 500m/min의 절삭 속도 하에서도 높은 내마모성 및 장수명화를 나타내는 것을 알 수 있다.

또한, 평면 절삭 시험에서는, 종래의 2매 날의 날끝 교환식 볼 엔드밀(B3)의 인서트 수명은 550분이며, 왁스 접착 4매 날의 종래의 볼 엔드밀의 인서트 수명은 100분이었다. 이에 대하여, 본 발명의 날끝 교환식 볼 엔드밀(B1) 및 (B2)의 인서트 수명은 각각 600분 및 650분으로 길었다. 그러므로, 볼 엔드밀의 선단 근방에서 저속 절삭을 행하는 평면 절삭에서도, 본 발명의 날끝 교환식 볼 엔드밀은 양호한 인서트 수명을 나타내는 것을 알 수 있다.

[실시예 3]

절삭 시험 2

실시예 2와 마찬가지로, 하기 표 4에 나타낸 사양의 4종류의 볼 엔드밀(B5~B8)을 제작하였다. 본 발명의 날끝 교환식 볼 엔드밀(B5, B6)에 장착한 제1 인서트(12)의 경사 구멍(22)의 경사각δ은 25°이며, 중앙 소경 원통부(22a)의 내경 D₁은 5.007㎜이며, 제1 나사(9)의 대경 원주부(9c)의 외경 d₁은 4.997㎜였다.

볼 엔드밀	B5	B6	B7	B8
공구 본체
날수	4매	4매	2매	4매⁽¹⁾
공구 직경(㎜)	30	30	30	30
돌출량(㎜)	110	110	110	110
θ(°)	25	25	0	-
제1 인서트
재질	초경합금	초경합금	초경합금	초경합금
커팅날 반경(㎜)	15	15	15	15
두께(㎜)	5	5	7	5
β(°)	180	180	180	180
δ(°)	25	25	0	-
제2 및 제３ 인서트
재질	초경합금	초경합금	-	초경합금
커팅날 반경(㎜)	15	15	-	15
두께(㎜)	3. 6	3. 6	-	5
α(°)	20	20	-	20
γ(°)	90	90	-	90
제1 ~ 제３ 인서트의 TiSiN 표면 처리	있음	있음/없음⁽²⁾	있음	없음
커팅날의 경질 소결체의 유무	없음	있음	없음	없음

주: (1) 납땜

(2) 제1 인서트에는 TiSiN의 표면 처리가 있어, 제2 및 제３ 인서트에는 TiSiN의 표면 처리는 없었다.

각 볼 엔드밀(B5~B8)을 사용하여, SK11(HRC: 60)으로 이루어지는 피삭재에 대하여 하기의 절삭 조건 하에서 수직벽 절삭 및 평면 절삭을 행하였다.

가공 방법: 마무리의 건식 절삭

절삭 속도: 300m/min

회전수: 3200 rpm

이송 속도: 1920㎜/min

1날당의 이송량: 0.15 ~ 0.3㎜/날

축 방향 커팅량: 0.15㎜

직경 방향 커팅량: 0.5㎜

공구 돌출량: 110m

제1 ~ 제３ 인서트(12, 13, 14)의 커팅날의 치수 변화가 0.03㎜에 도달하거나, 퇴피면의 마모량이 0.15㎜에 도달할 때까지의 시간을 인서트 수명으로 하였다. 결과를 표 5에 나타낸다.

볼 엔드밀	인서트 수명(분 )
볼 엔드밀	수직벽 절삭	평면 절삭
B5	65	220
B6	230	240
B7	33	200
B8	3	20

인서트의 내마모성을 평가하는 수직벽 절삭 시험에서는, 종래의 2매 날의 날끝 교환식 볼 엔드밀(B7)의 인서트 수명은 33분이며, 인서트에 내열성을 부여하는 표면 처리가 행해지지 않은 왁스 접착 4매 날의 종래의 볼 엔드밀(B8)의 인서트 수명은 불과 3분이었다. 이에 대하여, 본 발명의 날끝 교환식 볼 엔드밀(B5) 및 B6의 인서트 수명은 각각 65분 및 230분이었다. 지금부터, 본 발명의 날끝 교환식 볼 엔드밀(B5, B6)은, 금형의 수직벽 등의 고속 절삭에 있어서 우수한 내마모성을 발휘하여, 장수명인 것을 알 수 있다.

또한, 인서트의 내마모성을 평가하는 평면 절삭 시험에서는, 종래의 2매 날의 날끝 교환식 볼 엔드밀(B7)의 인서트 수명은 200분이며, 왁스 접착 4매 날의 종래의 볼 엔드밀(B8)의 인서트 수명은 20분이었다. 이에 대하여, 본 발명의 날끝 교환식 볼 엔드밀(B5) 및 (B6)의 인서트 수명은 각각 220분 및 240분이었다. 지금부터, 상기 제1 및 제2 특징을 가지는 것에 의해, 본 발명의 날끝 교환식 볼 엔드밀은 내마모성이 필요한 평면 절삭 시험에서도 양호한 인서트 수명을 가지는 것이 알 수 있다.

상기한 제1 인서트의 고정 위치 정밀도 시험 및 절삭 가공 시험 1 및 2의 결과로부터, 본 발명의 날끝 교환식 볼 엔드밀은, FCD550계 주물(鑄物)로 이루어지는 피삭재 및 고경도 냉간(冷間) 다이스강 SKD11(HRC: 62)으로 이루어지는 금형에 대하여 고속의 수직벽 절삭 및 평면 절삭을 행하는 경우에, 종래의 볼 엔드밀보다 우수한 내마모성을 나타내고, 따라서 긴 인서트 수명을 발휘하는 것을 알 수 있다.

Claims

공구 본체의 반구형(半球形) 선단부에 설치된 제1 장착 시트(seat) ~ 제3 장착 시트에 각각 제1 나사 ~ 제３ 나사에 의해 원호형 커팅날(cutting edge)을 가지는 제1 인서트(insert) ~ 제３ 인서트가 착탈 가능하게 장착되는 날끝(edge) 교환식 볼 엔드밀(ball end mill)로서,
상기 제1 장착 시트는, 상기 반구형 선단부의 회전 중심축선을 중심으로 하여 직경 방향으로 형성된 슬릿으로 이루어지는 동시에, 상기 슬릿의 회전 방향 전방에 절삭칩 배출용 포켓을 가지고, 상기 슬릿은 상기 반구형 선단부를 2개의 반체부(半體部)로 2분할하고,
상기 제2 장착 시트 및 상기 제3 장착 시트의 각각은 각각의 상기 반체부에 형성된 절결부(切缺部)로서, 각각의 상기 절결부는 각각의 상기 반체부의 회전 방향 전면(前面)에 형성된 시트면과, 상기 시트면의 회전 방향 전방에 설치된 절삭칩 배출용 포켓을 가지고,
상기 제1 나사용의 제1 나사공은, 상기 반구형 선단부의 한쪽의 반체부로부터 다른 쪽의 반체부까지 상기 슬릿을 경사지게 관통하는 동시에, 상기 제2 나사용의 제2 나사공 및 제３ 나사용의 제３ 나사공은 각각 상기 제2 장착 시트 및 상기 제3 장착 시트의 상기 시트면에 형성되어 있음으로 인해, 상기 제1 나사와 상기 제2 나사 및 상기 제３ 나사와의 간섭이 회피되고
상기 제1 인서트는 상기 제1 장착 시트에 장착되었을 때 상기 제1 나사공과 정합(整合)하도록 경사진 구멍을 가지고,
상기 제1 인서트의 구멍은 적어도 일부에 마무리면을 가지고, 상기 제1 나사는 헤드부와 나사부 사이의 적어도 일부에 마무리면을 가지고, 상기 제1 장착 시트에 장착된 상기 제1 인서트에 상기 제1 나사가 관통되면 상기 제1 인서트의 구멍의 마무리면과 상기 제1 나사의 마무리면이 밀접하게(tightly) 걸어맞추어짐으로써, 상기 제1 인서트가 정확하게 위치 결정되는, 날끝 교환식 볼 엔드밀.
제1항에 있어서,
상기 제1 나사공이 상기 제2 나사공 및 상기 제３ 나사공보다 공구 본체의 후방측에 위치하고 있는, 날끝 교환식 볼 엔드밀.
제1항에 있어서,
상기 제1 인서트의 한 쌍의 커팅날을 연결하는 직선과, 상기 제2 인서트 및 상기 제３ 인서트의 커팅날을 연결하는 직선이 직교하고 있는, 날끝 교환식 볼 엔드밀.
제1항에 있어서,
상기 제1 장착 시트에 장착된 상기 제1 인서트의 원호형 커팅날은 상기 반구형 선단부의 대략 정상점(頂点)을 지나고, 상기 제2 장착 시트 및 상기 제３ 장착 시트에 장착된 상기 제2 인서트 및 상기 제３ 인서트의 원호형 커팅날의 최선단과 상기 공구 본체의 회전 중심축선이 이루는 각도 α는 15°~ 30°인, 날끝 교환식 볼 엔드밀.
제1항에 있어서,
상기 제1 인서트의 원호형 커팅날은 180° 이상의 중심각 β를 가지고, 상기 제2 인서트 및 상기 제３ 인서트의 원호형 커팅날은 90° 이하의 중심각 γ를 가지는, 날끝 교환식 볼 엔드밀.
제1항에 있어서,
상기 제1 인서트는 초경합금(超硬合金)으로 이루어지는, 날끝 교환식 볼 엔드밀.
제1항에 있어서,
상기 제2 인서트 및 상기 제３ 인서트는 초경합금으로 이루어지는 기체(基體)에 입방정(立方晶) 질화 붕소 소결체로 이루어지는 원호형 커팅날부가 접합된 구조를 가지는, 날끝 교환식 볼 엔드밀.
제1항에 있어서,
상기 제1 인서트의 경사 구멍의 마무리면은 상기 제1 나사의 마무리면보다 작은 표면 거칠기를 가지는, 날끝 교환식 볼 엔드밀.
제1항에 있어서,
상기 제1 장착 시트의 중심선에 직교하는 직선에 대한 상기 제1 나사공의 경사각 θ이, 상기 공구 본체의 회전 방향과는 역방향으로 20°~ 40°인, 날끝 교환식 볼 엔드밀.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 인서트의 구멍은 마무리 가공한 중앙 소경(小徑) 원통부와, 상기 중앙 소경 원통부의 양측의 대경(大徑) 원통부를 가지고, 상기 제1 나사는 헤드부와 나사부 사이에 마무리 가공한 대경 원주부를 가지는, 날끝 교환식 볼 엔드밀.
제10항에 있어서,
상기 중앙 소경 원통부의 내경이 상기 대경 원주부의 외경보다 3㎛ ~ 10㎛만큼 큰, 날끝 교환식 볼 엔드밀.