KR102349807B1 - 일체형으로 형성된 나사형 생크-커넥터를 갖는 교체 가능한 정면-밀링 헤드 - Google Patents

일체형으로 형성된 나사형 생크-커넥터를 갖는 교체 가능한 정면-밀링 헤드 Download PDF

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Abstract

중심 회전 축(AR)을 중심으로 회전하도록 구성된 교체 가능한 정면 밀링 헤드(14). 헤드(14)는 절삭 부분(36)과 생크(12)와 연결되도록 구성된 일체형으로 형성된 나사형 생크-커넥터 부분(34)을 포함한다. 절삭 부분 길이(LC)를 절삭 부분 직경(DE)로 나눈 것으로 정의된 길이-직경 비율(LDR)이 0.3 ≤ LDR ≤ 1.00의 조건을 만족한다.

Description

일체형으로 형성된 나사형 생크-커넥터를 갖는 교체 가능한 정면-밀링 헤드
본 출원의 요지는 교체 가능한 밀링 헤드, 특히 정면 작업을 위한 적어도 한 개의 축방향 절삭날을 갖는 교체 가능한 밀링 헤드에 관련된 것이다. 이와 같은 교체 가능한 밀링 헤드는 또한 “정면-밀링 헤드”, 또는 간결하게 “밀링 헤드” 또는 “헤드”라고 불리우며, 이들 모두는 본 출원에서 적어도 한 개의 축방향 절삭날을 갖는 밀링 헤드를 구체적으로 나타낸다. 이와 같은 “축방향 절삭날”은 또한 아래에서 “헤드 전면의 주 절삭날”이라고 불리운다.
엔드밀은 비-축방향으로 또한 가공할 수 있다는 점에서, 그리고 전부가 아니라면 일반적으로 대부분의 가공이 비-축방향이라는 점에서 드릴과 다르다.
일반적으로, 엔드밀은 이론적으로 인서트-밀, 솔리드 엔드밀, 그리고 교체 가능한 밀링 헤드의 카테고리로 나누어질 수 있다.
인서트-밀은 포켓을 갖는 툴 홀더 및 일반적으로 인덱싱 가능하고 포켓 내에 마운트되도록 구성된 교체 가능한 인서트를 포함하는 밀링 툴이다. 인서트-밀의 장점은 비교적 비싸고 단단한 재료로 만들어진 교체 가능한 인서트가 밀링 툴의 상대적으로 작은 부분을 구성한다는 것이다. 툴 홀더는 밀링 동안 콜렛(collet) 또는 척(chuck)으로 견고히 지지되는 생크를 포함한다.
작은 인서트의 교체만이 요구되는 인서트-밀과는 달리, 솔리드 엔드밀은 일체형으로 형성된 돌기를 포함하고, 전체 솔리드 엔드밀이 마모된 후 교체된다. 솔리드 엔드밀은 밀링 동안 콜렛 또는 척으로 견고히 지지되는 일체형으로 형성된 생크를 또한 포함한다. 따라서, 솔리드 엔드밀은 인서트-밀보다 상대적으로 훨씬 더 비싼 재료를 이용한다. 상대적으로 높은 비용에도 불구하고, 인서트 밀에 비한 적어도 한 개의 솔리드 엔드밀의 장점은 솔리드 엔드밀의 단일의 일체형으로 형상된 몸체가 상대적으로 작게 생산될 수 있어서 상대적으로 작은 위치에서의 밀링을 허용한다는 것이다.
교체 가능한 밀링 헤드는 일체형으로 형성된 돌기를 갖는 점에서 솔리드 엔드밀과 유사하다. 하지만, 교체 가능한 밀링 헤드는 생크로부터 부착 및 제거되도록 구성된 생크 커넥터 부분을 갖는다는 점에서 상이하다. 일체형으로 형성된 생크를 갖는 솔리드 엔드밀이 예를 들어 강도, 진동 및 단순화된 생산의 관점에서 이로울 수 있는 반면, 밀링 동안 콜릿 또는 척으로 지지되는 교체 가능한 밀링 헤드의 생크는 헤드가 손상되더라도 교체될 필요가 없다. 더욱이, 비록 교체 가능한 밀링 헤드가 인서트 밀보다 더욱 비싼 재료를 사용하더라도, 솔리드 엔드밀보다 적게 사용한다.
본 출원의 요지는 후자의 카테고리, 즉 교체 가능한 밀링 헤드에 관한 것이다.
더욱 구체적으로는, 본 출원은 면 작업(즉, 정면 밀링 작업 즉, 헤드의 면에서 수행되지만 비-축방향인 작업을 위해 적어도 한 개의 축방향 절삭날을 갖는)을 위해 구성된 헤드에 관한 것이다. 바람직한 실시예는 오로지 면 작업, 즉, 절삭 부분의 외면을 따라 어떠한 반경방향 절삭날도 사용하지 않는 작업을 위해 구성된 헤드로 또한 유도된다. 가장 바람직한 실시예는 구체적으로 페스트-피드 돌기(fast-feed tooth) 구성을 갖는 헤드, 즉, 축방향 절삭날로만 가공하기 위한(다르게 말해서, 반경방향 및 축방향 절삭날 사이에 위치한 코너 절삭날도 사용하지 않도록 구성된) 헤드로 유도된다.
본 출원의 목적은 새롭고 향상된 교체 가능한 면-밀링 헤드를 제공하는 것이다.
본 출원의 일 실시예에 따라, 헤드 전면의 적어도 한 개의 주 절삭날을 포함하고, 절삭 부분 길이(LC)를 절삭 부분 직경(DE)으로 나눈 것으로 정의되는 길이-직경 비율(LDR)이 LDR ≤ 1.00의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 교체 가능한 정면-밀링 헤드가 제공된다.
명세서와 청구항의 목적에 대해 정반대로 언급되지 않는다면, 주어진 각각의 값은 ± 0.01의 공차를 갖는 것으로 여겨진다. 예를 들어 LDR=1.00이라고 서술된 조건은 다른 한편으로 LDR = 1.00± 0.01이라고 쓰여질 수 있다.
필요한 재료가 감소되기 때문에 1.00 이하인 길이-직경 비율 LDR은 공지된 설계보다 이롭지만, 구체적인 비율 LDR = 1.00의 특정한 비율은 특히, 오직 상대적으로 작은 절삭력과 상대적으로 적은 열전달을 초래하는 생크-커넥터 부분 정삭 또는 코너 절삭 가공을 위해 구성된 비-페스트-피드 돌기의 기하학적인 구조를 위해 여전히 충분히 길다는 점에서 특별한 이점을 갖는다.
추가적으로, 바람직하게는 헤드의 축방향 절삭날이 밀링의 대부분을 수행하도록 구성된 헤드, 또는 가장 바람직하게는 전체 밀링 작업 (페스트-피드 돌기 구성의 경우)을 수행하도록 구성된 경우, 1.00보다 작은 LDR의 비율까지도 실현 가능하고 심지어 더 이롭다는 것이 발견되었다.
열전달에 관하여, 저렴하고 동반되는 생크를 위해 일반적으로 내열성이 적은 재료(예를 들어 초경합금보다 강철)가 사용될 수 있도록 헤드가 일반적으로 활용된다. 상대적으로 짧은 교체 가능한 밀링 헤드를 생산함에 있어서의 단점은 헤드의 길이가 감소함에 따라 예를 들어 가공된 칩과의 접촉을 통해 작업물로부터 헤드로 전달되는 열의 양이 증가한다는 것이고, 이는 헤드의 생크-커넥터의 접촉 영역과 생크-커넥터를 통해 헤드에 지지된 생크를 과도하게 가열할 수 있다. 과열은 생크로부터 헤드의 제거를 지연시키거나 또는 때로는 방해함으로써 교체 가능한 헤드를 사용하는 주 이익을 무효로 할 수 있다. 또 다른 단점은 진동을 추가적으로 감소시킬 수 있는 “스윗 스팟”(즉, 안정적인 밀링 속도)을 포함하는 설계를 갖는 짧은 밀링 헤드를 제공할 수 없다는 것이다.
이론에 구애받지 않고, 작업물과의 주 접촉 영역이 헤드의 주연을 따라서가 아닌 헤드의 전면에 있기 때문에 정면 밀링 헤드에 발생하는 과도한 가열이 발견되지 않았고, 그로 인해서 헤드를 지지하는 생크로부터 열을 멀리하고 출원인에게 전에 알려진 것에 비해 더 짧은 헤드까지도 허용한다.
추가적으로, 감소된 길이-직경 비율 LDR은 예를 들어 스윗 스팟의 결여를 또한 보상하는 추가적인 안정성을 제공한다.
이와 같은 헤드 디자인은, 헤드를 위해 사용되는 비싼 재료(일반적으로, 초경합금이지만 이에 한정되지 않음)의 양이 이전에 알려진 것보다 적고 그로 인해서 인서트-밀의 인서트를 위해 사용되는 양에 근접하게 접근하기 때문에, 아마도 알려진 밀링 헤드와 인서트-밀 사이의 새로운 하이브리드 엔드밀로 고려될 수 있다.
본 출원의 요지의 제2 실시예에 따라, 대향하는 축방향 전방과 후방(DF, DR), 그리고 대향하는 회전방향 선행방향과 후행방향(DP, DS)을 정의하는 중심 회전 축(AR)을 중심으로 회전하도록 구성된 교체 가능한 정면 밀링 헤드가 제공되고, 선행방향(DP)이 절삭 방향이고, 정면 밀링 헤드는 헤드 후면, 헤드 전면, 및 헤드 후면으로부터 헤드 전면으로 연장되는 헤드 주연 표면, 외부 나사선이 형성되며 헤드 후면으로부터 전방으로 연장되는 생크-커넥터 부분, 생크-커넥터 부분과 일체형으로 형성되며 생크-커넥터 부분으로부터 헤드 전면으로 전방으로 연장되는 절삭 부분, 중심 회전 축(AR)에 대해 평행하게 측정 가능한 절삭 부분 길이(LC), 및 헤드 전면에 있고 중심 회전 축(AR)에 대해서 직각인 직각 평면(PP)을 포함하고, 절삭 부분은 복수의 일체로 형성된 돌기로서 헤드 전면에서 주 절삭날을 각각 포함하는 돌기, 복수의 돌기와 교호하는 복수의 플루트, 및 절삭 부분 직경(DE)을 포함하고, 절삭 부분 길이(LC)를 절삭 부분 직경(DE)로 나눈 것으로 정의되는 길이-직경 비율(LDR)은 0.3 ≤ LDR ≤ 1.00의 조건을 만족하는 것을 특징으로 한다.
본 출원의 요지의 제3 실시예에 따라, 절삭 부분 길이(LC)를 절삭 부분 직경(DE)으로 나눈 것으로 정의되는 길이-직경 비율(LDR)이 LDR ≤ 1.00의 조건을 만족하고, 정면 밀링 헤드의 돌기가 페스트-피드 형상(fast feed geometry)을 갖도록 구성된 것을 특징으로 하는 교체 가능한 정면-밀링 헤드가 제공된다.
소위 “페스트-피드 형상”은 상대적으로 작은 칩들에 인해 제거되는 비교적 적은 양의 재료를 증가시키기 위해 상대적으로 빠른 이송율로 보상된, 상대적으로 작은 칩을 가공하기 위해 구성된 특정한 정면 형상이다. 이러한 설계는 높은 제거율(즉, 황삭 가공)을 위해 특히 이로울 수 있다. 비록 황삭 가공이 정삭 가공에 비해 더 많은 열전달을 생성하지만, 페스트-피드 형상 및/또는 위치가 생크-커넥터 및 연결된 생크의 연결 영역의 과열을 충분히 예방한다는 것이 지금까지 밝혀졌다. 예를 들어 냉매 홀과 같은 아래에서 서술되는 추가적인 특징들이 또한 이러한 목적에 이익이 된다.
더욱 상세하게, 페스트-피드 형상을 갖는 각 돌기는 헤드 주연 표면을 따라 연장되는 릴리프 날, 릴리프 날에 연결되고 절삭 부분의 반경방향 말단 포인트를 포함하는 볼록하게 만곡된 외부 코너, 외부 코너에 연결되고 외부 코너로부터 전방-내향 방향으로 연장되는 주 절삭날, 주 절삭날에 연결된 볼록하게 만곡된 내부 코너, 그리고 내부 코너에 연결되고 내부 코너로부터 후방-내향 방향으로 연장되는 경사진 절삭날을 포함하는 것으로 정의될 수 있다.
본 출원의 요지의 제4 실시예에 따라, 절삭 부분 길이(LC)를 절삭 부분 직경(DE)으로 나눈 것으로 정의되는 길이-직경 비율(LDR)이 LDR = 0.50 ± 0.05 (또는 더욱 바람직하게는 LDR = 0.50 ± 0.01) 또는 LDR = 1 ± 0.01의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 교체 가능한 정면 밀링 헤드가 제공된다. 이러한 정확한 길이-직경 비율 값의 특별한 장점이 아래에 서술된다.
본 출원의 요지의 제5 실시예에 따라, 헤드 전면에 적어도 한 개의 주 절삭 날, 일체형으로 형성된 절삭 부분, 및 나사형 생크 부분을 포함하는 교체 가능한 정면-밀링 헤드로서, 헤드에 고정용 구조물이 전혀 없고 절삭 부분 길이(LC)를 절삭 부분 직경(DE)로 나눈 것으로 정의되는 길이-직경 비율(LDR)이 LDR ≤ 1.00의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 교체 가능한 정면-밀링 헤드가 제공된다.
본 출원의 요지의 제6 실시예에 따라, 이전의 임의의 실시예에 따른 정면-밀링 헤드와 생크를 포함하는 정면-밀링 조립체로서, 생크가 생크 후면, 생크 전면, 및 생크 후면으로부터 생크 정면으로 연장되는 생크 주연 표면을 포함하고, 생크 전면에는 헤드의 생크-커넥터 부분을 수용하도록 구성된 개구가 형성되는 정면 밀링 조립체가 제공된다.
위에서 언급된 내용은 요약이며, 상기 임의의 실시예들은 이하에서 설명되는 임의의 특징들을 추가적으로 포함할 수 있다고 이해될 것이다. 구체적으로는 다음 특징들을 단독으로 또는 조합하여, 임의의 위의 실시예들에게 적용가능할 수 있다.
A. 헤드는 헤드 후면, 헤드 전면, 그리고 헤드 후면으로부터 헤드 전면으로 연장되는 헤드 주연 표면을 포함할 수 있다.
B. 헤드는 절삭 부분과 생크-커넥터 부분을 포함할 수 있다. 절삭 부분은 생크-커넥터 부분으로부터 전방으로 연장될 수 있다. 절삭 부분에는 생크-커넥터 부분이 일체형으로 형성될 수 있다. 전체 헤드는 일체형으로 형성될 수 있고, 또는 다르게 말해서 단일 일체형 구조를 가질 수 있다. 이는 가공 도중 안정성을 위해 바람직하다. 예를 들어 전체 헤드는 단일 압착 및 소결체로 생산될 수 있다. 이러한 몸체는 원하는 최종의 형상 또는 본질적으로 최종적의 형상, 즉, 돌기와 플루트를 포함하게끔 압착될 수 있고, 또는 대안적으로 후속 제조 공정에서 플루트 및 돌기가 연마될 수 있다.
C. 절삭 부분과 생크-커넥터 부분은 교차부에서 만날 수 있다. 절삭 부분은 생크-커넥터를 둘러싸고 후방을 향하는 절삭 부분 환형 표면을 포함할 수 있다. 교차부는 생크-커넥터 부분과 후방을 향하는 절삭 부분 환형 표면이 위치하는 중심 회전 축을 따라 축방향 위치에 위치할 수 있다.
D. 절삭 부분은 복수의 일체형으로 형성된 돌기와 복수의 돌기와 교호하는 복수의 플루트를 포함할 수 있다.
E. 절삭 부분은 절삭 부분 직경(DE)을 포함할 수 있다. 더욱 상세하게, 절삭 부분 직경(DE)은 절삭 부분의 가장 큰 직경으로 정의될 수 있다. 절삭 부분 직경(DE)은 헤드 전면에 위치하거나 또는 헤드 전면에 인접할 수 있다.
F. 생크-커넥터 부분은 헤드 후면으로부터 전방으로 연장될 수 있다.
G. 생크-커넥터 직경(DSC)은 절삭 부분 직경(DE)보다 작을 수 있다. 바람직하게, 생크-커넥터 직경(DSC)은 절삭 부분의 가장 작은 외경(DM)보다 작을 수 있다. 바람직하게, 생크-커넥터 직경(DSC)을 절삭 부분 직경(DE)으로 나눈 것으로 정의되는 직경 비율(DDR)은 0.6 ≤ DDR ≤ 0.8의 조건을 만족한다.
H. 생크-커넥터 길이(LS)는 헤드 후면으로부터 절삭 부분까지로 측정 가능하다.
I. 생크-절삭 부분 길이 비율(SCR)은 절삭 부분 길이(LC)를 생크-커넥터 길이(LS)로 나눈 것으로 정의되고, 0.3 ≤ SCR ≤ 1.5의 조건을 만족할 수 있다.
J. 생크-커넥터 부분에는 바람직하게 외부 나사선이 형성될 수 있다. 바람직하게, 각 나사선의 최외측 포인트는 가상적인 실린더를 따라 놓일 수 있다. 바람직하게, 각 나사선의 최내측 포인트는 가상적인 실린더를 따라 놓일 수 있다.
K. 생크-커넥터 부분은 외부 나사선과 절삭 부분 사이에 위치한 절두원추형 섹션을 포함할 수 있다. 바람직하게, 절두원추형 섹션은 생크-커넥터 길이(LS)의 1/3보다 작은, 보다 바람직하게는 1/4보다 작게 구성된 축방향 길이를 가질 수 있다.
L. 헤드의 총 길이(LT)는 헤드 후면으로부터 헤드 전면까지로 정의된다.
M. 절삭 부분 길이(LC)는 중심 회전 축(AR)에 평행하게 측정 가능하다. 더욱 상세하게, 절삭 부분 길이(LC)는 생크-커넥터 부분과 절삭 부분의 교차부로부터 헤드 전면까지 연장되는 것으로 정의된다.
N. 직각 평면(PP)은 헤드 전면에 위치할 수 있고, 중심 회전 축(AR)에 직각으로 연장될 수 있다.
O. 길이-직경 비율(LDR)은 절삭 부분 길이(LC)를 절삭 부분 직경(DE)으로 나눈 것으로 정의된다. 길이-직경 비율(LDR)은 1.00이하다(LDR ≤ 1.00). 길이-직경 비율(LDR)은 바람직하게는 0.3 ≤ LDR ≤ 1.00의 조건을 만족할 수 있다. 일반적으로, 큰 비율보다 작은 비율이 선호되는 것으로 이해될 수 있다(즉, 0.3에 가까운 값이 일반적으로 선호됨). 하지만, 여기서부터 서술된 몇가지 고려사항들이 바람직한 비율과 관련하여 고려되어야 한다.
P. 비록, 추가적인 비싼 재료가 더 큰 비율로 이용되더라도, 길이-직경 비율이 0.3 이상(LDR ≥ 0.3), 또는 바람직하게 0.4 이상(LDR ≥ 0.4)의 길이-직경 비율(LDR)을 갖는 축방향 날을 생산하는 것이 더욱 구조적으로 견고하다. 소량의 추가 재료만을 이용하면서도 상이한 직경 크기에 걸쳐 제조를 단순화하는 것을 허용하는 특정 비율은 LDR = 0.50 ± 0.05이며 더욱 바람직하게, LDR= 0.5 ± 0.01이다.
Q. 길이-직경 비율(LDR)이 1.00 이하인 것이 공지된 설계보다 유리하지만, 예를 들어 LDR ≤ 0.90과 같이 비율이 더 작아짐에 따라, 안정성은 증가하고 재료는 더 적기 때문에 장점이 더 두드러진다. 비록 비율이 LDR = 1.00보다 낮게 감소되어 상대적으로 비싼 재료가 적게 요구되더라도, 그럼에도 불구하고 특정 비율 LDR =1.00은 여전히 이로운 것으로 여겨진다.
R. 밀링 헤드를 생크에 지지하는 데에 일반적으로 고정용 구조물이 사용된다는 것이 이해될 것이다. 예를 들어, 밀링 헤드는 헤드 주연 표면을 따라 절삭 부분에 형성된 고정용 구조물을 갖도록 구성될 수 있다. 헤드 주연 표면을 따른 일반적인 구조물은 스패너와 결합되도록 구성되는, 헤드 주연 표면 양측의 2개의 편평한 리세스일 수 있다. 이러한 경우, 바람직한 비율은 0.50 ≤ LDR ≤ 1.00이고, 바람직하게는 0.6 ≤ LDR ≤ 0.90이고, 이들 비율의 중간에 있는 값이 가장 바람직한 것으로 여겨진다. 그럼에도 불구하고, 대안적인 옵션은 생크 상의 위치에 견고히 지지된 밀링 헤드를 회전하기 위해 밀링 헤드 상에 또는 주위에 위치하도록 구성된 특별한 키의 사용일 수 있으며, 이러한 경우 헤드에는 고정용 구조물이 전혀 없을 수 있다. 이러한 키는 일반적으로 각 돌기-플루트 구성을 위해 특별히 생산되기 때문에 덜 일반적이다. 그럼에도 불구하고, 본 출원의 요지에 따른 밀링 헤드에 임의의 고정용 구조물이 전혀 없을 수 있는 것을 상상할 수 있고, 이러한 경우 예를 들어 LDR ≤ 1.00인, 바람직하게는 0.3 ≤ LDR ≤ 0.7인 길이-직경 비율(LDR)이 특히 적은 양의 재료를 사용할 수 있다.
S. 헤드의 무게중심은 절삭 부분에 위치할 수 있다. 이러한 구성은 돌기 강도와 열전달 고려사항을 위해 요구되는 최소 값보다 더 높은 값까지 LDR의 증가를 요구할 수 있지만, 절삭 부분이, 예를 들어 사출 성형 또는 연마 도중 이례적인 방식으로 지지되는 것과는 반대로, 표준 방식으로 연마되는 경우에 더 이로울 수 있다. 다르게 말해서, 절삭 부분의 크기는 절삭 부분의 무게가 생크-커넥터 부분의 무게보다 크도록 정해질 수 있다.
T. 복수의 돌기의 각 돌기는, 전면을 향한 중심 회전축을 따라 볼 때, 그 대부분이 절삭 부분의 가장 작은 외경의 내향으로 연장될 수 있다.
U. 복수의 돌기의 각 돌기는 중심의 전면에 위치할 수 있다. 이러한 형상은 이로운 칩 배출 효과를 가질 수 있고 그로 인해서 절삭 부분으로의 열전달을 감소시킨다. 이는 요구되는 생산 단계의 감소로 인해 중심 냉매 홀과 조합하여 특히 이로울 수 있다.
V. 헤드는 냉매 장치를 포함할 수 있다. 바람직하게 냉매 홀은 전면의 중심에서 개방될 수 있다. 표준 냉매 효과에 더불어, 정면 밀링을 위한 이러한 위치는 이로운 칩 배출 효과(이 경우, 유체가 아닌 심지어 공기도 이용 가능함)를 가질 수 있고, 그로 인해서 절삭 부분으로의 열전달을 감소시킨다. 이는 요구되는 생산 단계의 감소로 인해 중심 돌기의 전방에 위치한 돌기와 조합하여 특히 이로울 수 있다. 가장 바람직하게, 냉매 홀은 중심 회전축(AR)과 동축으로 연장될 수 있다.
W. 복수의 돌기의 각 돌기는 헤드 주연 표면을 따라 연장되는 릴리프 날, 릴리프 날에 연결되고 절삭 부분의 반경방향 말단 포인트를 포함하는 볼록하게 만곡된 외부 코너, 외부 코너에 연결되고 외부 코너로부터 전방-내향 방향으로 연장되는 주 절삭날, 주 절삭날에 연결된 볼록하게 만곡된 내부 코너, 그리고 내부 코너에 연결되고 내부 코너로부터 후방-내향 방향으로 연장되는 경사진 절삭날을 포함할 수 있다. 이러한 돌기 형상은 생크-커넥터에 대한 상대적으로 적은 열전달을 가지면서 높은 이송 속도로 가공을 허용한다는 점에서 이로울 수 있다.
X. 중심 회전 축(AR)을 따라 후방에서 볼 때, 절삭 부분의 복수의 돌기의 각 돌기는, 적어도 내부 코너로부터 외부 코너까지, 볼록하게 만곡될 수 있다. 바람직하게, 각 돌기의 전체는 볼록하게 만곡될 수 있다. 아래에 서술된 예시에서, 각 돌기의 전체는 이러한 도면에서 볼록하게 만곡되어 있지만, 전면의 중심에 가까운 곡률 반경은 확대 없이 곡률을 쉽게 눈으로 볼수 없을 정도로 굉장히 크다.
Y. 주 절삭날은 직선 또는, 바람직하게는 절삭날 반경을 가지고 볼록하게 만곡될 수 있다. 절삭날 반경은 외부 코너 반경보다 클 수 있다. 절삭날 반경은 바람직하게 외부 코너 반경보다 적어도 8배 이상 클 수 있다.
Z. 각 돌기의 외부 코너는 외부 코너 반경을 가질 수 있다. 외부 코너 반경은 바람직하게는 2mm 이하이다.
AA. 각 돌기의 내부 코너는 내부 코너 반경을 가질 수 있다.
BB. 각 돌기의 릴리프 날은 바람직하게 외부 코너로부터 후방-내향 방향으로 연장될 수 있다. 이러한 형상은 특히 황삭 가공에 이로울 수 있다.
CC. 제1 연결 포인트가 주 절삭날과 내부 코너가 연결되는 곳으로 정의될 수 있고, 제2 연결 포인트가 주 절삭날과 외부 코너가 연결되는 곳으로 정의될 수 있고, 가상적인 직선이 제1, 제2 연결 부분 사이에서 정의될 수 있고 직각 평면과 함께 10° ≤ α ≤ 25°의 조건을 만족하는 절삭 각도(α)를 정할 수 있다. 비록 절삭 부분으로의 열전달이 증가함을 유발할 수 있더라도, 이 범위의 중간(즉, 17.5°)에 접근하는 절삭 각도(α)가 더 바람직한데, 작은 각도와 비교했을 때, 이 값 또는 이에 가까운 값이 상대적으로 큰 칩/재료를 제거하는 것을 허용하기 때문이다.
DD. 직각 평면(PP)과 경사진 절삭날에 의해 정해진 리드인 각도(lead-in-angle) Θ는 10° ≤ Θ ≤ 30°의 조건을 만족할 수 있다. 이러한 범위 내이고, 특히 20°의 값에 접근하는 리드인 각도 값은, 전체적인 가공 과정에서 일반적으로 굉장히 작은 부분이지만, 신속한 램프 다운(ramp down)을 허용하기 위해 가장 바람직하다.
EE. 복수의 돌기는 바람직하게 5 내지 7개의 돌기를 포함할 수 있다. 돌기의 수로 가장 선호되는 것은 6개이다. 이러한 상대적으로 많은 수의 돌기는 또한 가공 헤드로의 열전달을 감소시키는 것을 돕는다.
FF. 복수의 돌기는 각각 헤드 전면으로부터 헤드 주연 표면을 따라 나선형으로 연장될 수 있다.
GG. 정면 밀링 조립체는 생크와 밀링 헤드를 포함할 수 있다.
HH. 생크는 생크 후면, 생크 전면, 생크 후면으로부터 생크 전면으로 연장되는 생크 주연 표면을 포함할 수 있다.
II. 생크 전면에는 생크-커넥터 부분을 수용하도록 구성된 개구가 형성될 수 있다. 개구에는 내부 나사선이 형성될 수 있다. 생크 전면은 전방을 향하는 생크 환형 표면을 포함할 수 있다.
JJ. 생크는 밀링 헤드의 총 길이(LT)보다 적어도 3배 큰 생크 길이(LSH)를 가질 수 있다.
KK. 생크는 강철보다 내열성이 크도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 생크는 내열 코팅으로 코팅될 수 있다. 생크는 초경합금 또는 강철보다 큰 내열성을 갖는 다른 재료로 만들어질 수 있다.
본 출원의 요지의 더 나은 이해를 위해, 그리고 실제로 어떻게 수행되는지를 도시하기 위해, 비례적인 3D모델로부터 생성된 첨부 도면을 참조할 것이다.
도1은 본 출원의 요지에 따른 밀링 헤드와 생크의 분해 측면도이다.
도2는 도1의 밀링 헤드의 정면 단부도이다.
도3은 도1의 밀링 헤드의 확대된 측면도이다.
도4는 도1 내지 도3의 밀링 헤드의 절삭부분의 일부의 측면도이다.
도5는 도1과 도3에 도시된 방향와 정합시키기 위해 회전된 도3의 절삭 부분의 동일한 부분의 측면도이다.
도6은 도5에 도시된 최하부 돌기의 윤곽도이다.
도 1을 참조하여, 본 출원과 관련된 유형의 정면-밀링 조립체(10)의 일반적인 특징이 서술된다. 정면-밀링 조립체(10)는 생크(12)와 헤드(14)를 포함한다.
생크(12)는 생크 후면(16), 생크 전면(18) 그리고 생크 주연 표면(20)을 포함한다.
생크 전면(18)에는 개구(22)가 형성될 수 있다. 개구(22)는 중심에 위치할 수 있다. 개구(22)에는 내부 나사선(24)이 형성될 수 있다.
생크 전면(18)은 추가적으로 전방을 향하는 생크 환형 표면(26)을 포함할 수 있다. 생크 환형 표면(26)은 개구(22)를 둘러쌀 수 있다.
생크는 생크 축(AS)를 가질 수 있으며, 이것을 따라 생크 길이(LSH)가 측정될 수 있다. 생크 길이(LSH)는 콜릿(도시하지 않음)에 의해 지지되기 위한 표준 길이를 갖도록 구성된다.
헤드(14)는 헤드 후면(28), 헤드 전면(30) 그리고 헤드 후면(28)으로부터 헤드 전면(30)으로 연장되는 헤드 주연 표면(32)을 포함할 수 있다.
헤드(14)는 생크-커넥터 부분(34)과 절삭 부분(36)을 추가적으로 포함한다.
생크-커넥터 부분(34)은 후면(28)으로부터 생크-커넥터 부분(34)과 절삭 부분(36)의 교차부(38)까지 연장될 수 있다.
생크-커넥터 부분(34)에는 외부 나사선(40)이 형성될 수 있다. 더욱 상세하게, 생크-커넥터 부분(34)는 하부 커넥터 섹션(42)과 상부 커넥터 섹션(44)을 포함할 수 있다. 상부 커넥터 섹션(44)은 하부 커넥터 섹션(42)과 절삭 부분(36)을 연결할 수 있다. 외부 나사선(40)은 하부 커넥터 섹션(42)상에 형성될 수 있다. 상부 커넥터 섹션(44)은 바람직하게는 절두원추형일 수 있다.
절삭 부분(36)은 생크-커넥터(34)를 둘러싸는 절삭 부분 환형 표면(46)을 포함할 수 있다. 더욱 상세하게, 절삭 부분 환형 표면(46)은 교차부(38)에서 생크-커넥터(34)를 둘러싼다.
헤드(14)는 내부 및 외부 나사선(24, 40)을 통해 생크(12)에 지지될 수 있으며, 생크 환형 표면(26)이 절삭 부분 환형 표면(46)과 맞닿는다.
도2 및 도3을 참조하여, 본 출원의 요지에 관한 더욱 구체적인 특징이 서술된다.
중심 회전 축(AR)은 대향하는 축방향 전방과 후방(DF, DR), 그리고 대향하는 회전방향 선행방향과 후행방향(DP, DS)을 정의하며 헤드(14)의 중심을 통해 길이방향으로 연장되고, 선행방향(DP)이 절삭 방향이다. 내향 방향(DI)의 예시가 이해를 위해 도시되어 있지만, "내향 방향"의 용어는 일반적으로 중심 회전 축(AR)을 향하는 것을 의미한다. 유사하게, 외향 방향(DO)이 또한 예시되며, 일반적으로 중심 회전 축(AR)으로부터 멀어지는 방향으로 이해되어야 한다. 이하로, "전방-내향 방향" 및 "후방-내향 방향"과 같은 조합 방향이 사용되며, 이들은 두 방향 요소의 조합으로부터 야기된 단일 방향을 정의하지만, 반드시 언급된 두 방향 사이의 정확한 이등분선인 것은 아니다.
직각 평면(PP)은 헤드 전면(30)에 위치되고(즉, 전방 포인트와의 교차부에서 연장되며, 이 경우 교차부는 내부 코너(60)로 구성되고, 제1 전방 코너는 이후 설명을 위해 60A로 표시됨), 중심 회전 축(AR)에 직각으로 연장된다.
절삭 부분 길이(LC)는 중심 회전 축(AR)에 평행하게 측정 가능하다. 더욱 상세하게, 절삭 부분 길이(LC)는 교차부(38)로부터 헤드 전면(30)(또는, 다르게 말해서 직각평면(PP))까지 연장되는 것으로 정의될 수 있다.
생크-커넥터 길이(LS)는 중심 회전 축(AR)에 평행하게 측정 가능하다. 더욱 상세하게, 생크-커넥터 길이(LS)는 후면(28)으로부터 교차부(38)까지 연장되는 것으로 정의될 수 있다.
생크-커넥터 직경(DSC)(즉, 최대 생크-커넥터 직경)은 중심 회전 축(AR)에 직각으로 측정 가능한 절삭 부분 직경(DE)보다 작을 수 있다. 바람직하게 생크-커넥터 직경(DSC)은 절삭 부분(36)의 가장 작은 외경(DM)보다 작을 수 있다.
총 길이(LT)는 헤드 후면(28)으로부터 직각 평면(PP)까지로 정의될 수 있다.
절삭 부분(36)은 복수의 일체로 형성된 돌기(50)(예를 들어 제1, 제2, 제3, 제4, 제5, 제6 돌기(50A, 50B, 50C, 50D, 50E, 50F)), 그리고 복수의 돌기(50)와 교호하는 복수의 플루트(52)(예를 들어 제1, 제2, 제3, 제4, 제5, 제6 플루트(52A, 52B, 52C, 52D, 52E, 52F))를 포함한다.
또한 도4 내지 도6을 참조하여, 돌기(50)와 플루트(52)는 도시된 바와 동일할 수 있고, 그러므로 임의의 돌기 또는 플루트에 관련된 후술되는 설명은 모든 것에 관련된 것으로 고려되어야 한다.
제1 돌기(50A)는 릴리프 날(54A), 볼록하게 만곡된 외부 코너(56A), 주 절삭날(58A), 볼록하게 만곡된 내부 코너(60A), 그리고 경사진 절삭날(62A)을 포함할 수 있다.
릴리프 날(54A)은 주연 표면(32)을 따라 연장될 수 있다. 릴리프 날(54A)는 후방-내향 방향(DR, DI)으로 외부 코너(56A)로부터 연장될 수 있다.
외부 코너(56A)는 릴리프 날(54A)에 연결될 수 있고, 절삭 부분(36)의 반경방향 말단 포인트(57A)(도3)을 포함할 수 있다. 외부 코너 반경(ROC)은 0.6mm의 바람직하지만 예시적인 값을 가질 수 있다.
주 절삭날(58A)은 외부 코너(56A)에 연결될 수 있고, 전방-내향 방향(DF, DI)으로 외부 코너(56A)로부터 연장될 수 있다. 절삭날(58A)이 측정 가능할 정도로 만곡되는 경우, 절삭날 반경(RCE)의 바람직하지만 예시적인 값은 10mm일 수 있다.
내부 코너(60A)는 주 절삭날(58A)에 연결될 수 있다.
경사진 절삭날(62A)은 내부 코너(60A)에 연결될 수 있고, 후방-내향 방향(DF, DI)으로 내부 코너(60A)로부터 연장될 수 있다.
더욱 상세하게, 제1 연결 포인트(64A)(도3)는 주 절삭날(58A)와 내부 코너(60A)가 연결되는 곳으로 정의될 수 있고, 제2 연결 포인트(64B)는 주 절삭날(58A)과 외부 코너(56A)가 연결되는 곳으로 정의될 수 있다.
가상적인 직선(LI)은 제1, 제2 연결 포인트(64A, 64B) 사이에서 정의될 수 있고, 직각 평면(PP)과 함께 절삭 각도(α)를 정할 수 있다. 본 예시에서, 절삭날 반경(RCE)은 주 절삭날(58A)이 가상적인 직선(LI)과 기본적으로 중첩될 정도로 크다.
유효 절삭 길이(LE)는 제2 연결 포인트(64B)로부터 직각 평면(PP)까지로 정의될 수 있다.
각 돌기(50)는 도시된 바와 같이 중심의 전면에 위치할 수 있다. 상세히 설명하면, 도2를 참조하여 제1 돌기(50A)의 경우로서 도시된 바와 같이, 헤드(14)는 반경방향 라인(LR)이 주 절삭날(58A)의 교차부 포인트(PI)를 교차할 때까지 회전할 수 있다. 교차부 포인트(PI)는 의도된 주 절삭날의 시작점, 즉 제2 연결 포인트(64B)와 일치한다. 특히, 주 절삭날(58A)을 따라 교차부 포인트(PI)보다 중심 회전 축(AR)에 인접한 부분에서, 주 절삭날(58A)은 선행방향(DP)(즉, 절삭방향)에서 반경방향 라인(LR)의 앞에 있다. 따라서, 칩(도시하지 않음)이 주 절삭날(58A)에 접촉함에 따라, 헤드(14)로부터 배출되고, 그 기본 방향이 66으로 표시된 화살표(내향 방향(DI)보다 외향 방향(DO)을 향함)로 개략적으로 도시된다
도6에는 리드인 각도(lead-in-angle) Θ가 도시된다.
냉매 홀(68)은 전면(30)으로 개방될 수 있다.
예시로서, 제1 플루트(52A)를 사용하면, 정면 가공 동안, 냉매 홀(68)을 빠져나가는 냉매(도시하지 않음)는 인접한 돌기(예를 들어 화살표(69)로 도시된 방향)를 통해 유동하여 추가적으로 화살표(66)로 표시된 방향으로 이미 추진된 칩(도시하지 않음)의 배출을 도울 수 있다.
도4에서, 나선각(H)이 도시된다. 이러한 타입의 헤드를 위한 나선각 값이 제한되지 않지만, 선호되는 범위는 10° ≤ H ≤ 30°의 조건을 만족한다. 20°에 인접한 값들이 더욱 선호되는 것으로 간주된다.
도3으로 되돌아가서, 헤드(14)는 주연 표면(32)을 따라 고정용 구조물(70)로 구성된다. 예시적인 고정용 구조물(70)은 스패너(도시되지 않음)와의 결합을 위해 구성되는 헤드(14)의 양측의 2개의 동일한 플랫 리세스(72)(한 개만 도시됨)를 포함한다.
헤드 주연 표면(32)을 따른 고정용 구조물(70)이 절삭 부분의 길이 중 일부를 요구(즉, 도시된 고정용 구조물(70)은 고정용 구조물 길이 LF를 요구)할 수 있기 때문에, 헤드(14)는 열 또는 가공 목적으로 엄격히 요구되는 것보다 더 큰 절삭 부분 길이LC로 길어질 수 있다(즉, 이러한 신장은 오히려 헤드(14)의 생크(12)에 대한 장착의 용이함을 위한 것임).
예시에서 도시된 절삭 부분 길이(LC)와 절삭 부분 직경 (DE)은 동일하며, 따라서 LDR = 1.00이다.

Claims (20)

  1. 교체 가능한 정면 밀링 헤드로서, 대향하는 축방향 전방과 후방(DF, DR), 그리고 대향하는 회전방향 선행방향과 후행방향(DP, DS)을 정의하는 중심 회전 축(AR)을 중심으로 회전하도록 구성되고, 선행방향(DP)이 절삭 방향인, 교체 가능한 정면 밀링 헤드이며,
    헤드 후면, 헤드 전면 및 헤드 후면으로부터 헤드 전면으로 연장되는 헤드 주연 표면,
    외부 나사선이 형성되며 헤드 후면으로부터 전방으로 연장되는 생크-커넥터 부분,
    생크-커넥터 부분을 둘러싸며 후방을 향하는 절삭 부분 환형 표면을 포함하는 절삭 부분으로서, 생크-커넥터 부분과 일체형으로 형성되며 생크-커넥터 부분으로부터 헤드 전면까지 전방으로 연장되고, 생크-커넥터 부분과 헤드 전면이 만나는 교차부가 생크-커넥터 부분과 후방을 향하는 절삭 부분 환형 표면이 위치하는 중심 회전 축(AR)을 따라 축방향 위치에 위치하는, 절삭 부분,
    교차부로부터 헤드 전면까지 중심 회전 축(AR)에 대해 평행하게 측정 가능한 절삭 부분 길이(LC), 및
    헤드 전면에 있고 중심 회전 축(AR)에 대해서 직각으로 연장되는 직각 평면(PP)을 포함하고,
    절삭 부분은
    헤드 전면에서 주 절삭날을 각각 포함하는 복수의 일체로 형성된 돌기,
    복수의 돌기와 교호하는 복수의 플루트, 및
    절삭 부분 직경(DE)을 포함하고,
    절삭 부분 길이(LC)를 절삭 부분 직경(DE)로 나눈 것으로 정의되는 길이-직경 비율(LDR)이 0.3 ≤ LDR ≤ 1.00의 조건을 만족하고,
    복수의 돌기의 각 돌기가 헤드 주연 표면을 따라 연장되는 릴리프 날, 릴리프 날에 연결되고 절삭 부분의 반경방향 말단 포인트를 포함하는 볼록하게 만곡된 외부 코너, 외부 코너에 연결되고 외부 코너로부터 전방-내향 방향으로 연장되는 주 절삭날, 주 절삭날에 연결된 볼록하게 만곡된 내부 코너, 그리고 내부 코너에 연결되고 내부 코너로부터 후방-내향 방향으로 연장되는 경사진 절삭날을 더 포함하는,
    정면 밀링 헤드.
  2. 제1항에 있어서,
    길이-직경 비율(LDR)이 LDR ≤ 0.90의 조건을 만족하는,
    정면 밀링 헤드.
  3. 제2항에 있어서,
    길이-직경 비율(LDR)이 LDR ≥ 0.40의 조건을 만족하는,
    정면 밀링 헤드.
  4. 제1항에 있어서,
    길이 직경 비율(LDR)이 LDR= 0.50 ± 0.05의 조건을 만족하는,
    정면 밀링 헤드.
  5. 제1항에 있어서,
    헤드의 무게중심이 절삭 부분에 위치하는,
    정면 밀링 헤드.
  6. 제1항에 있어서,
    복수의 돌기의 각 돌기는 중심의 전면에 위치하는,
    정면 밀링 헤드.
  7. 제1항에 있어서,
    냉매 홀이 헤드 전면의 중심에서 개방되는,
    정면 밀링 헤드.
  8. 제1항에 있어서,
    중심 회전 축(AR)을 따라 후방에서 볼 때, 복수의 돌기의 각 돌기가 내부 코너로부터 외부 코너까지 볼록하게 만곡되거나 그 전체에서 볼록하게 만곡된,
    정면 밀링 헤드.
  9. 제1항에 있어서,
    주 절삭날은 볼록하게 만곡되고, 절삭날 반경을 가지며,
    외부 코너는 외부 코너 반경을 갖고,
    절삭날 반경은 외부 코너 반경보다 큰,
    정면 밀링 헤드.
  10. 제9항에 있어서,
    절삭날 반경이 외부 코너 반경보다 적어도 8배 큰,
    정면 밀링 헤드.
  11. 제1항에 있어서,
    외부 코너 반경이 2mm 이하인,
    정면 밀링 헤드.
  12. 제1항에 있어서,
    릴리프 날은 후방-내향 방향으로 외부 코너로부터 연장되는,
    정면 밀링 헤드.
  13. 제1항에 있어서,
    제1 연결 포인트는 주 절삭날과 내부 코너가 연결되는 곳으로 정의될 수 있고, 제2 연결 포인트는 주 절삭날과 외부 코너가 연결되는 곳으로 정의될 수 있고, 가상적인 직선이 제1, 제2 연결 포인트 사이에서 정의될 수 있고 직각 평면과 함께 10° ≤ α ≤ 25°의 조건을 만족하는 절삭 각도(α)를 정하는,
    정면 밀링 헤드.
  14. 제1항에 있어서,
    직각 평면(PP)과 중심 회전 축(AR)에 의해 정해진 리드인 각도 Θ가 10° ≤ Θ ≤ 30°의 조건을 만족하는,
    정면 밀링 헤드.
  15. 제1항에 있어서,
    고정용 구조물이 절삭 부분의 헤드 주연 표면을 따라 절삭 부분에 형성되고,
    길이-직경 비율 LDR이 0.50 ≤ LDR ≤ 1.00의 조건을 만족하는,
    정면 밀링 헤드.
  16. 제1항에 있어서,
    복수의 돌기가 5 내지 7개의 돌기인,
    정면 밀링 헤드.
  17. 제16항에 있어서,
    복수의 돌기가 정확히 6개의 돌기인,
    정면 밀링 헤드.
  18. 정면 밀링 조립체이며,
    제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 따른 정면 밀링 헤드, 및
    생크를 포함하고,
    생크는 생크 후면, 생크 전면, 생크 후면으로부터 생크 전면으로 연장되는 생크 주연 표면을 포함하고,
    생크 전면에는 생크-커넥터 부분을 수용하도록 구성된 개구가 형성된,
    정면 밀링 조립체.
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  20. 삭제
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