KR102394737B1 - 선삭을 위한 공구 시스템 및 방법 - Google Patents

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지크프리트 에프. 케를레
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아이나 슈르다
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세라티지트 오스트리아 게젤샤프트 엠.베.하
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Abstract

선삭에 의한 가공을 위한 공구 시스템(100)이 제공되며, 공구 시스템은: 종축(L)을 따라 연장되고 공작 기계에 연결하기 위한 제1 단부(11) 및 교환 가능한 절삭 인서트를 위한 시트(14)가 형성된 단부면(13)을 갖는 제2 단부(12)를 갖는 공구 본체(1), 및 결합 회전을 위한 시트(14)에 고정되는 교환 가능한 절삭 인서트(12)를 갖는다. 절삭 인서트(2)는 지지면 형태의 밑면(21), 경사면 형태의 윗면(22) 및 플랭크 형태의 주변 측면(24)을 가지며, 절삭날(26)은 윗면(22)에서 주변 측면(24)으로의 전이부에 형성된다. 절삭 인서트(2)는 윗면(22)이 공구 본체(1)의 종축(L)에 수직으로 연장되도록 시트(14) 상에 배열되고, 절삭날(26)은 적어도 2개의 사용 가능한 절삭 모서리들(28a, 28b, 28c) 및 양측에서 절삭 모서리에 인접한 절삭날 부분들에 의해 공구 본체(1)의 단부면(13)의 외주를 넘어 종축(L)에 대해 반경 방향으로 돌출한다. 적어도 2개의 사용 가능한 절삭 모서리들(28a, 28b, 28c)은 적어도 하나의 제1 절삭 모서리(28a)와 제1 절삭 모서리와는 상이한 적어도 하나의 제2 절삭 모서리(28b)를 갖는다.

Description

선삭을 위한 공구 시스템 및 방법
본 발명은 선삭 가공을 위한 공구 시스템(tool system for turning machining) 및 공작물의 선삭 방법(method for turning a workpiece)에 관한 것이다.
특히 금속 재료의 선삭에 의한 기계 가공을 위해, 예를 들어 통상적으로 강철로 형성된 공구 본체(tool body)가 그 위에 가공될 재료와 맞물리게 되는 절삭날 부분(cutting edge portions)이 형성된 교환 가능한 절삭 인서트(cutting insert)를 배치한 공구들의 많은 경우들에서 사용된다. 여기서, 사용되는 절삭 인서트는 통상적으로 예를 들어 경질 금속(hard metal)(초경 합금(cemented-carbide)), 서멧(cermet) 또는 절삭 세라믹(cutting ceramic)과 같이 상당히 더 경질이며 더 내마모성인 재료로 형성된다. 여기서, 절삭 인서트는 예를 들어 기계가공을 위해 사용될 수 있는 하나의 절삭 모서리(cutting corner)를 가질 수 있으며, 절삭날 부분들은 절삭 모서리에 인접하며, 또는 복수의 사용 가능한 절삭 모서리들을 가질 수 있다.
선삭 가공은 일반적으로 공구 시스템, 특히 소위 모노블록 홀더(monoblock holders)를 사용하며, 교환 가능한 절삭 인서트의, 경사면(rake face)으로서 설계된, 상면(윗면)은 절삭 인서트를 지지하는 공구 본체의 종축에 적어도 실질적으로 평행하게 진행하는 평면에서 연장되며, 그 결과 DIN 6581에 따른 공구 기준면(tool reference plane)은 또한 공구 본체의 종축에 적어도 실질적으로 평행하게 배향된다.
이에 반하여, EP 1 260 294 B1은 선삭을 위한 공구 시스템을 기술하며, 여기서는 복수의 교환 가능한 절삭 인서트들이 공구 헤드로서 설계된 공구 본체 상에 배치되어 있으며, 절삭 인서트들의, 경사면들로서 설계된, 각각의 상면들은 회전축(D)으로서 형성된 공구 헤드의 종축에 실질적으로 수직으로 각각 연장되며, 그 결과 절삭 인서트의 할당된 공구 기준 평면(Pr)이 종축에 대해 수직으로 연장된다. EP 1 260 294 B1에 기술된 공구 시스템은 특히 많은 다양한 기계 가능성들을 제공하지만, 공구 시스템의 비교적 높은 공간 요구는 일부 적용들에서 최적이 아닌 것으로 입증되었다.
본 발명의 목적은, 공작 기계에서 작은 공간 요구와 결합하여, 매우 다양한 상이한 기계가공 작업들을 가능하게 하는 선삭 가공을 위한 개선된 공구 시스템 및 공작물을 선삭하기 위한 개선된 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적은 청구항 제1항에 따르는 선삭 가공을 위한 공구 시스템에 의해 달성된다. 유리한 발전형태들은 종속항들에 명시된다.
[청구항 1]
선삭 가공을 위한 공구 시스템(100)으로서, 공구 시스템은:
종축(L)을 따라 연장되고 공작 기계에 연결하기 위한 제1 단부(11) 및 교환 가능한 절삭 인서트를 위한 시트(14)가 형성된 단부면(13)을 갖는 제2 단부(12)를 갖는 공구 본체(1) 및
회전 고정 방식으로 시트(14)에 고정되는 교환 가능한 절삭 인서트(2)를
가지며,
절삭 인서트(2)는 베어링면으로서 설계된 밑면(21), 경사면으로서 설계된 윗면(22) 및 플랭크로서 설계된 주변 측면(24)을 가지며, 절삭날(26)은 윗면(22)에서 주변 측면(24)으로의 전이부에 형성되며,
절삭 인서트(2)는 윗면(22)이 공구 본체(1)의 종축(L)에 수직으로 연장되도록 시트(14) 상에 배열되고, 절삭날(26)은 적어도 2개의 사용 가능한 절삭 모서리들(28a, 28b, 28c) 및 양측에서 절삭 모서리에 인접한 절삭날 부분들에 의해 공구 본체(1)의 단부면(13)의 외주를 넘어 종축(L)에 대해 반경 방향으로 돌출하며,
적어도 2개의 사용 가능한 절삭 모서리들(28a, 28b, 28c)은 적어도 하나의 제1 절삭 모서리(28a)와 제1 절삭 모서리와는 상이한 적어도 하나의 제2 절삭 모서리(28b)를 갖는 것을 특징으로 하는 공구 시스템.
[청구항 2]
제1항에 있어서,
제1 절삭 모서리(28a) 및 제2 절삭 모서리(28b)는 다음의 특징들 중 하나 이상에서 서로 다른 것을 특징으로 하는 공구 시스템:
모서리 각도(α1, α2);
모서리 구성;
절삭 모서리를 따라 진행하는 보강 사면의 각도 및 폭 중 적어도 하나;
경사면에 형성된 칩 기하학적 형상 구조(22a);
절삭 모서리들의 영역에서의 절삭 인서트의 재료 및 이에 도포되는 경질 물질 코팅 중 적어도 하나; 및
절삭 모서리가 설계되는 기계가공 작업.
[청구항 3]
제1항 또는 제2항에 있어서,
절삭 인서트(2)의 밑면(21)은 공구 본체(1)의 단부면(13) 상의 상보적 회전 방지 보호 요소(15)와 형상 끼워맞춤 방식으로 상호 작용하는 적어도 하나의 회전 방지 보호 요소(25)를 갖는 것을 특징으로 하는 공구 시스템.
[청구항 4]
제1항에 있어서,
절삭 인서트(2)의 밑면(21)은 공구 본체(1)의 종축(L)에 대해 절삭 인서트(2)를 위치시키기 위해 공구 본체(1)의 단부면(13)과 형상 끼워맞춤 방식으로 상호 작용하는 적어도 하나의 센터링 요소를 갖는 것을 특징으로 하는 공구 시스템.
[청구항 5]
제1항에 있어서,
절삭 인서트(2)의 밑면(21) 및 공구 본체(1)의 단부면(13)은 절삭 인서트(2)가 하나의 미리 정해진 방향으로만 공구 본체(1)에 체결될 수 있는 방식으로 설계되는 것을 특징으로 하는 공구 시스템.
[청구항 6]
제1항에 있어서,
공구 본체(1)의 단부면(13)의 기본 형상은 절삭 인서트(2)의 기본 형상과 대응하는 것을 특징으로 하는 공구 시스템.
[청구항 7]
제1항에 있어서,
절삭날(26)은 전체 주변 측면(24)을 따라 형성되고 공구 본체(1)의 단부면(13)의 외측 둘레를 넘어 반경방향으로 전체 둘레에 걸쳐 돌출하는 것을 특징으로 하는 공구 시스템.
[청구항 8]
제1항에 있어서,
측면(24)은 절삭 인서트(2)의 전체 둘레에 걸쳐 포지티브 절삭 인서트-특정(고유) 여유각을 갖는 것을 특징으로 하는 공구 시스템.
[청구항 9]
경사면으로 설계된 윗면(22)이 공구 본체(1)의 종축(L)에 직각으로 배향되도록 교환 가능한 절삭 인서트(2)가 공구 본체(1)의 단부면(13)에 회전 고정 방식으로 배치되며, 그리고 윗면(22)과 주변 측면(24) 사이에 형성된 절삭날(26)은 적어도 2개의 사용 가능한 절삭 모서리들(28a, 28b, 28c) 및 양측에서 절삭 모서리들에 인접한 절삭날 부분들을 통해 공구 본체(1)의 단부면(13)의 외주를 넘어 종축(L)에 대해 반경방향으로 돌출하는, 공구 시스템(100)으로 공작물(W)을 선삭하는 방법으로서,
상기 방법은 다음의 단계들을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법:
- 공작물 축(Z)를 중심으로 공작물(W)을 회전시키는 단계,
- 생성된 칩이 절삭 인서트(2)의 윗면(22)에서 흘러 나오는 방식으로 절삭 모서리들(28a, 28b, 28c) 중 하나로 공작물(W)의 표면을 가공하는 단계,
- 종축(L)을 중심으로 한 공구 본체(1)의 제어된 회전 및 이와 조율(조화)되며, 공작물 축(Z)에 수직인 병진 운동 성분을 갖는, 종축(L)에 수직으로 진행하는, 평면에서의 공구 본체(1)의 병진 운동(T)에 의해 칩 형성을 변경시키는 단계.
[청구항 10]
제9항에 있어서,
공구 본체(1)의 종축(L)은 공작물 축(Z)에 수직인 평면(XY)에서 배향되는 것을 특징으로 하는 공구 시스템으로 공작물을 선삭하는 방법.
[청구항 11]
제9항에 있어서,
적어도 2개의 사용 가능한 절삭 모서리(28a, 28b, 28c)는 제1 절삭 모서리(28a)와 제1 절삭 모서리와(28a)는 상이한 제2 절삭 모서리(28b)를 갖는 것을 특징으로 하는 공구 시스템으로 공작물을 선삭하는 방법.
[청구항 12]
제9항에 있어서,
공구 본체(1)의 그 종축(L)을 중심으로 한 제어된 회전 및 이와 조율되는 병진 운동(T)은 활성 가공 절삭날의 설정각(
Figure 112021123768105-pct00038
,
Figure 112021123768105-pct00039
)이 변경되는 방식으로 발생하는 것을 특징으로 하는 공구 시스템으로 공작물을 선삭하는 방법.
[청구항 13]
제9항에 있어서,
공구 본체(1)의 제어된 회전 및 이와 조율되는 병진 운동(T)은 가공 중에 공작물 컨투어가 변하지 않고 유지되는 방식으로 발생하는 것을 특징으로 하는 공구 시스템으로 공작물을 선삭하는 방법.
[청구항 14]
제9항에 있어서,
가공하는 동안, 활성 절삭 모서리가 공작물 축(Z)을 포함하는 평면에 배치되는 것을 특징으로 하는 공구 시스템으로 공작물을 선삭하는 방법.
[청구항 15]
제9항 내지 제14항들 중 어느 한 항에 따르는 칩 제거 선삭을 위한 방법에서, 경사면으로서 설계된 윗면(22), 베어링면으로서 설계된 밑면(21), 플랭크로서 기능하는 주변 측면(24), 그리고 윗면(22)과 주변 측면(24) 사이에 형성되며, 가공을 위해 사용될 수 있는 적어도 2개의 절삭 모서리들(28a, 28b, 28c) 및 각 경우 양측에서 절삭 모서리들에 인접한 절삭날 부분들을 갖는 절삭날(26)을 갖는 절삭 인서트(2)를 이용하는 방법.
[청구항 16]
제15항에 있어서,
절삭 인서트(2)의 밑면(21)은 공구 본체(1)의 단부면(13) 상의 상보적 회전 방지 보호 요소(15)와 형상 끼워맞춤 방식으로 상호 작용하는 적어도 하나의 회전 방지 보호 요소(25)를 갖는 것을 특징으로 하는 절삭 인서트를 이용하는 방법.
[청구항 17]
제15항에 있어서,
절삭 인서트(2)의 밑면(21)은 공구 본체(1)의 종축(L)에 대해 절삭 인서트(2)를 위치시키기 위해 공구 본체(1)의 단부면(13)과 형상 끼워맞춤 방식으로 상호 작용하는 적어도 하나의 센터링 요소를 갖는 특징으로 하는 절삭 인서트를 이용하는 방법.
공구 시스템은 종축을 따라 연장되며 공작 기계에 연결하기 위한 제1 단부 및 교환 가능한 절삭 인서트를 위한 시트(seat)가 형성된 단부면을 갖는 제2 단부를 갖는 공구 본체(tool body) 및 회전 고정 방식으로(in a rotationally fixed manner) 시트에 고정되는 교환 가능한 절삭 인서트를 갖는다. 절삭 인서트는 베어링면(bearing face)으로서 설계된 밑면, 경사면(rake face)으로서 설계된 윗면 및 플랭크(flank)로서 설계된 주변 측면을 갖는다. 절삭날(cutting edge)은 윗면에서 주변 측면으로의 전이부에 형성된다. 절삭 인서트는 윗면이 공구 본체의 종축에 수직으로 연장되도록 시트 상에 배열되고, 절삭날은 적어도 2개의 사용 가능한 절삭 모서리 및 양측에서 절삭 모서리에 인접한 절삭날 부분들에 의해 공구 본체의 단부면의 외주를 넘어 종축에 대해 반경 방향으로 돌출한다. 적어도 2개의 사용 가능한 절삭 모서리는 적어도 하나의 제1 절삭 모서리와 제1 절삭 모서리와는 상이한 적어도 하나의 제2 절삭 모서리를 갖는다. 공구 본체의 길이 방향 축에 수직인 절삭 인서트의 상면 및 반경 방향으로 돌출하는 적어도 2개의 상이한 사용 가능한 절삭 모서리에 의해, 공구 본체의 그 종축을 중심으로 한 회전에 의해, 다른 절삭 인서트를 가공 위치로 가져올 필요가 없이 간단하고 특히 컴팩트한 방식으로 다양한 선삭 작업을 실현하는 것이 가능하다. 서로 다른 절삭 모서리들이 동일한 절삭 인서트에 형성되기 때문에, 공구 시스템은 알려진 공구 시스템과 비교하여 또한 특히 컴팩트하며 기계에서 단지 매우 작은 설치 공간만을 필요로 한다. 절삭 인서트를 공구 본체에 회전 고정식으로 고정함에 의해, 맞물림에 있는 절삭날 부분이 공작물에 대해 배향되는 설정각(setting angle)이 간단한 방식으로 신뢰 가능하게 변경되는 것이 또한 가능하며, 그 결과 다양한 가공 작업을 위한 배향들 사이에서 전환하는 것이 가능하다. 여기서, 제2 절삭 모서리는 제1 절삭 모서리와는 매우 다양한 방식으로 상이할 수 있다. 여기서, 예를 들어 모서리 각도, 모서리 반경 등과 같은 하나의 특정 특징만 제1 절삭 모서리로부터 다를 수 있으며 또는 그렇지 않으면 예를 들어 모서리 반경 및 절삭 모서리를 따라 연장되는 보강 사면(reinforcing bevel)의 각도 및/또는 폭, 상이한 칩 기하학적 형상 등과 같은 복수의 특징들이 제1 절삭 모서리로부터 다를 수 있다. 절삭 모서리의 대응하는 설계는, 단지 하나의 공구 본체 및 그 위에 고정된 절삭 인서트만으로, 예를 들어 종방향 선삭, 복사 선삭 및 또한 임의의 원하는 방향으로의 대면 작업을 수행하는 것을 가능하게 만든다.
발전형태에 따르면, 제1 절삭 모서리 및 제2 절삭 모서리는 다음의 특징들 중 하나 이상에서 서로 상이하다: 절삭 모서리가 설계되는 기계 가공의, 절삭 모서리들의 영역에서의 절삭 인서트의, 모서리 각도, 모서리 구성, 여유각(clearance angle), 절삭 모서리를 따라 진행하는 보강 사면(reinforcing bevel)의 각도 및/또는 폭, 경사면(rake face)에 형성된 칩 기하학적 형상 구조, 재료 및/또는 이에 도포되는 경질 물질 코팅. 이러한 방식으로, 공구 본체를 소정의 각도만큼 종축을 중심으로 목표 회전시킴에 의해, 예를 들어 거친 가공(rough machining)과 정삭 가공(finish machining) 사이, 높은 이송 속도를 갖는 종방향 선삭과 특정 공작물 컨투어의 정밀 가공(fine machining) 사이 등과 같은 타겟화된 방식으로 가공 조건들을 변경하는 것이 가능하다. 많은 조합 가능성들이 존재한다는 것이 바로 명백하다. 모서리 구성이 다른 경우, 예를 들어 모서리 반경이 다를 수 있으며, 그 결과 예를 들어 가공될 공작물에 서로 다른 전이 반경들을 갖는 스텝들이 생성될 수 있다. 칩 기하학적 형상 구조의 차이는 예를 들어 다른 절삭 깊이 또는 다른 이송 속도로 가공하기 위해 사용될 수 있다. 상이한 모서리에서의 상이한 절삭 인서트의 상이한 재료 또는 상이한 모서리에서의 상이한 코팅은 예를 들어 상이한 유형의 가공 또는 예를 들어 특히 공작물에서 상이한 재료를 갖는 영역들에 대해서도 사용될 수 있다. 상이한 가공 작업을 위한 하나의 설계에서, 예를 들어 하나의 절삭 코너가 선삭을 위해 설계되고 다른 하나는 그루브 선삭 또는 나사 선삭을 위해 설계되는 것이 가능하다. 또한, 예를 들어 외부 가공을 위한 하나 이상의 절삭 모서리 및 내부 가공을 위한 하나 이상의 다른 절삭 모서리를 설계하는 것도 또한 가능하다. 많은 조합 가능성들이 존재한다는 것이 바로 명백하다.
발전형태에 따르면, 절삭 인서트의 밑면은 공구 본체의 단부면 상의 상보적 회전 방지 보호 요소(complementary anti-rotation safeguarding element)와 형상 끼워맞춤(form-fitting) 방식으로 상호 작용하는 적어도 하나의 회전 방지 보호 요소를 갖는다. 이 경우, 가공 조건의 목표 변경을 가능하게 하는 절삭 인서트를 공구 본체에 신뢰할 수 있고 회전 고정식으로 고정하는 것이 제공되고, 주변 플랭크(peripheral flank)에 절삭 인서트의 전체 둘레에 걸쳐 회전 고정식 고정을 위한 고정 구조물 없이 유지될 수 있다. 따라서,이 경우에, 절삭 인서트의 신뢰 가능한 회전 고정 체결(reliable, rotationally fixed fastening)로 가공을 위해 절삭 인서트의 전체 둘레를 사용하는 것이 가능해진다. 절삭 인서트 상의 회전 방지 보호 요소는 예를 들어 절삭 인서트의 밑면으로부터 돌출하는 구조로서 형성될 수 있고, 공구 본체의 단부면 상의 상보적 회전 방지 보호 요소는 대응하는 리세스 구조로서 형성될 수 있다. 다른 한편으로는, 예를 들어, 공구 본체의 단부면 상의 회전 방지 보호 요소는 돌출 구조로서 또한 형성될 수 있고, 절삭 인서트의 밑면에 상보적인 회전 방지 보호 요소는 대응하는 리세스(recess) 구조로서 형성될 수 있다.
발전형태에 따르면, 절삭 인서트의 밑면은 공구 본체의 종축에 대해 절삭 인서트를 위치시키기 위해 공구 본체의 단부면과 형상 끼워맞춤 방식으로(in a form-fitting manner) 상호 작용하는 적어도 하나의 센터링 요소(centering element)를 갖는다. 이 경우 특히 공구 본체에 절삭 인서트를 간단하고 신뢰 가능하게 장착하는 것이 가능하다. 센터링 요소는 예를 들어 절삭 인서트의 밑면 상의 돌출부에 의해 형성될 수 있으며, 특히 예를 들면 밑면으로부터의 거리가 증가함에 따라 어떤 다른 방식으로 원뿔형 또는 테이퍼지는 돌출부에 의해 형성될 수 있으며, 상기 돌출부는 공구 본체의 단부면에 있는 상보적인 형태의 리세스와 상호 작용한다. 다른 한편으로, 센터링 요소는 예를 들어 공구 본체의 단부면 상의 대응하는 돌출부와 상호 작용하는 절삭 인서트의 밑면의 대응하는 리세스에 의해 형성될 수도 있다. 또한, 회전 방지 보호 요소가 동시에 센터링 요소로서 기능하는 방식으로 형성되는 것이 가능하다.
발전형태에 따르면, 절삭 인서트의 밑면 및 공구 본체의 단부면은 절삭 인서트가 정확히 하나의 미리 정해진 방향으로만 공구 본체에 체결될 수 있는 방식으로 형성된다. 이것은 절삭 인서트가 부주의로 부적절하게 장착되지 않고 절삭 모서리가 의도된 방향으로 공구 본체 상에 배향되는 것이 보장되는 특히 간단하고 편리한 사용을 가능하게 한다. 미리 정해진 방향으로만 한정하는 것은 예를 들어 공구 본체의 단부면 및 절삭 인서트의 밑면에서 상호 상보적인 회전 방지 보호 요소의 대응하는 비대칭 구성에 의해 실현될 수 있다.
발전형태에 따르면, 공구 본체의 단부면의 기본 형상은 절삭 인서트의 기본 형상과 실질적으로 대응한다. 이 경우, 절삭 인서트는 적어도 둘레의 대부분에 걸쳐 둘레방향으로 충분히 공간을 확보할 수 있어(자유롭게 되어) 상면(윗면)의 둘레의 적어도 대부분의 부분으로 선삭하는 것을 가능하게 하며, 이에 의해 공구 본체의 종축의 추가적인 틸팅(tilting)을 필요로 하지 않는다.
발전형태에 따르면, 절삭날은 전체 주변 측면을 따라 형성되고 공구 본체의 단부면의 외측 둘레를 넘어 반경방향으로 전체 둘레에 걸쳐 돌출된다. 이 경우, 절삭 인서트의 상면의 전체 둘레는 공구 본체가 종축을 중심으로 목표 제어 하에서 회전되고, 적절한 경우, 공작물 축에 수직인 평면 내에서 선형으로 이동됨에 의해 간단한 방식으로 선삭 가공을 위해 사용될 수 있다.
발전형태에 따르면, 측면은 절삭 인서트의 전체 둘레에 걸쳐 포지티브 절삭 인서트-특정(고유) 여유각을 갖는다. 이 경우, 선삭 작업 중 플랭크로서 기능하는 주변 측면이 전체 외측 둘레에 걸쳐 충분히 공간을 확보할 수 있다는 것이 보장되며, 그 결과 공구 본체의 활성화를 더욱 복잡하게 할 수도 있는 공구 본체의 종축의 추가적인 틸팅이 필요하지 않다. 여기서 절삭 삽입-특정 여유각은 절삭 인서트의 전체 둘레에 걸쳐 일정할 필요는 없지만, 측면은 또한 상이한 부분들에서 상이한 여유각들을 가질 수 있음을 주목해야 한다.
상기 목적은 청구항 제9항에 청구된 바와 같은 공작물을 선삭하는 방법에 의해 달성된다. 유리한 개발형태들은 종속 청구항들로부터 유래한다.
상기 방법은 경사면으로 설계된 윗면이 공구 본체의 종축 (L)에 직각으로 배향되도록 교환 가능한 절삭 인서트가 공구 본체의 단부면에 회전 고정 방식으로 배치되며, 윗면과 주변 측면 사이에 형성된 절삭날은 적어도 2개의 사용 가능한 절삭 모서리 및 양측에서 절삭 모서리에 인접한 절삭날 부분을 통해 공구 본체의 단부면의 외주를 넘어 종축에 대해 반경방향으로 돌출하는, 공구 시스템에서 발생한다. 상기 방법은 다음의 단계들을 포함한다:
- 공작물 축 Z를 중심으로 한 공작물을 회전시키는 단계,
- 생성된 칩이 절삭 인서트의 윗면에서 흘러 나오는 방식으로 절삭 모서리들 중 하나로 공작물의 표면을 가공하는 단계,
- 종축을 중심으로 한 공구 본체의 제어된 회전 및 이와 조율(조화)되며, 공작물 축 Z에 수직인 방향으로 병진 운동 성분을 갖는, 종축 L에 수직으로 진행하는, 평면 XZ에서의 공구 본체의 병진 운동에 의해 칩 형성을 변경시키는 단계.
종축을 중심으로 한 공구 본체의 제어된 회전 및 이와 조율되며, 공작물 축 Z에 수직인 병진 운동 성분을 갖는 종축에 수직인 평면에서의 공구 본체의 병진 운동에 의해, 선삭 작업 동안 제어된 방식으로 특히 간단하게 가공 조건을 변경시키는 것이 가능하다. 예를 들어 절삭 깊이를 변경하지 않고 목표(타겟화된) 방식으로 맞물린 절삭날의 설정각을 변경하는 것이 가능하며 또는 다른 절삭날 부분 또는 상이한 특징부를 갖는 다른 절삭 모서리가 사용될 수 있다. 교환 가능한 절삭 인서트는 회전 고정 방식으로 공구 본체에 고정되고 가공에 사용될 수 있는 적어도 2개의 절삭 모서리를 통해 공구 본체의 외주를 넘어 돌출하므로, 상이한 가공 조건을 단일의 절삭 인서트로 특히 컴팩트한 배치로 실현하는 것이 가능하다. 여기서, 공구 본체의 제어된 회전 및 그와 조율(조화)되는 병진 운동은 가공을 중단시키지 않고 가공 조건이 변경되는 것을 가능하게 한다.
발전형태에 따르면, 공구 본체의 종축 L은 공작물 축 Z에 수직인 평면 XY으로 배향된다. 이 경우, 공작물과 맞물리는 절삭날 부분의 설정각의 변화 및 상이한 절삭 모서리들의 사용은 제어의 측면에서 특히 간단한 방식으로 발생할 수 있다. 특히 바람직하게는, 공구 본체의 종축 L은 선삭 작업의 Y 축에 평행하게 배향될 수 있다.
발전형태에 따르면, 적어도 2개의 사용 가능한 절삭 모서리는 제1 절삭 모서리와 제1 절삭 모서리와 다른 제2 절삭 모서리를 갖는다. 공구 시스템과 관련하여 위에서 이미 설명된 바와 같이, 여기서 제1 절삭 모서리 및 제2 절삭 모서리는 예를 들어 하나의 특징부에서만 또는 그렇지 않으면 복수의 특징부들에서 서로 상이한 것이 가능하다.
발전형태에 따르면, 공구 본체의 그 종축에 대한 제어된 회전 및 이와 조율되는 병진 운동은 활성 가공 절삭날의 설정각이 변경되는 방식으로 발생한다. 여기서, 활성화는 예를 들어 바람직하게는 추가 가공 파라미터를 변경하지 않고 설정각만 변경되는 방식으로 발생할 수 있다. 이 경우, 예를 들어, 비교적 편평한 설정각을 갖는 종방향 선삭이 발생할 수 있고, 공작물의 스텝에 접근할 때 설정각이 증가될 수 있다. 이것은 단지 하나의 가능한 가공 작업이며 그리고 또한 다른 추가 가공 작업도 제공될 수 있다는 것을 주목해야 한다.
발전형태에 따르면, 공구 본체의 제어된 회전 및 이와 조율되는 병진 운동은 가공 중에 공작물 컨투어가 변하지 않고 유지되는 방식으로 발생한다. 이 경우, 예를 들어 절삭을 중단하지 않으면서 선삭 작업 동안 공작물과 맞물리는 절삭날의 설정각을 간단한 방식으로 변경하는 것이 가능하다. 이는 선회가 가능한 작업들 중 단지 하나일 뿐이며, 후자를 제외하고, 예를 들어, 절삭 깊이가 또한 변경될 수 있는 추가적으로 다른 선삭 작업들이 또한 허용될 수 있음을 주목해야 한다.
가공하는 동안, 활성 절삭 모서리가 공작물 축 Z을 포함하는 평면에 배치되는 경우, 공구 본체를 그 종축을 중심으로 회전시킴으로써 가공 조건이 특히 간단한 방식으로 변경될 수 있다.
상기 목적은 또한 청구항 제15항에서 청구된 바와 같은 절삭 인서트를 사용함으로써 달성된다. 절삭 인서트는 경사면으로서 설계된 상면, 베어링면으로서 설계된 밑면, 플랭크(flank)로서 기능하는 주변 측면 및 가공을 위해 사용될 수 있는 적어도 2개의 절삭 모서리들 및 각 경우 양측에서 절삭 모서리에 인접한 절삭날 부분들을 구비한, 상면과 주변 측면 사이에 형성된 절삭날을 갖는다. 절삭 인서트는 전술한 칩 제거 선삭 방법에 사용된다. 절삭 인서트의 사용은 상기 방법과 관련하여 전술한 이점들을 달성한다. 특히, 예를 들어 단지 하나의 공구 본체 및 그에 배치된 절삭 인서트를 갖는 예를 들어 종방향 선삭, 페이싱(facing) 및 모방 선삭(copy turning)과 같은 상이한 선삭 작업을 실현하는 것이 가능하다.
발전형태에 따르면, 절삭 인서트의 밑면은 공구 본체의 단부 측에 상보적인(complementary) 회전 방지 보호 요소와 형상 끼워맞춤 방식으로 상호 작용하는 적어도 하나의 회전 방지 보호 요소(anti-rotation safeguarding element)를 갖는다. 이 경우, 가공 조건의 목표 변경을 가능하게 하는 공구 본체에 대한 절삭 인서트의 신뢰 가능한, 회전 고정 체결(reliable, rotationally fixed fastening)이 제공되며, 주변 플랭크에는 절삭 인서트의 전체 둘레에 걸쳐 회전 고정식 체결을 위한 체결 구조물 없어 유지될 수 있다.
발전형태에 따르면, 절삭 인서트의 밑면은 공구 본체의 종축에 대해 절삭 인서트를 위치시키기 위해 공구 본체의 단부면과 형상 끼워맞춤(form-fitting) 방식으로로 상호 작용하는 적어도 하나의 센터링 요소(centering element)를 갖는다. 이 경우 특히 공구 본체에 절삭 인서트의 간단하고 신뢰 가능한 장착을 가능하게 만든다.
본 발명의 다른 장점 및 유리한 양태는 첨부된 도면을 참조하여 예시적인 실시예의 다음의 설명에 기초하여 나타날 것이다.
본 발명은, 공작 기계에서 작은 공간 요구와 결합하여, 매우 다양한 상이한 기계가공 작업들을 가능하게 하는 선삭 가공을 위한 개선된 공구 시스템 및 공작물을 선삭하기 위한 개선된 방법을 제공한다.
도면들에서:
도 1은 일 실시예에 따른 공구 시스템의 측면도로 개략적인 분해도를 도시하며;
도 2는 도 1로부터의 공구 시스템의 개략적인 분해 사시도를 도시하며;
도 3은 도 2의 상세 B의 개략적인 상세도를 도시하며;
도 4는 실시예에서 절삭 인서트의 밑면의 개략적인 사시도를 도시하며;
도 5는 공작물의 선삭 가공 동안 공구 시스템의 개략적인 사시도를 도시하며;
도 6은 공작물 축을 따라 시야 방향을 갖는 공작물의 선삭 가공 동안의 공구 시스템의 개략도를 도시하며;
도 7은 공작물 축에 수직이고 공구 본체의 종축에 수직인 시야 방향을 갖는, 도 5에 대응하는 예시를 도시하며;
도 8은 공구 본체의 종축을 따른 시야 방향을 갖는, 도 5에 대응하는 예시를 도시하며;
도 9는 도 8에 대해 종축을 중심으로 회전되는 공구 본체를 갖는, 공구 본체의 종축을 따른 시야 방향을 갖는, 공구 시스템의 개략적 예시를 도시하며;
도 10은 제1 변형예에 따른 절삭 인서트의 평면도의 개략도를 도시하며;
도 11은 제1 변형예에 따른 절삭 인서트의 아래에서 본 사시도를 도시하며;
도 12는 제1 변형예에 따른 절삭 인서트를 위에서 본 사시도를 도시하며;
도 13은 제2 변형예에 따른 절삭 인서트의 평면도의 개략도를 도시하며;
도 14는 제2 변형예에 따른 절삭 인서트의 개략적인 사시도를 도시하며;
도 15는 제3 변형예에 따른 절삭 인서트의 평면도의 개략도를 도시하며;
도 16은 제3 변형예에 따른 절삭 인서트의 개략적인 사시도를 도시하며;
도 17은 제4 변형예에 따른 절삭 인서트의 평면도의 개략도를 도시하며;
도 18은 제4 변형예에 따른 절삭 인서트의 개략적인 사시도를 도시하며;
도 19는 제5 변형예에 따른 절삭 인서트의 평면도에서 개략적인 사시도를 도시하며;
도 20은 제5 변형예에 따른 절삭 인서트의 개략적인 사시도를 도시하며;
도 21은 제6 변형예에 따른 절삭 인서트의 개략적인 사시도를 도시하며;
도 22는 제7 변형예에 따른 절삭 인서트의 개략적인 사시도를 도시하며;
도 23은 제8 변형예에 따른 절삭 인서트의 개략적인 사시도를 도시하며;
도 24는 제9 변형예에 따른 절삭 인서트의 개략적인 사시도를 도시하며;
도 25는 제10 변형예에 따른 절삭 인서트의 평면도의 개략도를 도시하며;
도 26은 제10 변형예에 따른 절삭 인서트의 개략적인 사시도를 도시한다.
실시예
선삭 가공을 위한 공구 시스템의 일 실시예가 도 1 내지 도 9를 참조하여 아래에서 설명된다.
도면들에 개략적으로 도시된 공구 시스템(tool system)(100)은 특히 금속 재료의 선삭 가공(turning machining)을 위해 설계되며, 공구 본체(tool body)(1) 및 이에 회전 고정 및 중심에 맞춰지는 방식으로 고정되는 교환 가능한 절삭 인서트(cutting insert)(2)를 갖는다. 절삭 인서트(2)는 경질이며 내마모성 재료로 형성되며, 특히 경질 금속(hard metal)(초경 합금(cemented-carbide)), 서멧(cermet) 또는 절삭 세라믹(cutting ceramic)으로 형성될 수 있다. 본 실시예에서, 공구 본체(1)는 예를 들어 공구강과 같은 인성 재료로 제조된다. 그러나, 예를 들어, 경질 금속(초경 합금), 서멧 또는 다른 재료로부터 공구 본체(1)를 형성하는 것도 또한 가능하다.
공구 본체(1)는 종축(L)을 따라 연장되며 공작 기계에 고정되도록 설계된 제1 단부(11)와, 종축(L)에 대해 횡방향으로 연장되는 단부면(13)을 갖는 제2 단부(12)를 갖는다. 제1 단부(11)는 공작 기계의 공구 리셉터클(미도시)에서의 수용을 위해 설계되고, 예를 들어 상업적으로 이용 가능한 표준 리셉터클에서의 수용을 위해 설계될 수 있다. 도시된 바람직한 구성에서, 공구 본체(1)는 제1 단부(11)의 내부 냉각제 수용 개구로부터 복수의 냉각제 출구 개구들(18)로 냉각제를 보내도록 설계된 내부 냉각제 가이드를 갖는다. 냉각제 출구 개구들(18)은 냉각제가 제2 단부(12) 및 그 위에 배열된 교환 가능한 절삭 인서트(2)의 방향으로 나올 수 있도록 설계된다.
도면에서 볼 수 있는 바와 같이, 공구 본체(1)는 그것의 제2 단부(12)에서 공구 생크(tool shank)로서 형성되고, 종축(L)에 수직인 단면에서 절삭 인서트(2)와 실질적으로 동일한 단면 형상을 가지며, 이것은 이하에서 더욱 상세히 설명될 것이다. 이 단면 형상을 갖는 공구 생크로서 형성된 제2 단부(12)의 영역은 여기에서 공구 본체(1)의 전체 길이의 적어도 10분의 1 이상으로 연장된다. 절삭 인서트(2)의 회전 고정 체결을 위한 시트(14)가 종축(L)에 대하여 횡방향으로 연장되는 단부면(13)에 형성된다. 시트(14)에는 교환 가능한 절삭 인서트(2)를 시트(14)에 고정시키는 역할을 하는 체결 나사(3)의 나사 부분을 수용하기위한 나사 구멍(threaded bore)(16)이 제공된다. 실시예에서, 나사 구멍(16)은 종축(L)에 동축으로 연장되며, 이는 안정성의 관점에서 유리하며; 그러나, 나사 구멍(16)의 편심 배열도 또한 가능하다.
절삭 인서트(2)의 회전 고정 체결을 가능하게 하기 위해, 특히 도 3에서 볼 수 있는 바와 같이, 시트(seat)(14)는 절삭 인서트(2)의, 베어링면(bearing face)으로 설계된, 밑면(21) 상의 상보적 회전 방지 보호 요소(25)와 상호 작용하도록 설계된 복수의 회전 방지 보호 요소(15)를 갖는다. 본 실시예에서는 3개의 이러한 회전 방지 보호 요소(15)가 제공되지만, 예를 들어 단지 하나 또는 두 개 또는 세 개 초과의 그러한 회전 방지 보호 요소(15)가 제공되는 것이 또한 가능하다. 도시된 실시예에서, 시트(14) 상의 회전 방지 보호 요소(15)는 각각 단부면(13)의 중심으로부터 방향으로 반경 방향 바깥쪽으로 연장되는 리세스 그루브(recessed grooves)로서 설계된다. 본 실시예에서, 시트(14) 상의 회전 방지 보호 요소(15)에 상보적인 절삭 인서트(2)의 밑면(21) 상의 회전 방지 보호 요소(25)는 밑면(21)으로부터 돌출하고 밑면(21)의 중심으로부터 반경 방향 외향으로 연장되는 리브(rib)로서 설계된다. 본 실시예에서, 회전 방지 보호 요소(25)는 돌출 리브로 설계되고, 시트(14) 상의 회전 방지 보호 요소(15)는 리세스 그루브로서 설계되지만, 예를 들어 역 구성도 또한 가능하다. 또한, 돌출 리브로서 설계된 회전 방지 보호 요소의 수는 리세스 그루브로서 설계된 상보적 회전 방지 보호 요소의 수와 정확히 일치 할 필요는 없다. 본 실시예에서, 그 배치로 인해, 회전 방지 보호 요소(25)는 시트 (14) 상에 절삭 인서트(2)를 센터링하기 위한 센터링 요소로서 동시에 기능한다.
실시예에서, 센터링 요소로서 동시에 기능하는 회전 방지 보호 요소(25)가 도시되어 있지만, 예를 들어 이들 기능들을 분리하고 하나 이상의 회전 방지 보호 요소 및 하나 이상의 센터링 요소를 서로 분리하여 제공하는 것이 또한 가능하다.
특히 도 4에서 볼 수 있는 바와 같이, 절삭 인서트(2)의 밑면(21)은 그를 통해 체결 나사(3)의 나사부가 안내될 수 있는 관통 홀(23)을 둘러싸는 중앙 돌출부(27)를 더 갖는다. 중앙 돌출부(27)는 절삭 인서트(2)의 밑면으로부터 거리가 증가함에 따라 테이퍼지고, 예를 들어 특히 원추형으로 테이퍼질 수 있다. 중앙 돌출부(27)는 시트(14) 상의 대응하는 구조물(17)에 맞물리고, 상기 구조물은 실시예에서 나사 구멍(16)을 둘러싸고 중앙 돌출부(27)에 상보적인 형상을 갖는 함몰부(depression)로서 형성된다.
본 실시예에서, 절삭 인서트(2)의 밑면(21) 및 공구 본체(1)의 단부면(13)은 절삭 인서트(2)가 단지 하나의 정확히 사전 결정된 방향으로만 공구 본체(1)에 고정될 수 있도록 설계된다. 도시된 구성에서, 이것은 나사 구멍(16) 또는 관통 홀(23)에 대해 원주방향으로 회전 방지 보호 요소(15 및 25)의 비대칭 배열에 의해 실현된다.
절삭 인서트(2)는 전술한 밑면(21) 반대편에 위치하고 경사면으로 설계된 상면(윗면)(22)과 플랭크(flank)로서 설계된 주변 측면(24)을 갖는다. 도 3에서 볼 수 있는 바와 같이, 경사면에는 선삭 작업 중에 발생하는 칩을 형성, 이송 및 절단하기 위한 칩 기하학적 형상 구조(22a)가 제공된다. 절삭날(26)은 상면(22)의 주변 측면(24)으로의 전이부(transition)에 형성된다. 절삭날(26)은 복수의 절삭 모서리들(28)을 가지며 절삭날 부분은 각각의 경우에 양측에서 절삭 모서리에 인접한다. 절삭 모서리들은 이하에서 공동으로 절삭 모서리(28)로 지칭되며, 개별 절삭 모서리들은 예를 들어 제1 절삭 모서리(28a), 제2 절삭 모서리(28b) 등으로 지칭된다. 도시된 실시예에서, 절삭 모서리(26)는 선삭을 위해 사용될 수 있는 절삭날로서 절삭 인서트(2)의 전체 둘레에 걸쳐 연장된다. 이에 대한 대안으로, 상면(22)으로부터 주변 측면(24)으로의 전이부는, 예를 들어 심지어 둘레의 단지 일부에 걸친 전이부라도 가공에 사용될 수 있는 절삭날(26)로서 형성될 수 있다.
도면에서 볼 수 있는 바와 같이, 절삭 인서트(2)가 공구 본체(1)에 고정된 경우 절삭 인서트(2)의 상면(22)은 공구 본체(1)의 종축(L)에 직각으로 연장된다. 도시된 실시예에서 절삭 인서트(2)는 3개의 절삭 모서리(28)를 갖지만, 예를 들어 절삭 모서리에 인접하는 절삭날 부분들을 갖는, 선삭에 사용될 수 있는 단지 2개 또는 3개 초과의 절삭 모서리(28)를 제공하는 것이 또한 가능하다.
본 실시예에서, 절삭 인서트(2)는, 도면들에서 볼 수 있는 바와 같이, 2개의 상이한 유형의 절삭 모서리(28)를 갖는다. 도 1 내지 도 9에 도시된 실시예에서는, 제2 절삭 모서리(28b)는, 양측에서 제2 절삭 모서리(28b)에 인접한 절삭날 부분들이 제1 모서리각 α1과는 상이한 제2 모서리각 α2로 서로 둘러싼다는 점에서, 제1 모서리각 α1을 갖는 제1 절삭 모서리(28a)와는 다르다. 절삭날(26)은 선삭에 사용될 수 있는 적어도 2개의 절삭 모서리(28)를 통해 공구 본체(1)의 단부면(13)의 외주를 넘어 종축 L에 대해 반경방향으로 돌출한다. 구체적으로 예시된 바람직한 구성에서, 절삭날(26)은 공구 본체(1)의 단부면(13)을 넘어 반경방향으로 절삭 인서트(2)의 전체 둘레에 걸쳐 돌출된다.
예시적인 실시예에서, 주변 측면(24)은 절삭 인서트(2)의 전체 둘레에 걸쳐 포지티브 절삭 인서트-특정(고유) 여유각(positive cutting insert-specific clearance angle)을 가지며, 그 결과 측면(24)은 상면(22)으로부터 거리가 증가함에 따라 전체 둘레에 걸쳐 종축 L에 접근한다. 여기서, 절삭 인서트-특정 여유각은 전체 둘레에 걸쳐 일정할 수 있지만, 또한 상이한 영역에서 상이한 값을 취할 수도 있다.
공작물(W)을 선삭하는 방법에서 전술한 공구 시스템(100)의 사용이 도 5 내지 도 9를 참조하여 이하에서 설명될 것이다.
이 방법에서, 공작물(W)은 공작물 축(Z)을 중심으로 회전하는 방식으로 공작 기계에서 클램핑된다. 예시적인 실시예에서, 공구 본체(1)의 종축(L)은 공작물 축(Z)에 수직으로 진행하는 평면 XY에 배치되도록 배향된다. 구체적으로, 본 실시예에서 종축(L)은 Y 축에 평행하게 진행한다. 활성 가공 위치에 위치한 절삭 모서리(28)는, 특히 도 6 및 도 7에서 볼 수 있는 바와 같이, 공작물 축(Z)을 포함하는 평면에 배치되며, 그 결과 공구 본체(1)의 종축 L에 직각으로 연장되는 절삭 인서트의 상면(22)이 경사면(rake face)으로서 사용된다. 선삭 가공 동안, 예를 들어, 우선 제1 모서리 각도 α1를 갖는 제1 절삭 모서리(28a)가 활성 절삭 위치로 이동되며 여기서 일측에서 제1 절삭 모서리(28a)에 인접한 절삭날 부분은, 공구 본체가 공작물 축 Z에 평행한 주 이동 방향 B로 이동하는 경우, 선삭을 위해 제1 설정각
Figure 112020064931166-pct00001
으로서 사용된다. 종축(L)을 중심으로 한 공구 본체(1)의 제어된 회전은 예를 들어 설정각
Figure 112020064931166-pct00002
이 감소되는 것을 가능하게 하여 높은 이송 속도에서 종방향 선삭을 가능하게 만들며, 예를 들어 측벽을 가공하기 위해 숄더가 생성되는 경우 설정각
Figure 112020064931166-pct00003
예를 들어 90 °로 증가될 수 있다. 여기서, 종축(L)을 중심으로 공구 본체(1)의 회전은 칩 형성에 변화를 가져온다. 설정각
Figure 112020064931166-pct00004
의 이러한 변화에 의해, 바람직하지 않은 방식으로 절삭 깊이를 변경하지 않기 위해, 본 실시예에 따른 방법에서, 공구 본체(1)의 제어된 회전과 조율되는, 공구 본체(1)의 종축(L)에 직각으로 진행하는 평면 XZ에서의 공구 본체의 병진 운동이 발생한다. 여기서, 병진 운동은 또한 공작물 축(Z)에 직교하는 X 방향으로의 방향 성분을 갖는다.
공구 본체의, 종축(L)을 중심으로 제어된 회전과 조율되는, 병진 운동(T)은 공작물에 대한 절삭 모서리의 위치를 변경하지 않고 설정각
Figure 112020064931166-pct00005
이 변경될 수 있는 것을 보장한다.
가공물(W)과 절삭날(26)의 가공 맞물림이 발생하는 설정각
Figure 112020064931166-pct00006
에서만 상술된 변화 대신에, 본 방법에서는 칩 형성은 또한, 예를 들면 도 9에서 볼 수 있는 바와 같이, 제1 절삭 모서리(28a) 대신에, 종축(L)을 중심으로 한 공구 본체(1)의 제어된 회전이 제1 절삭 모서리(28a)와는 다른 제2 절삭 모서리(28b)를 활성 절삭 위치로 가져온다는 사실에 의해 변경될 수 있다. 이 경우에도, 공구 본체(1)의 소정 각도만큼 제어된 회전과 조율되는, 공작물 축(Z)에 수직인 병진 운동 성분을 갖는 종축(L)에 수직으로 진행하는 평면 XZ에서의 공구 본체(1)의 병진 운동(T)이 발생한다. 조율된 병진 운동(T)은 공구 본체(1)의 종축 L으로부터의 제1 절삭 모서리(28a)와 제2 절삭 모서리(28b)의 상이한 반경방향 거리의 결과로서 일어날 수 있는 절삭 깊이의 변화를 보상하는 것을 가능하게 만든다. 도 9에 개략적으로 도시된 바와 같이, 제2 절삭 모서리(28b)에 의한 선삭은 예를 들어 맞물린 절삭날의 다른 설정각
Figure 112020064931166-pct00007
에서의 배향으로 발생할 수 있다.
종축(L)을 중심으로 한 소정 각도만큼 공구 본체(1)의 제어된 회전 및, 이에 조율되는, 공작물 축(Z)에 수직인 방향으로 병진 운동 성분을 갖는 평면 XZ에서의 병진 운동(T)에 의해, 따라서 칩 형성을 변경하기 위해 선삭 동안 설정각
Figure 112020064931166-pct00008
,
Figure 112020064931166-pct00009
을 간단한 방식으로 변경할 수 있다. 이것은 예를 들어 이송 속도 또는 다른 파라미터의 변경과 결합하여 발생할 수 있다. 또한, 종축(L)을 중심으로 한 소정 각도만큼 공구 본체(1)의 제어된 회전 및, 이에 조율되는, 공작물 축 Z에 직교하는 방향으로 병진 운동 성분을 갖는 평면 XZ에서의 병진 운동에 의해, 선삭 동안에도, 재료 맞물림에 있는 절삭 모서리(28)가 타겟화된 방식으로 변경되는 것이 가능하며, 따라서 제1 절삭 모서리(28a) 대신에, 이와 상이한 제2 절삭 모서리(28b)가 활성 절삭 위치로 이동되는 것이 가능하다.
방법이 2개의 상이한 유형의 절삭 모서리들(28a, 28b)을 갖는 교환 가능한 절삭 인서트(2)와 함께 사용되는 구현의 실시예에 대해 설명되었지만, 방법은 절삭 인서트가 복수의 동일한 절삭 모서리들(28)을 갖는 경우 또한 사용될 수 있다.
제1 절삭 모서리(28a) 및 제2 절삭 모서리(28b)가 그들의 모서리 각도(α1, α2)가 상이한 실시예가 설명되었지만, 예를 들어, 이에 대한 대안적으로 또는 부가하여, 절삭 모서리들은 각 절삭 모서리들이 만곡되도록 설계되는 모서리 반경이 상이한 것이 또한 가능하다.
변형예
전술한 실시예의 일부 변형이 아래에서 설명되며, 교환 가능한 절삭 인서트의 차이점만이 상세히 설명되고 각 경우 동일한 참조 부호가 사용된다. 공구 본체(1)의 단부면(13)의 기본 형상은 각각 변경된 절삭 인서트의 형상 및 크기에 적응(조정)된다는 것은 말할 필요도 없다.
상술한 실시예에 대한 차이점만 이하에서 설명될 것이며, 동일한 참조 부호들이 사용될 것이다.
도 10 내지 도 12는 제1 변형예에 따른 절삭 인서트(2)를 도시하며, 여기서 절삭 인서트에는, 가공에 사용될 수 있는 3개의 절삭 모서리들(28a, 28b)에 추가로, 특히 도 10에서 볼 수 있는 바와 같이 추가 모서리가(29)가 또한 제공된다. 제1 변형예에서, 특히 도 10 및 도 12에서 볼 수 있는 바와 같이, 제1 절삭 모서리(28a)는 각각의 절삭 모서리(28a, 28b)의 영역에서 상면(22) 상에 형성된 칩 지오메트리 구조물(22a 및 22b)의 구성에서 제2 절삭 모서리(28b)와 상이하다. 구체적으로 예시된 예에서, 절삭 모서리는 추가적으로 또한 절삭 모서리가 형성되는 모서리 각도 및 모서리 반경이 상이하다. 그러나, 이에 대한 대안으로, 예를 들어 제1 절삭 모서리(28a)와 제2 절삭 모서리(28b)는 칩 지오메트리 구조물(22a, 22b)의 구성에서만 서로 상이하고 그들의 다른 특징들에서는 일치하는 것이 또한 가능하다.
도 13 및 도 14는 제2 변형예에 따른 절삭 인서트(2)를 도시하며, 상기 절삭 인서트에서는 제1 절삭 모서리(28a) 및 제2 절삭 모서리(28b)는 그것들이 형성되는 재료에 있어서 상이하다. 이 실시예에서, 절삭 모서리들(28a, 28b)은 실제로 모두 동일한 모서리 각도(α1) 및 동일한 모서리 반경을 갖지만, 절삭 모서리의 재료는 서로 다르다. 예를 들어, 절삭 인서트(2)는 경질 금속(초경합금)으로 형성될 수 있고, 제2 절삭 모서리(28b)는 인성, 경도, 입자 크기, 결합제 등에 있어서 다른 특성을 갖는 다른 경질 금속으로 형성될 수 있다. 제2 절삭 모서리(28b)는 예를 들어, 특히 서멧(cermet), PCD(다결정 다이아몬드(polycrystalline diamond)), CVD 다이아몬드, CBN(입방정 질화붕소) 또는 절삭 세라믹(cutting ceramic)과 같은 다른 경질 재료로 형성될 수도 있다. 다른 재료로부터의 이러한 형성에 대한 대안으로서, 제2 절삭 모서리(28b)에는 예를 들어 제1 절삭 모서리(28a)와는 단지 다른 코팅이 제공될 수도 있다. 이 예에서는 단지 2개의 상이한 절삭 모서리들(28a 및 28b)만이 도시되어 있지만, 예를 들어 2개 초과의 상이한 절삭 모서리들(28)이 제공되는 것이 또한 가능하며 및/또는 절삭 모서리들(28a, 28b)은 추가적으로 또한 추가 특성들에서 서로 상이할 수도 있다.
도 15 및 도 16은 제3 변형예에 따르는 교환 가능한 절삭 인서트(2)를 도시하며, 상기 절삭 인서트에서는 상이한 절삭 모서리들이 상이한 가공 작업을 위해 설계된다. 전술한 구성들에서와 같이, 제1 절삭 모서리(28a)는 예를 들어 가공 작업으로서 종방향 선삭을 위한 "정상(normal)" 절삭 모서리로 설계된다. 제3 변형예에서, 제2 절삭 모서리(28b)는 그루브를 형성하는 선삭을 위한 절삭 모서리로서 설계된다. 제3 변형예에서, 제3 절삭 모서리(28c)는 나사 선삭을 위한 절삭 모서리로서 설계된다. 이 경우, 종축(L)을 중심으로 공구 본체(1)의 제어된 회전 및, 이에 조율되는, 공작물 축 Z에 직교하는 방향으로 병진 운동 성분을 갖는 평면 XZ에서의 공구 본체(1)의 병진 운동은 상기 방법에서 상이한 선삭 가공 작업들을 절삭 인서트(2)로 이 목적을 위해 공작 기계에서의 공구 변경의 필요 없이 수행하는 것을 가능하게 만든다.
도 17 및 도 18에 도시된 제4 변형예의 경우에서도 제1 절삭 모서리(28a)는 예를 들어 종방향 선삭을 위한 "정상" 절삭 모서리로서 설계되고, 제2 절삭 모서리(28b)는 그루브 선삭을 위한 절삭 모서리로서 설계된다. 그러나, 전술한 제3 변형예와 달리, 제3 절삭 모서리(28c)는 또한 "정상" 절삭 모서리로서 형성되지만, 제1 절삭 모서리(28a)와는 다른 모서리 각도를 갖는다. 또한, 제4 변형예에 따른 절삭 인서트(2)의 기본 형상은 도 17 및 도 18에서 볼 수 있는 바와 같이 제3 변형예에 따른 절삭 인서트(2)의 기본 형상과 상이하다.
기술된 방법에 사용될 수 있는 절삭 인서트(2)의 제5 변형예가 도 19 및 도 20에 도시된다. 제5 변형예에서, 절삭 인서트(2)는 차례로 선삭에 사용될 수 있고이 경우 서로 동일하도록 설계된 총 3개의 절삭 모서리들(28a, 28b, 28c)을 갖는다. 이 변형예에서, 절삭 인서트(2)는 평면도로 3점 별의 형상을 갖는다. 3개의 사용 가능한 절삭 모서리들(28a, 28b, 28c)의 동일한 설계에 대한 대안으로서, 절삭 모서리에는 예를 들어 적어도 절삭 모서리의 영역 및 이에 인접하는 절삭날 부분에서 각각 연장되는 상이한 보강 사면이 또한 제공될 수 있다. 예를 들어, 이들 보강 사면은 그 폭(절삭날에 수직으로 측정) 또는 각도(상면(22)의 범위의 주 방향에 수직인 평면에 대해 측정)가 상이할 수 있다. 이 경우에도, 다른 절삭 모서리들이, 예를 들어, 상이한 재료의 선삭을 위해 또는 상이한 가공 파라미터들을 갖는 선삭을 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 상이한 이러한 보강 사면들은 도 19 및 도 20에 도시된 절삭 인서트(2)의 기본 형상으로 제한되지 않으며, 또한 다른 기본 형상들이 제공될 수 있고 또한 절삭 모서리들(28a, 28b, 28c) 사이의 추가적인 차이점들과 조합으로 또한 제공될 수 있다는 것을 주목해야 한다.
도 21 내지 도 24는 서로 상이한 적어도 2개의 절삭 모서리들(28a, 28b)을 각각 갖는 절삭 인서트(2)의 추가 변형예들을 개략적으로 도시한다. 모서리 각도의 예시된 차이에 추가하여, 절삭 모서리들 사이의 추가 차이가 또한 차례로 제공될 수 있다는 것을 주목해야 한다.
도 25 및 도 26에 도시된 제10 변형예에 따른 절삭 인서트(2)에서, 절삭 인서트(2)는 대체로 실질적으로 삼각형 형상을 가지며 여기서 절삭 모서리들은 모두 동일한 모서리 각도를 갖는다. 본 실시예에서, 제1 절삭 모서리(28a)는 예를 들어 마무리 가공을 위해 작은 모서리 반경으로 형성되는 반면, 제2 절삭 모서리(28b)로서의 다른 절삭 모서리는 예를 들어 거친 가공을 위해 더 큰 모서리 반경으로 형성된다.
절삭 인서트(2)의 밑면 (21) 상의 전술한 회전 방지 보호 요소 및 센터링 요소가 모든 변형예들에 대해 도시되지는 않았지만, 바람직하게는 이들 요소들은 또한 변형예들에 제공될 수 있다.
절삭 인서트(2)의 경우, 각각의 절삭 모서리들(28) 사이에 상술된 차이점들의 임의의 요망되는 조합들이 가능하다는 점을 주목해야 한다.

Claims (17)

  1. 선삭 가공을 위한 공구 시스템(100)으로서, 공구 시스템은:
    종축(L)을 따라 연장되고 공작 기계에 연결하기 위한 제1 단부(11) 및 교환 가능한 절삭 인서트를 위한 시트(14)가 형성된 단부면(13)을 갖는 제2 단부(12)를 갖는 공구 본체(1) 및
    회전 고정 방식으로 시트(14)에 고정되는 교환 가능한 절삭 인서트(2)를
    가지며,
    절삭 인서트(2)는 베어링면으로서 설계된 밑면(21), 경사면으로서 설계된 윗면(22) 및 플랭크로서 설계된 주변 측면(24)을 가지며, 절삭날(26)은 윗면(22)에서 주변 측면(24)으로의 전이부에 형성되며,
    절삭 인서트(2)는 윗면(22)이 공구 본체(1)의 종축(L)에 수직으로 연장되도록 시트(14) 상에 배열되고, 절삭날(26)은 적어도 2개의 사용 가능한 절삭 모서리들(28a, 28b, 28c) 및 양측에서 절삭 모서리에 인접한 절삭날 부분들에 의해 공구 본체(1)의 단부면(13)의 외주를 넘어 종축(L)에 대해 반경 방향으로 돌출하며,
    적어도 2개의 사용 가능한 절삭 모서리들(28a, 28b, 28c)은 적어도 하나의 제1 절삭 모서리(28a)와 제1 절삭 모서리와는 상이한 적어도 하나의 제2 절삭 모서리(28b)를 갖는 것을 특징으로 하는 공구 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    제1 절삭 모서리(28a) 및 제2 절삭 모서리(28b)는 다음의 특징들 중 하나 이상에서 서로 다른 것을 특징으로 하는 공구 시스템:
    모서리 각도(α1, α2);
    모서리 구성;
    절삭 모서리를 따라 진행하는 보강 사면의 각도 및 폭 중 적어도 하나;
    경사면에 형성된 칩 기하학적 형상 구조(22a);
    절삭 모서리들의 영역에서의 절삭 인서트의 재료 및 이에 도포되는 경질 물질 코팅 중 적어도 하나; 및
    절삭 모서리가 설계되는 기계가공 작업.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    절삭 인서트(2)의 밑면(21)은 공구 본체(1)의 단부면(13) 상의 상보적 회전 방지 보호 요소(15)와 형상 끼워맞춤 방식으로 상호 작용하는 적어도 하나의 회전 방지 보호 요소(25)를 갖는 것을 특징으로 하는 공구 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    절삭 인서트(2)의 밑면(21)은 공구 본체(1)의 종축(L)에 대해 절삭 인서트(2)를 위치시키기 위해 공구 본체(1)의 단부면(13)과 형상 끼워맞춤 방식으로 상호 작용하는 적어도 하나의 센터링 요소를 갖는 것을 특징으로 하는 공구 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    절삭 인서트(2)의 밑면(21) 및 공구 본체(1)의 단부면(13)은 절삭 인서트(2)가 하나의 미리 정해진 방향으로만 공구 본체(1)에 체결될 수 있는 방식으로 설계되는 것을 특징으로 하는 공구 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    공구 본체(1)의 단부면(13)의 기본 형상은 절삭 인서트(2)의 기본 형상과 대응하는 것을 특징으로 하는 공구 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    절삭날(26)은 전체 주변 측면(24)을 따라 형성되고 공구 본체(1)의 단부면(13)의 외측 둘레를 넘어 반경방향으로 전체 둘레에 걸쳐 돌출하는 것을 특징으로 하는 공구 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    측면(24)은 절삭 인서트(2)의 전체 둘레에 걸쳐 포지티브 절삭 인서트-특정(고유) 여유각을 갖는 것을 특징으로 하는 공구 시스템.
  9. 경사면으로 설계된 윗면(22)이 공구 본체(1)의 종축(L)에 직각으로 배향되도록 교환 가능한 절삭 인서트(2)가 공구 본체(1)의 단부면(13)에 회전 고정 방식으로 배치되며, 그리고 윗면(22)과 주변 측면(24) 사이에 형성된 절삭날(26)은 적어도 2개의 사용 가능한 절삭 모서리들(28a, 28b, 28c) 및 양측에서 절삭 모서리들에 인접한 절삭날 부분들을 통해 공구 본체(1)의 단부면(13)의 외주를 넘어 종축(L)에 대해 반경방향으로 돌출하는, 공구 시스템(100)으로 공작물(W)을 선삭하는 방법으로서,
    상기 방법은 다음의 단계들을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법:
    - 공작물 축(Z)를 중심으로 공작물(W)을 회전시키는 단계,
    - 생성된 칩이 절삭 인서트(2)의 윗면(22)에서 흘러 나오는 방식으로 절삭 모서리들(28a, 28b, 28c) 중 하나로 공작물(W)의 표면을 가공하는 단계,
    - 종축(L)을 중심으로 한 공구 본체(1)의 제어된 회전 및 이와 조율(조화)되며, 공작물 축(Z)에 수직인 병진 운동 성분을 갖는, 종축(L)에 수직으로 진행하는, 평면에서의 공구 본체(1)의 병진 운동(T)에 의해 칩 형성을 변경시키는 단계.
  10. 제9항에 있어서,
    공구 본체(1)의 종축(L)은 공작물 축(Z)에 수직인 평면(XY)에서 배향되는 것을 특징으로 하는 공구 시스템으로 공작물을 선삭하는 방법.
  11. 제9항에 있어서,
    적어도 2개의 사용 가능한 절삭 모서리(28a, 28b, 28c)는 제1 절삭 모서리(28a)와 제1 절삭 모서리와(28a)는 상이한 제2 절삭 모서리(28b)를 갖는 것을 특징으로 하는 공구 시스템으로 공작물을 선삭하는 방법.
  12. 제9항에 있어서,
    공구 본체(1)의 그 종축(L)을 중심으로 한 제어된 회전 및 이와 조율되는 병진 운동(T)은 활성 가공 절삭날의 설정각(
    Figure 112021123768105-pct00010
    ,
    Figure 112021123768105-pct00011
    )이 변경되는 방식으로 발생하는 것을 특징으로 하는 공구 시스템으로 공작물을 선삭하는 방법.
  13. 제9항에 있어서,
    공구 본체(1)의 제어된 회전 및 이와 조율되는 병진 운동(T)은 가공 중에 공작물 컨투어가 변하지 않고 유지되는 방식으로 발생하는 것을 특징으로 하는 공구 시스템으로 공작물을 선삭하는 방법.
  14. 제9항에 있어서,
    가공하는 동안, 활성 절삭 모서리가 공작물 축(Z)을 포함하는 평면에 배치되는 것을 특징으로 하는 공구 시스템으로 공작물을 선삭하는 방법.
  15. 제9항 내지 제14항들 중 어느 한 항에 따르는 칩 제거 선삭을 위한 방법에서, 경사면으로서 설계된 윗면(22), 베어링면으로서 설계된 밑면(21), 플랭크로서 기능하는 주변 측면(24), 그리고 윗면(22)과 주변 측면(24) 사이에 형성되며, 가공을 위해 사용될 수 있는 적어도 2개의 절삭 모서리들(28a, 28b, 28c) 및 각 경우 양측에서 절삭 모서리들에 인접한 절삭날 부분들을 갖는 절삭날(26)을 갖는 절삭 인서트(2)를 이용하는 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    절삭 인서트(2)의 밑면(21)은 공구 본체(1)의 단부면(13) 상의 상보적 회전 방지 보호 요소(15)와 형상 끼워맞춤 방식으로 상호 작용하는 적어도 하나의 회전 방지 보호 요소(25)를 갖는 것을 특징으로 하는 절삭 인서트를 이용하는 방법.
  17. 제15항에 있어서,
    절삭 인서트(2)의 밑면(21)은 공구 본체(1)의 종축(L)에 대해 절삭 인서트(2)를 위치시키기 위해 공구 본체(1)의 단부면(13)과 형상 끼워맞춤 방식으로 상호 작용하는 적어도 하나의 센터링 요소를 갖는 특징으로 하는 절삭 인서트를 이용하는 방법.
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