KR102672100B1 - 절삭인서트 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 백터닝 가공에 있어서 절삭칩이 워크의 가공면을 거칠게 하는 경우가 적은 절삭인서트를 제공하는 것을 과제로 한다. 절삭인서트는, 절삭면과, 둘레측면과, 절삭면과 둘레측면의 능선에 설치된 앞날과, 능선에 앞날과 연속하여 설치되고, 앞날의 연장방향과 둔각을 이루는 연장방향을 가지는 주절삭날을 구비하며, 주절삭날은, 절삭날로서 기능하는 유효 날끝 영역의 전제 길이에 걸쳐서 U자 형상으로 휘어지고, 그 최심점은 주절삭날의 양단을 연결하는 직선을 앞날과 인접하는 코너 옆으로부터 2:1로 분할하는 위치보다 코너 옆 영역에 위치한다.

Description

절삭인서트{Cutting Insert}
본 발명은, 절삭인서트에 관한 것이다.
자동선반에서 이용되는 백터닝 가공용 절삭인서트의 개선요구 중 하나로서, 절삭칩의 처리성을 들 수 있다(예를 들어, 특허문헌 1을 참조).
특허문헌 1: 일본공개특허공보 2019-104088호
백터닝 가공에 있어서는, 절삭칩이 길게 늘어나기 쉽다는 특징이 있는데, 길게 늘어난 절삭칩은, 워크의 가공면에 접촉하여 가공면을 거칠게 하는 경우가 있다. 특히, 백터닝 가공의 경우에는, 홈 가공시에 형성되는 홈 끝면과 외경 가공시에 형성되는 외경면이 가공면이 되므로, 특히 고도의 절삭칩 관리가 요구된다.
본 발명은, 이러한 문제를 해결하기 위하여 이루어진 것으로, 백터닝 가공에 있어서 절삭칩이 워크의 가공면을 거칠게 하는 경우가 적은 절삭인서트를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서의 절삭인서트는, 절삭면과, 둘레측면과, 절삭면과 둘레측면의 능선에 형성된 앞날과, 능선에 앞날과 연속하여 형성되며, 앞날의 연장방향과 둔각을 이루는 연장방향을 가지는 주절삭날을 구비하고, 주절삭날은, 절삭날로서 기능하는 유효 날끝 영역의 전체 길이에 걸쳐서 U자 형상으로 휘어지고, 그 최심점은 주절삭날의 양단을 연결하는 직선을 앞날과 인접하는 코너 옆으로부터 2:1로 분할하는 위치보다 코너 옆의 영역에 위치한다. 이와 같이 구성된 절삭인서트에 따르면, 절삭칩이 비교적 길게 늘어나기 쉬운, 절삭량이 큰 외경 가공시에 있어서, 절삭칩의 단면으로 치우친 변곡부를 발생시키고, 그 강성은 절삭칩의 뒤틀림을 방해하도록 작용한다. 이에 따라, 절삭칩이 브레이커 벽면에 충돌하였을 때에, 브레이커 벽면으로부터 받는 힘이, 절삭칩의 뒤틀림을 조장하는 것이 아니라, 절삭칩을 굴곡시키는 힘으로서 작용하기 쉬워진다. 이와 같은 굴곡시키는 힘에 의하여, 생성된 절삭칩은 잘게 절단된다. 잘게 절단된 절삭칩은, 길게 늘어난 나선 형상의 절삭칩과 비교하여, 가공면을 거칠게 할 우려가 적다.
본 발명에 의하여, 백터닝 가공에 있어서 절삭칩이 워크의 가공면을 거칠게 하는 경우가 적은 절삭인서트를 제공할 수 있다.
도1은, 본 실시형태에 따른 절삭인서트를 장착한 절삭공구의 전체사시도이다.
도 2는, 절삭 가공의 가공공정을 설명하는 도면이다.
도 3은, 절삭인서트의 전체사시도이다.
도 4는, 절삭인서트의 날끝 부분의 부분확대도이다.
도 5는, 절삭인서트의 상면도의 일부이다.
도 6은, 주절삭날의 주변을 나타내는 부분확대도이다.
도 7은, 주절삭날에 의하여 생성되는 절삭칩을 설명하는 도면이다.
도 8은, 주절삭날을 통과하는 단면도이다.
도 9는, 앞날 주변을 나타내는 부분확대도이다.
첨부하는 도면을 참조하여, 본 발명의 실시형태에 대하여 설명한다. 한편, 각 도면에 있어서, 동일한 부호를 붙인 것은 동일 또는 마찬가지의 구성을 가진다. 또한, 각 도면에 있어서, 동일 또는 마찬가지의 구성을 가지는 구조물이 복수 존재하는 경우에는, 번잡해지는 것을 회피하기 위하여, 일부에 부호를 붙이고, 그 밖에 동일한 부호를 붙이는 것을 생략하는 경우가 있다. 또한, 실시형태에서 설명하는 구성의 전체가 과제를 해결하기 위한 수단으로서 필수라고는 한정하지 않는다.
도 1은, 본 실시형태에 따른 절삭인서트(100)를 장착한 절삭공구(200)의 전체사시도이다. 본 실시형태에 있어서의 절삭공구(200)는, 선반용 절삭공구이고, 특히 백터닝 가공에 이용된다. 본체부(210)는, 절삭인서트(100)가 장착되는 장착시트(220)와, 절삭인서트(100)를 사이에 끼우는 2개의 파지부(230)를 가진다.
장착시트(220)는, 본체부(210)의 선단 부근에 설치된, 절삭인서트(100)의 장착면이다. 장착시트(220)에는 암나사 구멍이 형성되어 있고, 절삭인서트(100)를 장착하면, 절삭인서트(100)의 거의 중심에 형성된 장착구멍(190)과 동축이 된다. 절삭인서트(100)는, 장착구멍(190)을 통하여 암나사 구멍과 나사 결합하는 장착나사(300)에 의하여, 장착시트(220)에 고정된다.
2개의 파지부(230)는, 장착시트(220)로부터 융기하는 동시에, 서로 마주보는 방향으로 돌출되는 형상을 가진다. 절삭인서트(100)의 중간부에 대향하도록 설치된 2개의 오목부(191)는, 절삭인서트(100)가 장착시트(220)에 재치되면 파지부(230)와 감합하고, 절삭인서트(100)의 회전 흔들림을 방지한다.
한편, 도시하는 바와 같이 X축, Y축 및 Z축을 정한다. 즉, 파지부(230)가 절삭인서트(100)를 사이에 끼우는 방향이 Y축 방향이고, 장착시트(220)에 장착되었을 때의 장착구멍(190)의 방향이 Z축 방향이며, Y축 방향과 Z축 방향에 직교하는 방향이 X축 방향이다. 이후의 도면에 있어서도 절삭인서트(100)가 도 1과 같이 장착된 상태를 기준으로 하는 마찬가지의 좌표축을 병기함으로써, 각각의 도면이 나타내는 구조물의 방향을 나타낸다.
도 2는, 절삭가공의 가공공정을 설명하는 도면이다. 특히 도 2의 (a)는, 홈 가공의 모습을 나타내고, 도 2의 (b)는, 외경가공(백터닝 가공)의 모습을 나타낸다. 어떤 가공에 있어서도, 워크(900)는, 선반의 척에 고정되고, 회전축(WA) 둘레로 화살표(RD) 방향으로 회전된다.
도 2의 (a)에 나타내는 홈 가공에 있어서, 본체부(210)에 고정된 절삭인서트(100)는, 흰색 화살표로 나타내는 바와 같이 워크(900)의 회전축(WA)을 향하여 이송되고, 이 이송방향에 대하여 주로 작용하는 앞날(110)이, 워크(900)를 절삭하여 홈을 형성해 간다. 앞날(110)에 의한 절삭으로 생성되는 절삭칩은, 브레이커 홈면(132)으로 안내되어 점선의 화살표 방향을 향하여 외부로 배출된다.
목표로 하는 깊이까지 홈 가공이 종료되면, 계속하여 외경 가공이 이루어진다. 도 2의 (b)에 나타내는 외경 가공에 있어서, 절삭인서트(100)는, 흰색 화살표로 나타내는 바와 같이 워크(900)의 회전축(WA) 방향을 따라서 이송되고, 이 이송방향에 대하여 주로 작용하는 주절삭날(120)이, 워크(900)를 절삭하여 백터닝 방향으로 홈을 확장해 간다. 주절삭날(120)에 의한 절삭으로 생성되는 절삭칩은, 브레이커 홈면(132)으로 안내되어 점선의 화살표 방향을 향하여 외부로 배출된다.
이와 같은 가공공정을 거쳐, 워크(900)에는 홈 끝면(910)과 외경면(920)이 형성된다. 한편, 외경 가공에 있어서도, 외경면(920)을 마무리하는 것은 앞날(110)이다. 이와 같이 형성된 홈 끝면(910)과 외경면(920)은, 절삭인서트(100)에 의한 가공면이다. 생성되는 절삭칩이 접촉하여 이들 가공면을 거칠게 하는 일이 없도록, 본 실시형태에 따른 절삭인서트(100)에 있어서는, 앞날(110)과 주절삭날(120)의 형상을 궁리하고 있다. 이하, 순서에 따라 설명한다.
도 3은, 절삭인서트(100)의 전체사시도이다. 절삭인서트(100)는, 전체 형상으로서는 대략 평판 형상의 평행사변형을 이루고, 그 중앙에 장착나사(300)를 삽입 통과시키기 위한 장착구멍(190)이 형성되어 있다. 장착구멍(190)의 상하방향(Y축 방향)에는, 상술한 바와 같이, 장착시트(220)의 파지부(230)가 끼워지는 오목부(191)가 각각 설치되어 있다.
앞날(110)과 주절삭날(120)은, 대략 평행사변형인 전체 형상에 있어서 빗변과 예각으로 교차하는 상하변의 단부의 각각에 형성되어 있다. 즉, 1개의 절삭인서트(100)에 대하여 앞날(110)과 주절삭날(120)의 조합이 2세트 형성되어 있고, 한쪽 측 날이 사용 한계를 맞이한 경우에 장착구멍(190)의 중심축(Za) 둘레로 180° 회전하여 다시 장착하면, 다른 쪽 측의 날을 사용하게 할 수 있다.
도 4는, 절삭인서트(100)의 날끝 부분의 부분확대도이다. 구체적으로는, 도 3의 A부의 확대도이고, 도 4의 (a)는, 절삭인서트(100)를 장착시트(220)에 장착하는 경우의 장착면측에서 관찰한 사시도이며, 도 4의 (b)는, 그 반대면측에서 관찰한 사시도이다.
앞날(110)과 주절삭날(120)은, 전체적으로 XZ 평면과 평행한 윗면(130)과, 윗면(130)에 대하여 90도에 가까운 직각으로 교차하는 4개의 둘레측면에 둘러싸여 있다. 4개의 둘레측면은, 장착시트(220)에 접촉하는 장착면과는 반대인 면을 구성하는 제1 측면(133)과, 제1 측면(133)에 연속하여 주절삭날(120)에 대하여 여유면으로서 기능하는 주절삭날 여유면(121)과, 주절삭날 여유면(121)에 연속하여 앞날(110)에 대하여 여유면으로서 기능하는 앞날 여유면(111)과, 앞날 여유면(111)에 연속하여 장착시트(220)에 접촉하는 장착면을 구성하는 제2 측면(134)이다. 한편, 본 실시형태에 있어서는, 주절삭날 여유면(121)과 앞날 여유면(111) 사이, 앞날 여유면(111)과 제2 측면(134) 사이를 각각 R곡면에서 접속하고 있고, 또한 앞날 여유면(111)을 2개의 평면에 의하여 구성하고 있는데, 이들 구성의 채용 여부는 임의이다.
칩브레이커로서 기능하는 오목부가, 윗면(130)으로부터 굴착되도록 형성되어 있다. 오목부는, 구체적으로는 각각이 곡면인, 횡절삭면(122), 앞절삭면(112), 브레이커 벽면(131), 브레이커 홈면(132)에 의하여 구성되어 있다. 주절삭날(120)은, 주절삭날 여유면(121)과 횡절삭면(122)의 능선에 형성되어 있다. 앞날(110)은, 앞날 여유면(111)과 앞절삭면(112)의 능선에 형성되어 있다.
제1 코너(141)는, 주절삭날(120)과 앞날(110)의 경계점이다. 제2 코너(142)는, 앞날(110)의 양단 중 제1 코너(141)와는 반대측 끝단이다. 제3 코너(143)는, 주절삭날(120)의 양단 중 제1 코너(141)와는 반대측 끝단이다. 즉, 제1 코너(141)에서 제2 코너(142)까지의 능선이 앞날(110)의 유효 날끝 영역이고, 제1 코너(141)에서 제3 코너(143)까지의 능선이 주절삭날(120)의 유효 날끝 영역이다. 유효 날끝 영역은, 절삭날로서 기능하는 영역이다. 절삭날은, 연삭 가공에 의하여 형성되어도 좋다. 주절삭날(120)과 앞날(110)은, 제1 코너(141)를 사이에 끼우고 서로 연속하여 설치되어 있고, 주절삭날(120)의 연장방향과 앞날(110)의 연장방향은 제1 코너(141)에 있어서 둔각을 이룬다.
본 실시형태에 있어서는, 앞날 여유면(111)과 주절삭날 여유면(121) 사이에 R곡면을 형성하고 있으므로, 제1 코너(141)는, R곡면과 오목부의 능선 상에 위치하게 된다. 여기에서는, 제1 코너(141)를 그 능선 상의 중간점으로 정의한다. 또한, 앞날 여유면(111)과 제2 측면(134) 사이에 R곡면을 형성하고 있는데, 제1 코너(141)와 마찬가지로, 제2 코너(142)를 R곡면과 오목부의 능선 상의 중간점으로 정의한다. 한편, R곡면을 형성하지 않은 경우에는, 각각의 코너를 단순히 인접하는 능선끼리가 교차하는 점으로 하면 좋다.
횡절삭면(122)과 앞절삭면(112)은, 서로 인접하며, 함께 브레이커 홈면(132)을 향하여 하강하는 경사면을 구성한다. 브레이커 홈면(132)은, 횡절삭면(122)과 이웃하는 부분에서 앞절삭면(112)과 이웃하는 부분에 걸쳐서 연속하는 대략 J자 형상의 홈 바닥면을 구성한다. 브레이커 벽면(131)은, 브레이커 홈면(132)에 연속하여 윗면(130)과의 경계까지 융기하는 벽면을 구성하며, 브레이커 홈면(132)과 마찬가지로 대략 J자 형상을 이룬다.
앞날(110)에 절삭되어 생성된 절삭칩은, 앞절삭면(112) 상을 미끄러져 브레이커 홈면(132)과 충돌하고, 그 힘에 의하여 단속적으로 절단되면서, 도 2에서 나타낸 바와 같이 브레이커 홈면(132)을 따라서 외부로 배출된다. 마찬가지로, 주절삭날(120)에 절삭되어 생성된 절삭칩은, 횡절삭면(122) 상을 미끄러져 브레이커 홈면(132)과 충돌하고, 그 힘에 의하여 단속적으로 절단되면서, 도 2에서 나타낸 바와 같이 브레이커 홈면(132)을 따라서 외부로 배출된다.
도 5는, 절삭인서트(100)의 상면도의 일부이다. 주절삭날(120)을 정면으로 파악한 B에서 본 도면과, 주절삭날(120)에 직교하는 평면에서 절단한 C-C 단면도와, 앞날(110)을 정면으로 파악한 D에서 본 도면을 이용하여 절삭인서트(100)의 특징을 순서대로 설명한다.
도 6은, 도 5의 B에서 본 도면이고, 주절삭날(120)의 주변을 나타내는 부분확대도이다. 도시하는 바와 같이, 주절삭날(120)은, 유효 날끝 영역의 전체 길이에 걸쳐서 U자 형상으로 휘어져 있다. 그리고, U자의 바닥이 되는 최심점은, 주절삭날(120)의 양단인 제1 코너(141)와 제3 코너(143)를 연결하는 직선을 제1 코너(141) 옆으로부터 2:1로 분할하는 위치보다 제1 코너(141) 옆 영역에 위치한다. 더욱이는, 제1 코너(141)와 제3 코너(143)를 연결하는 직선을 1:1로 분할하는 위치보다 제3 코너(143) 옆 영역에 위치하는 것이 바람직하다. U자 형상의 휘어짐은 전체적으로 아래로 볼록하면 좋고, 휘어짐의 전부가 곡선으로 구성되어 있어도 좋으며, 일부에 직선이 포함되어 있어도 좋다.
도 7은, 주절삭날(120)에 의하여 생성되는 절삭칩(990)을 설명하는 도면이다. 여기에서는, 워크에 대한 절삭량을 주절삭날(120)의 U자의 최심점보다 크게 한 경우를 상정한다.
U자 형상으로 휘어지는 주절삭날(120)에 의하여 생성된 절삭칩(990)은, 단면(991)에 있어서, U자의 최심점에 상응하는 부분이 변곡부(992)가 된다. 즉, 단면(991) 중 제3 코너(143) 가까이에 변곡부(992)가 나타난다. 단면(991)이 이와 같이 휘어짐으로써 발생하는 강성은, 절삭칩(990)이 브레이커 벽면(131)을 향하는 방향에 대하여 발생하려고 하는 뒤틀림을 방해하도록 작용한다. 이에 따라, 절삭칩(990)이 브레이커 벽면(131)에 충돌하였을 때, 브레이커 벽면(131)으로부터 받는 힘이, 절삭칩(990)의 뒤틀림을 조장하는 것이 아니라, 절삭칩(990)을 굴곡시키는 힘으로서 작용하기 쉬워진다. 이와 같은 굴곡하는 힘에 의하여, 생성된 절삭칩(990)은 잘게 절단된다. 잘게 절단된 절삭칩(990)은, 길게 늘어난 나선 형상의 절삭칩과 비교하여, 가공면을 거칠게 할 우려가 적다.
도 8은, 도 5에 있어서의 C-C 단면도이다. 도시하는 바와 같이, 오목부는, 횡절삭면(122), 브레이커 홈면(132), 브레이커 벽면(131)과 연속하여 윗면(130)과 접속한다. 상술한 바와 같이 단면이 휘어지는 절삭칩(990)은, 브레이커 벽면(131)에 충돌하여 단속적으로 절단된다. 그리고, 앞날(110) 측에서 생성되는 절삭칩에 눌리고, 그것과 동시에 브레이커 홈면(132)을 따라서 외부로 배출된다.
도 9는, 도 5의 D에서 본 도면이고, 앞날(110)의 주변을 나타내는 부분확대도이다. 도시하는 바와 같이, 앞날(110)도, 유효 날끝 영역의 전체 길이에 걸쳐서 U자 형상으로 휘어져 있다. 앞날(110)은, 가공 공정 중의 많은 경우에 유효 날끝 영역의 전체에서 워크의 절삭을 행하므로, 단면이 휘어진 절삭칩이 거의 상시 생성된다. 단면이 휘어진 절삭칩은, 휘어져 있지 않은 절삭칩보다 뒤틀림이 생기기 어려워, 절단되기 쉽다.
또한, 앞날(110)의 양단인 제1 코너(141)와 제2 코너(142)를 연결하는 직선은, 장착구멍(190)의 중심축(Za)과 평행하며 제1 코너(141) 옆 끝단을 통과하는 직선에 대하여, U자 형상의 심부측을 향하여 θ°의 경사각을 가진다. 바꿔 말하면, 제1 코너(141)와 제2 코너(142)를 연결하는 직선은, 제1 코너(141) 옆 끝단이 워크(900)의 회전 상류측이 되도록, 워크(900)의 회전축(WA) 방향에 대하여 θ°의 교차각을 가진다. θ는, 2 이상 8 이하이고, 바람직하게는 3.5 이상 8 이하이다. 이와 같은 경사각을 가지면, 앞날(110)은, 제1 코너(141) 옆으로부터 워크(900)를 잘라내게 되므로, 그 절삭칩은, 저절로 가공면으로부터 멀어지는 방향으로 배출된다. 즉, 가공면을 거칠게 할 가능성을 저감시킬 수 있다.
이상, 본 실시형태의 일례를 설명하였는데, 본 발명은 상기 실시형태로 한정되지 않으며, 발명의 목적을 벗어나기 않는 한 변형할 수 있다.
100: 절삭인서트
110: 앞날
111: 앞날 여유면
112: 앞절삭면
120: 주설삭날
121: 주절삭날 여유면
122: 횡절삭면
130: 윗면
131: 브레이커 벽면
132: 브레이커 홈면
133: 제1 측면
134: 제2 측면
141: 제1 코너
142: 제2 코너
143: 제3 코너
190: 장착구멍
191: 오목부
200: 절삭공구
210: 본체부
220: 장착시트
230: 파지부
300: 장착 나사
900: 워크
910: 홈 끝면
920: 외경면
990: 절삭칩
991: 단면
992: 변곡부

Claims (3)

  1. 절삭면과,
    둘레측면과,
    상기 절삭면과 상기 둘레측면의 능선에 설치된 앞날과,
    상기 능선에 상기 앞날과 연속하여 설치되고, 상기 앞날의 연장방향과 둔각을 이루는 연장방향을 가지는 주절삭날을 구비하며,
    상기 주절삭날은, 절삭날로서 기능하는 유효 날끝 영역의 전체 길이에 걸쳐서 U자 형상으로 휘어지고, 그 최심점은 상기 주절삭날의 양단을 연결하는 직선을 상기 앞날과 인접하는 코너 옆으로부터 2:1로 분할하는 위치보다 상기 코너 옆 영역에 위치하고,
    상기 앞날은, 절삭날로서 기능하는 유효 날끝 영역의 전체 길이에 걸쳐서 U자 형상으로 휘어져 형성되어 있고,
    앞날의 양단을 연결하는 직선은, 절삭공구에 장착하기 위한 장착구멍의 중심축과 평행하며 상기 코너 옆 끝단을 통과하는 직선에 대하여, U자 형상의 심부측을 향하여 2° 이상 8° 이하의 경사각을 가지는 절삭인서트.
  2. 삭제
  3. 삭제
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