KR19990009787A - 앤드밀 - Google Patents

Abstract

본 발명은 곡선화된 절삭인선부를 가진 인서트를 사용한 앤드밀에 관한 것으로, 원통형 홀더를 가진 앤드밀이 밀링가공을 한 후에 피삭물의 벽면 형상이 앤드밀의 축선과 평행한 표면을 형성할 수 있게 하고 가공면의 표면조도 향상과 공구수명의 증가를 가져올 수 있게 한 것이다.

본 발명은 절삭인서트(14)의 상면 경사면(15)과 측면 여유면(16)의 교선에 의해 절삭 인선부를 형성하고, 이 절삭인선부(20)는 절삭인서트가 원통형 홀더의 중심축선에 대해 축방향 경사각과 반경방향 경사각 만큼의 각도로 기울어진 상태에 위치하고 있을 때 원주표면(31)과 절삭인서트가 교차하는 곡선(33)으로 형성하며, 상기 절삭인서트를 원통홀더의 축방향과 원주방향으로 배열한 앤드밀이다.

Description

앤드밀

본 발명은 고속 중절삭을 가능하게 하고 가공 정밀도를 높인 곡선인선부를 가진 인서트를 사용한 앤드밀(End Mill)에 관한 것으로, 특히 원통형 홀더를 가진 앤드밀이 밀링 가공을 한 후에 피삭물의 벽면 형상이 원통형 앤드밀의 축선과 평행에 가까운 표면을 형성할 수 있도록 한 것이다.

앤드밀은 밀링가공이나 머시닝센터 가공에 있어서 널리 사용되고 있으며, 장비의 고정밀도와 고성능화에 수반하여 앤드밀 가공 정밀도의 요구는 더욱 더 엄격해지고 있다.

앤드밀 가공에서의 정밀도는 공작기계의 강성과 더불어 공구자체의 강성에 크게 좌우되며, 앤드밀 가공은 원통형 홀더를 회전시키면서 절삭인선부가 단속적으로 공작물에 절입하여 깍아내는 가공을 말한다.

앤드밀은 원통형 홀더의 외주면에 하나 이상의 홈부가 형성되어 있고, 상기 홈부에 교환이 가능한 초경 절삭인서트가 원주방향과 축방향으로 배열 장착되어 있으며, 각각의 홈부는 각 절삭인서트의 전면으로 칩이 배출될 수 있는 공간이 된다.

상기 각 홈부에 장착된 절삭인서트는 상면 경사면과 측면 여유면, 그리고 상기 경사면과 여유면이 교차하는 것에 의해 형성된 절삭인선부로 이루어져 있으며, 고정용 스크류에 의해 홈부에 고정된다.

앤드밀에서 절삭인서트는 공구의 회전축에 대하여 축방향 경사각과 같은 각으로, 원주의 단면 중심에 대하여는 반경방향 경사각과 같은 각으로 기울어진다.

종래의 앤드밀에서는 직선 절삭인선부로 형성되어진 절삭인서트가 원통형 홀더의 원주방향 및 축방향으로 배열된 구조를 채택하고 있으며, 상기와 같은 앤드밀이 회전축에 평행한 표면을 가공하기 위해 사용될 때 가공된 표면은 축과 평행한 면이 형성되지 않고 큰 굴곡의 형태를 이루게 된다.

즉, 가공된 표면이 축과 평행하게 형성되지 않고,

(여기서 W는 가공후 형성된 가공벽면의 곡선의 원호높이, D는 앤드밀 절삭인선부의 직경, L은 절삭인서트의 인선길이, A는 인서트가 홀더에 장착되는 축방향 경사각임)을 만족하는 큰 곡선의 형태로 가공되며, 이러한 현상이 발생되는 이유는 절삭인선부가 공구의 회전축에 대하여 축방향 경사각만큼 기울어진 상태로 위치하고 있으므로, 실제 가공시 공작물과 절삭인선부의 접촉점이 축으로부터 모두 같은 반경거리에 위치하지 않기 때문이다.

상기와 같이 가공된 표면이 큰 굴곡의 형태를 이루는 것은 가공표면의 가공정밀도를 저하시키는 원인이 되며, 축방향으로 장착된 인서트들의 배열 상태로 인해 절삭가공후 가공물의 벽면은 인서트의 연결부에 의해 미세한 단(段)이 발생하여 표면조도를 저하시키게 된다.

또한 상기와 같은 가공정밀도의 저하와 표면조도의 저하는 종래의 모든 앤드밀이 가지고 있는 최대의 결점이다.

절삭인서트의 상면 경사면은 절삭가공중 팁이 통과하는 표면으로서, 이 경사면의 기울기가 원주단면의 중심선에 대하여 오른쪽으로 기울어지면 경사각은 부가 되는 것으로 정의되고 상면 경사면의 기울기가 원주단면의 중심선에 대하여 왼쪽으로 기울어지면 경사각은 음으로 정의된다.

경사면의 기울기가 클수록 가공시 동력감소, 절삭열 감소, 표면조도향상, 생산성 향상, 공작기계 마모감소등 많은 장점을 가지게 되지만 경사각의 크기는 인서트의 재질에 의해 제한되어지고 어떠한 값 이상으로 증대시키는 것은 불가능하다.

그러나 최근에는 재료 개발의 발달도 큰 경사각의 절삭인서트를 채용하고 있는 추세이다.

앤드밀에 사용된 절산인서트는 여유각을 보유하며, 여유각이 클수록 절삭인선부의 강성은 약하게 된다.

또한 절삭인서트의 절삭인선부 초기점에서 형성되는 여유각은 절삭인선부의 끝점에서 형성되는 여유각보다 큰 각으로 형성되고, 절삭인선부의 초기점에서 형성되는 경사각은 절삭인선부의 끝점에서 형성되는 경사각보다 적게된다.

따라서 초기점에서는 절삭인선부가 취약하여 인서트가 파손되기 쉽고 큰 절삭력이 발생되며, 발생된 큰 절삭력은 공구진동을 유발하여 인서트 파손과 공구수명 단축의 원인이 된다.

절삭인서트는 축방향 경사각 및 반경방향 경사각과 같은 각으로 원통형 홀더의 세로축과 원주의 단면 중심에 대하여 기울어진 상태로 위치되기 때문에 원통형 홀더 원주의 인서트 궤적 상에서 절삭인선부의 각 점은 경사각과 여유각이 동일하지 않게 된다.

그리고 앤드밀은 축방향으로 인서트가 배열되기 때문에 원통형 홀더 축방향의 인서트 궤적 상에서도 인선부의 각 점은 경사각과 여유각이 동일하지 않다.

현편 최적의 절삭능력과 공구수명의 연장을 위해 여유각과 경사각 모두는 절삭인선부를 따라 모든 점에 가능한 크게 형성되고 일정하게 유지되어야 하며, 앤드밀 전체의 절삭인선부에도 동일하게 적용되어야 한다.

도 1 내지 도 3에는 본 발명이 적용되는 종류의 앤드밀로서 종래의 일반적으로 사용되어온 직선인선부를 가진 절삭인서트를 장착한 앤드밀의 형상을 나타내었다.

도 1에서와 같이 절삭인서트(4)는 원통형 홀더(1)의 홈부(2)에 장착되고 절삭인서트는 직선인선부(7)를 가지며, 상기 절삭인선부(7)는 홀더(1)의 축선(3)에 대하여 축방향 경사각만큼의 각도( α₀)를 형성한다.

도 2는 도 1의 인서트 앞부분인 D1-D1선에서 앤드밀의 축선(3)에 대해 수직으로 절단한 인서트의 단면도이고 도 3은 인서트 뒷부분인 D2-D2선에서의 인서트 단면도로서, 절산인선부(7)위의 각각의 점에서 절삭 인서트가 홀더의 축을 중심으로 회전할 때 인서트가 이동하는 궤적을 나타내고 있다.

도 2와 도 3에 나타난 바와 같이 절삭인서트(4)에는 경사면(5)과 측면여유면(6)이 형성되어 있으며, 절삭인선부(7)는 상기 경사면과 측면여유면에 의해 형성된다.

각각의 단면선 D1-D1과 D2-D2는 도 2와 도 3에 도시된 바와 같이 절삭인서트가 원통형 홀더의 회전축을 중심으로 회전하였을 때 절삭인선부상의 점(7a)은 절삭인서트가 이동하는 궤적(8a)을 따르고 절삭인선부상의 점(7b)는 궤적(8b)를 따른다.

또한 도 2와 같이 반경방향 경사각(β₁)은 상면 경사면(5)과 점(7a)에서 인서트가 이동하는 궤적(8a) 중심으로부터의 반경사이로 정의되며, 측면여유각(θ₁)은 여유면(6)과 점(7a)에서 인서트가 이동하는 궤적(8a)의 접선 사이로 정의된다.

그리고 도 3과 같이 반경방향 경사각(β₂)은 상면 경사면(5)과 인서트가 이동하는 궤적(8b)의 반경사이로 정의되고 측면여유각(θ₂)은 여유면(6)과 궤적(8b)의 접선 사이로 정의된다.

도 3에서 나타낸 인서트의 뒷부분 단면에서의 여유각(θ₂)은 효과적인 최소 값이고, 도 2에 나타낸 인서트 앞부분 단면에서의 여유각(θ₁)은 최대 값이다.

절삭인서트의 앞부분은 가장 큰 절삭력이 작용되는 부위이며, 지나치게 큰 여유각은 절삭모서리가 약하게 되어 큰 절삭력에 의해 심한 영향을 받게되고 무리한 절삭로드가 작용하면 인선부 파손의 위험이 따른다.

다른 한편으로 도 2에 나타난 반경방향 경사각(β₁)은 앞부분 인선부에서는 큰 음의 값이고 도 3에 나타낸 반경방향 경사각(β₂)은 인서트의 뒷부분 단면에서 적당하게 양의 값이며, 상기 반경방향 경사각이 음의 값일 때 절삭력의 증대와 인서트의 마모 촉진을 가져오게 된다.

또한 절삭인서트가 원통형 홀더에 축방향으로 기울어진 상태로 고정되기 때문에 도 2의 D1-D1 단면에서의 인서트 궤적(8a)과 D2-D2 단면에서의 인서트 궤적(8b)은 홀더의 중심축선(3)을 기준으로 동일한 반경방향에 위치하지 못하며, 절삭인서트를 축방향으로 배열할 때 반대편에 위치되는 인서트와 어긋나게 배열되므로 가공물을 가공한 후 가공정밀도가 저하되고 가공벽면에 단차가 발생하게 된다.

본 발명의 목적은 곡선화된 절삭인선부를 가진 인서트를 사용하여 원통형 홀더의 원주를 회전하는 앤드밀이 피삭물을 가공한 후에 가공벽면이 홀더의 중심축에 대하여 평행에 가까운 표면을 형성하게 하고 인서트의 인선부에 적당한 각도의 경사각과 여유각을 일정하게 유지시켜 인서트의 수명을 연장시킬 수 있게 한 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따라 절삭인서트의 절삭인선부를 절삭인서트가 원통형 홀더의 중심축선에 대해 축방향 경사각과 반경방향 경사각 만큼의 각도로 기울어진 상태에 위치하고 있을 때 원주표면과 절삭인서트가 교차하는 곡선으로 형성하고 상기 절삭인서트를 원통홀더의 축방향과 원주방향으로 배열하여서된 앤드밀이 제공된다.

도 1은 일반적인 직선 절산인서부를 가진 종래 앤드밀의 정면도

도 2는 도 1의 절삭부 앞부분인 D1-D1 선에서 앤드밀 축선에 수직으로 절단한 단면도

도 3은 도 1의 절삭부 뒷부분인 D2-D2 선에서 앤드밀 축선에 수직으로 절단한 단면도

도 4는 본 발명이 적용되는 곡선 절삭인선부를 가진 절삭 인서트를 사용한 앤드밀의 사시도

도 5는 도 4에 도시된 앤드밀의 정면도

도 6은 도 4에 도시된 앤드밀의 저면도

도 7은 본 발명에 따른 앤드밀에 사용되는 절삭인서트의 사시도

도 8a 내지 도 8c는 본 발명에 따른 절삭인서트의 곡선 절삭인선부를 결정하는 방법을 나타낸 도면으로서,

도 8a는 육면체가 원통에 삽입된 상태의 사시도

도 8b는 도 8a의 정면도

도 8c는 도 8a의 평면도

도 9는 본 발명이 적용되는 곡선 절삭인선부를 가진 절삭인서트를 사용한 앤드밀의 측면도

도 10 내지 도 16는 도 9에 도시된 앤드밀의 단면도로서,

도 10은 절삭부 제일앞날의 앞부분인 D3-D3 선에서 앤드밀 축선에 수직으로 절단한 단면도

도 11은 절삭부 제일앞날의 중앙부분인 D4-D4 선에서 앤드밀 축선에 수직으로 절단한 단면도

도 12는 절삭부 제일앞날의 뒷부분인 D5-D5 선에서 앤드밀 축선에 수직으로 절단한 단면도

도 13은 절삭부 두번째날의 중앙부분인 D6-D6 선에서 앤드밀 축선에 수직으로 절단한 단면도

도 14는 절삭부 세번째날의 중앙부분인 D7-D7 선에서 앤드밀 축선에 수직으로 절단한 단면도

도 15는 절삭부 네번째날의 중앙부분인 D8-D8 선에서 앤드밀 축선에 대해 수직으로 절단한 단면도

도 16은 절삭부 다섯번째날의 중앙부분인 D9-D9 선에서 앤드밀 축선에 대해 수직으로 절단한 단면도

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

14 : 절삭인서트 15 : 상면경사면

16 : 측면여유면 20 : 절삭인선부

31 : 원주표면 33 : 곡선

도 4 내지 도 6은 본 발명이 적용되는 원통형 홀더를 가진 앤드밀의 사시도와 정면도 및 저면도이다.

원통형 홀더(11)에는 대체로 등각도로 분포된 기능적인 홈부(12)를 파고 절삭인서트가 장착되는 부분을 포함하는 각각의 홈부에는 교환가능한 절삭인서트(14)가 고정볼트(17)에 의해 고정되며, 홈부의 나머지 부분은 칩이 흐를수 있는 공간(18)이 된다.

도 7에서 부터 도 16까지에는 본 발명에 따른 절삭인서트 및 인서트를 사용하는 앤드밀의 구조와 형상이 도시되어 있다.

도 7에서와 같이 절삭인서트(14)는 변화하는 경사면(15)과 변화하는 여유면(16)를 가지며, 상기 경사면(15)과 여유면(16)의 교선에 의해 변화하는 절삭인선부(20)가 형성된다.

상기 절삭인서트의 절삭인선부(20)는 앤드밀에 의해서 가공된 가공물의 표면이 정확히 직각이 형성되게 하기 위하여 곡선화 되어 있다.

도 8a 내지 도 8c는 본 발명에 따른 절삭인서트의 절삭인선부 곡선을 결정하는 방법을 나타낸 사시도와 정면도 및 평면도이다.

도 8a 내지 도 8c에서 육면체(30)가 원통홀더의 중심축선(13)에 대해 축방향 경사각과 반경방향 경사각만큼의 각도로 기울어진 상태에 위치하고 있을 때 원주표면(31)과 육면체에 해당하는 인서트가 교차하는 곡면(32)이 생성된다.

상기 교차하는 곡면(32)을 기준으로 원주표면(31)의 바깥측에 위치한 육면체의 돌출부분(34)을 제거하면 곡면(32)과 원주표면(31)의 교선인 곡선(33)을 지나는 곡면이 형성되며, 곡선(33)은 축선(13)에 대하여 축방향 경사각(α)과 반경방향 경사각(β) 만큼의 각도로 기울어진 상태로 위치하고 본 발명에서 얻고자 하는 절삭인선부의 곡선이 된다.

상기와 같은 곡선(33)으로 형성될 때 원통홀더의 중심 축선에 대하여 절삭인선부 곡선상의 모든 점은 홀더의 축선으로부터 같은 반경거리에 위치하게 되고, 이에 따라 가공된 표면은 원통홀더의 중심축과 정확히 평행을 이루게된다.

또한 절삭경사면과 측면 여유면은 절삭 인선부를 따라 연속적으로 변화되고 인서트의 상면경사각과 측면 여유각도 절삭인선부를 따라 변화하게 된다.

따라서 인서트의 상면 경사각과 측면 여유각은 원통홀더의 원주상의 인서트 궤적 상에서 인서트 절삭인선부의 길이를 따라 원주단면의 중심선에 대하여 일정한 각도로 유지되고, 이에따라 공구마모가 일정하게 되어 공구수명의 증가와 절삭력의 감소를 유도할 수 있게 된다.

도 9는 본 발명에 따라 곡선 절삭인선부를 갖는 절삭인서트를 사용한 앤드밀의 정면도이고, 도 10 내지 도 12는 도 9의 D3-D3 선과 D4-D4선 및 D5-D5선에서 원통홀더 축선에 대해 수직으로 절단한 단면도이다.

도 10에서와 같이 반경방향 경사각(β₃)은 절삭인서트(14)의 상면경사면(15a)과 절삭인선부상의 점(20a)에서 원주궤적(21a)의 단면 중심선인 반경사이에 정의되고 여유각(θ₃)은 측면여유면(16)괌 점(20a)에서 원주궤적(21a)에 접선인 선 사이에 정의된다.

또한 도 11에서와 같이 절삭인선부(20)를 따라 중간점(20b)에서의 반경방향 경사각(β₄)은 상면 경사각(15b)과 원주궤적(21b)의 중심선인 반경사이에 정의되고 여유각(θ₄)은 측면여유면(16)과 점(20b)에서 원주궤적(21b)에 접선인 선 사이에 정의된다.

마찬가지로 도 12에서와 같이 절삭인선부(20)의 끝부분인 점(20c)에서의 반경방향 경사각(β₅)은 상면 경사각(15c)과 원주궤적(21c)의 중심선인 반경사이에 정의되고 여유각(θ₅)은 측면여유면(16)과 점(20c)에서 원주궤적(21b)의 원주궤적(21c)의 접선인 선 사이에 정의된다.

측면 여유면(16)과 상면 경사각(15)의 연속적인 적절한 굴곡에 의하여 여유각(θ₃, θ₄, θ₅)은 일정한 각도를 유지하고 절삭인선부(20)의 길이를 따라 변하지 않으며, 상면 경사각(β₃, β₄, β₅)도 절삭인선부의 길이를 따라 일정한 값을 유지한다.

상기와 같이 여유각과 경사각이 절삭인선부의 길이를 따라 모든 점에서 절삭에 적당한 각도로 유지되는 것은 절삭인선부를 약하게 하지 않고 공구수명을 최대로 연장시켜 준다.

또한 반경방향 경사각이 절삭인선부를 따라 양의 각도로 유지되어 절삭가공시 절삭저항이 감소되고 절삭성능이 향상된다.

도 13 내지 도 16은 축방향으로 배열된 각각의 인서트를 지나는 원통홀더의 단면을 나타낸 도 9의 D6-D6선, D7-D7선, D8-D8선, D9-D9선 단면도이다.

원통홀더에 축방향으로 배열된 각각의 인서트가 원통홀더의 축을 중심으로 회전할 때 절삭인서트가 이동하는 원주궤적의 반경인 R1, R2, R3, R4는 값이 동일한 값을 갖게 되고, 전술한 도 10 내지 도 12의 설명에서와 같은 이유로 여유각 θ₆∼θ₉의 값이 동일하며, 상면경사각 β₆∼β₉의 값도 동일하다.

또한 축방향으로 인서트를 배열할 때 연속적으로 위치시키고 반대의 홈부에 위치한 인서트와 동일 단면상에 위치시켜 절삭후 인서트의 어긋나는 배열에 의한 표면조도의 저하를 방지한다.

상기와 같이 본 발명은 절삭인선부를 곡선화시킨 절삭인서트를 원통홀더의 축방향에 연속적으로 배열시켜 홀더의 중심으로부터 절삭인선부가 모두 같은 반경거리에 위치되게 함으로써 밀링가공후에 피삭물의 형상이 홀더의 중심에 대해 평행한 표면을 형성하게 된다.

또한 인서트의 상면 경사면과 측면 여유면이 절삭인선부를 따라 연속적으로 굴곡화되고 상면 경사각과 측면 여유각이 절삭인선부 길이를 따라 변화되며, 이에 따라 인서트의 상면경사각과 측면여유각이 원통홀더의 원주상의 인서트 궤적 상에서 인서트 절삭인선부의 길이를 따라 일정한 각도로 유지되므로 공구수명의 증가와 절삭력의 감소를 가져오게 된다.

Claims (2)

1. 원통형 홀더의 외주면에 축방향으로 길게 하나 이상의 홈부를 형성하고 상기 홈부에 교환가능한 절삭인서트를 홈의 수에 상당하는 수만큼 원주방향 및 축방향으로 장착한 앤드밀에 있어서,

   상기 절삭인서트(14)는 상면 경사면(15)과 측면여유면(16)의 교선에 의해 형성된 절삭인선부(20)를 형성하고 상기 절삭인선부(20)는 절삭인서트(14)가 원통형 홀더의 중심축선에 대하여 축방향 경사각(α)과 반경방향 경사각(β)만큼의 각도로 기울어진 상태에 위치하고 있을 때 원주표면(31)과 절삭인서트가 교차하는 곡선(33)으로 형성하며, 상기 절삭인서트를 원통홀더의 축방향과 원주방향으로 배열하여서된 것을 특징으로 하는 앤드밀.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 절삭인서트(14)를 축방향으로 배열함에 있어 일측 홈부의 절삭인서트를 다른 홈부의 절삭인서트와 동일한 단면상에 위치되게 배열한 앤드밀.