KR19990028266A - 절삭 삽입체, 절삭 공구 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 밀링에 적합한 절삭 공구에 관한 것이다. 본 발명에 의한 절삭 공구는 홀더(30)와 절삭 삽입체(10)를 포함한다. 절삭 삽입체(10)는 일반적으로 원형 기본 형상을 가지고 절삭 삽입체(10)의 상부면(11)과 모서리면(13) 사이의 전이부에 의해 형성되는 적어도 하나의 절삭 모서리(16)를 포함한다. 상부면(11)은 레이크면이고, 모서리면(13)은 클리어런스면이다. 홀더 및 절삭 삽입체는 중심축(20)에 대한 삽입체의 회전을 방지시키는 제1 수단(37, 13b)을 가지고 있다. 클리어런스면은 원추형이고 삽입체의 하부면 쪽으로 수렴한다. 클리어런스면으로부터 멀리 클리어런스의 반경 방향으로 짧게 그리고 상부면 보다는 하부면에 근접한 삽입체의 일부에 회전을 방지시키는 제1 수단을 제공하여 원추형 클리어런스면 내부에 반경 방향으로 파손 지시부를 구성한다. 홀더 및 삽입체는 삽입체의 회전을 방지시키는 제2 수단(35, 13a)을 포함한다. 또한, 상기 스텝이 파손 지시부를 구성하여 절삭 모서리의 파손을 우수하게 제어한다. 본 발명은 절삭 삽입체와, 칩 형성 기계 가공용 홀더의 중심축에 대한 절삭 삽입체의 회전을 방지시키는 방법에 관한 것이기도 하다.

Description

절삭 삽입체, 절삭 공구 및 방법
경질의 내마모성 재료로 된 인덱싱 가능한 절삭 삽입체를 가진 금속 절삭용 공구에 있어서, 절삭 모서리는 마모되기 쉽고 때로는 절삭 모서리의 일부 또는 전체가 붕괴되는 경우도 있다. 소형 삽입체가 파손되면 공구체에 대한 손상의 위험성과 무관하게 단지 절삭 모서리만이 붕괴된다. 그러나, 대형 삽입체가 파손되면 공구체에 대한 손상의 위험성도 어느 정도 증가하기 마련이다. 절삭 삽입체가 심(shim)을 가지고 있지 않으면 종종 삽입체 파손이 공구체에 손상을 주는 경우도 있다. 그러한 손상을 피하기 위해서는 절삭 삽입체를 초경합금으로 된 심(shim) 상에 설치하는 것이 흔한 방법이다. 흔히 두께가 약 5㎜인 절삭 삽입체와 두께가 3 내지 5 ㎜인 심으로 조합하여 절삭 삽입체를 제조한다. 결국, 절삭 삽입체와 심의 전체 두께는 8 내지 10㎜가 된다.
우리는 미국 특허 출원 제5,147,158호에서 파손 영역을 제공하도록 된 일체형 심을 가진 다각형 절삭 삽입체를 개시하였다.
미국 특허 출원 제5,346,336호는 클리어런스면 상에 5개의 등거리 평탄 패싯(facet)이 제공된 원형 금속 절삭 삽입체를 개시하고 있다. 패싯은 절삭 삽입체를 인덱싱하는 경우에 한정된 위치를 구성하도록 제공된다. 각각의 패싯은 절삭 삽입체의 중심축에 대해 예각을 이루고 있다. 보유 나사는 삽입체를 홀더의 삽입대(insert seat)에 고정시킨다. 공지된 공구에 있어서, 마찰만으로는 삽입체의 원하지 않는 회전을 감당하기 어렵다. 삽입체의 위치 설정면이 마모됨에 따라 삽입대에서 삽입체 위치는 사용 중에 점차로 정밀도가 저하될 것이다. 또한, 공지된 삽입체는 파손 영역이 없으므로 삽입체 파손이 삽입대 또는 심에 전파되는 것을 방지하기 어렵다.
본 발명은 밀링에 적합한 칩 형성 기계 가공용 절삭 공구에 관한 것으로, 상기 공구는 홀더와 절삭 삽입체를 포함하며, 상기 절삭 삽입체는 일반적으로 원형 기본 형상을 가지고 절삭 삽입체의 상부면과 모서리면 사이의 전이부에 의해 형성되는 적어도 하나의 절삭 모서리를 포함하며, 상기 상부면은 레이크면이고 상기 모서리면은 클리어런스면이며, 상기 홀더 및 절삭 삽입체는 중심축에 대한 삽입체의 회전을 방지시키는 제1 수단을 가지고 있다. 본 발명은 절삭 삽입체와, 상기 절삭 삽입체의 회전을 방지시키는 방법에 관한 것이기도 하다.
도1은 본 발명에 따른 절삭 삽입체의 저면도이다.
도2는 도1의 Ⅱ-Ⅱ선을 따라 취한 단면도이다.
도3은 본 발명에 따른 커터 몸체에서 삽입 위치를 도시하는 평면도이다.
도4는 도3의 Ⅳ-Ⅳ선을 따라 취한 단면도이다.
도5는 도3의 Ⅴ-Ⅴ선을 따라 취한 단면도이다.
도6은 본 발명에 따른 밀링 커터를 도시하는 측면도이다.
도7은 도6의 커터의 단면도이다.
본 발명의 목적은 상기에서 논의된 단점을 극복하는 절삭 삽입체를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 삽입체의 회전에 대해 이중 보유 목적으로 조정된 수단을 포함하는 절삭 삽입체, 절삭 공구 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 파손, 회전 및 인덱싱 제어라는 3 가지 다른 기능을 수행하는 일체형 심을 가진 절삭 삽입체를 제공하는 것이다.
첨부된 청구 범위의 특성을 가진 절삭 삽입체는 이들 및 기타 목적을 실현시킨다.
다음의 도면을 참조하여 본 발명에 따른 절삭 공구의 일실시예를 이하에 기술하기로 한다.
도1 및 도2의 절삭 삽입체(10)는 일반적으로 원형 기본 형상을 가지고 상부면(11), 하부면(12) 및 각각 일반적으로 상기 상부면 및 하부면(11, 12)을 접속시키는 모서리면(13)을 포함한다. 절삭 삽입체(10)는 양의 기하 형상(positive geometry)을 가지고 있다. 즉, 모서리면(13)은 상부면(11)과 함께 예각을 이루고 있다. 상부면(11)은 레이크면이고 모서리면(13)은 클리어런스면이다. 상부면(11)은 절삭 삽입체(10)의 주연에 배치된 원형 칩 업셋면(14)을 포함한다. 또한, 상부면(11)은 원형 칩 업셋면(14)으로부터 내향 및 하향 경사지는 칩면(15)도 포함한다. 혹은, 상부면은 평면 형상 등의 기타 형상을 가질 수도 있다. 면(14, 15)은 상부면(11)의 최외곽 주연부를 구성한다. 칩 업셋면(14)과 모서리면(13)의 교차선은 원형 절삭 모서리(16)를 형성하고 있다. 모서리면(13)은 가상 원추체(C)의 일부와 일치한다. 원추체의 정점은 하부면(12) 아래에서 절삭 삽입체(10)의 중심선(20)과 교차한다.
개시된 실시예에서 절삭 삽입체(10)에는 절삭 삽입체(10)를 공구 홀더에 고정시키는 (도시되지 않은) 클램핑 나사를 수용하도록 된 관통 구멍(17)이 제공된다.
모서리면(13)에는 스텝(18)이 제공된다. 스텝(18) 위에 배치된 모서리면(13)의 제1 부분(13a)은 양의 기하 형상을 가지고 있어 공구의 필요한 클리어런스각을 제공하는 반면, 모서리면(13)의 제2 부분(13b)은 음의 기하 형상(negative geometry)을 가지고 있다. 즉, 제2 부분(13b)은 하부면(12)에 수직하고 0。의 클리어런스각을 가지고 있다. 모서리면(13)의 제2 부분(13b)은 상기의 가상 원추체에 대해 반경 방향으로 짧다. 즉, 클리어런스면이 접지되면 모서리면을 접지할 필요가 없어지므로 에너지가 절약된다. 게다가, 스텝은 반경 방향으로 충분히 크게 되어 있어 기계 가공 중에 크랙의 전파를 양호하게 억제할 수 있다.
스텝(18)은 절삭 모서리의 발생 가능한 파손에 의해 삽입체의 하부의 파손을 제어하여 상기 절삭 삽입체의 하부가 손상되지 않게 하는 파손 지시부를 구성하는 예리한 내부 코너(19)를 제공한다. 이리하여 제2 또는 하부(13b)는 공구 몸체를 보호하게 된다.
도2에 도시된 측정에 대해 다음 사항을 설명하기로 한다. 높이(h1)는 높이(h)의 15 내지 60%이고, 약 25%인 것이 좋다. 이는 "심"이 절삭 삽입체(10)의 일체부를 구성하기 때문에, 즉 높이(h1)가 일체형 심(22)의 높이에 해당하기 때문에 가능하다. 우수한 기능의 절삭 삽입체(10)를 성취하기 위해서는 높이(h1)가 높이(h)의 지나칠 정도로 큰 부분을 구성하지 않을 것이 필요하며, 그러한 경우에 절삭 모서리의 강도가 낮아지기 때문이다. 그렇게 되면 작은 하중에도 절삭 모서리가 파손되는 결과가 초래될 수 있었을 것이다. 스텝(18)으로부터 하부면(12) 평면의 원추체(C)까지의 반경은 클리어런스각에 의존한다. 단면 Ⅱ-Ⅱ의 거리(e)는 0.2 내지 2.5㎜이고, 0.2 내지 1.5㎜인 것이 좋다. e의 양호한 값은 0.5㎜정도이다. 도1의 A-A선을 따라 취한 다른 단면의 거리(e)는 0.1 내지 1.5㎜이고, 0.2 내지 1.0㎜인 것이 좋다. 그러나, 가상 원추체(C)로부터 모든 부분에는 스텝을 격리 배치하여 삽입체의 모든 주위에 대한 파손 제어를 제공한다.
제2 부분(13b)은 경사부(21)에도 접속되어 삽입체가 이하에 상세히 기술된 홀더의 포켓 내에 진입하는 것을 용이하게 한다. 심(22)의 주연에는 많은 제2 부분(13b)이 형성되어 있다. 심 위에는 5 내지 12개의 부분이 제공될 수 있고, 7 내지 9개의 부분이 제공되는 것이 좋다. 양호한 값은 8개의 부분이다. 후자의 경우에 2개의 직경 방향으로 대향 배치된 제2 부분(13b)은 도1에서 알 수 있는 것처럼 평행하다. 2개의 맞닿음부(13b)는 약 135。의 내부 둔각으로 코너(23)에서 만난다. 삽입체가 홀더에 장착되면, 코너(23)는 바람직하지 못한 삽입체의 회전을 방지시킬 것이다. 따라서, 코너가 제2 부분(13b)의 나머지에 대해 반경 방향으로 돌출하는 것이 중요하다. 상기 제2 부분(13b)의 나머지는 삽입체의 적절한 위치를 표시하지만 절삭력이 마찰력을 초과한 경우에만 삽입체의 회전 방지에 가담할 것이다. 하부의 주연은 삽입체의 중심축으로부터 그 거리가 증감하는 진로를 따라 형성되어 있다. 제2 부분은, 예컨대 코너가 제2 부분의 나머지에 대해 반경 방향으로 돌출하는 한 별모양(star-shaped) 또는 유사한 형상의 부분일 수도 있다.
이제 관심을 도3, 도4 및 도5에 돌리면, 공구 홀더(30)가 도시되어 있다. 홀더(30)는 절삭 삽입체를 수용하는 몇개의 포켓(31)을 가진 밀링 커터 몸체이다. 각각의 포켓은 실질적으로 평면 기부(32)와 직립 견부(33, 34)를 포함한다. 각각의 견부에는 삽입체의 제1 부분(13a)에 맞닿도록 제공된 상부 오목면(35)과, 언더컷부(36)가 노출되어 있다. 표면(35)은 상술한 원추체(C)와 일치하도록 제공된다. 적어도 하나의 견부(33)는 심(22)의 코너(23)에 맞닿도록 제공된 하부(37)를 가지고 있다. 나사를 가진 보어(38)는 기부(32)의 중심에 근접하지만 닿지는 않을 정도로 제공되어, 고정 나사는 공지된 방식으로 삽입체를 견부 및 기부 쪽으로 가압할 것이다. 보어는 실질적으로 기부(32)에 수직한 중심축(39)을 가지고 있다. 하부(37)는 도4에 도시된 것처럼 기부에 평행한 평면 내에서 일직선을 이루고 기부로부터 상향 방향으로 중심선(39)과 예각을 이루는 것이 좋다. 이로써 코너(23)와 부분(37) 사이의 접촉점 또는 접촉선에 대한 분명한 위치를 고정하게 된다. 견부(33, 34)는 슬롯(40)에 의해 중단될 수도 있다. 슬롯의 기능은 견부의 표면(35)을 둔감하게 만들어 제조 중의 실수에도 잘 견뎌 내게 하는 것이다.
도6 및 도7에는 절삭 공구가 조립되어 있고, 특히 도7을 참조하면 절삭 삽입체(10)와 홀더(30)가 협동하는 방식에 대해 명백하게 알 수 있다. 삽입체는 하부(37) 쪽으로 면하는 제2 부분(13b) 중 하나를 가진 포켓(31)에 배치된다. 다음에 하부면(12)은 기부(32)에 맞닿는다. 나사(41)는 삽입체의 구멍(17)을 통해 삽입되고 홀더의 보어(38) 내로 관통되어 고정된다. 삽입체의 축(20)이 견부(33, 34)로부터 떨어진 방향으로 거리(l) 정도로 보어(38)의 축(39)에 대해 반경 방향으로 배치되어 있기 때문에, 나사는 삽입체를 견부 쪽으로 그리고 기부 쪽으로 이동시킬 것이다. 스크류를 조이게 되면, 삽입체의 클리어런스면(13a)은 상부 오목면(35)에 대항하는 압력을 발생시키게 된다. 그로써 야기된 마찰은, 대개의 경우에는 밀링 중의 회전으로부터 삽입체를 고정시키기에 충분하다. 삽입체의 회전을 방지시키는 제1 수단(37, 13b)은 적어도 2개의 가능한 위치, 즉 삽입체의 하부(13b)와 제1 벽(37) 사이에 0밀리미터의 갭(p)을 두고 배열되어 있는 제1 위치와, 갭이 보다 큰 약 0.1 내지 0.3 ㎜인 제2 위치를 포함한다. 그러나, 절삭력이 마찰력을 초과하면 삽입체는 코너(23)가 견부(33)의 하부(37)에 맞닿을 때까지 회전할 것이다. 그 때에 삽입체의 추가 회전이 방지된다. 기존의 삽입체를 새로운 삽입체로 교환하고자 하는 경우에는 상기 과정을 역순으로 진행하면 된다.
삽입체가 인덱싱되어 있는 경우에 나사(41)는 하부면(12)을 하부(37) 위로 상승시킬 수 있을 때까지 부분적으로 고정 해제시키고, 삽입체가 심에서 8개의 위치를 가진 경우에 삽입체는 35。에 해당하는 스텝으로 회전될 수도 있다. 다음에 나사를 다시 조인다.
이상에서 본 발명의 실시예는 밀링 커터에 관해 설명하였지만, 본 발명은 둥근 삽입체를 사용하는 회전 공구에도 적용 가능하다.
본 발명은 결코 상기에 기술된 실시예에 제한되지 않고 첨부된 청구 범위의 범주 내에서 자유롭게 변형될 수 있다.

Claims (7)

  1. 절삭 삽입체(10)는 일반적으로 원형 기본 형상을 가지고 절삭 삽입체(10)의 상부면(11)과 모서리면(13) 사이의 전이부에 의해 형성되는 적어도 하나의 절삭 모서리(16)를 포함하며, 상기 상부면(11)은 레이크면이고 상기 모서리면(13)은 일반적으로 원추형 클리어런스면이며, 상기 클리어런스면은 사용 중에 삽입체의 중심축(20)에 대한 삽입체의 회전을 방지시키는 제2 수단의 부분인, 밀링에 적합한 칩 형성 기계 가공용 절삭 삽입체(10)에 있어서,
    모서리면(13)에는 일반적으로 원추형 클리어런스면 내부에 반경 방향으로 파손 지시부를 구성하도록 제공된 스텝(18)이 제공되고,
    삽입체는 사용 중에 삽입체 중심축에 대한 회전을 방지시키기 위해 제1 수단의 부분인 상기 스텝(18)에 접속되고,
    회전을 방지시키는 제1 수단은 클리어런스면으로부터 멀리 클리어런스의 반경 방향으로 짧게 그리고 적합하게는 상부면(11) 보다는 하부면(12)에 근접하는 삽입체의 일부(22)의 외부에 제공되며,
    상기 스텝은 파손 지시부를 구성하도록 제공되고,
    절삭 삽입체의 임의의 종단면에서 절삭 삽입체(10)의 중심선(20)으로부터 절삭 삽입체(10)의 주연까지 중심선(20)에 수직한 거리를 가지도록 설계되며,
    상기 거리는 스텝(20) 위 보다 스텝(20) 아래가 작고 절삭 삽입체(10)의 하부면(12)으로부터 스텝(18)까지의 거리(h1)는 하부면(12)으로부터 절삭 모서리(16)까지의 거리의 15 내지 60%가 되도록 된 것을 특징으로 하는 절삭 삽입체.
  2. 제1항에 있어서, 클리어런스면(13a)은 실질적으로 원추형이고 삽입체의 하부면(12) 쪽으로 테이퍼를 가지고, 제2 수단은 마찰에 의한 삽입체의 회전을 방지시키고, 스텝(18)은 클리어런스면(13a)으로부터 모든 부분에 격리 배치되어 삽입체의 모든 주위에 대한 파손 제어를 제공하도록 된 것을 특징으로 하는 절삭 삽입체.
  3. 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 스텝(18) 아래의 모서리면 부분(13b)은 하부면(12)에 수직하도록 된 것을 특징으로 하는 절삭 삽입체.
  4. 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 스텝(18)이 스텝(18) 아래의 모서리면 부분(13b)과 함께 예리한 코너(23)를 형성하도록 된 것을 특징으로 하는 절삭 삽입체.
  5. 절삭 공구는 홀더 및 절삭 삽입체를 포함하며, 상기 절삭 삽입체(10)는 일반적으로 원형 기본 형상을 가지고 절삭 삽입체(10)의 상부면(11)과 모서리면(13) 사이의 전이부에 의해 형성되는 적어도 하나의 절삭 모서리(16)를 포함하며, 상기 상부면(11)은 레이크면이고 상기 모서리면(13)은 클리어런스면이며, 상기 홀더 및 절삭 삽입체는 중심축에 대한 삽입체의 회전을 방지시키는 제1 수단(37, 13b)을 가진, 밀링에 적합한 칩 형성 기계 가공용 절삭 공구에 있어서,
    클리어런스면은 원추형이고 삽입체의 하부면 쪽으로 수렴하고,
    회전을 방지시키는 제1 수단(37, 13b)은 클리어런스면으로부터 멀리 클리어런스의 반경 방향으로 짧게 그리고 적합하게는 상부면(11) 보다는 하부면(12)에 근접하는 삽입체의 일부(22)의 외부에 제공하여 클리어런스면의 내부에 반경 방향으로 파손 지시부를 구성하고,
    홀더 및 삽입체는 삽입체의 회전을 방지시키는 제2 수단(35, 13a)을 포함하고,
    삽입체의 회전을 방지시키는 제1 수단은 삽입체(10)의 하부(13b)와 홀더의 제1 벽(37) 사이의 협동부를 포함하고,
    삽입체의 회전을 방지시키는 제2 수단은 삽입체의 원추형 클리어런스면(13a)과 홀더(30)의 제2 벽(35) 사이의 협동부를 포함하고,
    삽입체의 회전을 방지시키는 제1 수단(37, 13b) 및 제2 수단(35, 13a)은 삽입체의 중심축(20)에 대해 축방향으로 그리고 반경 방향으로 격리 배치되도록 된 것을 특징으로 하는 절삭 공구.
  6. 제5항에 있어서, 삽입체의 회전을 방지시키는 제1 수단(37, 13b)은 적어도 2 개의 가능한 위치, 즉 삽입체의 하부와 제1 벽 사이에 0 밀리미터의 갭(p)을 두고 배열되어 있는 제1 위치와, 갭이 보다 큰 제2 위치를 포함하도록 된 것을 특징으로 하는 절삭 공구.
  7. 절삭 삽입체(10)는 일반적으로 원형 기본 형상을 가지고 절삭 삽입체(10)의 상부면(11)과 모서리면(13) 사이의 전이부에 의해 형성되는 적어도 하나의 절삭 모서리(16)를 포함하며, 상기 상부면(11)은 레이크면이고 상기 모서리면(13)은 일반적으로 원추형 클리어런스면이며, 상기 홀더 및 절삭 삽입체는 중심축에 대한 삽입체의 회전을 방지시키는 제1 수단(37, 13b)을 가진, 밀링에 적합한 칩 형성 기계 가공용 홀더의 중심축에 대한 절삭 삽입체의 회전을 방지시키는 방법에 있어서,
    삽입체의 중심축의 축방향 및 반경 방향으로 격리 배치된, 하부 제1 벽 및 상부 만곡 제2 벽을 구비한 삽입 위치를 가진 홀더를 제공하는 단계와,
    하부의 외주연이 삽입체의 중심축으로부터 그 거리가 증감하는 진로를 따라 형성되어 있는, 상기 하부 및 만곡 클리어런스면을 가진 삽입체를 제공하는 단계와,
    상기 제1 벽에 따라 상기 하부를 끼우도록 상기 삽입체를 상기 삽입체 위치에 장착시키는 단계와,
    상기 만곡 클리어런스면을 상기 만곡 제2 벽에 대항하여 가압하도록 고정 수단에 의해 삽입체를 상기 위치에 고정시키는 단계와,
    상기 삽입체가 상기 만곡 클리어런스면과 상기 만곡 제2 벽 사이의 마찰력 보다 큰 절삭력에 따라 사용 중에 약간만 회전시켜 삽입체의 상기 하부와 상기 제1 벽 사이의 갭(p)을 밀폐시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
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