KR19990067178A - 나사절삭 방법 및 나사절삭용 절삭 삽입체 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 나사절삭 방법 및 나사절삭용 절삭 삽입체에 관한 것이다. 이 방법은 회전 작업편 상에 나사를 형성하는 것을 목적으로 한다. 나사절삭 삽입체는 적어도 하나의 절삭 코너를 포함하는 다각형 기본 형상을 갖는다. 절삭 코너는 다른 돌출부(L1, L3)를 갖는 2개의 절삭 팁(18a, 18B)을 가지며, 상기 절삭 팁은 대체로 절삭 팁(18A, 18B) 사이에 나사 상부를 형성하도록 제공된 절삭 모서리(30)를 각각 포함한다. 절삭 모서리(30)의 전체 돌출 길이는 2개의 나사 피치보다 작다.

Description

나사절삭 방법 및 나사절삭용 절삭 삽입체
선삭 작업에서의 나사절삭에서는 하나 이상의 절삭 모서리를 구비한 삽입체 본체를 포함하는 절삭 삽입체가 종종 사용된다. 전형적으로 이들 절삭 모서리는 칩 제거 가공을 통해서 회전 작업편 상에 나사를 형성할 수 있도록 기하학적으로 설계된다. 이렇게 제조된 나사는 예컨대, 아이에스오(ISO), 유엔(UN), 위트워쓰(Whitworth) 등과 같은 소정 프로파일(profile)을 갖는다. 전체 프로파일 삽입형의 종래의 나사절삭 삽입체는, 절삭 모서리가 최대 폭이 피치와 동일하고 절삭 삽입체 팁이 예컨대 60˚의 프로파일 각을 형성하는 나사 프로파일을 포함하는 구조로 된다. 이러한 형상의 나사절삭 삽입체는 절삭 삽입체 팁의 최외부에서 최약 지점을 갖는다. 이것은 종래의 나사절삭에서 말단 팁이 나사의 전체 깊이에 이르기까지 모든 패스 중에 절삭을 하도록 함으로써 팁이 최대 응력을 받기 때문이다.
최종 나사를 얻을 때까지 패스의 수를 저감시키도록 동일한 절삭 코너 상에 다수의 절삭 팁을 제공하는 것은 예컨대, 미국 특허 출원 제4,575,888호에 의해 공지되어 있다. 그렇지만 복수 치형부를 구비한 삽입체를 사용할 가능성은 긴 작동 절삭 모서리가 큰 절삭력을 받게 됨으로써 큰 나사 유격과 정밀한 작업 조건을 요하기 때문에 제한된다
방사상 내향 이송(infeed)에서의 칩을 강성의 V형 단면으로 가정한다면 플랭크 내향 이송에서는 방사상 내향 이송에서의 칩과 비교해서 성형 및 취급이 용이한 직사각형 단면의 칩이 얻어진다. 이런 사실은 절삭 삽입체 코너로부터의 좀더 효율적인 열 저감을 얻는 것과 함께 큰 칩 두께로 작업하는 것과 방사상 내향 이송에서와 동일한 수의 패스로 나사를 완성하는 것을 가능하게 한다. 종래의 삽입체 나사절삭 삽입체가 나사의 한 플랭크와 평행하게 이송될 때, 동일한 플랭크에 대해 접하는 절삭 모서리는 어떠한 고유 절삭 작업을 발생시키지도 않지만, 플랭크를 따라서 끌리게만 되며, 이것은 절삭 모서리 상에 마모 효과를 발생시키고 나사 플랭크 상에 좋지 않은 표면 마무리를 줄 수 있게 된다. 사용자는 이들 부정적 효과를 방지하기 위해 플랭크 각보다 작은 각으로 절삭 삽입체 팁을 이송하고자 하지만, 소형 절삭 모서리의 측면으로부터 얇고 뒤엉킨 칩을 얻게 되며, 이것은 공구 수명 및 표면 마무리에 영향을 미친다.
본 발명은 나사절삭(threading) 방법 및 나사절삭용 절삭 삽입체에 관한 것이다. 본 방법은 회전 작업편에 나사(thread)를 형성하는 것을 목적으로 하며, 이 방법에서 적어도 2개의 절삭 팁(tip)을 포함하는 나사절삭 삽입체가 작업편을 따라서 다수의 패스(pass)를 거쳐 나사 형상을 가공한다. 본 발명은 또한 나사절삭 삽입체에 관한 것이다.
도1은 본 발명에 따른 나사절삭 삽입체의 평면도이다.
도2는 나사절삭 삽입체의 측면도이다.
도3은 나사절삭 삽입체의 팁을 도시한 도면이다.
도4는 나사절삭 삽입체의 팁을 구비한 4개의 패스의 나사절삭 기간에서의 작업편을 도시한 도면이다.
도5는 작업편과 결합한 나사절삭 삽입체의 팁에 대한 도면이다.
도6은 작업편과 결합한 본 발명에 따른 나사절삭 삽입체의 사시도이다.
본 발명의 한 목적은 방사상 내향 이송 및 플랭크 내향 이송의 좋은 특성들을 결합(즉, 방사상 내향 이송에 의한 실제로 단순 방법이 플랭크 내향 이송으로부터의 양호한 칩 제어와 결합)한 나사절삭 삽입체를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 작업편에서 큰 나사 유격 또는 과도한 정밀 작업 조건을 요구하지 않는 복수 치형식 나사절삭 삽입체를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 작업 하중을 분할하는 여러 개의 절삭 팁을 가짐으로써 좋은 공구 수명을 얻을 수 있는 나사절삭 삽입체를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 나사절삭시 가공 시간을 줄일 수 있는 나사절삭 삽입체를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 좋은 제작 경제성을 가지면서도 나사를 제공하는 방법을 제공하는 것이다.
도1 및 도2에서, 본 발명에 따른 절삭 삽입체(10)가 도시되어 있다. 도시된 실시예의 절삭 삽입체는 ISO-프로파일의 외부 원통형 나사에 맞도록 제작된 형태를 가지며 양호하게는 피복된 초경합금으로 제조된다. 실시예에서 도시된 다른 다각형 기본 형상, 예컨대 직사각형, 직사각형, 마름모형 또는 유사한 기본 형상이 채택될 수도 있었다. 또한, 도시된 방사상 장착 클램핑(clamping) 방법 대신 접선 장착 클램핑 방법을 위한 절삭 삽입체가 채택될 수 있다. 절삭 삽입체는 대체로 삼각형의 기본 형상을 가지며, 각각 상면(11) 및 하면(12)을 갖는다. 이 면들은 모서리면(13, 14, 15)들에 대체로 수직하게 연결된다. 모서리면들은 서로에 대해 약 60˚의 꼭지각을 형성한다. 절삭 삽입체는 홀더(도시 안됨)의 절삭 삽입체 포켓에 대해 절삭 삽입체를 클램핑시키기 위해 나사와 같은 체결 장치를 수납하기 위한 중심 구멍(16)을 갖는다. 모서리면들의 가상 교차 영역에서 대체로 동일한 3개의 절삭 코너(17)가 절삭 삽입체에 구비된다. 절삭 코너(17)는 선두(leading) 제1 절삭 삽입체 팁(18A)과, 후미(trailing) 제2 절삭 삽입체 팁(18B)과, 칩 표면(19)과 이격면(20) 사이의 교차부를 따라 계속되는 절삭 모서리(30)와, 칩 절단 림(22)을 포함한다. 절삭 삽입체는 중심축(CL)을 갖는다. 절삭 모서리(30)는 나사의 단면 프로파일 형상을 가지면 최종 나사 상부를 지나는 2분선(B)에 대해 대칭 위치된다. 2분선은 연결된 모서리면(13, 14, 15)들에 대해 대체로 평행하며 중심축(CL)의 측방으로 수직 거리(L)에서 계속된다. 거리는 절삭 삽입체의 측면의 가상 길이의 10 내지 30%이다.
도3에는 확대된 절삭 코너가 도시되어 있다. 절삭 모서리(30)는 서로에 대해 매끄럽게 연결된 다수의 부분(segment)들로 이루어지며, 제1 노우즈 모서리부(24)와, 제1 플랭크 모서리부(25)와, 상부 모서리(26)와, 제2 플랭크 모서리(27)와, 제2 노우즈 모서리(28)를 포함한다. 절삭 모서리의 돌출된 길이(projected edge, K)는 2개의 나사 피치들보다 분명히 작으며 나사 피치(P)의 약 1.5배, 양호하게는 약 1.4배보다 작다. "돌출된 길이"란, 측면으로 볼 때 절삭 모서리(30)의 길이를 의미한다. 절삭 모서리(30)는 대체로 오목하며, 여기에서 절삭 모서리는 대체로 작업편의 중심축 방향으로 나사 플랭크를 분기시키는 형상으로 제공된다. 2분선(B)은 2분선(B)과 각각 25˚ 내지 30˚의 예각(α)을 형성하는 플랭크 모서리(25, 27)를 한정한다. 선두 절삭 삽입체 팁(18A)은 2분선에 수직하고 상부 모서리(26)와 접촉하는 라인(Y)과 노우즈 모서리(24)의 말단점 사이에 측정된 거리(L1)만큼 돌출한다. 후미 절삭 삽입체 팁(18B)은 거리(L1)에 대해 더해진 거리(L2)만큼 연장된다. 후미 제2 절삭 삽입체 팁(18B)은 전체적으로 거리(L3)만큼 연장된다. 거리(L1)는 P가 나사의 피치 또는 2분선(B)에 수직한 절삭 팁(18A, 18B)의 말단점 사이의 거리일 때 0.47*P이다. 거리(L2)는 0.05 내지 0.12*P, 양호하게는 0.07*P이다. 후미 절삭 삽입체 팁(18B)의 총 거리(L3), 즉 L1 + L2는 나사의 깊이와 같거나 크며, 절삭 삽입체의 전체 내향 이송 깊이와 동일하다. 또한, 절삭 삽입체 팁(18A) 상에는 선두 모서리(29)가 구비되며 절삭 삽입체 팁(18B) 상에는 후미 모서리(31)가 구비된다. 모서리들 또는 패시브형(passive) 절삭 모서리(29, 31)들은 서로에 대해서 및 2분선에 대해 거의 평행하며 서로에 대해 빗겨간다(facing away). 그렇지만, 이것들은 모서리(29)의 주요 부분과 모서리(31)가 전체 나사절삭 작업 중에 작업편을 절삭 삽입하지 않도록 되기 때문에 다른 형상들을 가질 수도 있다. 모서리(29)들은 상부 모서리(26)에 수직한 거리로부터 계산해서 그 연장부의 최대 1/3을 절단한다. 그렇지만, 적어도 선두 모서리는 나사절삭이 시작되는 작업편의 모떼기(chamfering)에 사용될 수 있다. 제1 노우즈 모서리(24)의 반경(R1)은 최대 0.23*P이고, 제2 노우즈 모서리(28)의 반경(R2)은 최대 0.18*P이다. 제2 노우즈 모서리는 제1 플랭크 모서리(25)에 평행한 제3 플랭크 모서리(32)에 매끄럽게 연결된다. 제3 플랭크 모서리(32)는 제2 플랭크 모서리(27)와 대칭이며 약 0.1*P의 반경으로 후미 모서리(31)에 연결된다. 후미 제2 절삭 삽입체 팁(18B)의 노우즈 모서리(28)는 절삭 팁의 돌출부(L1, L3) 사이의 거리(L2)보다 작은 절삭 코너 상의 말단점의 접선(T)으로부터 수직한 거리(L4)에서 제3 플랭크 모서리(32)에 계속 연결된다. 제1 노우즈 모서리(24)는 약 0.1*P의 반경으로 제1 모서리(29)에 연결된다. 선두 절삭 삽입체 팁(18A)은 이분선(B)에 평행하고 절삭 삽입체 팁(18A) 상의 말단부의 접선(T)에 수직인 2분선(S1)을 갖는다. 후미 절삭 삽입체 팁(18B)은 이분선(B)에 평행하고 절삭 삽입체 팁(18B) 상의 말단부의 접선에 수직인 2분선(S2)을 갖는다. 2분선(S1, S2)으로부터 2분선(B)까지의 각각의 거리는 같다. 선두 모서리(29)로부터 관련 2분선(S1) 까지의 거리(L5)는 어느 정도 크며, 즉 약 0.166*P인 반면, 후미 모서리(31)로부터 관련 2분선(S2) 까지의 거리(L6)는 약 0.21*P이다. 이것은 모서리(31)와 플랭크 모서리(27) 사이의 후미 절삭 삽입체 팁의 폭이 모서리(29)와 플랭크 모서리(25) 사이의 선두 절삭 삽입체 팁(18A)의 폭보다 항상 크다는 것을 의미한다. 제3 플랭크 모서리(32)는 거리(L2)보다 큰 거리인 접선(T)으로부터의 거리(L7)만큼의 거리에서 패시브형 절삭 모서리(31)에 연결된다. 칩 표면(19)에는 절삭 모서리들을 따라 계속되는 칩 절단 림이 구비될 수 있지만, 다르게는 절삭 모서리에 연결된 돌출부, 리세스 또는 유사한 것과 같은 칩 형성 수단이 구비될 수 있다.
절삭 팁의 형상은 예컨대, 사다리꼴 나사 및 로우프 나사과 같은 임의의 양호한 나사 형상에 맞도록 될 수 있음을 알아야 한다. 절삭 팁의 크기는 실질 나사 프로파일에 따른다. 상술한 바와 같이 본 발명에 따른 절삭 삽입체의 절삭 모서리(30)는 종래의 절삭 삽입체의 절삭 모서리와 비교해서 뒤집어져 있다.
절삭 삽입체의 기능은 본 발명에 따른 절삭 삽입체를 구비한 방사상 내향 이송을 도시하는 도4, 도5, 및 도6과 함께 이하에서 더욱 상세하게 설명될 것이다. 도4에서 음영부는 서로 가공된 후의 여러 칩들의 단면이다.
제1 패스부(1a)에서, 선두 절삭 삽입체 팁(18A)의 대체로 전체 노우즈 모서리(24)가 소정의 깊이(내향 이송 깊이)로 방사상으로 작업편에 도입된다. 깊이는 양호하게는 2*L2로 선택된다. 선두 절삭 삽입체 팁(18A) 이상으로 돌출한 후미 절삭 삽입체 팁(18B)이 선두 절삭 삽입체 팁(18A)을 바로 뒤따르며 결국 내향 이송의 깊이에 거리(L2)를 부가한 깊이의 영역(1b)을 절삭한다. 제1 패스 동안에 선두 절삭 삽입체 팁(18A)은 종래의 방사상으로 내향 이송된 나사절삭 삽입체와 같이 작업을 수행하면서도, 후미 팁(18B)에서 발생된 칩은 종래의 플랭크 내향 이송으로부터 알려진 칩과 닮는다. 도4로부터 알 수 있는 바와 같이, 절삭 팁은 단지 하나의 팁을 구비한 절삭 삽입체에 비해서 팁에 대한 응력이 작고 공구 수명이 긴 칩 형성 작업을 공유한다.
제2 패스(2a) 동안 선두 절삭 삽입체 팁(18A)은 작업편의 중심축 쪽으로 계속 방사상 내향으로 도입되어, 2분점(S1)의 우측에 균형점을 갖는 칩(2a)이 형성된다. "균형점"이란 여기에서 단면으로 도시된 칩이 관련 2분선의 한 측면 상에서 무겁다는 것을 의미한다. 깊이는 2*L2로 양호하게 선택된다. 모서리(29)는 작업편과 어느 정도 결합하는 데, 즉 연결된 노우즈 모서리(24)의 반경보다 작다. 결국 팁(18B)은 결합되어서 2분점(S2)의 좌측에 균형점을 갖는 칩(2b)을 절삭한다. 모서리(31)는 나사절삭 작업 중에 결합하지 않는다. 제2 패스에서와 같이, 방사상으로 이송된 절삭 삽입체는 양호한 칩 제어로써 다른 플랭크 내부 공구용 절삭 삽입체로써 기능한다.
제3 패스 중에 선두 팁(18A)이 칩(3a)을 절삭하는 동안 후미 팁(18B)은 상기의 후자의 경우에서와 같이 칩(3b)을 절삭한다. 그 깊이는 양호하게는 0.05 내지 0.1 mm로 선택된다.
제4 패스 중에 선두 팁(18A)이 칩(4a)을 절삭하는 동안 후미 팁(18B)은 상기의 후자의 경우에서와 같이 칩(4b)을 절삭한다. 그 깊이는 양호하게는 0.05 내지 0.1 mm로 선택된다. 그후 나사는 최단의 가능한 가공 시간 동안에 하나의 절삭 삽입체 팁에 대해 최소의 가능 응력으로 마무리 가공을 하며, 동시에 좋은 칩 제어가 달성된다.
이러한 절삭 삽입체는 칩 생성 작업이 분리되기 때문에 패스당 내향 이송 깊이를 상당히 크게 한다. 이것은 삽입체의 회전에서 예컨대 나사(M12)에서 종래의 8 패스에서 4 패스로 패스의 수가 저감될 수 있음을 의미한다. 이에 의해 가공 시간이 단축되며, 결과적으로 단위 시프트당 좀더 정밀한 가공이 달성될 수 있다.
절삭 삽입체의 칩 표면에는 칩 형성을 최대로 개선시키고 소정의 경우 열 저감을 이루기 위해 리세스 및/또는 돌기가 구비될 수 있다.

Claims (10)

  1. 적어도 하나의 절삭 코너를 포함하는 나사절삭 삽입체가 방사상 내향 이송 중에 작업편을 따라 다수의 패스를 통해서 나사의 형상을 형성하는 회전 작업편 내에 나사절삭 방법에 있어서,
    대체로 절삭 팁(18A, 18B) 사이에 나사 상부를 형성하도록 구비된 절삭 모서리(30) 및 서로 다른 돌출부(L1, L3)를 갖는 2개의 절삭 팁(18A, 18B)을 절삭 코너에 제공하는 단계와, 작업편의 동시 회전 중에 방사상 내향으로 절삭 삽입체를 이송하는 단계와, 각 패스에서 내향 이송 깊이를 증가시키며 작업편을 여러 번 패싱시키는 단계를 포함하며;
    상기 절삭 모서리(30)의 전체 돌출 길이는 2개의 나사 피치보다 작게 제작되며;
    상기 절삭 팁(18A, 18B)들은 나사 프로파일의 상부를 절삭하도록 상호 작용하는 것을 특징으로 하는 나사절삭 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 절삭 모서리(30)는 대체로 오목하고, 대체로 작업편의 회전축 방향으로 분기형 플랭크를 형성하도록 구비되며, 상기 각 절삭 삽입체 팁(18A, 18B)의 외주는 나사절삭 작업 중에 작업편과 결합하지 않도록 작업편으로부터 소정 거리만큼 떨어져서 적어도 부분적으로 구비된 부분(29, 31)들을 포함하는 것을 특징으로 하는 나사절삭 방법.
  3. 적어도 하나의 절삭 코너를 포함하는 다각형 기본 형상을 가지며, 다수의 패스와 방사상 내향 이송 중에 작업편에 나사를 발생시키는 나사절삭용 절삭 삽입체에 있어서,
    상기 절삭 코너는 제1 가상선(Y)으로부터 돌출한 서로 다른 돌출부(L1, L3)를 구비한 2개의 절삭 팁(18A, 18B)을 가지며, 상기 절삭 팁은 대체로 상기 절삭 팁(18A, 18B)들 사이에 나사 상부를 형성하도록 구비된 전체 돌출 길이가 2개의 나사 피치보다 작은 절삭 모서리(30)를 포함하는 것을 특징으로 하는 나사절삭용 절삭 삽입체.
  4. 제3항에 있어서, 상기 절삭 모서리(30)는 대체로 오목하며, 작업편 상에 발산형 플랭크를 대체로 작업편의 회전축 방향으로 형성하도록 구비된 것을 특징으로 하는 나사절삭용 절삭 삽입체.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서, 각 절삭 삽입체 팁(18A, 18B)의 외주는 나사절삭 작업 중에 작업편과 결합하지 않도록 작업편으로부터 소정 거리만큼 떨어져서 적어도 부분적으로 구비된 부분(29, 31)들을 포함하는 것을 특징으로 하는 나사절삭용 절삭 삽입체.
  6. 제5항에 있어서, 각 절삭 삽입체 팁(18A, 18B)은 절삭 삽입체 팁의 2분선(S1, S2)들 중 한 면 상에 구비된 서로 빗겨간 대체로 패시브형의 모서리(29, 31)를 갖는 것을 특징으로 하는 나사절삭용 절삭 삽입체.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서, 각 패시브형 모서리(29, 31)는 관련 2분선(S1, S2)에 대체로 평행한 것을 특징으로 하는 나사절삭용 절삭 삽입체.
  8. 제3항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    각 절삭 삽입체 팁(18A, 18B)의 외주는 다수의 부분들로 이루어지고, 대체로 패시브형의 모서리(29, 31)와, 주 절삭 모서리(25, 27)와, 노우즈 모서리(24, 28)와, 상부 모서리(26)를 포함하며;
    상기 절삭 모서리들은 서로에 대해 대면하며 대체로 반경(R1, R2)으로 형성된 관련 노우즈 모서리 및 상부 모서리에 매끄럽게 연결되며, 제2 후미 절삭 삽입체 팁(18B)의 상기 노우즈 모서리(28)는 또한 절삭 팁들의 돌출부(L1, L3) 사이의 차이(L2)보다 작은 절삭 팁의 접선(T)으로부터 수직한 제1 거리(L1)로 플랭크 모서리(32)에 연결되며, 상기 플랭크 모서리(32)는 상기 차이(L2)보다 큰 접선(T)으로부터의 제2 거리(L7)로 패시브형 절삭 모서리(31)에 연결되는 것을 특징으로 하는 나사절삭용 절삭 삽입체.
  9. 제3항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 절삭 모서리(30)의 전체 돌출된 길이는 나사 피치(P)의 1.1 내지 1.5배, 양호하게는 약 1.4배, 가장 양호하게는 1.376배인 것을 특징으로 하는 나사절삭용 절삭 삽입체.
  10. 제3항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 주 절삭 모서리와 연결된 칩 표면에는 절삭 모서리(30) 다음에 돌출부, 리세스 또는 칩 절단 모서리(29)와 같은 칩 형성 수단이 구비되는 것을 특징으로 하는 나사절삭용 절삭 삽입체.
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