KR20010020683A

KR20010020683A - 절삭공구 및 홀더를 구비한 공구

Info

Publication number: KR20010020683A
Application number: KR1020000015311A
Authority: KR
Inventors: 고이데미노루
Original assignee: 오카무라 가네오; 니혼도꾸슈도교 가부시키가이샤
Priority date: 1999-03-29
Filing date: 2000-03-25
Publication date: 2001-03-15
Also published as: DE60020009D1; JP2000280103A; EP1063039A1; US6623218B1; DE60020009T2; EP1063039B1

Abstract

(과제) 절삭 가공시에 가공면의 거칠기를 향상시킬 수 있는 절삭공구 및 홀더를 구비한 공구를 제공한다.

(해결수단) 절삭공구(1)의 측방{플랭크(9)측}에는 노즈부(7)의 곡률반경(노즈 R)을 따르는 곡선이 종료하는 종단부(11)와 플랭크(9)와의 사이에 가공면의 요철을 삭제하는 플랫 드래그(13)가 형성되어 있다. 즉, 노즈부(7)의 종단부(11)의 접선에서 내측으로 플랫 드래그 각 0〈θ〈5°의 범위내에서 플랫 드래그(13)가 형성되어 있다. 이 플랫 드래그(13)의 폭(w){경사면(3)측에서 본 폭}은 0〈w≤1.5㎜의 범위이다.

Description

절삭공구 및 홀더를 구비한 공구{CUTTING TOOL AND HOLDER-CARRYING TOOL}

본 발명은 플랫 드래그를 가지는 절삭공구 및 홀더를 구비한 공구에 관한 것이다.

종래의 절삭가공에 있어서는, 도 6(a)에 나타낸 바와 같이, 절삭공구의 코너부에 있어서의 노즈부의 곡률반경(노즈 R)과 이송량(f)에 의해서 피삭재의 표면에 피드 마크(feed marks)라 불리우는 가공면의 요철(가공면 거칠기의 요철)이 형성되는 일이 있다. 이 피드 마크를 제거하여 가공면의 거칠기를 향상시키기 위해서(즉, 가공면의 표면을 매끄럽게 하기 위해서), 도 6(b)에 나타낸 바와 같이 주로 정면밀링가공 (face milling process)에서는 가공면에 평행하게 부(副)절삭날(플랫 드래그)을 형성한 절삭공구가 사용되고 있다.

또, 상술한 절삭공구로서는 예를 들면 세라믹 공구가 사용되는데, 이 세라믹 공구는 서멧 공구나 초경 공구에 비해 인성(靭性)이 부족하기 때문에, 일반적으로 경사면과 플랭크가 직각을 이루는 네거티브 팁이 사용되고 있다.

상기 네거티브 팁을 홀더의 선단에 부착할 경우에는, 도 7(a)에 나타낸 바와 같이, 네거티브 팁의 절삭날을 예리하게 하기 위해서 홀더에 경사각(홀더의 선단측을 기울인 앞 경사각, 홀더의 횡방향을 기울인 옆 경사각)을 형성하고 있다.

그러나, 이와 같이 한 경우에는, 도 7(b)에 나타낸 바와 같이 플랫 드래그가 가공면에 대하여 음의 각도(negative angle)를 이룸으로써 가공면에 대하여 예리하게 돌출된 배치로 되기 때문에, 가공면의 거칠기를 향상시킬 수 없어 소망하는 치수 정밀도를 얻을 수 없다는 문제가 있었다.

결국, 플랫 드래그를 형성하였음에도 불구하고 피드 마크를 충분히 제거할 수 없다는 문제가 있었다.

본 발명은 상기한 문제점에 감안하여 제안된 것으로서, 절삭 가공시에 가공면의 거칠기를 향상시킬수 있는(즉, 표면을 매끄럽게 할 수 있는) 절삭공구 및 홀더를 구비한 공구를 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1은 절삭공구의 플랫 드래그의 각도 및 형상을 예시한 설명도

도 2는 절삭공구의 타입을 나타낸 것으로서, (a)는 네거티브 타입의 팁을 나타낸 설명도, (b)는 포지티브 타입의 팁을 나타낸 설명도

도 3은 본 발명의 실시예에 관한 절삭공구를 나타낸 것으로서, (a)는 평면도, (b)는 정면도

도 4는 본 발명의 실시예에 관한 절삭공구의 플랫 드래그의 각도 및 형상을 예시한 설명도

도 5는 본 발명의 실시예에 관한 홀더를 구비한 공구를 나타낸 것으로서, (a)는 평면도, (b)는 정면도, (c)는 좌측면도

도 6은 종래기술을 나타낸 설명도

도 7은 종래기술을 나타낸 설명도

※도면중 주요부분에 대한 부호의 설명※

1 - 절삭공구 3 - 경사면

5 - 절삭날 7 - 노즈(nose)부

9 - 플랭크 11 - 종단부

13 - 플랫 드래그(flat drag)

(1) 상기 목적을 달성하기 위한 청구항 1의 발명은,

공구의 코너부의 노즈부에서 플랭크에 이르는 측에 플랫 드래그를 형성한 절삭공구에 있어서, 상기 노즈부의 종단부에 있어서의 접선에서 내측으로 상기 플랫 드래그를 형성한 것을 특징으로 하는 절삭공구를 요지로 한다.

공구의 코너부의 노즈부에서 플랭크에 이르는 측에 플랫 드래그를 형성한 절삭공구에 있어서, 상기 노즈부의 종단부에 있어서의 접선과 상기 플랫 드래그가 이루는 플랫 드래그 각(θ)을 0°를 상회하는 값으로 설정한 것을 특징으로 하는 절삭공구를 요지로 한다.

본 발명에서는, 종래와 같이 플랫 드래그를 노즈부의 종단부에 있어서의 접선 방향으로 형성하는 것이 아니라, 도 1에 예시한 바와 같이, 플랫 드래그가 그 접선에서 내측을 향하여 형성되도록 하고 있다. 따라서, 절삭공구를 홀더에 부착한 경우에는, 홀더에 있어서의 절삭공구의 부착부에 앞 경사각이나 옆 경사각이 형성되어 있다 하더라도 플랫 드래그는 피삭재의 가공면에 대하여 거의 평행하게 된다. 따라서, 절삭가공을 하더라도 가공면에 요철(피드 마크)이 쉽게 발생하지 않으므로 가공면의 거칠기를 향상시킬 수 있고, 치수 정밀도도 높일 수 있다.

또한, 상기 '노즈부의 종단부'란, 노즈부의 곡률반경을 따르는 곡선이 종료한 위치이고, 플랫 드래그가 없는 경우에는 이 위치로부터 팁의 측면을 형성하는 평면형상의 플랭크가 형성되게 된다.

(2) 청구항 2의 발명은,

상기한 청구항 1에 있어서, 상기 접선과 상기 플랫 드래그가 이루는 플랫 드래그 각(θ)을 0〈θ〈5°로 설정한 것을 특징으로 하는 절삭공구를 요지로 한다.

본 발명은 도 1에 예시한 바와 같이 플랫 드래그 각(θ)의 범위를 규정한 것이다. 여기서, 플랫 드래그 각(θ)이 0°를 상회한다고 한 것은, 이 범위라면 상술한 바와 같이 가공면의 요철을 제거할 수 있기 때문이다.

한편, 플랫 드래그 각(θ)이 5°를 하회한다고 한 것은, 플랭크가 플랫 드래그에서 더 내측으로 연장되어 있기 때문이고, 플랫 드래그 각(θ)이 5°이상인 경우에는 플랭크가 절삭공구의 내측으로 너무 들어간 형상이 됨으로써 절삭공구를 홀더에 부착하는 것이 곤란하게 되기 때문이다.

또한, 보다 바람직한 범위는 0〈θ≤1°이다.

(3) 청구항 3의 발명은,

상기한 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 플랫 드래그의 경사면측에서 본 폭(w)을 0〈w≤1.5㎜로 설정한 것을 특징으로 하는 절삭공구를 요지로 한다.

본 발명은 도 1에 예시한 바와 같이 플랫 드래그의 폭(w)을 규정하고 있다. 여기서, 플랫 드래그의 폭이 1.5㎜를 상회하면, 절삭저항이 과대하게 되어 피삭재의 치수 정밀도가 얻어지지 않을 가능성이 있기 때문이다.

또한, 보다 바람직한 범위는 0.3≤w≤0.7㎜이다.

(4) 청구항 4의 발명은,

상기한 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서, 상기 플랫 드래그는, 경사면측에서 보았을 때, 외측으로 볼록한 곡선형상 또는 직선형상인 것을 특징으로 하는 절삭공구를 요지로 한다.

본 발명은 플랫 드래그의 형상을 예시한 것이고, 외측으로 볼록한 곡선형상 또는 직선형상이라면 가공면의 요철을 매우 적절하게 제거할 수 있다.

(5) 청구항 5의 발명은,

상기한 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서, 상기 절삭공구가 세라믹 또는 CBN으로 이루어진 것을 특징으로 하는 절삭공구를 요지로 한다.

본 발명은 절삭공구의 재질을 예시한 것이다. 여기서, 세라믹으로서는 알루미나, 알루미나-TiC, 질화규소 등의 경질재료를 들 수 있으나, 이것 이외에도 서멧등의 경질재료를 들 수 있다. 또, 'CBN'이란 입방정질화붕소(cubic boron nitride)이다. 또한, 세라믹을 재료로 하는 절삭공구는 세라믹 소결체로 이루어진 것이다.

(6) 청구항 6의 발명은,

상기한 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서, 상기 절삭공구가 네거티브 팁인 것을 특징으로 하는 절삭공구를 요지로 한다.

본 발명은 절삭공구의 형상을 예시한 것이다. 여기서는, 도 2(a)에 나타낸 바와 같이 경사면과 플랭크가 직각을 이루는 네거티브 팁을 들고 있다. 또한, 네거티브 팁 이외에는 도 2(b)에 나타낸 바와 같이 경사면과 플랭크가 예각을 이루는 포지티브 팁이 있으나, 상술한 발명은 네거티브 팁에 적용하는 것이 바람직하다.

(7) 청구항 7의 발명은,

상기한 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서의 절삭공구가 홀더에 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 홀더를 구비한 공구를 요지로 한다.

본 발명은 상술한 절삭공구가 홀더(예를 들면, 홀더의 선단에 있어서의 팁 시트(tip seat))에 부착된 홀더를 구비한 공구이다.

따라서, 상기 홀더를 구비한 공구를 사용하여 절삭가공을 함으로써 가공면의 요철을 매우 적절하게 제거할 수 있다.

(8) 청구항 8의 발명은,

상기한 청구항 7에 있어서, 상기 절삭공구를 상기 홀더에 부착한 경우에, 상기 홀더의 경사각이 0°또는 음의 각도(negative angle)일 때에는 가공면에 대한 플랫 드래그의 각도(θ')가 0≤θ'〈5°인 것을 특징으로 하는 홀더를 구비한 공구를 요지로 한다.

본 발명은 상술한 절삭공구를 홀더에 부착하여 절삭할 때의 각도를 나타낸 것이다. 즉, 상기 플랫 드래그 각(θ)을 가지는 절삭공구를 홀더에 부착하여 절삭가공을 할 때에는, 피삭재의 가공면에 대한 플랫 드래그의 각도(θ')를 0≤θ'〈5°의 거의 평행에 가까운 상태로 설정할 수 있다. 따라서, 가공면의 요철을 매우 적절하게 제거할 수 있다.

또한, 상기 θ'는 상술한 플랫 드래그 각(θ)이 아니라, 홀더에 부착한 경우에 있어서의 가공면에 대한 각도이다.

(발명의 실시형태)

이하, 본 발명의 절삭공구에 관한 실시형태의 예(실시예)를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명한다.

(실시예 1)

본 실시예에서는 경질재료인 세라믹으로 이루어진 절삭공구, 예를 들면 질화규소 소결체로 이루어진 절삭공구를 예로 한다.

a) 우선, 본 실시예의 절삭공구에 대하여 설명한다.

도 3에 나타낸 바와 같이, 본 실시예의 절삭공구(1)는 예를 들면 질화규소 소결체의 경질재료로 이루어진 ISO규격:CNGN433의 네거티브 팁이다. 구체적으로는, 절삭공구(1)는 경사면(3)측에 있어서의 내접원이 ø12.7㎜, 두께가 4.76㎜인 마름모꼴의 팁이다.

이 절삭공구(1)는 노즈각으로서 예각(80°)을 이루는 노즈부(7)를 가지며, 이 노즈부(7)의 곡률반경(노즈 R)은 1.2㎜이다. 또한, 절삭날(5)에는 모따기 가공되어 있다.

또, 절삭공구(1)의 측방{플랭크(9)측}에는, 도 4에 확대하여 나타낸 바와 같이, 노즈부(7)의 곡률반경(노즈 R)을 따르는 곡선이 종료하는 종단부(11)와 플랭크 (9)와의 사이에 가공면의 요철을 삭제하는 플랫 드래그(13)가 형성되어 있다. 또한, 플랫 드래그(13)는 예각을 이루는 노즈부(7)의 좌우 양측에 형성되어 있다.

즉, 노즈부(7)의 종단부(11)의 접선에서 내측으로 플랫 드래그 각 0〈θ〈5°의 범위내(예를 들면, 1°)에서 플랫 드래그(13)가 형성되어 있다. 이 플랫 드래그(13)의 폭(w){경사면(3)측에서 본 폭}은 0〈w≤1.5㎜의 범위(예를 들면, 0.5㎜)이다.

b) 이어서, 절삭공구(1)의 홀더에 대하여 설명한다.

도 5에 나타낸 바와 같이, 상기 절삭공구(1)를 유지하는 홀더(15)는 철강재료(예를 들면, JIS SCM440)로 이루어진 각주형상의 부재이고, 그 선단에는 절삭공구(1)를 부착하기 위한 부착부(17)가 형성되어 있다.

즉, 홀더(15)의 선단에는 절삭공구(1)의 형상으로 잘라낸 팁 시트(19)가 형성되어 있으며, 이 팁 시트(19)에 절삭공구(1)를 끼워넣은 상태에서 그 상측에 놓여지는 고정부재(27)를 나사(23)로 고정함으로써(도 5(b) 참조), 절삭공구(1)를 팁 시트(19)에 압압고정하는 것이다. 또한, 도 5(c)에는 고정부재(27)등을 도시하지 않았다.

상기 팁 시트(19)의 시트 면은 홀더(15)의 상면에 대하여 약간 경사져 있다. 따라서, 절삭공구(1)도 홀더(15)의 상면에 대하여 약간 경사지게 된다. 구체적으로는, 도 5(b)에 나타낸 바와 같이 홀더(15)의 선단측으로 앞 경사각(예를 들면, -6°)만큼 경사져 있고, 또 도 5(c)에 나타낸 바와 같이 홀더(15)의 횡방향으로 옆 경사각(예를 들면, -6°)만큼 경사져 있다. 따라서, 피삭재에 대하여 절삭날(5)을 예리하게 세울 수 있다.

특히, 본 실시예의 절삭공구(1)는 플랫 드래그 각(θ)이 0〈θ〈5°의 범위내에서 설정되어 있기 때문에, 이 절삭공구(1)를 홀더(15)의 팁 시트(19)에 고정하면, 플랫 드래그(13)는 피삭재의 가공면에 대하여 평행에 가까운 각도(0≤θ'〈5°)가 된다.

즉, 본 실시예에서는 절삭공구(1)를 홀더(15)에 부착할 경우에, 적어도 피삭재의 가공면에 대하여 플랫 드래그(13)가 음의 각도를 이루지 않도록 미리 절삭공구(1)에 플랫 드래그 각(θ)을 형성해 두는 것이다.

c) 이어서, 본 실시예의 절삭공구(1)의 제조방법에 대하여 설명한다.

경질재료로서 평균입경 1.0㎛이하의 주성분인 질화규소(Si₃N₄)분말(산소함유량 1.3wt%)을 99중량%, 평균입경 1.0㎛이하의 소결조제인 MgO, Al₂O₃, Y₂O₃, Yb₂O₃, Ce₂O₃, ZrO₂분말의 1종 이상(잔부)을 1중량% 칭량한다.

이어서, 상기한 바와 같이 칭량한 재료를 Si₃N₄제 볼, Si₃N₄제 내벽 포트를 사용하여, 에탄올 용매에 96시간 혼합하여 슬러리를 만든다.

이어서, 이 슬러리를 325메쉬의 체로 거르고, 에탄올 용해한 마이크로왁스계의 유기바인더를 5.0중량% 첨가하고서 분무건조한다.

이어서, 얻어진 조립분말을 ISO규격: CNGN433 형상이 되도록 프레스 성형한 후, 1기압으로 설정된 질소분위기하에서 절대온도 873도에서 60분간 가열하여 탈왁스한다.

이어서, 1차 소결을 한다. 이 1차 소결은 100∼300kPa로 설정된 질소분위기 하에서 절대온도 1973∼2173도에서 240분간 가열하여 소결하는 것이다.

이어서, HIP에 의해서 2차 소결하여 질화규소 소결체로 하는 이 2차 소결은, 10∼100MPa로 설정된 질소분위기하에서 절대온도 1973∼2023도에서 120분간 가열하여 소결하는 것이다.

이어서, 질화규소 소결체를 ISO규격: CNGN433 형상으로, 예를 들면 시판되고 있는 그라인더를 사용하여 연마가공하는데, 이 연마가공시에 상술한 형상으로 플랫 드래그(13)를 형성하는 것이다.

이와 같이, 본 실시예에서는 절삭공구(1)의 플랭크(9)측에 적당한 정도의 폭(w)을 가지는 플랫 드래그(13)가 노즈부(7)의 종단부(11)의 접선에서 내측을 향하여 형성되어 있기 때문에, 이 절삭공구(1)를 홀더(15)에 부착하여 절삭가공함으로써 피삭재의 가공면의 요철을 제거할 수 있다. 따라서, 가공면의 거칠기를 향상시킬 수 있고, 치수 정밀도도 높일 수 있다.

또, 본 실시예의 절삭공구(1)는 플랫 드래그(13)가 피삭재의 가공면에 대하여 과도하게 돌출되지 않기 때문에, 플랫 드래그의 폭의 유효활용에 의한 가공면 거칠기의 향상 및 치수 정밀도의 향상을 실현할 수 있다. 따라서, 공구의 수명이 길어지게 되고, 장시간 가동하는 것이 가능하다는 이점도 있다.

d) 이어서, 본 발명품의 절삭공구의 효과를 확인하기 위해서 실시한 실험예에 대하여 설명한다.

본 실험은 절삭공구의 수명을 측정한 것이다.

우선, 실험에 사용할 절삭공구로서 하기의 본 발명품 및 종래품의 절삭공구를 작성하였다.

·공구재질: ISO HC4

(Al₂O₃-TiC 세라믹)

·공구형상: ISO CNGN433 (플랫 드래그를 형성)

본 발명품: θ = 1°(홀더 부착전), w = 0.5㎜

θ'= +0.40°(홀더 부착시)

종래품 : θ = 0°(홀더 부착전), w = 0.5㎜

θ' = -0.6°(홀더 부착시)

·홀더형상: ISO CCLNR2525M43-S

(앞 경사각 = -6°, 옆 경사각 = -6°)

그리고, 하기의 가공조건하에서 다음과 같은 절삭테스트 ①, ②를 하였다.

① 외경(外徑)연속절삭을 하여, 표면 거칠기가 JIS 6.3㎛RZ로 악화될 때까지의 절삭거리를 측정하였다.

② 또, 이것과는 별도로 절삭거리가 2000m인 위치에서의 표면 거칠기를 측정하였다.

·피삭재 재질: ISO S45CL(고주파 담금질),

경도(HV) = 500∼750

·피삭재 형상: 외경 ψ50.0㎜ × 길이 200.0㎜

·절 삭 속 도: V = 200m/min

·이 송 량: f = 0.10㎜/rev

·절 삭 깊 이: d = 0.15㎜

·건 습: WET

상기 절삭테스트 ①의 결과, 본 발명품은 1개의 코너(노즈부)로 6000m의 절삭이 가능하였다. 이것에 대하여, 종래품은 1개의 코너로 3600m밖에 절삭할 수 없었다. 즉, 본 발명품은 공구의 수명이 길고, 장시간의 가동이 가능하였다.

또, 절삭테스트 ②의 결과, 본 발명품의 표면 거칠기는 2.5㎛로 우수하여 매우 적합하였다. 이것에 대하여, 종래품의 표면 거칠기는 4.7㎛로 거칠어서 바람직하지 않았다.

또한, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위내에서 각종의 형태로 실시할 수 있는 것은 물론이다.

예를 들면, 본 발명은 상기 실시예의 노즈각(경사면측에서 본 노즈각)을 가지는 마름모꼴의 절삭공구에 한정하지 않고, 이것보다도 노즈각이 큰 또는 노즈각이 작은 마름모꼴의 절삭공구에도 적용할 수 있다.

또, 직육면체 형상의 절삭공구나 삼각기둥 형상의 절삭공구 등, 각종 형상의 절삭공구에도 적용할 수 있는 것은 물론이다.

이상 상술한 바와 같이, 본 발명의 절삭공구는 노즈부의 종단부에 있어서의 접선에서 내측으로 플랫 드래그가 형성되어 있기 때문에, 이 절삭공구를 홀더에 부착하여 절삭가공함으로써 피삭재의 가공면의 요철을 제거할 수 있다. 따라서, 가공면의 거칠기를 향상시킬 수 있고, 치수 정밀도도 높일 수 있다.

또, 절삭공구를 홀더에 부착한 경우에는 플랫 드래그가 과도하게 피삭재의 가공면측으로 돌출되지 않기 때문에, 공구의 수명이 길어지게 되고, 장시간의 가동이 가능하다는 이점도 있다.

Claims

공구의 코너부의 노즈부에서 플랭크에 이르는 측에 플랫 드래그를 형성한 절삭공구에 있어서,

상기 노즈부의 종단부에 있어서의 접선에서 내측으로 상기 플랫 드래그를 형성한 것을 특징으로 하는 절삭공구.
청구항 1에 있어서,

상기 접선과 상기 플랫 드래그가 이루는 플랫 드래그 각(θ)을 0〈θ〈5°로 설정한 것을 특징으로 하는 절삭공구.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,

상기 플랫 드래그의 경사면측에서 본 폭(w)을 0〈w≤1.5㎜로 설정한 것을 특징으로 하는 절삭공구.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,

상기 플랫 드래그는, 경사면측에서 보았을 때, 외측으로 볼록한 곡선형상 또는 직선형상인 것을 특징으로 하는 절삭공구.
청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,

상기 절삭공구가 세라믹 또는 CBN으로 이루어진 것을 특징으로 하는 절삭공구.
청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,

상기 절삭공구가 네거티브 팁인 것을 특징으로 하는 절삭공구.
상기 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 기재된 절삭공구가 홀더에 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 홀더를 구비한 공구.
청구항 7에 있어서,

상기 절삭공구를 상기 홀더에 부착한 경우에, 상기 홀더의 경사각이 0°또는 음의 각도일 때에는 가공면에 대한 플랫 드래그의 각도(θ')가 0≤θ'〈5°인 것을 특징으로 하는 홀더를 구비한 공구.