KR20010021012A

KR20010021012A - 내측 코너를 절삭하는 방법 및 그 공구

Info

Publication number: KR20010021012A
Application number: KR1020000034176A
Authority: KR
Inventors: 가또고우이찌; 이또다까마사; 엔도노부유끼; 사가라마꼬또
Original assignee: 추후제출; 도시바 기카이 가부시키가이샤
Priority date: 1999-06-22
Filing date: 2000-06-21
Publication date: 2001-03-15
Also published as: US6601484B1; JP3884884B2; TW460366B; KR100434156B1; JP2001009603A

Abstract

본 발명은 가공물의 내측 코너를 절삭하기 위해 설치된 공작 기계에 관한 것이다. 절삭 공구는 적어도 1개의 절삭단이 그 바닥에 형성된다. 작동 시에, 절삭 공구가 공작 기계에 의해 회전한다. 또한 절삭 공구와 가공물은 절삭공구의 외측 단부가 공작물의 내측 코너의 형상과 일치하는 이동 트랙을 그리도록 절삭 공구의 회전각에 따라 서로에 대해 상대 이동한다. 또한 절삭 공구는 회전하는 절삭 공구의 회전축의 방향을 따라 이동한다.

Description

내측 코너를 절삭하는 방법 및 그 공구{METHOD AND TOOL FOR CUTTING INSIDE CORNER}

본 발명은 내측 코너를 절삭하는 가공물의 내측 코너 절삭 방법 및 절삭 공구에 관한 것이다.

가공물의 내측 코너, 예를 들어 몰드의 다이홀 등의 가공물 포켓의 내측 코너를 절삭하기 위해서, 기계 가공의 회전 절삭 공구(예를 들면 주상 엔드밀) 또는 전기 방전 가공의 막대 전극, 와이어 전극이 일반적으로 사용된다.

엔드밀에 의한 포켓 절삭에서는, 공구의 반경보다 곡률 반경이 작은 내측 코너의 가공(코너 R의 가공)을 수행하기가 불가능하고, 따라서 내측 코너의 최소 곡률 반경보다 반경이 작은 엔드밀이 요구된다. 또한 포켓이 깊으면, 작은 직경의 길다란 공구를 필요로 하게 되므로, 공구 자체의 강성 부족 때문에 부적절한 절삭을 초래할 우려가 있다. 또한 엔드 밀링에서는 "핀각(pin angle)"이라 불리는 예각(예를 들어 90도)을 갖는 내측 코너를 가공하기 어렵다.

따라서 곡률 반경이 작은 내측 코너와 깊은 포켓을 가공하거나, 상기의 핀각을 가공할 때에는 절삭 공구를 사용하는 절삭보다는 전기 방전 가공이 일반적으로 사용된다. 그러나 전기 방전 가공은 기계 절삭 효율에 비해 작업성이 떨어져서 가공 비용의 상승을 야기하는 단점을 가지고 있다. 이러한 조건 하에서, 가공 소요 시간을 단축하는 관점에서도 전기 방전 가공을 불요로 하여 단일 공작 기구에 의해 모든 가공을 완료할 필요가 있다.

따라서 본 발명의 목적은 상기한 작업(즉, 곡률 반경이 작은 내측 코너와 깊은 포켓의 형성, 90도 등의 예각, 소위 "핀각"을 갖는 내측 코너의 형성)이 효과적으로 수행하는 절삭 방법과 상기 내측 코너 절삭 방법을 실현하는 절삭 공구를 제공하는 것이다.

도1은 본 발명의 내측 코너 절삭 방법을 사용한 공작 기계의 일실시예를 나타내는 사시도.

도2는 본 발명의 내측 코너 절삭 방법을 실현하기 위해 마련된 절삭 공구를 나타낸 것으로, 절삭 공구의 위아래가 바뀐 상태인 사시도.

도3은 본 발명의 내측 코너 절삭 방법을 실현하기 위해 마련된 절삭 공구의 저면도.

도4는 본 발명의 내측 코너 절삭 방법에 따라 라운드 코너(R)를 절삭하는 방법의 일실시예를 나타내는 평면도.

도5는 본 발명의 내측 코너 절삭 방법에 따라 핀각 코너를 절삭하는 방법의 일실시예를 나타내는 평면도.

도6은 본 발명의 내측 코너 절삭 방법에 따라 90도의 핀각 가공을 할 경우에 절삭 공구의 일련의 이동 트랙을 나타내는 설명도.

도7a는 수직면을 갖는 내측 코너에 절삭으로 라운드 코너를 형성한 일실시예를 나타내는 사시도이고, 도7b는 수직면을 갖는 내측 코너에 절삭으로 핀각을 형성한 일실시예를 나타내는 사시도.

도8은 경사면을 갖는 내측 코너의 절삭의 일실시예를 나타내는 사시도.

도9는 본 발명의 내측 코너 절삭 방법을 실현하기 위해 마련된 절삭 공구의 다른 예를 나타내는 저면도.

상기 과제를 달성하기 위해서, 본 발명은 다음과 같은 특징을 갖는 내측 코너 절삭 방법을 제공한다. 먼저, 본 방법에 사용되는 절삭 공구는 그 저부에 형성되는 적어도 1개의 절삭단을 갖고, 구동되어 회전한다. 절삭 공구와 가공될 가공물은 절삭 공구의 회전각에 따라 서로 상대 이동하여 절삭 공구의 외측 단부가 가공될 대상으로서의 가공물의 내측 코너의 형상과 일치하게 이동 트랙을 그린다. 또한 절삭 공구는 회전 절삭 공구의 회전축의 방향을 따라 이동한다. 본 명세서에서는 절삭 공구의 회전축이 절삭 공구의 회전 중심을 지나는 수직축과 일치한다.

상기 방법에 의하면, 절삭단을 갖는 절삭 공구가 사용된다. 이렇게 회전된 절삭 공구와 가공될 가공물은 절삭단의 외측 단부가 가공물의 내측 코너의 형상과 일치하게 이동 트랙을 그리면서, 또한 절삭 공구는 회전 절삭 공구의 회전축 방향을 따라 이격되도록 상대 이동한다. 따라서 공구의 강성을 충분히 유지하면서, 상기한 작업(즉 곡률 반경이 작은 내측 코너와 깊은 포켓의 형성, 90도 등의 예각, 소위 "핀각"을 갖는 내측 코너의 형성)이 절삭만으로도 효과적으로 수행될 수 있다.

절삭 공구와 가공물은 절삭 공구의 회전축을 교차하는 평면에서 서로에 대해 상대 이동하여도 좋다. 또한 절삭 공구와 가공물 간의 상대 이동이 절삭 공구의 전체 이동에 걸쳐서 회전축의 방향으로 고정 불변이어도 좋다.

상기한 방법에서, 내측 코너의 절삭 가공은 회전축과 교차하는 평면에서의 상대 운동이 절삭 공구의 회전축의 방향으로의 전체 이동에 걸쳐 고정 불변한 조건 하에서 수행된다. 이에 따라 R(라운드) 가공 및 "핀각" 가공이 수직면(즉 공구의 회전축에 평행한 표면)에 이어 내측 코너에 대하여 절삭 만으로 효과적으로 이루어질 수 있다.

또한 절삭 공구와 가공물 간의 상대 이동은 절삭 공구의 회전축 방향으로의 이동에 따라 변하여도 좋다.

이 경우 내측 코너의 절삭 가공은 회전축과 교차하는 평면에서의 상대 운동이 절삭 공구의 회전축의 방향으로의 전체 이동에 걸쳐 변하는 조건 하에서 수행된다. 이에 따라 R(라운드) 가공 및 "핀각" 가공이 수직면(즉 공구의 회전축에 평행한 표면)에 이어 내측 코너에 대하여 절삭 만으로 효과적으로 이루어질 수 있다.

상기한 방법에서는 공작 기계의 메인 스핀들에 착탈 가능하게 부착되어 회전하는 절삭 공구의 회전축에 대하여 회전하는 본체와 회전축으로부터 편향된 직선상에 배치되고 또한 본체의 저면에 고정되는 절삭단을 포함하는 절삭 공구를 사용하여도 좋다. 상기 절삭 공구를 사용함으로써 상기 방법이 효과적으로 실현될 수 있다.

상기 절삭 공구에 있어서, 본체의 저면은 평면시로 거의 다각형상으로 되어 있어도 좋다. 또한 절삭단은 다각형의 일변에 배치되어 다각형의 한 꼭지점으로부터 다른 꼭지점을 향해 연재하고, 그 길이가 다각형의 상기 일변의 길이의 대략 절반에 상당하여도 좋다. 본체의 저면이 절삭 공구의 회전 방향으로 절삭단의 후부에, "런오프(run off)"각으로 형성되어도 좋다. 상기 절삭 공구를 사용함으로써 상기 방법은 더욱 효과적으로 실현될 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예를 나타내는 첨부 도면을 참조한 상세한 설명과 후속의 청구항을 연구하면, 본 발명의 상기 및 다른 특징 및 이점이 더욱 분명해지며, 발명 자체도 보다 양호하게 이해될 것이다.

(실시예)

본 발명의 실시예를 도면을 참조하여 설명한다.

도1은 본 발명의 내측 코너 절삭 방법을 실현한 공작 기계를 나타낸다. 공작 기계는 베이스(70), X축 테이블(1), Y축 테이블(2), 스핀들 스톡(3) 및 메인 스핀들(4)을 갖는다. X축 테이블(1)은 X축 방향으로 베이스(70) 상의 가이드 레일(71)에 이동 가능하게 배치된다. Y축 테이블(2)은 Y축 방향으로 베이스(70)의 가이드 레일(72)에 이동 가능하게 배치된다. 스핀들 스톡(3)은 Z축 방향으로 베이스(70) 상의 가이드 레일(73)에 이동 가능하게 배치된다. 가공할 가공물(W)이 Y축 테이블(2)에 위치한다.

X축 테이블(1)은 X축 서보모터(5)에 의해 구동되는 피드 장치를 통해 X축 방향으로 이동한다. Y축 테이블(2)은 Y축 서보모터(7)에 의해 Y축 피드 장치(8)를 통해 Y축 방향으로 이동한다. 스핀들 스톡(3)은 Z축 서보모터(9)에 의해 구동되는 Z축 피드 장치(10)를 통해 Z축 방향으로 이동한다. X, Y, Z축의 각각의 서보모터(5, 7, 9)에는 각각 로터리 인코더(11, 12, 13)가 설치된다.

메인 스핀들(4)은 스핀들 모터(14)에 의해 구동된다. 스핀들 모터(14)에는 메인 스핀들(4)의 회전각을 검출하는 로터리 인코더(15)가 부착된다. 메인 스핀들(4)에는 절삭 공구(50)가 달려 있다.

본 실시예의 공작 기계는 수치 제어 장치(20)를 포함하는 수치 제어 공작 기계이다. 로터리 인코더(11, 12, 13, 15)로부터 위치 및 회전각에 대한 정보가 각각 수치 제어 장치(20)에 입력된다. 장치(20)는 스핀들 모터(14)에 의한 스핀들 모터(14)의 회전과 각각의 샤프트의 서보모터(5, 7, 9)의 작동을 소정의 가공 프로그램에 따라 제어한다.

도2 및 도3은 본 발명의 내측 코너 절삭 방법을 실행하는 데 사용되는 절삭 공구를 나타낸다. 도2는 저면이 위로 올라가도록 위아래가 바뀐 절삭 공구를 나타내고, 도3은 절삭 공구의 저면도이다.

본 발명의 절삭 공구는 기본적으로 다각형 바닥(삼각형, 사각형, 오각형 등)의 적어도 1변 또는 다각형 바닥의 1변의 주변에 절삭단을 갖는 회전식 절삭 공구이다. 도시한 바와 같이, 절삭 공구(50)는 정삼각형으로 된 저면(51)과, 저면(51)의 각각의 변에 형성된 3개의 절삭단(52, 53, 54)을 갖는 본체(50a)를 포함한다. 절삭단(52, 53, 54)은 절삭 공구(50)의 회전 방향으로 각각의 꼭지점(a, b, c)의 전방으로 연재하도록 형성되며, 각각 길이가 각 변의 거의 절반이다. 절삭 공구(50)의 회전 방향으로 저면(51)의 각각의 절삭단 후방으로는 각각 다른 절삭단을 향하여 "런오프"(즉 플랭크(55, 56, 57))가 소정의 각을 이루어 형성된다. 본 실시예에서는 절삭단(52, 53, 54)은 공구(50)의 축 방향으로 꼭지점(a, b, c)으로부터 연재하는 바깥 마루선(ridgeline)(52a, 53a, 54) 상에 형성된다.

절삭 공구(50)는 삼각형 저면(51)의 내심을 지나고 공구(50)의 축 방향으로 연재하는 주상(柱狀) 기둥(58)을 포함한다. 도시하지 않은 메인 스핀들(4)의 척에 고정되어 기둥(58) 또한 도2 및 도3의 반시계 방향으로 공구(50)의 축에 대하여 회전한다. 파쇄 홈(59)이 절삭단(52, 53, 54)의 인근(정면측)에 형성되어 절삭 칩을 파쇄한다. 파쇄 홈(59)은 방출된 절삭 칩을 안내하여 파쇄 홈(59)을 따라 쓸리게 함으로써 가공물(W)을 향하게 하는 작용을 한다. 이에 따라 절삭 칩이 가공물(W)과 접촉하여 파쇄된다. 또한 파쇄 홈(59)의 설치로 절삭단(52, 53, 54)의 노즈가 더욱 예리해진다. 따라서 절삭단에 예리한 노즈가 구비됨에 따라, 절삭 저항이 감소하게 되어 작업성이 향상된다. 따라서 파쇄 홈(59)을 갖는 절삭 공구(50)는 절삭 폭을 변경하는 본 발명의 절삭 방법에 적당하다. 파쇄 홈(59)은 가공물(W)의 재료에 따라 설치되기만 하면 된다.

절삭으로 가공물(W)의 포켓(P)에 내측 코너(i)를 형성할 필요가 있을 때, 먼저 메인 스핀들(4)에 의해 절삭 공구(50)를 회전시킨다.

다음에 절삭단(52, 53, 54)을 이루는 변을 포함하는 저면(51)의 각각의 꼭지점(a, b, c)이 차례로 가공물(W)의 내측 코너(i)의 외형과 일치하는 이동 트랙을 그리도록 다각형 저면(51)에 평행한 평면에서 가공물(W)을 절삭 공구(50)에 대하여 이동시킨다. 로터리 인코더(15)에 의해 검출된 절삭 공구(50)의 회전각에 따라 X축 서보모터(5)와 Y축 서보모터(7) 모두에 피드백 제어를 가함에 따라, X축 테이블(1)과 Y축 테이블(2)을 동기로 상호 구동하여 가공물(W)의 이동이 이루어진다. 일면의 가공을 마친 후에, 절삭 공구(50)를 Z축 서보모터(9)(Z축으로 피드)에 의해 공구의 중심축(앨리어스 회전축)을 따라 이동시켜 상기 일면보다 깊은 타면에서 가공물(W)을 상대 이동시킨다. 이러한 과정을 반복함으로써 가공물(W)에 깊이 있는 절삭을 실현함으로써 내측 코너(i)는 소정의 외형을 갖는다. 본 실시예에 나타낸 바와 같이, 공구(50)의 3개의 회전 절삭이 절삭단(52, 53, 54)에 의해 수행된다.

도6을 참조하여, 가공물(W)의 포켓(P)의 내측 코너(i)에서의 90도의 예리한 코너를 절삭하는 과정을 상세히 설명한다. 도6은 가공물(W)에 관한 절삭 공구(50)의 이동 트랙을 나타낸다.

먼저, 내측 코너 가공을 실시하고자 하는 가공물(W)은 엔드 밀링 등으로 미리 형성된 포켓(P)을 갖는다. 포켓(P)의 내측 코너(i)에는 라인(A), X축 및 Y축으로 둘러싸이고 내측 코너 가공으로 제거될 코너 지역이 존재한다.

복수의 정삼각형으로 나타낸 절삭 공구(50)의 회전에 따라, 꼭지점(a)은 X축 상의 각각의 점 x₁, x₂, x₃을 차례로 이동하고 이어서 점(O)(즉 X축과 Y축의 교차점)에 도달한다. 그 후 꼭지점(a)은 Y축 상의 각각의 점 y₁, y₂, y₃을 차례로 이동한다. 꼭지점(a)의 운동은 절삭 공구(50)의 중심(즉 회전축)이 가공물(W)에 대하여 상대적으로 이격된다. 꼭지점(a)이 점(y₁)에 도달하면, 회전 방향으로 꼭지점(a) 뒤의 꼭지점(c)은 점(x₁)에 도달함으로써 공구(50)의 일회전의 3분의1을 완성한다.

회전축의 이동 트랙을 도6의 알파벳Q로 나타낸다. 꼭지점(a)이 점 x₁, x₂, x₃, O, y₁, y₂및 y₃을 차례로 이동할 때, 공구(50)의 회전축은 점 qx₁, qx₂, qx₃, qO, qy₃, qy₂를 차례로 이동하여 최종적으로 점qy₁에 도달하다. 점qy₁은 점qx₁과 일치한다. 회전축은 공구(50)의 매3분의1 회전마다 트랙을 일순환한다.

이와 같이 하여 공구(50)의 매3분의1 회전으로 코너 지역은 소정 깊이로 절삭된다. 공구(50)의 3분의 1 회전을 완성한 후에, 회전축을 따라 소정 길이 이격된 다음, 공구(50)는 일단계에 의한 이전 평면보다 더 깊은 새로운 평면에서 3분의 1 회전을 한다. 상기와 같은 일련의 작업을 반복하여 소정 깊이를 갖는 내측 코너의 가공이 가공물(W)에 이루어질 수 있다.

즉 실시예의 절삭 가공이 내측 코너의 반경 허용치(R)에 제한 받지 않는 두꺼운 공구에 의해 달성될 수 있으므로, 깊은 포켓을 가공할 때 절삭 공구(50)의 충분치 못한 강성을 가질 우려가 없다.

절삭 공구(50)의 반경에 제한이 없는 상기한 절삭 방법에 의하면, 도4에 나타낸 작은 곡률 반경 R의 코너를 코너의 상기 반경(R)보다 큰 반경을 갖는 절삭 공구를 사용하여 절삭할 수 있고, 또한 다각형 저면(51)의 내각보다 큰 핀각을 갖는 코너를 가공할 수 있다. 즉 정삼각형으로 된 저면을 갖는 절삭 공구(50)에서 내각이 60도이므로, 도5에 나타낸 바와 같이 90도의 핀각을 갖는 코너를 절삭으로 제공할 수 있다.

상기한 절삭 가공에서, 절삭 공구(50)와 가공물(W)이 공구 바닥에 평행하게 상대 운동하게 하는 트랙이 절삭 이동하는 동안 항상 일정하여야 만, 도7a 및 도7b에 나타낸 바와 같은 각 수직면이 모이는 내측 코너에 상기한 라운디시(roundish) 가공과 앵귤러(angular) 가공을 수행할 수 있다.

또한 상기한 절삭 가공에서 공구 바닥과 평행하게 절삭 공구(50)와 가공물(W) 간에 상대 운동하게 하는 트랙이 절삭 이동에 따라 바뀌도록 함으로써, 도8에 나타낸 바와 같이 각 경사면이 모이는 곳에 있는 내측 코너에 가공을 수행할 수 있다.

가공물의 X축 및 Y축 양쪽 방향의 이동에 대하여, 2축 동기 제어 하에 이동이 되어야 한다. 반면 Z축(깊이 방향으로의 피드) 방향으로의 가공물의 이동에 대하여는, X 및 Y 양축의 이동을 동시에 제어하거나(즉 동기 제어), Z축 방향으로 절삭의 깊이를 단일하게 생성한 위에 X 및 Y 양축의 이동을 수행한다(즉 비동기 제어).

또한 본 발명의 절삭 방법에서 사용되는 절삭 공구는 상기한 다각형 저면을 갖는 절삭 공구(50)에 한정되니 않는다. 예를 들면 도9에 나타낸 바와 같이, 상기 절삭단을 이루는 분리 가능한 팁(62, 63, 64)이 설치된 공구체를 갖는 3엽 소모형 절삭 공구(60)를 사용하여도 좋다. 또한 2엽 또는 4엽 형상을 갖는 소모형 공구로 대체되어도 좋다.

상술한 설명은 개시된 절삭 방법 및 공구의 실시예의 일부이며, 본 발명의 정신 및 범주를 벗어나지 않고도 다양한 변경과 수정이 가능한 것이 당업자들에게 주지되어야 할 것이다.

따라서 본 발명에 의하면, 곡률 반경이 작은 내측 코너와 깊은 포켓의 형성, 90도 등의 예각,소위 "핀각"을 갖는 내측 코너의 형성을 효과적으로 수행하는 절삭 방법과 상기 내측 코너 절삭 방법을 실현하는 절삭 공구를 제공할 수 있다.

Claims

저부에 적어도 1개의 절삭단을 갖는 절삭 공구를 구동하여 회전시키는 단계와,

절삭 공구의 외측 단부가 가공물의 내측 코너의 외형과 일치하게 이동 트랙을 그리도록 절삭 공구의 회전각에 따라 절삭 공구와 가공물을 서로에 대하여 상대 이동시키는 단계와,

회전하는 절삭 공구의 회전축의 방향을 따라 절삭 공구를 이동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 가공물의 내측 코너 절삭 방법.
제1항에 있어서,

절삭 공구와 가공물은 절삭 공구의 회전축과 교차하는 평면에서 서로에 대하여 상대 이동하고,

절삭 공구와 가공물 간의 상기 상대 이동은 절삭 공구의 전체 이동에 걸쳐서 회전축의 방향으로 고정 불변한 것을 특징으로 하는 가공물의 내측 코너 절삭 방법.
제1항에 있어서,

절삭 공구와 가공물은 절삭 공구의 회전축과 교차하는 평면에서 서로에 대하여 상대 이동하고,

절삭 공구와 가공물 간의 상기 상대 이동은 절삭 공구의 이동에 따라서 회전축의 방향으로 변하는 것을 특징으로 하는 가공물의 내측 코너 절삭 방법.
공작 기계의 메인 스핀들에 착탈 가능하게 부착되어 회전하는 절삭 공구의 회전축에 대하여 회전하는 본체와,

회전축으로부터 편향된 직선 상에 배치되고, 또한 본체의 저면에 고정되는 적어도 1개의 절삭단을 포함하는 것을 특징으로 하는 공작 기계의 절삭 공구.
제4항에 있어서,

본체의 저면이 평면도로 보아 대략 다각형의 형상으로 되고,

절삭단이 다각형의 한 꼭지점으로부터 다른 꼭지점으로 연재하도록 다각형의 한변에 배치되고, 상기 절삭단은 길이가 다각형의 한변의 대략 절반에 상당하며,

저면이 절삭 공구의 회전 방향으로 절삭단 후방에 "런오프(run-off)"각을 갖는 것을 특징으로 하는 공작 기계의 절삭 공구.