KR20050089967A - 회전식 금속 절삭 공구 - Google Patents

Abstract

모든 개별 플루트(flute)가 상이한 나선각으로 원통형 공구 본체의 원주 둘레에 상이한 간격을 두고 배치된 플루트 구성을 지닌 회전식 엔드 밀이 개시되어 있다. 이들 플루트의 절단 엣지는 또한 공구의 회전 방향과 면한다.

Description

회전식 금속 절삭 공구{ROTARY METAL CUTTING TOOL}

본 발명은 일반적으로 회전식 엔드 밀 금속 절삭 공구에 관한 것으로, 보다 구체적으로 말하자면 사용시의 성능이 현저히 향상된 상기 기계 가공 공구의 특정 구성에 관한 것이다.

회전식 밀링 머신과 함께 사용하기 위한 다양한 엔드 밀이 공지되어 있고, 또한 이러한 엔드 밀이 사용되고 있다. 그러한 엔드 밀은 통상, 디자인에 따라 시계 방향 절삭 작업 또는 반시계 방향 절삭 작업과, 나선형 절삭 작업 및 센터 절삭 작업과, 모따기 작업 등에 사용된다. 통상, 이들 엔드 밀은 상이한 유형의 경화강과, 텅스텐 카바이드 인서트와 같은 텅스텐 카바이드로 구성되며, 절삭 단부에서의 모서리 반경, 테이퍼형 절삭 단부, 볼 형상의 절삭 단부, 톱니 모양과 같은 거친 밀링 작업을 위한 불규칙한 절삭 엣지 및 다른 엣지 형상와 같은 추가적인 구조적 특징이 부여된다. 또한, 이들 엔드 밀에는 보다 오래 마모에 견디도록 텅스텐 카바이드, 비결정질 다이아몬드 및 다양한 질화물 조성물과 같은 내마모성 피막이 마련된다. 또한, 기계 가공할 특정 금속의 상대적인 경도에 대하여 절삭 엣지의 반경 방향 레이크(rake)를 변동시키는, 나선형 절삭 플루트(flute)를 사용하는 엔드 밀이 알려져 있다. 이러한 방식으로, 보다 연질의 금속을 기계 가공하기 위해서는 통상 보다 높은 반경 방향 레이크를 사용하는 반면에, 보다 경질의 금속을 기계 가공하기 위해서는 보다 낮은 반경 방향 레이크를 사용한다.

미국 특허 제4,963,059호에는 회전 중심축을 지닌 회전식 엔드 밀 금속 절삭 공구가 개시되어 있다. 상기 절삭 공구는 생크(shank) 단부와 절삭 단부를 지닌 원통형 본체를 포함하며, 상기 절삭 단부는 그 원주 둘레에 2개가 한 쌍을 이뤄 동일한 간격으로 배치된 짝수개의 나선형 절삭 플루트를 포함한다. 상기 동일한 간격으로 배치된 나선형 절삭 플루트는 공구 본체용 회전축에 수직으로 배치되며, 상기 나선형 절삭 플루트의 적어도 하나는 다른 나선형 절삭 플루트의 나선각과 다른 나선각으로 배열된다고 한다. 상기 나선형 절삭 플루트 구조를 지닌 볼-노우즈 엔드 밀(ball-nose end mill)도 또한 상기 문헌에 개시되어 있다.

도 1은 본 발명에 따른 대표적인 시계 방향 절삭용 엔드 밀 구성의 측면도이다.

도 2는 도 1의 엔드 밀의 절삭 단부의 부분적인 단부도이다.

도 3은 공구 원주 둘레에 다른 간격으로 배치된 나선형 절삭 플루트를 도시하는 도 1 및 도 2의 단면을 그래픽적으로 도시한 도면이다.

본 발명은 매우 우수한 성능 장점을 나타내는 회전식 엔드 밀 절삭 공구를 위한 새로운 구성을 제공한다. 시판중인 몇몇 다른 엔드 밀과의 비교 시험에서, 본 발명의 엔드 밀 구성은 프로파일 절삭과 슬로팅 공정에 있어서 일관되게 우수하다는 것이 입증되었다. 본 발명의 공구 구성에 있어서, 강제(鋼製) 공작물을 가공할 때, 작동중에 공구의 속도가 보다 고속인 경우에 소음은 보다 작았으며, 알루미늄 공작물에서도 우수한 성능을 나타낼 것으로 예상된다.

따라서, 본 발명의 목적은 유사한 공구 구성보다 고속의 절삭 속도를 사용할 수 있는 개선된 엔드 밀 공구 구성을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 작동중에 보다 양호한 칩 유동으로 인하여 플루트가 막히는 것을 감소시키거나 또는 없앨 수 있는 신규의 엔드 밀 공구를 제공하는 것이다.

본 발명의 목적은 또한 공작물과 절삭 공구간의 접촉에 의해서 야기되는 소음을 현저히 감소시키는 엔드 밀 절삭 공구를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 기계 가공된 공작물 상에 개선된 표면 처리를 형성하는 엔드 밀 절삭 공구를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 본 발명의 공구 구성을 사용하여 가공 기계의 스핀들 마모를 감소시키는 것이다.

본 발명의 이들 목적 및 다른 목적은 생크 단부와 절삭 단부를 지닌 원통형 본체를 구비하는 엔드 밀 금속 절삭 공구에 의해 달성되며, 상기 절삭 단부는 그 원주 둘레에 서로로부터 불규칙한 간격을 두고 배치된 복수 개의 나선형 절삭 플루트를 포함하고, 상기 절삭 플루트 각각은 남아 있는 다른 절삭 플루트에 대하여 다른 나선각으로 배향된다. 바람직한 실시예에서, 본 발명의 공구 구성의 절삭 단부는 그 원주 둘레에 다른 간격으로 배치된 3개의 나선형 절삭 플루트를 사용하는데, 제1 나선형 절삭 플루트는 상기 원주 상에서 0 각도 위치에 배치되고, 제2 나선형 절삭 플루트는 상기 원주 상에서 120도의 각도로 배치되며, 제3 나선형 절삭 플루트는 상기 원주 상에서 240도의 각도로 배치된다. 상기 나선형 절삭 플루트는 또한 남아 있는 모든 절삭 플루트에 대하여 상이한 나선각으로 배향된다. 본 발명의 공구 구성의 다른 실시예에서, 짝수 개의 다양한 나선형 플루트와 마찬가지로 보다 많은 홀수 개의 나선형 플루트를 사용할 수 있다. 그러한 본 발명의 다른 공구 실시예에 있어서는, 단지 개별적인 플루트 부재에 있어서 상이한 나선각을 지니고 다른 간격으로 배치된 플루트에 대하여 전술한 구조적 특징의 조합을 유지해야 할 것이 요구된다.

도면을 참조하면, 도 1은 생크 단부(12)와 절삭 단부(14)를 지닌 본 발명의 엔드 밀(10)을 도시한다. 상기 공구 부재는 상기 도시된 공구의 생크 단부 상에 포함되는 유지 수단 또는 잠금 수단을 포함하지 않는데, 그 이유는 콜릿(collet) 또는 다른 홀더 장치를 사용하여 상기 공구를 기존의 밀링 머신에 고정하기 때문이다. 한편, 상기 용도로 도시되어 있는 공구의 생크 단부 상에 평탄한 오목부를 배치하는 것이 고려된다. 엔드 밀(10)의 생크 단부(12)는 기본적으로 원형 외주면을 갖는 원통형이다. 보다 많은 개수의 상기 나선형 절삭 플루트가 고려되지만, 엔드 밀(10)의 절삭 단부(14)는 3개의 나선형 절삭 플루트(18, 20, 22)를 포함한다. 상기 도시되어 있는 나선형 절삭 플루트의 랜드부(land)는 물리적인 크기가 동일하고, 도시되어 있는 공구 상의 상기 절삭 단부의 원주 둘레에서 서로로부터 상이한 간격으로 배열되어 있다. 그러한 공구 구성은 전체 길이가 3 인치, 직경이 0.50 인치, 절삭 단부의 길이가 1 인치가 되도록 결정되며, 플루트(18)는 생크 단부와의 결합 지점인 중심으로부터 약 1도 앞에 배치될 수 있고, 플루트(20)는 약 -121도 위치에 배치될 수 있으며, 플루트(22)는 약 -237도 위치에 있는 결합 지점에 배치될 수 있다. 상기 나선형 절삭 플루트는 상기 엔드 밀(1)의 원주부 둘레에서 나선형을 이루며, 각각의 플루트는 절삭 경로(26)와 면하는 절삭 엣지(24)를 구비한다. 또한, 플루트(18)는 상기 공구 부재를 위한 회전 중심축(28)에 대하여 약 38도의 나선각으로 배치된다. 플루트(20)는 이와 유사하게 35도의 나선각으로 배치되는 반면, 플루트(22)도 이와 유사하게 약 41도의 나선각으로 배치된다. 상기 도 1의 절삭 공구를 위한 도 2의 부분적인 단부도는 여기에서 사용하는 절삭 플루트의 원주에서의 간격 관계를 도시한다.

도 3은 상기 공구 부재의 절삭 단부에서의 길이 변화와 함께, 도시된 나선형 플루트(18, 20, 22)의 각(角)변위에서 발생하는 변화의 설명을 돕기 위한 도 1의 공구 구성의 단면에 대한 그래프이다. 상기 그래프(30)는 공구의 회전 중심축(28)에 수직인 0도 지점(32)과 상기 회전 경로에 있는 120도 지점(34) 및 240도 지점(36)을 나타내는 실선을 포함한다. 여기에서 설명하는 플루트 구성을 위한 상기 그래프(30)에 도시되어 있는 점선(38, 40, 42)은 상기 지점(32, 34, 36) 각각으로부터의 각변위를 나타낸다. 상기 점선은 도시되어 있는 공구 부재의 절삭 단부(14)의 최저 지점에 있는 개별적인 플루트(18, 20, 22)의 각변위를 도시한다. 보다 구체적으로 말하자면, 점선(38)은 그러한 최저 절삭 단부 위치에서의 플루트(18)의 중심이 1도 앞선 것을 나타낸다. 이와 유사하게, 점선(40)은 플루트(20)를 위한 -121도 위치를 나타내고, 남아있는 플루트(22)는 -237도 위치를 지니는 것이 도시되어 있다. 상기 플루트 구조에서 최저 단부 위치로부터 상방으로 0.1 인치의 거리에서, 각각의 각변위는 다시 +1도, -119.14도 및 -239.02도인 것이 확인된다. 또한, 0.2 인치의 높이 지점에서, 각변위는 각각 +1도, -117.28도 및 -241.04도이며, 0.3 인치의 높이 지점에서, 각변위는 각각 +1도, -115.42도 및 -243.06도인 것이 확인된다. 여기에서 설명하는 각변위는 공구의 크기 및 형상, 선택된 나선형 플루트의 개수 및 약 20도에서부터 약 60도까지 연장 가능한, 선택된 나선각에 따라 넓은 범위에 걸쳐 변동한다는 것을 이해할 것이다. 추가적으로, 본 발명의 공구 구성에서의 모든 나선형 플루트의 상이한 간격과 상이한 나선각에 대한 적절한 선택은 상기 엔드 밀을 위한 의도된 기계 가공 사용과 같은 다른 고려 사항에 의존한다는 것도 또한 이해할 것이다.

전술한 공구 부재에 대해서 비교를 위한 기계 가공 시험을 수행하였다. 경화강 공작물의 프로파일 및 슬롯 절삭에 있어서, 전술한 공구 부재의 성능을 상기 용도로 사용되는 2개의 시판중인 4개 플루트 커터의 절삭 성능과 비교하였다. 그러한 비교를 실시하는 데 있어서, 이들 엔드 밀은 변동하는 커터 이송 속도와, 3000 rpm의 절삭 속도로 작동되었다. 상기 시판중인 양자의 커터의 프로파일 절삭 수행시, 분당 24 인치의 이송 속도에서 작동하는 동안, 현저한 소음이 발생하였다. 본 발명의 공구 부재는 동일한 이송 속도뿐만 아니라 분당 40 및 45 인치의 보다 높은 이송 속도에서의 프로파일 절삭중에, 소음이 거의 발생하지 않았다. 또한, 이들 시험에서, 시판중인 양자의 커터에 의해 형성된 표면 처리에 비해 본 발명의 공구 부재에 의해 기계 가공된 공작물 상에 보다 양호한 표면 처리가 획득되었다. 이들 커터에 의한 슬롯 절삭 시험은 본 발명의 공구 부재와 비슷한 우수성을 나타내었다. 따라서, 시판중인 양자의 커터는 작동중에 현저한 소음이 발생하는 반면, 본 발명의 공구 부재는 상기 커터와 비교하였을 때, 동일한 커터 회전과 커터 이송 속도에서 소음이 거의 발생하지 않았다. 매우 고속의 공구 속도로 알루미늄 합금을 절삭하는 경우에는, 본 발명의 공구 부재에 의해 유사한 우수성이 획득되었다. 또한, 본 발명의 공구 부재는 미스트 윤활 조건하에서 칩을 잘 제거하여 공작물이 재절삭되거나 또는 공작물 상에 칩이 형성되는 일이 없다.

상이한 나선각을 지닌 본 발명의 공구 부재에 있어서, 플루트 요소가 상이한 간격으로 배치된 공구의 기하학적 형상이 밀링 작업중에 발생하게 되는 채터(chatter) 고조파를 해소하여, 통상의 작동 상태에서 일반적으로 발생하게 되는 절삭 소음을 감소시킨다. 종래의 엔드 밀의 기하학적 형상에 비해 개선된 작동으로 인하여 절삭 소음이 감소되고, 밀링 작업중에 공구 부재에 보다 큰 역학적 안정성이 부여된다. 본 발명의 공구의 기하학적 형상에 의해 달성되는 향상된 역학적 안정성은 앞의 비교 시험에서 전술한 바와 같이 향상된 절삭 생산성과 함께 안정한 작동에 의해 형성되는 보다 깊은 절삭 깊이를 허용해야 한다.

여기서는 본 발명의 대표적인 실시예를 설명했지만, 본 발명의 공구 구성의 또 다른 실시예도 또한 고려된다는 것을 이해해야 한다. 예컨대, 반시계 방향 절삭용 엔드 밀, 리머(reamer), 테이퍼형 엔드 밀 등은 향상된 절삭능을 지닌 본 발명의 공구의 기하학적 형상을 사용한다. 이와 마찬가지로, 홀수 개의 플루트 구성과 짝수 개의 플루트 구성 양자와 같이 전술한 것보다 많은 개수의 플루트 요소가 사용되어 유사한 장점을 지닐 수 있다. 결과적으로, 개시된 공구 구성에 있어서, 당업자에 의해 실시될 수 있는 모든 변형예는 여기에서 청구되는 본 발명의 사상과 범위 내에 속하는 것으로서 포함하고자 한다.

Claims (19)

1. 생크(shank) 단부와 절삭 단부를 지닌 원통형 본체를 구비하는 엔드 밀 금속 절삭 공구로서,

   상기 절삭 단부는 그 원주 둘레에 서로로부터 상이한 간격을 두고 배치된 복수 개의 나선형 절삭 플루트(flute)를 포함하고, 상기 나선형 절삭 플루트 각각은 다른 나선형 절삭 플루트에 대하여 상이한 나선각으로 배향된 것인 엔드 밀 금속 절삭 공구,
2. 제1항에 있어서, 홀수 개의 나선형 절삭 플루트를 갖는 것인 엔드 밀 금속 절삭 공구.
3. 제1항에 있어서, 짝수 개의 나선형 절삭 플루트를 갖는 것인 엔드 밀 금속 절삭 공구.
4. 제1항에 있어서, 상기 절삭 단부의 길이보다 긴 생크 단부를 구비하는 것인엔드 밀 금속 절삭 공구.
5. 제1항에 있어서, 상기 절삭 단부의 길이보다 짧은 생크 단부를 구비하는 것인 엔드 밀 금속 절삭 공구.
6. 제1항에 있어서, 상기 생크 단부의 각 단부에 절삭 단부와 함께 중간 생크 단부를 구비하는 것인 엔드 밀 금속 절삭 공구.
7. 제1항에 있어서, 볼 엔드 절삭 단부를 구비하는 것인 엔드 밀 금속 절삭 공구.
8. 제1항에 있어서, 상기 엔드 밀 금속 절삭 공구는 공작물에 거친 밀링 작업을 실시하기 위해, 불규칙한 절삭 엣지를 지닌 나선형 플루트를 구비하는 것인 엔드 밀 금속 절삭 공구.
9. 제8항에 있어서, 상기 절삭 엣지는 톱니형인 것인 엔드 밀 금속 절삭 공구.
10. 제1항에 있어서, 절삭부의 단부면이 절삭 단부에 모서리 반경을 포함하는 것인 엔드 밀 금속 절삭 공구.
11. 제1항에 있어서, 상기 절삭 플루트 상에 마련되는 반경 방향 레이크(rake)는 기계 가공될 금속의 상대적인 경도에 대하여 변동되는 것인 엔드 밀 금속 절삭 공구.
12. 제10항에 있어서, 보다 연질의 금속을 기계 가공하기 위해서 보다 높은 반경 방향 레이크가 제공되는 것인 엔드 밀 금속 절삭 공구.
13. 제11항에 있어서, 보다 경질의 금속을 기계 가공하기 위해서 보다 낮은 반경 방향 레이크가 제공되는 것인 엔드 밀 금속 절삭 공구.
14. 제8항에 있어서, 볼 엔드 절삭 단부를 구비하는 것인 엔드 밀 금속 절삭 공구.
15. 제1항에 있어서, 테이퍼형 외형을 갖는 것인 엔드 밀 금속 절삭 공구.
16. 제1항에 있어서, 상기 절삭 단부상에 내마모성 표면 피막을 구비하는 것인 엔드 밀 금속 절삭 공구.
17. 제1항에 있어서, 상기 생크 단부는 편평한 잠금부를 포함하는 것인 엔드 밀 금속 절삭 공구.
18. 생크 단부와 절삭 단부를 구비하는 원통형 금속 절삭 엔드 밀 공구로서,

    상기 절삭 단부는 그 원주 둘레에 상이한 간격으로 배치된 3개의 나선형 절삭 플루트를 구비하며, 제1 나선형 절삭 플루트는 상기 원주 상에서 0 각도 위치에 배치되고, 제2 나선형 절삭 플루트는 상기 원주 상에서 120도의 각도 위치로 테이퍼지고, 제3 나선형 절삭 플루트는 상기 원주 상에서 240도의 각도 위치로 배치되며, 상기 나선형 절삭 플루트는 또한 다른 나선형 절삭 플루트에 대하여 상이한 나선각으로 배향되는 것인 원통형 금속 절삭 엔드 밀 공구.
19. 제18항에 있어서, 상기 제1 나선형 절삭 플루트의 나선각은 약 38도이고, 상기 제2 나선형 절삭 플루트의 나선각은 약 35도이며, 상기 제3 나선형 절삭 플루트의 나선각은 약 41도인 것인 원통형 금속 절삭 엔드 밀 공구.