KR20060105746A

KR20060105746A - 고 이송 정면 밀링을 위한 절삭 인서트

Info

Publication number: KR20060105746A
Application number: KR1020067007328A
Authority: KR
Inventors: 길레스 페스투; 진-룩 듀포; 다니엘 엑스. 팡; 데이비드 제이. 윌
Original assignee: 티디와이 인더스트리스, 인코포레이티드
Priority date: 2003-10-15
Filing date: 2004-10-05
Publication date: 2006-10-11
Also published as: CN1890044A; US9446460B2; US20100284753A1; DE602004010844D1; CZ20015U1; ES2297510T3; DK1689548T3; JP4603550B2; US7806634B2; WO2005039811A1; DE07115044T1; CN101491847B; US20070189864A1; EP1897643B3; PL1897643T3; CN101491847A; US20050084342A1; PT1897643E; CZ299732B6; EP1689548B1

Abstract

절삭 인서트(10)는 정면 밀링, 슬롯 밀링, 플런지 밀링 및 램핑 작업과 같은 밀링 작업용으로 사용된다. 절삭 인서트(10)는 선호되는 절삭 날 강도와 독특한 절삭 날의 형상의 조합물로 형성되며, 이로 인하여 상대적으로 빠른 이송 속도에서 밀링 작업이 가능하다. 절삭 인서트(10)는 4개 이상의 절삭 날(12)을 포함하고, 하나 이상의 절삭 날은 볼록한 절삭 날로 형성된다. 사각형 절삭 날의 특정 실시예는 노즈 코너(23)에 의하여 연결될 수 있는 4개의 볼록한 절삭 날을 포함한다. 볼록한 절삭 날은 하나 이상의 원형 호, 타원형의 부분, 포물선의 부분, 다수의 세그먼트로 구성되는 직선 라인 또는 이들의 조합물로 구성된다. 볼록한 절삭 날은 원형의 호를 포함하며, 원형의 호는 상부 표면에 내접될 수 있는 가장 큰 원의 반경에 2배 또는 그 이상 큰 반경을 가진다.

Description

고 이송 정면 밀링을 위한 절삭 인서트{CUTTING INSERT FOR HIGH FEED FACE MILLING}

본 발명은 절삭 인서트에 관한 것이다. 절삭 인서트는 선호되는 절삭 날의 강도와 독특한 절삭 날의 형상의 조합물로 형성되며, 이로 인하여 상대적으로 빠른 이송 속도에서 밀링 작업이 가능하며, 정면 밀링, 슬롯 밀링, 플런지 밀링 및 램핑 작업에서 유용하게 이용된다.

제작물로부터 금속을 제거하는 주요한 수단으로 구성되는 종래의 가공 방법은 칩 절삭(밀링, 드릴링, 터닝(turning), 브로칭(broaching), 리밍(reaming) 및 태핑(tapping))과 연마 가공(샌딩, 그라인딩 및 폴리싱과 같은)을 포함한다. 이러한 칩 절삭 과정, 정면 밀링은 제작품 상에서 일반적으로 편평한 표면을 제조하는데 이용될 수 있다. 외측 직경 또는 베벨 절삭 날이 대부분의 스톡(stock)을 제거함에도 불구하고, 편평한 제작품의 표면이 공구의 표면의 기능에 의하여 제조되기 때문에 정면 밀링 공구 또는 “정면 밀”로 불린다. 일반적인 적용에 있어서, 다수의 인서트를 포함하는 밀링 커터 공구는 밀링된 표면에 수직하게 위치된 축 상에서 스핀들(spindle)에 의하여 작동된다. ASM Handbook, Volume 16, "Machining" (ASM Intern. 1989) p.311.

밀링 커터 공구는 다양한 칩 두께를 가지는 칩들을 생산한다. 침 두께는 밀링 절삭 공구의 날에서 가해진 단위 길이당 최대 하중을 계산하는데 이용될 수 있다. 평균의 칩 두께는 이러한 계산에 있어서 일반적으로 이용된다. 평균 칩 두께는 동일한 재료의 이송률에 대하여 절삭 인서트의 리드각을 변화시키고, 계산되어질 수 있다. 4개의 동일한 절삭 날을 가진 실질적으로 사각형 형태의 인서트의 실시예에서, 상대적으로 큰 리드각으로 인해 가공을 하는 동안 상대적으로 큰 평균의 칩 두께가 형성되는 반면 상대적을 작은 리드각은 상대적으로 작은 평균의 두께를 형성한다. 인서트의 리드 각을 가진 평균 칩 두께의 변화는 도 1에 도시된다. 도 1은 90도, 75도 및 45도의 리드 각으로 가공하는 동일한 사각형 형태의 인서트의 비교물이 도시된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 리드 각이 도 1(a)에서의 45도로부터 도 1(b)의 75도, 도 1(c)의 90도로 증가됨에 따라, 평균 칩 두께(h_m)는 홀더의 날tooth) 당 이송량(feed)의 0.71배로부터 0.97 X(fz), fz로 증가된다. 특히, 밀링 커터 공구에서 사용된 선형의 절삭 날을 가진 임의의 다른 인서트 또는 사각형 형상의 절삭 인서트를 위한 칩의 두께는 방정식 hm = fz x sin (K) 를 이용하여 계산될 수 있으며, 여기서 hm은 평균 칩의 두께이며, K는 도 1에 도시된 방법으로 측정된 리드각이다.

또한 90도의 리드각이 이용될 때 도 1에 도시된 계획(scenario) 중 연결된 절삭 날의 길이가 가장 짧게 도시되며, 반면 45도의 리드각이 이용될 때 연결된 절삭 날의 길이가 가장 길게 도시된다. 이러한 것은 90도의 리드각을 이용하는 정면 밀링이 동일한 절삭 깊이에 대하여 45도의 리드각을 이용하는 것과는 대조적으로 단위 유닛 당 절삭 날에서 상대적으로 큰 하중, 즉 상대적으로 높은 부하가 형성되는 것을 의미한다. 단위 유닛 길이 당 절삭 날에서 제거된 하중의 장점으로 하중이 제거되어지며, 이로 인하여 밀링 작업 및 개선된 공구 수명에서 날 당 상대적으로 높은 이송 속도를 수용할 수 있다. 따라서, 연결된 절삭 날 상에서 평균 하중 부하(load stress)를 감소시키기 위하여 상대적으로 작은 리드각의 이용이 선호된다.

사각형 형태의 절삭 인서트는 강하고, 인덱스 표시(indexable)할 수 있으며, 다수의 절삭 날을 가지기 때문에, 상기 절삭 인서트는 일반적으로 정면 및 플런지 밀링에 사용된다. 4개의 절삭 날을 포함하거나 실질적으로 사각형의 형상을 가진 인서트는 미국 특허 제 5, 951 212호 및 미국 특허 제 5, 454, 670호에 공개되며, 출원 공개 번호 US2002/0095048호, 일본 참조 특허 제 08174327호 및 PCT 국제 줄원 제 WO96/35538호에 공개된다. 상기 참조 문헌에 공개된 인서트의 일반적인 특징은 4개의 직선 절삭 날과 각각의 절삭 날 하부에서 평면 또는 베벨 평면의 여유면의 조합물로 구성된다.

그러나 원형의 인서트가 가장 강한 절삭 날을 가지는 것으로 알려졌다. 추가적으로 원형의 인서트는 최대 코너 강도(maximal corner strength), 우수한 재료 제거 용량(good material removal capacity), 기계적인 충격 저항 및 열 분산(thermal distribution)의 선호되는 조합물을 제공한다. 따라서 원형 형태의 인서트는 절삭하기 어려운 재료, 강성 재료, 열 저항 제료, 티타늄, 등등을 포함하는 분야(application)과 같이 많은 가공 분야에서 종종 이용된다. 원형의 절삭 날을 이용하는 정면 밀링에 있어서, 리드각과 연결된 절삭 날의 크기는 도 2에 도시된 k와 같이 절삭의 깊이를 변화시킬 것이다. 원형 형태의 인서트에 의하여 제조된 평균 칩의 두께는 다음의 방정식(I)에 의하여 대략적으로 계산된다.

여기서 h_m은 평군 침두께이며, fz는 밀링 커터로부터 날 당 이송량이며, R은 원형 절삭 인서트의 반경이며, doc는 절삭 깊이를 나타낸다. 상기 방정식은 원형 형상의 인서트가 절삭될 때, 칩 두께가 절삭 깊이에 따라 변화되는 것을 나타낸다. 대조적으로, 원형 형상의 인서트 또는 선형 절삭 날을 가진 인서트를 이용하여 절삭을 할 때, 칩 두께는 리드 각이 동일하게(도 1) 형성된다면 절삭의 깊이를 변화시키지 않는다.

게다가, 동일한 절삭 깊이를 위하여, 원형 형태의 인서트의 상대적으로 큰 반경은 도 3에 도시된 바와 같이 제작물을 연결하는 절삭 날의 상대적으로 큰 부분에 항상 대응하며, 이로 인하여 절삭 날에서 단위 길이 당 평균 부하가 감소된다. 차례로, 질적인 손실없이 정면 밀링을 하는 동안 상대적으로 큰 이송률이 이용될 수 있다. 그러나 원형 형상의 절삭 인서트의 제한점은 상대적으로 큰 반경, 상대적으로 큰 인서트에 있다. 인서트의 크기로 인하여 종래 기술의 가공 분야에서 상당히 큰 반경의 원형 인서트에 의하여 제공된 장점을 이용하는 것은 상당히 어렵다.

따라서, 큰 리드각을 가진 정면 밀링에서 직면한 절삭 날의 하중 문제를 극복하기 위하여 정면 밀링 작업을 하는 동안 절삭 인서트의 동일하거나 상대적으로 긴 공구 수명을 유지시킴과 동시에 증가된 이송속도를 허용하는 개선된 형태의 절삭 날이 요구된다. 또한, 고속의 이송 속도와 선호되는 마모 특성을 허용하고, 다수의 절삭 날을 포함하는 사각형 형태의 인서트와 유사할 뿐만 아니라 선호되는 절삭 날의 강도를 나타내는 원형 형태의 인서트와 유사한 새로운 절삭 인서트가 요구된다.

전술한 요구 사항에 부합하기 위하여, 본 발명은 정면 밀링, 슬롯 밀링, 플러지 밀링 및 램핑 작업과 같은 밀링 작업을 위한 절삭 인서트를 제공한다. 절삭 인서트는 선호되는 절삭 날 강도와 독특한 절삭 날의 형상의 조합물로 형성되며, 이로 인하여 상대적으로 빠른 이송 속도에서 밀링 작업이 가능하다. 절삭 인서트는 4개 이상의 절삭 날을 포함하고, 하나 이상의 절삭 날은 볼록한 절삭 날로 형성된다. 사각형 절삭 날의 특정 실시예는 노즈 코너에 의하여 연결될 수 있는 4개의 볼록한 절삭 날을 포함한다. 볼록한 절삭 날은 하나 이상의 원형 호, 타원형의 부분, 포물선의 부분, 다수의 세그먼트로 구성되는 직선 라인 또는 이들의 조합물로 구성된다. 볼록한 절삭 날은 원형의 호를 포함하며, 원형의 호는 상부 표면에 내접될 수 있는 가장 큰 원의 반경에 2배 또는 그 이상 큰 반경을 가진다.

본 발명에 따르는 절삭 인서트의 실시예는 정면 밀링 인서트와 같은 형상으로 제조될 수 있다. 선형 절삭 날을 가진 종래 기술의 절삭 날에 대한, 본 발명에 따르는 절삭 인서트의 실시예에 따라 공급 속도 상당히 증가되고, 반경 방향의 절삭 력이 감소되며, 재료 제거의 증가율 및 절삭 인서트의 수명이 증가된다. 절삭 인서트의 실시예는 램핑, 플런징 및 슬롯팅과 같은 다른 밀링 작업에서 이용되도록 형성된다. 부가적으로 본 명세서에 공개된 커터 몸체의 특정 실시예는 볼록한 절삭 날을 가진 다양한 절삭 인서트를 수용하는 인서트 포켓을 포함하도록 구성된다. 상기 및 그 외의 장점들은 특정 실시예의 설명에 따라 명백해질 것이다.

도 1(a), 도 1(b) 및 도 1(c)는 일번적인 밀링 작업에서 선형의 절삭 날을 가진 사각형 형태의 절삭 인서트의 45도, 75도 및 90도의 리드 각에 대한 평균 칩 두께의 변화를 도시한 도면. (여기서 리드각은 인서트의 절삭 날로 인서트의 이동 방향으로부터 측정된다.)

도 2: 일반적인 밀링 작업에서 원형 형태의 절삭 인서트에 이용하기 위하여 다양한 절삭 깊이(depth of cut)에 대한 평균 리드 각의 변화를 도시한 도면.

도 3: 5mm 절삭 깊이의 밀링 작업에 대한 20 mm 직경을 가진 원형의 절삭 날과 80 mm 직경을 가진 원형 형상의 절삭 인서트 사이에서 연결된 절삭 날의 다양한 크기를 도시한 도면.

도 4 (a) 내지 (c): 본 발명에 따라 볼록한 절삭 날을 가진 절삭 인서트의 실시예를 도시한 도면.

도 5 (a) 내지 (d): 본 발명에 따라 절삭 인서트의 몇몇의 가능한 볼록 절삭 날을 도시한 도면.

도 6(a) 내지 (d): 4개 이상의 볼록한 절삭 날을 포함하는 본 발명의 절삭 공구를 준비하기 위하여 본 발명의 방법에 따르는 단계를 도시한 도.

도 7: 복수의 절삭 인서트를 지지하는 커터 몸체를 포함하는 밀링 커터 공구의 투시도.

도 8: 정면 밀링, 플런지 밀링, 슬롯 밀링 및 램핑을 위하여 제작물에 대한 절삭 인서트의 선형 운동을 나타내고, 커터 몸체의 축과 본 발명의 절삭 인서트의 절삭 날 사이의 상태를 나타내며, 절삭 인서트를 포함하는 커터 몸체의 확대된 하나의 포켓을 도시한 도.

도 9 (a): 22.5 mm 반경을 가진 원형의 호에 의하여 부분적으로 형성된 볼록한 절삭 날을 포함하는 본 발명의 절삭 인서트의 측면도 및 상면도이며, 도 9(b)는 55 mm 반경을 가진 원형의 호에 의하여 부분적으로 형성된 볼록한 절삭 날을 포함하는 본 발명의 절삭 인서트의 측면도 및 상면도.

도 10: 상부 표면에서 칩 브레이킹 형상을 포함하는 본 발명의 다른 실시예에 따르는 절삭 인서트의 상면도 및 측면도.

*부호 설명*

10: 절삭 인서트

12. 112: 절삭 날

13: 중앙 구멍

15: 상부 표면

17: 하부 표면

23: 노즈 코너

25: 절삭 날 영역

27, 29: 절삭 날 영역

130: 절삭 인서트

본 발명에 따르는 설명은 본 발명의 명확한 이해에 관한 요소들과 제한사항만을 설명하도록 단순화되어지며, 동시에 명확함을 위하여 그 외의 요소들은 제거된다. 본 발명의 설명에 따라 종래 기술의 당업자들은 본 발명을 구현하기 위하여 그 외의 요소 및/또는 제한 사항들이 선호된다는 것을 알 수 있을 것이다. 그러나 이러한 그 외의 요소 및/또는 제한 사항들은 본 발명을 명확히 이해하기 위하여 필요하지 않고, 본 발명의 설명에 따라 당업자들은 용이하게 알 수 있을 것이며, 이러한 요소 및 제한 사항의 설명은 본 명세서에서 제공되지 않을 것이다. 예를 들어, 상기 논의된 바와 같이, 본 명세서에 공개된 절삭 인서트의 실시예는 재료를 절삭하기 위한 그 외의 인서트와 정면 밀링 절삭 인서트의 형태로 제조될 수 있다. 상기와 같은 방법의 절삭 인서트는 종래 기술의 당업자들 사이에서 용이하게 제조될 수 있으며, 따라서 본 명세서에서는 상세하게 설명되지 않을 것이다. 추가적으로, 모든 기하학적 형상은 용어“실질적으로”에 의하여 변형되어지며, 상기 용어“실질적으로”는 형상이 인서트을 절삭하기 위한 제조 허용 공차와 전형적인 형상으로 제조되는 것을 의미한다.

게다가, 본 명세서에 따르는 발명의 특정 실시예는 정면 밀링 절삭 인서트의 형태로 공개된다. 그러나 본 발명은 본 명세서에 명백하고 특정적으로 설명되지 용도로 이용될 수 있으며, 이러한 형상으로 실시될 수 있을 것이다. 예를 들어, 종래 기술의 당업자들은 본 발명의 실시예가 제작물(work pieces)로부터 금속을 제거하는 그 외의 방법에 따르는 절삭 인서트와 같이 제조될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

본 발명의 특정 실시예에 따라서, 절삭 인서트(cutting insert)는 다양한 가 공 분야에서 이용되기에 적합한 사각형 형상의 인서트와 매우 큰 직경이 구비된 원형 형상의 인서트가 가지는 장점들의 조합을 제공한다. 본 발명의 그 외의 실시예에 관하여, 밀링 절삭 공구는 본 발명의 신규한 절삭 인서트의 실시예를 포함한다.

이러한 특징들은 곡률 반경의 호에 의하여 형성된 상대적으로 큰 절삭 날(cutting edge)을 가지는 절삭 인서트의 본 발명에 따르는 실시예에 의하여 제공되어 진다. 상기 절삭 인서트는 내접원의 직경에 의하여 측정되는 것과 같이 인서트의 전체 크기가 형성된다. 추가적으로, 본 발명의 실시예는 사각형, 마름모꼴 또는 그 외의 절삭 인서트 형상과 같은 4개 또는 그 이상의 측면을 가진 임의의 규격 절삭 인서트의 일반적인 형상이 구비된 절삭 인서트를 포함한다. 가장 간단한 형상에 있어서, 인서트의 상측면에서 내접원의 반경과 비교할 때, 볼록한 절삭 날은 상대적으로 큰 반경을 가진 원의 호로 형성된다. 호의 반경이 절삭 인서트의 상측 표면에 내접한 가장 큰 원의 두 배 또는 그 이상으로 형성된다면, 원의 호는 상대적으로 크게 형성되어 진다. 특정 실시예에 있어서, 호(arc)의 반경은 절삭 인서트의 상측 표면에 내접한 가장 큰 원의 반경에 5배 또는 그 이상으로 형성될 수 있으며, 특정의 분야를 위하여 호의 반경이 절삭 인서트의 상측 표면에 내접한 가장 큰 원의 반경에 10배 또는 그 이상으로 형성되도록 결과물은 개선될 수 있다. 처음에 볼록한 절삭 인서트는 원호를 포함하는 것과 같이 기술될 수 있지만 볼록한 절삭 날(볼록한 절삭 날)은 타원형의 부분, 포물선의 부분, 다수의 세그먼트 라인 커브, 직선 및 이들의 조합물 또한 포함할 수 있다.

그 결과, 굴곡진 절삭 날 상에 형성된 상대적으로 큰 곡률 반경과 같이 본 발명에 따르는 절삭 인서트의 실시예는 볼록한 절삭 날을 가질 수 있으며, 상대적으로 평활한(smooth) 절삭부와 상대적으로 얇은 조각(chip)을 만든다. 볼록한 절삭 날을 가진 절삭 인서트로 인하여 동일한 절삭 깊이에 대해서 선형의 절삭 날을 가진 종래 기술과 유사한 절삭 인서트보다 절삭 인서트에 대한 접촉(engagement)의 길이가 더 길게 제공된다. 이로 인하여 절삭 날의 길이 당 응력(stress)이 감소 되며, 역으로 정면 밀링 작업에서 사용되는 종래의 절삭 인서트와 비교하여 상대적으로 긴 인서트 수명을 가지며, 상대적으로 높은 공급 속도로 이용될 수 있다. 볼록한 절삭 날은 절삭 인서트의 하나 또는 그 이상의 절삭 날로 형성될 수 있다. 바람직하게, 모든 절삭 표면은 볼록한 날을 가지며, 이로 인하여 공구는 충분히 인덱스 표시된다(indexable).

본 발명에 따르는 절삭 인서트의 실시예에 의하여 제공된 그 외의 장점은 고 공급 정면 밀링 분야(high feed face milling application)에 추가적으로, 동일한 절삭 인서트가 플런지(plunge), 슬롯(slot) 및 램핑 밀링 분야(ramping milling application)에서 이용될 수 있도록 상대적으로 강하게(robustly) 구성된 사각형 형태의 인서트의 특징에 기초한다. 또한, 본 발명의 실시예에 따르는 커터 몸체부(cutter body)는 인서트 포켓(insert pocket)이 다양하고 볼록한 절삭 날의 절삭 인서트를 수용할 수 있도록 구성될 수 있다. 따라서 본 명세서에 따르는 절삭 인서 트의 실시예는 상대적으로 큰 반경을 가진 원형 형태의 절삭 인서트와 유사한 방법으로 실시되지만 4개의 볼록한 절삭 날을 가지는 일반적으로 사각형 형태의 절삭 인서트를 포함하는 본 발명의 실시예에서 보다 더 용도가 다양하다(versatile). 추가적으로, I각각의 볼록한 절삭 날은 몇몇의 영역(region)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제 1 영역은 상대적으로 큰 곡률 반경을 가진 굴곡진 절삭 날을 포함할 수 있다. 각각의 볼록한 절삭 날의 하나 또는 그 이상의 영역은 절삭 인서트의 상부 부분으로부터 도시된 바와 같이 실질적으로 직선 또는 선형의 절삭 날을 포함한다. 절삭 인서트에 형성된 볼록한 절삭 날 부분의 제 1 영역은 절삭 인서트의 측부 표면상에서 일반적으로 원뿔형의 틈새(clearance)(또는 부조(relief))가 형성될 수 있다. 종래 기술에 따르는 크기의 사각형 형태의 인서트와 상대적으로 큰 원형 형태의 인서트의 조합된 특징에 기초하여, 하기 논의된 방법은 본 발명의 절삭 인서트에 따르는 특정 실시예의 절삭 날의 형상을 안내하도록 이용되어 개선되어 진다.

특정 가공 분야에서 상대적으로 양각의 절삭 기능(positive cutting action)이 요구된다. 따라서 칩 브레이커 특징(chip breaker feature)은 본 명세서에 따르는 절삭 인서트의 실시예에 선택적으로 포함될 수 있다. 밀링 절삭 인서트의 상부 부분에서 칩 브레이커는 일반적으로 빌트-인 특징(built-in feature)을 가진다. 칩 브레이커는 정면 밀링 작업에서 상대적은 낮은 절삭 동력으로 양의 절삭 기능을 제공하기 위하여 요홈의 깊이, 갈퀴 각도(rake angle), 백월 랜드(backwall land) 및 요홈의 폭과 같은 특정의 기본적인 매개 변수에 대한 특징을 가진다.

부호 10으로 언급된 절삭 인서트의 실시예는 도 4에 도시된다. 절삭 인서트(10) 는 절삭 분야에서 적합한 다양한 재료들로 구성될 수 있다. 이러한 재료들은 종래 기술의 다른 재료들뿐만 아니라 알루미늄 산화물, 금속 산화물 텅스텐 산화물, 세라믹, 세멧(cemet)과 같은 강철, 금속 카바이드, 복합물과 같은 내마모성 재료를 포함한다.

부가적으로 재료는 특정 분야에서 절삭 인서트의 특성을 개선시키기 위하여 코팅되어 질 수 있다. 도 4(a)에 있어서, 절삭 인서트(10)의 실시예는 상부 표면(15)의 주변에 형성된 중앙 구멍(13), 상부 표면(15), 하부 표면(17) 및 4개의 동일한 절삭 날(12)로 형성된다. 도 4(b)는 상부 표면(15)에서 내려다본 점선으로 도시된 각각의 측면 표면(19)에 형성된 몇몇의 날과 하부 날(21)을 포함하는 절삭 인서트(10)의 상면도이다. 도 4(c)는 도 4(a)에서 화살표 A-A의 방향으로 절삭 인서트(10)을 도시한 측면 입면도이다. 도 4(a) 및 도 4(c)에 도시된 바와 같이, 인서트(10)의 각각의 측면 표면(19)은 하부 표면(17)의 주변 주위에 형성되고, 절삭 날(12)과 하부 날(21) 사이에 형성된 몇몇의 여유면(여유면)을 포함한다. 실시예에 있어서, 각각 4개의 볼록한 절삭 날(12)은 실질적으로 2개의 직선(즉 선형) 절삭 날 영역(27, 29)과 큰 곡률 반경을 가지는 굽은 절삭 날 영역(25)을 포함하는 몇몇의 영역으로 구성된다. 절삭 인서트(10)의 4개의 볼록한 절삭 날(12)은 노즈 코너(nose corner, 23)에 의하여 연결된다.

절삭 인서트(10)의 절삭 날(12)이 상기 몇몇의 영역을 포함함에도 불구하고, 본 발명에 따르는 절삭 인서트의 대안의 실시예는 절삭 인서트(10)의 절삭 날 영역(23, 25)과 같은 오직 노즈 반경(nose radius)과 큰 곡률 반경을 가지는 굽은 절삭 날 부분을 포함하는 4개의 동일한 절삭 날을 포함할 수 있으며, 여기서 큰 곡률 반경의 호는 노즈 코너(23)로부터 근접한 노즈 코너(23)까지 연장된다. 따라서 상기 실시예는 영역(27, 29)과 같은 것이 절삭 인서트(10)에 포함되는 것과 같이 하나 또는 그 이상의 실질적인 직선(즉 선형) 형상의 절삭 날 영역을 포함하지 않는다.

도 4의 절삭 인서트(10)로 되돌아가면, 절삭 인서트(10)에 형성된 절삭 날(12)의 각각의 영역은 인서트(10)의 측부 표면(19) 상에 별개의 여유면이 형성된다. 각각의 여유면은 인서트(10)의 절삭 날(12)로부터 하부 날(21)로 하부를 향하여 연장된다. 예를 들어, 도 4(a) 및 도 (c)에 도시된 바와 같이, 원뿔형의 여유면(26)은 노즈 반경(23)으로부터 하부를 향하여 연장되고, 원뿔형의 여유면(28)은 굽은 절삭 날(curved cuffing edge, 25)로부터 하부를 향하여 연장되며, 평면의 여유면(31)은 지 직선의 절삭 날(27)로부터 하부를 향하여 연장되며, 평면의 여유면(33)은 직선의 절삭 날(29)로부터 하부를 향하여 연장된다. 또한 절삭 인서트(10)는 여유면(28, 31, 33)이 인서트(10)의 하부 날(21)로 연장된 제 2 평면의 여유면(35)을 포함한다.

도 4의 실시예에 따라서, 실질적으로 사각형 형태의 절삭 인서트(10)는 4개의 볼록한 절삭 날(12)을 포함하고, 절삭 날(12)의 굽은 절삭 날 영역(25)은 절삭 인서트(10)의 상부 표면으로부터 도시된 바와 같이 상대적으로 큰 곡률 반경을 가진다. 상기 큰 곡률 반경은 인서트의 내접원의 호칭 반경(nominal radius)보다 상당히 큰 반경으로 형성되는 것이 선호된다. 그 뒤 굽은 절삭 날 영역(25)은 절삭 인서트(10)의 측부 표면(19) 상에 원뿔형의 여유면(28)이 형성된다.

따라서 본 발명에 따르는 절삭 인서트의 다양한 실시예가 구별되는 절삭 날 영역의 다양한 조합물을 포함한다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어 도 5는 본 발명에 따르는 인서트의 절삭 날의 다양한 형상이 도시된다. 도 5는 4개의 동일한 절삭 날(112)을 포함하는 실질적으로 사각형 형상의 절삭 인서트(110)가 도시되며, 절삭 인서트(110)는 노즈 반경 영역(114)과 볼록한 절삭 날 영역(116)을 포함한다.

인서트(110)의 절삭 날(112)는 선형의 영역이 존재하지 않는다. 도 5(b)는 4개의 동일하고 볼록한 절삭 날(122)을 포함하는 실질적으로 사각형 형상의 절삭 인서트(120)가 도시되며, 절삭 인서트(120)는 노즈 반경 영역(124), 하나의 실질적으로 선형 형상의 절삭 날 영역(126) 및 상대적으로 큰 곡률 반경을 가지는 굽은 절삭 날 영역(128)을 포함한다. 도 5(c)는 4개의 동일한 절삭 날(132)을 포함하는 실 질적으로 사각형 형상의 절삭 인서트(130)가 도시되며, 절삭 인서트(130)는 노즈 반경 영역(134), 2개의 근접한 선형 절삭 날 영역(135, 136) 및 상대적으로 큰 곡률 반경을 가지는 굽은 절삭 날 영역(138)을 포함한다. 도 5(d)는 4개의 동일한 절삭 날(142)을 포함하는 실질적으로 사각형 형상의 절삭 인서트(140)가 도시되며, 절삭 인서트(140)는 노즈 반경 영역(144), 3개의 근접한 선형 절삭 날 영역(144, 145, 146) 및 상대적으로 큰 곡률 반경을 가지는 굽은 절삭 날 영역(148)을 포함한다.

본 발명에 따르는 절삭 인서트의 특정 실시예는 수학적으로(mathematically) 기술된다. 예로서 도 6에 참조된다. 종래 기술에 공지된 바와 같이, 내접원(A)(즉 인서트 표면의 주변 내에서 가장 큰 반경 피팅의 원)의 직경은 일반적으로 절삭 인서트의 크기를 나타낸다.도 6(a)에 따라서, 직각 좌표계 X-Y의 원점(즉 (0,0))은 사각형(210)에 따라 도시된 절삭 인서트의 내부에서 내접원 A의 중심, 즉 CP로 가정된다. 내접원(A)의 방정식은 다음과 같이 나타낼 수 있다:(II):

X² + y² = R² (II)

여기서 R은 내접원 A의 반경이다.

본 발명에 따르는 절삭 인서트의 특정 실시예는 종래 기술에 따르는 크기로 형성되는 사각형 형상의 인서트의 특정 함수와 상대적으로 큰 원형 형상의 특정 함수(function)의 조합물로 형성되는 특유한 함수를 가진다. 실질적으로 사각형 형상을 가지는 인서트의 각각 4개의 절삭 날(212)은 상기 방정식에 의하여 결정될 수 있는 접점(P1, P2, P3 및 P4)에서 내접원 A에 직교하며, 내접원의 탄젠트 방정식에 의하여 다름과 같이 나타낼 수 있다.

P_ixX + P_iyY = R² (III)

여기서 iX_ix 와 P_iy는 접점(tangent point)의 X 및 Y 좌표이며, i= 1 내지 4이다. 사각형의 인서트는 원형 형태의 인서트가 절삭될 때 사용되는 커트(cut) M의 최대 깊이에 직접적으로 연관된 진각(lead angle)에 의하여 고정(set)된다. 도 6(a)에서 사각형(210)의 하측면이 점 P1(P1x, P1y)에서 내접원 A에 접한다면, P1x = R^*(sin a) 및 P1y = -R^*(cos a)로 나타난다. 점(P1x, P1y)을 방정식으로 대입하면, 도 6에서 사각형(210)의 하측면을 위한 방정식(IV)은 다음을 따른다.

여기서 a는 진각이다.

도 6에서, 사각형(210)의 남겨진 3개의 면을 정의하는 방정식은 동일한 방법으로 유도되며, 방정식 (V)-(VIII)에 따른다. 사각형의 각각의 측부를 나타내는 방정식은:

상기 방정식들은 커트의 최대 깊이에 대응하는 진각에 기초한다. 상대적으로 큰 곡률 반경을 가지는 굽은 절삭 날 영역을 가지는 인서트의 각각 4개의 절삭 날은 방정식 (V)-(VIII)에 의하여 형성된 사각형(210)에 의하여 한정될 것이다.

상기 방정식(V)-(V111)에 따라, 내접원 A보다 큰 반경을 가진 동일한 길이의 호는 각각의 점 P1 내지 P4에서 사각형(210)에 접하고, 사각형(210)의 각각의 측부에 제공된다. 4개의 동일하게 위치된 호(arc)는 호B1 내지 B4와 같이 도 6(a)에 도시된다. 절삭 인서트의 특정 실시예에 있어서, 각각 4개의 호B1 내지 B4의 현(chord)은 굽은 절삭 변부 영역을 형성하는 사각형(210)의 근접한 측부에 평행하게 형성된다. 도 6(a)에 따라서, 호B는 내접원 A의 반경보다 큰 곡률 반경을 가진다. 점선 Z는 점 Z'와 Z''에서 호 B1과 교차하고, 호 B1에 접한 사각형(210)의 측면에 평행하게 형성된다. 점 Z'과 점 Z''의 중간에 형성된 호 B1의 현 C1은 절삭 인서트의 굽은 절삭 날 영역(220)을 형성한다. 굽은 절삭 날 영역(220)의 상대적으 로 큰 곡률 반경은 굽은 절삭 날 영역(220)으로부터 호 B를 형성하는 곡률 반경의 중심점을 향하여 연장된 점선 R1과 R2에 의하여 표시된다. 호 B1의 곡률 반경의 거리가 연장되어 진다면, 점선 R1과 R2는 원 A의 중심점 CP을 훨씬 초과하는 점에서 만날 것이다. 상기 실시예로 인하여, 호 B1의 현 C1은 사각형(210)의 근접한 측면에 평행하고, 큰 곡률 반경을 가지도록 형성된 절삭 날 영역은 상기 방정식들에서 도시된 바와 같이 동일한 진각을 가진다. 이와 같은 경우, 본 명세서에서 제공된 절삭 인서트가 주요하게 정면 밀링에 사용된다면, 우수한 표면 마무리가 커터 몸체 축에 수직한 가공된 표면에서 보장되도록 호 B1의 좌측 하단부 점 Z1에서 접선은 커터 몸체 축에 수직하게 형성된다. 그 뒤, 도 6에 도시된 기하학적인 관계(geometric relationship)에 따라, 현 C1의 길이는 다음의 방정식(IX)에 도시된 바와 같이 진각과 커트의 최대 깊이의 함수로서 표현될 수 있다.

이 경우, 굽은 절삭 날 영역의 곡률 반경 Rb는 다음의 공식을 따른다.i

여기서 θ는 호의 중심각이다.

본 발명에 따르는 절삭 인서트의 특정 실시예의 설계 과정에서, 제 2 단계는 예를 들어 선형의 절삭 날 영역이 절삭 인서트의 축에 수직하고, 절삭 인서트의 굽은 절삭 날 영역을 형성하는 호의 좌측 하단부 점에 접하도록 제 2 영역이 절삭 날 에 부가된다. 제 2 단계는 도 6(b)에 의하여 도시되며, 여기서 동일한 길이의 제 1 선형 절삭 날 영역(214)은 각각의 굽은 절삭 날 영역(220)의 단부에 부가된다. 다음 단계에서 제 2 선형 절삭 날 영역은 각각의 절삭 날 상에서의 제 1 선형 절삭 날 영역(214)의 단부로 부가된다. 제 2 선형 절삭 날 영역(216)은 제 1 선형 절삭 날 영역에 대한 상대적으로 작은 각도로 고정될 수 있다. 이러한 단계는 도 6(c)에서 도시되며, 여기서 제 2선형 절삭 날 영역(216)은 각각의 절삭 날 상에서의 제 1 선형 절삭 날 영역(214)의 단부로 부가된다. 추가적인 단계로 노즈 코너가 절삭 인서트로 부가될 수 있다. 실시예에 있어서, 노즈 코너(218)는 각각의 노즈 코너(218)가 연결된 제 2 선형 절삭 날 영역(216)과 굽은 절삭 날 영역(220)에 접하고, 평활하게(smoothly) 연결된 동일한 반경을 각각 가진다. 상기 단계는 도 6(d)에 도시되며, 여기서 4개의 동일한 노즈 코너(218)는 절삭 인서트 면(cutting insert profile, 220)이 완비된다(complete).

도 6(b)에 도시된 완벽하게 볼록한 절삭 날(214, 216, 220)이 형성되고, 절삭 인서트의 측부 표면상에서 모든 여유면(즉 파세트, facet)이 형성된다. 도 4에 도시된 실시예에 있어서, 원뿔형의 여유면(28)(또는 relief)은 큰 곡률 반경을 가진 굽은 날 부분(25)의 하부에 형성될 수 있으며, 그 뒤 절삭 인서트(10)의 하부 날(21)로 연장된 평면의 여유면(planar clearance face, 35)에 의하여 연결될 수 있다. 상기 기술된 인서트의 각각의 굽은 절삭 날 상에서 큰 곡률 반경은 예를 들어 인서트 코너 상에서의 0.8 mm의 노즈 반경에 대조적인 볼록한 절삭 날의 굽은 절삭 날 부분 상에서의 55mm의 곡률 반경과 같이 인서트의 각각의 코너 상에서 노즈 반경(23) 보다 크게 형성된다. 평면의 파세트(planar facet, 33)는 직선의 날 부분(29)의 하부에 형성되며, 평면의 파세트(31)는 직선의 날 부분(27)의 하부에 형성되며, 이들은 절삭 인서트(10)에서 4개의 측부 표면 위에 위치한다. 파세트(33)는 절삭 축에 수직한 가공된 표면을 제조하는 절삭 파세트와 같은 기능을 하며, 동시에 파세트(31)는 절삭 방향을 따라 플런지 밀링을 위한 어프로치 각도(approach angle)와 같은 기능을 한다. 따라서 원뿔형의 여유면(26)은 노즈 코너(23)의 하부에 형성된다.

절삭 인서트(10)의 실시예와 같이 복수의 절삭 인서트는 도 7에 도시된 바와 같이 절삭 몸체(cutting body, 41)로 조립될 수 있으며, 절삭 인서트(10) 상에서 중앙 구멍(13)을 통하여 나사(43)에 의하여 포켓(42)으로 고정되게 위치될 수 있다. 커터는 가공하는 동안 제조된 칩의 배출(evacuate)을 돕는 플루트(flute, 44)를 포함할 수 있다.

도 8에 도시된 특정의 정면 밀링 이용 분야(face milling application)에 있어서, 직선 절삭 날(29)은 가공된 표면상에서 고 품질의 표면 마무리를 보장하기 위하여 절삭 축(46)에 수직하게 형성될 수 있다. 동일한 포켓이 동일한 크기의 다양하고 볼록한 절삭 날을 수용할 수 있고, 커터(46)의 축과 인서트(10)의 직선 절삭 날(29) 사이에서 수직한 상태를 유지시키도록 커터 몸체(41)가 구성된다. 도 9 에 있어서, 볼록한 절삭 날 상에서 2개의 크기가 큰 다른 곡률 반경을 가진 인서트 내접원의 6.35 mm 반경 또는 12.7 mm 직경을 가진 동일한 크기의 절삭 인서트의 실례가 도시되며, 즉 절삭 인서트(48)는 볼록한 절삭 날의 부분으로서 22.5 mm의 반경 커브(radius curve)를 가지며, 절삭 인서트(49)는 볼록한 절삭 날의 일 부분으로서 55 mm의 반경 커브를 가진다.

도 8에 도시된 바와 같이, 커터(41)는 도 8에 도시된 바와 같은 다수의 밀링 기능(페이싱(facing), 슬로팅(slotting), 램핑(ramping) 및 플런징(plunsing))을 수행하기 위하여 동일한 포켓에 위치된 동일한 인서트의 이용을 허용하도록 구성될 수 있다. 이는 절삭 작용이 커터 축(46)에 수직한 기계 가공된 표면을 따르는 방향에 따라 형성된다면, 인서트는 정면(face) 또는 슬롯 밀링 작동(operation)을 수행하고, 절삭 작용이 커터 축(46)에 평행한 방향을 따라 형성된다면, 절삭 인서트는 플런지 밀링 작동을 수행하며, 추가적으로 절삭 작용이 도 8에 도시된 바와 같이 가동된 시편의 표면으로 작은 각도를 따라 형성된다면, 램핑 작동을 수행하는 것을 의미한다.

본 발명에 제공된 절삭 인서트는 상부의 편평한 표면을 가지는 절삭 인서트에 제한되지 않으며, 뿐만 아니라 인서트 표면의 상부에서 칩 브레이커를 가지는 절삭 인서트에 제한되지 않는다. 도 10은 상부 표면(61)상에서 칩 브레이커를 가지는 본 발명에 제공된 절삭 인서트(61)의 형상이 도시된다. 이러한 칩 브레이커는 종래 기술에 따르는 다른 칩 브레이커의 특징뿐만 아니라 요홈의 깊이(62), 갈퀴 각도(63, rake angle), 백월(64), 랜드(65, land) 및 요홈의 폭(66)과 적어도 5개의 기본적인 매개 변수의 특징을 가진다. 칩 브레이커의 기능은 실시예로 구성되며, 본 발명의 절삭 인서트로 인하여 절삭 인서트 및 이와 관련된 커터는 다양한 작업 재료를 가공하는데 이용될 수 있다.

본 발명에 따르는 설명은 본 발명의 명확한 이해에 관한 요소들과 제한사항만을 설명하도록 단순화되어지며, 동시에 명확함을 위하여 그 외의 요소들은 제거된다. 본 발명의 설명에 따라 종래 기술의 당업자들은 본 발명을 구현하기 위하여 그 외의 요소 및/또는 제한 사항들이 선호된다는 것을 알 수 있을 것이다. 그러나 이러한 그 외의 요소 및/또는 제한 사항들은 본 발명을 명확히 이해하기 위하여 필요하지 않고, 본 발명의 설명에 따라 당업자들은 용이하게 알 수 있을 것이며, 이러한 요소 및 제한 사항의 설명은 본 명세서에서 제공되지 않을 것이다. 이러한 모든 변경과 수정은 전술한 설명와 뒤이은 청구항에 따라 구성된다.

Claims

절삭 인서트에 있어서, 상기 절삭 인서트는

상부 표면, 하부 표면 및 4개 이상의 볼록한 절삭 날을 포함하는 것을 특징으로 하는 절삭 인서트.
제 1 항에 있어서, 절삭 인서트는 4개의 볼록한 절삭 날을 가지는 것을 특징으로 하는 절삭 인서트.
제 2 항에 있어서, 절삭 인서트는 4개의 볼록한 절삭 날을 연결하는 4개의 노즈 코너(nose corner)를 포함하는 것을 특징으로 하는 절삭 인서트.
제 3 항에 있어서, 각각의 노즈 코너는 하나 이상의 원형 호, 시리즈를 구성하는 원형 호 및 다수의 세그먼트로 형성되는 스플라인 커브(spline curve)를 포함하는 것을 특징으로 하는 절삭 인서트.
제 1 항에 있어서, 볼록한 절삭 날은 원형의 호를 포함하는 것을 특징으로 하는 절삭 인서트.
제 2 항에 있어서, 하나 이상의 볼록한 절삭 날은 상부 표면상에서 내접할 수 있는 가장 큰 원의 2배 또는 그 이상의 반경을 가진 원형의 호를 포함하는 것을 특징으로 하는 절삭 인서트.
제 2 항에 있어서, 하나 이상의 볼록한 절삭 날은 상부 표면상에서 내접할 수 있는 가장 큰 원의 5배 또는 그 이상의 반경을 가진 원형의 호를 포함하는 것을 특징으로 하는 절삭 인서트.
제 2 항에 있어서, 볼록한 절삭 날은 상부 표면상에서 내접할 수 있는 가장 큰 원의 10배 또는 그 이상의 반경을 가진 원형의 호를 포함하는 것을 특징으로 하는 절삭 인서트.
제 5 항에 있어서, 볼록한 절삭 날은 하나 이상의 직선의 라인을 포함하는 것을 특징으로 하는 절삭 인서트.
제 6 항에 있어서, 볼록한 절삭 날은 2개의 직선의 라인을 포함하는 것을 특징으로 하는 절삭 인서트.
제 6 항에 있어서, 볼록한 절삭 날은 3개의 직선의 라인을 포함하는 것을 특징으로 하는 절삭 인서트.
제 1 항에 있어서, 볼록한 절삭 날은 하나 이상의 원형 호, 타원형의 부분, 포물선의 부분, 다수의 세그먼트로 구성되는 스플라인 커브 및 직선의 라인을 포함하는 것을 특징으로 하는 절삭 인서트.
제 12 항에 있어서, 볼록한 절삭 날을 연결하는 노즈 코너를 부가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 절삭 인서트.
제 1 항에 있어서, 상부 표면과 하부 표면 사이에 원뿔형의 여유면을 부가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 절삭 인서트.
제 1 항에 있어서, 상부 표면상에 칩 브레이킹 형상(chip breaking geometry)를 부가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 절삭 인서트.