KR20080108446A - 절삭 인서트 및 밀링 공구 - Google Patents

Abstract

본 발명은 마주보는 면들에 고리 형태로 배열되는 절삭 에지들을 갖는 베이스 플레이트를 포함하고, 상기 절삭 에지들은 인접한 양의 절삭각으로 하강하는 절삭면 영역(15)을 지나치도록 돌출되고, 상기 절삭 에지들 사이에 하나 또는 그 이상의 평면의 지지면이 제공되고, 결합 스크류를 수용하기 위한 중심 마운팅홀(12)을 포함하고, 적어도 하나의 원뿔대면(frustocone face:19)이 방사방향으로 내부로 경사지는 마운팅 홀(12)주위에 제공되어 상기 원뿔대면은 마운팅 홀(12)방향을 향하는 것을 특징으로 하는 절삭 인서트 특히 밀링 작업을 위한 절삭 인서트를 개시한다.

절삭 인서트

Description

절삭 인서트 및 밀링 공구{Cutting insert and milling tool}

본 발명은 절삭 인서트에 관한 것이고, 더 상세하게는 밀링작업을 위한 것으로 마주보는 면들에 고리 형태로 배열되는 절삭 에지들을 갖는 베이스 플레이트를 포함하고, 상기 절삭 에지들은 인접한 절삭면 영역(15)을 지나치도록 돌출되고 양의 절삭각으로 하강하며, 상기 절삭 에지들 사이에 하나 또는 그 이상의 평면의 지지면이 제공되고, 결합 스크류를 수용하기 위한 중심 마운팅홀(12)을 포함한다.

본 발명은 또한 밀링 공구에 관한 것으로 상세하게는 정면 밀링 공구(face milling tool)에 관한 것이고, 복수의 시트(seat)를 구비하는 공구 홀더를 포함하며 각각 시트들은 일 지지면과 측면 접촉면들을 구비한다.

미국 특허 US4189264는 공구 홀더를 갖는 절삭 공구를 개시하고 있고, 그 홀더의 시트는, 하나의 지지면과 측면 접촉면들을 갖고, 시트에는 하나의 기판 및 하나의 인덱서블 플레이트(indexable plate)가 배치되고, 인덱서블 플레이트는 절삭 에지에서 그것을 둘러싸는 인접한 절삭 에지 영역(cutting edge areas)이 상승된 것과 비교하여 두 개의 절삭면에 낮아진 중심 영역을 포함한다. 상술한 평면의 낮아진 중심 영역 표면은 플레이트형의 칩 브레이커(chip breaker)의 지지면에 적용될 수 있는데 그 끝에서 암(arm)이 제공되어 연장되어 내부팁을 지나치도록 연장되 고 공구 홀더에 부착된다. 절삭 에지에 인접한 절삭 면 영역의 둑 형태의 선별된 배치는 단점을 갖는다. 즉 용이한 칩제거를 위한 요구, 안전한 절삭 조절 및 안정적인 절삭 에지 및 절삭 모서리가 제한적으로만 이루어진다. 기판은 그 모서리에 고리 형태로 배열된 시트들을 포함하고 그 깊이는 평면의 중심 영역에서 절삭 에지 평면에 이르는 거리보다 커서 결합된 상태에서 기판의 상승된 중심 영역은 인서트 팁의 마주보는 중심 영역에 대하여 지지면으로 작용한다. 기판 및 인서트 팁은 각각 중심이 관통하는 관통공이 구비되고 스크류가 이에 삽입된다. 기판 및 인서트 팁의 끝은 서로 접한다.

국제특허 WO 1994/015741은 인덱서블 플레이트가 배치되는 공구 홀더안에 플레이트 시트를 구비하는 절삭 공구를 개시한다. 마주보는 절삭면들에서 인덱서블 플레이트는 칩-형성 그루브 또는 양의 절삭각의 경사면들을 갖고 절삭 에지에 평행하게 형성된다. 즉시 사용하지 않는 절삭 에지를 보호하기 위하여 인덱서블 플레이트는 각 모서리의 영역에 그루브를 갖고 그루브는 기판의 바닥에 상승된 돌출부에 대응한다. 인덱서블 플레이트가 체결 수단에 의하여 기판에 결합된 상태에서 돌출부 및 그루브는 서로 대응되도록 배치되어야 하고 불사용의 절삭 에지가 기판으로부터 일정 간격을 두고 놓임으로 인하여 지지 기능을 수행하여야 한다. 이러한 배열의 단점은 대응하는 그루브에 대하여 기판의 상부에서 돌출부의 정확성이 요구되는 점인데 그렇지 않으면 인덱서블 플레이트가 원하는 표준 규격으로 결합되지 않기 때문이다. 세 개 이상의 면을 갖는 다각형의 인덱서블 플레이트에는 특별한 어려움이 있는데 이는 불규칙한 치수가 있게 되면 명확히 정의된 시트가 기판 위의 인덱서블 플레이트에 대하여 제공되기 어렵기 때문이다.

그러므로 유럽 특허 DE 19653921은 안전하고 안정적이고 재현성이 있는 공구 홀더의 절삭 플레이트 시트를 제조하고자 하는 목적을 갖는데, 선택적으로 영구적이고 반복적으로 재사용이 가능한 기판을 가질 수 있고, 여기서 공구는 결합 시스템의 오염으로부터 안전하도록 보호해야 한다. 바람직하게는 사용되는 절삭 인서트는 양면 형태에 사용되는 인덱서블 플레이트로서 구체화되어야 한다. 이러한 목적을 달성하기 위하여 이러한 문헌은 공구 홀더 자체의 지지면 또는 기판의 면의 형태의 지지면이 상승된 베어링 영역(bearing area)를 형성하기 위한 연속적으로 폐쇄된 상승된 면을 형성하고 여기서 상승된 베어링 영역은 인덱서블 플레이트의 자유로운 공간의 평면에 의하여 정의되는 평면으로부터 방사상으로 간격을 두고 끝나는 것을 제안한다. 베어링 영역으로부터의 거리는 평평한 영역에서 절삭 에지까지의 거리보다 크거나 허용 오차 범위 내에서 같아야 한다. 지지면의 폐쇄된 배치에 의하여 명세서는 각각의 돌출부 및/또는 관통공에 대한 제조에서의 정확성에 관한 장점을 수행하려고 한다. 그러나 지지면의 그라인딩은 소결후 추가적인 공정이 요구되고 그것은 절삭 인서트의 제조 원가측면에서 부정적 효과를 갖고 절삭 공정의 수익성이 감소한다. 접촉부 또는/및 지지면의 표면 그라인딩을 생략하는 것은 원리적으로 가능하다. 그러나 소결 공정의 결과로 표면에서의 불규칙성을 고려하여야 한다. 지지면은 덜 평평하게 되어 홀더에서 인덱서블 플레이트로서 구현된 절삭 인서트의 지지력이 약화된다.

절삭 인서트가 사용되는 절단 작업에서 생산성을 증가하기 위하여 즉 제조 원가를 감소하기 위하여 절삭 인서트의 생산 비용은 가능하면 낮아야 한다. 그러므로 밀링을 위하여 인덱서블(indexable) 플레이트를 사용할 때 각 절삭 인서트의 유용성을 가능한 크게 하는 것이 중요하다. 동시에 칩제거 능력이 최적화되어야 한다. 즉 절삭 인서트는 그 절삭 에지(cutting edge)에 맞추어 배치되어야 하고 선택적으로는 그 절삭 형태의 기하학적 구조에 맞추어 배치되어서 최고 속도의 용이한 칩제거가 보장될 수 있다. 종래 발명에 의하면 양면 다각형 인덱서블 플레이트(double-sided polygonal indexable plate)를 사용하면 많은 유효 절삭 에지가 각 인덱서블 플레이트마다 제공될 수 있다. 그러므로 예를들면 양 면에 형성된 육각형의 인덱서블 플레이트들은 총 12개의 유효 절삭 에지를 갖는다.

가능하면 매끄러운 절삭을 위하여 양(positive)의 절삭 각도(cutting angle)가 유용하다. 양면 인덱서블 플레이트의 경우에는 절삭 에지가 절삭면을 지나서 돌출되게 한다. 공구에 인덱서블 플레이트를 배치하기 위하여 홀더는 절삭 에지의 영역에서 노출되어야 하고 인덱서블 플레이트는 충분한 지지면을 가져야 하고, 지지면은 가능하면 평평해야 하는데 그렇지 않으면 공구에서 절삭 인서트의 지지력이 부족해지거나 절삭 에지에 과부하가 걸리고 결국 에지는 파손되어 수명이 감소한다. 상술한 타입의 플레이트의 사용은 고가라는 사실을 제외하고도 이러한 플레이트는 제한적인 범위에서만 위에서 언급한 단점들을 제거할 수 있다.

본 발명의 목적은 안전하고 안정적인 절삭 인서트의 설치를 가능하게 하는 다수의 유효 절삭 에지를 갖는 양면 인덱서블 플레이트를 제조하는 것으로 이것은 양면 타입에서 유용하고 기판 플레이트의 사용이 없는 공구 홀더에서 유용하다. 또한 이러한 절삭 인서트는 저비용으로 생산이 가능해야 한다.

본 발명의 또 다른 목적은 상술한 요구를 만족하는 밀링 공구를 제공하는 것이다.

이러한 목적은 청구항 1에 관한 절삭 인서트에 의하여 수행된다. 본 발명에 따르면 절삭 인서트는 적어도 하나의 원뿔대면(frustocone face)이 방사방향으로 내부로 경사지는 마운팅 홀주위에 제공되어 원뿔대면은 마운팅 홀 방향을 향하는 것을 특징으로 한다. 이러한 절삭 인서트의 장점은 상술한 경사 영역에 의하여 절삭 인서트의 소결 불규칙성이 마운팅 스크류를 조이는 것에 의하여 보정되어서 양면 절삭 인서트가 안전하고 안정적으로 공구 홀더에 배치되는 것이다.

추가적인 장점의 실시예는 종속항에 설명된다.

경사지는 각 즉 절삭 인서트의 마주보는 면에서 지지면과 평행한 원뿔대면에 의하여 형성되는 각으로 이해되는 각은 비교적 작고 바람직하게는 0.1˚≤a≤2˚이고, 특히 바람직하게는 0.3˚≤a≤0.35˚이다. 실제 실험에서 이러한 수치로 인하여 소결 불규칙성이 마운팅 스크류의 조임에 의하여 보완된다.

또 다른 실시예에 따르면 원뿔대면은 고리 형상을 갖거나, 상기 원뿔대면들이 링을 형성하여 바람직하게는 그루브들에 의하여 서로 분리된다. 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면 그루브는 별 형태(중앙의 마운팅 홀에 대하여)로 배치되고, 바람직하게는 각각 같은 각 공간의 간격(angular spacing)을 가질 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면 추가적인 평탄 지지면이 원뿔대면에 인접하도록(약간 경사지게) 특히 칩면(chip face:15)들 사이에 양의 절삭각의 크기로 하강하고 원뿔대면들 또는 고리 형태의 하나의 원뿔대면 사이에 제공된다. 마주보는 면들의 지지면들은 서로 평행하다. 바람직하게 인접한 지지면들은 각각 그루브에 의하여 분리될 수 있다. n-각형 인덱서블 플레이트의 경우에 지지면은 내부 측면에서 원호에 의하여 형성되고 외측면에서는 직선에 의하여 형성될 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면 그루브가 지지면들과 하강 칩면들 사이에 배치될 수 있다. 그루브와 함께 절삭 에지에 이어 칩 제거면의 양의 배향은, 충분히 긴 칩면을 고려하여, 통과하는 칩이 지지면과 접촉하지 않도록 하여서, 절삭 인서트를 회전한 후에 결합시의 부정확성을 야기할 수 있는 퇴적물을 효과적으로 방지할 수 있다.

바람직하게는 절삭 인서트는 중심 마운팅홀을 관통하여 절단한 단면에 대하여 거울 대칭의 형태를 가질 수 있어서 회전후에 각각의 지지면과 원뿔대면들이 같은 점에서 존재할 수 있다.

특별히 본 발명에 관한 절삭 인서트는 다각형일 수 있고 예를들면 상부로부터 보았을 때 육각형이고 바람직하게는 회전 대칭일 수 있다. 그러므로 절삭 인서트는 여섯 개의 절삭 모퉁이와 여섯 개의 동일한 길이의 절삭 에지를 포함하는데 각 에지쌍들은 절삭 모퉁이를 형성한다.

종래 기술로부터 알 수 있듯이 오목한 부분은 마운팅 홀 주변에 제공되어 결합 스크류가 설치 시 중앙을 향하도록 한다.

본 발명에 있어서 그루브는 평면의 그루브 마루(groove floor) 및/또는 각 면에 적어도 하나의 하강 측면(descending flank)을 포함할 수 있다. 하강 측면은 그루브의 측면을 의미하는 것으로 그루브 마루에 대하여 90˚이상의 각을 형성하는 것을 말한다. 이러한 하강 측면의 천이 영역과 각각의 베어링 또는 원뿔대면 또는 칩면들에는 그루브 측면에 대한 외측 모서리가 둥글게 형성될 수 있다.

본 발명의 목적은 청구항 11의 밀링 공구에 의하여 수행될 수 있다. 이러한 밀링 공구는 하나 이상의 시트(seat)를 구비하는 공구 홀더를 포함하고, 각 시트는 하나의 지지면과 측면 접촉면을 구비하고, 전술한 절삭 인서트가 시트에 결합한다. 절삭 인서트는 시트에 바로 결합하거나 카세트를 이용하여 간접적으로 결합할 수 있다.

도 1은 본 발명에 관한 절삭 인서트를 개략적으로 도시한 평면도이다.

도 2는 도 1에 관한 절삭 인서트를 개략적으로 도시한 측면도이다.

도 3은 도 1 및 도 2의 절삭 인서트를 도시한 사시도이다.

도 4는 도 3의 B의 확대도이다.

도 5는 7개의 절삭 인서트를 갖는 정면 밀러(face miller)를 도시한 평면도이다.

도 6은 도 5에 관한 정면 밀러의 측면도이다.

도 7은 도 5 및 도 6의 밀러의 측면도이다.

도 1 내지 도 3에 도시된 절삭 인서트(10)는 도 2에 도시된 세로 중심 평 면(11)에 대하여 거울 대칭(miror symmetric)이고 마운팅홀(mounting hole)을 통하여 수직 방향으로 관통한다. 또한 도 1 및 도 3으로부터 알 수 있는 것과 같이 절삭 인서트(10)는 또한 관통 중심축(13)을 중심으로 회전 대칭형태로 형성되고 본실시예에서 이 축에 대하여 60˚회전하면 동일한 형태가 된다. 절삭 인서트는 여섯 개의 절삭 에지를 갖고, 각각 두개의 인접한 절삭 에지는 절삭 모퉁이를 형성한다. 본 실시예에서 절삭 모퉁이(14)들은 둥글지 않고 다각형이다. 즉 직선의 형태의 각각의 에지 영역에 의하여 형성된다. 하강 칩면(descending chip faces:15)은 각각의 절삭 에지 및 절삭 모퉁이로부터 연장되고 바람직하게는 같은 양의 칩 각(positive chip angle)을 갖도록 배치되고 위치와 형태에 상관 없이 15에 대하여 균일하게 배치된다. 절삭 인서트는 그루브(17)에 의하여 하강 칩면(descending chip faces:15)과 분리되는 평탄 지지면(flat support surface:16)을 포함한다. 이 그루브(17)는 양 쪽에 비스듬한 각으로 상승하는 그루브 측면(groove flanks) 및 평평한 그루브 마루(groove floor)를 포함한다. 선택적으로 그루브는 서로 180˚이하로 경사지는 다수의 그루브 측면을 포함할 수도 있다. 또한 면(16)과 면(17)사이에 볼록한 천이 영역 또는 그루브의 하부에 오목한 천이 영역이 생성될 수 있다.

맞은 편의 평탄 지지면(16)들은 동일한 외곽을 갖는 면(16)들이고 전술한 지지면(16)과 평행한 외곽을 갖는다. 각 측면(18)에 수직한 상술한 평탄 지지면(16)들간에는 원뿔대면(frustocone faces:19)이 링 분할 형태로 형성되고 및 마운팅홀(12)의 챔퍼(chamfer)로 연장된다. 이 원뿔대면(frustocone faces:19) 지지면(16)에 0.32˚의 각으로 향하고 방사상으로 내부로 경사진다. 즉 마운팅 홀(12) 방향으로 경사진다. 분할 링 형태의 원뿔대면들간에 그루브(21)가 배치되고, 그루브(21)는 절삭 에지에 인접한 하강 칩면으로 연장된다. 도 4로부터 특별히 도시된 것과 같이 그루브(21)의 그루브 마루는 그루브(17)의 그루브 마루와 동일 평면에 놓여 있고, 그루브가 서로 연결된다. 그루브(21)의 측면은 또한 하부의 영역에서는 오목하고 상부 영역에서는 볼록하다. 그루브(17)와 그루브(21)의 그루브 마루는 동일 평면에 있고 특히 절삭 인서트의 상부뿐만 아니라 하부 면에 놓인다.

도 1 내지 도 3에 도시된 형태의 절삭 인서트는 도 5 내지 도 7에 도시된 것과 같이 정면 밀링 공구 헤드(face milling tool head:22)에 방사방향으로 결합할 수 있다. 이를 위하여 정면 밀링 공구 헤드는 다수의 시트(seat)를 구비하는 공구 홀더를 포함하고, 각 시트는 지지면과 측면 접촉면을 구비한다. 공구 헤드의 측면 접촉면은 절삭 인서트(10)의 측면(18)에 대응되도록 형성된다. 이러한 결합 상태에서 나이프 헤드(knife head)의 접촉면은 절삭 에지 아래에서 끝나게 되어 불사용의 절삭 인서트들이 없게 한다. 절삭 인서트(10)는 마운팅 홀(12)을 통하여 관통하고 공구 헤드의 실 형태의 구멍에 삽입되는 마운팅 스크류에 의하여 결합된다. 공구 홀더의 지지면은 평탄하고 돌출되는데 절삭 에지의 정상의 부근에 놓인 공구 헤드의 영역을 조금 지나도록 돌출된다. 그래서 공구 헤드를 향하는 (불사용)절삭 에지가 없게 되어 손상을 방지할 수 있다. 마운팅 스크류를 조여서 절삭 인서트(10)의 바닥은 점점 지지면까지 이동하게 되어 면과 접촉하게 된다. 오목한 면(19, 16)이 하나의 평면에 놓이지 않았기 때문에 소결후 존재하는 이러한 면에서의 작은 불규칙성은 결합력이 가해지면 보완될 수 있다. 이것은 소결후 절삭 인서트의 면(16, 19)이 바닥면이 될 필요가 없는 장점이 있다. 본 실시예에서 정면 밀링 공구 헤드(22)는 면 및 둘레에서 약간 돌출된 절삭 인서트(10)를 포함한다. 절삭 지름(D)은 회전하는 절삭 인서트(10)로부터 나온다. 본 실시예에서 일곱 개의 절삭 인서트들은 서로 α=360˚/7의 각의 공간을 갖도록 배치된다. 그러나 원리적으로 다른 배열도 가능하여 인접한 절삭 인서트들간에 각각 다른 각의 공간을 갖도록 배열될 수도 있다. 두 절삭 에지(면 블레이드 및 주 블레이드와 같은 것)는 절삭시 동시에 사용되어 절삭 인서트를 60˚씩 회전하여 이전의 새로운 불사용 절삭 에지가 사용될 수 있다. 절삭 에지면의 모든 절삭 에지가 마모되면 절삭 인서트는 회전된다. 즉 면(11)을 중심으로 회전하여 타면의 절삭 에지를 사용할 수 있다.

본 발명의 목적은 안전하고 안정적인 절삭 인서트의 설치를 가능하게 하는 다수의 유효 절삭 에지를 갖는 양면 인덱서블 플레이트를 제조하는 것으로 이것은 양면 타입에서 유용하고 기판 플레이트의 사용이 없는 공구 홀더에서 유용하다. 또한 이러한 절삭 인서트는 저비용으로 생산이 가능해야 한다.

본 발명의 또 다른 목적은 상술한 요구를 만족하는 밀링 공구를 제공하는 것이다.

Claims (11)

1. 마주보는 면들에 고리 형태로 배열되는 절삭 에지들을 갖는 베이스 플레이트를 포함하고, 상기 절삭 에지들은 인접한 양의 절삭각으로 하강하는 절삭면 영역(15)을 지나치도록 돌출되고, 상기 절삭 에지들 사이에 하나 또는 그 이상의 평면의 지지면이 제공되고, 결합 스크류를 수용하기 위한 중심 마운팅홀(12)을 포함하고, 적어도 하나의 원뿔대면(frustocone face:19)이 방사방향으로 내부로 경사지는 마운팅 홀(12)주위에 제공되어 상기 원뿔대면은 마운팅 홀(12)방향을 향하는 것을 특징으로 하는 절삭 인서트 특히 밀링 작업을 위한 절삭 인서트.
2. 제1 항에 있어서,

   상기 경사지는 각 (a)는 0.1˚≤a≤2˚를 만족하고, 바람직하게는 0.3˚≤a≤0.35˚를 만족하는 절삭 인서트.
3. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,

   상기 원뿔대면은 링 형상이거나, 상기 원뿔대면들이 링을 형성하고 바람직하게는 그루브(21)에 의하여 서로 분리되는 절삭 인서트.
4. 제3 항에 있어서,

   상기 그루브는 별 형태로 배치되고, 바람직하게는 각각 같은 각 공간의 간 격(angular spacing)을 갖는 절삭 인서트.
5. 제1 항 내지 제4 항 중 어느 하나의 항에 있어서,

   하나 또는 그 이상의 지지면(16)이 양의 절삭각의 크기로 하강하는 상기 칩면(chip face:15)들과 상기 원뿔대면 또는 상기 원뿔대면들(19) 사이에 제공되어, 상기 복수의 지지면(16)의 경우에 인접한 지지면들은 바람직하게는 서로 그루브(21)에 의하여 분리되는 절삭 인서트.
6. 제1 항 내지 제5 항 중 어느 하나의 항에 있어서,

   상기 그루브(17)는 상기 지지면(16)들과 하강하는 상기 칩면(15)들 사이에 배치되는 절삭 인서트.
7. 제1 항 내지 제6 항 중 어느 하나의 항에 있어서,

   상기 중심 마운팅홀(12)을 관통하여 절단한 단면(11)에 대하여 거울 대칭의 형태를 갖는 절삭 인서트.
8. 제1 항 내지 제7 항 중 어느 하나의 항에 있어서,

   상기 절삭 인서트는 상부로부터 보았을 때 육각형이고 바람직하게는 회전 대칭인 절삭 인서트.
9. 제1 항 내지 제8 항 중 어느 하나의 항에 있어서,

   결합시에 원추형 스크류를 중앙으로 위치하도록 챔퍼(chamfer)가 상기 마운팅홀(12)주위에 형성되는 절삭 인서트.
10. 제1 항 내지 제9 항 중 어느 하나의 항에 있어서,

    상기 그루브(17, 21)는 평면의 그루브 마루(groove floor) 및/또는 각 면에 적어도 하나의 하강 측면(descending flank)을 포함하는 절삭 인서트.
11. 하나 이상의 시트(seat)를 구비하는 공구 홀더를 포함하고,

    상기 시트는 각각 하나의 지지면과 측면 접촉면을 구비하고, 제1 항 내지 제10 항 중 어느 하나의 절삭 인서트가 상기 시트에 결합하는 밀링 공구, 특히 정면 밀링 공구(face milling tool).

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