KR20090085681A - 고속 밀링 커터를 위한 절삭 인서트 - Google Patents

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토마스 제이. 2세 롱
숀 이. 프라이
캐런 에이. 크레이그
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케나메탈 아이엔씨.
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Abstract

인덱서블 절삭 인서트(10)는 실질적으로 평탄한 중앙 부분(48)을 포함하는 상부 표면(12), 실질적으로 평탄한 저부 표면(14) 및 복수개의 측부 표면들(16,18,20,22)을 가진다. 긴 절삭 에지(24,26), 코너 반경 절삭 에지(28,30), 면 반경 절삭 에지(32,34) 및 경사 절삭 에지(36,38)들은 상부 표면(12)과 측부 표면(16,18,20,22)들중 하나 사이의 교차부에서 형성된다. 마진(87,89)은 측부 표면(16,18,20,22)들의 노즈 반경(nose radius)의 둘레에서 연장된다. 마진(87,89)은 절삭 인서트(10)의 노즈 반경 둘레에서 연장되어 평탄 표면(94,96)으로 혼성화된다. 마진(87,89)에 의해 형성된 마진 각도(C)는 평탄 표면(94,96)에 의해 형성된 안착 각도(B)보다 작다. 레이크 면이 상부 표면(12)의 중앙 부분(48)에 대하여 5 내지 25 도 사이의 각도(A)를 형성하도록, 상부 표면(12)은, 개별의 반경 혼성부와 개별의 절삭 에지 사이에 연장된 복수개의 상방향 경사 레이크 면(70,72,74,76,78,80,82,84,86,88,90,92)들과 실질적으로 평탄한 중앙 부분(48) 사이에 연장된 복수개의 상방향 경사 반경 혼성부(50,52,54,56,58,60,62,64)를 포함한다.

Description

고속 밀링 커터를 위한 절삭 인서트{Cutting insert for high-speed milling cutter}
본 출원은 2004년 1월 9일자로 출원된 미국 특허 출원 제 10/754,825 호인 "고속 밀링 커터 및 인서트"에 관한 것으로서, 상기 문헌의 내용은 본원에 참고로서 포함된다.
본 발명은 고속 밀링 커터를 위한 절삭 인서트에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 알루미늄이나 또는 그와 유사한 금속 작업물을 밀링 가공하기 위한, 긴 에지(edge)의 고속 밀링 커터를 위한 인덱서블 절삭 인서트(indexable cutting insert)에 관한 것이다.
금속 작업물에서 기계 가공 작업을 수행하기 위한 밀링 커터들은 당해 기술 분야에 공지되어 있다. 그러한 커터들은 회전 구동 샤프트에 탈착 가능하게 연결될 수 있는 실린더형 또는 디스크 형상 동체를 통상적으로 구비한다. 복수개의 절삭 인서트들은 작업물에서 일련의 금속-면절삭 절단부를 만들도록 커터 동체의 외측 주위 둘레에 장착된다. 작동하는 동안에, 그러한 밀링 커터들은 통상적으로 수천 rpm 의 속도로 회전되는 반면에, 금속 작업물은 절단 동체내에서 인서트와 맞물린 다.
최근에, 수천 rpm을 훨씬 초과하는 회전 속도에서 작동될 수 있는 밀링 커터에 대한 증가하는 수요가 있어왔다. 그러한 고속 밀링과 관련된 장점은 신속한 절삭 작용을 포함하는데, 이것은 작업물에서 빠른 금속 제거 속도, 작업물에 의해서 절삭 인서트에 가해지는 절삭력의 감소 및, 원활한 마무리 절단을 초래한다. 절삭력이 감소되는 것은 인서트들의 작동 수명을 연장시켜서, 인서트 교체와 관련된 비용을 감소시킬 뿐만 아니라, 인덱서블 인서트의 절삭 에지를 다시 배향시키는데 필요한 정지 시간의 양을 감소시킨다. 높은 절삭력은 소망되는 정확성을 달성하는데 보다 많은 노력과 보다 많은 고정력을 필요로 하기 때문에, 고정시키는 비용과 시간도 감소된다.
상기 장점들의 결과로서, 고속의 밀링 커터는 생산성을 증가시키면서 가공 비용을 낮출 뿐만 아니라, 절삭 작용이 원활하기 때문에 최종의 가공된 작업물의 품질을 향상시키며, 우수한 마무리가 이루어진다. 상기 언급된 장점들을 달성하는데 필요한 회전 속도의 실질적인 증가는 커터 동체에서 발생되는 원심력의 실질적인 증가를 초래한다는 점이 이해될 것이다. 일반적으로 말하자면, 원심력(FC)은 절삭 인서트를 지지하는 커터 동체의 질량(m), 커터 동체의 반경(r)의 길이 및, 동체의 각속도(Ω)의 제곱에 달려있다. 이러한 파라미터들 사이의 관계는 방정식 FC=(mΩ2)(r)으로 표현될 수 있다. 커터 동체상의 원심력(따라서 인장 응력)이 각속도의 제곱과 함께 증가된다는 사실은, 수천 rpm 보다 높은 속도에서 작동할 수 있는 밀 링 커터의 발전에 지금까지 실질적인 장애가 되었다. 10,000 rpm에서 회전하는 밀링 커터는 그것의 주위를 따라서 2,000 rpm에서 작동되었을 때에 비하여 25 배에 달하는, 원심력으로 유도되는 인장 응력을 받게 된다. 같은 커터가 20,000 rpm에서 회전한다면, 100 배 이상의 원심력으로 유도되는 응력을 받게 될 것이다.
더욱이, 상기 언급된 모든 장점들을 달성하는데 필요한 회전 속도에서의 실질적인 증가는 커터의 인서트에서 발생된 원심력의 실질적인 증가를 초래한다. 상세하게는, 고속의 밀링 작동 동안에 원심력은 인서트가 인서트 포켓(insert pocket)으로부터 안착되지 못하게 하는 경향이 있다. 따라서, 커터 동체의 인서트 포켓 안에 절삭 인서트를 고정되게 실제적으로 유지하는, 예를 들면 약 20,000 rpm 과 같은 고속에서 작동될 수 있는 고속 밀링 커터에 대한 필요성이 존재한다. 이상적으로는, 그러한 고속 밀링 커터 및 절삭 인서트들은 장치의 제조 비용 및 작업 비용 양쪽을 최소화시키기 위하여 상대적으로 제조하기에 저렴하여야 하고, 값싸고 용이하게 교체 가능한 절삭 인서트들을 이용하여야 한다.
마지막으로, 알루미늄과 같은 재료를 가공하기 위한 기술은 공구의 인접한 부근에 있는 절삭된 재료(칩(chip))들의 작업 부위를 제거하는 진공 시스템들을 포함시키는 경향을 시사한다. 이러한 시스템들은 만약 칩들의 형상 및/또는 크기가 관리 가능한 레벨로 제어되지 않는다면 급속하게 막히게 된다. 따라서, 성공적인 공구는 공구의 인서트 지형(topography)이 제어된 칩을 발생시키는 것이 될 것이다.
본 발명의 목적은 종래 기술의 문제점을 해결한 인덱서블 절삭 인서트 및 밀링 커터를 제공하는 것이다.
본 발명의 발명자들은 고속 밀링 커터들 및 그에 관련된 절삭 인서트들과 관련된 상기 문제들과 다른 문제들을 인식하였다. 간략하게는, 본 발명에 따라서, 고속의, 긴 에지(long edge)를 가진 밀링 커터를 위한 인덱서블 절삭 인서트가 제공된다. 본원에서 이용되는 바로서 "긴 에지의 밀링 커터"라는 용어는 약 5/8 인치 보다 큰 절삭 에지를 가진 인서트를 이용하는 밀링 커터를 지칭한다. 절삭 인서트는 실질적으로 평탄한 중앙 부분, 실질적으로 평탄한 저부 표면 및, 복수개의 측부 표면들을 가지는 상부 표면; 저부 표면으로부터 연장되는 평탄 표면과 상부 표면으로부터 평탄 표면으로 연장되는 마진(margin)을 구비하는 일 측부 표면; 측부 표면들중 하나의 마진과 상부 표면 사이의 교차부에서 형성된 긴 절삭 에지; 측부 표면들중 하나와 상부 표면 사이의 교차부에서 형성된 코너 반경 절삭 에지; 측부 표면들중 하나와 상부 표면 사이의 교차부에서 형성된 면 반경 절삭 에지(facet radius cutting edge); 및, 측부 표면들중 하나와 상부 표면 사이의 교차부에서 형성된 경사 절삭 에지;를 구비한다. 마진은 절삭 인서트의 노즈 반경(nose radius) 둘레에서 연장되어 평탄 표면으로 혼성화(blend) 된다. 마진에 의해 형성되는 마진 각도는 평탄 표면에 의해 형성되는 안착 각도보다 작다.
본 발명의 다른 특징에 있어서, 고속의, 긴 에지를 가진 밀링 커터는, 인서 트 포켓을 가진 섕크 및, 실질적으로 평탄한 중앙 부분, 실질적으로 평탄한 저부 표면 및 복수개의 측부 표면들; 저부 표면으로부터 연장된 평탄한 표면과 상부 표면으로부터 평탄 표면으로 연장된 마진을 포함하는 일 측부 표면; 측부 표면들중 하나의 마진과 상부 표면 사이의 교차부에서 형성된 긴 절삭 에지; 측부 표면들중 하나와 상부 표면 사이의 교차부에서 형성된 코너 반경 절삭 에지; 측부 표면들중 하나와 상부 표면 사이의 교차부에서 형성된 면 반경 절삭 에지; 및 측부 표면들중 하나와 상부 표면 사이의 교차부에서 형성된 경사 절삭 에지;를 가지는 적어도 하나의 인덱서블 절삭 인서트를 구비한다. 마진은 절삭 인서트의 노즈 반경(nose radius) 둘레에서 연장되어 평탄 표면으로 혼성화 된다. 마진에 의해 형성된 마진 각도는 평탄 표면에 의해 형성된 안착 각도보다 작다.
본 발명에 따라서, 종래 기술의 문제점들이 해결된 절삭 인서트 및 밀링 커터가 제공된다.
도 1 내지 도 6을 참조하면, 동일한 참조 번호들은 동일한 요소들을 표시하며, 인덱서블 절삭 인서트(10)는 전체적으로, 상부 표면(12), 저부 표면(14) 및 측부 표면(16,18,20,22)들을 구비한다.
측부 표면(18)은 제 1 측부 표면(18a)과, 제 1 측부 표면(18a)에 대하여 90 도 보다 큰 각도로 형성된 제 2 측부 표면(18b)을 더 구비한다. 마찬가지로, 측부 표면(22)은 서로에 대하여 각도가 형성된 제 1 및 제 2 측부 표면(22a,22b)들을 더 구비한다. 도 5 에 도시된 바와 같이, 제 1 측부 표면(18b,22b)들은 측부 표면(20,16)들에 대하여 직각이다. 제 1 의, 또는 긴 절삭 에지(24,26)들은 상부 표면(12)과 측부 표면(16) 사이의 교차부에 각각 형성되어 있다. 제 2 의, 또는 코너 반경 절삭 에지(28,30)는 전체적으로 상부 표면(12)과 측부 표면(16,18,20,22)들 사이의 교차부에 형성되어 있다. 상세하게는, 코너 반경 절삭 에지(28)가 측부 표면(16,22)들 사이의 교차부에 전체적으로 형성되고, 코너 반경 절삭 에지(30)는 측부 표면(18,20)들의 교차부에 전체적으로 형성된다. 제 3 의, 또는 면 반경(facet radius) 절삭 에지(32,34)와 제 4 의, 또는 경사 절삭 에지(36,38)들은 전체적으로 상부 표면(12)과 측부 표면(18,22) 사이의 교차부에 각각 형성된다.
이행 에지(transitional edge) 또는 반경 릴리이프 에지(radius relief edge,40,42)는 면 반경 절삭 에지(32,34)와 경사 절삭 에지(36,38) 사이의 코너 교차부에 각각 위치된다. 마찬가지로, 이행 에지 또는 반경 릴리이프 에지(44,46)들은 경사 절삭 에지(36,38)와 긴 절삭 에지(26,24) 사이의 코너 교차부에 각각 위치된다. 마찬가지로 도면에서 반경 릴리이프 에지(40,42,44,46)들은, 모따기, 예리한 코너 또는 그와 유사한 소망스러운 제조 형상을 가지고 본 발명의 개념을 만족시킬 것이다.
비록 다른 각도들이 본 발명의 범위내에서 이루어질 수 있을지라도, 도시된 구현예의 면 반경 절삭 에지(32,34)들은 긴 절삭 에지(24,26)들에 대하여 대략 90 도의 각도를 형성한다. 다른 한편으로, 경사 절삭 에지(36,38)들은 긴 절삭 에지(24,26)에 대하여 90 도 보다 작은 각도를 형성하는데, 예를 들면 긴 절삭 에 지(24,26)에 대하여 대략 45 도 내지 대략 85 도의 범위인 각도를 형성한다. 공구가 작업물(미도시)을 따라서 진전되면서 증가되는 축방향의 절삭 깊이로서 정의된, 하향 램프 작업(down ramping operation)을 절삭 인서트(10)가 수행할 때, 개별적인 면 반경 절삭 에지(32,34)에 가장 가까운 경사 절삭 에지(36,38)의 일부가 이용될 수 있다. 그러나, 개별의 면 반경 절삭 에지(32,34)의 말단에 있는 경사 절삭 에지(36,38)의 나머지 부분은 작업물의 절삭에 참여하지 않는 종단 에지(trailing edge)이다.
절삭 인서트(10)의 상부 표면(12)은 실질적으로 평탄한 중앙 부분(48)을 구비하는데, 이것은 실질적으로 평탄한 저부 표면(14)에 전체적으로 평행하다. 상부 표면(12)은 복수개의 레이크 면(rake faces)과 복수개의 반경 혼성부(radius blends)를 더 구비하여, 절삭 인서트(10)의 다양한 레이크 면들과 중앙 부분(18) 사이의 상부 표면(12)의 지형에 대한 이행(transition)을 제공한다. 예를 들면, 반경 혼성부는 단면이 약간 오목할 수 있어서, 개별의 절삭 에지에 대하여 상방향으로 경사진 레이크 면들과 중앙 부분(48)의 실질적으로 평탄한 지형 사이에 이행을 제공한다. 상세하게는, 반경 혼성부(50,52)들이, 개별의 절삭 에지에 대하여 각각 상방향으로 경사진 레이크 면(70,72)들과 중앙 부분(48) 사이에 위치된다. 반경 혼성부(54,56)들은, 코너의 반경 절삭 에지(28,30)에 대하여 상방향으로 각각 경사진 레이크 면(78,80)들과 중앙 부분(48) 사이에 위치된다. 반경 혼성부(58,90)는 면 반경 절삭 에지(32,34)에 대하여 상방향으로 각각 경사진 레이크 면(78,80)들과 중앙 부분(48) 사이에 위치된다. 반경 혼성부(62,64)들은 경사 절삭 에지(36,38)에 대하여 상방향으로 각각 경사진 레이크 면(82,84)들과 중앙 부분(48) 사이에 위치된다. 반경 혼성부(66,68)들은 반경 릴리이프 에지(44,46)들에 대하여 상방향으로 경사진 레이크 면(86,88)들과 중앙 부분(48) 사이에 위치된다. 매우 작은 반경 혼성부는 반경 릴리이프 에지(40,42)들에 대하여 각각 상방향으로 경사진 레이크 면들과 중앙 부분(48) 사이에 위치된다는 점이 주목되어야 한다. 레이크 면들은 상부 표면(12)과 관련된 밀링(milling) 작업 동안에 형성된 칩(chip)들을 효과적으로 배출시키는데 이용된다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 이후에 설명될 인서트 포켓으로 절삭 인서트(10)를 삽입하고 제거하는 것을 용이하게 하도록 접시머리 보어(countersunk bore, 99)가 제공되어 절삭 인서트10)의 상부 표면(12)으로부터 저부 표면(14)으로 연장되고, 바람직스럽게는 절삭 인서트(10)의 상부 표면(12)의 중앙 부분(48)에 위치된다.
본 발명의 일 특징은, 절삭 인서트(10)의 상부 표면(12)의 지형이 알루미늄이나 그와 유사한 금속 작업물의 고속 밀링 작업을 위해서 설계된다는 것이다. 상세하게는, 절삭 인서트(10)의 반경 혼성부(50,52)로부터 긴 절삭 에지(24,26)로 연장되는 레이크 면(70,72)들이 대략 15 도 내지 25 도의 범위인 각도로써 상방향으로 경사지게 되며, 예를 들면, 도 6 에 도시된 바와 같이, 상부 표면(12)(그리고 또한 저부 표면(14))의 평탄한 중앙 부분(48)에 대하여 대략 20 도의 각도(A)가 경사진다. 이러한 상방향의 각도는 절삭 인서트(10)를 위하여 향상된 칩 형성과 절삭 작용을 제공하도록 설계된다. 더욱이, 반경 혼성부(54,56)로부터 코너 반경 절삭 에지(28,30)로 연장되는 레이크 면(74,76), 레이크 면(78,80), 레이크 면(82,84) 및, 레이크 면(90,92)들은 상대적으로 작은 각도로 상방향으로 경사지며, 예를 들면, 상부 표면(12)의 중앙 부분(48)에 대하여 대략 5 내지 15 도의 범위인 각도로 경사진다. 예를 들면, 반경 혼성부(54,56)로부터 코너 반경 절삭 에지(28,30)로 연장되는 레이크 면(74,76)들은 대략 7 도의 각도로 상방향 경사질 수 있다.
다른 예에서, 반경 혼성부(58,60)로부터 면 반경 절삭 에지(32,34)로 연장되는 레이크 면(82,84)들은 대략 10 도의 각도로 상방향 경사질 수 있다. 다른 예에서, 반경 혼성부(62,64)로부터 경사 절삭 에지(36,38)로 연장되는 레이크 면(86,88)들은 대략 11 도의 각도로 상방향 경사질 수 있다. 다른 예에서, 반경 혼성부(58,60,62,64)들 사이로부터 이행 에지 또는 반경 릴리이프 에지(40,42,44,46)로 연장되는 레이크 면(90,92)들은 대략 9 도의 각도로 상방향 경사질 수 있다. 이러한 상방향 각도들은 종래의 절삭 인서트와 비교하여, 강한 코너 반경 절삭 에지(28,30), 강한 면 반경 절삭 에지(32,34) 및, 강한 경사 절삭 에지(36,38)를 제공하도록 설계된다. 본 발명은 레이크 면이 개별의 혼성 반경으로부터 개별의 절삭 에지로 상방향 경사지는 양에 의해서 제한되는 것은 아니며, 본 발명은 향상된 칩의 형성과 강도를 제공하도록 그 어떤 소망스러운 각도의 양으로라도 실시될 수 있다는 점이 이해될 것이다. 따라서, 본 발명의 절삭 인서트(10)의 상부 표면(12)의 지형은, 중앙 부분(48)이 실질적으로 평탄하고, 절삭 에지(24,26,28,30,32,34,36,38)에 대하여 오목한 형상으로 점진적으로 상방향 경사지게 되는 가장 낮은 높이도록 된다.
비록 다른 변형들이 가능할지라도, 각각의 절삭 에지에서의 상방향 경사의 양은 중앙 부분(48)으로부터 개별의 절삭 에지로의 거리에 역으로 비례한다는 점이 주목되어야 한다. 예를 들면, 중앙 부분(48)과 절삭 에지(24,26) 사이의 거리가 가장 짧지만, 절삭 에지(24,26)들은 가장 큰 상방향 경사의 양을 가지는 반면에, 중앙 부분(48)과 절삭 에지(28,30) 사이의 거리가 가장 크지만, 절삭 에지(28,30)는 가장 적은 상방향 경사의 양을 가진다. 이러한 방식으로, 모든 절삭 에지(24,26,28,30,32,34,36,38,40,42)들은 도 6 의 점선으로 표시된 바와 같이 동일한 평면상에 있게 되는데, 이것은 중앙 부분(48)을 따른 평면에 실질적으로 평행하고, 절삭 인서트(10)의 저부 표면(14)을 따른 평면에 평행하다.
도 1 내지 도 6 에 도시된 바와 같이, 절삭 인서트(10)가 반드시 그러한 것은 아니지만 상기에 설명된 절삭 에지들, 레이크 면들, 반경 혼성부 및 대각선으로 반대 코너들에 있는 다른 특징부들을 구비하는 것이 바람직스럽다. 따라서, 절삭 인서트(10)는 인덱싱이 가능하고 램프 절삭 에지(36)를 통하여 통과되는 선을 따라서 거울 대칭적이거나, 또는 긴 절삭 에지(24,26)를 통과하는 선을 따라서 거울 대칭적이다. 절삭 인서트(10)의 이러한 거울 대칭은 폐기하기 전에 절삭 인서트를 대략 180 도로 회전시킴으로써 절삭 인서트(10)를 2 번 사용할 수 있게 한다.
도 2 및 도 5 에 도시된 바와 같이, 반드시 그러한 것은 아니지만 측부 표면(16,20)들은 각도가 형성된 평탄 표면(94,96)을 각각 구비하는 것이 바람직스러우며, 이러한 평탄 표면은 도 3 및 도 4 에 도시된 바와 같이 저부 표면(14)으로부터 각각 연장된다. 각각의 각도가 형성된 평탄 표면(94,96)들은 반경 상부 에 지(95,97)들을 각각 구비한다 (반경 상부 에지(97)는 도 3 에 도시된 평탄 표면(96)상에서, 반경 상부 에지(95)에 대하여 대칭적으로 형성됨). 평탄 표면(94,96)들은 도 7 에 도시된 바와 같이 인서트(10)를 밀링 커터의 포켓 안에 안착시키기 위한 주요 릴리이프 표면으로서 작용한다. 반경 상부 에지(95,97)들은 당해 기술 분야에서 통상적으로 이용되는 바와 같이 작업물 상에 90 도의 실린더형 벽의 형성을 용이하게 한다. 더욱이, 측면(16,20)들은 반경 상부 에지(95,97)들 각각과, 긴 절삭 에지(24,26)들 각각의 사이에서 연장된 마진(margin, 87,89)을 구비한다. 마진(87,89)들은 약 21 인치의 같은 반경(R1)을 가지는데, 이것은 긴 절삭 에지(24,26)를 만든다. 마진(87,89)은 당해 기술 분야에서 통상적으로 알려진 바와 같이 밀링 커터가 축방향의 레이크를 구비하도록 조절될 때 작업물상에 선형 벽의 형성을 용이하게 한다. 도 3 에 도시된 바와 같이, 마진(87,89)들과 표면(94,96)들은 저부 표면(14)에 대하여 각도가 형성되어 있다. 예를 들면, 마진(87,89)은 마진 각도 C 가 약 60 내지 80 도 사이이며, 가장 바람직스럽게는 저부 표면(14)에 대하여 (그리고 상부 표면(12)에 대하여 약 75 도이다. 표면(94,96)들은 예를 들면 약 65 도 내지 85 도 사이의 안착 각도(seating angle, B)를 가지며, 가장 바람직스럽게는 저부 표면(14)(그리고 상부 표면(12)에 대하여 약 70 도의 각도이다.
안착 각도(B)의 크기에 상관없이, 마진 각도(margin angle, C)는 안착 각도(B)보다 크게 되어서, 반경화된 긴 절삭 에지(radiused long cutting edge, 24,26)를 형성하고, 밀링 커터의 포켓에서 인서트(10)의 좌석에 대한 평탄 표면을 제공한다. 마진 각도(C)와 마진(87,89)은 인서트(10)의 노즈 반경(nose radius) 둘 레에서 연장되고, 면 반경 절삭 에지(32,34)들과 노즈 반경의 코너 반경 절삭 에지(28,30)들 사이의 교차부(100,102)에서 표면(18a,18b)들의 안착 각도(B)로 혼성화된다. 이해되어야 하는 바로서, 상기와 같은 것은 인서트(10)의 절삭 에지들 모두의 원활한 이행을 제공함으로써 근접한 절삭 에지들 사이의 교차부에 예리한 지점(0.005 인치들 미만의 반경)이 발생되도록 이루어진다는 것이다. 더욱이, 측부 표면(16,20)들은 저부 표면(14)과 평탄 표면(94,96)들 사이에 각각 연장된 절삭면(91)을 구비한다.
이제 도 7을 참조하면, 절삭 인서트(10)와 함께 이용되는 밀링 커터(100)는 본 발명의 구현예에 따라서 도시되어 있다. 전체적으로, 밀링 커터(100)는 섕크(shank,102), 전방 부분(104) 및, 섕크(102)와 전방 부분(104) 사이의 이행 표면(106)을 구비한다. 바람직스럽게는 커터(100)가, H13 공구 강철과 같은 열처리된 강철이나, 또는 당업자들에게 알려진 다른 재료로부터 제작된다. 여기 이용된 특정의 재료는 커터(100)의 소망되는 디자인 특성의 결과로서 변화하게 될 것이다. 커터(100)는 회전축(108)을 형성한다. 커터(100)는 또한 커터(100)의 앞선 단부(leading end)에서 전방 부분(104) 안에 형성된, 전체적으로 도면 번호 110 으로 표시되어 있는 인서트 포켓을 구비한다. 밀링 커터(100)의 인서트 포켓(110) 안에 장착되었을 때, 절삭 인서트(10)는 약 15 도 내지 약 35 도 사이의 유효한 양의 반경 방향 레이크 각도(rake angle)를 제공한다.
인서트 포켓(110) 안에 절삭 인서트(10)를 장착하도록, 인서트 포켓(110)의 저부 표면은 나사화된 보어를 가진 상승된 돌기(미도시)를 구비할 수 있는데, 상기 보어는 절삭 인서트(10)가 인서트 포켓(110) 안에 적절하게 장착되었을 때 절삭 인서트(10)의 접시머리 보어(99)와 실질적으로 정렬된다. 나사화된 보어는 접시머리 보어(99) 안에 위치된, 유지 나사(retainer screw) 또는 그와 유사한 나사화된 고정구(112)를 나사 결합으로 수용하도록 크기가 정해지고 위치되어, 인서트(10)가 인서트 포켓(110) 안에 고정되지만 해제 가능하게 장착될 수 있다. 상승된 돌기는 인서트 포켓(110)의 저부 표면으로부터 외측으로 연장되기 때문에, 유지 나사(112)의 길이는 종래의 인서트 포켓과 비교하여 상승된 돌기의 높이에 의해 짧아질 수 있다. 이러한 짧아진 높이의 결과로서, 유지 나사(112)는 적은 나선을 포함하게 되어, 종래의 밀링 커터들에 비교하여 고속 밀링 작업 동안에 유지 나사(112)가 적은 굽힘 모멘트를 가지고 작동될 수 있게 한다.
도 2 에 도시된 바와 같이, 접시머리 보어(99)는 절삭 인서트(10)의 상부 표면(12)으로부터 저부 표면(14)으로 연장된다. 접시머리 보어(99)는 저부 표면(14)에서의 접시머리 보어(99) 직경보다 상부 표면(12)에서의 가장자리가 큰 직경을 가진다. 접시머리 보어(99)가 바람직스럽게는 상승된 돌기의 높이보다 약간 큰 깊이를 가진다. 이러한 방식으로, 상승된 돌기가 절삭 인서트(10)의 접시머리 보어(99) 안에 배치되도록 절삭 인서트(10)가 인서트 포켓(110) 안에 장착될 수 있지만, 절삭 인서트(10)의 저부 표면(14)은 인서트 포켓(110)의 저부 표면과 맞물린다. 더욱이, 절삭 인서트(10)의 측부 표면(18,20)(또는 절삭 인서트(10)가 인서트 포켓(110) 안의 어느 방향으로 장착되는가에 따라서 측부 표면(16,22))은 인서트 포켓(110)의 측부 표면들과 각각 맞물려서, 절삭 인서트(10)를 인서트 포켓(110) 안 에 확고하게 고정시킨다.
위에서 설명된 바와 같이, 본 발명의 밀링 커터(100)는 절삭 인서트(10)의 접시머리 보어(99)와 결합된 인서트 포켓(110)의 상승된 돌기를 포함하는 제 2 의 안전 특징부를 제공하는데, 이것은 절삭 인서트(10)가 고속의 밀링 작업을 위해 이용될 수 있게 한다. 더욱이, 본 발명의 밀링 커터(10,100)는 종래 기술의 밀링 커터들과 비교하여 부가적인 재료(즉, 돌기(28))에 의해 둘러싸여서 맞물리지 않은 짧은 길이를 유지 나사(112)가 가지도록 하여, 고속의 밀링 작업 동안에 유지 나사(112)가 적은 굽힘 모멘트로써 작동될 수 있다.
인서트(10)가 바람직스럽게는 알루미늄이나 또는 그와 유사한 금속성의 작업물(미도시)을 밀링하도록 당업자에 공지된 세멘티드 카바이드(cemented carbide) 또는 다른 재료로 제작된다. 도 7 에 도시된 바와 같이, 절삭 인서트(10)는, 커터 직경에 기초하여, 대략 15 도 내지 25 도 사이의 축방향 레이크 각도(B)와, + 10 도 내지 - 20 도의 반경 방향 레이크 각도(C)로 인서트 포켓(110) 안에 장착된다.
도 7 에 도시된 밀링 커터(100)의 도시된 구현예에서, 밀링 커터(100)는 개별의 인서트 포켓(110)내에서 서로에 대하여 약 120 도로 배향된 3 개의 절삭 인서트(10)를 장착할 수 있다. 그러나, 본 발명의 밀링 커터는 포켓(110) 안에 장착될 수 있는 절삭 인서트(10)의 수에 의해서 제한되지 않으며, 본 발명은 밀링 커터 재료 특성의 물리적인 한계만으로 제한되는 그 어떤 소망되는 개수의 절삭 인서트를 가지고 실시될 수 있다는 점이 이해될 것이다. 예를 들면, 밀링 커터는 개별의 인서트 포켓(110) 안에 적은 수의 절삭 인서트(10)나, 또는 많은 수의 절삭 인서 트(10)를 장착하도록 설계될 수 있다.
상기 설명된 내용을 요약하면, 본 발명에 따라서, 실질적으로 평탄한 중앙 부분(48)을 가진 상부 표면(12), 실질적으로 평탄한 저부 표면(14) 및, 하나의 측부 표면이 저부 표면으로부터 연장된 평탄 표면과 상부 표면으로부터 평탄 표면으로 연장되는 마진을 구비하는 복수개의 측부 표면들; 상부 표면과 측부 표면들중 하나의 마진 사이의 교차부에 형성된 긴 절삭 에지(long cutting edge, 24,26); 상부 표면과 측부 표면들중 하나 사이의 교차부에 형성된 코너 반경 절삭 에지(corner radius cutting edge,28,30); 상부 표면과 측부 표면들중 하나 사이의 교차부에 형성된 면 반경 절삭 에지(facet radius cutting edge, 32,34) ; 및, 상부 표면과 측부 표면들중 하나 사이의 교차부에 형성된 경사 절삭 에지(36,38)를 구비하고, 마진(87,89)은 상기 절삭 인서트의 긴 절삭 에지(long cutting edge,24,26)의 반경(R1)에 의해 형성된 원주를 따라 연장되어 평탄 표면(94,96)과 연결되며, 마진(87,89)에 의해 형성된 마진 각도(C)는 평탄 표면(94,96)에 의해 형성된 안착 각도(B)보다 큰, 고속의 긴 에지를 가진 밀링 커터를 위한 인덱서블 절삭 인서트가 제공된다.
또한, 인서트 포켓을 가지는 섕크(shank); 및, 실질적으로 평탄한 중앙 부분(48)을 가지는 상부 표면(12), 실질적으로 평탄한 저부 표면(14), 하나의 측부 표면이 저부 표면으로부터 연장된 평탄 표면과 상부 표면으로부터 평탄 표면으로 연장된 마진을 구비하는, 복수개의 측부 표면들; 상부 표면과 측부 표면들중 하나의 마진 사이의 교차부에 형성된 긴 절삭 에지(24,26); 상부 표면과 측부 표면들중 하나 사이의 교차부에서 형성된 코너 반경 절삭 에지(28,30); 상부 표면과 측부 표면들중 하나 사이의 교차부에서 형성된 면 반경 절삭 에지(32,34); 및, 상부 표면과 측부 표면들중 하나 사이의 교차부에서 형성된 경사 절삭 에지(36,38);를 가지는 적어도 하나의 절삭 인서트를 구비하고, 마진(87,89)은 상기 절삭 인서트의 긴 절삭 에지(long cutting edge,24,26)의 반경(R1)에 의해 형성된 원주를 따라 연장되어 평탄 표면(94,96)과 연결되며, 마진에 의해 형성된 마진 각도(margin angle, C)는 평탄 표면에 의해 형성된 안착 각도(seating angle, B)보다 큰, 고속의, 긴 에지를 가지는 밀링 커터가 제공된다.
여기에 개시된 문헌, 특허 및 특허 출원들은 본원에 참고로서 포함된다.
본 발명은 다양한 구현예들과 관련되어 상세하게 설명되었지만, 이는 예시를 위한 것일 뿐이며 제한을 위한 것이 아니고, 첨부된 청구 범위는 선행 기술이 허용하는 한 넓게 해석되어야 한다.
본 발명으로부터 유도된 장점들 뿐만 아니라 본 발명의 다른 특징들은 도면들과 관련하여 다음의 설명으로부터 명백해질 것이다.
도 1 은 본 발명의 구현예에 따른 인덱서블 절삭 인서트의 개별적인 도면을 도시한다.
도 2 는 도 1 의 절삭 인서트의 측면도를 도시한다.
도 3 은 도 1 의 절삭 인서트의 단부를 도시한다.
도 4 는 도 1 의 절삭 인서트의 평면도를 도시한다.
도 5 는 도 1 의 절삭 인서트의 저면도를 도시한다.
도 6 은 도 1 의 6-6 선을 따라서 취한 절삭 인서트의 단면도를 도시한다.
도 7 은 본 발명의 구현예에 따른 고속의, 긴 에지를 가진 밀링 커터를 도시한다.

Claims (23)

  1. 실질적으로 평탄한 중앙 부분(48)을 가진 상부 표면(12), 실질적으로 평탄한 저부 표면(14) 및, 하나의 측부 표면이 저부 표면으로부터 연장된 평탄 표면과 상부 표면으로부터 평탄 표면으로 연장되는 마진을 구비하는 복수개의 측부 표면들;
    상부 표면과 측부 표면들중 하나의 마진 사이의 교차부에 형성된 긴 절삭 에지(long cutting edge, 24,26);
    상부 표면과 측부 표면들중 하나 사이의 교차부에 형성된 코너 반경 절삭 에지(corner radius cutting edge,28,30);
    상부 표면과 측부 표면들중 하나 사이의 교차부에 형성된 면 반경 절삭 에지(facet radius cutting edge, 32,34) ; 및,
    상부 표면과 측부 표면들중 하나 사이의 교차부에 형성된 경사 절삭 에지(36,38)를 구비하는, 고속의 긴 에지를 가진 밀링 커터를 위한 인덱서블 절삭 인서트.
  2. 제 1 항에 있어서,
    레이크 면(70,72;78,80;82,84;86,88)들이 절삭 인서트의 상부 표면의 실질적으로 평탄한 중앙 부분(48)에 대하여 5 내지 25 도의 각도(A)를 형성함으로써 모든 절삭 에지(24,26;28,30;32,34;36,38)들이 같은 평면에 있도록,
    상부 표면(12)은, 복수개의 상방향으로 경사진 반경 혼성 부(50,52;54,56;62,64;66,68)들을 구비하고, 상기 복수개의 상방향으로 경사진 반경 혼성부(50,52;54,56;62,64;66,68)들은 실질적으로 평탄한 중앙 부분(48)과 복수개의 상방향으로 경사진 레이크 면(70,72;74,76;78;80;82,84)들 사이에서 연장되고, 상기 복수개의 상방향으로 경사진 레이크 면(70,72;74,76;78;80;82,84)들은 개별의 반경 혼성부(50,52;54,56;62,64;66,68)들과 상기의 긴 절삭 에지(24,26); 상기의 코너 반경 절삭 에지(28,30); 상기의 면 반경 절삭 에지(32,34); 및 상기의 경사 절삭 에지(36,38) 사이에서 연장되는, 인덱서블 절삭 인서트.
  3. 제 2 항에 있어서,
    반경 혼성부들중 하나로부터 긴 절삭 에지로 연장되는 레이크 면(70,72)은 절삭 인서트의 상부 표면(12)의 평탄한 중앙 부분(48)에 대하여 15 내지 25 도의 범위인 각도로써 상방향으로 경사지는, 인덱서블 절삭 인서트.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 각도는 절삭 인서트의 상부 표면의 평탄한 중앙 부분에 대하여 20 도인, 인덱서블 절삭 인서트.
  5. 제 2 항에 있어서,
    반경 혼성부들중 하나로부터 코너 반경 절삭 에지로 연장되는 레이크 면(rake face, 74,76)은 절삭 인서트의 상부 표면(12)의 평탄한 중앙 부분(48)에 대하여 5 내지 15 도의 범위인 각도로써 상방향으로 경사지는, 인덱서블 절삭 인서트.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 각도는 절삭 인서트의 상부 표면의 평탄한 중앙 부분에 대하여 7 도인, 인덱서블 절삭 인서트.
  7. 제 2 항에 있어서,
    반경 혼성부들중 하나로부터 면 반경 절삭 에지(facet radius cutting edge)로 연장되는 레이크 면(82,84)은 절삭 인서트의 상부 표면(12)의 평탄한 중앙 부분(48)에 대하여 5 내지 15 도 범위인 각도로써 상방향 경사지는, 인덱서블 절삭 인서트.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 각도는 절삭 인서트의 상부 표면의 평탄한 중앙 부분에 대하여 10 도인, 인덱서블 절삭 인서트.
  9. 제 2 항에 있어서,
    반경 혼성부들중 하나로부터 경사 절삭 에지로 연장되는 레이크 면(86,88)은 절삭 인서트의 상부 표면(12)의 평탄한 중앙 부분(48)에 대하여 5 내지 15 도 범위 의 각도로써 상방향으로 경사지는, 인덱서블 절삭 인서트.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 각도는 절삭 인서트의 상부 표면의 평탄한 중앙 부분에 대하여 11 도인, 인덱서블 절삭 인서트.
  11. 제 2 항에 있어서,
    면 반경 절삭 에지(32,34)와 경사 절삭 에지 사이(36,38)사이의 교차부에 각각 위치하는 반경 릴리이프 에지(radius relief edge, 40,42)를 더 구비하는, 인덱서블 절삭 인서트.
  12. 제 2 항에 있어서,
    경사 절삭 에지(36,38)와 긴 절삭 에지(26,24) 사이의 교차부에 각각 위치하는 반경 릴리이프 에지(44,46)를 더 구비하는, 인덱서블 절삭 인서트.
  13. 제 2 항에 있어서,
    측부 표면들(18,22)은, 제 1 측부 표면(18a,22a) 및, 제 1 측부 표면(18a,22a)에 대하여 90 도 보다 큰 각도로 각각 형성되고 측부 표면(20,16)들에 대하여 직각인 제 2 측부 표면(18b,22b)을 각각 포함하는, 인덱서블 절삭 인서트.
  14. 제 2 항에 있어서,
    면 반경 절삭 에지(32,34)들은 긴 절삭 에지(26,24)들에 대하여 90 도의 각도로써 형성되는, 인덱서블 절삭 인서트.
  15. 제 2 항에 있어서,
    경사 절삭 에지(36,38)들은 긴 절삭 에지(24,26)들에 대하여 45 도 내지 85 도 범위의 각도로써 각각 형성되는, 인덱서블 절삭 인서트.
  16. 제 2 항에 있어서,
    측부 표면(16,20)들 각각은 저부 표면(14)으로부터 연장된, 각도가 형성된 평탄 표면(94,96)들을 각각 포함하고, 각각의 각도가 형성된 평탄 표면(94,96)들은 반경 상부 에지(radiused upper edge, 95,97)들을 각각 포함하는, 인덱서블 절삭 인서트.
  17. 제 1 항에 있어서,
    모든 절삭 에지(24,26;28,30;32,34;36,38)들은 중앙 부분(48)을 따른 평면에 실질적으로 평행한 평면에 놓이고, 모든 절삭 에지들은 저부 표면(14)을 따른 평면에 실질적으로 평행한 평면에 놓이는, 인덱서블 절삭 인서트.
  18. 제 1 항에 있어서,
    인서트의 상부 표면(12)은 저부 표면(14)에 평행한, 인덱서블 절삭 인서트.
  19. 제 1 항에 있어서,
    마진 각도는 60 도 내지 80 도 사이의 범위인, 인덱서블 절삭 인서트.
  20. 제 1 항에 있어서,
    안착 각도는 65 도 내지 85 도 사이의 범위인, 인덱서블 절삭 인서트.
  21. 인서트 포켓을 가지는 섕크(shank); 및,
    실질적으로 평탄한 중앙 부분(48)을 가지는 상부 표면(12), 실질적으로 평탄한 저부 표면(14), 하나의 측부 표면이 저부 표면으로부터 연장된 평탄 표면과 상부 표면으로부터 평탄 표면으로 연장된 마진을 구비하는, 복수개의 측부 표면들; 상부 표면과 측부 표면들중 하나의 마진 사이의 교차부에 형성된 긴 절삭 에지(24,26); 상부 표면과 측부 표면들중 하나 사이의 교차부에서 형성된 코너 반경 절삭 에지(28,30); 상부 표면과 측부 표면들중 하나 사이의 교차부에서 형성된 면 반경 절삭 에지(32,34); 및, 상부 표면과 측부 표면들중 하나 사이의 교차부에서 형성된 경사 절삭 에지(36,38);를 가지는 적어도 하나의 절삭 인서트를 구비하는, 고속의, 긴 에지를 가지는 밀링 커터.
  22. 제 21 항에 있어서,
    레이크 면(70,72;78,80;82,84;86,88)들이 절삭 인서트의 상부 표면의 실질적으로 평탄한 중앙 부분(48)에 대하여 5 내지 25 도의 각도(A)를 형성함으로써 모든 절삭 에지들(24,26;28,30;32,34;36,38)이 같은 평면에 있도록,
    상부 표면(12)은, 복수개의 상방향으로 경사진 반경 혼성부(50,52;54,56;62,64;66,68)들을 구비하고, 상기 복수개의 상방향으로 경사진 반경 혼성부(50,52;54,56;62,64;66,68)들은 실질적으로 평탄한 중앙 부분(48)과 복수개의 상방향으로 경사진 레이크 면(70,72;74,76;78;80;82,84)들 사이에서 연장되고, 상기 복수개의 상방향으로 경사진 레이크 면(70,72;74,76;78;80;82,84)들은 개별의 반경 혼성부(50,52;54,56;62,64;66,68)들과 상기의 긴 절삭 에지(24,26); 상기의 코너 반경 절삭 에지(28,30); 상기의 면 반경 절삭 에지(32,34); 및 상기의 경사 절삭 에지(36,38) 사이에서 연장되는, 고속의, 긴 에지를 가지는 밀링 커터.
  23. 제 21 항에 있어서,
    모든 절삭 에지(24,26;28,30;32,34;36,38)들은 중앙 부분(48)을 따른 평면에 실질적으로 평행한 평면에 놓이고, 모든 절삭 에지들은 저부 표면을 따른 평면에 실질적으로 평행한 평면에 놓이는, 고속의, 긴 에지를 가지는 밀링 커터.
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