KR20100058507A - 작업물의 칩 제거 기계 가공을 위한 절삭 인서트 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 작업물의 칩 제거 기계 가공을 위한 절삭 인서트에 관한 것이며, 이 절삭 인서트는 칩을 운반시키도록 구성되는 적어도 하나의 칩 제거면 (7, 8), 여유면으로서 제공되도록 구성되는 적어도 하나의 측면 (9), 적어도 하나의 절삭날 (10) 로서, 각각의 절삭날은 적어도 하나의 칩 제거면 (7, 8) 중 하나와 적어도 하나의 측면 (9) 중 하나 사이에 형성되는 절삭날을 갖고, 이 절삭날 (10) 은 칩 제거 작업의 주된 부분을 수행하도록 의도되는, 적어도 하나의 메인 날 세그먼트 (101), 상기 칩 제거 작업에서, 작업물의 기계 가공된 표면을 문지르고 평평하게 하는 적어도 하나의 와이핑 날 세그먼트 (102) 를 포함한다. 와이핑 날 세그먼트 (102) 는 오목부 (107) 를 형성한다.

Description

작업물의 칩 제거 기계 가공을 위한 절삭 인서트{CUTTING INSERT FOR CHIP REMOVING MACHINING OF WORKPIECES}
본 발명은 작업물의 칩 제거 기계 가공을 위한 절삭 인서트에 관한 것이며,
- 칩을 운반시키도록 구성되는 적어도 하나의 칩 제거면,
- 여유면으로서 제공되도록 구성되는 적어도 하나의 측면,
- 적어도 하나의 절삭날로서, 각각의 절삭날은 적어도 하나의 칩 제거면 중 하나와 적어도 하나의 측면 중 하나 사이에 형성되는 절삭날을 갖고, 이 절삭날은
- 칩 제거 작업의 주된 부분을 수행하도록 의도되는, 적어도 하나의 메인 날 세그먼트 (segment),
-상기 칩 제거 작업에서, 작업물의 기계 가공된 표면을 문지르고 (wipe off) 평평하게 (level) 하는 적어도 하나의 와이핑 날 (wiping-edge) 세그먼트를 포함한다.
당해 종류의 절삭 인서트는 홀더에 분리 가능하게 장착하기 위한 교체 가능한 마모 부분이며, 이는 다수의 대안적인 형상을 가질 수 있고, 밀링, 드릴링, 리밍 (reaming), 선삭 (turning) 등과 같은 대부분의 다양한 목적을 위해 산업적으로 사용될 수 있다. 기계 가공된 작업물은 보통 금속으로 이루어지며, 절삭 인서트는 초경합금, 질화규소, 산화 알루미늄 등과 같은 경질의, 내마모성 재료로부터 제조되며, 인서트 홀더는 더 탄성적인 재료, 특히 강으로부터 제조된다.
절삭 인서트는 2 개의 대향 제 1 및 제 2 표면을 가질 수 있고, 이들 중 적어도 하나는 칩 제거면을 형성한다. 칩 제거면은 절삭 인서트를 사용할 때 칩이 미끄러질 수 있는 면의 적어도 부분 위의 표면이다. 칩 제거면은, 본질적으로 업계에 공지된 방식으로, 작업물의 기계 가공에서 형성되는 칩의 운반 및 파단의 목적을 갖는 특정한 지형적 디자인을 갖는 소위 절삭 기하학적 표면일 수 있다. 하나 이상의 측면이 제 1 표면과 제 2 표면 사이에 뻗어있다. 제 1 표면만이 칩 제거면인 경우 (소위 단일면 절삭 인서트), 제 2 표면은 홀더에 대하여 지지하기 위한 인접면일 뿐이며, 제 1 및 제 2 표면 모두가 칩 제거면인 경우 (소위 양면 절삭 인서트), 제 1 및 제 2 표면 모두는 적어도 부분적으로는 또한 인접면으로서 역할을 할 수 있다.
관찰자를 향하는 칩 제거면에서 보이듯이, 절삭 인서트는 대안적인 형상, 예컨대 둥근, 특히 원형 또는 타원 형상, 또는 다각 형상을 가질 수 있다. 다각 형상에서, 절삭 인서트는, 여기서 메인 표면부라고 부르는, 적어도 3 개의 보통은 평면 또는 약간 아치형인 메인 부분을 갖는 측면을 갖고, 인접한 메인 표면부는 여기서는 또한 전이 표면부라고 부르며, 적어도 하나의 절삭날이 이에 연결되고, 칩 제거면과 전이 표면부 사이에 형성되는 볼록하게 둥근 노즈 (nose) 를 통하여 서로 변형된다. 이러한 절삭날은 사용시에 칩 제거 작업의 주된 부분을 수행하는 메인 날 세그먼트를 갖는 것으로 알려질 수 있다. 노즈의 적어도 한 부분을 통하여, 메인 날 세그먼트는, 본 명세서에서 또한 와이핑 날 세그먼트라고 불리며, 사용시에 작업물의 기계 가공된 표면을 문지르고 평평하게 하는, 표면 와이핑 날 세그먼트까지 뻗어있다. 다각 절삭 인서트에서, 이러한 와이핑 날 세그먼트가 적절한 노즈의 한 측에 존재하거나 (비대칭적 노즈) 또는 노즈의 양 측에 존재 (대칭적 노즈) 할 수 있다.
회전 작업물의 표면 마무리는 절삭날과 이송량의 디자인 사이의 상호 작용에 의해 영향을 받는다. 이러한 점에서, 와이핑 날 세그먼트는 특히 중요하다. 이전에 공지된 선삭 인서트에서 (예컨대, WO95/00272, US6217263, US5226761, SE9401732-4, SE9702501-9 및 SU1782196 참조), 와이핑 날 세그먼트는 보통 아치형이고, 그의 길이는 본질적으로는 이송량만큼 크다. 사용시에 작업물의 회전 축선과 가장 가까운 절삭날의 지점에 의해 접점 (tangential point) 이 규정된다. 이전에 공지된 절삭 인서트의 표면 마무리에 대한 성가신 문제는 와이핑 날 세그먼트를 따른 실제 접점의 위치가 미리 정해질 수 없다는 것이다. 따라서, 진짜 접점은 작업물에 대한 절삭 인서트의 정렬에 따라, 와이핑 날 세그먼트의 2 개의 대향 단부 사이에서 제어 불가능한 방식으로 "이동 (drift)" 될 수 있고, 이와 관련하여 가변적인 표면 마무리가 발생한다.
EP1297921A 는 접점의 "이동" 의 문제를 해결하고 상당히 양호한 표면 마무리의 제어를 가능하게 하는 절삭 인서트를 나타낸다. 하지만, EP1297921A 가 당해 종류의 절삭 인서트의 개선을 달성하였지만, 표면 마무리를 더 개선하는 것에 대한 요구가 남아있다.
게다가, 공지된 절삭 인서트에는 절삭력과 진동의 감소, 뿐만아니라 절삭 인서트의 사용 기간의 증가에 대한 요구가 있다.
본 발명의 목적은 일반적으로 작업물의 기계 가공된 표면의 개선된 표면 마무리를 보장하는 절삭 인서트를 제공하는 것이다. 선삭 인서트의 형태로 이를 구체화할 때, 예컨대 유지되는 또는 더욱 개선된 표면 마무리와 함께 방사상으로 증가된 이송량 (feed) 에 대해서, 및 대안적으로 변경되지 않은 이송량에서의 개선된 표면 마무리에 대해서 이 가능성을 이용하는 것이 가능해야 한다. 본 발명의 추가적인 목적은 절삭력을 감소시키고, 진동을 감소시키고 뿐만아니라 절삭 인서트의 사용 기간을 증가시키는 것이다. 본 발명은 와이핑 날 세그먼트가 제공되는 절삭 인서트의 성능의 일반적인 증가를 위해 사용되지만 밀링, 드릴링, 리밍 등과 같은 선삭 외의 다른 기계 가공 기술을 위한 것일 수도 있다.
이러한 목적은 서문에 나타낸 종류의 와이핑 날 세그먼트가 오목부를 형성하는 절삭 인서트에 의해 달성된다.
아래에 더 상세하게 설명되듯이, 와이핑 날 세그먼트는 "양면" 와이핑 작업을 제공하며, 이에 의해 기계 가공된 작업물의 상당히 개선된 표면 마무리가 달성된다. 또한 아래에 더 상세하게 설명되는 것과 같이, 본 발명에 따라 형성되는 절삭 인서트에서, 기계 가공된 표면의 표면 불규칙성이 실질적으로 일정한 간격이 이송량에서 발생한다. 이는 표면 불규칙성이 이송량에 따라 연속적으로 증가되는 종래 기술의 절삭 인서트와 비교하여 절삭 성능에서 상당한 개선을 가능하게 한다.
게다가, 본 발명은 표면 마무리가 이송 방향에 대한 절삭 인서트의 잘못된 정렬의 여지를 더 줄어들게 한다. 이는, 아래에 더 상세하게 설명되는 것과 같이 공지된 절삭 인서트보다, 이러한 잘못된 정렬 시에, 상당히 덜 이동되는 접점 때문이다.
게다가, 연구는 적어도 특정 분야에서, 본 발명이 절삭력을 감소시키는 것을 나타내었다.
바람직하게는, 오목부는 오목부가 형성되는 칩 제거면의 주된 연장부 영역에 평행한 평면에 주로 배향된다. 따라서, 오목부는 와이핑 날 세그먼트가 형성되는 칩 제거면이 관찰자를 향하도록 절삭 인서트의 배향에서 나타나는 방식으로 배향된다.
바람직하게는, 오목부의 가장 깊은 깊이는 와이핑 날 세그먼트의 길이의 적어도 0.2 % 이다. 이에 의해, 표면 마무리의 개선과 절삭 인서트의 잘못된 정렬에 대한 감소된 민감도를 추가적으로 보장하는 오목부의 크기가 얻어진다.
유리한 실시형태가 종속 청구항 4 ~ 20 에 규정되고, 아래에 더 상세하게 예시된다.
도 1 은 길이방향 선삭의 일반적인 원리를 나타내는 개략도이다.
도 2 는 본 발명의 한 실시형태에 따른 다각, 특히 사각 절삭 인서트의 사시도이다.
도 3 은 절삭 인서트의 절삭날의 일부를 갖는, 도 2 의 절삭 인서트의 위로부터 본 극도로 확대된 부분도이다.
도 4 는 도 3 의 일부의 확대도이며, 이 일부는 Ⅳ 로 나타낸 원으로 표시된다.
도 5 는 2 개의 상이한 위치에서의 도 3 의 절삭날의 일부의 부분의 개략도이다.
도 6 은 다소 기울어진 위치에서의 도 3 의 절삭날의 일부의 부분의 개략도이다.
도 7 은 4 개의 상이한 절삭 인서트에 대한 공구 이송량의 함수로서 기계 가공된 작업물의 표면 불규칙성을 나타내는 그래프이다.
도 8 은 시행된 실험으로부터의 결과에 의한 도 7 에 나타낸 불규칙성에 대응하는 그래프이다.
도 9 는 본 발명의 대안적인 실시형태에 따른 절삭날의 일부의 도 3 에 나타낸 일부에 대응하는 도면이다.
도 10 은 도 3 에 나타낸 절삭날 일부의 부분의 개략도이다.
도 1 은 작업물의 기계 가공동안 선삭 공구 (1) 를 개략적으로 나타낸다. 이 경우, 기계 가공은 길이방향 선삭이다. 공구 (1) 는 바 형태의 홀더 (2) 와 교체 가능한 절삭 인서트 (3) 를 포함한다. 작업물 (4) 은 축선 (C) 을 줌심으로 회전 가능하다. 작업물의 기계 가공되는, 원통형 표면 (5) 은 상당히 과장된 웨이브 구성으로 나타난다. 웨이브 구성의 마루 (crest) 사이의 거리는 절삭 인서트 (3) 의 이송량 (f) 에 대응한다. 또한, ap 는 도 1 에서 화살표 (A) 로 나타낸, 공구의 이송 방향에 수직으로 측정되는 기계 가공된 표면 (5) 과 기계 가공되지 않은 표면 (6) 사이의 반경 차이인 절삭 깊이를 나타낸다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 절삭 인서트 (3) 를 나타내는 도 2 를 참조한다. 이 경우, 절삭 인서트는 다각형, 더 정확하게는 주로 마름보 기본 형상을 갖는 바디의 형태이고, 2 개의 대향 제 1 및 제 2 표면 (7, 8) 과 전체 절삭 인서트 (3) 의 주위에 뻗어있는 측면 (9) 에 의해 범위가 정해진다. 절삭 인서트는 다수의 대안적인 기본 형상, 예컨대 삼각형 또는 둥근 형상을 가질 수 있다. 기계 가공에서 적어도 부분적으로 여유면으로서 제공되도록 구성되는 측면 (9) 은 4 개의 주로 직선인 메인 표면부 (901), 뿐만아니라 2 개의 메인 표면부 (901) 를 연결시키는 전이 표면부 (902) 를 갖는다. 도 1 에, 소위 설정 각도 (K°) 가 나타나 있으며, 이는, 보통 절삭 인서트의 메인 절삭날이라고 하는, 주 표면부 (901) 중 하나에서 절삭날 세그먼트와 이송 방향 (A) 사이의 각도이다.
이 실시형태에서, 절삭 인서트는 양면, 즉 제 1 및 제 2 표면 (7, 8) 모두가 칩 제거면이다. 칩 제거면은, 본질적으로 업계에 공지된 방식으로, 작업물의 기계 가공에서 형성되는 칩의 운반 및 파단의 목적을 갖는 특정한 지형적 디자인을 갖는 소위 절삭 기하학적 표면일 수 있다. 절삭 인서트의 작업 상태에서, 즉 선삭 동안, 홀더 (2) 로부터 외면하는 (facing away) 표면은 작용 칩 제거면을 형성하고, 반면 홀더 (2) 를 향하는 표면은 비작용이다. 절삭 인서트가 단일면인 실시형태에서, 홀더 (2) 를 향하는 표면은, 예컨대 실질적으로 평면 형상을 갖는 단지 지지 표면으로서만 제공될 수 있다.
각각의 칩 제거면 (7, 8) 중 하나와 측면 (9) 사이에, 연속적인 절삭날 (10) 이 형성되고, 이는 각각의 전이 표면부 (902) 중 하나와 인접하고, 아래에 더 상세하게 설명되는 것과 같이, 다수의 세그먼트로 나뉘어진다. 각각의 절삭날 (10) 의 세그먼트는 도 2 에 수직 라인으로 나타낸 것과 같이, 상이한 곡률 반경을 갖는 일부 표면으로 측면 (9) 이 나뉘어지도록 측면 (9) 의 전이 표면부 (902) 를 적절하게 형성함으로써 제공된다. 일부 표면의 형성은 연삭, 직접 프레싱, 사출 성형 또는 다른 적절한 방식에 의해 영향을 받을 수 있다.
연속적인 절삭날 (10) 의 대안으로서, 다수의 비 연속적인 절삭날 (10) 이 칩 제거면 (7, 8) 의 주변을 따라 적절한 위치에 분포될 수 있다.
도 3 에서, 도 2 의 절삭 인서트의 일부가 관찰자를 향하는 칩 제거면 (7) 중 하나에 의해 나타나 있다. 더 정확하게는, 도 2 의, 절삭날 (10) 의 부분에서 절삭 인서트의 일부가 나타나고, 이 부분은 측면의 전이 표면부 (902) 중 하나에 형성된다. 도면에 나타낸 일부분들의 치수와 상호 위치는 정확하거나 또는 반드시 비례에 맞게 도시되지 않지만, 해당 실시형태의 현저한 특징의 이해를 돕도록 나타난다. 이 실시형태에서, 절삭 인서트는 대칭 라인 또는 이등분선 (도 3 에 파선 (S) 으로 나타냄) 의 양 측의 상이한 날 세그먼트가 동일한 형상을 갖도록 형성된다. 여기서, 이등분선 (S) 은 도 3 에 나타낸 전이 표면부 (902) 에 연결되는 메인 표면부 (901) (도 2) 사이의 각도를 2 개의 동일한 부분으로 나누도록 규정된다.
이 실시예에서, 절삭 인서트는 도 3 의 화살표 (A) 로 나타낸 방향으로 이송되도록 장착된다. 이와 관련하여, 절삭날 (10) 은, 그 연장부가 도 3 에 화살표 (101) 에 의해 부분적으로 나타나 있고, 사용시에 칩 제거 작업의 주된 부분을 수행하는 메인 날 세그먼트를 갖는다. 여기서 규정된 것과 같은 메인 날 세그먼트 (101) 는 이등분선 (S) 을 넘어 뻗어있다. 메인 날 세그먼트 (101) 바로 옆에, 절삭날 (10) 은 와이핑 날 세그먼트 (102) 를 갖고, 그 연장부는 도 3 에 양방향 화살표 (102) 에 의해 나타나 있고, 사용시에 작업물의 기계 가공된 표면을 문지르고 평평하게 한다. 와이핑 날 세그먼트 (102) 는 메인 날 세그먼트 (101) 의 한 단부로부터 이송 방향 (A) 의 반대 방향으로 주된 연장부를 갖는다. 와이핑 날 세그먼트 (102) 의 연장부는 아래에 더 상세하게 설명되어 있지만, 여기서 이들의 길이는 바람직하게는 절삭 인서트 (3) 가 의도되는 사용시에 가장 높은 이송량 (f) (도 1) 보다 더 크지 않아야 한다는 것이 언급될 수 있다. 선삭을 위한 절삭 인서트의 보통 발생하는 이송 간격의 예로써, 비교적 작은 절삭 인서트에서 0.3 ~ 0.65 ㎜/r, 그리고 비교적 큰 절삭 인서트에서 0.5 ~ 2 ㎜/r 이 언급될 수 있다.
이등분선 (S) 의 양 측의 날 세그먼트가 동일한 형상을 갖기 때문에, 절삭 인서트는, 다른 장착에 의해, 미러 방식 (mirrored way) 으로 사용될 수 있고, 도 3 에서 메인 날 세그먼트 (101) 로 나타낸 그의 부분은 와이핑 날 세그먼트일 수 있고, 도 3 에 와이핑 날 세그먼트 (102) 로 나타낸 부분은 메인 날 세그먼트의 부분일 수 있다. 이러한 미러 방식의 사용은, 예컨대 반경 방향 (예컨대, 도 1 에서 상방) 으로의 이송시에, 절삭 인서트의 장착의 변경 없이 또한 발생할 수 있다. 대안적으로는, 전이 표면부 (902) 에서, 절삭 인서트는 이등분선 (S) 을 중심으로 비대칭일 수 있다.
메인 날 세그먼트 (101) 는 볼록한 첨단 세그먼트를 포함하고, 그의 연장부는 도 3 에 양방향 화살표 (103) 에 의해 나타나 있고, 이는 이등분선 (S) 의 양 측으로 뻗어있고 이등분선과 교차한다. 첨단 세그먼트 (103) 는 이 실시예에서 0.8 ㎜ 인 곡률 반경 (R103) 을 갖는다. 첨단 세그먼트 (103) 바로 옆에 그리고 그의 양 측에, 절삭날 (10) 은 각각의 볼록한 전이 세그먼트를 갖고, 이들의 각각의 연장부는 도 3 에 양방향 화살표 (104) 에 의해 나타나 있다. 전이 세그먼트 (104) 는 이 실시예에서 0.6 ㎜ 인 곡률 반경 (R104) 을 갖는다.
의도되는 이송 방향 (A) 에서, 와이핑 날 세그먼트 (102) 의 정면에서 발견되는 절삭날 (10) 의 세그먼트 또는 세그먼트들의 디자인은 본 발명의 범위 안에서 자연스럽게 변할 수 있다. 예컨대, 첨단 세그먼트 (103) 의 곡률 반경 (R103) , 뿐만아니라 전이 세그먼트 (104) 의 곡률 반경 (R104) 은 도 3 의 실시예와 다른 값을 가질 수 있고, 이 반경은 일반적으로 어떠한 적절한 값으로 추정된다. 실시예로서, 첨단 세그먼트 (103) 의 곡률 반경 (R103) 은 0.3 ~ 3.2 ㎜ 의 간격 내일 수 있고, 전이 세그먼트 (104) 의 곡률 반경 (R104) 은 0.1 ~ 2 ㎜ 의 간격 내일 수 있다. 또한, 첨단 세그먼트 (103) 의 곡률 반경 (R103) 은 전이 세그먼트 (104) 의 곡률 반경 (R104) 보다 더 커야 하지만, 이러한 관계는 자연스럽게 반대일 수 있다. 대안적으로는, 절삭날 (10) 은 와이핑 날 세그먼트 (102) 로부터 의도되는 이송 방향 (A) 의 앞쪽에 그리고 이등분선 (S) 의 뒤쪽에서 동일한 반경을 가질 수 있다. 추가적인 대안으로서, 여기서 설명된 실시형태에서 첨단 세그먼트 (103) 와 전이 세그먼트 (104) 로 형성되는 절삭날 (10) 의 부분은 3 개를 초과하는 세그먼트를 포함할 수 있고, 인접한 이들 세그먼트는 상이한 곡률 반경을 갖는다.
와이핑 날 세그먼트 (102) 는 제 1 및 제 2 볼록 세그먼트 부분을 갖고, 각각의 연장부는 도 3 에 양방향 화살표 (105, 106) 에 의해 나타난다. 이 실시예에서, 제 1 및 제 2 볼록 세그먼트 부분 (105, 106) 은 일정한 곡률 반경 (R105, R106) 을 갖고, 이들은 5 ㎜ 이다.
제 1 및 제 2 볼록 세그먼트 부분 (105, 106) 은 상호적으로 상이한 크기의 곡률 반경 (R105, R106) 을 가질 수 있다. 이와 관련하여, 바람직하게는 제 1 볼록 세그먼트 부분 (105), 즉 이송 방향 (A) 에 평행하게 볼 때 정면에 위치된 볼록 세그먼트 부분은 제 2 볼록 세그먼트 부분 (106) 보다 더 큰 곡률 반경 (R105) 을 갖는다.
따라서, 제 1 및 제 2 볼록 세그먼트 부분 (105, 106) 은 이들의 각각의 곡률 반경 (R105, R106) 에 대응하는 제 1 및 제 2 곡률 중심 (C105,C106) 을 각각 갖는다. 곡률 중심 (C105, C106) 은 서로 이격되어 위치되고 의도되는 이송 방향 (A) 에 평행하게 볼 때, 제 1 및 제 2 볼록 세그먼트 부분 (105, 106) 과 동일한 순서로 위치된다. 본 명세서에서 돌출된 중심 거리라고 하는, 제 1 및 제 2 곡률 중심 (C105, C106) 사이의 이송 방향 (A) 에 평행한 방향으로의 거리는, 도 3 에 양방향 화살표 (O56) 으로 나타낸다. 가상의 직선 접선 (T) (도 3 에 파선으로 나타냄) 이 각각 제 1 및 제 2 정점 (vertex point)(T105, T106) 에서 제 1 및 제 2 볼록한 세그먼트 부분 (105, 106) 과 접한다. 사용시에, 절삭 인서트는 접선 (T) 이 이송 방향 (A) 과 평행하도록 장착된다. 따라서, 돌출되는 중심 거리 (O56) 는 접선 (T) 에 평행한 방향으로 제 1 및 제 2 곡률 중심 (C105, C106) 사이의 거리이다.
도 3 에 나타낸 것과 같이, 제 1 및 제 2 정점 (T105, T106) 사이의 와이핑 날 세그먼트 (102) 는 오목부 (107) 를 갖는다. 이 실시형태에서, 오목부 (107) 는 주로 도면 (도 3) 의 평면, 즉 오목부 (107) 가 형성되는 칩 제거면 (7) 의 주 연장 영역에 평행한 평면으로 배향된다. 따라서, 오목부 (107) 는 접선 (T) 내측이고 각각 제 1 및 제 2 볼록 세그먼트 부분 (105, 106) 사이의 범위 또는 영역이다. 더 정확하게는, 오목부 (107) 는 접선 (T) 과 제 1 및 제 2 정점 (T105, T106) 사이의 절삭날 (10) 에 의해 한정되는 범위 또는 영역으로 형성된다. 이 실시형태에서, 오목부의 가장 깊은 깊이, 즉 접선 (T) 으로부터 절삭날 (10) 까지의 가장 큰 거리는 대략 0.004 ㎜ 이다. 더 일반적으로는, 가장 깊은 깊이는 0.002 ㎜ 이상이어야 한다.
도 4 는 와이핑 날 세그먼트 (102) 의 일부, 더 정확하게는 오목부 (107) 의 일부를 나타낸다. 제 1 및 제 2 볼록한 세그먼트 부분 (105, 106) 은 오목한 중간 세그먼트 부분을 통하여 연결되고, 이들의 연장부는 도 4 에서 양방향 화살표 (108) 에 의해 나타나고, 제 1 및 제 2 볼록한 세그먼트 부분 (105, 106) 의 곡률 반경보다 상당히 더 작은 곡률 반경 (R108) 을 갖는다. 이 실시예에서, 오목한 중간 세그먼트 부분 (108) 의 곡률 반경 (R108) 은 0.15 ㎜ 이지만, 2 개의 볼록한 세그먼트 부분 (105, 106) 의 곡률 반경 (T105, T106) 은 언급된 것과 같이 5 ㎜ 이다. 제 1 및 제 2 볼록한 세그먼트 부분 (105, 106) 은 각각의 굴곡 지점, 즉 곡률의 경사의 부호가 바뀌는 절삭날을 따르는 지점에서 오목한 중간 세그먼트 부분 (108) 으로 각각 변형된다. 도 4 에서, 접선 (T) 은 또한 오목부 (107) 의 가장 깊은 부분에서 절삭날 (10) 로부터의 거리에 나타난다.
이제 도 3 이 참조된다. 상기 언급된 것과 같이, 본 명세서에서 와이핑 날 세그먼트 (102) 에 의해 사용시에 작업물의 기계 가공된 표면을 문지르고 평평하게 하는 절삭날 (10) 의 세그먼트가 참조된다. 또한, 본 명세서에서 와이핑 날 세그먼트 (102) 에 의해, 제 1 및 제 2 볼록한 세그먼트 부분 (105, 106) 이 일정한 곡률 반경을 갖는 실시형태와 관련하여, 2 개의 가상의 한정 지점 (A102, B102) 에 의해 한정되는 절삭날 (10) 의 세그먼트가 참조되며 이 한정 지점의 위치는 이하에 의해 결정된다 : 한정 지점 (A102, B102) 은 절삭날 (10) 의 곡률이 각각 제 1 및 제 2 볼록한 세그먼트 부분 (105, 106) 의 곡률 반경 (R105, R106) 에서 각각 상이한 크기를 갖는 곡률로 변형되는 오목부 (107) 의 각각의 측에 존재한다. 도 3 에서 보이듯이, 한정 지점 (A102, B102) 은 또한 각각 제 1 및 제 2 볼록한 세그먼트 부분 (105, 106) 을 한정한다. 따라서, 도 1 ~ 8 에 나타내고 여기서 설명된 실시형태에서, 이송 방향 (A) 으로 볼 때, 와이핑 날 세그먼트 (102) 즉, 볼록한 세그먼트 부분 (105) 이 전이 세그먼트 (104) 와 만나는 지점 (B102) 에 의해 절삭 인서트의 첨단 세그먼트 (103) 에 가장 가까운 와이핑 날 세그먼트 (102) 는 앞쪽에서 한정된다. 이송 방향 (A) 으로부터 후방으로, 즉 첨단 세그먼트 (103) 로부터 가장 이격되어 있는, 와이핑 날 세그먼트 (102) 는 볼록한 세그먼트 부분 (106) 이 끝나고 작업물의 기계 가공된 표면으로부터의 특정 여유각에서 클리어 (clear) 되도록 구성되는 날 세그먼트로 변형되는 지점 (A102) 에 의해 한정된다.
도 3 및 도 4 의 실시예에서, 제 1 및 제 2 볼록한 세그먼트 부분의 호 (arc) 의 길이는 각각 0.26 ㎜ 및 0.6 ㎜ 이고, 중간 세그먼트 부분의 호의 길이는 0.01 ㎜ 이며, 이는 와이핑 날 세그먼트 (102) 의 길이는 0.87 ㎜ 인 것을 의미한다.
도 3 의 실시예에서, 제 1 볼록한 세그먼트 부분 (105) 과 제 2 볼록한 세그먼트 부분 (106) 의 끝 지점은 가상의 실질적으로 직선의 라인을 따라 위치된다. 대안적으로는, 제 1 볼록한 세그먼트 부분 (105) 과 제 2 볼록한 세그먼트 부분 (106) 의 끝 지점은 각각 제 1 및 제 2 볼록한 세그먼트 부분 (105, 106) 의 곡률 반경과 비교하여 매우 큰 반경을 갖는 가상의 곡선 라인을 따라 위치될 수 있다.
와이핑 날 세그먼트 (102) 의 길이, 제 1 및 제 2 볼록한 세그먼트 부분 (105, 106) 의 상호 길이, 제 1 및 제 2 볼록한 세그먼트 부분 (105, 106) 의 각각의 곡률 반경, 뿐만아니라 돌출되는 중심 거리 (O56) 는 절삭 인서트의 크기, 이송 속도, 수행되는 기계 가공의 종류, 뿐만아니라 절삭 인서트에 현저한 다른 요인들에 따라 변할 수 있다. 또한, 언급된 것과 같이, 제 1 및 제 2 볼록한 세그먼트 부분 (105, 106) 의 곡률 반경은 동일하거나 또는 상이할 수 있다. 바람직하게는, 각각의 제 1 및 제 2 볼록한 세그먼트 부분 (105, 106) 중 하나의 곡률 반경 (R105, R106) 은 0.25 ~ 30 ㎜ 간격 내이다. 돌출된 중심 거리 (O56) 는 0.1 ~10 ㎜ 간격 내이고, 와이핑 날 세그먼트 (102) 의 길이는 0.2 ~ 25 ㎜ 간격 내이다. 명확함을 위해, 와이핑 날 세그먼트 (102) 의 길이에 의해, 절삭날 (10) 이 와이핑 날 세그먼트 (102) 의 한정 지점 (A102, B102) (도 3 참조) 사이에서 뒤따를 때 이동되는 거리가 참조된다는 것을 알아야 한다. 하지만, 대부분의 실시형태에서, 이 거리는 대략 한정 지점 (A102, B102) 사이의 최단 거리 정도의 크기여야 한다.
도 5 를 참조하여, 종래 기술과 비교하여, 왜 기계 가공된 작업물의 상당히 개선된 표면 마무리가 달성되는지가 여기서 설명된다. 도 5 에서, 상기 설명된 것과 같은 제 1 및 제 2 볼록한 세그먼트 부분 (105, 106), 뿐만아니라 오목부 (107) 를 갖는 절삭날 (10) 의 부분이 나타나 있다. 또한, 10' 으로 나타낸 파선에 의해, 이전 위치에서의 절삭날의 동일한 부분이 나타나고, 작업물은 이전 위치로부터 실선으로 나타낸 위치까지 1 회전 회전된다. 절삭날 (10') 의 이전 위치에서, 고저 (elevation) 가 오목부 (107') 의 위치에 대응하여 작업물에 남아있다. 돌출된 중심 거리 (O56) (도 3) 에 적절하게 적응되는 이송 속도에 의해, 작업물의 다음 회전에서, 제 2 볼록한 세그먼트 부분 (106) 은 이전 위치에서 오목부 (107') 가 지나가는 영역 위를 "쓸며 지나고 (sweep)", 이에 의해 이전 위치에서 오목부 (107') 에 의해 남겨진 재료가 제거된다.
이제 도 6 이 참조된다. 언급된 것과 같이, 접점은 사용시에 작업물의 회전 축선과 가장 가까운 절삭날의 지점이다. 또한 나타낸 것과 같이, 큰 반경을 갖는 와이핑 날 세그먼트를 갖는 공지된 절삭 인서트에서, 접점의 위치의 불충분한 제어의 형태인 문제가 발생되는데, 이는 이송 방향에 대한 절삭 인서트의 잘못된 정렬 때문이다. 본 발명에 의해, 와이핑 날 세그먼트의 길이에 대하여, 비교적 작은 반경을 갖는 2 개의 볼록한 세그먼트 부분 (105, 106) 을 갖는 와이핑 날 세그먼트가 제공될 수 있다. 이는 접점이 이송 방향에 대한 절삭 인서트의 잘못된 정렬의 대응하는 크기에 대하여 언급된 종류의 공지된 방식에서보다 상당히 덜 이동되는 것을 의미한다. 도 3 에서 보이듯이, 절삭 인서트의 정확한 정렬시에, 정점 (T105, T106) 은 2 개의 접점이다. 도 6 에서, 절삭 인서트는, 정점 (T105, T106) 에서 제 1 및 제 2 볼록한 세그먼트 부분 (105, 106) 이 접하는 접선 (T) 이 이송 방향 (A) 과 각 (α) 을 형성하도록 잘못 정렬된다. 이에 의해, 접점 (TP) 이 형성되고, 이는 제 1 정점 (T105) 으로부터 비교적 작은 거리에 있다. 따라서, 접점의 위치의 매우 좋은 제어가 달성된다.
도 7 은 기계 가공된 작업물의 표면 불규칙성 (Rz) 의 이론적인 계산 결과를, 4 개의 상이한 절삭 인서트에 대한 이송량 (f) 의 함수로서 나타낸다. 절삭 인서트 (1) 및 절삭 인서트 (2) 에는 종래 기술에 따라, 큰 일정한 반경을 갖는 와이핑 날 세그먼트가 형성된다. 절삭 인서트 (1) 에서, 와이핑 날 세그먼트의 길이는 0.7 ㎜ 이고 그의 반경은 5 ㎜ 이며, 절삭 인서트 (2) 에서, 와이핑 날 세그먼트의 길이는 1.1 ㎜ 이고 그의 반경은 7.5 ㎜ 이다. 절삭 인서트 (3) 와 절삭 인서트 (4) 는 본 발명에 따라 형성된다. 절삭 인서트 (3) 에서, 와이핑 날 세그먼트의 길이는 0.7 ㎜ 이고, 돌출되는 중심 거리 (O56) (도 3) 는 0.3 ㎜ 이며, 제 1 및 제 2 볼록한 세그먼트 부분 (105, 106) (도 3) 의 반경은 각각 5 ㎜ 와 3.5 ㎜ 이다. 절삭 인서트 (4) 에서, 와이핑 날 세그먼트의 길이는 0.9 ㎜ 이고, 돌출되는 중심 거리 (O56) 는 0.43 ㎜ 이며, 제 1 및 제 2 볼록한 세그먼트 부분 (105, 106) 의 반경은 각각 7.5 ㎜ 와 3.5 ㎜ 이다.
도 7 에서 볼 수 있듯이, 종래 기술에 따른 절삭 인서트에서, 여기서 Rz 로 측정된 표면 불규칙성, 즉 기계 가공된 표면의 이론적 프로파일 높이는 이송량에 의해 연속적으로 증가된다. 하지만, 본 발명에 따라 형성되는 절삭 인서트에서, 표면 불규칙성 (Rz) 이 실질적으로 일정한 간격이 이송량에서 발생한다. 이러한 매우 유리한 효과는 도 5 를 참조하여 설명되고, 와이핑 날 세그먼트에 의해 수행되며 제 2 볼록한 세그먼트 부분 (106) 이 이전의 회전에서 오목부 (107') 가 지나가는 영역 위를 "쓸며 지나는", "양면" 와이핑 작업의 결과이다.
이제, 도 8 이 참조된다. 파선은 도 7 의 절삭 인서트 (4) 의 라인에 대응한다. 실선은 도 7 의 절삭 인서트 (4) 와 동일한 절삭 인서트에 의해 시행된 실험에서, 이송량 (f) 의 함수로서, 표면 불규칙성 (Rz) 을 나타낸다. 결과는 시행된 실험 뿐만아니라 계산에서, 표면 불규칙성 (Rz) 이 이송량에 따라 증가되지 않는 이송량의 간격 (대략 0.5 ㎜/r 에서 대략 0.8 ㎜/r) 이 발생하는 본 발명의 중요한 이점 중 하나를 확인시킨다.
다수의 대안적인 실시형태가 본 발명의 범위 내에 있다. 실시예로서, 여기서 와이핑 날 세그먼트 (102) 는 2 이상의 오목부를 형성할 수 있다. 게다가, 도 9 및 도 10 에 나타나고 아래에 설명되는 실시형태에 예시되듯이, 하나 이상의 세그먼트 부분은 이들 각각의 길이에 따라 변하는 곡률 반경을 가질 수 있다.
도 9 는 절삭날 (10) 의 일부의 도 3 에 나타낸 일부에 대응하는 도면이다. 상기 설명된 실시형태에서와 같이, 절삭날은 제 1 및 제 2 볼록한 세그먼트 부분 (105, 106) 사이에 오목부 (107) 를 형성하는 와이핑 날 세그먼트 (102) 를 갖는다. 볼록한 세그먼트 부분은 볼록한 세그먼트 부분 (105, 106) 사이에 위치된 오목한 중간 세그먼트 부분 (108) 을 향하는 방향으로 각각 연속적으로 증가하는 곡률 반경을 갖는다. 따라서, 제 1 볼록한 세그먼트 부분 (105) 은 도 9 에 R105a, R105b, R105c 로 나타낸 위치에서, 0.8 ㎜, 2.2 ㎜ 및 2.3 ㎜ 의 곡률 반경을 각각 갖고, 제 2 볼록한 세그먼트 부분 (106) 은 도 9 에 R106a, R106b 로 나타낸 위치에서, 2.0 ㎜ 및 2.4 ㎜ 의 곡률 반경을 각각 갖는다. 대안적으로는, 하나 또는 2 개의 볼록한 세그먼트 부분 (105, 106) 모두는 오목한 중간 세그먼트 부분 (108) 으로부터 멀어지는 방향으로 연속적으로 증가되는 곡률 반경을 가질 수 있다.
이제 도 10 이 참조된다. 상기 언급된 것과 같이, 와이핑 날 세그먼트 (102) 에 의해, 사용시에, 작업물의 기계 가공된 표면을 문지르고 평평하게 하는 절삭날 (10) 의 세그먼트가 참조된다. 하나 또는 2 개의 볼록한 세그먼트 부분 (105, 106) 모두가 일정하지 않은 곡률 반경을 갖는, 예컨대, 도 9 및 도 10 을 참조하여 설명된 것과 같은 실시형태와 관련하여, 이 설명에 따른 와이핑 날 세그먼트 (102) 에 의해, 접선 (T) 으로부터의 특정 수직 거리 (TAA, TAB) 에 위치됨으로써 위치가 규정되는 2 개의 가상 한정 지점 (A102, B102) 에 의해 한정되는 절삭날 (10) 의 세그먼트가 참조된다. 여기 설명된 실시형태에서, 도 9 및 도 10 을 참조하여, 거리 (TAA, TAB) 는 모두 0.01 ㎜ 이다. 하지만, 거리 (TAA, TAB) 는 절삭 인서트의 의도되는 적용에 따라 선택될 수 있고, 따라서 0.01 ㎜ 보다 더 크거나 뿐만아니라 0.01 ㎜ 보다 더 작을 수 있다.
와이핑 날 세그먼트 (102) 에서의 절삭 날의 곡률은, 차량, 비행기 및 선박과 같은 다른 분야의 도면에서 발견되는 예컨대 하나 이상의 소위 스플라인 (spline) 과 같은 다수의 대안적인 방식으로 결정될 수 있다.

Claims (20)

  1. 작업물의 칩 제거 기계 가공을 위한 절삭 인서트로서,
    - 칩을 운반시키도록 구성되는 적어도 하나의 칩 제거면 (7, 8),
    - 여유면으로서 제공되도록 구성되는 적어도 하나의 측면 (9),
    - 적어도 하나의 절삭날 (10) 로서, 각각의 절삭날은 적어도 하나의 칩 제거면 (7, 8) 중 하나와 적어도 하나의 측면 (9) 중 하나 사이에 형성되는 절삭날을 갖고, 이 절삭날 (10) 은
    - 칩 제거 작업의 주된 부분을 수행하도록 의도되는, 적어도 하나의 메인 날 세그먼트 (101),
    -상기 칩 제거 작업에서, 작업물의 기계 가공된 표면을 문지르고 평평하게 하는 적어도 하나의 와이핑 날 세그먼트 (102) 를 포함하고,
    와이핑 날 세그먼트 (102) 는 오목부 (107) 를 형성하는 것을 특징으로 하는 작업물의 칩 제거 기계 가공을 위한 절삭 인서트.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 오목부 (107) 는 오목부 (107) 가 형성되는 칩 제거면 (7, 8) 의 주된 연장부 영역에 평행한 평면에 주로 배향되는 작업물의 칩 제거 기계 가공을 위한 절삭 인서트.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 오목부 (107) 의 가장 깊은 깊이는 와이핑 날 세그먼트 (102) 의 길이의 적어도 0.2 % 인 작업물의 칩 제거 기계 가공을 위한 절삭 인서트.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 오목부 (107) 의 가장 깊은 깊이는 적어도 0.002 ㎜ 인 작업물의 칩 제거 기계 가공을 위한 절삭 인서트.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 와이핑 날 세그먼트 (102) 는 제 1 및 제 2 볼록한 세그먼트 부분을 갖고, 상기 오목부 (107) 는 상기 볼록한 세그먼트 부분 (105, 106) 사이에 형성되는 작업물의 칩 제거 기계 가공을 위한 절삭 인서트.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 오목부 (107) 는 제 1 및 제 2 볼록한 세그먼트 부분 (105, 106) 의 각각의 제 1 및 제 2 정점 (T105, T106) 에서 제 1 및 제 2 볼록한 세그먼트 부분 (105, 106) 과 접하는 가상의 직선의 접선 (T), 및 제 1 및 제 2 정점 (T105, T106) 사이의 절삭날 (10) 에 의해 한정되는 작업물의 칩 제거 기계 가공을 위한 절삭 인서트.
  7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서, 사용시에 제 1 및 제 2 볼록한 세그먼트 부분 (105, 106) 과 접하는 가상의 직선의 접선 (T) 에 평행하게 이송되도록 구성되는 작업물의 칩 제거 기계 가공을 위한 절삭 인서트.
  8. 제 5 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 볼록한 세그먼트 부분 (105, 106) 은 서로 이격되어 위치되고, 절삭 인서트에 대해 의도되는 이송 방향 (A) 에 평행하게 볼 때, 제 1 및 제 2 볼록 세그먼트 부분 (105, 106) 과 동일한 순서로 위치되는 제 1 및 제 2 곡률 중심 (C105, C106) 에 대하여 실질적으로 일정한 곡률 반경 (R105, R106) 을 갖는 작업물의 칩 제거 기계 가공을 위한 절삭 인서트.
  9. 제 8 항에 있어서, 절삭 인서트에 대해 의도되는 이송 방향 (A) 에 평행하게 볼 때, 제 1 및 제 2 곡률 중심 (C105, C106) 사이의 거리 (O56) 는 와이핑 날 세그먼트 (102) 의 길이보다 더 작은 작업물의 칩 제거 기계 가공을 위한 절삭 인서트.
  10. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서, 절삭 인서트에 대해 의도되는 이송 방향 (A) 에 평행하게 볼 때, 제 1 및 제 2 곡률 중심 (C105, C106) 사이의 거리 (O56) 는 0.1 ~ 10 ㎜ 인 작업물의 칩 제거 기계 가공을 위한 절삭 인서트.
  11. 제 5 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 볼록한 세그먼트 부분 (105, 106) 은 각각 와이핑 날 세그먼트 (102) 의 길이의 적어도 100 % 인 제 1 및 제 2 곡률 반경 (R105, R106) 을 갖는 작업물의 칩 제거 기계 가공을 위한 절삭 인서트.
  12. 제 5 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 볼록한 세그먼트 부분 (105, 106) 은 각각 0.25 ~ 30 ㎜ 간격 내의 제 1 및 제 2 곡률 반경 (R105, R106) 을 갖는 작업물의 칩 제거 기계 가공을 위한 절삭 인서트.
  13. 제 5 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서, 제 1 볼록한 세그먼트 부분 (105) 은, 절삭 인서트에 대해 의도되는 이송 방향 (A) 에 평행하게 볼 때 제 2 볼록한 세그먼트 부분 (106) 의 앞에 위치되고, 제 2 볼록한 세그먼트 부분 (106) 의 곡률 반경 (R106) 보다 더 큰 곡률 반경 (R105) 을 갖는 작업물의 칩 제거 기계 가공을 위한 절삭 인서트.
  14. 제 5 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 볼록한 세그먼트 부분 (105, 106) 중 적어도 하나는 제 1 및 제 2 볼록한 세그먼트 부분 (105, 106) 중 적어도 하나를 따라 변하는 곡률 반경을 갖는 작업물의 칩 제거 기계 가공을 위한 절삭 인서트.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 볼록한 세그먼트 부분 (105, 106) 중 적어도 하나는 제 1 및 제 2 볼록한 세그먼트 부분 (105, 106) 중 적어도 하나를 따라 연속적으로 변하는 곡률 반경 (R105a, R105b, R105c, R106a, R106b) 을 갖는 작업물의 칩 제거 기계 가공을 위한 절삭 인서트.
  16. 제 14 항 또는 제 15 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 볼록한 세그먼트 부분 (105, 106) 중 적어도 하나의 곡률 반경 (R105a, R105b, R105c, R106a, R106b) 은 제 2 볼록한 세그먼트 부분 (105, 106) 을 향하는 방향으로 증가되는 작업물의 칩 제거 기계 가공을 위한 절삭 인서트.
  17. 제 14 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 와이핑 날 세그먼트 (102) 는 오목부 (107) 의 각각의 측에 위치되는 2 개의 가상의 한정 지점 (A102, B102) 에 의해 한정되고, 이들의 위치는 제 1 및 제 2 볼록한 세그먼트 부분 (105, 106) 에 접하는 가상의 직선의 접선 (T) 으로부터 미리 정해진 수직 거리 (TAA, TAB) 에 놓임으로써 결정되는 작업물의 칩 제거 기계 가공을 위한 절삭 인서트.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 가상의 직선의 접선 (T) 으로부터 미리 정해진 수직 거리 (TAA, TAB) 는 0.01 ㎜ 인 작업물의 칩 제거 기계 가공을 위한 절삭 인서트.
  19. 제 1 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 와이핑 날 세그먼트 (102) 의 길이는 적어도 0.2 ㎜ 인 작업물의 칩 제거 기계 가공을 위한 절삭 인서트.
  20. 제 1 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 와이핑 날 세그먼트 (102) 의 길이는 최대 25 ㎜ 인 작업물의 칩 제거 기계 가공을 위한 절삭 인서트.
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