KR20110086708A - 양면 볼 엔드 밀 절삭 인서트 및 이를 위한 공구 - Google Patents

양면 볼 엔드 밀 절삭 인서트 및 이를 위한 공구 Download PDF

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KR20110086708A
KR20110086708A KR1020117011235A KR20117011235A KR20110086708A KR 20110086708 A KR20110086708 A KR 20110086708A KR 1020117011235 A KR1020117011235 A KR 1020117011235A KR 20117011235 A KR20117011235 A KR 20117011235A KR 20110086708 A KR20110086708 A KR 20110086708A
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cutting insert
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KR1020117011235A
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마이클 쥐. 모리슨
스리칸트 본타
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케나메탈 아이엔씨.
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Abstract

본 발명은 대략 반구형 전단부(14)와 후단부(16)를 가진 몸체(12)를 포함하는 양면 볼 엔드 밀(10)을 개시한다. 전단부(14)는 인서트 수용 포켓(20a, 20b)과 칩 포켓(22a, 22b)을 포함한다. 절삭 인서트(40)는 각각의 인서트 수용 포켓(20a, 20b) 내부에 장착될 수 있다. 절삭 인서트(40)는 제1 실질적 평탄면(42), 제2 실질적 평탄면(44), 제1 곡선형 측면(46), 제2 곡선형 측면(48), 제1 실질적 평탄면(42)과 제1 및 제2 곡선형 측면(46, 48) 사이의 교차점에 형성된 한 쌍의 제1 절삭 에지들(54, 56), 및 제2 실질적 평탄면(44)과 제1 및 제2 곡선형 측면(46, 48) 사이의 교차점에 형성된 한 쌍의 제2 절삭 에지들(58, 60)로 구성된다. 제1 및 제2 실질적 평탄면(42, 44)은 서로 실질적으로 평행하고, 절삭 인서트(40)는 세 축 모두에 대해 거울 대칭이다.

Description

양면 볼 엔드 밀 절삭 인서트 및 이를 위한 공구{Double-sided ball end mill cutting insert and tool therefor}
본 발명은 전반적으로 볼 엔드 밀용 절삭 인서트에 관한 것으로, 특히 절삭 인서트가 볼 엔드 밀에 장착된 경우, 에러 방지 요구사항 없이 임의의 방향으로 절삭할 수 있는 네 개의 절삭 에지를 가진 볼 엔드 밀용 양면 절삭 인서트에 관한 것이다.
금형 공동(mold cavity)의 모방 밀링(copy milling)을 위한 충분한 반경을 가진 절삭 에지의 고유의 강도 및 밀링 이점들을 가장 잘 보여주는 금형 제조를 포함하는 다양한 금속 가공 응용에서 볼 노우즈 엔드밀(ball nose end mill)이 사용된다. 볼 형상으로 인해 엔드 밀은 임의의 각도 또는 방향에서 금형 공동을 공격할 수 있다. 절삭 에지는 볼 밀의 단부를 통해 형성되었을 때 회전에 따라 나선형이 된다. 이는 금속의 전단 가공을 촉진하여 효율적인 방식으로 절삭되게 한다.
종래 볼 노우즈 엔드 밀은 대략 반구형 전단부를 가진 대략 원통형 엔드 밀 몸체를 포함한다. 두 개의 인서트 수용 시트 또는 리세스가 서로 직경상 대향하여 전단부에 형성된다. 두 개의 인덱서블 절삭 인서트는 두 개의 시트에 장착되고 클램프 스크류에 의해 고정된다.
볼 노우즈 엔드 밀은 드릴과 같은 플런지 타입(plunge type) 절삭, 종래 밀링 헤드와 같은 면 타입 밀링, 또는 플런지 타입 및 면 타입 절삭 작업을 결합한 램프 타입 기계가공을 수행할 수 있는 매우 다용도의 공작 기계임이 입증되었다.
그러나, 종래 볼 엔드 밀에서 사용되는 절삭 인서트는 그 일 측에 많아야 두 개의 절삭 에지를 가지며, 타 측은 엄격히 안착면으로 사용된다. 그 결과로서, 절삭 인서트의 절반이 사용되지 않으므로, 이러한 종래 엔드 밀은 전체 작업 비용이 증가한다.
간략하게, 본 발명의 일 양상에 따르면, 볼 엔드 밀의 인서트 수용 포켓 내부에 장착될 수 있는 절삭 인서트를 제공한다. 절삭 인서트는 제1 실질적 평탄면, 제2 실질적 평탄면, 제1 곡선형 측면, 제2 곡선형 측면, 제1 실질적 평탄면과 제1 및 제2 곡선형 측면 사이의 교차점에 형성된 한 쌍의 제1 절삭 에지들, 및 제2 실질적 평탄면과 제1 및 제2 곡선형 측면 사이의 교차점에 형성된 한 쌍의 제2 절삭 에지들로 구성된다. 제1 실질적 평탄면은 제2 실질적 평탄면과 실질적으로 평행하다.
본 발명의 다른 양상에 따르면, 인서트 수용 포켓 내부에 장착될 수 있는 절삭 인서트를 제공한다. 절삭 인서트는 제1 실질적 평탄면, 제2 실질적 평탄면, 제1 곡선형 측면, 제2 곡선형 측면, 및 제1 및 제2 곡선형 측면 사이의 코너 반경으로 구성된다. 절삭 인서트는 세 개의 중심축인 x축, y축, z축 모두에 대해 거울 대칭으로, 제1 실질적 평탄면과 제1 및 제2 곡선형 측면 사이의 교차점에 한 쌍의 제1 절삭 에지들을 형성하고, 제2 실질적 평탄면과 제1 및 제2 곡선형 측면 사이의 교차점에 한 쌍의 제2 절삭 에지들을 형성한다.
본 발명의 또 다른 양상에 따르면, 대략 반구형 전단부와 후단부를 가진 몸체를 포함하는 볼 엔드 밀을 제공한다. 대략 반구형 전단부는 인서트 수용 포켓과 칩 포켓을 포함한다. 인서트 수용 포켓은 하부 지지면, 축방향 지지면, 반경방향 지지면, 및 축방향 지지면과 반경방향 지지면 사이의 자유면으로 구성된다. 절삭 인서트는 인서트 수용 포켓 내부에 장착될 수 있다. 절삭 인서트는 제1 실질적 평탄면, 제2 실질적 평탄면, 제1 곡선형 측면, 제2 곡선형 측면, 제1 및 제2 곡선형 측면 사이의 코너 반경, 제1 실질적 평탄면과 제1 및 제2 곡선형 측면 사이의 교차점에 형성된 한 쌍의 제1 절삭 에지들, 및 제2 실질적 평탄면과 제1 및 제2 곡선형 측면 사이의 교차점에 형성된 한 쌍의 제2 절삭 에지들로 구성된다.
본 발명의 이러한 및 다른 특징들, 양상들 및 이점들은, 첨부 도면을 참조하여 후술하는 상세 설명을 읽을 때 더 잘 이해될 것이다. 전체 도면에서 유사한 도면부호가 유사한 구성요소를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 볼 엔드 밀과 절삭 인서트들의 분해 사시도이다.
도 2는 도 1의 볼 노우즈 엔드 밀의 사시도이다.
도 3은 도 1의 볼 노우즈 엔드 밀의 몸체의 정면도이다.
도 4는 도 1의 볼 노우즈 엔드 밀의 몸체의 측면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 네 개의 절삭 에지를 가진 절삭 인서트의 사시도이다.
도 6은 제1 실질적 평탄면을 도시한 도 5의 절삭 인서트의 평면도이다.
도 7은 도 5의 절삭 인서트의 측면도이다.
도 8은 제2 실질적 평탄면을 도시한 도 5의 절삭 인서트의 평면도이다.
이제 도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 볼 엔드 밀을 전체적으로 도면 부호 '10'으로 나타낸다. 볼 엔드 밀(10)은 대략 반구형 전단부(14)와 후단부(16)를 가진 대략 원통형 몸체(12)를 포함하되, 상기 후단부는 기계 스핀들(미도시)에 견고히 고정되도록 구성되어 몸체(12)가 이를 통해 축(18)을 중심으로 회전할 수 있다.
대략 반구형 전단부(14)에는 두 개의 리세스가 교차될 수 있고, 각각의 리세스는 인서트 수용 포켓(20a, 20b)과 칩 포켓(22a, 22b)을 포함한다. 도시된 실시예에서, 인서트 수용 포켓들(20a, 20b)과 칩 포켓들(22a, 22b)은 실질적으로 동일한 구성으로 이루어진다. 그러므로, 여기서, 인서트 수용 포켓(20a)과 칩 포켓(22a)만을 설명한다. 인서트 수용 포켓(20a)은 하부 지지면(24), 축방향 측면 지지면(26), 및 반경방향 측면 지지면(28)으로 구성된다. 코너 릴리프(30)가 하부 지지면(24)과 축방향 및 반경방향 지지면(26, 28) 사이에 형성된다. 자유면(32)이 축방향 및 반경방향 지지면(26, 28) 사이에 구비된다.
본 발명이 인서트 수용 포켓들(20a)의 수에 의해 제한되지 않으며 임의의 바람직한 수의 인서트 수용 포켓들(20a)로 실시될 수 있음은 물론이다. 예를 들어, 본 발명은 단지 하나의 인서트 수용 포켓(20a)을 가진 볼 엔드 밀 또는 세 개 이상의 인서트 수용 포켓(20a)을 가진 볼 엔드 밀로 실시될 수 있다.
도시된 실시예에서, 측면 지지면들(26, 28) 중 하나 또는 양자는 접촉 영역(27, 29)을 각각 포함하고, 상기 접촉 영역은 절삭 인서트(40)가 인서트 수용 포켓(20a) 내부에 장착될 때 절삭 인서트(40)에 접촉하여, 절삭 인서트(40)와 인서트 수용 포켓(20a) 사이에 3점 접촉(두 접촉 영역들(27, 29)과 하부 지지면(24))을 제공한다. 또한, 한 쌍의 접촉 영역들(43, 45)이 인서트 수용 포켓(20a)의 축방향 및 반경방향 지지면(26, 28)에 형성된 접촉 영역들(27, 29)의 형상에 대응하여 절삭 인서트(40)의 각각의 측면(46, 48)에 각각 위치할 수 있다(총 네 개의 접촉 영역이 형성된다). 일 실시예에서, 접촉 영역들(27, 29)은 패드 또는 랜드를 포함하는 한편, 접촉 영역들(43, 45)은 직사각형 등의 대응하는 형상을 가진 리세스 또는 돌기를 포함한다. 접촉 영역들(27, 29; 43, 45)의 하나의 목적은, 절삭 인서트(40)가 인서트 수용 포켓(20a)에 장착될 때 축방향 및 반경방향 지지면(26, 28)과 절삭 인서트(40) 사이에 안착면을 제공하는 것이다. 접촉 영역들(27, 29; 43, 45)의 다른 목적은, 절삭 인서트(40)가 인서트 수용 포켓(20a)에 장착될 때 절삭 인서트(40)의 원치 않는 움직임을 방지하는 회전 방지 특성을 제공하는 것이다.
대안적인 실시예에서, 접촉 영역(미도시)은 인서트 수용 포켓(20a)의 하부 지지면(24)에서 연장된 돌기일 수 있고, 대응하는 형상을 가진 접촉 영역(미도시)이 절삭 인서트(40)의 실질적 평탄면들(42, 44)에 형성될 수 있다. 예를 들어, 접촉 영역들의 횡단면은 삼각형, 정사각형, 직사각형, 마름모 등의 다각형일 수 있다. 이러한 접촉 영역들이 인서트 수용 포켓(20a)의 하부 지지면(24)에 형성될 수 있다. 대응하는 리세스들(미도시)이 절삭 인서트(40)의 실질적 평탄면들(42, 44)에 위치할 수 있다. 이러한 대안적인 접촉 영역들은 전술한 접촉 영역들(27, 29; 43, 45)을 대신하거나 추가로 형성될 수 있다.
나사산 홀(34)이 하부 지지면(24)의 중심 영역에 형성되어 나사산 스크류(36)를 수용하고, 상기 스크류는 전체적으로 도면 부호 '40'으로 나타낸 절삭 인서트를 인서트 수용 포켓(20a, 20b)에 클램핑하는 수단을 제공한다. 나사산 홀(34)은 관통 홀 또는 블라인드 홀일 수 있다. 도 1에서, 나사산 홀(34)은 관통 홀로 도시된다. 하나 이상의 냉각수 유로(38)가 엔드 밀 몸체(12)에 형성되어 절삭 인서트(40)에 인접한 영역에 냉각수 유동을 제공할 수 있다.
이제 도 5 내지 도 8을 참조하면, 절삭 인서트(40)는 제1 실질적 평탄면(42) 및 이에 대향하는 제2 실질적 평탄면(44)을 포함한다. 도 8에 도시된 바와 같이, 제1 평탄면(42)의 평면은 제2 평탄면(44)의 평면과 실질적으로 평행하다. 절삭 인서트(40)는 제1 곡선형 측면(46), 제2 곡선형 측면(48), 및 제1 및 제2 곡선형 측면(46, 48) 사이의 코너 반경(50, 52)을 포함한다. 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 측면(46, 48)은 실질적으로 타원형으로 이루어진다. 도 8에 도시된 바와 같이, 코너 반경(50)에 의해 형성된 평면은 코너 반경(52)에 의해 형성된 평면과 실질적으로 평행하다. 제1 및 제2 측면(46, 48)은 제1 및 제2 평탄면(42, 44)에 대해 대략 90도의 각으로 형성된다.
한 쌍의 제1 절삭 에지들(54, 56)이 제1 평탄면(42)과 제1 및 제2 측면(46, 48) 사이의 교차점에 형성되고, 한 쌍의 제2 절삭 에지들(58, 60)이 제2 평탄면(44)과 제1 및 제2 측면(46, 48) 사이의 교차점에 형성된다. 접시머리 보어(62)가 제1 평탄면(42)에서 제2 평탄면(44)까지 연장되어 절삭 인서트(40)를 인서트 수용 포켓(20a)에 장착될 수 있게 하고, 따라서 네 개의 절삭 에지들(54, 56, 58, 60) 전체를 기계가공 작업 동안 사용할 수 있다.
도 5 내지 도 8에서 알 수 있는 바와 같이, 절삭 인서트(40)는 세 개의 중심축인 x축, y축, z축 모두에 대해 거울 대칭이다. 구체적으로, x축과 y축은 제1 및 제2 평탄면(42, 44)과 실질적으로 평행하고, z축은 제1 및 제2 평탄면(42, 44)에 실질적으로 수직이다. 이러한 대칭성으로 인해, 제1 평탄면(42)이 상면이 되고, 제2 평탄면(44)이 하면이 되어 하부 지지면(24)에 맞물리며, 제1 및 제2 측면(46, 48)이 인서트 수용 포켓(20a)의 접촉 영역들(27, 29)에 맞물리도록, 절삭 인서트(40)가 인서트 수용 포켓(20a)에 장착될 수 있다. 절삭 인서트(40)가 이러한 방식으로 장착된 경우, 절삭 인서트(40)를 z축을 중심으로 180도 회전시켜 절삭 에지들(54, 56)을 기계가공 작업에 사용할 수 있다. 또한, 제2 평탄면(44)이 상면이 되고, 제1 평탄면(42)이 하면이 되어 하부 지지면(24)에 맞물리며, 제1 및 제2 측면(46, 48)이 인서트 수용 포켓(20a)의 접촉 영역들(27, 29)에 맞물리도록, 절삭 인서트(40)가 인서트 수용 포켓(20a)에 장착될 수 있다. 절삭 인서트(40)가 이러한 방식으로 장착된 경우, 절삭 인서트(40)를 z축을 중심으로 180도 회전시켜 절삭 에지들(58, 60)을 기계가공 작업에 사용할 수 있다. 그러므로, 종래 볼 엔드 밀용 절삭 인서트가 두 개 이하의 절삭 에지만을 제공한 것과 비교하여, 본 발명의 절삭 인서트(40)는 기계가공 작업에 사용될 수 있는 네 개의 절삭 에지를 제공한다.
전술한 바와 같이, 볼 엔드 밀은 두 개의 동일한 절삭 인서트를 구비하고, 각각의 절삭 인서트는, 절삭 인서트가 볼 엔드 밀에 장착된 경우, 에러 방지 요구사항 없이 임의의 방향으로 절삭할 수 있는 네 개의 절삭 에지를 가진다.
본원에 언급된 문서들, 특허들 및 특허 출원들은 이에 참고로서 포함된다.
본 발명은 특정 실시예들과 연관되어 구체적으로 설명되었으나, 이는 한정이 아닌 설명의 의도임을 이해해야 하고, 첨부된 청구범위는 종래 기술이 허하는 한 광범위하게 해석되어야 한다.
10. 볼 엔드 밀 12. 몸체
14. 전단부 20a,20b. 인서트 수용 포켓
22a,22b. 칩 포켓 26.28. 지지면

Claims (21)

  1. 볼 엔드 밀의 인서트 수용 포켓 내부에 장착될 수 있는 절삭 인서트로,
    제1 실질적 평탄면, 제2 실질적 평탄면, 제1 곡선형 측면, 제2 곡선형 측면, 제1 실질적 평탄면과 제1 및 제2 곡선형 측면 사이의 교차점에 형성된 한 쌍의 제1 절삭 에지들, 및 제2 실질적 평탄면과 제1 및 제2 곡선형 측면 사이의 교차점에 형성된 한 쌍의 제2 절삭 에지들로 구성되며, 제1 실질적 평탄면은 제2 실질적 평탄면과 실질적으로 평행하는 것인 절삭 인서트.
  2. 제1항에 있어서, 세 개의 중심축인 x축, y축, z축 모두에 대해 거울 대칭인 절삭 인서트.
  3. 제1항에 있어서, 제1 곡선형 측면과 제2 곡선형 측면 사이에 코너 반경을 더 포함하는 절삭 인서트.
  4. 제1항에 있어서, 제1 곡선형 측면 및 제2 곡선형 측면 중 적어도 하나의 측면은, 절삭 인서트가 인서트 수용 포켓에 장착될 때, 인서트 수용 포켓의 축방향 및 반경방향 측면 지지면들에 접촉하여 절삭 인서트의 회전을 방지하는 접촉 영역을 포함하는 것인 절삭 인서트.
  5. 인서트 수용 포켓 내부에 장착될 수 있는 절삭 인서트로,
    제1 실질적 평탄면, 제2 실질적 평탄면, 제1 곡선형 측면, 제2 곡선형 측면, 및 제1 곡선형 측면과 제2 곡선형 측면 사이의 코너 반경으로 구성되며, 세 개의 중심축인 x축, y축, z축 모두에 대해 거울 대칭으로, 제1 실질적 평탄면과 제1 및 제2 곡선형 측면 사이의 교차점에 한 쌍의 제1 절삭 에지들을 형성하고, 제2 실질적 평탄면과 제1 및 제2 곡선형 측면 사이의 교차점에 한 쌍의 제2 절삭 에지들을 형성하는 절삭 인서트.
  6. 제5항에 있어서, 제1 실질적 평탄면은 제2 실질적 평탄면과 실질적으로 평행하는 것인 절삭 인서트.
  7. 제5항에 있어서, 제1 곡선형 측면과 제2 곡선형 측면 사이에 코너 반경을 더 포함하는 절삭 인서트.
  8. 제5항에 있어서, 제1 곡선형 측면 및 제2 곡선형 측면 중 적어도 하나의 측면은, 절삭 인서트가 인서트 수용 포켓에 장착될 때, 인서트 수용 포켓의 축방향 및 반경방향 측면 지지면들에 접촉하여 절삭 인서트의 회전을 방지하는 접촉 영역을 포함하는 것인 절삭 인서트.
  9. 하부 지지면, 축방향 지지면, 반경방향 지지면, 및 축방향 지지면과 반경방향 지지면 사이의 자유면으로 구성된 인서트 수용 포켓을 포함하는 대략 반구형 전단부와 후단부를 가진 몸체; 및
    인서트 수용 포켓 내부에 장착될 수 있고, 제1 실질적 평탄면, 제2 실질적 평탄면, 제1 곡선형 측면, 제2 곡선형 측면, 제1 실질적 평탄면과 제1 및 제2 곡선형 측면 사이의 교차점에 형성된 한 쌍의 제1 절삭 에지들, 및 제2 실질적 평탄면과 제1 및 제2 곡선형 측면 사이의 교차점에 형성된 한 쌍의 제2 절삭 에지들로 구성된 절삭 인서트를 포함하는 볼 엔드 밀.
  10. 제9항에 있어서, 제1 실질적 평탄면과 제2 실질적 평탄면은 서로 실질적으로 평행하는 것인 볼 엔드 밀.
  11. 제9항에 있어서, 절삭 인서트는 세 개의 중심축인 x축, y축, z축 모두에 대해 거울 대칭인 것인 볼 엔드 밀.
  12. 제9항에 있어서, 인서트 수용 포켓은 하부 지지면과 축방향 및 반경방향 지지면 사이에 형성된 코너 릴리프(corner relief)를 더 포함하는 것인 볼 엔드 밀.
  13. 제9항에 있어서, 인서트 수용 포켓은 축방향 지지면에 형성된 제1 접촉 영역과 반경방향 지지면에 형성된 제2 접촉 영역을 더 포함하는 것인 볼 엔드 밀.
  14. 제9항에 있어서, 절삭 인서트는, 절삭 인서트가 인서트 수용 포켓에 장착될 때, 인서트 수용 포켓의 축방향 및 반경방향 측면 지지면들에 접촉하여 절삭 인서트의 회전을 방지하는 접촉 영역을 더 포함하는 것인 볼 엔드 밀.
  15. 제9항에 있어서, 전체적으로 반구형 전단부는 칩 포켓을 더 포함하는 것인 볼 엔드 밀.
  16. 제9항에 있어서, 몸체에 형성된 하나 이상의 냉각수 유로를 더 포함하는 볼 엔드 밀.
  17. 제9항에 있어서, 절삭 인서트는 제1 곡선형 측면과 제2 곡선형 측면 사이에 코너 반경을 더 포함하는 것인 볼 엔드 밀.
  18. 하부 지지면, 대략 평탄한 접촉 영역을 가진 축방향 지지면, 및 대략 평탄한 접촉 영역을 가진 반경방향 지지면으로 구성된 인서트 수용 포켓을 포함하는 대략 반구형 전단부와 후단부를 가진 몸체; 및
    인서트 수용 포켓 내부에 장착될 수 있고, 제1 실질적 평탄면, 제2 실질적 평탄면, 제1 실질적 평탄면과 제2 실질적 평탄면 사이의 제1 곡선형 측면, 및 제1 실질적 평탄면과 제2 실질적 평탄면 사이의 제2 곡선형 측면으로 구성되며, 인서트 수용 포켓의 대략 평탄한 접촉 영역들 중 하나 이상의 접촉 영역과 맞물리는 하나 이상의 대략 평탄한 접촉 영역을 가진 절삭 인서트를 포함하는 볼 엔드 밀.
  19. 제18항에 있어서, 제2 곡선형 측면은 두 개의 대략 평탄한 접촉 영역을 가지고, 제1 곡선형 측면은 두 개의 대략 평탄한 접촉 영역을 가진 것인 볼 엔드 밀.
  20. 다각형 돌기가 연장된 하부 지지면, 축방향 지지면, 및 반경방향 지지면으로 구성된 인서트 수용 포켓을 포함하는 대략 반구형 전단부와 후단부를 가진 몸체; 및
    인서트 수용 포켓 내부에 장착될 수 있고, 제1 실질적 평탄면, 제2 실질적 평탄면, 제1 실질적 평탄면과 제2 실질적 평탄면 사이의 제1 곡선형 측면, 제1 실질적 평탄면과 제2 실질적 평탄면 사이의 제2 곡선형 측면, 및 리세스들로 구성된 절삭 인서트를 포함하며,
    제1 실질적 평탄면과 제2 실질적 평탄면 각각은 인서트 수용 포켓의 다각형 돌기에 대응하는 형상을 가진 리세스를 구비하되, 인서트 수용 포켓의 다각형 돌기는 리세스들 중 하나의 리세스와 결합되어 인서트 수용 포켓 내부에서 절삭 인서트의 회전 운동을 방지하는 것인 볼 엔드 밀.
  21. 제20항에 있어서, 돌기와 리세스들의 횡단면 형상은 삼각형, 정사각형, 직사각형, 또는 마름모형인 것인 볼 엔드 밀.
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