KR20110094015A - 양면형 절삭 인서트 및 이를 구비하는 절삭 공구 - Google Patents

양면형 절삭 인서트 및 이를 구비하는 절삭 공구 Download PDF

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KR20110094015A
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Abstract

본 발명은 양면형 절삭 인서트 및 이를 구비하는 절삭 공구에 관한 것이다. 본 발명에 따른 절삭 공구는 공구 본체와, 공구 본체에 장착되는 하나 이상의 양면형 절삭 인서트를 포함하며, 공구 본체는 하나 이상의 양면형 절삭 인서트를 수용하기 위한 하나 이상의 인서트 포켓을 포함한다. 하나 이상의 인서트 포켓은 하부벽과, 하부벽의 내측으로부터 상향 연장되는 측벽과, 하부벽 및 측벽으로부터 외향 연장되는 후방벽과, 후방벽에 형성되는 수형 결합부를 포함한다. 하나 이상의 양면형 절삭 인서트는 타원형의 상부면 및 하부면을 갖는 양면형 절삭 인서트이며, 상부면 및 하부면의 양 측단 사이를 각각 연결하는 제1 측면 및 제2 측면과, 제1 측면 및 제2 측면의 양 끝을 각각 연결하는 한 쌍의 코너부와, 상부면과 제1 측면 사이의 경계부 및 하부면과 제2 측면 사이의 경계부에 각각 형성되며 곡선 형상을 갖는 제1 절삭 에지 및 제2 절삭 에지를 포함한다. 상부면과 하부면은 타원형의 장축에 대하여 180°회전 대칭이며, 한 쌍의 코너부 중 하나에 인서트 포켓의 수형 결합부와 결합하기 위한 오목한 형상의 암형 결합부가 형성된다.

Description

양면형 절삭 인서트 및 이를 구비하는 절삭 공구{DOUBLE SIDES CUTTING INSERT AND CUTTING TOOL WITH THE SAME}
본 발명은 양면형 절삭 인서트 및 이를 구비하는 절삭 공구에 관한 것으로, 특히 양면형 절삭 인서트를 사용하는 볼노즈 엔드밀에 관한 것이다.
일반적으로 볼노즈 엔드밀은 곡면 밀링 절삭에 사용되는 절삭 공구로서, 절삭 인서트의 유무에 따라 엔드밀 본체와 볼노즈부가 일체로 구성되는 솔리드 볼노즈 엔드밀과, 엔드밀 본체에 교환 가능한 절삭 인서트를 체결한 인덱서블 볼노즈 엔드밀로 나뉜다.
인덱서블 볼노즈 엔드밀의 경우, 절삭 인서트가 안정되게 절삭 기능을 수행할 수 있도록 절삭 인서트를 스크류 등을 통해 공구 본체에 견고하게 결합한다. 이 경우 스크류는 인서트에 수직 방향의 체결력만을 작용하므로 절삭력에 따른 반력을 충분히 지지하지 못한다. 특히, 볼노즈 엔드밀에 사용되는 절삭 인서트는 곡면 절삭을 위해 원호 형상의 에지를 갖기 때문에, 스크류 만으로 인서트를 고정하게 되면 절삭력에 따른 반력에 의해 인서트가 스크류를 중심으로 회전하여 공구 본체에 견고하게 고정되지 못하는 문제점이 있다.
도1에는 그러한 문제점을 해결하기 위해 절삭 인서트와 인서트 포켓의 장착 구조를 변경한 종래 기술의 일례로서, 대한민국 공개특허 제10-2002-83423호에 개시된 볼노즈 엔드밀이 도시되어 있다. 또한, 도2에는 도1의 절삭 인서트가 개략적으로 도시되어 있다.
도1 및 도2를 참조하면, 절삭 인서트(2)의 하부면(22)에 오목하게 형성된 오목부(23)가 인서트 포켓(3)의 하부벽(31)으로부터 돌출 형성된 돌기(33)와 결합한다. 절삭 인서트(2)는 스크류에 의해 인서트 포켓(3)에 대하여 수직 방향으로 고정되고, 또한 돌기(33)와 오목부(23)간의 결합에 의해 인서트 포켓(3) 상에서 회전하지 않고 견고하게 고정된다.
이러한 종래 기술에서는, 절삭 인서트가 그 하부면에 형성된 오목부를 반드시 필요로 한다. 오목부가 없다면, 절삭 작업 중에 절삭 인서트가 스크류를 중심으로 인서트 포켓 상에서 회전하기 때문이다. 따라서, 종래의 볼노즈 엔드밀에서는 절삭 인서트(2)의 일면에만 절삭 에지(25, 26)가 형성된 편면형 절삭 인서트를 사용하고 있다.
그러나, 종래의 편면형 절삭 인서트의 경우, 제1 절삭 에지(25)가 절삭 작업을 수행하는 동안에, 제2 절삭 에지(26)는 외부 절삭 환경에 필연적으로 노출이 된다. 절삭 작업 중에 제1 절삭 에지에 의해 발생된 칩은 노출된 제2 절삭 에지에도 접촉하여 이를 마모시킨다. 따라서, 종래의 볼노즈 엔드밀용 절삭 인서트의 제2 절삭 에지는 실제 절삭 작업에 사용되기도 전에 상당한 정도로 마모가 되어 그 수명이 실질적으로 단축되는 문제점이 있다.
본 발명은 이러한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 절삭인서트를 인서트 포켓에 견고히 고정할 수 있는 동시에 절삭 인서트의 사용수명을 향상시킬 수 있는 밀링 가공용 절삭 공구 및 이에 사용되는 절삭 인서트를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명에 따른 절삭 공구는 공구 본체와, 공구 본체에 장착되는 하나 이상의 양면형 절삭 인서트를 포함하며, 공구 본체는 하나 이상의 양면형 절삭 인서트를 수용하기 위한 하나 이상의 인서트 포켓을 포함한다. 하나 이상의 인서트 포켓은 하부벽과, 하부벽의 내측으로부터 상향 연장되는 측벽과, 하부벽 및 측벽으로부터 외향 연장되는 후방벽과, 후방벽에 형성되는 수형 결합부를 포함한다. 하나 이상의 양면형 절삭 인서트는 타원형의 상부면 및 하부면과, 상부면 및 하부면 사이를 연결하는 한 쌍의 측면과, 한 쌍의 측면 중 제1 측면과 상부면 사이 및 한 쌍의 측면 중 제2 측면과 하부면 사이에 각각 형성되는 제1 절삭 에지 및 제2 절삭 에지와, 상부면 및 하부면의 단부에 형성되는 한 쌍의 코너부를 포함한다. 상부면과 하부면은 타원형의 장축에 대하여 180°회전 대칭이며, 한 쌍의 코너부 중 하나에 인서트 포켓의 수형 결합부와 결합하기 위한 암형 결합부가 형성된다.
본 발명에 따른 절삭 공구는 볼노즈 엔드밀인 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 절삭 공구의 절삭 인서트는 상부면과 제2 측면 사이 및 하부면과 제1 측면 사이에 형성되는 한 쌍의 반경방향 지지면을 더 포함할 수 있다. 또한, 인서트 포켓은 한 쌍의 반경방향 지지면 중 하나와 결합하도록 측벽에 형성되는 지지벽을 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 절삭 공구의 절삭 인서트는 상부면과 제1 측면이 이루는 각 및 하부면과 제2 측면이 이루는 각은 65°내지 90°인 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 절삭 공구의 절삭 인서트의 암형 결합부는 V형상일 수 있으며, 특히 V형상의 사이각은 100°내지 180°인 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 절삭 인서트는 절삭력에 따른 반력에 의해 인서트 포켓 상에서 절삭 인서트가 회전하는 것을 방지하여 절삭 인서트를 견고하게 클램핑할 수 있음과 동시에, 제1 절삭 에지가 절삭 작업을 하는 동안에 절삭 작업을 수행하지 않는 제2 절삭 에지가 칩에 의해 마모되지 않음으로써 절삭 인서트의 사용 수명이 향상될 수 있는 효과를 제공할 수 있다.
도1은 종래 기술에 따른 볼노즈 엔드밀의 사시도이다.
도2는 도1의 편면형 절삭 인서트의 사시도이다.
도3은 본 발명에 따른 양면형 절삭 인서트의 정면도이다.
도4는 도3의 A-A선에 따른 단면도이다.
도5는 본 발명에 따른 양면형 절삭 인서트의 정면 사시도이다.
도6은 본 발명에 따른 양면형 절삭 인서트의 측면 사시도이다.
도7은 본 발명에 따른 볼노즈 엔드밀의 인서트 포켓의 사시도이다.
도8은 본 발명에 따른 볼노즈 엔드밀의 측면 사시도이다.
도9는 본 발명에 따른 볼노즈 엔드밀의 정면 사시도이다.
도10은 도8의 B-B선에 따른 단면도이다.
발명의 실시를 위한 형태
이하, 본 명세서에 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 구성을 상세히 설명한다.
도3은 본 발명에 따른 절삭 인서트의 정면도이고, 도4는 도3의 A-A선에 따른 절삭 인서트의 단면도이다. 절삭 인서트(102)는 타원형의 상부면(121) 및 하부면(122)을 가지며, 제1 측면(127) 및 제2 측면(128)이 상부면(121)과 하부면(122) 사이를 연결한다. 상부면(121)과 하부면(122)의 단부에는 한 쌍의 코너부(142, 143)가 형성된다. 상부면(121)과 제1 측면(127) 사이의 경계부에는 곡선 형상을 갖는 제1 절삭 에지(125)가 형성되고, 하부면(122)과 제2 측면(128) 사이의 경계부에는 곡선 형상을 갖는 제2 절삭 에지(126)가 형성된다. 제1 절삭 에지(125) 및 제2 절삭 에지(126)는 상부면(121)과 제1 측면(127) 사이의 경계부 및 하부면(122)과 제2 측면(128) 사이의 경계부에만 각각 형성될 수 있다. 상부면(121)과 제1 측면(127) 사이에 제1 칩 브레이커(140)가 형성되고, 하부면(122)과 제2 측면(128) 사이에 제2 칩 브레이커(141)가 형성될 수 있으며, 이 경우 제1 절삭 에지(125)는 제1 칩 브레이커(140)와 제1 측면(127) 사이의 경계부에 형성되고, 제2 절삭 에지(126)는 제2 칩 브레이커(141)와 제2 측면(128) 사이의 경계부에 형성된다.
절삭 인서트(102)는 상부면(121)과 하부면(122)이 타원형의 장축(M)에 대하여 180°회전 대칭인 양면형 절삭 인서트이며, 한 쌍의 코너부(142, 143) 중 하나에는 오목한 형상의 암형 결합부(143)가 형성된다. 또한, 상부면(121)과 제2 측면(128) 사이의 경계부 및 하부면(122)과 제1 측면(127) 사이의 경계부에는 한 쌍의 반경방향 지지면(144, 145; 144는 도시 않음)이 각각 형성된다.
절삭 인서트(102)의 상부면(121)과 제1 측면(127)이 이루는 각(α) 및 하부면(122)과 제2 측면(128)이 이루는 각(α)은 65°내지 90°이다.
또한, 절삭 인서트(102)의 암형 결합부(143)는 V형상이며, 그 사이각(Q)은 100°내지 180°이다.
도7은 본 발명에 따른 볼노즈 엔드밀의 인서트 포켓의 사시도이다. 인서트 포켓(103)은 공구 본체(101)의 전방부에 위치하며, 양면형 절삭 인서트(102)를 수용한다. 인서트 포켓(103)은 하부벽(131)과, 하부벽(131)의 내측으로부터 상향 연장되는 측벽(132)과, 하부벽(131) 및 측벽(132)으로부터 외향 연장되는 후방벽(133)과, 후방벽(133)으로부터 전방으로 돌출 형성되는 수형 결합부(135)로 구성된다.
또한, 인서트 포켓(103)의 측벽(132)의 상단에는 지지벽(136)이 돌출 형성되며, 측벽(132)의 하단 및 하부벽(131) 사이의 경계부에는 돌출부(137)가 형성된다.
도8 내지 도10을 참조하여 본 발명의 절삭 인서트 및 인서트 포켓의 결합 구성을 상세히 설명한다.
도8은 본 발명에 따른 절삭 인서트가 인서트 포켓에 장착된 상태의 볼노즈 엔드밀의 정면 사시도이며, 도9는 도8의 측면 사시도이다. 도10은 도8의 B-B선에 따른 단면도이다. 우선, 절삭 인서트(102)가 공구 본체(101)의 인서트 포켓(103)에 장착되면, 절삭 인서트(102)의 하부면(122)이 인서트 포켓(103)의 하부벽(131)에 접촉하고, 절삭 인서트(102)의 제2 측면(128)이 인서트 포켓(103)의 측벽(132)에 접촉한다. 스크류(104)는 절삭 인서트(102)의 관통 보어(124)를 통하여 인서트 포켓(103)의 스크류 보어(134)에 체결되어 절삭 인서트(102)를 수직 방향으로 고정한다. 절삭 인서트(102)의 암형 결합부(143)는 인서트 포켓(103)의 수형 결합부(135)와 결합한다. 수형 결합부(135)와 암형 결합부(143)의 결합력은 절삭력에 따른 수평 방향 반력을 충분히 지지할 수 있기 때문에, 절삭 작업 중에도 절삭 인서트(102)가 인서트 포켓(103)상에서 스크류(104)를 중심으로 회전하는 것이 방지된다. 이와 같이, 본 발명의 절삭 인서트에서는 종래의 절삭 인서트와 같이 절삭 인서트(102)의 회전을 방지하기 위해 하부면에 홈 또는 돌기를 형성할 필요가 없으므로, 하부면(122)은 상부면(121)과 같이 평평한 표면 상태를 가질 수 있다.
본 발명의 절삭 인서트는 종래 기술과 달리 타원형의 장축(M)에 대하여 180°회전 대칭인 상부면(121)과 하부면(122)을 가질 수 있다. 이 경우, 제1 절삭 에지(125)가 작업을 수행하는 중에는 제2 절삭 에지(126)가 인서트 포켓(103)의 측벽(132)의 하단 부근에 위치하게 되므로, 제1 절삭 에지(125)에 의해 생성된 칩이 제2 절삭 에지(126)와 접촉하지 않는다. 따라서, 제1 절삭 에지(125)의 수명이 다하여 절삭 인서트(102)를 뒤집어 장착할 경우에, 제2 절삭 에지(126)는 최초 생산시와 같은 상태로 유지되었으므로 종래에 비해 훨씬 오랜 기간동안 절삭 작업에 사용될 수 있다.
즉, 본 발명에 따른 절삭 인서트는 절삭력에 따른 반력에 의해 인서트 포켓(103)상에서 절삭 인서트(102)가 회전하는 것을 방지하여 절삭 인서트를 견고하게 클램핑할 수 있음과 동시에, 제1 절삭 에지(125)가 절삭 작업을 하는 동안에 절삭 작업을 수행하지 않는 제2 절삭 에지(126)가 칩에 의해 마모되지 않음으로써 절삭 인서트의 사용 수명이 향상될 수 있는 효과를 제공할 수 있다.
본 발명에 따른 절삭 인서트(102)는 다른 구성 요소들에 의해서도 인서트 포켓(103) 상에서의 회전이 방지될 수 있다. 절삭 인서트의 반경방향 지지면(144, 145) 중 하나와 인서트 포켓(103)의 지지벽(136) 간의 결합은 상기 수형 결합부(135)와 암형 결합부(143) 간의 결합을 보조함으로써, 절삭 인서트를 인서트 포켓 내에 더욱 견고히 고정시킨다. 더욱이, 도10에 도시된 바와 같이, 절삭 인서트(102)의 상부면(121)과 제1 측면(127)이 이루는 각(α) 및 하부면(122)과 제2 측면(128)이 이루는 각(α)은 65°내지 90°이고, 인서트 포켓(103)의 측벽(132)도 이에 대응되는 경사각을 갖기 때문에, 절삭 인서트의 반경방향 지지면(144, 145)과 인서트 포켓(103)의 지지벽(136) 간의 보다 확실한 도브테일 결합이 가능하다.
한편, 절삭 인서트(102)의 제1 칩 브레이커(140) 또는 제2 칩 브레이커(141)와 인서트 포켓(103)의 돌출부(137) 사이의 간극은 최소한으로 유지되고, 반경방향 지지면(144, 145)과 지지벽(136)은 서로 밀착하여 결합하기 때문에, 제1 절삭 에지(125)에 의해 발생한 칩이 절삭 인서트(102)와 인서트 포켓(103) 사이로 침입하는 것이 확실히 방지될 수 있다. 즉, 이러한 구성들에 의해, 제2 절삭 에지(126)는 절삭 공정 중 발생한 칩으로부터 보다 확실히 보호될 수 있다.
본 발명을 실시예를 통해 상기에 기술하였지만, 본 발명은 이 밖에도 다양한 형태로 실시될 수 있다. 예컨대, 도9와 같이, 본 발명의 절삭 공구는 하나 이상의 절삭 인서트를 포함할 수 있으며, 각각의 절삭 인서트들(102A, 102B)은 서로 다른 형상의 절삭 에지, 일부만 다른 형상의 절삭 에지 또는 모두 같은 형상의 절삭 에지를 가질 수 있으며, 또한 본 발명의 절삭 인서트는 볼노즈 엔드밀 뿐만 아니라 다른 절삭 공구에도 사용될 수 있다. 이러한 변형은 이 기술분야의 전문가들에게는 자명한 것이어서 본 발명의 범위에 당연히 포함되는 것이다.

Claims (7)

  1. 공구 본체와, 상기 공구 본체에 장착되는 하나 이상의 양면형 절삭 인서트를 포함하는 밀링 가공용 절삭 공구이며,
    상기 공구 본체는 상기 하나 이상의 양면형 절삭 인서트를 수용하기 위한 하나 이상의 인서트 포켓을 포함하고,
    상기 하나 이상의 인서트 포켓은 하부벽과, 상기 하부벽의 내측으로부터 상향 연장되는 측벽과, 상기 하부벽 및 측벽으로부터 외향 연장되는 후방벽과, 상기 후방벽에 형성되는 수형 결합부를 포함하고,
    상기 하나 이상의 양면형 절삭 인서트는 타원형의 상부면 및 하부면과,
    상기 상부면 및 하부면 사이를 연결하는 한 쌍의 측면과, 상기 한 쌍의 측면 중 제1 측면과 상부면 사이 및 상기 한 쌍의 측면 중 제2 측면과 하부면 사이에 각각 형성되는 제1 절삭 에지 및 제2 절삭 에지와, 상기 상부면 및 하부면의 단부에 형성되는 한 쌍의 코너부를 포함하고,
    상기 상부면과 하부면은 타원형의 장축에 대하여 180°회전 대칭이며,
    상기 한 쌍의 코너부 중 하나에 인서트 포켓의 수형 결합부와 결합하기 위한 암형 결합부가 형성되는 절삭 공구.
  2. 제1항에 있어서, 상기 절삭 공구는 볼노즈 엔드밀인 절삭 공구.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 양면형 절삭 인서트는 상기 상부면과 제2 측면 사이 및 상기 하부면과 제1 측면 사이에 형성되는 한 쌍의 반경방향 지지면을 더 포함하고,
    상기 인서트 포켓은 상기 한 쌍의 반경방향 지지면 중 하나와 결합하도록 상기 측벽에 형성되는 지지벽을 더 포함하는 절삭 공구.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 상부면과 제1 측면이 이루는 각 및 상기 하부면과 제2 측면이 이루는 각은 65°내지 90°인 절삭 공구.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 암형 결합부는 V형상이며, 상기 V형상의 사이각은 100°내지 180°인 절삭 공구.
  6. 타원형의 상부면 및 하부면과,
    상기 상부면 및 하부면 사이를 연결하는 한 쌍의 측면과,
    상기 한 쌍의 측면 중 제1 측면과 상부면 사이 및 상기 한 쌍의 측면 중 제2 측면과 하부면 사이에 각각 형성되는 제1 절삭 에지 및 제2 절삭 에지와,
    상기 상부면 및 하부면의 단부에 형성되는 한 쌍의 코너부를 포함하고,
    상기 상부면과 하부면은 타원형의 장축에 대하여 180°회전 대칭이며,
    상기 한 쌍의 코너부 중 하나에 인서트 포켓의 수형 결합부와 결합하기 위한 암형 결합부가 형성되는 양면형 절삭 인서트.
  7. 제6항에 있어서, 상기 양면형 절삭 인서트는 상기 상부면과 제2 측면 사이 및 상기 하부면과 제1 측면 사이에 형성되는 한 쌍의 반경방향 지지면을 더 포함하는 양면형 절삭 인서트.
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