KR20110139218A - 절삭 유체를 팬과 유사한 패턴으로 제공하는 냉각제 전달 시스템을 구비한 절삭 공구 - Google Patents

절삭 유체를 팬과 유사한 패턴으로 제공하는 냉각제 전달 시스템을 구비한 절삭 공구 Download PDF

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마이클 쥐. 모리슨
스리칸쓰 본타
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케나메탈 아이엔씨.
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Abstract

절삭 공구(10)는 전방 단부(14)와 후방 단부(16)를 구비한 몸체(12)를 포함한다. 전방 단부는 인서트 수용 포켓(20a, 20b)을 포함한다. 상기 몸체는 냉각제 전달 시스템(70)을 더 포함하고, 상기 시스템은, 후방 단부로부터 전방 단부로 연장되고 메인 냉각제 유입구(74)를 가진 메인 냉각제 통로(72); 메인 냉각제 통로와 유체 연통되고, 인서트 수용 포켓에 개방된 1차 냉각제 유출구(78)를 가진 1차 냉각제 통로(76); 및 1차 냉각제 통로와 유체 연통되고, 2차 냉각제 유출구(82)를 가진 2차 냉각제 통로(80)를 포함한다. 1차 냉각제 유출구는 2차 냉각제 유출구와 교차하여, 실질적으로 원형이 아닌 형상을 가진 유출구(84)를 형성한다. 그 결과로, 유체가 유출구(84)를 팬 형상의 패턴으로 빠져나가고, 절삭 에지(54, 56, 58, 60) 상에 고르게 분산된다.

Description

절삭 유체를 팬과 유사한 패턴으로 제공하는 냉각제 전달 시스템을 구비한 절삭 공구{Cutting tool having coolant delivery system for providing cutting fluid in a fan-like pattern}
본 발명은 전반적으로 냉각제 전달 시스템을 구비한 절삭 공구에 관한 것으로, 특히 삼각형의 기하형상을 형성하는 1차 및 2차 공급 구멍들을 가진 냉각제 전달 시스템을 구비하여, 절삭 유체가 절삭 몸체를 팬 형상의 패턴으로 빠져나가게 하는 절삭 공구에 관한 것이다.
통상적으로, 절삭 공구는 그 칩 틈(chip gash) 내에 위치한 노즐 또는 단일 구멍을 통해 냉각제를 전달한다. 이러한 공급 방식들 양자에 의해, 절삭 유체가 절삭 인서트 상의 특정 지점에 안내된다. 절삭 유체 스트림(cutting fluid stream)은 절삭 몸체의 밖으로 흐를 때 약간 넓어지지만, 인서트의 전체 절삭 에지가 절삭 유체와 접촉하지 못할 수 있다. 절삭 중에, 이는 절삭 인서트에 열 손상을 초래할 수 있고, 그 결과로 절삭 인서트의 수명이 감소하거나 절삭 인서트의 치명적인 고장을 초래한다.
그러므로, 절삭 몸체에 부품을 추가함 없이 표준 기계가공 공정을 이용하여 절삭 인서트의 전체 절삭 에지에 절삭 유체를 공급하는 것이 바람직할 것이다.
간략하게, 본 발명의 양상에 따르면, 전방 단부와 후방 단부를 구비한 몸체를 포함하는 절삭 공구가 제공된다. 전방 단부는 인서트 수용 포켓을 포함한다. 몸체는 냉각제 전달 시스템을 더 포함하고, 상기 시스템은, 후방 단부로부터 전방 단부로 연장되고 메인 냉각제 유입구를 가진 메인 냉각제 통로; 메인 냉각제 통로와 유체 연통되고, 인서트 수용 포켓에 개방된 1차 냉각제 유출구를 가진 1차 냉각제 통로; 및 1차 냉각제 통로와 유체 연통되고, 인서트 수용 포켓에 개방된 2차 냉각제 유출구를 가진 2차 냉각제 통로를 포함한다.
본 발명에 의하여, 절삭 몸체에 부품을 추가함 없이 표준 기계가공 공정을 이용하여 절삭 인서트의 전체 절삭 에지에 절삭 유체가 공급되는 절삭 공구가 제공된다.
본 발명의 이러한 및 다른 특징들, 양상들 및 장점들은 첨부 도면을 참조하여 후술하는 상세한 설명을 읽을 때 더 잘 이해될 것이다. 전체 도면에서, 유사한 도면 부호가 유사한 부품을 나타낸다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 냉각제 전달 시스템을 구비한 절삭 공구, 예를 들어 볼 노우즈 엔드 밀(ball nose end mill)의 사시도이다.
도 2는 도 1의 볼 노우즈 엔드 밀의 몸체의 평면도이다.
도 3은 도 1의 볼 노우즈 엔드 밀의 부분 절개 분해 사시도이다.
도 4는 본 발명의 실시형태에 따른 냉각제 전달 시스템의 부분 횡단면 사시도이다.
도 5는 도 1의 절삭 공구와 사용되는 절삭 인서트의 사시도이다.
이제 도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시형태에 따른 절삭 공구가 전체적으로 도면 부호 '10'으로 표시된다. 단지 설명의 목적으로, 절삭 공구(10)는 볼 엔드 밀을 포함한다. 그러나, 본 발명은 절삭 공구 타입에 의해 제한되지 않는다. 볼 엔드 밀(10)은 대략 반구형의 전방 단부(14) 및 후방 단부(16)를 구비한 대략 원통형 몸체(12)를 포함하고, 상기 후방 단부는 몸체(12)가 그를 관통하는 종축(18)을 중심으로 회전될 수 있도록 기계 스핀들(미도시)에 견고하게 고정된다.
두 개의 리세스가 대략 반구형 전방 단부(14)를 가로지를 수 있고, 각각의 리세스는 인서트 수용 포켓(20a, 20b)과 칩 포켓(22a, 22b)을 포함한다. 도시된 실시형태에서, 인서트 수용 포켓들(20a, 20b)과 칩 포켓들(22a, 22b)은 실질적으로 동일한 구성을 가진다. 따라서, 본원에서는 인서트 수용 포켓(20a)과 칩 포켓(22a)만이 설명될 것이다. 인서트 수용 포켓(20a)은 하부 지지면(24), 축방향 측면 지지면(26) 및 반경방향 측면 지지면(28)을 포함한다. 코너 릴리프(corner relief; 30)가 하부 지지면(24)과 축방향 및 반경방향 지지면들(26, 28) 사이에 형성된다. 자유면(32)이 축방향 및 반경방향 지지면들(26, 28) 사이에 구비된다.
본 발명이 인서트 수용 포켓(20a)의 수에 의해 제한되지 않고, 임의의 바람직한 수의 인서트 수용 포켓(20a)을 이용하여 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 밀을 이용하여 실시될 수 있다.
나사 구멍(threaded hole; 34)이 하부 지지면(24)의 중심 영역에 구비되어 나사 스크류(threaded screw; 36)를 수용하고, 상기 스크류는 전체적으로 도면 부호 '40'으로 표시된 절삭 인서트를 인서트 수용 포켓(20a, 20b)에 클램핑하는 수단을 제공한다. 나사 구멍(34)은 관통 구멍 또는 막힌 구멍일 수 있다. 도 3에서, 나사 구멍(34)은 관통 구멍으로 도시된다. 본 발명이 절삭 인서트(40)를 포켓(20a)에 클램핑하는 수단에 의해 제한되지 않고, 당해 기술분야의 숙련자들에게 잘 알려진, 절삭 인서트(40)를 포켓(20a)에 장착하는 임의의 수단을 이용하여 실시될 수 있음은 물론이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 절삭 인서트(40)는 제1 실질적 평탄면(42) 및 반대편의 제2 실질적 평탄면(44)을 포함한다. 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 측면들(46, 48) 사이의 코너 반경부들(50, 52)을 포함한다. 제1 및 제2 측면들(46, 48)은 실질적으로 타원형이다. 제1 및 제2 측면들(46, 48)은 제1 및 제2 평탄면들(42, 44)에 대해 대략 90°의 각도로 형성된다.
한 쌍의 제1 절삭 에지들(54, 56)이 제1 평탄면(42)과 제1 및 제2 측면들(46, 48) 사이의 교차부에 형성되고, 한 쌍의 제2 절삭 에지들(58, 60)이 제2 평탄면(44)과 제1 및 제2 측면들(46, 48) 사이의 교차부에 형성된다. 접시머리 보어(countersunk bore; 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 에지(54, 56, 58, 60) 모두가 기계가공 작업 중에 사용될 수 있다.
절삭 인서트(40)는 세 개의 중심축인 x축, y축, z축 모두에 대해 거울 대칭이다. 구체적으로, x축과 y축은 제1 및 제2 평탄면들(42, 44)과 실질적으로 평행하고, z축은 제1 및 제2 평탄면들(42, 44)에 실질적으로 수직이다. 이러한 대칭성으로 인해, 제1 평탄면(42)이 상면이 되고, 제2 평탄면(44)이 하면이 되어 하부 지지면(24)과 맞물리며, 제1 및 제2 측면들(46, 48)이 인서트 수용 포켓(20a)과 맞물리도록, 절삭 인서트(40)가 인서트 수용 포켓(20a)에 장착될 수 있다. 절삭 인서트(40)가 이러한 방식으로 장착될 때, 절삭 인서트(40)를 z축을 중심으로 180° 회전시킴으로써 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)과 맞물리며, 제1 및 제2 측면들(46, 48)이 인서트 수용 포켓(20a)의 접촉 영역들(27, 29)과 맞물리도록, 절삭 인서트(40)가 인서트 수용 포켓(20a)에 장착될 수 있다. 절삭 인서트(40)가 이러한 방식으로 장착될 때, 절삭 인서트(40)를 z축을 중심으로 180°회전시킴으로써 절삭 에지들(58, 60)을 기계가공 작업에 사용할 수 있다. 그러므로, 종래의 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.
다시 도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 양상은 절삭 공구(10)가 냉각제 전달 시스템을 포함하는 것으로, 상기 시스템은 전체적으로 도면 부호 '70'(투시도)으로 표시되고, 절삭 유체를 절삭 인서트(40)에 팬 형상의 패턴으로 공급한다. 종래의 냉각제 전달 시스템과 달리, 냉각제 전달 시스템(70)은, 절삭 유체가 기계가공 작업 중에 절삭 인서트(40)의 해당 절삭 에지(54, 56, 58, 60) 상에 실질적으로 고르게 분산되도록 절삭 인서트(40)에 최인접한 전방 단부(14)를 빠져나가게 하는 기하형상을 가진다.
냉각제 전달 시스템(70)은, 절삭 공구(10)의 후방 단부(16)로부터 전방 단부(14)로 연장되고 메인 냉각제 유입구(74)를 가진 내부 메인 냉각제 통로(72)를 포함한다. 메인 냉각제 유입구(74)는 가압 절삭 유체(미도시) 공급이 절삭 공구(10)의 몸체(12) 내에 도입될 수 있게 한다. 냉각제 전달 시스템(70)은 메인 냉각제 통로(72)와 유체 연통된 내부 1차 냉각제 통로(76)를 더 포함한다. 1차 냉각제 통로(76)는 메인 냉각제 통로(72)로부터 1차 냉각제 유출구(78)로 연장되고, 상기 유출구는 인서트 수용 포켓(20a)에 개방된다. 냉각제 전달 시스템(70)은 1차 냉각제 통로(76)와 유체 연통된 내부 2차 냉각제 통로(80)를 더 포함한다. 2차 냉각제 통로(80)는 1차 냉각제 통로(76)로부터 2차 냉각제 유출구(82)로 연장되고, 상기 유출구는 인서트 수용 포켓(20a)에 개방된다. 1차 냉각제 유출구(78)와 2차 냉각제 유출구(82)가 인서트 수용 포켓(20a)에 개방된 것으로 도시되지만, 유출구들(78, 82)은, 추가적인 1차 및 2차 냉각제 통로들(76, 80)을 통해 인서트 수용 포켓(20a)뿐만 아니라 절삭 공구(10)가 구비할 수 있는 임의의 다른 인서트 수용 포켓에 개방되는 유출구(84)를 형성한다는 점을 이해할 것이다.
메인 냉각제 통로(72), 1차 냉각제 통로(76) 및 2차 냉각제 통로(80)의 기하형상은 절삭 공구의 기하형상, 절삭 인서트의 기하형상 등과 같은 여러 설계 기준에 따라 변화될 수 있다. 도시된 실시형태에서, 메인 냉각제 통로(72), 1차 냉각제 통로(76) 및 2차 냉각제 통로(80)는 실질적으로 원형의 횡단면 형상을 가진다. 그러나, 본 발명이 냉각제 통로들(72, 76, 80)의 횡단면 형상에 의해 제한되지 않고, 직사각형, 삼각형, 마름모 등과 같은 다각형 형상을 이용하여 실시될 수 있음은 물론이다.
도시된 실시형태에서, 메인 냉각제 통로(72)는 1차 냉각제 통로(76) 및 2차 냉각제 통로(80)보다 큰 직경을 가지며, 1차 냉각제 통로(76) 및 2차 냉각제 통로(80)는 대략 동일한 직경을 가진다. 그러나, 본 발명이 통로들(72, 76, 80)의 각각의 직경에 의해 제한되지 않고, 통로들(72, 76, 80) 각각에 대해 임의의 바람직한 직경을 이용하여 실시될 수 있음은 물론이다. 예를 들어, 본 발명은 세 통로들(72, 76, 80) 모두가 대략 동일한 직경을 가진 것으로 실시될 수 있다.
또한, 하나 이상의 메인 냉각제 통로, 하나 이상의 1차 냉각제 통로, 및 하나 이상의 2차 냉각제 통로가 존재하는 한, 본 발명이 통로의 수에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 아울러, 1차 및 2차 냉각제 통로들 각각의 유출구는, 축방향 및 반경방향 지지면들(26, 28)과 자유면(32) 중 하나 이상의 면에서 또는 이에 인접하여 다른 통로와 교차한다. 예를 들어, 본 발명은 하나의 메인 냉각제 통로(72), 하나의 1차 냉각제 통로(76), 및 복수의 2차 냉각제 통로(80)를 이용하여 실시될 수 있고, 상기 통로들 각각은 동일한 직경을 가지거나, 또는 일부가 상이한 직경을 가진다. 이러한 실시예에서, 2차 냉각제 통로들의 유출구들 각각은 인접한 2차 냉각제 통로의 유출구와 교차하고, 2차 냉각제 통로들 중 하나의 통로의 유출구는 1차 냉각제 통로와 교차한다. 냉각제 통로의 수 및 기하형상에 대한 다양한 변경이 본 발명의 범위 내에 존재함은 물론이다.
도 1, 도 3, 도 4에 도시된 바와 같이, 1차 냉각제 유출구(78)와 2차 냉각제 유출구(82)는 인서트 수용 포켓(20a)의 자유면(32)뿐만 아니라 측면 지지면들(26, 28) 중 하나 또는 양자에서 교차하여, 실질적으로 원형이 아닌 유출구(84)를 형성한다. 1차 냉각제 유출구(78)와 2차 냉각제 유출구(82)의 교차의 결과로, 유출구(84)는 상부 및 하부 첨단부들(upper and lower cusps ; 86, 88)을 포함하고, 이들은 1차 및 2차 냉각제 통로들(76, 80) 사이에서 절삭 유체(cutting fluid)의 분산을 돕는다. 유출구(84)의 비원형 형상은 절삭 유체가 유출구(84)를 팬 형상의 패턴으로 빠져나가게 하고, 그로 인해 절삭 유체가 기계가공 작업 중에 절삭 인서트(40)의 전체 절삭 에지(54, 56, 58, 60)에 분산된다. 그 결과로, 종래의 냉각제 전달 시스템을 구비한 절삭 공구와 비교하여, 절삭 인서트(40)의 열 손상이 최소화된다.
본원에 언급된 문헌들, 특허들 및 특허 출원들은 이에 참조로서 포함된다.
본 발명이 특정 실시예들과 연관되어 구체적으로 설명되었지만, 이는 한정이 아닌 설명의 의도임을 이해해야 하고, 첨부된 청구범위는 종래 기술이 허용하는 한 광범위하게 해석되어야 한다.
10: 절삭 공구 12: 몸체
14: 전방 단부 16: 후방 단부
18: 종축 20a, 20b: 인서트 수용 포켓
22a, 22b: 칩 포켓 24: 하부 지지면
26: 축방향 지지면 28: 반경방향 지지면
30: 코너 릴리프 34: 나사 구멍
36: 나사 스크류 40: 절삭 인서트
42: 제1 실질적 평탄면 44: 제2 실질적 평탄면
46: 제1 곡선형 측면 48: 제2 곡선형 측면
50, 52: 코너 반경부 54, 56: 제1 절삭 에지
58, 60: 제2 절삭 에지 62: 접시머리 보어

Claims (15)

  1. 인서트 수용 포켓(insert-receiving pocket; 20a, 20b)을 가진 전방 단부(forward end; 14) 및 후방 단부(rearward end; 16)를 구비한 몸체(body; 12)를 포함하는 절삭 공구(cutting tool; 10)로서,
    상기 몸체는 냉각제 전달 시스템(coolant delivery system; 70)을 더 포함하고, 상기 냉각제 전달 시스템은: 후방 단부로부터 전방 단부로 연장되고, 메인 냉각제 유입구(main coolant inlet; 74)를 가진, 메인 냉각제 통로(main coolant passage; 72); 메인 냉각제 통로와 유체 연통(fluid communication)되고, 인서트 수용 포켓 안으로 개방된 1차 냉각제 유출구(primary coolant outlet; 78)를 가진, 1차 냉각제 통로(primary coolant passage; 76); 및 1차 냉각제 통로와 유체 연통되고, 인서트 수용 포켓 안으로 개방된 2차 냉각제 유출구(secondary coolant outlet; 82)를 가진, 2차 냉각제 통로(secondary coolant passage; 80);를 포함하는, 절삭 공구.
  2. 제 1 항에 있어서,
    메인 냉각제 통로는 제1 직경을 가지고, 1차 냉각제 통로는 제2 직경을 가지며, 2차 냉각제 통로는 제3 직경을 가지는, 절삭 공구.
  3. 제 2 항에 있어서,
    제1 직경은 제2 직경 및 제3 직경보다 큰, 절삭 공구.
  4. 제 2 항에 있어서,
    제2 직경은 제3 직경보다 큰, 절삭 공구.
  5. 제 1 항에 있어서,
    메인 냉각제 통로는 몸체의 종축(18)에 대해 제1 각도로 형성되고, 1차 냉각제 통로는 몸체의 종축에 대해 제2 각도로 형성되며, 2차 냉각제 통로는 몸체의 종축에 대해 제3 각도로 형성된, 절삭 공구.
  6. 제 5 항에 있어서,
    제1 각도는 0°와 대략 동일한, 절삭 공구.
  7. 제 5 항에 있어서,
    제2 각도 및 제3 각도는 0°가 아닌, 절삭 공구.
  8. 제 5 항에 있어서,
    제2 각도는 제3 각도와 대략 동일한, 절삭 공구.
  9. 제 1 항에 있어서,
    1차 냉각제 유출구는 2차 냉각제 유출구와 교차하여, 실질적으로 원형이 아닌 형상을 가진 유출구(84)를 형성하는, 절삭 공구.
  10. 제 1 항에 있어서,
    절삭 공구는 볼 엔드 밀(ball end mill)을 포함하는, 절삭 공구.
  11. 제 1 항에 있어서,
    절삭 공구는 인서트 수용 포켓 내부에 장착된 절삭 인서트(40)를 더 포함하고, 상기 절삭 인서트는: 제1 실질적 평탄면(first substantially planar surface; 42); 제2 실질적 평탄면(second substantially planar surface; 44); 제1 곡선형 측면(first curvilinear side surface; 46); 제2 곡선형 측면(second curvilinear side surface; 48); 제1 실질적 평탄면과 제1 및 제2 곡선형 측면들 사이의 교차부(intersection)에 형성된 한 쌍의 제1 절삭 에지들(first cutting edges; 54, 56); 및 제2 실질적 평탄면과 제1 및 제2 곡선형 측면들 사이의 교차부에 형성된 한 쌍의 제2 절삭 에지들(second cutting edges; 58, 60);을 포함하는, 절삭 공구.
  12. 제 11 항에 있어서,
    제1 실질적 평탄면은 제2 실질적 평탄면과 실질적으로 평행한, 절삭 공구.
  13. 제 11 항에 있어서,
    절삭 인서트는 세 개의 중심축인 x축, y축, z축 모두에 대해 거울 대칭인, 절삭 인서트.
  14. 제 11 항에 있어서,
    절삭 인서트는 제1 곡선형 측면과 제2 곡선형 측면 사이에 코너 반경부들(corner radius; 50, 52)을 더 포함하는, 절삭 인서트.
  15. 제 11 항에 있어서,
    인서트 수용 포켓은, 하부 지지면(bottom support surface; 24), 축방향 지지면(axial support surface; 26), 반경방향 지지면(radial support surface; 28), 및 축방향 지지면과 반경방향 지지면 사이의 자유면(free surface; 32)을 포함하는, 절삭 공구.
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