KR20150055118A

KR20150055118A - 볼 엔드밀 및 인서트

Info

Publication number: KR20150055118A
Application number: KR1020157012166A
Authority: KR
Inventors: 야스히로 기우치; 요시미쓰 나가시마; 요시유키 고바야시; 유키 하야시
Original assignee: 히타치 쓰루 가부시키가이샤
Priority date: 2012-10-10
Filing date: 2013-09-19
Publication date: 2015-05-20
Also published as: EP2907608A4; JPWO2014057783A1; EP2907608A1; MY177341A; IN2015DN02461A; US9868161B2; CN104703737A; CN104703737B; KR101534120B1; WO2014057783A1; JP5614511B2; EP2907608B1; US20150258617A1

Abstract

엔드밀 본체의 선단부(先端部)에, 정면에서 볼 때 S자형으로 만곡되어 가장 선단(先端)으로부터 가장 외주점까지 연장되는 원호형 절삭 날과, 원호형 절삭 날에 매끄럽게 연결되는 비틀림 형상을 가지는 외주 절삭 날과, 원호형 절삭 날의 회전 방향 전방의 볼록 곡면형 경사면(rake face)을 가지는 볼 엔드밀로서, 원호형 절삭 날의 방사(放射) 방향 경사각(rake angle)이 β<α≤γ(단, α는 방사 각도가 5°에서의 방사 방향 경사각이며, β는 방사 각도가 90°에서의 방사 방향 경사각이며, γ는 원호형 절삭 날의 회전 방향의 가장 볼록한 점에서의 방사 방향 경사각)의 조건을 만족시키고, 원호형 절삭 날의 방사 방향 경사각의 최대값이 12∼40 °의 방사 각도의 범위 내에 있고, 또한 방사 방향 경사각이 회전 방향의 가장 볼록한 점으로부터 가장 외주점에 걸쳐 연속적으로 감소하는 볼 엔드밀.

Description

볼 엔드밀 및 인서트{BALL END MILL AND INSERT}

본 발명은, 피삭재(被削材)의 3차원 마무리 가공에 바람직한 일체적 또는 날끝 교환식 볼 엔드밀, 및 날끝 교환식 볼 엔드밀에 장착하는 인서트에 관한 것이다.

금형 등의 피삭재에 평면 및 곡면을 포함하는 3차원 가공을 행하기 위해 종래부터 볼 엔드밀이 사용되고 있다. 볼 엔드밀을 사용한 피삭재의 3차원 마무리 가공에서 양호한 가공면 거칠기로 만들기 위하여, 공구와 피삭재의 사이에 계속적으로 발생하는 진동을 억제하는 동시에, 절삭 칩의 배출성을 향상시켜, 절삭 날에 치핑이나 결손(缺損)이 발생하지 않도록 할 필요가 있다. 이를 위해서는, 볼 엔드밀의 원호형 절삭 날의 경사각(rake angle)이 중요하다. 이에 따라, 종래부터 원호형 절삭 날의 경사각에 관한 각종 제안이 이루어지고 있다.

일본공개특허 평10-80815호는, 경사각을, 외주(外周) 절삭 날 근방에서는 절삭 날 강도를 강화하기 위해 -2°∼-20°로 설정하고, 축심 근방에서는 절삭 칩 배출성을 양호하게 하기 위해 0°∼＋10°로 설정한, 금형 등의 3차원 곡면 가공에 적절한 볼 엔드밀을 개시하고 있다. 구체적으로는, 가장 선단(先端) 근방의 경사각을 ＋3°로 하고, 외주 절삭 날 근방의 경사각을 -10°로 한 예를 기재하고 있다. 그러나, 이 절삭 날의 가장 돌출 위치에서의 경사각이 마이너스(-)이므로, 피삭재의 고정밀도의 마무리 절삭 가공에서의 절삭성이 뒤떨어지는 문제가 있다.

일본공개특허 제2008-110437호는, 볼 날 및 외주 날을 가지고, 볼 날의 법선 방향 경사각이 R10°에서 -5°∼-15°, R50°∼R70°의 범위에서 -5°∼＋3°이며 또한 피크를 가지고, R90°에서 -10°∼0°이며, 이러한 볼 날 전체의 치핑을 억제하여 장수명으로 한 CBN 볼 엔드밀을 제안하고 있다. 볼 날의 법선 방향 경사각의 구체예는, R10°에서 -10°, R60°에서 0°에서 피크이며, 또한 R90°에서 5°이며, R10°로부터 R60°에 걸쳐 점차 플러스 방향으로 변화되고, R60°로부터 R90°에 걸쳐 점차 마이너스 방향으로 변화한다. 그러나, 이 볼 엔드밀은, 법선 방향 경사각이 R50°∼R70°의 범위에서 피크이며, 또한 R90°보다 R10°쪽이 법선 방향 경사각이 마이너스 측으로 크기 때문에, 피삭재의 고정밀도의 마무리 절삭 가공에서의 절삭성이 뒤떨어지는 문제가 있다.

일본공개특허 평8-118133호는, 목재, 비철금속 등의 비교적 유연한 피삭재를 평활하게 또한 고정밀도로 절삭 가공하는 볼 엔드밀로서, 곡선형 절삭 날을 가지고, 절삭 날의 경사각이 선단부(바닥 날부)에서 10∼30 ˚이며, 외주부에서 20∼40 ˚이며, 또한 코너부가 바닥 날부의 경사각 및 외주부의 경사각으로부터 연속적으로 변화하는 중간의 경사각을 가지는 볼 엔드밀을 제안하고 있다. 경사각의 일례는, 선단부가 10°이며, 외주부가 20°이며, 다른 예는 선단부가 20°이며, 외주부가 30°이다. 이와 같이, 이 볼 엔드밀의 절삭 날의 경사각은, (a) 외주부 쪽이 선단부보다 크고, 또한 (b) 코너부의 경사각이 선단부 및 외주부의 경사각의 중간이므로, 금형 등의 경도가 높은(록웰 경도: 40 HRC 이상) 피삭재에 마무리 가공을 하는 볼 엔드밀로서 사용할 수 없다.

일본공개특허 제2004-181563호는, 볼 날의 중심 날이 경사면(reke face)끼리 형성되어 있고, 볼 날의 여유각(clearance angle)이 중심 날의 여유각보다 작고, 볼 날의 법선 방향 경사각이 중심으로부터 외주 방향으로 점차 플러스 측으로 커지고, 이에 따라 강도 및 절삭 칩 배출성이 향상시킨 볼 엔드밀을 제안하고 있다. 예를 들면, 볼 날의 중심 날의 법선 방향 경사각은 -45°이며, 중심으로부터 외주 방향으로 -10°까지 점차 플러스 측으로 커진다. 그러나, 이 볼 엔드밀은, 중심 날의 법선 방향 경사각이 큰 음각(플러스각)이므로, 피삭재의 고정밀도의 마무리 절삭 가공에서의 절삭성이 뒤떨어지는 문제가 있다.

일본 실소공62-12503호는, 선단에서 볼때 S자형의 볼 날을 가지는 볼 엔드밀로서, 볼 날의 법선 방향 경사각을 회전 축심에서 마이너스로 하고, 그보다 외주측의 경사각을 서서히 플러스로 증대시킨 볼 엔드밀을 제안하고 있다. 그러나, 이 볼 엔드밀은, 절삭 칩 배출성 및 절삭 날 강도의 향상을 위하여, 볼 날의 경사각이 회전 축심으로부터 외주측으로 서서히 플러스로 증대되고 있으므로, 피삭재의 고정밀도의 마무리 절삭 가공에서의 절삭성이 뒤떨어지는 문제가 있다.

일본공개특허 제2004-291096호는, 비틀린 원호형 절삭 날을 가지는 슬로우 어웨이 칩으로서, 회전축선과 직교하는 위치에서의 칩 본체의 두께가 0.5D∼0.9D[D는 칩 본체의 평판부의 두께(㎜)]의 범위 내이고, 회전 방향의 가장 볼록한 점에서의 방사 각도가 40∼70 °로 설정된 슬로우 어웨이 칩을 제안하고 있다. 그러나, 일본공개특허 제2004-291096호는, 슬로우 어웨이 칩의 경사각의 방사 각도에 따른 변화를 전혀 개시하고 있지 않다. 뿐만 아니라, 이 슬로우 어웨이 칩은, 원호형 절삭 날의 후단(先端)에 연결하는 비틀림 형상을 가지는 외주 절삭 날을 가지지 않는다. 따라서, 직립 벽면을 가지는 피삭재를 양호한 표면 거칠기로 3차원 마무리 가공하는 데 적합하지 않다.

일본 실소공62-12503호 일본공개특허 평8-118133호 일본공개특허 평10-80815호 일본공개특허 제2004-181563호 일본공개특허 제2004-291096호 일본공개특허 제2008-110437호

따라서, 본 발명의 제1 목적은, 직립 벽면을 가지는 피삭재를 양호한 표면 거칠기로 3차원 마무리 가공할 수 있는 일체적 또는 날끝 교환식의 볼 엔드밀, 및 날끝 교환식 볼 엔드밀에 장착하는 인서트를 제공하는 것이다.

본 발명의 제2 목적은, 절삭 칩이 절삭 날과 피삭재와의 간극(間隙)에 물리는 것을 방지한 일체적 또는 날끝 교환식의 볼 엔드밀, 및 날끝 교환식 볼 엔드밀에 장착하는 인서트를 제공하는 것이다.

본 발명의 제３ 목적은, 절삭 저항 및 그 진폭을 저감시켜 진동을 억제한 일체적 또는 날끝 교환식의 볼 엔드밀, 및 날끝 교환식 볼 엔드밀에 장착하는 인서트를 제공하는 것이다.

본 발명의 볼 엔드밀은, 엔드밀 본체의 선단부에, 정면에서 볼 때 S자형으로 만곡되어 가장 선단으로부터 가장 외주점까지 연장되는 원호형 절삭 날과, 상기 원호형 절삭 날에 매끄럽게 연결되는 비틀림 형상을 가지는 외주 절삭 날과, 상기 원호형 절삭 날의 회전 방향 전방의 볼록 곡면형 경사면을 가지고,

상기 원호형 절삭 날의 방사 방향 경사각이 β<α≤γ(단, α는 방사 각도가 5°에서의 방사 방향 경사각이며, β는 방사 각도가 90°에서의 방사 방향 경사각이며, γ는 상기 원호형 절삭 날의 회전 방향의 가장 볼록한 점에서의 방사 방향 경사각)의 조건을 만족시키고,

상기 원호형 절삭 날의 방사 방향 경사각의 최대값이 12∼40 °의 방사 각도의 범위 내에 있고, 또한

상기 방사 방향 경사각이 상기 회전 방향의 가장 볼록한 점으로부터 상기 가장 외주점에 걸쳐 연속적으로 감소하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 인서트는, 정면에서 볼 때 S자형으로 만곡되어 가장 선단으로부터 가장 외주점까지 연장되는 원호형 절삭 날과, 상기 원호형 절삭 날에 매끄럽게 연결되는 비틀림 형상을 가지는 외주 절삭 날과, 상기 원호형 절삭 날의 회전 방향 전방의 볼록 곡면형 경사면을 가지고,

상기 방사 방향 경사각이 상기 회전 방향의 가장 볼록한 점으로부터 상기 가장 외주점에 걸쳐 연속적으로 감소하는 것을 특징으로 하는 인서트.

상기 방사 방향 경사각 γ는 정각(플러스각)인 것이 바람직하다.

상기 방사 방향 경사각 β는 0°이상의 정각인 것이 바람직하다.

상기 방사 방향 경사각 α와 상기 방사 방향 경사각 β의 차이는 2∼6 °인 것이 바람직하다.

상기 방사 방향 경사각 γ와 상기 방사 방향 경사각 α의 차이는 0∼2 °인 것이 바람직하다.

상기 방사 방향 경사각 γ와 상기 방사 방향 경사각 β의 차이는 2∼6 °인 것이 바람직하다.

상기 방사 방향 경사각의 최대값과 상기 방사 방향 경사각 γ의 차이는 0.1∼1.0 °인 것이 바람직하다.

상기 방사 방향 경사각 α, β 및 γ는 각각 2°≤α≤10°, 0°≤β≤6°, 및 3°≤γ≤14°의 조건을 만족시키는 것이 바람직하다.

상기 방사 각도는 30∼47 °로 되는 위치에 상기 원호형 절삭 날의 회전 방향의 가장 볼록한 점이 있는 것이 바람직하다.

상기 원호형 절삭 날의 방사 방향 경사각은, θ1<θ2(단, θ1은 상기 회전 방향의 가장 볼록한 점으로부터 상기 가장 외주점까지의 범위 내에서의 방사 방향 경사각이며, θ2는 상기 회전 방향의 가장 볼록한 점으로부터 상기 가장 선단까지의 범위 내에서의 방사 방향 경사각)의 관계를 만족시키는 것이 바람직하다.

상기 원호형 절삭 날 상의 축 방향 경사각은, 상기 가장 선단으로부터 상기 회전 방향의 가장 볼록한 점까지의 범위 내에서는 마이너스이며, 상기 회전 방향의 가장 볼록한 점을 넘어 상기 가장 외주점까지의 범위 내에서는 플러스인 것이 바람직하다.

상기 인서트의 평판부의 두께 T(㎜)에 대하여, 상기 가장 외주점 S에서의 상기 인서트의 두께 T_S(㎜)는 0.4T≤T_S<0.5T의 조건을 만족시키는 것이 바람직하다.

상기 외주 절삭 날의 후단점 R과 상기 회전 방향의 가장 볼록한 점 Q를 연결하는 선분과 상기 회전축선과의 교차각 δ1은 15∼30 °이며, 또한 상기 가장 외주점 S와 상기 후단점 R을 연결하는 선분과 상기 회전축선과의 교차각 δ2보다 작은 것이 바람직하다.

상기 외주 절삭 날의 길이는 0.2T∼0.5T[단, T는 상기 인서트의 평판부의 두께(㎜)]의 조건을 만족시키는 것이 바람직하다.

본 발명의 날끝 교환식 볼 엔드밀은, 상기 인서트가 엔드밀 본체의 반구형(半球形) 선단부에 형성된 슬릿에 고정되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일체적 또는 날끝 교환식의 볼 엔드밀 및 인서트는, 원호형 절삭 날의 방사 방향 경사각 α, β 및 γ가 β<α≤γ의 조건을 만족시키므로, 원호형 절삭 날의 모든 영역에 걸쳐서 절삭 저항이 작고, 절삭 칩 배출성이 양호하다. 그러므로, 공구와 피삭재의 사이의 진동의 발생이 억제되고, 피삭재의 3차원 마무리 가공에 바람직하다.

원호형 절삭 날의 축 방향 경사각을 가장 선단 P로부터 회전 방향의 가장 볼록한 점 Q까지는 마이너스로 하고, 회전 방향의 가장 볼록한 점 Q에서는 0°로 하고, 회전 방향의 가장 볼록한 점 Q로부터 가장 외주점 S까지는 플러스로 하면, 원호형 절삭 날이 회전 방향의 가장 볼록한 점 Q에서 피삭재와 최초로 접촉하고, 그 후 절삭 날의 회전에 의해, 피삭재와의 접촉 영역이 가장 선단 P 및 가장 외주점 S의 양쪽으로 넓어지므로, 절삭 저항의 저감된다.

원호형 절삭 날의 방사 방향 경사각을 가장 선단 P로부터 회전 방향의 가장 볼록한 점 Q에 걸쳐 연속적으로 증가시킴으로써, 축 방향 경사각이 마이너스라도, 절삭 저항을 저감화할 수 있다.

원호형 절삭 날의 축 방향 경사각을 가장 외주점 S 근방에서 플러스(＋20°정도)로 하면, 절삭 칩은 원호형 절삭 날의 회전 궤적의 접선과 수직인 방향으로 방출된다. 이와 같이 양호한 절삭 칩 배출성에 의해 절삭 칩 막힘이 억제되고, 피삭재의 경사면의 마무리면 거칠기가 양호하게 된다.

회전 궤적의 접선 방향 외측으로, 가공면의 경사 방향 상방으로 절삭 칩을 배출하므로, 절삭 칩이 절삭 날과 피삭재의 간극에 물리는 문제점을 회피할 수 있다.

제2 효과는, 절삭 날의 내결손성(耐缺損性), 내치핑성의 향상을 도모하여 절삭 날의 열화를 회피하여, 장수명화를 도모할 수 있다.

제３ 효과는, 절삭 저항이 저감될 뿐만 아니라, 그 진폭의 저감에 의해 공구와 피삭재의 사이의 진동이 억제되고, 피삭재 표면의 가공면 거칠기를 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시형태에 의한 날끝 교환식 볼 엔드밀을 나타낸 사시도이다.
도 2는 도 1의 날끝 교환식 볼 엔드밀에 있어서, 인서트를 장착하고 있지 않은 상태의 선단부를 나타낸 정면도이다.
도 3은 도 1의 날끝 교환식 볼 엔드밀에 있어서, 인서트를 장착하고 있지 않은 상태의 선단부를 나타낸 측면도이다.
도 4는 도 1의 날끝 교환식 볼 엔드밀에 있어서, 인서트를 장착하고 있지 않은 상태의 선단부를 도 3과 직교하는 방향으로부터 나타낸 측면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시형태에 의한 인서트를 나타낸 사시도이다.
도 6a는 도 5의 인서트를 나타낸 평면도이다.
도 6b는 도 5의 인서트를 나타낸 정면도이다.
도 6c는 도 5의 인서트를 나타낸 측면도이다.
도 7은 본 발명의 인서트의 원호형 절삭 날에 대하여, 방사 방향 경사각과 방사 각도와의 관계를 나타낸 개략도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시형태에 의한 인서트에 있어서, 방사 방향 경사각과 방사 각도와의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 9는 본 발명의 인서트의 원호형 절삭 날에 대하여, 축 방향 경사각과 방사 각도와의 관계를 나타낸 측면도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시형태에 의한 인서트에 있어서, 축 방향 경사각과 방사 각도와의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 11은 본 발명의 일 실시형태에 의한 인서트를 나타낸 측면도이다.
도 12는 도 1의 날끝 교환식 볼 엔드밀을 나타낸 정면도이다.
도 13은 도 1의 날끝 교환식 볼 엔드밀의 선단부를 나타낸 측면도이다.
도 14는 도 1의 날끝 교환식 볼 엔드밀의 선단부를 도 13과 직교하는 방향으로부터 나타낸 측면도이다.
도 15는 실시예 및 비교예의 인서트를 장착한 날끝 교환식 볼 엔드밀을 사용하여 절삭 가공한 피삭재의 경사 벽면을 나타내는 현미경 사진이다.
도 16은 실시예 1의 인서트를 장착한 날끝 교환식 볼 엔드밀을 사용하여 절삭 가공했을 때의 절삭 저항의 동적 변화를 나타낸 그래프이다.
도 17은 비교예 1의 인서트를 장착한 날끝 교환식 볼 엔드밀을 사용하여 절삭 가공했을 때의 절삭 저항의 동적 변화를 나타낸 그래프이다.
도 18은 비교예 2의 인서트를 장착한 날끝 교환식 볼 엔드밀을 사용하여 절삭 가공했을 때의 절삭 저항의 동적 변화를 나타낸 그래프이다.
도 19는 실시예 1의 인서트를 장착한 날끝 교환식 볼 엔드밀을 사용하여 절삭 가공했을 때의 절삭 칩을 나타내는 사진이다.
도 20은 비교예 1의 인서트를 장착한 날끝 교환식 볼 엔드밀을 사용하여 절삭 가공했을 때의 절삭 칩을 나타내는 사진이다.
도 21은 비교예 2의 인서트를 장착한 날끝 교환식 볼 엔드밀을 사용하여 절삭 가공했을 때의 절삭 칩을 나타내는 사진이다.

본 발명의 실시형태를 첨부 도면을 참조하여 이하에서 상세하게 설명하지만, 물론 본 발명은 이들로 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 각종 변경 및 추가를 행할 수 있다. 또한, 각각의 실시형태에 관한 설명은, 특별히 언급하지 않는 한 다른 실시형태에도 적용할 수 있다.

일체적인 볼 엔드밀은, 엔드밀 본체와 절삭 날을 가지는 인서트가 일체화한 것이며, 형상 자체는 날끝 교환식 볼 엔드밀과 다르지 않다. 따라서, 날끝 교환식 볼 엔드밀 및 인서트에 관한 이하의 설명은, 그대로 일체적인 볼 엔드밀에도 적용된다.

[1] 날끝 교환식 볼 엔드밀

도 1∼도 4는 본 발명의 일 실시형태에 의한 날끝 교환식 볼 엔드밀(1)을 나타내고, 도 5는 그 날끝 교환식 볼 엔드밀(1)에 장착하는 인서트를 나타낸다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 날끝 교환식 볼 엔드밀(1)은, 회전축선 L을 중심으로 하여 회전하는 엔드밀 본체(2)와, 엔드밀 본체(2)의 후단에 일체로 연결하는 생크부(shank portion)(3)와, 엔드밀 본체(2)의 선단에 테이퍼부(7)를 통하여 일체로 연결하는 반구형 선단부(4)를 구비한다. 도 2 및 도 3에 나타낸 바와 같이, 반구형 선단부(4)는, 인서트(5)를 지지하도록 회전축선 L과 직교하는 방향(반경 방향)으로 연장되는 슬릿(8)과, 인서트(5)를 고정시키기 위해 반구형 선단부(4)를 슬릿(8)과 직교하는 방향으로 관통하는 나사공(10)(그 중심선은 회전축선 L과 교차함)을 구비한다. 나사공(10)에는 인서트(5)를 착탈 가능하게 고정시키는 클램프(clamp) 나사(6)가 나사 결합한다. 엔드밀 본체(2), 생크부(3) 및 반구형 선단부(4)는, 예를 들면, SKD61 등의 합금 공구강으로 이루어진다.

도 3에 나타낸 바와 같이, 슬릿(8)은, 회전축선 L을 중심으로 하여 평행하게 연장되는 2개의 내면(8a, 8b)과, 바닥면(8c)을 가진다. 반구형 선단부(4)는 슬릿(8)에 의해 반경 방향으로 분할되고, 한 쌍의 선단 반체부(半體部)(4a, 4b)를 구성한다.

[2] 인서트

도 5 및 도 6에 나타낸 바와 같이, 인서트(5)는, 한 쌍의 평행하며 또한 평탄한 측면(51a1, 51a2)을 가지는 두께 T의 평판형이며, 한 쌍의 측면(51a1, 51a2)을 연결하는 원호면을 가지는 반원형부(51)와, 반원형부(51)의 후단부에 일체로 연결하는 삼각형상부(52)로 이루어진다.

반원형부(51)는, 한 쌍의 측면(51a1, 51a2)를 연결하는 단면(端面)을 형성하는 제1 여유면(51b1, 51b2) 및 제2 여유면(51c1, 51c2)과, 볼록 곡면형의 경사면(51e1, 51e2)과, 제1 여유면(51b1, 51b2)과 경사면(51e1, 51e2)과의 능선(稜線)을 따라 형성된 원호형 절삭 날(51d1, 51d2)과, 각각의 원호형 절삭 날(51d1, 51d2)에 점 S에 의해 매끄럽게(변곡점이 없이) 연속되는 한 쌍의 비틀림 형상을 가지는 외주 절삭 날(51k1, 51k2)과, 원호형 절삭 날(51d1, 51d2)의 원호 중심점 O에 위치하는 중심을 가지는 클램프 나사(6)를 삽통시키기 위한 관통공(51p)를 가진다. 원호 중심점 O는 관통공(51p)의 중심선의 중점(中点)(인서트(5)의 두께 방향의 중점)에 위치한다. 점 S는 원호 중심점 O를 지나고 회전축선 L1과 직교하는 직선 M이 절삭 날과 교차하는 점이며, 각각의 원호형 절삭 날(51d1, 51d2)의 가장 외주점이다. 즉, 각각의 원호형 절삭 날(51d1, 51d2)의 외경은 점 S에서 최대이다. 또한, 원호형 절삭 날(51d1, 51d2)이 교차하는 점은 인서트(5)의 중심축선(회전축선) L1과 교차하는 가장 선단 P이다. 회전축선 L1은, 인서트(5)의 가장 선단 P 및 원호 중심점 O를 지난다. 인서트(5)를 엔드밀 본체(2)의 슬릿(8)에 장착하면, 인서트(5)의 회전축선 L1은 엔드밀 본체(2)의 회전축선 L과 일치하고, 인서트(5)의 가장 선단 P는 엔드밀 본체(2)의 회전축선 L 상에 위치한다.

삼각형상부(52)는, 한 쌍의 평행하며 또한 평탄한 삼각형상 측면(52a1, 52a2)과, 삼각형상 측면(52a1, 52a2)을 연결하는 경사 바닥면(52b1, 52b2)을 가지고, 경사 바닥면(52b1, 52b2)은 슬릿(8)의 바닥면(8c)과 밀착된다.

도 5 및 도 6에 나타낸 바와 같이, 각각의 원호형 절삭 날(51d1, 51d2)은 날끝 교환식 볼 엔드밀(1)의 회전 방향 R의 전방 방향으로 볼록형이며, 또한 정면으로부터 보면 가장 선단 P를 중심으로 하여 대략 S자형이다. 도 6b에 나타낸 바와 같이, 원호형 절삭 날(51d1, 51d2)이 회전 방향 R에 가장 볼록한 위치는 점 Q에 있다. 따라서, 점 Q를 「회전 방향의 가장 볼록한 점」이라고 한다. 그리고, 도 6a에 나타낸 K는 원호 중심점 O와 회전 방향의 가장 볼록한 점 Q를 연결하는 직선이다.

비틀림 형상을 가지는 외주 절삭 날(51k1, 51k2)은, 도 6a의 평면도에서는 회전축선 L1과 평행한 직선형이며, 도 9의 측면도에서는 회전축선 L1에 대하여 경사져 있다. 따라서, 슬릿(8)에 장착한 인서트(5)가 회전하면, 한 쌍의 외주 절삭 날(51k1, 51k2)의 회전 궤적은 원통형이다. 비틀림 형상을 가지는 외주 절삭 날(51k1, 51k2)은, 특히 피삭재의 코너부 가공 시에, 직립 벽면을 양호한 면 거칠기로 마무리 가공하도록 기능한다. 이에 비해 한 쌍의 외주 절삭 날이 반경 방향으로 원호형이면, 절삭 저항의 저감화에는 유효하지만, 가공면에 절삭에 의한 단차부가 남아, 면 거칠기가 저하된다.

또한, 외주 절삭 날(51k1, 51k2)이 원통면 상에 위치하므로[도 6a에서는 직선형], 인서트(5)의 절삭 날에 반복적으로 재연마할 수 있다. 이에 비해, 외주 절삭 날이 반경 방향으로 원호형이면, 재연마에 의해 절삭 날의 외경이 감소하므로, 재연마할 수 없다.

(A) 원호형 절삭 날의 경사각의 조건

원호형 절삭 날(51d1, 51d2)의 경사각에는, 방사 방향 경사각과 축 방향 경사각이 있다. 「방사 방향 경사각」은, 원호 중심점 O로부터 원호형 절삭 날(51d1, 51d2)을 향해 방사상으로 연장되는 직선(방사 직선)에 대한 경사면(51e1, 51e2)의 각도이며, 「법선 방향 경사각」이라고 하는 경우도 있다. 또한 「축 방향 경사각」은, 도 9에 나타낸 인서트(5)의 측면에 있어서, 원호형 절삭 날(51d1, 51d2)의 접선이 회전축선 L1과 이루는 각도이다.

(1) 방사 방향 경사각

플러스의 방사 방향 경사각에서는, 도 7에 나타낸 바와 같이, 경사면(51e1)은, 원호 중심점 O와 원호형 절삭 날(51d1)을 연결하는 직선보다 회전 방향 R 후방에 위치한다(회전 방향 R 전방으로 경사져 있다). 마이너스의 방사 방향 경사각에서는, 그와 반대이다.

도 7은, 한쪽 절삭 날(51d1)에 대하여, 원호형 절삭 날(51d1)의 가장 선단 P로부터 후단점 S까지의 사이에서 회전축선 L1으로부터 각각 5°, 15°, 30°, 45°, 60°, 75°및 90°의 방사 각도만큼 어긋난 위치에서의 경사각의 예를 나타낸다. 예를 들면, 5°의 방사 각도의 위치 P5°에서의 경사각은, 원호 중심점 O와 원호형 절삭 날(51d1)의 점 P5°를 연결하는 직선에 대한, 위치 P5°에서의 경사면(51e1)의 경사각이다. 도 7에 나타낸 예에서는, 5°, 15°, 30°, 45°, 60°, 75°및 90°의 방사 각도에서의 방사 방향 경사각은 각각 ＋7.0°, ＋7.5°, ＋7.5°, ＋7.0°, ＋6.0°, ＋4.5°및 ＋3.0°이다.

도 8은, 도 7에 나타낸 방사 방향 경사각과 방사 각도와의 관계를 곡선 F₁으로 나타낸다. 본 발명에서는, 도 8로부터 밝혀진 바와 같이, 가장 선단 P 근방(방사 각도=5°)의 방사 방향 경사각 α는, 방사 각도가 90°의 가장 외주점 S에서의 방사 방향 경사각 β보다 크고, 또한 회전 방향의 가장 볼록한 점 Q에서의 방사 방향 경사각 γ는 가장 선단 P 근방의 방사 방향 경사각 α와 같거나, 그보다 크다. 여기서, 방사 각도는 방사 직선이 회전축선 L1과 이루는 각도이다. 또한, 가장 선단 P에서는 경사면이 거의 없기 때문에, 본 발명에서는 가장 선단 P의 근방으로서 가장 선단 P로부터 방사 각도가 5°의 위치에서의 방사 방향 경사각 α을 사용한다. 상기 관계는 하기 식에 의해 표시된다.

β<α≤γ

β<α로 하는 이유는, 원호형 절삭 날(51d1)의 가장 선단 P 근방에서의 절삭 저항을 작게 하여 피삭재로의 식부성(食付性)을 양호하게 하고, 또한 원호형 절삭 날(51d1)의 가장 외주점 S에서는 절삭 칩의 두께가 증대하므로 충분한 절삭 날 강도를 확보하기 위해서이다. 또한, 회전 방향의 가장 볼록한 점 Q에서의 방사 방향 경사각 γ를 가장 선단 P 근방의 경사각 α 이상으로 하는 이유는, 피삭재와 처음으로 접촉하는 회전 방향의 가장 볼록한 점 Q의 원호형 절삭 날의 절삭 저항을 작게 하여, 피삭재로의 식부성을 양호하게 하기 위해서이다.

회전 방향의 가장 볼록한 점 Q에서의 방사 각도는 30∼47 °의 범위 내에 있는 것이 바람직하다. 회전 방향의 가장 볼록한 점 Q에서의 방사 각도가 47°이하이면, 원호형 절삭 날(51d1)의 가장 선단 P로부터 회전 방향의 가장 볼록한 점 Q까지의 범위에서, 축 방향 경사각(axial rake)이 마이너스로 되는 영역이 짧아지고, 절삭 칩의 박편화에 의한 절삭 저항의 저감화에 유효하다. 또한, 회전 방향의 가장 볼록한 점 Q로부터 점 R까지의 범위에서 축 방향 경사각이 플러스로 되는 영역을 길게 할 수 있고, 절삭 칩 배출성의 향상에 유효하다. 즉, 공구 회전 궤적의 접선의 외측으로 피삭재 가공면의 경사방향 상방으로 절삭 칩을 배출하고(절삭 날로부터의 절삭 칩 이격을 양호하게 하고), 절삭 칩이 절삭 날과 피삭재와의 간극에 물리는 문제점을 회피할 수 있다.

회전 방향의 가장 볼록한 점 Q에서의 방사 각도가 47°를 넘으면, 회전 방향의 가장 볼록한 점 Q가 가장 선단 P로부터 지나치게 이격되고, 회전 방향의 가장 볼록한 점 Q에 있어서 원호형 절삭 날이 피삭재와의 충돌에 의해 받는 충격이 증대할 뿐아니라, 절삭 칩도 두껍게 되어, 절삭 칩의 배출성이 저하된다. 한편, 회전 방향의 가장 볼록한 점 Q에서의 방사 각도가 30°미만이면, 가장 선단 P로부터 회전 방향의 가장 볼록한 점 Q까지를 연결하는 축 방향 경사각에서의 마이너스의 값의 절대값이 커지고, 절삭 저항이 증대하는 것과 동시에, 절삭 날의 회전 중심 근방으로부터의 절삭 칩 배출성이 열화된다. 회전 방향의 가장 볼록한 점 Q에서의 방사 각도는 35∼40 °의 범위 내에 있는 것이 더욱 바람직하다.

방사 방향 경사각 α와 방사 방향 경사각 β의 차이는 2∼6 °인 것이 바람직하다. 또한, 방사 방향 경사각 γ와 방사 방향 경사각 α의 차이는 0∼2 °인 것이 바람직하다. 또한, 방사 방향 경사각 γ와 방사 방향 경사각 β의 차이는 2∼6 °인 것이 바람직하다. 또한, 방사 방향 경사각의 최대값과 방사 방향 경사각 γ의 차이는 0.1∼1.0 °인 것이 바람직하다. 전술한 관계를 만족시키면, 방사 방향 경사각은, 가장 선단 P 근방으로부터 최대값까지 비교적 크게 증대하고, 최대값으로부터 회전 방향의 가장 볼록한 점 Q를 거쳐 가장 외주점 S까지 서서히 감소하는 매끈한 곡선을 따라 변화하게 된다.

방사 방향 경사각 α, β 및 γ 중, 적어도 방사 방향 경사각 γ는 정각인 것이 바람직하다. 다른 방사 방향 경사각 α 및 β는 음각일 수도 있다. 구형(球形) 흑연 주철과 같이 절삭성이 양호한 피삭재의 마무리 가공에 사용하는 경우, 절삭 저항이 작고, 공구와 피삭재의 사이의 진동도 작으므로, 피삭재로의 식부성을 양호하게 하기 위해 방사 방향 경사각 α, β 및 γ는 모두 정각으로 하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 2°≤α≤10°, 0°≤β≤6°, 및 3°≤γ≤14°의 조건을 만족시키는 것이 바람직하다. 방사 방향 경사각을 정각으로 하면 절삭 날의 내결손성이 저하되지만, 마무리 가공에서는 절입량이 작으므로, 내결손성의 문제는 없다.

2°≤α≤10°에 의해, 가장 선단 P 근방(방사 각도=5°)에서의 절삭 저항이 작고, 피삭재로의 식부성을 양호하게 유지하면서, 충분한 절삭 날 강도를 확보할 수 있다. 이에 비해, α< 2°로 하면, 가장 선단 P 근방에서의 절삭 저항이 크고, 피삭재로의 식부성이 뒤떨어진다. 또한, 절삭 칩 배출성의 저하에 의해 볼 엔드밀의 선단부에 절삭 칩이 막히고, 절삭 칩의 용착이나 가공면의 열화 등의 문제가 생길 우려가 있다. 또한, α> 10°로 하면, 가장 선단 P 근방에서의 원호형 절삭 날의 강도가 불충분하게 된다.

0°≤β≤6°에 의해, 가장 외주점 S에서의 충분한 절삭 날 강도를 확보하면서, 절삭 저항을 작게 하여 양호한 가공면 성상(性狀)을 얻을 수 있다. 이에 비해, β< 0°로 하면, 가장 외주점 S에서의 절삭 저항이 커지고, 공구와 피삭재의 사이에 진동이 발생하여 가공면 성상이 저하된다. 또한 β> 6°로 하면, 가장 외주점 S에서의 원호형 절삭 날의 강도가 불충분하게 된다.

3°≤γ≤14°에 의해, 절삭 날이 피삭재와 처음으로 접촉하는 회전 방향의 가장 볼록한 점 Q에서의 절삭 저항이 작아져, 피삭재로의 식부성이 양호하게 된다. 이에 비해, γ<3°로 하면, 회전 방향의 가장 볼록한 점 Q에서의 절삭 저항이 커지고, 피삭재로의 식부성이 저하된다. 또한, γ>14°로 하면, 회전 방향의 가장 볼록한 점 Q에서의 절삭 날 강도가 불충분하게 된다.

그러나, 고경도의 피삭재의 절삭 가공의 경우에는 절삭 저항이 크기 때문에, 절삭 날 강도를 높이기 위해 방사 방향 경사각 β, 방사 방향 경사각 α 및 방사 방향 경사각 γ의 순으로 음각으로 하는 것이 바람직하다. 이 경우에, 피삭재로의 식부성을 양호하게 하기 위하여, 방사 방향 경사각 γ는 음각일 때서도 0°에 가까운 것이 바람직하다. 절삭 저항이 비교적 큰 고경도의 피삭재를 절삭하는 경우, 방사 방향 경사각 α, β 및 γ는, β<α≤γ의 관계를 만족시키면서, -6°≤α≤-0.5°, -10°≤β≤-2°, 및 -6°≤γ≤-0.5°의 조건을 만족시키는 것이 바람직하다.

방사 방향 경사각 α, β 및 γ를 음각으로 함으로써, 원호형 절삭 날 전체가 강화되고, 록웰 경도가 45HRC 이상의 고경도 피삭재의 절삭 가공에서의 절삭 날의 내결손성이 개선된다. 방사 방향 경사각을 음각으로 하면 절삭 날의 절삭 저항이 커지고, 또한 절삭 칩 배출성이 저하되지만, 고경도 피삭재의 마무리 가공에서는 절입량이 거친 가공 및 중간 마무리 가공보다 작으므로, 절삭 저항의 증대 폭이 작고, 절삭 칩 배출성도 문제는 없다.

-6°≤α≤-0.5°의 조건을 만족시킴으로써, 가장 선단 P 및 그 근방에서의 절삭 저항을 과대하게 하지 않고, 또한 고경도 피삭재로의 식부성을 양호하게 유지하면서, 고경도 피삭재의 마무리 가공에 필요한 절삭 날 강도를 확보할 수 있다. 이에 비해, α>-0.5°의 경우, 가장 선단 P에서의 절삭 날 강도가 불충분하므로, 절삭 날의 결손 등이 일어난다. 또한 α<-6°의 경우, 가장 선단 P 및 그 근방에서의 원호형 절삭 날의 절삭 저항이 과대하게 되어, 절삭 날의 마멸, 절삭 칩의 용착, 피삭재의 가공면 성상의 악화 등의 문제가 생긴다.

-10°≤β≤-2°의 조건을 만족시킴으로써, 가장 외주점 S에서 고경도 피삭재의 마무리 가공에 필요한 절삭 날 강도를 확보할 수 있다. 이에 비해, β>-2°의 경우, 가장 외주점 S에서의 절삭 날 강도가 불충분하다. 또한 β<-10°의 경우, 가장 외주점 S에서의 절삭 저항이 과대하고, 공구와 피삭재의 사이의 진동의 발생이나 발열이 현저하게 되므로, 피삭재의 가공면 성상이 열화된다.

-6°≤γ≤-0.5°의 조건을 만족시킴으로써, 절삭 날이 피삭재에 처음으로 접촉하는 회전 방향의 가장 볼록한 점 Q에서 고경도 피삭재의 마무리 가공에 필요한 절삭 날 강도를 확보할 수 있고, 공구 축심 방향으로 가해지는 추력(thrust force)을 적절하게 제어하고, 특히 고경도재의 마무리 절삭 가공 시에 공구 자세를 안정화할 수 있다. 이에 비해, γ>-0.5°의 경우, 회전 방향의 가장 볼록한 점 Q에서 고경도 피삭재의 마무리 가공에 필요한 절삭 날 강도를 확보할 수 없다. 또한 γ<-6°의 경우, 회전 방향의 가장 볼록한 점 Q에서의 절삭 저항이 과대하고, 고경도 피삭재로의 식부성이 불충분하다.

원호형 절삭 날의 방사 방향 경사각은, 원호형 절삭 날의 가장 선단 P 근방(방사 각도=5°)으로부터 회전 방향의 가장 볼록한 점 Q의 사이에서 최대이며, 회전 방향의 가장 볼록한 점 Q로부터 가장 외주점 S에 걸쳐서 연속적으로 감소한다. 구체적으로는, 원호형 절삭 날의 방사 방향 경사각의 최대값은 방사 각도가 12∼40 °의 사이에 있고, 15∼30 °의 사이에 있는 것이 바람직하다. 이 구성에 의해, 피삭재로의 식부성과 절삭 날 강도의 양호한 밸런스를 얻을 수 있다.

원호형 절삭 날은 회전 방향의 가장 볼록한 점 Q에서 피삭재와 처음으로 접촉하고, 그 후 절삭 날의 회전에 의해, 피삭재와의 접촉 영역은 가장 선단 P측 및 가장 외주점 S측의 양쪽으로 넓어진다. 이에 따라, 선단 P 근방(방사 각도=5°)으로부터 회전 방향의 가장 볼록한 점 Q의 사이에서 방사 방향 경사각을 최대로 하면, 축 방향 경사각이 마이너스라도 절삭 저항을 저감시킬 수 있다. 회전 방향의 가장 볼록한 점 Q로부터 가장 외주점 S에 걸쳐서 방사 방향 경사각을 연속적으로 감소시키면, 절삭 날의 강도를 충분히 확보할 수 있고, 또한 절삭 저항을 저감할 수 있다.

원호형 절삭 날이 회전 방향 R의 전방에 가장 볼록한 점(회전 방향의 가장 볼록한 점) Q의 위치는, 방사 각도가 30∼47 °의 범위 내에 있는 것이 바람직하다. 이로써, 정면에서 볼 때 S자형을 이루는 원호형 절삭 날의 축 방향 경사각이 플러스의 영역을 넓힐 수 있고(마이너스의 영역을 좁힐 수 있고), 절삭 저항이 높아도 원호형 절삭 날의 충분한 강도를 확보할 수 있다. 또한, 축 방향 경사각이 플러스로 되는 영역이 넓어지면, 원호형 절삭 날의 강도를 충분히 확보하면서 절삭 칩의 배출을 양호하게 할 수 있다.

원호형 절삭 날의 방사 방향 경사각은 θ1<θ2[단, θ1은 회전 방향의 가장 볼록한 점 Q로부터 가장 외주점 S까지의 범위 내에서의 방사 방향 경사각이며, θ2는 회전 방향의 가장 볼록한 점 Q로부터 가장 선단 P 근방(방사 각도=5°)까지의 범위 내에서의 방사 방향 경사각]의 관계를 만족시키는 것이 바람직하다. 도 10에 나타낸 바와 같이, 방사 방향 경사각 θ1을 가지는 범위(회전 방향의 가장 볼록한 점 Q로부터 가장 외주점 S까지의 범위)는 축 방향 경사각이 플러스의 범위에 상당하며, 방사 방향 경사각 θ2를 가지는 범위(회전 방향의 가장 볼록한 점 Q로부터 가장 선단 P 근방까지의 범위)는 축 방향 경사각이 마이너스의 범위에 상당한다. θ1<θ2의 조건을 만족시킴으로써, (a) 축 방향 경사각이 마이너스의 영역에서 절삭 저항을 작게 하고, 절삭 칩이 얇은 경우의 날카로움을 확보할 뿐만 아니라, (b) 절삭 칩이 두꺼운 가장 외주점 S 근방에서의 원호형 절삭 날의 강도를 충분히 확보할 수 있다.

(2) 축 방향 경사각

본 발명의 인서트에서는, 축 방향 경사각도 방사 각도에 따라 변화한다. 한쪽 절삭 날(51d1)에 대하여 도 9에 나타낸 예에서는, 15°, 30°, 45°, 60°및 75°의 방사 각도에서의 축 방향 경사각은 각각 -48.409°, -18.257°, 0°, ＋12.069°및 19.38°이다.

원호형 절삭 날 상의 축 방향 경사각은, 가장 선단 P로부터 회전 방향의 가장 볼록한 점 Q의 직전까지의 범위 내에서는 마이너스이며, 회전 방향의 가장 볼록한 점 Q에서는 0이며, 회전 방향의 가장 볼록한 점 Q를 넘어 가장 외주점 S까지의 범위 내에서는 플러스인 것이 바람직하다. 가장 선단 P로부터 회전 방향의 가장 볼록한 점 Q까지의 범위에서는, 마이너스의 축 방향 경사각은 점차 플러스 방향으로 증가하고, 회전 방향의 가장 볼록한 점 Q를 넘어 가장 외주점 S까지의 범위는, 플러스의 축 방향 경사각은 점차 증가한다. 도 10에 나타낸 바와 같이, 가장 선단 P 근방에서의 축 방향 경사각은 -70°∼-80° 정도가 바람직하고, 가장 외주점 S에서의 축 방향 경사각은 ＋20°정도가 바람직하다.

가장 외주점 S의 축 방향 경사각을 ＋20°정도로 함으로써, 절삭 칩은 공구 회전 궤적의 접선과 수직인 방향으로 방출되고, 절삭 칩 배출성이 양호해진다. 이에 비해, 가장 외주점 S 근방에서의 축 방향 경사각이 ＋20°보다 작으면 절삭 칩의 배출성이 저하되고, ＋20°보다 크면 절삭 날이 지나치게 얇아져, 강성(剛性)을 확보할 수 없다.

가장 선단 P 근방의 축 방향 경사각을 -70°∼-80° 정도로 함으로써, 피삭재의 절삭 가공 시의 응력은 회전축선 L 방향의 엔드밀 본체(2) 측에 작용하므로, 절삭 칩의 배출을 곤란하게 하지 않고, 엔드밀 본체(2)의 굴곡을 저감할 수 있다.

원호형 절삭 날의 방사 방향 경사각 및 축 방향 경사각은 비접촉식 3차원 디지타이저(digitizer) 등을 사용하여 측정한다. 또한, 방사 방향 경사각 및 축 방향 경사각에 대한 상기 설명은 어느 원호형 절삭 날(51d1, 51d2)에도 해당된다.

(B) 그 외의 조건

도 11에 나타낸 바와 같이, 원호형 절삭 날(51d1)의 회전 방향의 가장 볼록한 점 Q와 외주 절삭 날(51k1)의 후단점 R을 연결하는 선분 N이 회전축선 L1과 교차하는 각도 δ1은, 원호형 절삭 날(51d1)의 가장 외주점 S와 외주 절삭 날(51k1)의 후단점 R을 연결하는 선분 H가 회전축선 L1과 평행한 직선 L2와 교차하는 각도δ2보다 작은 것이 바람직하다. 즉, δ1<δ2인 것이 바람직하다. 이로써, 원호형 절삭 날(51d1)과 피삭재와의 접촉 시의 충격을 완화하고, 절삭 날의 내결손성 및 내치핑성을 높일 수 있다. 반대로, δ1≥δ2이면, 원호형 절삭 날(51d1)과 피삭재와의 접촉 시의 충격이 커지고, 원호형 절삭 날(51d1)의 내결손성 및 내치핑성이 저하된다.

선분 N의 경사각 δ1은 15∼30 °의 조건을 만족시키는 것이 바람직하다. 이로써, 절삭 가공 시의 절삭 칩을 공구 외측에서 또한 피삭재 가공면의 경사방향 상방으로 배출하고(인서트 절삭 날로부터의 양호한 절삭 칩 이격성을 확보하고), 절삭 칩이 절삭 날과 피삭재의 간극에 들어가는 것을 회피할 수 있을 뿐만 아니라, 절삭 저항 및 그 진폭을 저감시킬 수 있다. 즉, 절삭 날이 양호한 절삭 배출성에 의해 절삭 저항을 저감시키고, 또한 절삭 저항의 진폭의 저감화에 의해 공구의 진동을 억제하고, 피삭재 가공면의 면 거칠기를 향상시킬 수 있다.

선분 N의 경사각 δ1이 15°미만에서는, 절삭 칩의 배출 방향이 공구의 회전 궤적의 접선 방향과 거의 중첩되고, 공구가 절삭 칩을 뒤쫓듯이 진행하므로, 절삭 칩이 절삭 날과 피삭재와의 간극에 물리는 문제점이 생긴다. 이 문제점은, 특히 등고선 가공에서의 코너부 가공 시에 나타난다. 한편, 선분 N의 경사각 δ1이 30°를 넘으면, 비틀림 형상을 가지는 외주 절삭 날을 충분히 길게 할 수 없을 뿐만 아니라, 외주 절삭 날의 두께가 얇아져, 절삭 날의 강도가 저하된다. 또한, 절삭 저항의 진폭이 커져서 절삭시에 공구와 피삭재의 사이에 진동이 발생하고, 피삭재의 면 거칠기가 열화된다. δ1은 20∼30 °가 더욱 바람직하다.

절삭 날의 재연마 횟수를 많이 하기 위하여, 외주 절삭 날(51k1)(선분 H)의 길이 F(㎜)는 0.2T≤F≤0.5T의 조건을 만족시키는 것이 바람직하다. F가 0.2T 미만이면, 외주 절삭 날(51k1)이 지나치게 짧아서, 재연마 횟수가 적다. 한편, F가 0.5T 초과하면, 외주 절삭 날(51k1)이 필요 이상으로 지나치게 길어서, 절삭 저항이 급격하게 상승하고, 절삭 가공 시의 공구와 피삭재 사이의 진동의 발생을 유발한다.

가장 외주점 S에서의 인서트(5)의 두께 T_S(㎜)는 0.4T≤T_S<0.5T의 조건을 만족시키는 것이 바람직하다. T_S가 0.4T 미만이면 절삭 날의 강성이 지나치게 낮다. 한편, T_S가 0.5T 이상이면, 절삭 날의 절삭 저항 및 그 진폭이 지나치게 커서, 절삭시의 공구 진동이 커질 우려가 있다. T_S는 0.45T∼0.49T가 더욱 바람직하다.

이와 같은 형상의 인서트(5)는, 예를 들면, 탄화 텅스텐(WC)과 코발트(Co)를 포함하는 초경합금(超硬合金)에 의해 형성할 수 있다.

[3] 인서트의 제조 방법

WC기 초경합금제(超硬合金製)의 인서트(5)는, 예를 들면, 하기의 수순에 의해 제조할 수 있다. 먼저, 탄화 텅스텐 분말과 코발트 분말과, 필요에 따라 첨가물을 부가한 혼합물로 이루어지는 조립(造粒) 가루를, 분말 성형법 등에 의해 성형한다. 성형시에 나사 삽통공도 형성한다. 성형체는 20∼30 %의 소결 수축 분만큼 크게 제조한다. 성형체를 약 1300∼1400 ℃에서 소결한다.

얻어진 소결체에 NC 제어에 의한 3차원 연마 가공을 행하고, 원호형 절삭 날(51d1, 51d2), 비틀림 형상을 가지는 외주 절삭 날(51k1, 51k2), 경사 바닥면(52b1, 52b2)을 형성한다. 원호형 절삭 날에 방사 방향 경사각 및 축 방향 경사각을 형성하기 위해서는, 얇은 원판형의 다이아몬드 회전 숫돌(grindstone) 등을 사용한 NC 제어 가공을 행한다.

얻어진 인서트(5)의 나사 삽통공을 제외한 표면에 내마모성 및 내열성을 부여하는 피막을 PVD법에 의해 형성한다. 피막은, 예를 들면, Ti-Al계 질화물, Ti-Si계 질화물, Ti-B계 질화물 등으로 이루어진다.

엔드밀 본체(2)에도 상기와 같은 피막을 형성함으로써, 날끝 교환식 볼 엔드밀을 장수명화한다. 특히 절삭 칩과의 마찰 저항을 저감시키기 위하여, 엔드밀 본체(2)의 표면에 내마모성뿐만 아니라 윤활성도 가지는 Ti-B계 질화물을 형성하는 것이 바람직하다.

[4] 날끝 교환식의 볼 엔드밀

도 12, 도 13 및 도 14는, 엔드밀 본체(2)의 슬릿(8)에 인서트(5)를 클램프 나사(6)로 고정한 날끝 교환식 볼 엔드밀(1)을 나타낸다. 슬릿(8)에 인서트(5)를 클램프 나사(6)로 고정하면, 인서트(5)의 양 측면(51a1, 51a2)이 슬릿(8)의 양 내면(8a, 8b)에 밀착하고, 인서트(5)의 경사 바닥면(52b1, 52b2)이 슬릿(8)의 바닥면(8c)과 밀착되므로, 인서트(5)는 고정밀도로 위치 결정된다.

인서트(5)의 가장 선단 P는 회전축선 L을 따라 슬릿(8)으로부터 약간 돌출하고, 또한 한 쌍의 원호형 절삭 날(51d1, 51d2) 및 한 쌍의 외주 절삭 날(51k1, 51k2)로 이루어지는 절삭 날, 및 제1 및 제2 여유면(51b1, 51b2, 51c1, 51c2)도 슬릿(8)으로부터 약간 돌출한다. 인서트(5)의 두께 T(㎜)는, 엔드밀의 외경 D(㎜)에 대하여, 0.2D∼0.5D의 조건을 만족시키는 것이 바람직하다. 이로써, 원호형 절삭 날의 강도를 충분히 확보하면서 날 깊이를 충분히 깊게 할 수 있다. 한 쌍의 절삭 날을 가지는 1개의 인서트(5)를 장착한 날끝 교환식 볼 엔드밀(1)은, 2장 날의 볼 엔드밀에 상당한다.

[5] 솔리드형(solid type) 볼 엔드밀

본 발명은 날끝 교환식 볼 엔드밀로 한정되지 않고, 일체적인(솔리드형) 볼 엔드밀에도 적용할 수 있다. 솔리드형 볼 엔드밀은, 기본적으로 인서트가 엔드밀 선단부와 일체적인 점 이외에는, 날끝 교환식 볼 엔드밀과 상이한 점은 없다. 단, 원호형 절삭 날의 방사 방향 경사각 및 축 방향 경사각에 대하여, 솔리드형 볼 엔드밀은 하기의 특징을 구비하는 것이 바람직하다.

본 발명을 이하의 실시예에 의해 더욱 상세하게 설명하지만, 본 발명은 이들로 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

날끝 직경 30 ㎜, 생크 직경 32 ㎜, 전체 길이 250 ㎜, 및 헤드부 아래의 길이 180 ㎜의 생크 타입의 엔드밀 본체의 선단부의 슬릿에 장착하는 초경합금제 인서트로서, 7.2 ㎜의 두께 T를 가지고, 반경 15 ㎜의 원호형 절삭 날 및 길이 3.0 ㎜의 비틀림 형상을 가지는 외주 절삭 날을 가지고, 도 5 및 도 6에 나타낸 외형을 가지는 3종류의 인서트 1∼3을 제작하였다. 각 인서트에 대하여, 각각의 방사 각도에서의 원호형 절삭 날의 방사 방향 경사각 및 축 방향 경사각을 비접촉식 3차원 디지타이저(digitizer)에 의해 측정하였다. 각각의 방사 각도에서의 방사 방향 경사각 및 축 방향 경사각을 표 1에 나타내었다. 인서트 1∼3의 가장 외주점 S(방사 각도 90°)에서의 방사 방향 경사각은 각각 0°, ＋3.0°및 ＋6.0°로 하였다.

구형 흑연 주철(FCD700)의 피삭재의 경사각 85°의 벽면을 절삭 가공하기 위하여, 엔드밀 본체에 장착한 인서트의 원호형 절삭 날의 가장 외주점 S 근방의 절삭 날을 사용하도록, 머시닝 센터를 제어하였다.

[표 1-1]

[표 1-2]

피삭재의 절삭 조건은 하기와 같다.

가공 방법: 건식 절삭(에어 블로우)

절삭 속도(Vc): 754 m/분

회전수: 8000 rpm

이송 속도(Vf): 7500 ㎜/분

1날당의 이송량(fz): 0.47 ㎜/tooth

직경 방향 절입량 ae: 0.15 ㎜ 및 0.3 ㎜의 2가지

피크 피드(pf): 0.5 ㎜

공구 돌출량(OH): 180 ㎜

직경 방향 절입량 ae가 0.15 ㎜ 및 0.3 ㎜인 경우의 절삭 가공면의 표면 거칠기 Ry를 도 15의 광학 현미경 사진(18배)에 나타낸다. 그리고, 도 15는 피삭재의 벽면의 가공 거리가 5 m에 도달했을 때의 표면 거칠기 Ry를 나타낸다.

도 15로부터 밝혀진 바와 같이, 일반적으로 자동차 외판 성형용 금형의 마무리 가공면의 표면 거칠기 Ry의 목표는 10㎛ 이하이지만, 직경 방향 절입량 ae가 0.15 ㎜ 및 0.3 ㎜인 절삭 가공에 의해 목표 이하의 표면 거칠기 Ry가 달성되었다. 또한, 직경 방향 절입량 ae가 0.15 ㎜ 쪽이 가공면의 표면 거칠기는 양호했다.

방사 방향 경사각 β를 ＋3.0°로 설정한 인서트 2를 장착한 날끝 교환식 볼 엔드밀에 의한 가공면의 표면 거칠기 Ry는, 직경 방향 절입량 ae를 0.3 ㎜으로 한 절삭 가공에서는 4.3㎛, 직경 방향 절입량 ae를 0.3 ㎜으로 한 절삭 가공에서는 4.4㎛이며, 다른 인서트 1 및 3을 사용한 경우보다 작았다. 이러한 사실로부터, 자동차 외판 성형용 금형을 상정한 FCD700으로 이루어지는 피삭재의 경사 벽면의 마무리 절삭 가공에서는, 방사 방향 경사각 β를 3° 정도로 하는 것이 바람직하다고 할 수 있다.

실시예 2

실시예 1과 동일한 엔드밀 본체에, 방사 각도가 5°, 30°, 45°, 60°, 85°및 90°에서의 방사 방향 경사각이 각각 ＋1.0°, ＋1.5°, ＋1.0°, 0°, -2.5°및 -3.0°인 점 이외에는 실시예 1과 동일한 인서트를 장착하고, 록웰 경도가 60 HRC의 SKD11로 이루어지는 경질 피삭재의 경사각 85°의 벽면을 하기의 조건 하에서 절삭 가공하였다. 얻어진 가공면의 표면 거칠기 Ry는 2∼3 ㎛이며, 경질의 피삭재에서도 높은 마무리 정밀도로 절삭 가공할 수 있는 것을 알 수 있었다.

가공 방법: 건식 절삭(에어 블로우)

절삭 속도(Vc): 400 m/분

회전수: 4244 rpm

이송 속도(Vf): 2550 ㎜/분

1날당의 이송량(fz): 0.3 ㎜/tooth

직경 방향 절입량 ae: 0.1 ㎜

피크 피드(pf): 0.3 ㎜

공구 돌출량(OH): 120 ㎜

실시예 3

실시예 1과 동일한 엔드밀 본체에, 방사 각도가 5°, 30°, 45°, 60°, 85°및 90°에서의 방사 방향 경사각이 각각 -2.5°, -2.0°, -2.5°, -3.5°, -6.0°및 -6.5°인 점 이외에는 실시예 1과 동일한 인서트를 장착하고, 록웰 경도가 60 HRC의 SKD11로 이루어지는 경질 피삭재의 경사각 85°의 벽면을 하기의 조건 하에서 절삭 가공하였다. 얻어진 가공면의 표면 거칠기 Ry는 2∼3 ㎛이며, 경질의 피삭재에서도 높은 마무리 정밀도로 절삭 가공할 수 있는 것을 알 수 있었다.

가공 방법: 건식 절삭(에어 블로우)

절삭 속도(Vc): 400 m/분

회전수: 4244 rpm

이송 속도(Vf): 2550 ㎜/분

1날당의 이송량(fz): 0.3 ㎜/tooth

직경 방향 절입량 ae: 0.1 ㎜

피크 피드(pf): 0.3 ㎜

공구 돌출량(OH): 120 ㎜

실시예 4, 및 비교예 1 및 2

표 2에 나타낸 파라미터로 한 점 이외에는 실시예 1과 동일한 형상의 초경합금제 인서트를 제조하였다.

[표 2]

주: (1) 원호형 절삭 날의 반경.

(2) 인서트의 두께.

(3) 회전 방향의 가장 볼록한 점 Q에서의 방사 각도.

실시예 4, 및 비교예 1 및 2의 각각의 인서트를, 날끝 직경 30 ㎜, 생크 직경 32 ㎜, 전체 길이 220 ㎜, 및 헤드부 아래의 길이 120 ㎜의 생크 타입의 엔드밀 본체의 선단부의 슬릿에 장착하여, 날끝 교환식 볼 엔드밀을 얻었다. 각각의 날끝 교환식 볼 엔드밀을 밀링 머신의 주축에 장착하고, 하기 절삭 조건 하에서 편삭(片削) 가공을 행하고, 절삭 저항의 동적 변화를 절삭 동력계[키슬러사(Kistler) 제조]에 의해 측정하였다. 절삭 저항 및 절삭 칩의 형상을 표 3에 나타내고, 절삭 저항의 동적 변화를, X축, Y축 및 Z 축 방향의 절삭 저항의 분력으로서, 각각 도 16∼도 18에 나타낸다. 도면 중 Y축은 공구의 이송 방향이며, X축은 Y 축에 대하여 직교하는 방향(회전의 접선 방향)이며, Z축은 회전축선 방향이다.

피삭재: S50C(경도, 220 HB)

가공 방법: 건식 편삭 가공(에어 블로우)

절삭 속도(Vc): 200 m/분

회전수: 2122 rpm

이송 속도(Vf): 849 ㎜/분

1날당의 이송량(fz): 0.2 ㎜

직경 방향 절입량 ae: 0.5 ㎜

절입량: 15 ㎜

공구 돌출량(OH): 180 ㎜

[표 3]

절삭 저항의 동적 변화는, 실시예 4가 비교예 1 및 2보다 작았다. 특히, 실시예 4에서의 X 축 방향의 절삭 저항(100 kgf)은 목표를 만족시켰다. 실시예 4의 절삭 저항은 비교예 2의 절삭 저항(250 kgf) 보다 60% 낮았다.

도 19∼도 21은, 실시예 4, 및 비교예 1 및 2의 절삭 가공에 의해 배출된 절삭 칩을 나타낸다. 실시예 4에서의 절삭 칩은 비교예 1 및 2에서의 절삭 칩보다 비틀려 있다. 이는, 원호형 절삭 날의 축 방향 경사각(axial rake)이 플러스인 영역이 넓은 것과, 또한 비틀림각이 큰 것에 의한 것이다. 또한, 절삭 칩 형상으로부터 절삭 칩 생성 방향이 가공면의 경사 방향 상방인 것을 알 수 있다. 즉, 실시예 4에서는 절삭 칩이 절삭 날과 피삭재의 간극에 물리는 문제점이 방지된다. 한편, 비교예 1 및 2의 인서트에서는 절삭 칩은 절삭 날과 피삭재의 간극 물려 들어갔다.

Claims

엔드밀 본체의 선단부(先端部)에, 정면에서 볼 때 S자형으로 만곡되어 가장 선단으로부터 가장 외주점(外周点)까지 연장되는 원호형 절삭 날;
상기 원호형 절삭 날에 매끄럽게 연결되는 비틀림 형상을 가지는 외주 절삭 날; 및
상기 원호형 절삭 날의 회전 방향 전방의 볼록 곡면형 경사면(rake face)
을 포함하는 볼 엔드밀로서,
상기 원호형 절삭 날의 방사(放射) 방향 경사각(rake angle)이 β<α≤γ(단, α는 방사 각도가 5°에서의 방사 방향 경사각이며, β는 방사 각도가 90°에서의 방사 방향 경사각이며, γ는 상기 원호형 절삭 날의 회전 방향의 가장 볼록한 점에서의 방사 방향 경사각임)의 조건을 만족시키고,
상기 원호형 절삭 날의 방사 방향 경사각의 최대값이 12∼40 °의 방사 각도의 범위 내에 있고, 또한
상기 방사 방향 경사각이 상기 회전 방향의 가장 볼록한 점으로부터 상기 가장 외주점에 걸쳐 연속적으로 감소하는, 볼 엔드밀.
제1항에에 있어서,
상기 방사 방향 경사각 γ가 정각(플러스각)인, 볼 엔드밀.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 방사 방향 경사각 β가 0°이상의 정각인, 볼 엔드밀.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 방사 방향 경사각 α와 상기 방사 방향 경사각 β의 차이가 2∼6 °이며, 상기 방사 방향 경사각 γ와 상기 방사 방향 경사각 α의 차이가 0∼2 °이며, 상기 방사 방향 경사각 γ와 상기 방사 방향 경사각 β의 차이가 2∼6 °이며, 상기 방사 방향 경사각의 최대값과 상기 방사 방향 경사각 γ의 차이가 0.1∼1.0 °인, 볼 엔드밀.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 방사 방향 경사각 α, β 및 γ가 각각 2°≤α≤10°, 0°≤β≤6°, 및 3°≤γ≤14°의 조건을 만족시키는, 볼 엔드밀.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 방사 각도가 30∼47 °로 되는 위치에 상기 원호형 절삭 날의 회전 방향의 가장 볼록한 점이 있는, 볼 엔드밀.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 원호형 절삭 날의 방사 방향 경사각이 θ1<θ2(단, θ1은 상기 회전 방향의 가장 볼록한 점으로부터 상기 가장 외주점까지의 범위 내에서의 방사 방향 경사각이며, θ2는 상기 회전 방향의 가장 볼록한 점으로부터 상기 가장 선단까지의 범위 내에서의 방사 방향 경사각)의 관계를 만족시키는, 볼 엔드밀.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 원호형 절삭 날 상의 축 방향 경사각이, 상기 가장 선단으로부터 상기 회전 방향의 가장 볼록한 점까지의 범위 내에서는 마이너스이며, 상기 회전 방향의 가장 볼록한 점을 넘어 상기 가장 외주점까지의 범위 내에서는 플러스인, 볼 엔드밀.
정면에서 볼 때 S자형으로 만곡되어 가장 선단으로부터 가장 외주점까지 연장되는 원호형 절삭 날;
상기 원호형 절삭 날에 매끄럽게 연결되는 비틀림 형상을 가지는 외주 절삭 날; 및
상기 원호형 절삭 날의 회전 방향 전방의 볼록 곡면형 경사면
을 포함하는 인서트로서,
상기 원호형 절삭 날의 방사 방향 경사각이 β<α≤γ(단, α는 방사 각도가 5°에서의 방사 방향 경사각이며, β는 방사 각도가 90°에서의 방사 방향 경사각이며, γ는 상기 원호형 절삭 날의 회전 방향의 가장 볼록한 점에서의 방사 방향 경사각)의 조건을 만족시키고,
상기 원호형 절삭 날의 방사 방향 경사각의 최대값이 12∼40 °인 방사 각도의 범위 내에 있고, 또한
상기 방사 방향 경사각이 상기 회전 방향의 가장 볼록한 점으로부터 상기 가장 외주점에 걸쳐 연속적으로 감소하는, 인서트.
제9항에 있어서,
상기 방사 방향 경사각 γ가 정각인, 인서트.
제9항 또는 제10항에 있어서,
상기 방사 방향 경사각 β가 0°이상의 정각인, 인서트.
제8항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 방사 방향 경사각 α와 상기 방사 방향 경사각 β의 차이가 2∼6 °이며, 상기 방사 방향 경사각 γ와 상기 방사 방향 경사각 α의 차이가 0∼2 °이며, 상기 방사 방향 경사각 γ와 상기 방사 방향 경사각 β의 차이가 2∼6 °이며, 상기 방사 방향 경사각의 최대값과 상기 방사 방향 경사각 γ의 차이가 0.1∼1.0 °인, 인서트.
제8항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 방사 방향 경사각 α, β 및 γ가 각각 2°≤α≤10°, 0°≤β≤6°, 및 3°≤γ≤14°의 조건을 만족시키는, 인서트.
제8항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 방사 각도가 30∼47 °로 되는 위치에 상기 원호형 절삭 날의 회전 방향의 가장 볼록한 점이 있는, 인서트.
제8항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 원호형 절삭 날의 방사 방향 경사각이 θ1<θ2(단, θ1은 상기 회전 방향의 가장 볼록한 점으로부터 상기 가장 외주점까지의 범위 내에서의 방사 방향 경사각이며, θ2는 상기 회전 방향의 가장 볼록한 점으로부터 상기 가장 선단까지의 범위 내에서의 방사 방향 경사각)의 관계를 만족시키는, 인서트.
제8항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 원호형 절삭 날 상의 축 방향 경사각이, 상기 가장 선단으로부터 상기 회전 방향의 가장 볼록한 점까지의 범위 내에서는 마이너스이며, 상기 회전 방향의 가장 볼록한 점을 넘어 상기 가장 외주점까지의 범위 내에서는 플러스인, 인서트.
제8항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 인서트의 평판부의 두께 T(㎜)에 대하여 상기 가장 외주점 S에서의 상기 인서트의 두께 T_S(㎜)가 0.4T≤T_S<0.5T의 조건을 만족시키는, 인서트.
제8항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 외주 절삭 날의 후단점(先端部) R과 상기 회전 방향의 가장 볼록한 점 Q를 연결하는 선분과 상기 회전축선과의 교차각 δ1이 15∼30 °이며, 또한 상기 가장 외주점 S와 상기 후단점 R을 연결하는 선분과 상기 회전축선과의 교차각 δ2보다 작은, 인서트.
제8항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 외주 절삭 날의 길이가 0.2T∼0.5T[단, T는 상기 인서트의 평판부의 두께(㎜)]의 조건을 만족시키는, 인서트.
제8항 내지 제19항 중 어느 한 항에 기재된 인서트가, 엔드밀 본체의 반구형(半球形) 선단부에 형성된 슬릿에 고정되어 있는, 날끝 교환식 볼 엔드밀.