KR20160068442A - 회전 절삭 공구 및 그 절삭 인서트 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 제작이 용이한 단순한 형상을 가지며, 절삭 인서트를 체결 나사를 사용하지 않더라도 인서트 포켓에 안정적으로 장착할 수 있고 공구 몸체의 반경방향에서 용이하게 교체할 수 있는 회전 절삭 공구와 이 회전 절삭 공구에 장착되는 절삭 인서트를 제공한다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 절삭 인서트는 상부면, 하부면 및 제1 내지 제4 측면을 포함하고, 회전 절삭 공구의 공구 몸체에 구비된 탄성 힌지부에 의해 상기 상부면이 가압됨으로써 인서트 포켓에 교체가능하게 장착되는 절삭 인서트로서, 상기 제1 측면은 상기 제3 측면에 대향되고, 상기 제2 측면은 상기 제4 측면과 대향되며, 상기 상부면은 상기 탄성 힌지부에 의해 가압될 때 상기 탄성 힌지부의 돌출부와 접촉하는 제1 경사면을 포함하고, 상기 제1 경사면은, 상기 제1 측면, 상기 제2 측면 및 상기 하부면이 상기 인서트 포켓에 동시에 모두 가압되도록 하는 법선 방향을 가진다.

Description

회전 절삭 공구 및 그 절삭 인서트{ROTARY CUTTING TOOL AND CUTTING INSERT THEREOF}
본 발명은 피삭재의 슬롯 가공을 위한 회전 절삭 공구와 이 회전 절삭 공구에 장착되는 절삭 인서트에 관한 것이다.
밀링 공구와 같은 회전 절삭 공구는 회전하면서 피삭재의 절삭 가공을 수행한다. 이러한 회전 절삭 공구 중 피삭재에 슬롯을 형성하기 위한 회전 절삭 공구로는 측면 밀링 커터와 평면 밀링 커터가 있고, 이 중에서 측면 밀링 커터는 피삭재에 길고 깊은 개방형 슬롯을 형성하는데 주로 사용된다.
종래기술에 있어서, 측면 밀링 커터는 예컨대 도 1에 도시한 바와 같이, 디스크 형상의 공구 몸체(10)를 가진다. 공구 몸체(10)에는 절삭 인서트(12)를 수용할 수 있는 복수의 인서트 포켓(11)이 공구 몸체(10)의 주연을 따라 구비되고, 복수의 인서트 포켓(11) 각각에는 절삭 인서트(12)가 체결 나사(13)에 의해 장착된다.
이러한 측면 밀링 커터와 같은 회전 절삭 공구의 일 예로서, 대한민국 등록특허공보 제10-0884179호에는 회전 슬롯 밀링 커터가 제안되어 있다.
대한민국 등록특허공보 제10-0884179호, 등록일 2009.02.10.
종래기술에 따른 측면 밀링 커터와 같은 회전 절삭 공구에 있어서, 공구 몸체의 인서트 포켓과 절삭 인서트에는 서로 맞물려질 수 있는 상보적인 형상의 고정 요소가 각각 형성된다. 예를 들어, 공구 몸체의 인서트 포켓에는 고정 요소로서 돌출부가 형성되고, 절삭 인서트에는 고정 요소로서 인서트 포켓의 돌출부에 대응하는 함몰부가 형성될 수 있다. 또한, 공구 몸체의 인서트 포켓과 절삭 인서트에는 체결 나사가 결합되는 구멍이 형성된다. 즉, 절삭 인서트는 고정 요소들의 맞물림에 의해 인서트 포켓에 끼워지고, 체결 나사에 의해 인서트 포켓에 고정된다.
측면 밀링 커터와 같은 회전 절삭 공구는 비교적 얇은 두께의 공구 몸체와 절삭 인서트를 가진다. 따라서, 이러한 공구 몸체의 인서트 포켓과 절삭 인서트에 고정 요소와 체결 나사가 결합되는 구멍을 각각 형성하는 것은 공구 몸체와 절삭 인서트를 구조적으로 약화시켜, 피삭재의 절삭 가공 시 회전 절삭 공구의 파손을 유발할 수 있다. 또한, 공구 몸체의 인서트 포켓과 절삭 인서트의 형상이 복잡해져 공구 몸체와 절삭 인서트를 제작하는데 어려움이 있다.
또한, 종래기술에 따른 회전 절삭 공구에 있어서, 절삭 인서트는 공구 몸체의 축방향에서 결합되는 체결 나사에 의해 인서트 포켓에 고정된다. 따라서, 복수의 회전 절삭 공구를 조합하여 동일한 축에 장착한 갱 커터로 사용하는 경우, 인접해 있는 다른 회전 절삭 공구로 인해 체결 나사를 바로 풀거나 조이기 어려우므로, 절삭날이 마모된 절삭 인서트를 교체하려면 갱 커터를 분해해야만 하는 번거로움이 있다.
본 발명은 이러한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 제작이 용이한 단순한 형상을 가지며, 절삭 인서트를 체결 나사를 사용하지 않더라도 인서트 포켓에 안정적으로 장착할 수 있고 공구 몸체의 반경방향에서 용이하게 교체할 수 있는 회전 절삭 공구를 제공한다.
또한, 본 발명은 이러한 회전 절삭 공구에 장착되는 절삭 인서트를 제공한다.
본 발명의 일 측면에 의하면 절삭 인서트가 제공된다. 예시적 실시예에 있어서, 절삭 인서트는 상부면, 하부면 및 제1 내지 제4 측면을 포함하고, 회전 절삭 공구의 공구 몸체에 구비된 탄성 힌지부에 의해 상기 상부면이 가압됨으로써 인서트 포켓에 교체가능하게 장착되는 절삭 인서트로서, 상기 제1 측면은 상기 제3 측면에 대향되고, 상기 제2 측면은 상기 제4 측면과 대향되며, 상기 상부면은 상기 탄성 힌지부에 의해 가압될 때 상기 탄성 힌지부의 돌출부와 접촉하는 제1 경사면을 포함하고, 상기 제1 경사면은, 상기 제1 측면, 상기 제2 측면 및 상기 하부면이 상기 인서트 포켓에 동시에 모두 가압되도록 하는 법선 방향을 가진다.
일 실시예에 있어서, 상기 제2 측면이 XYZ 좌표계의 YZ 평면 상에 존재하고, 상기 제2 측면의 4개의 꼭지점 중 상기 제1 측면 및 상기 하부면과 만나는 꼭지점이 XYZ 좌표계의 원점이라 가정할 때, 상기 제1 경사면은 X 축, Y 축 및 Z 축 상에 각각 존재하는 3점[P(x, 0, 0), Q(0, y, 0), R(0, 0, z) : x, y, z는 양의 값]에 의해 형성되는 삼각형 면의 일부이다.
일 실시예에 있어서, 상기 상부면과 상기 하부면은 상기 제2 측면과 상기 제4 측면의 중앙을 지나는 중심선과 교차하는 방향으로 대칭적으로 대향하도록 돌출된 제1 및 제2 돌기와 제3 및 제4 돌기를 각각 포함한다. 또한, 상기 제1 내지 제4 돌기 각각은 돌기 표면과, 상기 돌기 표면에 경사지게 연결되는 돌기 측면을 포함하고, 상기 제1 경사면은 상기 제1 및 제2 돌기 중 상기 공구 몸체의 반경방향 내측에 위치되는 상기 제1 돌기의 돌기 측면에 형성된다.
일 실시예에 있어서, 상기 절삭 인서트는 상기 중심선을 기준으로 회전 대칭되는 형상을 가진다.
일 실시예에 있어서, 상기 상부면과 상기 하부면이 상기 제1 측면 및 상기 제3 측면과 만나는 각 가장자리들 상에 절삭날이 각각 형성된다.
일 실시예에 있어서, 상기 절삭날은 상기 제4 측면으로부터 상기 제2 측면을 향해 하향 경사진다.
일 실시예에 있어서, 상기 돌기 표면은 상기 제2 측면과 예각을 이루는 부분을 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 측면과 상기 제3 측면은 각각 상기 제2 측면과 둔각을 이룬다.
본 발명의 다른 측면에 의하면 회전 절삭 공구가 제공된다. 예시적 실시예에 있어서, 회전 절삭 공구는 전술한 상기 절삭 인서트가 장착되는 상기 인서트 포켓을 구비한 복수의 절삭부가 공구 몸체에 형성되는 회전 절삭 공구로서, 상기 인서트 포켓은 상기 탄성 힌지부 하측에서 상기 돌출부를 구비하는 천장면과, 상기 천장면에 대향하는 바닥면과, 상기 천장면과 상기 바닥면 사이의 공구 몸체 내측에 위치하고, 상기 공구 몸체의 반경방향 외측을 향하는 제1 지지벽과, 상기 제1 지지벽에 인접하고 상기 공구 몸체의 축방향을 향하는 제2 지지벽을 포함한다. 또한, 상기 인서트 포켓의 천장면의 돌출부는, 상기 절삭 인서트가 상기 인서트 포켓에 장착될 때 상기 제1 측면이 상기 제1 지지벽을 향해, 상기 제2 측면이 상기 제2 지지벽을 향해, 그리고 상기 하부면이 상기 바닥면을 향해 동시에 모두 가압되도록, 상기 절삭 인서트의 상부면의 제1 경사면과 접촉하는 내향 경사면을 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 인서트 포켓의 천장면의 상부는 상기 공구 몸체의 내측으로 형성되는 나사 구멍과, 상기 나사 구멍의 입구부를 경유하여 상기 공구 몸체의 내측으로 형성되는 슬롯 및 상기 나사 구멍에 결합되어 상기 슬롯을 확장하는 조절 나사를 구비한다.
일 실시예에 있어서, 상기 인서트 포켓의 천장면의 상부는 상기 공구 몸체의 내측으로 형성되는 쐐기 구멍과, 상기 쐐기 구멍의 입구부를 경유하여 상기 공구 몸체의 내측으로 형성되는 슬롯 및 상기 쐐기 구멍에 결합되어 상기 슬롯을 확장하는 쐐기를 구비한다.
일 실시예에 있어서, 상기 인서트 포켓의 천장면의 측부는 상기 인서트 포켓 내에서 상기 공구 몸체의 내측으로 형성되는 슬릿을 구비하고, 상기 슬릿은 상기 슬롯에 대해 경사지게 연장한다.
일 실시예에 있어서, 상기 인서트 포켓의 상기 바닥면과 상기 제2 지지벽은 상기 인서트 포켓 내에서 예각을 이룬다.
일 실시예에 있어서, 상기 인서트 포켓의 상기 제1 지지벽과 상기 제2 지지벽은 상기 인서트 포켓 내에서 둔각을 이룬다.
일 실시예에 있어서, 상기 절삭 인서트는 상기 인서트 포켓의 천장면과 0.1~0.2㎜ 여유 간격을 갖도록 상기 인서트 포켓에 수용된다.
일 실시예에 있어서, 상기 공구 몸체는 한 쌍의 키홈을 갖는 축 삽입 구멍이 중앙에 형성된 디스크 형상을 가진다.
일 실시예에 있어서, 상기 복수의 절삭부는 상기 공구 몸체의 주연을 따라 교대로 배치된 좌승수 절삭부와 우승수 절삭부를 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 회전 절삭 공구는 피삭재에 슬롯을 형성하기 위한 측면 밀링 커터이다.
본 발명의 실시예에 따르면, 공구 몸체의 인서트 포켓과 절삭 인서트에는 서로 맞물려질 수 있는 상보적인 형상의 고정 요소와 체결 나사가 결합되는 구멍이 형성되지 않는다. 따라서, 비교적 얇은 두께를 갖는 공구 몸체와 절삭 인서트가 구조적으로 약화되지 않아 강성 등이 저하되는 것이 방지됨으로써, 피삭재의 절삭 가공 시 회전 절삭 공구의 파손이 유발되지 않는다. 또한, 공구 몸체의 인서트 포켓과 절삭 인서트는 단순한 형상으로 이루어져 제작이 용이해진다.
또한, 절삭 인서트가 공구 몸체의 인서트 포켓에 장착될 때 절삭 인서트는 인서트 포켓의 천장면에 의해 인서트 포켓의 내측 방향으로 가압되며, 이때 절삭 인서트의 하부면 및 2개의 측면이 각각에 대응하는 인서트 포켓의 바닥면 및 양 지지벽을 향해 동시에 가압된다. 절삭 인서트는 인서트 포켓의 천장면을 비롯한 인서트 포켓의 양 지지벽 및 바닥면에 모두 접촉되어 지지되기 때문에 체결 나사를 사용하지 않더라도 공구 몸체의 인서트 포켓에 안정적으로 장착될 수 있다.
또한, 절삭 인서트는 공구 몸체의 축방향에서 인서트 포켓에 장착되거나 장착 해제된다. 따라서, 복수의 회전 절삭 공구를 조합하여 갱 커터로 사용하는 경우에, 갱 커터를 분해하지 않고서도 공구 몸체로부터 절삭 인서트를 간편하고 신속하게 교체할 수 있다.
도 1은 종래기술에 따른 측면 밀링 커터의 일 예를 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 절삭 공구를 나타낸 사시도이다.
도 3은 도 2의 회전 절삭 공구에 있어서의 인서트 포켓을 나타낸 사시도이다.
도 4는 도 3의 인서트 포켓을 다른 방향에서 나타낸 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 있어서 절삭 인서트가 인서트 포켓에 장착된 예를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 회전 절삭 공구를 나타낸 사시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 절삭 인서트를 나타낸 사시도이다.
도 8은 도 7의 절삭 인서트를 다른 방향에서 나타낸 사시도이다.
도 9는 도 7의 절삭 인서트의 측면도이다.
도 10은 도 7의 절삭 인서트의 평면도이다.
도 11은 도 7의 절삭 인서트에 구비된 제1 경사면을 XYZ 좌표계를 사용하여 나타낸 도면이다.
도 12는 도 7의 절삭 인서트의 변형예를 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 13은 도 12의 절삭 인서트에 구비된 제1 경사면을 XYZ 좌표계를 사용하여 나타낸 도면이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 있어서 공구 몸체의 인서트 포켓과 공구 몸체의 반경방향에서 인서트 포켓에 장착되는 절삭 인서트를 나타낸 사시도이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 있어서 인서트 포켓에 수용된 절삭 인서트를 나타낸 측면도이다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 있어서 절삭 인서트를 인서트 포켓에 장착하기 위한 탄성 힌지부의 조작 예를 나타낸 사시도이다.
도 17은 도 16의 절삭 인서트가 인서트 포켓에 장착된 상태에서 천장면의 돌출부와 접하는 절삭 인서트의 제1 경사면을 나타낸 도면이다.
도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 절삭 공구가 사용된 갱 커터의 일 예를 나타낸 사시도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 회전 절삭 공구와 이 회전 절삭 공구에 장착되는 절삭 인서트의 실시예를 설명한다. 도면에서 동일한 참조번호는 동일 또는 대응하는 요소 또는 부품을 지시한다.
도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 절삭 공구를 설명한다. 도 2에서, 회전 절삭 공구(100)는 회전방향(S)이 정의되는 회전축(A)을 가진다. 회전축(A) 상에서, 화살표(A1)는 회전 절삭 공구(100)의 전방을 향하는 축방향을 가리키고, 화살표(A2)는 회전 절삭 공구(100)의 후방을 향하는 축방향을 가리킨다. 또한, 화살표(R1)는 회전 절삭 공구(100)의 반경방향 외측을 가리키고, 화살표(R2)는 회전 절삭 공구(100)의 반경방향 내측을 가리킨다. 여기서, 회전 절삭 공구(100)의 반경방향 내측(R2)은 회전 절삭 공구(100)의 중심(C) 또는 중심(C) 부근을 향하는 방향을 가리키며, 회전 절삭 공구(100)의 반경방향 외측(R1)은 그 반대방향을 가리킨다.
도 2에 도시한 바와 같이, 회전 절삭 공구(100)는 절삭 인서트(140)가 장착되는 공구 몸체(110)를 포함한다. 공구 몸체(110)는 디스크 형상을 가지며, 한 쌍의 대향 원형면(110a) 및 한 쌍의 대향 원형면(110a)을 연결하는 공구 몸체(110)의 측면인 주연 공구면(110b)을 가진다. 공구 몸체(110)는 비교적 얇은 두께(T)로 이루어져, 회전하면서 피삭재에 공구 몸체(110)의 두께(T)에 상당하는 폭을 갖는 슬롯을 형성할 수 있다. 즉, 본 실시예에 따른 회전 절삭 공구(100)는 피삭재에 슬롯을 형성하는 측면 밀링 커터(side milling cutter)로 사용할 수 있다.
공구 몸체(110)는 중앙 부분을 관통하는 축 삽입 구멍(111)을 가진다. 이러한 공구 몸체(110)는 축 삽입 구멍(111)에 공작 기계의 축, 예를 들어 밀링 기계의 스핀들(spindle)이나 아버(arbor)가 끼워지도록 하여 공작 기계에 부착될 수 있다. 또한, 축 삽입 구멍(111)에는 키를 박아넣을 수 있는 한 쌍의 키홈(key way)(112)이 형성되어 있어 공구 몸체(110)는 공작 기계의 축에 보다 강력하게 부착될 수 있다. 일 실시예에서, 한 쌍의 키홈(112)은 접선 키(tangential key)를 적용할 수 있도록 공구 몸체(110)의 중심(C)을 기준으로 120°로 벌어진 각도(α)를 가진다. 하지만, 이에 한정되지 않고 한 쌍의 키홈(112)은 케네디 키(kennedy key)를 적용할 수 있도록 공구 몸체(110)의 중심(C)을 기준으로 90°로 벌어진 각도(α)를 가질 수도 있다.
공구 몸체(110)는, 한 쌍의 대향 원형면(110a) 각각에 공구 몸체(110)의 반경방향 내측(R2)으로 갈수록 두께(T)가 감소하도록, 특히 단차지게 감소하도록 하나 또는 복수의 리세스부(113)를 구비한다. 리세스부(113)는 공구 몸체(110)를 전방 또는 후방에서 보았을 때 환형인 형상을 갖지만, 리세스부(113)의 형상은 이에 한정되는 것은 아니다. 공구 몸체(110)에 리세스부(113)를 형성함으로써 공구 몸체(110)를 경량화시킬 수 있고, 공구 몸체(110)의 가장자리 부분이 중앙 부분에 비해 두꺼운 두께를 갖도록 함으로써 피삭재의 절삭 가공 시에 회전하는 공구 몸체(110)의 떨림이나 진동의 발생을 줄일 수 있다.
또한, 공구 몸체(110)는 주연 공구면(110b)을 포함하는 공구 몸체(110)의 주연부에 공구 몸체(110)의 반경방향 내측(R2)으로 오목하게 형성된 복수의 홈부(114)를 가진다. 이러한 홈부(114)를 통해 절삭 인서트(140)를 공구 몸체(110)에 용이하게 장착하거나 장착해제할 수 있고, 또한 피삭재의 절삭 가공 시 발생되는 칩을 원활하게 배출시킬 수 있다.
공구 몸체(110)는 피삭재를 절삭하기 위한 복수의 절삭부(120)를 가진다. 복수의 절삭부(120) 각각은 공구 몸체(110) 상에 형성된 인서트 포켓(130)과, 인서트 포켓(130)에 탈착가능하게 장착되는 절삭 인서트(140)를 포함한다. 인서트 포켓(130)은 공구 몸체(110)에 형성된 홈부(114)에 적어도 일부가 개방되도록 형성된다. 즉, 공구 몸체(110)에는 절삭부(120)에 포함되는 인서트 포켓(130)이 홈부(114)와 한 조를 이루어 공구 몸체(110)의 주연을 따라 일정한 간격으로 복수개가 구비된다. 일 실시예에서, 복수의 절삭부(120)는 공구 몸체(110)의 주연을 따라 교대로 배치되는 우승수 절삭부(120R)와 좌승수 절삭부(120L)를 포함한다. 도 2에서, 우승수 절삭부(120R)는 축방향(A1)을 향해 개방되는 인서트 포켓을 가지며, 좌승수 절삭부(120L)는 축방향(A2)을 향해 개방되는 인서트 포켓을 가진다. 복수의 절삭부(120)가 우승수 절삭부(120R)와 좌승수 절삭부(120L)로 이루어진 경우에, 회전 대칭되는 형상의 절삭 인서트(예컨대, 양면 사용이 가능한 절삭 인서트)를 하나의 공구 몸체(110)에서 방향을 바꿔 장착할 수 있다(예컨대, 우승수 절삭(120R)에서 좌승수 절삭부(120L)로 옮겨 장착하거나 또는 좌승수 절삭부(120L)에서 우승수 절삭부(120R)로 옮겨 장착). 이 경우, 절삭 인서트에 구비되는 복수의 절삭날을 피삭재의 절삭에 모두 사용할 수 있어, 절삭 인서트를 효율적으로 사용할 수 있다.
도 3 내지 도 5를 참조하여 회전 절삭 공구의 공구 몸체에 형성되는 인서트 포켓에 대해 설명한다. 일 실시예에 따른 인서트 포켓(130)은 대체로 직육면체 형상을 갖는 절삭 인서트(140)를 수용할 수 있는 구조를 가진다. 이러한 인서트 포켓(130)은 천장면(131), 바닥면(132), 제1 지지벽(133) 및 제2 지지벽(134)을 포함한다.
일 실시예에 있어서, 천장면(131)은 바닥면(132)을 향해 돌출하는 돌출부(135)를 구비한다. 바닥면(132)은 절삭 인서트(140)가 안착되는 면으로서 천장면(131)에 대향한다. 이러한 바닥면(132)은 천장면(131)보다 길게 공구 몸체(110)의 반경방향 외측(R1)으로 연장한다. 제1 지지벽(133)은 천장면(131)과 바닥면(132) 사이에서 공구 몸체(110)의 내측에 위치하고, 공구 몸체(110)의 반경방향 외측(R1)을 향한다. 제2 지지벽(134)은 제1 지지벽(133)에 인접하고, [절삭부(120)가 우승수 절삭부(120R) 또는 좌승수 절삭부(120L)인지에 따라서] 공구 몸체(110)의 전방을 향하는 방향(A1) 또는 공구 몸체(110)의 후방을 향하는 방향(A2)을 향한다. 즉, 제2 지지벽(134)은 인서트 포켓(130) 내에서 공구 몸체(110)의 축방향 일측 또는 반대되는 타측에 위치한다.
일 실시예에 따르면, 인서트 포켓(130) 내의 바닥면(132)의 주변과 제1 지지벽(133)의 주변에는 엔드밀이나 드릴 등의 가공에 의해 형성되는 여유 홈(137)이 구비된다. 인서트 포켓(130) 내에 형성된 여유 홈(137)은 인서트 포켓(130)에 장착된 절삭 인서트(140)의 가장자리(절삭날 포함)가 접촉에 의해 손상되는 것을 방지한다. 바닥면(132)의 주변에 형성된 여유 홈(137) 중 대향 원형면(110a)과 만나는 여유 홈(137)은 바닥면(132)에 대해 낮게 형성되지만, 바닥면(132)보다 높게 형성될 수도 있으며, 이 경우에는 절삭 인서트(140)가 인서트 포켓(130)에 단순히 수용되더라도 공구 몸체(110)의 축방향(도 3의 A1)으로 이탈되는 것을 방지할 수 있다.
바닥면(132), 제1 지지벽(133) 및 제2 지지벽(134)은 인서트 포켓(130) 내에서 위치가 고정되지만, 천장면(131)은 인서트 포켓(130)에 수용되는 절삭 인서트(140)를 가압할 수 있도록 인서트 포켓(130)의 내측으로 위치가 변할 수 있다. 일 실시예에서, 천장면(131)은 제1 지지벽(133) 및 제2 지지벽(134)의 상측에서 떨어져 있고, 바닥면(132)을 향해 휘어짐이 가능한 공구 몸체(110)의 주연부에 구비된다. 이러한 천장면(131)의 하방에는 바닥면(132)과 제2 지지벽(134)의 상부면(134a)이 위치한다. 이때, 천장면(131)이 바닥면(132)과 제2 지지벽(134)이 상부면(134a)보다 길이(공구 몸체(110)의 반경방향 외측(R2)으로 연장하는 길이)가 짧기 때문에 천장면(131)의 하방에는 실질적으로 바닥면(132)의 공구 몸체의 내측에 해당되는 부분과 상부면(134a)의 공구 몸체의 내측에 해당되는 부분이 위치한다.
돌출부(135)는 천장면(131)이 하방으로 조금 기울어지더라도 절삭 인서트(140)를 충분한 힘으로 누를 수 있도록 천장면(131)의 최외측 부분에서 돌출한다. 또한, 돌출부(135)는, 일 실시예에서와 같이 천장면(131)의 최외측 부분 중 바닥면(132)과 대향하는 부분에서만 돌출할 수 있다. 돌출부(135)는 공구 몸체(110)의 반경방향 내측(R2)으로 바닥면(132)을 향해 경사진 내향 경사면(136)을 포함한다. 절삭 인서트(140)가 인서트 포켓(130)에 장착될 때, 돌출부(135)는 내향 경사면(136)을 통해 절삭 인서트(140)에 접촉되며, 돌출부(135)에 의해 가압된 절삭 인서트(140)는 인서트 포켓(130)의 내측, 예컨대 제1 지지벽(133)과 제2 지지벽(134) 사이를 향해 유도된다. 즉, 절삭 인서트(140)가 인서트 포켓(130)에 장착될 때 절삭 인서트(140)의 하부면이 바닥면(132)을 향해 가압되고, 절삭 인서트(140)의 두 개의 측면이 제1 지지벽(133) 및 제2 지지벽(134)을 향해 가압되도록 돌출부(135)의 내향 경사면(136)이 절삭 인서트(140)의 상부면에 접촉한다. 이와 같이 인서트 포켓(130)으로의 가압력을 받는 절삭 인서트(140)는 인서트 포켓(130)의 천장면(131), 바닥면(132), 제1 지지벽(133) 및 제2 지지벽(134)에 모두 접촉되어 지지된다.
공구 몸체(110)에 있어서, 인서트 포켓(130)의 천장면(131)의 상부(115)는 인서트 포켓(130)의 바닥면(132)을 향해 휘어짐이 가능하게 하는 부분으로서 기능한다. 인서트 포켓(130)의 천장면(131)의 상부(115)(이하, '탄성 힌지부'라고도 한다)는 공구 몸체(110)에 일체로 형성되는 나사 구멍(116)과, 나사 구멍(116)을 따라 형성되는 슬롯(117)을 구비하며, 나사 구멍(116)에 결합되는 조절 나사(118)를 포함한다.
나사 구멍(116)은 공구 몸체(110)의 홈부(114) 내에서 주연 공구면(110b)에 형성되고, 인서트 포켓(130)의 바닥면(132)과 대략 평행하게 공구 몸체(110)의 내측으로 연장한다. 슬롯(117)은 나사 구멍(116)이 형성되는 공구 몸체(110)의 주연 공구면(110b)에서 나사 구멍(116)의 입구부를 경유하여 공구 몸체(110)의 내측으로 형성된다. 슬롯(117)은 나사 구멍(116)에 대해 경사지게 연장할 수 있다(도 5 참조). 슬롯(117)은 공구 몸체(110)의 내측에 위치하는 끝단에 대략 타원형으로 확장된 슬롯 구멍(117a)을 포함한다. 나사 구멍(116)과 슬롯(117)은 공구 몸체(110)의 리세스부(113)가 형성되지 않은 부분에서 소정 길이를 갖도록 연장한다.
도 5에 도시한 바와 같이, 공구 몸체(110)의 반경방향 외측(R1)을 향하는 주연 공구면(110b)에서 개방된 나사 구멍(116)에 조절 나사(118)가 결합되면, 조절 나사(118)의 직경이 확장된 헤드부(118a)가 슬롯(117)에 의해 나뉘어진 탄성 힌지부(115)를 하방으로 밀게 되고, 탄성 힌지부(115)는 슬롯 구멍(117a)을 기준으로 하여 휘어진다. 일 실시예에서는, 탄성 힌지부(115)가 조절 나사(118)에 의해 동일한 가압력을 받더라도 좀더 크게 휘어질 수 있도록, 인서트 포켓(130) 내에서의 천장면(131)의 측부에 공구 몸체(110)의 내측으로 연장하는 슬릿(119)이 형성된다. 슬릿(119)은 대략 공구 몸체(110)의 반경방향 내측(R2)으로 연장한다. 일 실시예에서, 슬릿(119)은 슬롯(117)에 대해 경사지게 연장한다. 또한, 슬릿(119)과 슬롯(117)은 공구 몸체(110)에 있어서 한 쌍의 대향 원형면(110a)을 관통하도록 형성된다. 슬릿(119)은 공구 몸체(110)의 내측에 위치하는 끝단에 대략 원형으로 확장된 슬릿 구멍(119a)을 가진다. 일 실시예에서, 슬릿 구멍(119a)은 슬롯 구멍(117a)에 비해 작고, 공구 몸체(110)의 주연 공구면(110b)에 더 가깝게 위치한다.
일 실시예에서는, 회전 절삭 공구(100)의 탄성 힌지부(115)를 하방으로 밀기 위한 수단으로서 나사 구멍(116)에 회전가능하게 나사결합되는 조절 나사(118)가 사용되었지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 도 6에 도시한 바와 같이, 공구 몸체(110)에 형성되는 쐐기 구멍(도시하지 않음)에 밀려 들어가거나 나오도록 삽입되는 쐐기(210)가 사용될 수 있다. 다른 실시예에 따른 회전 절삭 공구(200)에 있어서, 쐐기(210)는 쐐기 블록(211)과, 쐐기 블록(211)에 회전가능하게 끼워지는 걸림 나사(212)를 포함한다. 걸림 나사(212)는, 쐐기 블록(211)에 끼워질 때, 쐐기 블록(211)에 걸리는 헤드부(212a)와, 헤드부(212a)로부터 연장되며 쐐기 블록(211)을 관통하여 쐐기 구멍에 나사결합되는 나사부(도시하지 않음)를 포함한다. 헤드부(212a)의 외측 표면에는, 육각봉 렌치 등의 수공구로 조일 수 있도록 6각의 홈이 파져 있다. 쐐기 블록(211)은, 쐐기 구멍의 직경에 비해 큰 외경을 갖는 부분을 포함하며, 이러한 쐐기 블록(211)은 예를 들어 테이퍼진 형상을 가질 수 있다. 걸림 나사(212)를 쐐기 구멍에 나사결합되도록 조이면 걸림 나사(212)의 헤드부(212a)에 의해 쐐기 블록(211)이 쐐기 구멍 내로 밀려 들어가게 되고, 쐐기 블록(211)의 쐐기 구멍의 직경에 비해 큰 외경을 갖는 부분에 의해 슬롯(117)이 벌어져 탄성 힌지부(115)가 하방으로 밀리게 된다. 쐐기 구멍은, 나사 구멍(116)과 같이, 공구 몸체(110)의 반경방향 내측(R2)에 걸림 나사(212)의 나사부가 나사결합되는 부분과, 공구 몸체(110)의 반경방향 외측(R1)에 걸림 나사(212)의 헤드부(212a)가 삽입되는 부분을 포함하는데, 나사 구멍(116)에서는 공구 몸체(110)의 반경방향 외측(R1) 부분이 조절 나사(118)의 헤드부(118a)가 회전할 수 있도록 형성되지만, 쐐기 구멍에서는 공구 몸체(110)의 반경방향 외측(R1) 부분이 걸림 나사(212)의 헤드부(212a)가 밀려 들어갈 수 있도록 형성된다.
이와 같이, 본 발명에 따른 회전 절삭 공구(100, 200)는 슬롯(117)을 벌어지게 할 수 있는 수단, 즉 탄성 힌지부(115)를 하방으로 밀 수 있는 수단으로서, 일 실시예에서와 같은 스크류 클램프 타입(screw clamp type)을 채용하거나 또는 다른 실시예에서와 같은 웨지 클램프 타입(wedge clamp type)을 채용할 수 있다.
도 7 내지 도 13을 참조하여 전술한 회전 절삭 공구에 장착되는 절삭 인서트에 대해 설명한다. 도 7 내지 도 11에 도시한 바와 같은 일 실시예에 따른 절삭 인서트(140)는 상부면(141), 하부면(142) 및 상부면(141)과 하부면(142)을 연결하는 복수의 측면을 포함한다. 절삭 인서트(140)의 상부면(141)과 하부면(142)은 대향하며, 상부면(141)과 하부면(142)에는 돌기부(150)가 각각 구비된다. 일 실시예에서, 절삭 인서트(140)는 대략 직육면체 형상을 가진다. 이러한 절삭 인서트(140)는 4개의 측면, 즉 제1 내지 제4 측면(143 내지 146)을 가진다. 제1 측면(143)은 제3 측면(145)과 대향되고, 제2 측면(144)은 제4 측면(146)과 대향된다. 일 실시예의 절삭 인서트(140)에서, 제1 측면(143)과 제3 측면(145)은 제2 측면(144)과 제4 측면(146)에 비해 작은 측면을 가리킨다.
절삭 인서트(140)는 양면을 사용할 수 있는 인덱서블 절삭 인서트로서, 상부면(141)과 하부면(142)이 제1 측면(143) 및 제3 측면(145)과 만나는 각 가장자리들 상에 절삭날(147)이 형성된다. 즉, 상부면(141)과 하부면(142) 각각에는 2개씩의 절삭날(147)이 구비되어 절삭 인서트(140)는 총 4개의 절삭날(147)을 가진다. 절삭 인서트(140)는 회전 절삭 공구(100)를 통해 4개의 절삭날(147)을 모두 사용할 수 있도록 중심선(CL)을 기준으로 회전 대칭되는 형상을 가진다. 즉, 절삭 인서트(140)는 제2 측면(144)과 제4 측면(146)의 중심을 지나는 중심선(CL)을 축으로 하여 180°각도만큼 회전시켰을 때 회전 대칭되는 형상을 가진다. 이와 같은 절삭 인서트(140)를 용이하게 제작할 수 있도록 제2 측면(144) 및 제4 측면(146)의 중앙부를 관통하는 관통 구멍(148)을 형성할 수 있다.
절삭 인서트(140)는 상부면(141)과 하부면(142)에 돌기부(150)를 구비한다. 절삭 인서트(140)가 공구 몸체(110)의 인서트 포켓(130)에 장착될 때, 절삭 인서트(140)의 상부면(141)에 구비되는 돌기부(150)는 인서트 포켓(130)의 천장면(131)에 구비되는 돌출부(135)와 접촉하고, 절삭 인서트(140)의 하부면(142)에 구비되는 돌기부(150)는 인서트 포켓(130)의 바닥면(132)에 접촉한다. 또한, 절삭 인서트(140)의 복수의 측면 중에서, 제1 측면(143)은 인서트 포켓(130)의 제1 지지벽(133)에 접촉하고, 제2 측면(144)은 인서트 포켓(130)의 제2 지지벽(134)에 접촉한다. 절삭 인서트(140)의 제1 측면(143)과 제3 측면(145)은 인서트 포켓(130)의 제1 지지벽(133)과의 접촉 유무에 따라 구분된다. 즉, 절삭 인서트(140)는 회전 대칭되는 형상을 갖기 때문에 절삭 인서트(140)가 인서트 포켓(130)에 장착될 때 인서트 포켓(130)의 제1 지지벽(133)에 접촉되는 절삭 인서트(140)의 측면이 제1 측면이 되면, 반대되는 절삭 인서트(140)의 측면은 제3 측면이 된다.
절삭 인서트(140)의 상부면(141)과 하부면(142)에 각각 구비되는 돌기부(150)는, 절삭 인서트(140)의 중심선(CL)과 교차하는 방향에서 대칭적으로 대향하는 한 쌍의 돌기를 포함한다. 여기서, 상부면(141)에 구비되는 한 쌍의 돌기를 제1 및 제2 돌기(151-1, 151-2)라 하고, 하부면(142)에 구비되는 한 쌍의 돌기를 제3 및 제4 돌기(151-3, 151-4)라고 한다.
제1 및 제2 돌기(151-1, 151-2) 각각은 돌기 표면(152)과, 돌기 표면(152)과 상부면(141)을 연결하는 복수의 측면을 가진다. 또한, 제3 및 제4 돌기(151-3, 151-4) 각각은 돌기 표면(152)과, 돌기 표면(152)과 하부면(142)을 경사지게 연결하는 복수의 측면을 가진다. 이러한 제1 내지 제4 돌기(151-1, 151-2, 151-3, 151-4)는 복수의 측면 중 절삭 인서트(140)의 장착 시 접촉이 이루어지는 돌기 측면(155)을 포함한다. 제1 돌기(151-1)의 돌기 측면(155)과 제2 돌기(151-2)의 돌기 측면(155)은 대향하며, 제3 돌기(151-3)의 돌기 측면(155)과 제4 돌기(151-4)의 돌기 측면(155)은 대향한다.
돌기 표면(152)은 제1 내지 제4 돌기(151-1, 151-2, 151-3, 151-4)의 최외측 표면으로서, 상부면(141)에 있어서는 제1 및 제2 돌기(151-1, 151-2)의 가장 윗부분의 면에 해당하고 하부면(142)에 있서는 제3 및 제4 돌기(151-3, 151-4)의 가장 아랫부분의 면에 해당한다.
돌기 표면(152)은 중심선(CL) 방향으로 연장하는 제1 돌기 평면(153)과 제2 돌기 평면(154)을 포함하고, 제1 돌기 평면(153)은 절삭 인서트(140)의 제4 측면(146) 쪽에 위치되고, 제2 돌기 평면(154)은 절삭 인서트(140)의 제2 측면(144) 쪽에 위치된다.
절삭 인서트(140)의 중심선(CL)을 지나는 횡단면(LS)(도 5 참조)을 기준으로, 제1 돌기 평면(153)은 절삭 인서트(140)의 제4 측면(146)에서 제2 측면(144)을 향하는 방향으로 갈수록 상향 경사진다. 여기서, 횡단면(LS)은 절삭 인서트(140)를 상하로 양분하는 면을 의미한다. 제2 돌기 평면(154)은 제1 돌기 평면(153)의 제2 측면(144)을 향하는 단부에서 연속하여 연장하는데, 일 실시예에서는 제2 돌기 평면(154)은 가상의 횡단면(LS)에 대해 대략 평행하게 연장한다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
돌기 표면(152)에 있어서, 돌기 표면(152)의 중심선(CL) 방향으로의 제1 돌기 평면(153)의 길이(L1)와 제2 돌기 평면(154)의 길이(L2)는 인서트 포켓(130)의 천장면(131)에 구비되는 돌출부(135)의 폭(W)(도 3 참조)에 의해 정해진다. 제1 돌기 평면(153)은 돌출부(135)의 폭(W)과 같거나 또는 돌출부(135)의 폭(W)보다 긴 길이(L1)를 가질 수 있고, 제1 돌기 평면(153)은 제2 돌기 평면(154)의 길이(L2)보다 긴 길이(L1)를 가질 수 있다. 한편, 제1 돌기 평면(153)은, 제4 측면(146)에서 제2 측면(144)을 향하는 방향으로 갈수록 좁아진다. 구체적으로, 도 10에서와 같이 절삭 인서트(140)를 상방에서 보았을 때, 중심선(CL)에 인접한 제1 돌기 평면(153)의 가장자리는 제4 측면(146)에서 제2 측면(144)을 향하는 방향으로 갈수록 중심선(CL)으로부터 멀어진다.
돌기 측면(155)은 제1 돌기 평면(153)에 연결되는 제1 경사면(156)과, 제2 돌기 평면(154)에 연결되는 제2 경사면(157)을 포함한다. 제1 경사면(156)은 탄성 힌지부(115)에 의해 가압될 때 천장면(131)의 돌출부(135)와 접촉이 이루어지는 면으로서, 예시된 도면에서와 같이 상부면(141)에 구비되는 제1 및 제2 돌기(151-1, 151-2) 중 공구 몸체의 반경방향 내측(R2)에 위치되는 제1 돌기(151-1)의 제1 경사면(156)이 천장면(131)의 돌출부(135)와 접촉하게 된다. 이러한 제1 경사면(156)은 절삭 인서트(140)의 상부면(141)과 하부면(142) 각각에 대해 절삭 인서트(140)의 중심선(CL) 및 중심선(CL)과 교차하는 방향으로 기울어진다. 즉, 제1 경사면(156)은 절삭 인서트(140)의 제1 측면(143), 제2 측면(144) 및 하부면(142)이 인서트 포켓(130)에 동시에 모두 가압되도록 하는 법선 방향을 가진다.
제1 경사면(156)의 법선 방향과 관련하여, 도 11을 참조하면, 절삭 인서트(140)의 제2 측면(144)이 XYZ 좌표계의 YZ 평면 상에 존재하고, 제2 측면(144)의 4개의 꼭지점(V1, V2, V3, V4) 중 제1 측면(143) 및 하부면(142)과 만나는 꼭지점(V4)이 XYZ 좌표계의 원점이라고 가정할 때, 제1 경사면(156)은 X 축, Y 축 및 Z 축 상에 각각 존재하는 3점(P, Q, R)에 의해 형성되는 삼각형 면의 일부에 해당된다. 여기서, XYZ 좌표계 상에서 3점 각각은 P(x, 0, 0), Q(0, y, 0), R(0, 0, z)와 같은 좌표를 가지며, x, y, z는 양의 값을 가진다. 즉, 제1 경사면(156)은, XYZ 좌표계에서 XY 평면, YZ 평면 및 XZ 평면 각각에 대해 기울어져, 이러한 제1 경사면(156)은 X축, Y축 및 Z축 각각에 대해 경사진 법선 방향을 가진다.
제1 내지 제4 돌기(151-1, 151-2, 151-3, 151-4)의 돌기 표면(152)에 있어서, 복수의 측면과 만나는 돌기 표면의 가장자리(159)는 일 실시예에서와 같이 날카롭지 않도록 모따기(chamfering)되어 인서트 포켓(130)에 장착될 때 발생하는 체결력이나 피삭재의 절삭 가공 시 발생하는 절삭력에 의한 응력이 집중되는 것을 방지할 수 있다.
절삭 인서트(140)의 상부면(141)과 하부면(142)은, 전체 또는 적어도 돌기부(150)가 형성되는 중앙 부분이 제4 측면(146)에서 제2 측면(144)을 향해 갈수록 절삭 인서트(140)의 중심선(CL)을 지나는 횡단면(LS)에 대해 멀어지게 경사질 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니고 절삭 인서트(140)의 상부면(141)과 하부면(142)은 절삭 인서트(140)의 중심선(CL)을 지나는 횡단면(LS)에 대해 평행하도록 형성될 수 있다. 이러한 상부면(141)과 하부면(142)은 제1 측면(143) 및 제3 측면(145)과 만나는 양 가장자리 각각의 안쪽에 오목하게 함몰된 오목부를 가진다. 절삭 인서트(140)의 상부면(141)과 하부면(142)이 상기 횡단면(LS)에 대해 경사진 경우, 오목부도 횡단면에 경사질 수 있다. 또한, 절삭 인서트(140)에서, 상부면(141)과 하부면(142) 각각의 양 가장자리에 구비되는 복수의 절삭날(147)은 제4 측면(146)에서 제2 측면(144)을 향하는 방향으로 갈수록 하향 경사지게 형성된다. 따라서, 피삭재의 절삭 가공 시, 인서트 포켓(130)에 장착된 절삭 인서트(140)의 주 절삭날, 즉 절삭 인서트(140)의 상부면(141)에서 공구 몸체(110)의 반경방향 외측에 위치하는 절삭날(147)에 절삭력이 비스듬하게 가해지기 때문에 절삭 인서트(140)가 인서트 포켓(130)의 내측으로 유도될 수 있다. 또한, 절삭 인서트(140)가 인서트 포켓(130)에 안정적으로 지지되도록 유도되기 때문에 절삭력을 인서트 포켓(130)의 바닥면(132)에서 효과적으로 흡수할 수 있으며, 절삭력으로 인해 절삭 인서트(140)가 인서트 포켓(130)의 바닥면(132)으로부터 이격되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
절삭 인서트(140)의 상부면(141)과 하부면(142) 각각에서, 제1 내지 제4 돌기(151-1, 151-2, 151-3, 151-4)가 갖는 돌기 표면(152)의 제1 돌기 평면(153)은, 절삭 인서트(140)를 측방에서 보았을 때, 제2 측면(144)과의 내각(β)이 예각을 이루도록 형성된다(도 9 참조). 또한, 절삭 인서트(140)의 제1 측면(143)과 제3 측면(145) 각각은 절삭 인서트(140)를 상방 또는 하방에서 보았을 때, 제2 측면(144)과의 내각(γ)이 둔각을 이루도록 형성된다(도 10 참조). 이러한 절삭 인서트(140)의 형상에 의해 탄성 힌지부(115)로부터 가압력(체결력)을 받는 절삭 인서트(140)는 인서트 포켓(130) 내의 바닥면(132)에 안정적으로 안착되고, 제1 지지벽(133)과 제2 지지벽(134) 방향으로 보다 용이하게 유도된다.
절삭 인서트(140)가 전술한 내각(β, γ)을 갖도록 형성되는 경우, 절삭 인서트(140)가 수용되는 인서트 포켓(130)도 이에 대응하는 형상을 가진다. 즉, 절삭 인서트(140)의 제1 돌기 평면(153)과 제2 측면(144)이 예각을 이루도록 형성되는 경우, 인서트 포켓(130)의 바닥면(132)과 제2 지지벽(134)은 인서트 포켓(130) 내에서 예각을 이루도록 형성된다. 또한, 바닥면(132)은 하부면(142)에서의 제1 돌기 평면(153)에 면접촉이 가능한 형태로 인서트 포켓(130) 내에서 기울어지고, 천장면(131)에서 돌출하는 돌출부(135)의 내향 경사면(146)은 절삭 인서트(140)의 상부면(141)에서의 제1 돌기 평면(153)에 면접촉이 가능한 형태로 인서트 포켓(130) 내에서 기울어진다. 그리고, 절삭 인서트(140)의 제1 측면(143)과 제2 측면(144)이 둔각을 이루도록 형성되는 경우, 인서트 포켓(130)의 제1 지지벽(133)과 제2 지지벽(134)은 인서트 포켓(130) 내에서 둔각을 이루도록 형성된다.
일 실시예에서는, 절삭 인서트(140)의 상부면(141)과 하부면(142)에 각각 한 쌍의 돌기(제1 및 제2 돌기, 제3 및 제4 돌기)가 형성되고, 한 쌍의 돌기의 마주하는 돌기 측면(155)에 제1 경사면(156)이 형성된다. 하지만, 절삭 인서트(140)는 이러한 형상에 한정되지 않는다. 즉, 도 12에 도시한 변형예에 따른 절삭 인서트(240)와 같이, 상부면(241)과 하부면(242)에 한 쌍의 돌기를 구비하지 않고 제1 경사면(256)이 형성될 수 있다. 절삭 인서트(240)는, 일 실시예에 따른 절삭 인서트(140)와 같이, 상부면(241), 하부면(242) 및 상부면(241)과 하부면(242)을 연결하는 복수의 측면으로서 제1 내지 제4 측면(243 내지 246)을 가진다. 이러한 절삭 인서트(240)는 제2 측면(244)과 제4 측면(246)의 중앙을 지나는 중심선(CL)을 기준으로 회전 대칭되는 형상을 가지며, 상부면(241)과 하부면(242) 각각이 제1 측면(243) 및 제3 측면(245)과 만나는 양 가장자리 각각에 절삭날(247)을 가진다. 또한, 도시하지 않았지만, 절삭 인서트(240)의 제2 측면(244)과 제4 측면(246)의 중앙을 관통하는 관통 구멍이 형성될 수 있다. 절삭 인서트(240)는 상부면(241)과 하부면(242) 각각의 중앙 부분에 함몰된 경사면 형성부(258)를 가지며, 경사면 형성부(258)는 상부면(241)과 하부면(242) 각각에서 중심선(CL) 방향으로 연장한다. 경사면 형성부(258)는, 절삭 인서트(240)의 종단면에서 볼 때에 대략 'V'자 형상을 가진다. 절삭 인서트(240)는 경사면 형성부(258) 내에서 중심선(CL)과 교차하는 방향(제1 측면과 제3 측면의 대향 방향)으로 대향하는 한 쌍의 제1 경사면(256)을 포함한다. 이러한 제1 경사면(256)은, 도 13에 도시한 바와 같이, 절삭 인서트(240)의 제2 측면(244)이 XYZ 좌표계의 YZ 평면 상에 존재하고, 제2 측면(244)의 4개의 꼭지점(V1, V2, V3, V4) 중 제1 측면(243) 및 하부면(242)과 만나는 꼭지점(V4)이 XYZ 좌표계의 원점이라고 가정할 때, X 축, Y 축 및 Z 축 상에 각각 존재하는 3점(P, Q, R)에 의해 형성되는 삼각형 면의 일부에 해당된다. 여기서, XYZ 좌표계 상에서 3점 각각은 P(x, 0, 0), Q(0, y, 0), R(0, 0, z)와 같은 좌표를 가지며, x, y, z는 양의 값을 가진다. 즉, 절삭 인서트(240)의 제1 경사면(256)은 전술한 일 실시예에 따른 절삭 인서트(140)의 제1 경사면(156)과 같이 X 축, Y 축 및 Z 축 모두에 대해 기울어진 법선 방향을 가진다.
도 14 내지 도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 절삭 공구에 있어서 절삭 인서트와 인서트 포켓으로 이루어지는 절삭부를 나타낸다. 도 14 내지 도 18을 참조하여, 절삭 인서트(140)가 회전 절삭 공구(100)의 공구 몸체(110)에 형성된 인서트 포켓(130)에 교체가능하게 장착되는 예를 설명한다. 도시하지 않았지만, 절삭 인서트(240)도 절삭 인서트(140)와 마찬가지로 인서트 포켓(130)에 교체가능하게 장착될 수 있다. 또한, 절삭 인서트(240)는 일 실시예에 따른 절삭 인서트(140)와 같이, 제1 경사면(256)을 통해 공구 몸체(110)에 구비되는 돌출부(135)의 내향 경사면(136)과 접촉되며, 인서트 포켓(130) 내측의 3방향으로 가압된다.
일 실시예에 따른 인서트 포켓(130)은, 도 14에 도시한 바와 같이, 공구 몸체(110) 상에서 공구 몸체(110)의 반경방향 외측(R1) 및 축방향 일측(A1)으로 개방된다. 이러한 인서트 포켓(130)에는 공구 몸체(110)의 주연 공구면(110b) 쪽에서 절삭 인서트(140)를 자유롭게 인입하여 장착시킬 수 있고, 공구 몸체(110)의 주연 공구면(110b) 쪽으로 절삭 인서트(140)를 자유롭게 인출하여 장착해제시킬 수 있다. 따라서, 본 실시예에 따른 회전 절삭 공구(100)를 복수 개 조합하여 갱 커터(300)로 사용하는 경우에도, 갱 커터(300)를 분해하지 않고서도 용이하게 절삭 인서트(140)를 교체할 수 있다(도 18 참조). 복수의 회전 절삭 공구(100)의 조합 시에는, 절삭력이 갱 커터(300)에 분산되어 가해질 수 있도록 절삭부가 지그재그 패턴을 이루도록 조합될 수 있다. 또한, 복수의 회전 절삭 공구(100)를 관통하는 축(310)에 접선 키를 사용하여 강력하게 체결할 수 있다.
절삭 인서트(140)의 인서트 포켓(130)에의 인입 또는 인출 시에, 절삭 인서트(140)와 인서트 포켓(130) 사이에는, 도 15에 도시한 바와 같이 여유 간격(G)이 있기 때문에 절삭 인서트(140)가 인서트 포켓(130)에 걸리지 않는다. 즉, 탄성 힌지부(115)가 하방으로 휘어지기 전, 즉 인서트 포켓(130)의 천장면(131)에 구비되는 돌출부(135)가 절삭 인서트(140)를 가압하기 전에는 인서트 포켓(130) 내에 절삭 인서트(140)를 삽입할 수 있도록 인서트 포켓(130)의 천장면(131)과 절삭 인서트(140)의 상부면 사이에는 여유 간격(G)이 구비된다. 실시예에서, 여유 간격(G)은 0.1~0.2㎜로 설정된다. 여유 간격(G)이 0.1㎜ 미만이면, 절삭 인서트(140)를 인서트 포켓(130) 내에 삽입하기 어렵고, 여유 간격(G)이 0.2㎜를 초과하면, 돌출부(135)가 절삭 인서트(140)를 견고하게 가압할 수 있도록 탄성 힌지부(115)에 큰 가압력을 가해야 한다. 이 경우, 조절 나사(118)를 공구 몸체(110)의 내측으로 삽입되도록 나사 구멍(116)에 삽입하는데 큰 힘이 요구된다.
인서트 포켓(130)에 수용된 절삭 인서트(140)는 전술한 내각(β, γ)을 갖는 형상에 의해 인서트 포켓(130)의 제1 지지벽(133)과 제2 지지벽(134)에 밀착되도록 유도된다.
절삭 인서트(140)가 인서트 포켓(130)의 내측으로 유도되어 수용된 상태에서, 절삭 인서트(140)의 하부면(142)에 구비되는 제3 및 제4 돌기(151-3, 151-4) 중 제1 돌기 평면(153)이 바닥면(132)이 접촉되며, 제2 돌기 평면(154)은 바닥면(132)에 접촉되지 않고 여유 홈(137) 상에 위치할 수 있다. 또한, 절삭 인서트(140)의 제1 측면(143)과 제2 측면(144)은 인서트 포켓(130)의 제1 지지벽(133)과 제2 지지벽(134)에 각각 접촉된다.
이와 같이 절삭 인서트(140)가 인서트 포켓(130)에 수용된 상태에서, 도 16에 도시한 바와 같이, 조절 나사(118)를 드라이버 등의 수공구(20)로 조여 나사 구멍(116) 내로 삽입시키면, 조절 나사(118)가 회전에 의해 공구 몸체(110)의 내측으로 이동하면서 조절 나사(118)의 헤드부(118a)가 슬롯(117) 아래의 탄성 힌지부(115)를 하방으로 가압한다.
공구 몸체(110)에 형성된 슬롯(117)과 슬릿(119)에 의해 상하 휘어짐이 가능한 구조를 갖는 탄성 힌지부(115)는 조절 나사(118)의 체결력으로 생긴 가압력(F)을 받아 하방으로 휘어진다. 따라서, 탄성 힌지부(115)의 하부면, 즉 인서트 포켓(130)의 천장면(131)에 구비된 돌출부(135)가 절삭 인서트(140)의 상부면(141)에 구비되는 돌기부(150)에 접촉되도록 하강한다. 이때, 탄성 힌지부(115)는 공구 몸체(110)의 반경방향 내측으로 오목한 홈부(114)에 형성되어 있어, 돌출부(135)는 돌기부(150)의 홈부(158), 즉 제1 및 제2 돌기(151-1, 151-2) 사이로 하강한다.
돌기부(150)를 향해 하강된 돌출부(135)는 내향 경사면(136)에서 접촉이 이루어지며, 돌기부(150)는 돌출부(135)의 내향 경사면(136)이 마주하는 부분, 즉 제1 및 제2 돌기(151-1, 151-2) 중 공구 몸체(110)의 반경방향 내측(R2)에 위치하는 제1 돌기(151-1)의 공구 몸체(110)의 반경방향 외측(R1)을 향하는 제1 경사면(156)에서 접촉이 이루어진다(도 17 참조). 돌출부(135)의 내향 경사면(136)은 제1 경사면(156) 중의 일부분에서 접촉될 수 있으며, 이들의 접촉 면적은 내향 경사면(136)의 크기에 따라 달라질 수 있다.
돌출부(135)의 내향 경사면(136)이 접촉하는 제1 경사면(156)의 상부면(141)에 대한 기울기 때문에 절삭 인서트(140)는 3방향으로 가압된다. 여기서, 절삭 인서트(140)가 가압되는 3방향은 인서트 포켓(130)의 바닥면(132)을 향하는 방향(tangential 방향), 인서트 포켓(130)의 제1 지지벽(133)을 향하는 방향(radial 방향) 및 인서트 포켓(130)의 제2 지지벽(134)을 향하는 방향(axial 방향)이다. 따라서, 절삭 인서트(140)는 인서트 포켓(130) 내의 3방향으로 가압되고, 4개의 면에서 접촉이 이루어져 인서트 포켓(130)에 견고하게 장착된다. 따라서, 절삭 인서트(140)를 인서트 포켓(130)에 체결 나사를 통해 직접적으로 결합시키지 않고서도, 절삭 인서트(140)를 충분한 체력력으로 인서트 포켓(130)에 장착함으로써 피삭재의 절삭 가공 시에 절삭 인서트(140)의 인서트 포켓(130)에 대한 움직임을 최소화할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백하다 할 것이다.
100: 회전 절삭 공구 110: 공구 몸체
111: 축 삽입 구멍 112: 키 홈
113: 리세스부 114: 홈부
115: 탄성 힌지부 116: 나사 구멍
117: 슬롯 118: 조절 나사
119: 슬릿 120: 절삭부
130: 인서트 포켓 131: 천장면
132: 바닥면 133: 제1 지지벽
134: 제2 지지벽 135: 돌출부
136: 내향 경사면 140, 240: 절삭 인서트
147, 247: 절삭날 148: 관통 구멍
150: 돌기부 151-1, 151-2, 151-3, 151-4: 돌기
152: 돌기 표면 155: 돌기 측면
156, 256: 제1 경사면 210: 쐐기
258: 경사면 형성부

Claims (18)

  1. 상부면, 하부면 및 제1 내지 제4 측면을 포함하고, 회전 절삭 공구의 공구 몸체에 구비된 탄성 힌지부에 의해 상기 상부면이 가압됨으로써 인서트 포켓에 교체가능하게 장착되는 절삭 인서트로서,
    상기 제1 측면은 상기 제3 측면과 대향되고, 상기 제2 측면은 상기 제4 측면과 대향되며,
    상기 상부면은 상기 탄성 힌지부에 의해 가압될 때 상기 탄성 힌지부의 돌출부와 접촉하는 제1 경사면을 포함하고,
    상기 제1 경사면은, 상기 제1 측면, 상기 제2 측면 및 상기 하부면이 상기 인서트 포켓에 동시에 모두 가압되도록 하는 법선 방향을 가지는,
    절삭 인서트.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제2 측면이 XYZ 좌표계의 YZ 평면 상에 존재하고, 상기 제2 측면의 4개의 꼭지점 중 상기 제1 측면 및 상기 하부면과 만나는 꼭지점이 XYZ 좌표계의 원점이라 가정할 때,
    상기 제1 경사면은 X 축, Y 축 및 Z 축 상에 각각 존재하는 3점[P(x, 0, 0), Q(0, y, 0), R(0, 0, z) : x, y, z는 양의 값]에 의해 형성되는 삼각형 면의 일부인,
    절삭 인서트.
  3. 제1항에 있어서, 상기 상부면과 상기 하부면은 상기 제2 측면과 상기 제4 측면의 중앙을 지나는 중심선과 교차하는 방향으로 대칭적으로 대향하도록 돌출된 제1 및 제2 돌기와 제3 및 제4 돌기를 각각 포함하고,
    상기 제1 내지 제4 돌기 각각은 돌기 표면과, 상기 돌기 표면에 경사지게 연결되는 돌기 측면을 포함하고,
    상기 제1 경사면은 상기 제1 및 제2 돌기 중 상기 공구 몸체의 반경방향 내측에 위치되는 상기 제1 돌기의 돌기 측면에 형성되는,
    절삭 인서트.
  4. 제3항에 있어서, 상기 절삭 인서트는 상기 중심선을 기준으로 회전 대칭되는 형상을 갖는, 절삭 인서트.
  5. 제4항에 있어서, 상기 상부면과 상기 하부면이 상기 제1 측면 및 상기 제3 측면과 만나는 각 가장자리들 상에 절삭날이 각각 형성되는, 절삭 인서트.
  6. 제5항에 있어서, 상기 절삭날은 상기 제4 측면으로부터 상기 제2 측면을 향해 하향 경사진, 절삭 인서트.
  7. 제3항에 있어서, 상기 돌기 표면은 상기 제2 측면과 예각을 이루는 부분을 포함하는, 절삭 인서트.
  8. 제1항에 있어서, 상기 제1 측면과 상기 제3 측면은 각각 상기 제2 측면과 둔각을 이루는, 절삭 인서트.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 상기 절삭 인서트가 장착되는 상기 인서트 포켓을 구비한 복수의 절삭부가 공구 몸체에 형성되는 회전 절삭 공구로서,
    상기 인서트 포켓은 상기 탄성 힌지부 하측에서 상기 돌출부를 구비하는 천장면과, 상기 천장면에 대향하는 바닥면과, 상기 천장면과 상기 바닥면 사이의 공구 몸체 내측에 위치하고, 상기 공구 몸체의 반경방향 외측을 향하는 제1 지지벽과, 상기 제1 지지벽에 인접하고 상기 공구 몸체의 축방향을 향하는 제2 지지벽을 포함하고,
    상기 인서트 포켓의 천장면의 돌출부는, 상기 절삭 인서트가 상기 인서트 포켓에 장착될 때 상기 제1 측면이 상기 제1 지지벽을 향해, 상기 제2 측면이 상기 제2 지지벽을 향해, 그리고 상기 하부면이 상기 바닥면을 향해 동시에 모두 가압되도록, 상기 절삭 인서트의 상부면의 제1 경사면과 접촉하는 내향 경사면을 포함하는
    회전 절삭 공구.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 인서트 포켓의 천장면의 상부는 상기 공구 몸체의 내측으로 형성되는 나사 구멍과, 상기 나사 구멍의 입구부를 경유하여 상기 공구 몸체의 내측으로 형성되는 슬롯 및 상기 나사 구멍에 결합되어 상기 슬롯을 확장하는 조절 나사를 구비하는, 회전 절삭 공구.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 인서트 포켓의 천장면의 상부는 상기 공구 몸체의 내측으로 형성되는 쐐기 구멍과, 상기 쐐기 구멍의 입구부를 경유하여 상기 공구 몸체의 내측으로 형성되는 슬롯 및 상기 쐐기 구멍에 결합되어 상기 슬롯을 확장하는 쐐기를 구비하는, 회전 절삭 공구.
  12. 제10항에 있어서, 상기 인서트 포켓의 천장면의 측부는 상기 인서트 포켓 내에서 상기 공구 몸체의 내측으로 형성되는 슬릿을 구비하고,
    상기 슬릿은 상기 슬롯에 대해 경사지게 연장하는,
    회전 절삭 공구.
  13. 제9항에 있어서, 상기 인서트 포켓의 상기 바닥면과 상기 제2 지지벽은 상기 인서트 포켓 내에서 예각을 이루는, 회전 절삭 공구.
  14. 제9항에 있어서, 상기 인서트 포켓의 상기 제1 지지벽과 상기 제2 지지벽은 상기 인서트 포켓 내에서 둔각을 이루는, 회전 절삭 공구.
  15. 제9항에 있어서, 상기 절삭 인서트는 상기 인서트 포켓의 천장면과 0.1~0.2㎜ 여유 간격을 갖도록 상기 인서트 포켓에 수용되는, 회전 절삭 공구.
  16. 제9항에 있어서, 상기 공구 몸체는 한 쌍의 키홈을 갖는 축 삽입 구멍이 중앙에 형성된 디스크 형상을 갖는, 회전 절삭 공구.
  17. 제9항에 있어서, 상기 복수의 절삭부는 상기 공구 몸체의 주연을 따라 교대로 배치된 좌승수 절삭부와 우승수 절삭부를 포함하는, 회전 절삭 공구.
  18. 제9항에 있어서, 상기 회전 절삭 공구는 피삭재에 슬롯을 형성하기 위한 측면 밀링 커터인, 회전 절삭 공구.
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