KR20230154324A - Cnc-선반을 위한 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 적어도 2개의 기계가공 단계를 포함하는 CNC 선반을 위한 선삭 방법에 관한 것으로, 공칭 경사각(γ_n)이 변경되도록 기계가공 단계들 사이에서 절삭 요소(1, 11)가 재배치된다. 그럼으로써, 공구의 마모 시에도 유효 공구 수명을 증대시킬 수 있고, 기계가공 표면들의 고품질 및 안정적인 절삭 프로세스를 달성할 수 있다. 본 발명은 또한 상기 방법을 수행하기 위한 시스템 및 컴퓨터 프로그램에 관한 것이다.

Description

CNC-선반을 위한 방법

본 발명은 금속 절삭의 기술 분야에 속한다. 보다 구체적으로, 본 발명은 선삭 분야에 속한다.

금속 절삭에서, 선삭은 일반적인 작업이다. CNC-선반이 일반적으로 사용된다. 특히 경질 재료를 가공할 때, 입방정 질화 붕소(CBN) 또는 세라믹으로 제조된 절삭 요소를 갖는 선삭 공구를 사용하는 것이 일반적이다. 그러한 재료가, 예를 들어 초경합금 절삭 공구와 비교할 때, 높은 내마모성을 갖더라도, 절삭 요소의 경사면 및 플랭크 면에서의 마모는 결국 절삭 요소의 유용성을 제한하거나, 심지어 공구 파손을 유발하여, 절삭 요소가 교체되어야 한다. 효율 및 경제적인 이유에서, 절삭 요소를 가능한 한 오랫동안 사용하는 것이 바람직할 수 있다. 따라서, 절삭 요소의 마모를 감소시키기 위한 노력이 있어왔다. 예로서, EP2015881호는 크레이터 형성에 대한 더 높은 저항성을 갖는 경사면 상의 2차 층을 포함하는 CBN 공구 구성요소를 개시한다. 그러나, 공구 수명이 다소 연장될 수 있더라도, 그러한 층은 공구 마모가 결국 CBN 공구의 절삭 특성을 악화시키는 것을 방지하지 않을 것이다.

따라서, 선삭 프로세스에 사용되는 절삭 요소의 공구 수명을 더 증가시킬 필요가 있다.

본 발명의 목적은 종래 기술의 단점들을 완화시키고 공구 수명, 즉 절삭 요소가 기계가공에 사용될 수 있는 시간을 증가시키는 방법을 제공하는 것이다. 추가의 목적은 고품질의 기계가공된 표면을 일관되게 초래하는 방법을 제공하는 것이다. 또 다른 목적은 안정적인 절삭 프로세스를 얻는 것이다.

따라서, 제 1 양태에 따르면, 본 발명은 CNC 선반을 위한 선삭 방법에 관한 것이며, 상기 방법은 다음의 단계들을 포함한다:

- 회전 축을 중심으로 회전 방향으로 회전할 수 있는 워크피스를 제공하는 단계;

- 공구 축을 따라 연장되는 선삭 공구를 제공하는 단계로서, 상기 선삭 공구는 경사면, 여유면, 및 상기 경사면과 상기 여유면 사이의 경계에 형성된 절삭 에지를 포함하는 절삭 요소를 포함하고, 상기 절삭 요소는 상기 워크피스에 대해 상이한 배향들로 배치가능하고, 각각의 배향은 상기 워크피스의 표면에 대해 공칭 경사각에 의해 한정되고, 상기 절삭 요소는, 상기 절삭 에지와 상기 워크피스 사이의 접촉 지점에서, 상기 절삭 요소의 마모에 의존하는 유효 경사각 및 유효 여유각을 갖는, 상기 선삭 공구를 제공하는 단계;

- 제 1 유효 여유각 및 제 1 유효 경사각을 제 1 공칭 경사각에 의해 한정되는 제 1 배향으로 상기 워크피스에 대해 상기 절삭 요소를 배치하는 단계;

- 제 1 기계가공 단계에서, 상기 제 1 배향으로 상기 절삭 요소로 상기 워크피스를 기계가공하는 단계;

그리고, 상기 제 1 기계가공 단계 후에,

- 제 2 유효 여유각 및 제 2 유효 경사각을 초래하는 제 2 공칭 경사각에 의해 한정되는 제 2 배향으로 상기 워크피스에 대해 또는 가공될 다른 워크피스에 대해 상기 절삭 요소를 재배치하는 단계로서, 상기 제 2 공칭 경사각은 상기 제 1 공칭 경사각과 상이한, 상기 절삭 요소를 재배치하는 단계; 및

- 제 2 기계가공 단계에서, 상기 제 2 배향으로 상기 절삭 요소로 상기 워크피스 또는 상기 다른 워크피스를 기계가공하는 단계.

그럼으로써, 공구의 마모 시에도 유효 공구 수명을 증대시킬 수 있고, 기계가공 표면들의 고품질 및 안정적인 절삭 프로세스를 달성할 수 있다. 표면 품질은, 예를 들어, 기계가공 프로세스에 의해 야기되는 미세구조 변형과 관련된 표면 거칠기 또는 표면 완전성(surface integrity)을 지칭할 수 있다.

선삭 방법은 CNC-선반, 즉 컴퓨터- 또는 컴퓨터화된 수치 제어 선반, 즉 예를 들어 선삭 선반, 멀티태스크 기계, 선삭-밀 기계, 또는 슬라이딩 헤드 기계와 같은 선삭에 적합한 임의의 CNC-기계를 위한 것이다. 워크피스는, 방사상 외측 표면인, 외부 표면을 포함하는 금속 워크피스일 수 있다. 방사상 외측 표면은 회전축으로부터 멀어지게 향하고 있다. 선삭 방법은 방사상 외측 표면의 선삭, 즉 외부 선삭을 위해 사용될 수 있다. 워크피스는 제 1 단부와 제 2 단부 사이에서 연장된다.

워크피스는 경화 강, 예를 들어 40 HRC 이상의 경화 강일 수 있다. 대안적으로, 워크피스는 내열 초합금(HRSA), 예를 들어 니켈계 합금과 같은 초합금일 수 있다.

워크피스는 클램핑 수단에 의해 클램핑될 수 있다. 클램핑 수단은 워크피스를 유지하고, 모터 또는 스핀들에 의해 적어도 부분적으로 제어 및 구동된다. 클램핑 수단은 콜릿 척 (collet chuck), 페이스 드라이버 (face driver), 또는 3-죠 척 (3-jaw chuck) 의 형태일 수 있고, 테일 스톡 (tail stock) 을 포함할 수 있다. 기계의 헤드스톡 단부는 바람직하게는 워크피스의 제 1 단부에 위치된다. 워크피스의 제 1 단부에 대향하는, 워크피스의 제 2 단부는 자유 단부일 수 있다. 대안적으로, 제 2 단부는 테일스톡 또는 제 2 척과 접촉한다.

선삭 공구는 결합 부분 형태의 전방 단부 및 반대편 후방 단부를 포함한다. 결합 부분은 CNC-선반에 연결되고, 보다 구체적으로는 기계 스핀들 또는 공구 리볼버 터릿 또는 공구 포스트와 같은 CNC-선반의 기계 인터페이스에 연결된다.

결합 부분은 단면이 사각형 또는 직사각형 형상일 수 있다. 결합 부분은 바람직하게는 ISO 표준 26623-1 에 따르는 것과 같이 원추형 또는 실질적으로 원추형일 수 있다. 이러한 맥락에서, 원뿔대는 원뿔형 형상이다. 이러한 맥락에서, ISO 표준 26623-1 결합의 후방 부분을 형성하는 테이퍼진 부분은 원뿔형 형상이다. 결합 부분은 결합축을 따라 연장된다. 결합 부분은 바람직하게는 원뿔 또는 원뿔형 형상이 결합축 주위에서 대칭이거나 실질적으로 대칭이도록 원추형이다. 3 중 대칭은 이러한 맥락에서 대칭으로 간주된다. 원뿔 또는 원뿔형 형상의 단면적은 후방 방향으로 감소하는 것이 바람직하다. 결합 부분은 DIN 69893 에 따른 HSK 와 같은 중공 테이퍼 생크의 형태일 수 있다.

결합 축은 선삭 공구의 공구 축 또는 중심 축에 해당하여 선삭 공구의 세로 축을 규정한다.

선삭 공구는 절삭 요소를 포함한다. 절삭 요소는 바람직하게는 내마모성 재료, 예를 들어 입방정 질화붕소(CBN), 다결정 입방정 질화붕소(pCBN), 세라믹 또는 초경합금으로 제조된다. 절삭 요소는, 선삭 공구의 일부로서, 예를 들어 이러한 선삭 공구의 일체형 부분으로서, 또는 예를 들어 절삭 인서트를 인서트 포켓 내에 견고하게 유지하기 위한 스크류 또는 다른 수단과 같은 임의의 적합한 체결 수단에 의해 절삭 인서트가 체결될 수 있는 인서트 포켓에서, 선삭 공구에 장착될 수 있는 교체가능한 및/또는 인덱싱가능한 절삭 인서트 또는 선삭 인서트로서 구현될 수 있다. 절삭 요소는 또한 이러한 절삭 인서트의 일부로서 간주될 수 있다. 예를 들어, 절삭 요소는 초경합금 캐리어 상에 브레이징되어 함께 교체가능한 절삭 인서트를 형성하는 CBN 절삭 팁일 수 있다.

절삭 요소는 경사면 또는 경사표면을 포함하는 상부 표면을 포함한다. 절삭 요소는 경사면에 인접한 여유면 또는 여유표면을 더 포함한다. 절삭 에지는 경사면과 여유면 사이의 경계에 형성된다. 절삭 에지 또는 절삭 에지의 일부는 기계가공된 표면을 생성한다. 절삭 에지는 평면도에서 볼록한 형상을 가질 수 있는데, 예를 들어 이는 예를 들어 원호의 형태의 노즈 절삭 에지일 수 있다. 절삭 요소는, 특히 절삭 인서트 형태인 경우, 평면도에서 마름모 형상, 삼각형 형상, 팔각형 형상, 정사각형 형상, 원형 형상 또는 다각형 형상을 가질 수 있다.

상부 표면은 평탄할 수 있다. 대안적으로, 표면은 비평평하거나 또는 비평면일 수 있다. 예를 들어, 표면은 하나 이상의 돌출부 및/또는 함몰부의 형태로 하나 이상의 칩 파괴 수단을 포함할 수 있다. 또한, 절삭 에지가 여유면과 해당 챔퍼 표면 사이의 경계에서 규정되도록 챔퍼가 상부 표면에 형성될 수 있다. 이러한 경우에, 본 개시에서 논의된 목적을 위해, 챔퍼 표면은, 즉 공칭 경사각 및/또는 유효 경사각을 고려할 때 경사면에 대응한다.

기계가공시에, 워크피스는 회전 방향으로 회전되고, 절삭 요소의 절삭 에지가 회전하는 워크피스와 결합되도록 선삭 공구가 제어된다. 제 1 기계가공 단계 동안 수행되는 기계가공은 워크피스를 기계가공하는 것을 포함한다. 제 1 기계가공 단계는 또한 추가 워크피스의 기계가공을 포함할 수 있다.

기계가공은 워크피스가 회전하는 회전 대칭 표면을 초래하는 임의의 방법을 포함할 수 있다. 따라서, 이 방법은 단일 포인트 선삭(single point turning)뿐만 아니라, 절삭 에지와 워크피스 사이의 접촉 지점 또는 접촉 영역이 기계가공 동안 절삭 에지를 따라 이동하는 선삭 작업과 같은 다른 선삭 작업에서도 사용될 수 있다. 예를 들어, 회전 축에 대해 가로로 선형 이송 이동이 있는 경우이다.

기계가공 동안, 절삭 요소는 마모, 특히 경사면 상에 형성된 크레이터 마모 및 여유면 상에 형성된 플랭크 마모를 겪는다. 특히, 경질 부품 선삭에 사용되는 CBN 절삭 요소의 경우, 절삭 요소의 미세형상은 절삭 요소의 수명 동안 마모 진행에 따라 급진적으로 변형된다. 일 예로서, 초기에 네거티브 경사각을 갖는 챔퍼를 갖는 CBN 절삭 요소를 사용하는 경우, 유효 경사각은 결국 절삭 요소 상의 크레이터 마모로 인해 포지티브가 될 것이다. 결국, 절삭 요소는 파손되거나, 허용가능한 기계가공 결과를 제공하지 않으므로, 교체해야 한다. 절삭 요소가 소정 시간의 기계가공 후에 마찰학적 안정 상태, 절삭 요소의 나머지 수명 동안 유지되는 상태를 취할 수 있는 것이 발명자에 의해 발견되었다. 예를 들어, 챔퍼를 갖는 CBN 절삭 요소의 경우, 이러한 마찰학적 안정 상태는 추정된 공구 수명의 대략 30% 후에 나타날 수 있다. 마찰학적 안정 상태에서, 절삭 에지 반경뿐만 아니라 유효 경사각 및 유효 여유각이 정규화된다(normalized). 그 결과, 웨지 각도가 또한 정규화되어, 안정적인 마찰학적 상태 동안 크게 변하지 않는다. 따라서, 크레이터 마모 및 플랭크 마모가 이러한 안정된 상태 동안 증가할 수 있더라도, 마모 진행은 플랭크와 크레이터의 형상이 변하지 않도록, 즉 유효 경사각과 유효 여유각이 실질적으로 동일하게 유지되도록 한다. 원래의 경사각에 비해 현저하게 변화된 유효 경사각에도 불구하고, 절삭 요소의 절삭 에지 라인은 안정적인 마찰학적 상태에서도 양호한 완전성을 유지하는 것으로 밝혀졌다. 그러나, 안정적인 마찰학적 상태에서, 유효 경사각은 종종 0 이거나, 0 에 가깝고, 즉 공구 수명의 상당한 시간 동안, 이는 다양한 불리한 효과들을 잠재적으로 초래할 수 있다는 것이 또한 밝혀졌다. 예를 들어, 여유면과 워크피스 사이의 증가된 접촉으로 인해, 기계가공된 표면의 완전성이 변할 수 있다. 본 발명자는, 안정적인 마찰학적 상태에 도달하기 전에 또는 그 직후에 공칭 경사각을 변경한다면, 기계가공된 표면의 완전성이 개선(또는 유지)될 수 있고, 유효 공구 수명이 증가된다는 것을 깨달았다.

다르게 공식화하면, 본 발명자는 통상적으로 마모된 것으로 간주될 절삭 요소가 더 긴 시간 동안 사용될 수 있게 하는 방식 또는 방법을 발견하였다. 이 방식은 워크피스에 대해 절삭 요소를 재배치하는 것을 포함한다. 본 발명자는 CBN 또는 pCBN 절삭 요소, 즉 CBN 또는 pCBN을 포함하는 절삭 인서트 또는 선삭 인서트를 사용하여, 예를 들어 Ni계 초합금과 같은 경화 강 또는 다른 경질 금속을 선삭할 때, 상기 방법이 특히 잘 작동함을 발견하였다.

본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "공칭 경사각"은 (마모에 의해 야기되는 변화와 같은) 절삭 요소의 기하학적 형상의 임의의 변화를 고려하지 않고, 기계가공된 표면에 수직인 평면에 대한 원래의 경사면의 각도를 지칭한다. 이러한 맥락에서, 공칭 경사각은 또한 "시스템 경사각", 즉 특정 기계가공 셋업에서 절삭 요소의 원래의 기하학적 형상 (예를 들어, 워크피스에 대한 CNC 선반, 공구 홀더 등의 배향 및 위치)에 의해 정의되는 것으로 간주될 수 있다. 이에 대응하여, "공칭 여유각"은 공구 마모를 고려하지 않은, 워크피스의 표면에 대한 원래의 마모되지 않은 여유면의 클리어런스, 즉 원하는 클리어런스를 지칭한다. 대조적으로, 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "유효 경사각"은 기계가공할 때 유효한 실제 경사각, 즉 실제 절삭 각도이며, 이는 경사면의 기하학적 형상의 국부적인 변화에 의존할 것이다. 상응하게 "유효 여유각"은 기계가공된 표면에 대한 여유면의 실제 클리어런스를 지칭한다. 유효 경사각 및 유효 여유각은 모두 절삭 요소의 마모에 의해 영향을 받는다. 예를 들어, 유효 경사각은 경사면 상에 형성된 크레이터 마모로 인해 원래의 경사각과 비교하여 증가할 수 있는 반면, 유효 여유각은 플랭크 마모로 인해 감소할 수 있다. 따라서, 마모되지 않은 절삭 요소로 기계가공할 때, 유효 경사각 및 유효 여유각은 초기에 각각 공칭 경사각 및 공칭 여유각에 대응할 것이다. 그러나 마모가 형성되기 시작하여 이들 각도에 영향을 미치자마자, 유효각은 대응하는 공칭 각도로부터 벗어날 것이다.

따라서, 제 1 기계가공 단계 동안, 절삭 요소 상의 마모는 경사면 및 여유면의 실제 기하학적 형상에 영향을 미칠 것이다. 이로 인해, 유효 경사각은 증가하고 유효 여유각은 감소할 수 있다. 공칭 제 2 경사각은 이러한 마모를 보상하기 위해 제 1 공칭 경사각과 상이하다. 특히, 절삭 요소를 제 2 배향으로 재배치하는 것, 즉 공칭 경사각을 수정하는 것은 유효 클리어런스를 증가시킬 수 있다.

이를 달성하기 위해, 제 2 기계가공 단계에서 사용되는 제 2 공칭 경사각은 제 1 기계가공 단계에서 사용되는 제 1 공칭 경사각보다 작을 수 있다.

공칭 경사각을 감소시키는 것은 또한, 적어도 절삭 요소를 재배치하기 직전에 존재하는 유효 경사각과 비교한다면, 분명히 유효 경사각의 감소를 초래할 것이다. 그러나, 제 1 기계가공 단계에 의해 야기된 마모가 제 1 유효 경사각에 비해 유효 경사각의 증가를 야기했기 때문에, 제 2 유효 경사각은 여전히 제 1 유효 경사각보다 클 수 있다.

또한, 제 1 및 제 2 유효 경사각들은 동일하며, 즉 제 1 기계가공 단계로부터의 마모에 의해 야기되는 유효 경사각의 변화는 제 1 및 제 2 공칭 경사각들 사이의 차이에 대응하는 것으로 예상된다. 그러나, 크레이터 마모로 인한 증가된 경사각이 절삭 요소를 재배치할 때 보상하는 것이 바람직한 것보다 종종 더 높을 것이기 때문에, 이는 제 1 기계가공 단계가 처음에 새로운 미마모된 절삭 요소를 사용하는 것을 수반하는 경우에 종종 그렇지 않을 수 있다. 한편, 제 1 기계가공 단계가 안정된 마찰학적 상태가 도달된 이전의 상태로부터 재배치된 이미 마모된 절삭 요소로 시작되고, 제 1 기계가공 단계가 새로운 안정된 마찰학적 상태가 도달될 때까지 진행되면, 제 1 유효 경사각은 제 2 유효 경사각에 대응할 것이며, 즉, 공칭 경사각의 변화에 의해 유효 경사각이 복원되는 것이 매우 가능하다. 그러나, 마모되지 않은 절삭 요소에 대한 원래의 유효 경사각은 복원하는 것이 바람직하거나 가능하지 않을 수 있다.

공칭 경사각을 감소시킴으로써, 유효 클리어런스가 증가될 것이고, 따라서 절삭 요소의 플랭크와 워크피스 사이의 접촉을 감소시킨다. 절삭 요소의 플랭크와 워크피스 사이의 접촉 면적이 증가할 때, 수동 힘 및 피드 힘의 분포가 변화하여, 기계가공된 표면 상의 바람직하지 않은 미세구조 변형과 관련된 기계가공된 구성요소 백색 층 두께의 증가를 초래할 것이다. 따라서, 클리어런스를 증가시킴으로써, 보다 안정적인 기계가공 프로세스가 얻어질 것이고, 백색 층 형성이 감소될 것이며, 따라서, 기계가공 표면의 개선된 품질을 제공할 것이다.

제 2 유효 여유각은 제 1 유효 여유각에 대응하거나 실질적으로 대응할 수 있다. 즉, 제 1 및 제 2 공칭 경사각들 사이의 차이는 제 1 기계가공 단계에 의해 야기된 유효 여유각의 변화에 대응할 수 있다. 예를 들어, 제 1 기계가공 단계는 유효 여유각이 0 으로 감소되도록, 즉, 여유면의 적어도 일부와 워크피스 사이에 러빙(rubbing)이 발생하도록 절삭 요소 상에 플랭크 마모를 야기할 수 있다. 그 다음, 제 1 및 제 2 공칭 경사각들 사이의 차이가 원하는 여유각, 예를 들어 미마모 절삭 요소에 대해 존재하는 여유각에 대응하도록 함으로써, 원하는(예를 들어, 원래의) 유효 여유각은 절삭 요소를 재배치함으로써 복원될 수 있다. 즉, 공칭 경사각을 수정함으로써 원래의 유효 클리어런스를 복원할 수 있다.

제 2 공칭 경사각은 제 1 공칭 경사각과 2 내지 10도만큼 다를 수 있다. 많은 적용예에서, 이는 양호한 절삭 성능을 유지하면서 클리어런스를 복원하기에 충분할 것이고, 공칭 경사각을 너무 많이 변경하지 않음으로써, 절삭 요소를 여러 번 재배치하여 절삭 요소의 총 수명을 추가로 증가시키는 것이 가능할 것이다. 제 2 공칭 경사각은 제 1 공칭 경사각과 4 내지 8도만큼, 예를 들어 6도만큼 상이할 수 있으며, 이는 적어도 일부 응용에 유리할 수 있다.

절삭 요소를 재배치하는 단계는 절삭 요소가 절삭하지 않는(out of cut) 경우에 수행될 수 있다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, "절삭하지 않는"은 절삭 요소가 워크피스와 결합하지 않는 상태를 지칭한다. 이러한 상태는 2개의 상이한 워크피스들의 기계가공 사이에 또는 워크피스에 대한 선삭 작업의 2개의 상이한 패스들 사이에 발생할 수 있다.

따라서, 제 1 기계가공 단계는 하나 이상의 기계가공 작업의 제 1 세트를 포함할 수 있고, 제 2 기계가공 단계는 하나 이상의 기계가공 작업의 제 2 세트를 포함할 수 있으며, 절삭 요소를 재배치하는 단계는 이들 기계가공 작업의 세트들 사이에서, 예를 들어 2개의 상이한 워크피스들을 기계가공하는 사이에서 수행될 수 있으며, 이 경우 제 2 세트의 기계가공 작업은 제 1 세트의 기계가공 작업과 중첩되지 않는다.

이러한 맥락에서, 기계가공 작업은 워크피스에 대해 수행되는 작업으로 간주될 수 있고, 이는 선삭 공구와 함께 하나 이상의 패스를 포함할 수 있다.

언급된 바와 같이, 절삭 요소를 재배치하는 단계는 기계가공 작업의 2개의 상이한 패스들 사이에 수행될 수 있다. 이 경우, 제 1 및 제 2 기계가공 단계는 각각 단일 선삭 작업의 상이한 부분들을 포함할 수 있다. 이어서, 제 1 기계가공 단계는, 예를 들어, 하나 이상의 완전한 기계가공 작업(예를 들어, 기계가공된 구성요소) 및 특정 기계가공 작업의 제 1 부분을 포함할 수 있고, 제 2 기계가공 단계는 특정 기계가공 작업의 제 2 부분 뿐만 아니라 후속 기계가공 작업 및/또는 후속 기계가공 작업의 부분을 포함할 수 있다.

절삭 요소의 재배치는 기계가공 동안, 예컨대 선삭 작업의 패스 동안 수행되는 것이 또한 예상된다. 따라서, 절삭 요소의 재배치는 기계가공 동안 수행되는 단계적 또는 연속적 재배치를 수반할 수 있다. 이는 예를 들어 큰 HRSA 컴포넌트들을 선삭할 때 유용할 수 있으며, 여기서 절삭 요소는 단일 패스에서 마모될 수 있고, 잠재적으로 컴포넌트의 표면 완전성이 컷의 단부에서와 비교하여 컷의 시작에서 상이하게 되도록 한다.

각각의 기계가공 단계의 지속기간은 절삭 요소가 절삭된 미리 정의된 기간에 기초하여 선택될 수 있다. 따라서, 절삭 요소의 재배치는 지정된 및 미리 정의된 기간, 예를 들어 절삭 요소가 활성인 특정 수의 분(즉, "타임 인 컷"(time in cut)) 후에 수행될 수 있다. 따라서, 제 1 가공 단계는 수행된 실제 기계가공 횟수를 고려하지 않고서 특정 시간을 기계가공하는 것을 수반할 수 있다. 기계가공 단계는 또한 미리 정의된 기간이 종료되는 동안, 즉 절삭 요소가 재배치되기 전에 현재 기계가공 작업 또는 패스가 종료되도록 기계가공 작업 또는 기계가공 작업의 패스를 포함하는 것으로서 정의될 수 있다. 미리 정의된 시간 대신에, 지속기간은 대안적으로 미리 정의된 절삭 길이에 기초하여 선택될 수 있다. 추가의 대안으로서, 각각의 기계가공 단계는 특정 수의 기계가공 작업과 관련될 수 있는데, 즉 기계가공 단계는 미리 정의된 수의 워크피스의 기계가공을 포함하는 것으로 정의될 수 있다. 따라서, 절삭 요소의 재배치는 특정 수의 컴포넌트들이 기계가공된 후에 행해질 수 있다.

절삭 요소의 재배치가 언제 수행되어야 하는지를 결정하기 위해 어떤 파라미터가 사용되는지에 관계없이, 각각의 기계가공 단계는 다수의 상이한 워크피스들의 기계가공을 포함할 수 있다.

제1 배향과 제2 배향 사이에 절삭 요소를 배치하고 재배치하는 것은 다양한 방식으로 달성될 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 워크피스와 공구 축 사이의 상대 위치가 조정될 수 있다. 예를 들어, 절삭 요소와 워크피스 사이의 결합 지점은 제1 공구 축 위치로부터 제2 공구 축 위치로 회전 축을 가로지르는 방향으로 워크피스에 대해 공구 축을 이동시킴으로써 조정될 수 있으며, 여기서 제2 공구 축 위치의 공구 축은 제1 공구 축 위치의 공구 축에 평행하지만 이와 일직선이 아니다.

따라서, 워크피스의 표면에 대한 절삭 요소의 결합 방향은 워크피스에 대한 공구 축의 배향을 변경함으로써, 특히 공구 축의 병진에 의해 조정될 수 있다. 특히, 선반에 대한 데카르트 좌표계의 관점에서, Z-축은 워크피스의 회전 축을 따른 방향을 지칭하고, X-축은 워크피스에 대한 방사상 방향(즉, 회전 축을 향하거나 이로부터 멀어지는)을 지칭하고, Y-축은 Z-축 및 X-축에 의해 정의된 평면에 직교하는 방향을 지칭하며, 병진은 Y-축을 따른 운동을 포함할 수 있다. 따라서, 그러한 실시예들은, 예를 들어, 특정 타입들의 다중-작업 기계들 또는 밀-턴 기계들과 같은, Y-축을 따라 선삭 공구를 이동시키는 능력을 갖는 CNC 선반의 사용을 요구한다. 그러한 CNC 선반을 사용하는 경우, 절삭 요소를 재배치하는 단계는 따라서 기계 제어 시스템을 통해 달성될 수 있다. 절삭 요소의 이러한 재배치는, 특별히 설계된 임의의 선삭 공구 또는 공구 홀더를 필요로 하지 않기 때문에, 정확하고 또한 비교적 구현하기 용이할 수 있다.

일부 실시예에 따르면, 공구 축은 제1 방향으로 제1 거리만큼 제1 공구 축 위치로부터 제2 공구 축 위치로 이동된다.

위에서 정의된 바와 같은 좌표계의 관점에서, 제1 방향은 Y-축을 따를 수 있다. 따라서, 공구 축이 X-축을 따라 지향되거나 그에 평행한 경우, 제1 방향은 공구 축 및 워크피스의 회전축 둘 모두를 가로지르는 방향에 대응할 수 있다. 특히, 제1 방향은 워크피스가 회전하는 방향, 즉 절삭 요소와 워크피스 사이의 접촉 지점에서 워크피스의 움직임의 접선 방향에 대응하거나 실질적으로 대응할 수 있다. 다르게 공식화하면, 제1 방향은 절삭 요소의 상부면 또는 경사면이 향하는 방향으로부터 멀어지게 Y-축을 따를 수 있다.

다시 말해서, 공구 축의 이동은 Y-축을 따른 성분을 가질 수 있고, 이동은 절삭 요소와 워크피스 사이의 접촉 지점에서 워크피스의 회전 방향을 따라 또는 실질적으로 따라, 즉 절삭 요소의 경사면 또는 상부면이 향하는 방향으로부터 멀어지게 지향될 수 있다.

그럼으로써, 절삭 요소는 공칭 경사각이 감소되고 유효 여유각이 증가되는 워크피스에 대한 위치로 재배치될 것이다.

Y-축을 따른 이동에 의해 야기되는 절삭 깊이의 변화를 보상하기 위해, 공구 축은 Y-축을 따라서 뿐만 아니라 X-축을 따라서도 이동될 수도 있다. 예를 들어, 공구축이 공칭 경사각을 수정하기 위해 Y-축을 따라 특정 거리만큼 이동될 때, 공구축은 동일한 절삭 깊이를 유지하기 위해 X-축 방향으로도 일정 거리만큼 이동될 수 있다.

공구는 반드시 제1 배향과 제2 배향 사이에서 선형으로 이동되거나, 2개의 연속적인 선형 이동으로 이동되는 것(예를 들어, Y-축 방향으로 먼저 이동된 다음에 X-축 방향으로 이동됨)이 아니라, 원호를 따라, 예를 들어 워크피스의 둘레를 따라 이동될 수도 있다.

제1 방향으로 이동된 제1 거리 또는 그 결과로서 Y-축을 따라 이동된 거리는 0.03r 내지 0.18r, 예컨대 0.07r 내지 0.14r일 수 있으며, 여기서 r은 워크피스의 반경이다. 0.03R 내지 0.18r 의 이동은, 적어도 워크피스의 중심에 가깝게, 즉 X-Z 평면 부근에서 이루어진다면, 2-10도만큼의 공칭 경사각의 변화를 제공할 수 있다. 일 예로서, 상기 제1 거리 또는 그 결과로서 Y-축을 따라 이동된 거리는 워크피스의 반경의 대략 0.1배, 예를 들어 0.09r 내지 0.11r일 수 있으며, 이는 대략 6도만큼 공칭 경사각의 변화에 대응할 수 있다.

공구 축의 병진을 필요로 하지 않는 절삭 요소를 재배치하기 위한 대안적인 방법은 원하는 배향에 따라 상이한 선삭 공구 또는 공구 홀더에 절삭 요소를 장착하는 것일 수 있다. 예를 들어, 제1 기계가공 단계 이전에, 절삭 요소는, 선삭 공구가 CNC 선반에 장착될 때 절삭 요소가 워크피스에 대해 제1 배향을 획득하도록 설계되는 선삭 공구 본체에 장착될 수 있다. 제2 기계가공 단계 전에 절삭 요소를 재배치하기 위해, 절삭 요소는, 선삭 공구가 CNC 선반에 장착될 때 절삭 요소가 워크피스에 대해 제2 배향을 획득하도록 설계된 다른 공구 본체에 장착될 수 있다.

또한, 제2 배향으로 절삭 요소를 재배치하는 단계는 공구 축을 틸팅시킴으로써, 예를 들어, 선삭 공구가 연결되는 공구 스핀들의 회전 운동에 의해, 또는 선삭 공구가 연결되는 공구 터릿의 각도를 제어함으로써, 워크피스의 표면에 대한 절삭 요소의 결합 방향을 변경하는 단계를 포함할 수 있다는 것이 예상된다. 대안적으로, 절삭 요소는 공구 축에 대해 틸팅될 수 있다. 예를 들어, 틸팅가능하거나 다른 방식으로 조정가능한 선삭 공구 또는 공구 홀더를 사용하는 경우, 절삭 요소의 배치 및 재배치는 이러한 수단에 의해 달성될 수 있다. 예를 들어, 틸팅가능한 공구 홀더, 또는 절삭 요소를 포함하는 부품이 틸팅가능한 공구가 사용될 수 있다. 이러한 조정은 수동 수단에 의해 달성될 수 있거나, 어떤 종류의 액추에이터, 예를 들어 원격으로 제어되는 액추에이터에 의해 제어될 수 있다. 공구 축의 틸팅에 의해, 또는 공구 축에 대해 절삭 요소를 틸팅시킴으로써 절삭 요소를 재배치하는 것은 바람직하게는 제1 공칭 경사각과 후속 공칭 경사각 사이의 차이에 대응하는 각도만큼 틸팅시키는 것을 포함한다. 이러한 틸팅에 의해 여러 단계의 재배치, 예를 들어 제3 배향을 수행하면, 각 단계의 틸팅 각도는 동일하거나 실질적으로 동일한, 즉 +/- 5도 이내인 것이 바람직하다. 각각의 단계에 대해, 공칭 경사각은 점진적으로 더 작거나 더 네거티브이다.

일부 실시예에 따르면, 선삭 방법은, 상기 제2 기계가공 단계 후에, 추가로 다음의 단계들을 포함한다:

- 제 3 유효 여유각 및 제 3 유효 경사각을 초래하는 제 3 공칭 경사각에 의해 한정되는 제 3 배향으로, 상기 워크피스에 대해 또는 기계가공될 다른 워크피스에 대해 상기 절삭 요소를 재배치하는 단계로서, 상기 제 3 공칭 경사각은 상기 제 1 공칭 경사각 및 상기 제 2 공칭 경사각의 각각과 상이한, 상기 절삭 요소를 재배치하는 단계;

- 제 3 기계가공 단계에서, 상기 제 3 배향으로 상기 절삭 요소로 상기 워크피스 또는 상기 다른 워크피스를 기계가공하는 단계.

따라서, 절삭 요소의 재배치는 복수회 반복될 수 있다. 제2 공칭 경사각은 제1 공칭 경사각보다 작을 수 있고, 제3 공칭 경사각은 제2 공칭 경사각보다 작을 수 있다. 즉, 제3 공칭 경사각은 제1 공칭 경사각 및 제2 공칭 경사각보다 작을 수 있다. 제1 공칭 경사각과 제2 공칭 경사각 사이의 차이는 제2 공칭 경사각과 제3 공칭 경사각 사이의 차이와 동일할 수 있다. 즉, 공칭 경사각은 절삭 요소가 재배치될 때마다 동일한 양만큼 변경될 수 있다. 재배치는 2회 이상, 예를 들어 3회, 4회 또는 5회, 또는 심지어 그 이상 반복될 수 있다. 절삭 요소가 재배치될 때마다, 유효 여유각은 기계가공 단계의 시작 시에 있었던 것으로 복원될 수 있다. 그럼으로써, 절삭 요소의 유효 수명은, 기계가공된 표면의 품질을 유지하면서 더욱 연장될 수 있다.

제2 배향으로 절삭 요소를 재배치하는 단계가 제1 방향으로 제1 거리만큼 제1 공구 축 위치로부터 제2 공구 축 위치로 공구 축을 이동시키는 단계를 포함하는 절삭 요소의 다수의 재배치에 관한 일부 실시예에 따르면, 제3 배향으로 절삭 요소를 재배치하는 단계는 제1 공구 축 위치로부터 멀리 떨어진 제2 공구 축 위치로부터 제3 공구 축 위치로 제1 방향으로 제2 거리만큼 공구 축을 이동시키는 것을 포함할 수 있다.

공구 축을 제1 및 제2 공구 축 위치로부터 멀리 이동시킴으로써, 공칭 경사각이 더 감소될 것이고, 유효 여유각은 제3 배향으로 절삭 요소를 재배치하기 직전에 존재하는 유효 클리어런스와 비교하여 증가될 것이다. 예를 들어, 유효 클리어런스는 절삭 요소를 제2 위치에 재배치한 직후의 상태로 복원될 수 있다. 즉, 제3 유효 여유각은 제2 유효 여유각 및/또는 제1 유효 여유각에 해당할 수 있다.

제2 거리는 제1 거리와 같거나 그보다 작을 수 있다.

공구 축의 병진에 의해 야기되는 공칭 경사각의 변화는 워크피스의 회전 중심으로부터의 Y-축을 따른 거리에 의존한다. 예를 들어, 중심에 근접하여, 중심으로부터 더 멀리 발생하는 공구 축 병진과 동일한 공칭 경사각 변화를 달성하기 위해 Y-축을 따른 더 큰 병진이 요구될 것이다.

따라서, 본 실시예의 관점에서 일 예로서, 제1 기계가공 단계가 절삭 요소가 X-Z 평면에 위치된 상태에서 수행되면, 공칭 경사각 변화는 제2 거리가 제1 거리보다 작은 경우에만 절삭 요소의 2개의 후속 재배치에 대해 동일할 것이다.

그러나, 많은 응용 및 워크피스 치수에 대해, 이 차이를 무시하는 것이 가능할 수 있는데, 즉 절삭 요소를 재배치할 때 Y-축을 따라 공구 축을 동일한 거리로 이동시키는 것으로 충분할 수 있다. 즉, 제2 거리는 제1 거리와 동일할 수 있다. 이는 또한, 예를 들어 제1 기계가공 작업이 워크피스의 중심 위에서 수행되고, 제2 기계가공 작업이 중심에서 수행되고, 제3 기계가공 작업이 중심 아래에서 수행되는 경우일 수 있다. 그 다음, Y-축을 따른 병진 이동 모두는 대응하는 공칭 경사각 변화를 달성하기 위해 동일한 크기일 수 있다.

본 발명의 제2 양태에 따르면, CNC 선반, 프로세서 및 절삭 요소를 포함하는 선삭 공구를 포함하는 시스템이 제공되며, 여기서 시스템은 본 발명의 제1 양태에 따른 방법을 수행하도록 구성된다. 프로세서는 CNC 선반의 통합된 부분일 수 있거나, 또는 CNC 선반에 동작가능하게 커플링될 수 있고, 수행될 방법의 단계들 중 적어도 일부를 트리거링하는 컴퓨터 프로그램을 실행하도록 구성될 수 있다. 시스템은 이러한 컴퓨터 프로그램을 저장하기 위한 메모리를 더 포함할 수 있다.

따라서, 제3 양태에 따르면, 본 발명은 본 발명의 제2 양태에 따른 시스템에 의해 실행될 때, 시스템으로 하여금 본 발명의 제1 양태에 따른 방법을 수행하게 하는 명령들을 갖는 컴퓨터 프로그램에 관한 것이다.

따라서, 본 명세서에서 설명되는 방법들은 다양한 형태로 존재할 수 있는 컴퓨터 프로그램 또는 복수의 컴퓨터 프로그램들로 구현될 수 있다. 예를 들어, 이들은 방법들의 일부 단계를 수행하기 위한 프로그램 명령으로 구성된 소프트웨어 프로그램으로서 존재할 수 있으며, 컴퓨터 판독가능 매체에 구현될 수도 있다. 즉, 절삭 요소의 재배치는 컴퓨터 프로그램에서 정의된 바와 같은 명령에 따라 수행될 수 있다. 이들 명령은 예를 들어 절삭 요소를 재배치하기 위한 간격 및 각각의 이러한 재배치의 정도와 같은 파라미터를 포함할 수 있다. 이러한 파라미터들에 대한 최적의 값들은 유사한 컴포넌트들을 기계가공하는 경험에 기초하여 정의될 수 있고, 예를 들어 최종 사용자에 의해 입력되거나, 룩업 테이블들 또는 유사한 것에 있을 수 있다. 대안적으로, 알고리즘들은 사용자로부터의 입력, 예를 들어, 사용되는 인서트의 종류, 제조될 구성요소의 종류 및 그러한 구성요소를 제조할 때의 "정상(normal)" 마모에 관한 정보, 예를 들어, 본 발명에 따른 방법을 사용하지 않을 때의 예상 공구 수명에 관한 입력에 기초하여 최적의 파라미터들을 계산하기 위해 사용될 수 있다. 예상 공구 수명은 예를 들어 절삭 인서트가 교환되기 전에 제조되는 부품의 수 또는 가공 시간으로 정의될 수 있다. 그러한 알고리즘들은 상이한 컴포넌트들 및 재료들을 제조할 때 마모 전파의 사전 지식에 기초할 수 있다.

도 1 은 CBN 절삭 요소를 갖는 절삭 인서트를 도시한다.
도 2 는 기계가공 동안 마모되지 않은 절삭 요소의 단면을 도시한다.
도 3 은 안정적인 마찰학적 상태를 가정한 경우, 마모된 절삭 요소를 도시한다.
도 4 는 절삭 요소의 공칭 경사각을 변화시키는 효과를 개략적으로 도시한다.
도 5 는 본 발명에 따른 선삭 방법의 단계들을 도시한 흐름도이다.
도 6a-6c 는 선삭 방법의 실시예를 개략적으로 예시한다.
도 7 은 선삭 방법의 다른 실시예의 시험에 따른 유효 경사각의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 8 은 도 7 과 동일한 시험을 참조하는 그래프로서, 절삭 요소의 플랭크 마모 진행을 예시한다.
모든 도면은 개략적이고, 반드시 일정 비율은 아니며, 일반적으로 개별 실시형태를 설명하는 데 필요한 부분만을 보여주는 반면, 다른 부분은 생략되거나 단지 암시될 수 있다. 달리 나타내지 않는 한, 유사한 도면 부호는 다른 도면에서 유사한 부분을 나타낸다.

도 1 은 CBN 절삭 요소(1)가 브레이징된 ??삭 인서트(7)를 도시한다. 절삭 인서트는 이 예에서 마름모 형상이고, 선삭 공구(도시되지 않음)의 인서트 포켓 내에 인서트의 장착을 용이하게 하는 체결 구멍(8)을 갖는다. 절삭 요소의 일부가 여유면(4) 및 절삭 요소의 경사면에 대응하는 챔퍼(3)를 포함하는 상부면(6)을 도시하는 확대도로 도시되어 있다. 챔퍼(3)와 여유면(4) 사이에는 절삭 에지(5)가 형성된다.

도 2 는 금속 워크피스(2)를 기계가공할 때, 더 정확하게는 칩들(9)이 형성되어 워크피스로부터 재료가 제거되는 선삭 작업 동안 절삭 요소(1)의 단면을 도시한다. 절삭 요소는 CNC 선반에 장착된 선삭 공구 내에 배열되고, 공칭 경사각 (γ_{n_1}) 및 공칭 여유각(α_{n_1})으로 워크피스에 대해 배향된다. 절삭 요소(1)는 미마모 상태, 즉 임의의 크레이터 마모 또는 플랭크 마모가 경사면 및 여유면 상에 각각 형성되기 전 상태에 있다. 이 상태에서 유효 경사각(γ_e) 및 유효 여유각(α_e)은 각각 공칭 경사각(γ_{n_1}) 및 공칭 여유각(α_{n_1})에 대응한다. 도면에서 알 수 있는 바와 같이, 이 절삭 요소에 대한 초기 경사각은 네거티브이다.

도 3 은 안정적인 마찰학적 조건 또는 상태를 가정한 후의 마모된 절삭 요소(1')를 도시한다. 이러한 조건에서, 유효 경사각 및 여유각은 마모가 더 멀리 전파되더라도 크게 변하지 않는다. 그러나, 도면에서 볼 수 있는 바와 같이, 유효 경사각 (γ_e)은 크레이터 마모로 인해 증가되었고(그리고 이제 포지티브임), 유효 여유각(α_e)은 플랭크 마모로 인해 0 으로 감소되었다. 원래의 미마모 절삭 요소(1)는 파선으로 표시된다. 이러한 안정된 상태는 다소 일찍, 예를 들어, 적어도 총 예상 공구 수명의 30% 이후에 가정될 수 있고, 공구 수명의 나머지 동안 계속될 것이다. 그러나 부분적으로 여유면과 워크피스 사이의 접촉이 증가하기 때문에, 기계가공된 표면의 완전성이 영향을 받는다.

도 4 는 절삭 요소의 공칭 경사각을 변화시키는 효과를 개략적으로 도시한다. 안정적인 마찰 상태가 가정되었을 때, 또는 가정되기 전에, 공칭 경사각은 유효 여유각을 복원하기 위해 변경될 수 있다. 도 4에서, 원래의 미마모 절삭 요소는 파선으로 도시되고, 마모 절삭 요소(1')는 점선으로 도시되고, 재배치된 마모 절삭 요소(1")는 실선으로 도시된다. 이 예에서, 공칭 경사각 변화 Δγ_n을 초래하는 재배치는 절삭 요소를 틸팅시킴으로써 영향을 받는다. 그러나, 후술되는 바와 같이, 절삭 요소의 재배치는 또한 다른 수단에 의해 달성될 수 있다.

이하에서는 선삭 방법의 단계들을 나타내는 흐름도인 도 5, 및 본 방법의 실시예의 개략도인 도 6a-6c를 참조하여 CNC 선반의 선삭 방법을 설명한다.

단계 501 에서, 그 회전 축을 중심으로 회전 방향(R)으로 회전가능한 워크피스(2)가 제공된다.

단계 502 에서, 공구 축(L)을 따라 연장하도록, 이 경우 선반의 X-축에 평행하게, 선삭 공구(10)가 제공된다. 선삭 공구(10)는 CBN 절삭 인서트 형태의 절삭 요소(11)를 포함한다. 도 1-4에 도시된 절삭 요소(1)와 대조하여, 도 6a-6c에 도시된 절삭 요소(11)는 절삭 요소의 상부면과 절삭 에지 사이에 챔퍼를 갖지 않는다. 절삭 요소는 워크피스에 대해 상이한 배향들로 배치가능하며, 각각의 배향은 절삭 에지와 워크피스 사이의 접촉 지점에서 워크피스의 표면에 수직인 선에 대해 공칭 경사각 γ_n 에 의해 정의된다.

단계 503 에서, 절삭 요소는 제1 공칭 경사각 (γ_{n_1})(이 예에서는 0 임) 및 공칭 여유각 (α_{n_1}) 에 의해 정의되는 도 6a 에 도시된 제 1 배향으로 워크피스에 대해 배열된다. 도 6a에 도시된 절삭 요소(11)가 마모되지 않은 절삭 요소이면, 공칭 경사각 및 공칭 여유각은 먼저 각각 유효 경사각 및 유효 여유각에 대응할 것이다. 도 6b 및 도 6c는 유효 각도들이 공칭 각도들과 상이할 수 있도록 경사면 및 여유면 상에 마모가 형성될 수 있는 후속 기계가공 단계를 도시한다. 다만, 시인성 개선 및 이해의 용이성을 위해, 마모 및 유효 각도들은 도6a-6c에 표시하지 않았다.

단계 504 에서, 워크피스는 제1 배향으로 절삭 요소로 기계가공된다.

단계 505 에서, 절삭 요소는 도 6b에 도시된 다른 배향에서, 워크피스에 대해 또는 기계가공될 다른 워크피스에 대해 재배치된다. 따라서, 절삭 요소(11)는 상이한 공칭 경사각 (γ_{n_2}) 및 상이한 공칭 여유각(α_{n_2})으로 배열된다. 이 예에서, 새로운 공칭 경사각 (γ_{n_2})는 네거티브이며, 즉 이전의 공칭 경사각 (γ_{n_1})보다 작다. 절삭 요소 (11) 의 재배치는 워크피스 (2)에 대한 선삭 공구 (10) 의 병진 운동에 의해 달성되었다. 이동은 Y-축 방향으로의 성분을 갖는데, 즉, 공구 축(L)이 거리 ΔY₁ 만큼 Y-축 방향으로 변위된다. 그 결과, 공칭 경사각은 감소되는 반면, 공칭 여유각은 증가된다(즉, γ_{n_2} < γ_{n_1}, α_{n_2} > α_{n_1}).

단계 506 에서, 워크피스 또는 다른 워크피스는 재배치된 배향으로 절삭 요소로 기계가공된다.

도 5에서 화살표 507 에 의해 표시된 바와 같이, 상이한 배향으로 절삭 요소를 재배치하는 단계 및 재배치된 절삭 요소로 워크피스(또는 다른 워크피스)를 기계가공하는 단계는 여러 번 반복될 수 있다.

따라서, 도 6c에서, 절삭 요소(11)는 Y-축 방향으로의 성분을 갖는 방향으로 공구 축(L)을 병진이동시킴으로써 다시 한번 재배치되었고, 그에 따라 공구 축(L)은 Y-축 방향으로 거리 ΔY₂ 만큼 변위된다. 그럼으로써, 절삭 요소(11)는 이제 이전의 공칭 경사각 (γ_{n_2} ) 보다 작거나 또는 더 네거티브인 공칭 경사각 (γ_{n_3}) 및 이전의 공칭 여유각 (α_{n_2})보다 큰 공칭 여유각 (α_{n_3}) 으로 배치된다.

도 7 은 기계가공 동안 절삭 요소의 유효 경사각이 어떻게 변화할 수 있는지 그리고 유효 경사각이 절삭 요소의 다수의 재배치에 의해 어떻게 영향을 받는지를 도시한다. 그래프는 4개의 상이하게 설계된 공구 홀더 (상이한 공칭 경사각 γ_{n_1}, γ_{n_2,} γ_{n_3} 및 γ_{n_4} 를 제공함) 가 워크피스에 대해 상이한 배향으로 절삭 요소를 재배치하기 위해 사용된 시험의 결과를 도시한다. 본 시험에서 사용된 절삭 요소는 챔퍼를 갖는 CBN 절삭 요소(즉, 도 1에 도시된 절삭 요소와 유사함)였다. 제1 공칭 경사각(γ_{n_1})(및 이에 따른 초기 유효 경사각(γ_e))이 -36도이고, 여유각(그래프에 도시되지 않음)이 6도가 되도록, 절삭 요소를 워크피스에 대해 초기에 배치하였다. 기계가공 15분 후, 공칭(및 유효) 경사각이 6도만큼 감소되도록 절삭 요소를 재배치하였다. 이러한 재배치는 30분의 가공 후에 다시 이루어졌고, 이어서 45분의 기계가공 후에 다시 이루어졌다. 도 7에서 점선으로 표시된 이들 재배치의 각각은 유효 경사각이 6도만큼 즉각적으로 감소하게 하였다. 도면에서 알 수 있는 바와 같이, 1차 재배치는 안정 상태에 도달하기 전에 이루어진 반면, 2차 및 3차 재배치는 그러한 안정 상태에 도달한 후에 이루어졌다. 이 실시예에서, 유효 경사각이 대략 15도인 안정 상태는 30분 및 45분의 기계가공에서 이루어진 각각의 재배치 후에 상당히 빠르게 재가정되었다.

수직 축 상의 플랭크 마모 VB_B 의 평균 폭을 도시하는 도 8 의 그래프는 전술한 시험에서 절삭 요소에 대한 플랭크 마모 (81)(점들로 표시됨) 의 전파를 도시한다. 재배치되지 않은 대응하는 절삭 요소에 대한 기준 플랭크 마모(82)(삼각형으로 표시됨)가 또한 그래프에 도시된다. 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 방법을 사용할 때, 플랭크 마모 VB_B 의 평균 폭은 60 분의 기계가공 후에 200 ㎛에 가까운 반면, 이 레벨의 플랭크 마모는 이 방법을 사용하지 않는다면 36 분의 기계가공 후에 이미 얻어진다.

Claims (15)

1. CNC-선반을 위한 선삭 방법으로서,
   - 회전 축을 중심으로 회전 방향 (R) 으로 회전할 수 있는 워크피스 (2) 를 제공하는 단계;
   - 공구 축 (L) 을 따라 연장되는 선삭 공구 (10) 를 제공하는 단계로서, 상기 선삭 공구는 경사면 (3), 여유면 (4), 및 상기 경사면 (3) 과 상기 여유면 (4) 사이의 경계에 형성된 절삭 에지 (5) 를 포함하는 절삭 요소 (1, 11) 를 포함하고, 상기 절삭 요소 (1, 11) 는 상기 워크피스 (2) 에 대해 상이한 배향들로 배치가능하고, 각각의 배향은 상기 워크피스 (2) 의 표면에 대해 공칭 경사각 (γ_n) 에 의해 한정되고, 상기 절삭 요소 (1, 11) 는, 상기 절삭 에지 (5) 와 상기 워크피스 (2) 사이의 접촉 지점에서, 상기 절삭 요소 (1, 11) 의 마모에 의존하는 유효 경사각 (γ_e) 및 유효 여유각 (α_e) 을 갖는, 상기 선삭 공구 (10) 를 제공하는 단계;
   - 제 1 유효 여유각 (α_{e_1}) 및 제 1 유효 경사각 (γ_{e_1}) 을 초래하는 제 1 공칭 경사각 (γ_{n_1}) 에 의해 한정되는 제 1 배향으로 상기 워크피스 (2) 에 대해 상기 절삭 요소 (1, 11) 를 배치하는 단계;
   - 제 1 기계가공 단계에서, 상기 제 1 배향으로 상기 절삭 요소 (1, 11) 로 상기 워크피스 (2) 를 기계가공하는 단계;
   그리고, 상기 제 1 기계가공 단계 후에,
   - 제 2 유효 여유각 (α_{e_2}) 및 제 2 유효 경사각 (γ_{e_2}) 를 초래하는 제 2 공칭 경사각 (γ_{n_2})에 의해 한정되는 제 2 배향으로, 상기 워크피스 (2) 에 대해 또는 가공될 다른 워크피스에 대해 상기 절삭 요소 (1, 11) 를 재배치하는 단계로서, 상기 제 2 공칭 경사각 (γ_{n_2}) 는 상기 제 1 공칭 경사각 (γ_{n_1}) 과 상이한, 상기 절삭 요소 (1, 11) 를 재배치하는 단계; 및
   - 제 2 기계가공 단계에서, 상기 제 2 배향으로 상기 절삭 요소 (1, 11) 로 상기 워크피스 (2) 또는 상기 다른 워크피스를 기계가공하는 단계를 포함하는, 선삭 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 공칭 경사각은 상기 제 1 공칭 경사각보다 작은, 선삭 방법.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 제 2 유효 여유각은 상기 제 1 유효 여유각에 대응하거나 실질적으로 대응하는, 선삭 방법.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 2 공칭 경사각은 상기 제 1 공칭 경사각과 2-10도 만큼 상이한, 선삭 방법.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 절삭 요소를 재배치하는 단계는 상기 절삭 요소가 절삭하지 않는 (out of cut) 때에 수행되는, 선삭 방법.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 기계가공 단계의 지속기간은 상기 절삭 요소가 절삭되는 미리 정의된 시간에 기초하여 선택되는, 선삭 방법.
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 제 2 배향으로 상기 절삭 요소를 재배치하는 단계는, 제 1 공구 축 위치로부터 제 2 공구 축 위치로, 상기 회전 축을 가로지르는 방향으로 상기 워크피스에 대해 상기 공구 축을 이동시키는 단계를 포함하고, 상기 제 2 공구 축 위치의 공구 축은 상기 제 1 공구 축 위치의 공구 축에 평행하지만 이와 일직선이 아닌, 선삭 방법.
8. 제 7 항에 있어서, 상기 공구 축은 제 1 방향으로 제 1 거리만큼 상기 제 1 공구 축 위치로부터 상기 제 2 공구 축 위치로 이동되는, 선삭 방법.
9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 2 기계가공 단계 이후에, 추가로
   - 제 3 유효 여유각 및 제 3 유효 경사각을 초래하는 제 3 공칭 경사각에 의해 한정되는 제 3 배향으로, 상기 워크피스에 대해 또는 기계가공될 다른 워크피스에 대해 상기 절삭 요소를 재배치하는 단계로서, 상기 제 3 공칭 경사각은 상기 제 1 공칭 경사각 및 상기 제 2 공칭 경사각의 각각과 상이한, 상기 절삭 요소를 재배치하는 단계;
   - 제 3 기계가공 단계에서, 상기 제 3 배향으로 상기 절삭 요소로 상기 워크피스 또는 상기 다른 워크피스를 기계가공하는 단계를 포함하는, 선삭 방법.
10. 제 8 항 및 제 9 항에 있어서, 제 3 배향으로 상기 절삭 요소를 재배치하는 단계는, 상기 공구 축을 상기 제 1 방향으로 제 2 거리만큼, 상기 제 2 공구 축 위치로부터 상기 제 1 공구 축 위치로부터 멀리 제 3 공구 축 위치로 이동시키는 단계를 포함하는, 선삭 방법.
11. 제 10 항에 있어서, 상기 제 2 거리는 상기 제 1 거리와 동일하거나 그보다 작은, 선삭 방법.
12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 절삭 요소는 입방정 붕소 질화물 또는 다결정 입방정 붕소 질화물을 포함하는, 선삭 방법.
13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 워크피스는 40 HRC 이상의 경도를 갖는 경화 강 또는 내열성 초합금 (heat resistant super alloy) 으로 제조되는, 선삭 방법.
14. 시스템으로서,
    - CNC 선반,
    - 프로세서, 및
    - 절삭 요소를 포함하는 선삭 공구를 포함하고,
    상기 시스템은 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 따른 방법을 수행하도록 구성되는, 시스템.
15. 제 14 항에 따른 시스템에 의해 실행될 때 상기 시스템으로 하여금 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 따른 방법을 수행하게 하는 명령들을 갖는 컴퓨터 프로그램.
    

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