KR101225215B1 - 절삭 공구와 재료를 절삭하는 방법 - Google Patents

Abstract

회전체로 재료를 절삭하기 위한 공구는, 회전축에 평행한 제 1 방향으로 회전체가 이동하는 동안 재료를 절삭하기 위한 절삭날 및 회전 축선을 갖는다. 절삭하는 동안 공구를 안정화하기 위해서, 절삭날은 제 1 방향으로 대직경에서 높고 소직경에서 낮게 위치한 회전부의 제 1 표면상에 놓인 내부 절삭날을 포함한다. 본 발명은 공구의 사용 방법을 포함한다.

Description

절삭 공구와 재료를 절삭하는 방법{CUTTING TOOL AND METHOD FOR CUTTING MATERIAL}

본 발명은 청구항 1 항의 전제부에 따른 재료 절삭용 공구에 관한 것이다. 공지된 절삭 공구는 비대칭인 절삭부를 절삭할 때 절삭 공구가 회전축에 대해 수직인 방향으로 측면으로 움직이는 경향이 있는 단점이 있다. 이는 부정확성을 야기하여서 낮은 절삭 속도 및/또는 이송 속도로 재료를 가공할 것을 요구한다.

특히, 본 발명은 엔드밀로서 구성된 절삭 공구에 관한 것이나, 여기서 상기 엔드밀은 절삭 가공하는 동안, 특히 축방향, 즉 이송 방향으로 밀링 가공하도록 구성된다.

축방향 밀링 가공은, 상당량의 재료가 얇게 잘려지는 깊은 리세스의 생성에 특히 효과적인 절삭 작업이다.

일반적인 엔드밀은 소량의 축방향 이송에만 사용되고 주 이송 방향이 공구의 축에 수직이어서 밀의 직경 이상의 폭을 갖는 가공물, 즉 슬롯의 임의적인 형태의 리세스를 생성한다. 엔드밀의 일반적인 사용으로, 엔드밀은 우선 소정의 작은 깊이만큼 축방향으로 이송된 후 측면으로 움직여서 축방향 이송의 원래 깊이와 일치하는 깊이의 슬롯을 생성한다. 다른 작업 방법은 동시에 축방향 및 측면으로 이송하는 것이고, 따라서 축방향 이송 속도가 전형적으로 측면 이송 속도보다 작은 경사진 바닥 램프 표면을 생성한다. 이 단계들은 최종 깊이에 도달할 때까지 슬롯의 깊이를 증가시키기 위해 반복될 수 있고, 측면 이송은 언제나 상응하는 축방향 이송 후에 또는 축방향 이송과 함께 발생한다.

그러나, 리세스의 축방향 깊이가 리세스의 측면 및 길이 방향 확장에 비하여 비교적 클 경우에, 슬롯의 깊이의 순차적인 증가에 의한 작업은 반복되는 드릴링 가공과 유사한 작업보다 덜 효과적이며, 공구가 홀로부터 제거되고 측면으로 이동한 후에, 공구를 오직 축방향으로만 이송한 후에 상기 단계를 반복하여 리세스의 바람직한 최종 깊이를 얻도록 공구의 축방향 이송이 실시되고, 그래서 축방향 이송이 다시 일어난다. 일단 공구가 공구의 직경 이상의 양만큼 이동되면, 개별 원형 홀이 밀링 가공된다. 그러나, 이는 인접한 다수의 원형 홀의 드릴링 가공과 일치하는 작업일 수 있고, 여기에서 드릴링 가공 작업은 칩 제거에 대해 특히 결점을 가질 수 있는데, 왜냐하면 드릴링 가공된 홀은 공구 자체에 의해 실질적으로 막혔고 최대 이송 속도는 매우 작게 유지되어 대응 드릴의 홈을 통해 충분한 칩 제거를 확실하게 할 수 있기 때문이다. 따라서, 회전축에 수직한 방향으로 측면 이동을 야기하는 측면 힘을 견디기 위해 충분히 안정적인 밀링 공구로, 개별적인 축방향 이송 단계 사이의 각 밀링 공구의 측면 이동은 공구 직경보다 작게 일어나고 특히 심지어 공구 직경의 절반보다 작게 일어난다. 따라서, 축방향 이송의 각 단계에서, 가공물의 다소 초승달형 영역이 원형의 홀에서부터 가공되고 얇게 잘린다. 이런 경우에, 칩 홈이 많이 넓지 않고 또한 일반적인 드릴링 가공 작업으 로 절대 만들 수 없는 칩 홈의 축방향 확장이 생성된 리세스의 축방향 깊이보다 작을지라도, 미리 가공된 리세스부는 칩을 수용하고 제거하는데 충분한 공간을 제공한다. 따라서, 상응하는 밀링 가공 작업으로, (생성된 리세스의 깊이보다 축방향으로 더 짧음) 칩 홈이 더 짧고 선단에서 절삭부를 갖는 밀링 공구를 이용하는 것이 가능하며, 이는 절삭 끝부에 바로 인접하여 시작되는 공구의 샤프트부가 보다 안전하고 단단하며 직선 축방향 이송 방향으로부터 공구를 편향시키는 경향이 있는 측면 절삭력을 더 잘 견디는 효과를 갖는다.

그러나, 현재까지 전술한 바와 같이 주로 축방향 밀링 가공용으로 구성된 30 mm 이하의 직경을 갖는 대응 밀링 공구를 제공하는 것은 지금껏 불가능했었다. 이는, 가공물, 특히 단단하고 거친 스테인리스강과 같은 가공물의 초승달형 영역이 밀링 가공될 시 공구에 작용하는 비대칭력이 매우 강해져서, 30 mm 미만의 직경을 갖는 일반 밀링 공구는 공구의 순차적인 이동 방향에 수직하게 측면으로 편향될 수 있어서 직경이 실질적으로 30 mm 미만의 종래의 공구가 사용된다면 최종 리세스는 부정확해질 것이다.

상기 관점에서, 본 발명의 목적은, 심지어 비대칭 축방향 밀링 가공, 즉 가공된 재료가 공구의 단면에 걸쳐 균일하게 분포하지 않는 축방향 밀링 가공 작업이 실시되면, 작업 중에 보다 안정적이고 작은 측면 절삭력만을 받는 절삭공구, 특히 주로 축방향 밀링 가공용으로 구성된 절삭 공구를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 양태에 따라, 대응 공구는 청구항 제 1 항의 특징부에 따라 구성된다. 가공하는 동안, 내부 절삭날은 절삭 공구상에 측면으로의 이동을 방지하는 안정력 (stabilising forces) 을 형성하여서, 더 높은 절삭 속도 및/또는 이송 속도에서 보다 정확한 가공을 할 수 있다.

밀의 선단에서 절삭 날로 안정화 효과를 얻기 때문에, 생크 (shank) 의 강성은 여전히 원칙적으로는 중요하여도 덜 중요한 요소가 되고, 이로서 대응 밀링 공구가 30 mm 보다 작고 특히 2.5 ~ 30 mm 범위의 공구 직경을 갖는 비대칭 밀링 가공 작업에 사용될 수 있는 효과를 얻을 수 있다. 더 큰 치수에 있어서, 공구에 의해 생성된 구조의 충분한 정확성을 확보하기 위해 필연적이지는 않지만, 본 발명에 따른 절삭날의 형성은 여전히 장점을 갖는다. 여전히, 더 큰 직경에 있어서, 본 발명의 유리한 특징들을 이용한 공구는 감소된 기계적 응력을 받고 따라서 감소된 진동과 마모를 받는다.

본 발명의 바람직한 실시예는 청구항 제 2 항에 따른 공구이다. 이 방법으로 회전 절삭 공구는 또한 절삭하는 동안 안정해진다.

본 발명의 다른 바람직한 실시예는 청구항 제 5 항에 따른 공구이다. 이 방법으로 절삭날에 가해지는 힘은 보다 일정하게 된다.

또한 본 발명의 다른 바람직한 실시예는 청구항 제 6 항에 따른 공구이다. 이는 내부 절삭날이 본체상에 충분한 안정력을 생성한다는 것을 보장할 것이다.

본 발명의 다른 바람직한 실시예는 청구항 제 8 항에 따른 공구이다. 이는 예를 들어 연삭으로 절삭날을 날카롭게 하는데 용이하다.

본 발명의 다른 바람직한 실시예는 청구항 제 10 항에 따른 공구이다. 제 1 원뿔 및 제 2 원뿔을 거의 동일한 꼭지각으로 함으로써 재료에서 절삭된 칩은 유사한 형태를 가질 것이며, 이는 작동을 보다 쉽게 한다.

또한 본 발명의 다른 실시예는 청구항 제 12 항에 따른 공구이다. 지지면은 측면 이동을 방지하기 위해 본체를 지지하고, 따라서 가공 동안 절삭 공구를 안정화시킨다.

본 발명의 다른 바람직한 실시예는 청구항 제 13 항에 따른 공구이다. 이는 절삭날은 보다 쉽게 날카롭게 만들 수 있도록 한다.

본 발명의 다른 바람직한 실시예는 청구항 제 14 항에 따른 공구이다. 이 방법으로 지지면 및 절삭날은 동일한 위치에 있어서 칩 제거용 슬롯을 보다 쉽게 만들 수 있다.

본 발명의 다른 바람직한 실시예는 청구항 제 15 항에 따른 공구이다. 이는 절삭 치형부가 절삭력을 견디기에 충분히 강하고 한번에 절삭하는 충분한 절삭날을 갖도록 하는 것을 가능하게 해준다.

또한 본 발명의 다른 바람직한 실시예는 청구항 제 16 항에 따른 공구이다. 이는 절삭 공구로 깊은 슬롯 및 개구부를 가공하는 것을 가능하게 해준다.

본 발명은 또한 청구항 제 18 항의 전제부에 따른 방법에 관한 것이다. 이 방법의 단점은 절삭하는 동안 절삭 공구가 본체상의 여러 힘 때문에 측면으로 이동할 수도 있다는 것이다. 이러한 단점을 극복하기 위해, 상기 방법은 청구항 제 18 항의 특징부에 따른다. 이는 내부 및 외부 절삭날이 동일한 절삭력을 받아서 절삭하는 동안 공구를 안정화시키는 것을 보장한다.

본 발명은 또한 청구항 제 19 항의 전제부에 따른 방법에 관한 것이다. 이 방법의 단점은 절삭하는 동안 절삭 공구가 본체상의 여러 힘 때문에 측면으로 이동할 수도 있다는 것이다. 이러한 단점을 극복하기 위해, 상기 방법은 청구항 제 19 항의 특징부에 따른다. 이는, 재료를 절삭하기 시작할 때 또는 재료 절삭을 끝낼 때 재료의 절삭시 결합된 하나 이상의 다른 내부 절삭날에 의해 내부 절삭날에 작용하는 변화력이 안정화되는 것을 보장한다.

본 발명은 또한 다음의 실시예와 첨부된 도면을 참조하여 설명되지만, 이는 어떤 점에서 본 발명을 제한하지는 않는다.

도 1 은 절삭 공구의 제 1 실시예의 측면도이다.

도 2 는 도 1 의 절삭 공구의 절삭 본체의 보다 자세한 측면도이다.

도 3 은 도 1 의 절삭 공구의 절삭 본체의 평면도이다.

도 4 는 도 1 의 잘삭 공구의 절삭 날의 보다 자세한 측면도이다.

도 5 는 절삭 공구의 제 2 실시예의 절삭날의 도 4 와 유사한 측면도이다.

도 6 은 도 5 의 절삭 공구의 절삭날의 평면도이다.

도 7 은 절삭 공구 직경의 0.2 단차 간격으로 가공할 때의 도 1 의 절삭 공구에 의해 절삭된 초승달형 영역의 개략도이다.

도 8 은 절삭 공구 직경의 0.3 단차 간격으로 가공할 때의 도 1 의 절삭 공구에 의헤 절삭된 초승달형 영역의 개략도이다.

도 9 는 절삭 공구 직경의 0.4 단차 간격으로 가공할 때의 도 1 의 절삭 공 구에 의헤 절삭된 초승달형 영역 개략도이다.

도 1, 도 2 및 도 3 은 공구 클램프 (2) 에 고정된 고정면 (3) 을 갖는 절삭 공구 (1) 를 보여준다. 공구 클램프 (2) 는 수치제어 또는 일반제어가 되며 가공되는 부분에 대해 절삭 공구를 위치시키고 이동시킬 수 있는 기계 공구의 일부분이다. 사용하는 동안, 절삭 공구 (1) 는 회전 속도로 회전축선 (L) 을 중심으로 회전하고 이송 방향으로 이송률 (A) 로 절삭될 재료 안으로 이송된다. 절삭 공구 (1) 에는 고정면 (3) 에 생크 (4) 로 연결되어 있는 절삭 치형부 (5) 가 제공된다. 절삭 치형부의 개수는 변할 수 있고 일반적으로 2 ~ 4 개, 바람직하게는 4 개이다. 절삭 치형부 (5) 는 절삭 직경 (D) 및 절삭 높이 (H) 를 갖는다. 생크 (4) 에서 떨어진 측면에서, 절삭 치형부 (5) 는 아래에 재료를 절삭하는 절삭날 (10) 을 갖는다. 절삭날 (10) 이 절삭 공구 (1) 의 끝부분에 위치한다는 사실 때문에, 이러한 유형의 공구는 또한 엔드밀로 알려져 있다. 절삭 치형부 (5) 는 둘레방향에 지지면 (8) 을 갖고, 이 지지면은 일부분을 가공하는 동안 가공 후의 일부분에 남아있는 원통면에 대해 절삭 공구 (1) 를 지지한다. 상기 절삭 공구 (1) 는 4 개의 절삭 치형부 (5) 를 가지며, 절삭날 (10) 은 공구 클램프 (2) 로부터 거리 (L) 에 위치하고 이 거리 (L) 는 직경 (D) 의 적어도 4 배는 되기 때문에, 좁거나 깊은 슬롯도 가공될 수 있다.

절삭 치형부 (5) 는 원통형 본체에 홈 (11) 을 가공함으로써, 예를 들어 연삭에 의해 형성되고, 이는 절삭 치형부가 공구 본체와 일체형이라는 것을 의미한 다. 원통형 본체의 외부 치수는 절삭날 (10) 및 지지면 (8) 의 최종 외부 치수와 동일하다. 홈 (11) 의 가공으로 원통형 본체의 외부 둘레와 교차하는 절삭면 (9) 이 형성되어서, 지지면 (8) 을 따른 날카로운 날 및 아래쪽에 절삭날 (10) 을 형성한다. 도시된 실시예에는 4 개의 홈 (11) 이 있지만, 그 개수는 변할 수 있고, 보통 약 2 ~ 약 5 개의 범위이다. 이 실시예에서, 절삭면 (9) 은 필수적이지는 않지만 회전축선 (L) 을 포함하는 평면에 있다.

각 절삭면 (9) 에 거의 수직인 절삭 공구 (1) 의 아래쪽에서 절삭 치형부 (5) 는 절삭날 (10) 을 따라 제 1 릴리프면(relief face) 을 가지고, 이 릴리프면은 절삭 공구의 아래쪽을 사용하는 동안 절삭될 재료와 충돌하지 않는다. 제 1 릴리프면 (6) 및 절삭면 (10) 은 절삭 공구 (1) 의 회전으로 인해 각각에 대하여 또한 재료의 이동 방향에 대하여 각을 가지며, 재료에 대한 절삭 조건과 그 외의 조건들은 종래의 방법으로 최적화된다.

절삭 치형부 (5) 는 절삭 공구를 사용하는 동안 절삭면 (9) 에 생성된 절삭력에 대응하도록 충분한 두께를 갖는다. 절삭 치형부 (5) 가 가공될 재료로부터 절삭 공구 (1) 의 아래쪽에서 자유로운 상태로 있도록 하기 위해, 절삭 치형부 (5) 의 아래쪽이 절삭날 (10) 에 의해 형상된 회전 본체의 내부에 존재하도록 하는 제 2 릴리프면 (7) 이 절삭 치형부 (5) 의 아래쪽에서 가공된다. 제 2 릴리프면 (7) 은 지지면 (8) 의 길이를 따라 위쪽으로 연속되어서 원통형 본체의 외부 경계로부터 지지면 (8) 인 좁은 밴드만이 남아있는데, 이는 가공된 재료에 대한 마찰을 감소시킨다.

도 4 에는 절삭날 (10) 이 보다 자세하게 도시되어 있다. 절삭날 (10) 은 외부 절삭날 (12) 을 포함하는데, 이는 회전 축선 (L) 방향과 각 α₁ 을 이루는 거의 직선이고, 지지면 (8) 에 의해 외경이 제한되고, 절삭 치형부 (5) 의 최저점인 하부 제한선 (13) 에 의해 내직경이 제한된다. 각 (α₁) 은 일반적으로 약 80°의 값을 갖지만, 60 ~ 90°의 범위, 바람직하게는 75 ~ 88°의 범위, 가장 바람직하게는 80 ~ 87°의 범위를 갖기도 한다. 각 (α₁) 이 약 90°의 값에 도달하면 회전하는 외부 절삭날에 의해 형성된 회전면은 작은 원뿔 또는 평면이 된다.

하부 제한선 (13) 내부에서, 절삭날 (10) 은 회전 축선 (L) 의 방향과 각 (α₂) 을 이루는 거의 직선인 내부 절삭날 (14) 을 포함한다. 각 (α₂) 은 일반적으로 약 80°의 값을 갖지만, 60 ~ 90°의 범위, 바람직하게는 75 ~ 88°의 범위, 가장 바람직하게는 77 ~ 85°의 범위를 갖기도 한다. 따라서, 회전하는 내부 절삭날 (14) 의 회전으로 발생한 회전면은 원뿔형이다.

가공물로부터 절삭 공구의 절삭날에 부여된 대향력이 하부 제한선 (13) 의 양 측면에서 작용하여 반대 방향을 가질 때, 회전 축선 (L) 에 수직인 평면에서 절삭 치형부 (5) 상의 최종 힘이 감소되고, 따라서 공구는 절삭하는 동안 보다 안정해지게 된다. 각 (α₁) 이 약 90°인 경우에 (그리고 각 (α₂) < 90°), 내부 절삭날 (14) 상에 형성된 힘은 지지면 (8) 상의 힘에 의해 상쇄된다. 지지면 (8) 은 실제로는 선단 근처의 외경에서 공구의 축선 (L) 에 평행하게 확장한 부절 삭날에 대한 릴리프면이다. 그러나, 공구의 이송이 축방향을 따라 발생하여서, 지지면 (8) 의 릴리프 각은 작을 수도 있고 특히 드릴과 함께 0 에 가까울수 있으므로, 지지면들은 방사 방향에서 실제로 지지면의 역할을 할 수 있다. 또한, 부절삭날은 칩 홈의 선단에서 후방 끝으로 진행될 때 공구의 축을 향해 내부로 약간 기울어지며, 이는 추가적인 마찰을 방지하도록 공구가 자유롭게 회전할 수 있는 공간을 마련해주어서 공구가 가공물로부터 방사방향으로 빨리 멀어지도록 하는 추가적인 힘을 방지한다.

외부 절삭날 (12) 에서부터 부절삭날 (16) (일반적인 엔드밀에서는 주절삭날이 될 수 있음) 로의 천이부는, 전형적으로 공구 직경 (D) 의 1/5 ~ 1/ 20 정도인 반경 (R) 으로 둥글게 되고, 또한 이는 절삭 작업 동안 가공물과의 결합으로 인한 내부 절삭날의 (반대방향으로의) 기울어짐에 의해 부여된 방사 방향 외부로 향하는 힘과 반대로 작용하는 방사 방향 내부로 향하는 힘을 초래한다.

외부 절삭날 (12) 에서 내부 절삭날 (14) 로의 천이부를 형성하는 팁 (13) 의 반경 (r) 은 0.1 ~ 2 mm 정도이고 바람직하게는 약 0.2 mm 이다.

도 1 ~ 도 4 의 실시형태에서, 각 (α₁ 및 α₂) 는 거의 같은 값을 가지며 75 ~ 80°의 범위를 갖는다. 그러나, 상기 두 각 (α₁ 및 α₂) 은 동일하지는 않은데, 여기에서, 두 각 (α₁ 및 α₂) 의 값이 클수록 절삭력에 의해 발생한 측면 (중심맞춤 및 균형맞춤) 힘 또는 보다 자세하게는 절삭력과 반대로 작용하는 힘은 더 작아진다는 것을 주목해야 한다. 그러나, 만일 예를 들어 각 (α₁) 이 (α₂) 보다 크다면, 이는 가공물과 결합한 절삭날 (14) 의 길이를 절삭날 (12) 보다 크게 함으로써 상쇄된다. 또한, 축선 (L) 쪽으로 작용하는 힘은 또한 외부 절삭날 (12) 에서 부절삭날 (16) 로의 천이부에서 반경 (R) 을 갖는 둥글게 된 부분에 의해 생성되며, 이는 가공물과 결합한 절삭날 (14) 의 추가적인 길이에 의해 균형이 맞춰진다. 보다 자세하게는 도 7 ~ 도 9 에 도시되어 있다.

도 5 및 도 6 은 절삭 공구의 제 2 실시 형태를 보여주며, 여기에서 내부 절삭날 (14) 및 외부 절삭날 (12) 은 모두 하부 제한선 (13) 에서 끝이 나며 직선과 상이한 형태를 갖는다. 하부 제한선 (13) 이 회전축선 (L) 로부터 일정 거리를 갖고, 절삭하는 동안 내부 절삭날 (14) 이 있기 때문에 공구는 보다 안정해진다. 이 실시예에는 냉각 유체를 제공하기 위한 도관 (15) 이 도시되어 있다. 다른 안으로서, 냉각 유체가 샤프트를 통해 또는 외부에서 공급될 수 있다.

도 3 및 도 6 의 두 경우에 도시된 것처럼, 상기 공구의 4개의 치형부는 동일하고 절삭 치형부의 팁부 (13) 는 모두 공구의 중심까지 거의 동일한 거리를 갖는데, 즉 팁부 (13) 의 위치를 결정하는 원은 모든 절삭 치형부에서 동일하고, 이는 오늘날에는 바람직한 실시 형태이다. 그러나, 실시 형태는, 팁부가 공구 중심까지 동일한 거리를 갖는 반대편에 상으로 배치된 절삭 치형부가 형성될 수 있고, 반대편에 쌍으로 배치된 다른 치형부는 처음 언급한 것과는 달리 상이한 거리에 위치할 수 있다는 것을 고려해야 한다.

또한, 도 3 및 도 6 의 두 경우에 보이는 것처럼, 부절삭날 (16) 은 다소 작은 릴리프각을 가져서, 가공물로의 밀링 공구의 측면 이송이 거의 가능하지만, 도 7 ~ 도 9 에 설명된 방식으로 넓게 중복되는 다수의 드릴링 구멍에 의해 슬롯이 형성되어 슬롯벽의 파형 또는 그에 의해 형성된 다른 리세스를 야기하는 상황에서도 절삭날 (16) 이 작동될 수 있다. 일단 상응하는 슬롯이 축방향 밀링 가공에 의해 형성되면, 슬롯의 길이 방향을 따라 또는 파형 벽을 따라 공구의 측면 이송이 여전히 발생할 수 있고, 이 점에서 부절삭날 (16) 은 작동되어 파형 측벽의 내부의 돌출부를 절삭하여, 최종적으로 또는 본 공구의 방법으로 얻은 리세스 또는 홈의 매끄러운 표면을 얻게 된다.

만일 상기 홈 또는 리세스가 부절삭날을 지지하는 공구의 선단의 높이 (H) 보다 큰 깊이를 갖는다면, 제 1 평활 단계에서, 공구의 측면 이동시 선단이 H 보다 작은 깊이에서 슬롯과 결합하기 전까지 슬롯으로부터 회수하는 것이 필수가 될 수도 있고, 반면에 다음 단계에서 공구는 H 의 최대 거리보다 조금 작게 축방향으로 다시 나아가고 각각의 리세스의 벽 또는 슬롯을 따라 축방향으로 다시 나아가서, 홈 또는 리세스의 최종 깊이에 도달할 때까지 이 과정이 반복된다.

본원에 도시된 실시형태 이외에도, 절삭날 (10) 의 구성은 상이한 형상의 엔드밀에 사용될 수 있다. 예를 들어, 홈 (11) 의 개수는 변경될 수 있고, 절삭면 (9) 은 나선형일 수 있으며/또한 절삭 높이 (H) 는 절삭 직경 (D) 의 10 배 또는 20 배로 감소 또는 증가될 수 있다. 절삭 공구 (1) 는 HSS 또는 카바이드로 제조될 수 있고, 바람직하다면, TiN 코팅 또는 어떠한 다른 적절한 코팅으로 코팅될 수 있다. 본원에 도시된 바와 같이 완전체로부터 절삭 공구 (1) 를 형성하는 대신, 절삭날 (10) 로서 카바이드 인서트를 사용할 수 있다.

도 7 에서, 가공하는 동안 절삭 공구 (1) 로 제거되는 재료의 영역이 도시되었다. 절삭 공구 (1) 는 직경 (D) 및 회전축선 (L) 을 갖는다. 제 1 통로에서, 절삭 공구 (1) 는 회전 중심 (M₁) 에서 회전 축선 (L) 을 갖고, 이때 회전 축선 (L) 방향으로 이송 속도 (A) 로 삽입된 절삭 공구 (1) 의 둘레에서 최대 허용 속도에 의존하는 회전 속도로 회전하며, 0.5 D 와 동일한 절삭 반경 (R_T) 으로 재료를 제거한다. 제 1 통로를 절삭한 후에, 절삭 공구 (1) 는 가공 공구에 의해 회수되고 단차부 거리 (S_D) 를 이동하여서, 회전 축선 (L) 이 회전 중심 (M₂) 에 있고 절삭 공구 (1) 는 회전 축선 (L) 의 방향에서 삽입된다. 그 결과, 재료의 초승달형 영역은 제거된다.

만일 절삭 깊이가 절삭 치형부의 길이 (H) 보다 크다면, 상응하는 드릴은 제 1 통로에서 사용되거나, 다른 방법으로 선단에 의해 가공된 칩이 칩홈에 의해 제거 및 이송되고 직경이 감소된 생크부를 통과하도록 선단 절삭부에 바로 인접한 생크부의 직경이 감소된 본원에 따른 공구를 사용할 수 있다. 다른 안으로서, 제 1 통로가 H 보다 작은 깊이로 만들어진 후, 깊이 (H) 로 이미 생성된 인접한 구멍이 제 2 통로의 더 깊은 부분으로부터 칩을 제거하도록 하기 때문에, 절삭 공구는 회수되고 단차부 거리 (S_D) 로 이동되고 다시 H 또는 2H 보다 약간 작은 거리로 축방향 유입될 필요가 있다. 이 과정은 최종 원하는 깊이에 도달할 때까지 반복되며, 따라서 밀링 공정은 초승달형 영역을 더 제거하고 각각의 홈 또는 리세스의 전체 깊이를 따라 공구를 축방향으로 이송할 때까지 계속된다.

도 7 에서, 단차부 거리 (S_D) 는 0.2 D 또는 0.4 R_T 이다. 절삭 공구 (1) 의 외부 둘레 부근의 좁은 초승달형으로 재료를 잘라서, 절삭 속도는 초승달형 영역의 더 큰 부분에 대한 둘레에서 최대 허용 절삭 속도에 근접한다. 절삭 인서트는 또한 초승달형 영역의 내경에 가깝게 상당히 크기 때문에, 이송 속도가 큰 값으로 설정되어서 단차부 거리 (S_D) 를 사용한 절삭 공구 (1) 의 절삭 성능이 높아진다.

도 8 및 도 9 에 도시된 것처럼 단차부 거리 (S_D) 가 증가하면서, 하나의 통로에서 가공된 초승달형 영역이 증가할 것이다. 이는 단차부 거리 (S_D) 를 재위치시키는데 요구되는 시간의 손실을 적게 하고, 회전 축선 (L) 근처의 절삭 조건이 악화되면서 이송 속도 (A) 는 감소하게 된다. 이러한 이유 때문에, 최적의 절삭 조건 및 최적의 단차부 거리 (S_D) 는 절삭될 재료 및 절삭 공구 (1) 의 재료에 의존할 것이다. 일반적으로 도 8 에 도시된 것처럼 단차부 거리 (S_D) 가 약 0.3 D 일때, 우수한 절삭 결과와 절삭 성능을 얻을 수 있다는 것이 밝혀졌다.

절삭 공구 (1) 를 이용한 절삭 안정성은 절삭날 (10) 의 구성 , 특히 하부 제한선 (13) 의 반경에 의존한다. 절삭날 (10) 의 하부 제한선 (13) 의 반경에 대한 바람직한 해결책으로는, 초승달형 영역으로부터 내부 절삭날 (14) 에 의해 가공된 부피가 반경이 외부 절삭날 (12) 에 의해 가공된 초승달형 영역의 부피와 같도록 하는 반경을 갖는 것이다. 이 반경의 최소값에 대한 근사값은 주어진다. 도 7 , 도 8 및 도 9 에는 하부 제한선 (13) 의 반경의 최소치인 제 1 반경 (R₁) 및 절삭날 (10) 이 초승달형 영역을 절삭하는 가장 작은 반경인 작은 반경 (R₃) 이 도시되어 있다. R₃ 의 값은 공구 반경 (R_T) 에서 단차부 거리 (S_D) 를 뺀 값과 동일하다. 제 1 반경 (R₁) 은, 내부 반경이 작은 반경 (R₃) 과 같고 외부 반경이 제 1 반경 (R₁) 과 같은 링이 내부 반경이 제 1 반경 (R₁) 과 같고 외부 반경이 공구 반경 (R_T) 과 같은 링과 동일한 면을 갖도록 계산된다. 만일 절삭날 (10) 의 하부 제한선 (13) 이 적어도 제 1 반경 (R₁) 과 동일하다면, 내부 절삭날 (14) 의 절삭력이 절삭 공구 (1) 를 충분히 안정화시킨다는 것이 밝혀졌다. 그러나, 도면은 완벽히 실제 척도로 도시되지 않았고, 특히 도 7 의 R₁ 은 다소 크게 도시되어 있다.

적어도 두 내부 절삭날 (14) 이 초승달형 영역을 절삭할 때 약간의 환경 안정화가 관찰된다. 4 개의 절삭 치형부 (5) 가 있는 경우, 절삭날 (10) 의 하부 제한선 (13) 은 적어도 제 2 반경 (R₂) 과 같아야 한다. 대직경 (D) 으로 가능한 많은 수의 절삭 치형부 (5) 가 있는 경우에, 초승달형 영역을 절삭하는 적어도 2 개의 내부 절삭날 (14) 이 있다는 점에서 제 2 반경 (R₂) 은 더 작게 만들어질 수 있다. 이러한 경우에는, 또한 적어도 제 1 반경 (R₁) 과 동일한 절삭날 (10) 의 하부 제한선 (13) 의 반경을 갖는 것이 바람직하다.

상기와 같이, 각각 내부 절삭날 (14) 과 외부 절삭날 (12) 에 의해 가공될 재료의 상대적인 양은 가공물의 재료와 소정 길이의 절삭날을 결합시킴으로써 발생한 특정 방사 방향의 힘에 의존한다. 이 힘들이 축방향 이송 속도보다는 중심에서부터의 거리 및 회전 속도에 덜 의존하기 때문에, 균형 조건이 기하학적으로 더 간단하며, 가공물과 결합한 절삭날의 각 부분 (δ_i) 은 각각 δ_i cosα₁ 및 δ₂ cosα₂ 에 비례하는 방사 방향 힘에 기여하고, 여기서 i 는 내부 및 외부 절삭날을 각각 나타내며, 내부 절삭날 (14) 의 대응 부분 (δ_i) 에 의해 생성된 힘의 표시는 당연히 소정 길이의 절삭날 (12)(방사 내부 방향 힘을 유발) 로 인해 기여된 힘과 반대 방향이다(즉, 중심 축선에서 멀어짐).

요약하자면, 원 (R₁) 의 최적의 위치, 즉 내부 절삭날에서 외부 절삭날로의 천이부는 가공물과 결합하게 되는 내부 절삭날의 부분 (δ_i) 의 길이를 결정하는 단차부 거리 (S_D) 및 각 α₁ ,α₂ 의 값과 같은 개별적으로 설정 가능한 다수의 파라미터에 의존하며, 외부 절삭날은 그 전체 길이와 항상 완전하게 결합한다(즉, 외부 절삭날에 대한δ_i 는 항상 외부 절삭날의 전체 길이와 일치하고 실질적으로 R_T-R₁ 의 반경 차이와 일치한다).

또한, 일단 외부 절삭날 (12) 에서 부절삭날 (16) 로의 천이부에서 반경이 증가하면, 이 천이부는 축방향 이송하에 절삭됨으로써 야기되는 방사 내부 방향 힘을 더 증가시킬 수도 있다. 이는 각 α₁ 과 비교하여 각 α₂ 를 감소시켜서 상쇄 될 수 있고, 이로 인해 내부 절삭날의 경사면이 더 가파르게 되고, 내부 절삭날에 의해 야기된 방사 외부 방향 반응력을 증가시켜서, 외부 절삭날 (12) 에서 부절삭날 (16) 로의 둥글게 된 천이부의 더 큰 반경때문에 큰 힘을 상쇄시킨다.

또한, 약 90°의 실질적으로 동일한 둘레방향 거리에서 공구의 단면 부근에 위치한 적어도 4 개의 절삭날을 갖는 공구로, 도 7 ~ 9 에 기초하여 외부 절삭날 (12) 에 의한 초승달형부와 처음 결합할 시, 직경 방향으로 반대되는 절삭날의 외부 절삭날 (12) 은 여전히 초승달형부의 타단부와 연결되어 있고, 상기 외부 절삭날 (12) 이 직경 방향으로 반대되는 위치에 배치되어있기 때문에 이 두 외부 절삭날의 결합에 의해 야기된 내부 방향의 힘은 내부 절삭날 (14) 의 어떤 기여도 없이 서로 상쇄될 것이다.

그러나, 상기 두 절삭날 사이에 90°로 배치한 절삭날에 있어서, 가공물과 결합하는 직경 방향으로 반대되게 위치한 절삭날이 없고, 내부 절삭날 (14) 과 외부 절삭날 (12) 둘 다는 정해진 위치에서 가공물과 결합하고, 일단 천이점 (13) 이 적절하게 선택된 반경 (R₁) 에 위치하면 실질적으로 균형을 이루는 반대 방향으로 작용하는 힘을 야기한다. 그 후, 만일 상기 제 1 외부 절삭날 중 하나가 초승달형 영역을 벗어나도록 공구가 더 회전한다면, 직경 방향으로 반대되게 위치한 축상의 내부 절삭날은 이미 결합된 외부 절삭날 이외의 가공물과 결합하게 되고, 외부 절삭날 (12) 및 내부 절삭날 (14) 로 기인한 힘들은 균형맞춰준다.

공구의 축방향 이송 동안 밀링 가공되는 초승달형 부분의 특정 기하학적 구 조 때문에, 가공물과 내부 절삭날의 결합에 의해 발생한 방사 외부 방향으로의 힘이, 초승달형부와의 처음 결합할 시의 최저 값부터 초승달형부가 최대 치수 (즉, 단차부 거리 (S_D) 의 방향을 따라) 를 가질 때까지의 최대 값까지 일정하게 변화하고, 그 후 내부 절삭날 (14) 이 초승달형 단면을 벗어나자마자 상기 힘이 다시 0 으로 감소하는 것을 주목해야 한다.

따라서, 적어도 4 개의 절삭날 (즉, 4 개의 내부 절삭날 및 4 개의 외부 절삭날) 을 갖고 예를 들어 S_D = 0.3 D 와 같이 도 8 에 도시된 것처럼 충분한 단차부 거리 (S_D) 를 제공하는 것이 가장 합리적이고, 이로써 일단 내부 절삭날 중 하나가 가공물과 최대 결합한 지점을 통과하여서 절삭날의 방사 방향 균형력이 감소하면, 다음 내부 절삭날이 초승달형 단면으로 들어가서, 공구상에 증가하는 균형력을 부여하기 시작하는 효과를 가져온다.

따라서, 경사진 절삭날에 의해 발생한 방사 내부 및 외부 방향으로의 힘은 공구의 일체 회전 동안에는 완전하게 균형적일 수 없지만, (경사진 절삭날없이) 불균형의 발생시키는 다른 것이 실질적으로 감소되며, 따라서 공구에 작용하는 어떠한 최종 반경 반향의 힘은 부분적인 또는 전체적인 균형력에 의해 확실히 감소한 어떠한 평균값을 중심으로 약간 변하게 된다.

요약하자면, 전술한 법칙에 있어서, 외부 절삭날이 모든 추가적인 파라미터에 의존하는 최적 조건에 대략 근사함에 따라 내부 절삭날은 대략 동일양의 재료를 절삭한다. 상기 고려사항들을 모두 고려하여, 천이점 (13) 에 의해 정의된 원 의 반경이 공구 반경의 0.74 ~ 0.78 범위이고, 각 α₁ 및 α₂ 가 예를 들어 79 °와 82 °사이와 같이 모두 약 80 °로 동일하고, 단차부 거리 (S_D) 가 약 0.3 × D (D 는 공구의 직경) 로 선택되면, 4 개의 절삭날을 갖는 공구에 대한 파라미터의 최적 설정을 얻을 수 있음을 알 수 있다. 또한, 따라서 외부 절삭날 (12) 에서 부절삭날 (16) 로의 천이부의 반경 (R) 은 0.1 ×R_T (R_T 는 공구의 반경) 정도의 범위여야 한다.

Claims (24)

1. 회전 축선 (L) 을 갖는 회전체 및 회전 축선에 대해 평행한 제 1 방향으로 회전체가 이동하는 동안 재료를 절삭하기 위한 절삭날 (10) 을 포함하는 재료 절삭용 공구에 있어서,

   절삭날 (10) 은 제 1 방향으로 대직경에서는 높고 소직경에서는 낮게 위치한 회전부의 제 1 표면상에 놓인 내부 절삭날 (14) 을 포함하고,

   내부 절삭날 (14) 보다 큰 직경에서, 외부 절삭날 (12) 이 제 1 방향으로 대직경에서는 낮고 소직경에서 높은 회전부의 제 2 표면상에 놓인 것을 특징으로 하는 재료 절삭용 공구.
2. 제 1 항에 있어서, 내부 절삭날은 실질적으로 공구의 중심으로 연장하는 것을 특징으로 하는 재료 절삭용 공구.
3. 제 1 항에 있어서, 외부 절삭날은 실질적으로 공구의 외경으로 연장하는 것을 특징으로 하는 재료 절삭용 공구.
4. 제 1 항에 있어서, 제 1 표면 및 제 2 표면은 원 (circle) 에서 교차하고 내부 절삭날 (14) 및 외부 절삭날 (12) 은 상기 원으로 연장하는 것을 특징으로 하는 재료 절삭용 공구.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 원은 외부 절삭날 (12) 의 최대 직경의 적어도 절반의 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 재료 절삭용 공구.
6. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서, 상기 원의 직경이 0.5D ~ 0.9D 의 범위가 되고, D 는 공구의 직경인 것을 특징으로 하는 재료 절삭용 공구.
7. 제 6 항에 있어서, 상기 원의 직경이 0.6D ~ 0.8D 의 범위가 되고, D 는 공구의 직경인 것을 특징으로 하는 재료 절삭용 공구.
8. 제 1 항에 있어서, 제 1 표면은 원뿔인 것을 특징으로 하는 재료 절삭용 공구.
9. 제 1 항에 있어서, 제 2 표면은 원뿔인 것을 특징으로 하는 재료 절삭용 공구.
10. 제 1 항에 있어서, 제 1 및 제 2 표면이 원뿔인 것을 특징으로 하는 재료 절삭용 공구.
11. 제 8 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 원뿔의 각 (α₁, α₂) 은 모두 65°보다 큰 것을 특징으로 하는 재료 절삭용 공구.
12. 제 11 항에 있어서, 상기 원뿔의 각 (α₁, α₂) 은 모두 75°보다 큰 것을 특징으로 하는 재료 절삭용 공구.
13. 제 7 항에 있어서, 원뿔의 각 (α₁, α₂) 은 모두 77°~87°인 것을 특징으로 하는 재료 절삭용 공구.
14. 제 10 항에 있어서, 제 1 표면의 원뿔의 꼭지각 (α₂) 및 제 2 표면의 원뿔의 꼭지각 (α₁) 이 같은 것을 특징으로 하는 재료 절삭용 공구.
15. 제 1 항에 있어서, 외부 절삭날 (12) 에서 내부 절삭날 (14) 로의 천이부가 0.1 mm ~ 2 mm 의 곡률 반경 (r) 을 갖는 둥글게 된 단부를 따라 형성되는 것을 특징으로 하는 재료 절삭용 공구.
16. 제 1 항에 있어서, 외부 절삭날 (12) 근방에 회전체의 외측 둘레에 회전 축선 (L) 에 평행한 원통형의 표면에 있는 지지면 (8) 이 제공되는 것을 특징으로 하는 재료 절삭용 공구.
17. 제 1 항에 있어서, 내부 절삭날 (14) 및 외부 절삭날 (12) 은 절삭 치형부 (5) 를 형성하는 것을 특징으로 하는 재료 절삭용 공구.
18. 제 12 항에 있어서, 지지면 (8) 은 절삭 치형부에 위치하는 것을 특징으로 하는 재료 절삭용 공구.
19. 제 14 항 또는 제 15 항에 있어서, 공구 (1) 는 적어도 2 개의 절삭 치형부 (5) 를 갖는 것을 특징으로 하는 재료 절삭용 공구.
20. 제 16 항에 있어서, 상이한 절삭 치형부의 팁 (13) 은 공구의 중심에 대해 동일한 원에 위치한 것을 특징으로 하는 재료 절삭용 공구.
21. 제 1 항에 있어서, 가공 공구의 클램프 (2) 에 공구를 고정하기 위한 생크 (4) 가 공구 (1) 에 제공되며, 상기 생크는 클램프와 절삭날 (10) 사이의 거리가 절삭날의 직경 (D) 의 4 배 이상인 것을 특징으로 하는 재료 절삭용 공구.
22. 제 1 항에 따른 공구를 사용하여 재료를 가공하는 방법으로서, 공구는 회전되고 제 1 이동시 회전 축선 (L) 의 방향으로 재료로 이동되고, 회수되어, 회전 축선에 대해 수직인 방향으로 단차 거리 (S_D) 를 이동하고, 다음 이동시 회전 축선의 방향으로 재료로 이동하여, 재료의 초승달형 부분을 절삭하는 재료를 가공하는 방법에 있어서,

    단차 거리 (S_D) 는, 내부 절삭날 (14) 에 의해 재료의 초승달형 영역으로부터 가공된 부피가 외부 절삭날 (12) 에 의해 가공된 부피와 동일하도록 되는 것을 특징으로 하는 재료를 가공하는 방법.
23. 제 1 항에 따른 공구를 사용하여 재료를 가공하는 방법으로서, 공구는 회전되고 제 1 이동시 회전 축선 (L) 의 방향으로 재료로 이동되고, 회수되고, 회전 축선에 대해 수직인 방향으로 단차 거리 (S_D) 를 이동하고, 다음 이동시 회전 축선의 방향으로 재료로 이동하여, 재료의 초승달형 부분을 절삭하는 재료를 가공하는 방법에 있어서,

    단차 거리 (S_D) 는, 항상 두 개 이상의 내부 절삭날 (14) 이 재료의 초승달형 부분을 절삭하게 되는 것을 특징으로 하는 재료를 가공하는 방법.
24. 제 14 항 또는 제 15 항에 있어서, 공구 (1) 는 4 개의 절삭 치형부 (5) 를 갖는 것을 특징으로 하는 재료 절삭용 공구.

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