KR101746483B1

KR101746483B1 - 다날 엔드밀

Info

Publication number: KR101746483B1
Application number: KR1020137032502A
Authority: KR
Inventors: 마코토 바바; 준이치 히라이
Original assignee: 미츠비시 히타치 쓰루 가부시키가이샤
Priority date: 2011-06-17
Filing date: 2011-12-27
Publication date: 2017-06-13
Also published as: JP5188638B2; CN103764326A; EP2722121A1; EP2722121B1; CN103764326B; WO2012172710A1; US20140205390A1; JP2013018110A; KR20140061317A; US9579734B2; EP2722121A4; WO2012172710A8

Abstract

[과제] 다날 엔드밀을 사용하여 임펠러 등의 박육 소재를 고속 이송으로 가공할 경우에 발생하는 절삭 부스러기의 배출성을 양호하게 한다. [해결수단] 다수의 절삭날을 구비한 절삭날부(3)와, 공구 축(O) 주위의 회전 방향으로 인접하는 절삭날 사이에 형성된 날 홈(8)을 갖는 다날 엔드밀(1)에 있어서, 절삭날의 절삭면은 공구축(O)에서 섕크부(2)의 외주에 걸쳐 바닥날(6)의 절삭면(6a), 이에 인접하고 바닥날(6)의 절삭면(6a)과 다른 면을 형성하는 코너R날(5)의 절삭면(5a), 및 이에 인접하고 코너R날(5)의 절삭면(5a)과 다른 면을 형성하는 외주날(4)의 절삭면(4a)으로 구성된다. 바닥날(6)의 절삭면(6a)과 이에 회전 방향(R) 전방으로 인접하는 바닥날(6)의 여유면(6b) 사이에, 날 홈(8)에 연속하는 공간을 구성하는 개쉬(7)를 형성하고, 바닥날(6)의 절삭면(6a)에 개쉬(7)를 구성하는 한쪽 면을 겸하게 한다.

Description

다날 엔드밀{MULTI-FLUTE ENDMILL}

본 발명은 예를 들어, 터빈이나 과급기 등의 회전기계장치에 사용되는 박육(thin-walled) 임펠러나 블레이드 등을 3축 또는 5축 제어의 공작 기계로 절삭 가공하여 제조할 때, 이 공작 기계에 장착하여 임펠러 등의 소재에 대해 고속 이송의 가공을 할 수 있도록 개선한 다수의 절삭 날을 구비한 다날 엔드밀에 관한 것이다.

터빈, 과급기 등의 회전 기계 장치에 사용되는 박육 임펠러(날개차), 블레이드 등은 예를 들면, 인코넬(등록상표) 718 등의 Ni계 내열 합금, 스테인리스 강 또는 티탄 합금제의 난삭성 합금 소재(난삭재)를 공작기계의 회전축 상에 고정한 상태로 엔드밀 등의 절삭공구를 회전시키면서 다축 제어를 하여, 이 난삭재에 대해 황삭 가공, 중간마무리 가공 및 마무리 가공 등, 복수의 절삭 가공을 함으로써 제조된다.

이 마무리 가공에서는 난삭재의 소재 표면을 만곡된 곡면형으로 마무리 가공할 필요가 있기 때문에, 종래부터 볼 엔드밀, 테이퍼볼 엔드밀, 또는 외주날, 코너날 및 바닥날로 이루어진 날부를 구비한 래디어스 엔드밀(radius endmill)이 사용되었다. 또한, 최근에는 다수의 날부를 갖춘 다날 래디어스 엔드밀(이하에서는 '다날 엔드밀'이라고도 한다)이 점차 사용되었다.

또한, 이하의 설명에서 본 발명의 다날 엔드밀이 절삭 가공의 대상물(피삭재)로서, 그 표면이 만곡된 곡면을 갖는 박육의 임펠러, 블레이드, 베인(vane) 등과 같은 박육 만곡 부재의 대상물을 통일하여 '임펠러'라는 명칭으로 설명한다.

공작기계에 테이퍼볼 엔드밀이나 래디어스 엔드밀 등을 장착하여 임펠러의 절삭 가공을 하는 종래 기술에 관하여 특허문헌 1에는 대형 임펠러에 대해 그의 얇은 날개부에 결손을 발생시키는 일 없이, 고정도(高精度)로 가공하는 공구(테이퍼볼 엔드밀)를 사용한 절삭 방법의 발명이 제안되었다. 이 특허문헌 1의 단락[0013]에는 임펠러의 소재를 회전축 상에 고정하고, 회전하는 테이퍼볼 엔드밀을 3축 제어로 날개부의 표면을 따라 수치 제어하여 날개부를 절삭 가공하는 방법이 기재되어 있으나, 공구 자체에 가공을 하기 위한 고안이 있을 리는 없다.

특허문헌 2에는 복잡한 3차원 곡면 형태를 갖는 수차 발전장치의 런너 베인(runner vane) 등의 가공 대상물에 대해 절삭 가공을 한 후에, 절삭가공 면을 기본으로 연삭 가공을 수행함으로써 고정도로 가공할 수 있는 3차원 곡면 가공장치 및 3차원 곡면 가공방법에 관한 발명이 제안되었다. 그러나, 이 발명은 공구(볼 엔드밀)자체의 발명은 아니다.

한편, 다날 엔드밀에 관한 종래 기술로는 예를 들어, 특허문헌 3에 기재된 고안이 제안되었다. 특허문헌 3에 기재된 다날 엔드밀은 도 2, 도 4, 및 도 8에 도시된 바와 같이, 다수의 절삭날(도 4에서는 날의 개수가 16개임)을 갖는 외주날을 공구축 방향으로 경사지게 함과 동시에, 축 방향으로 공구 선단에서 중간부에 걸쳐 절삭 부스러기의 배출을 위한 홈을 회전 방향 전방에서 후방을 향하여 경사지게 한다.

특허문헌 4에는 홈 절삭 등의 중(重)절삭에 적합한 래디어스 엔드밀의 발명이 제안되어 있다. 특허문헌 4의 도 7 및 도 8에 도시된 래디어스 엔드밀은 외주에 비틀린 외주 절삭날을, 바닥날의 외주에 원호형 날(코너R날)을 각각 가지며, 그 비틀린 외주 절삭날에 대해 직각 방향의 단면에서 날 홈면 형상이 절삭면에서 날바닥, 배면을 거쳐 인접하는 외주 절삭날의 3번 면에 이르는 형상 곡선이 거의 U자형을 나타냄으로써 절삭 부스러기의 배출성을 높인다. 또한, 원호형 날의 절삭면을 외주 절삭날 단에서 바닥날의 단부에 이르기까지 원호형 날의 절삭날을 따라 연속한 볼록 면으로 함으로써 손상에 대해 보강한다.

특허문헌 5에는 공구 본체의 선단부에 신개선(involute 또는 involute of circle)의 법선(normal)형으로 형성된 다수의 절삭날을 구비한 엔드밀이 제안되었다. 이 특허문헌 5의 다날 엔드밀은 절삭 부스러기의 배출성을 양호하게 하기 위해, 공구 본체의 선단부에 있어서, 외주부에서 엔드밀의 회전 중심 방향을 향해 다수의 절삭날을 중심에서 외주를 향해 회전 방향 후방으로 경사지게 한다. 이 다수의 절삭날은 냉각제(coolant, 또는 윤활)액을 공급하는 공급 구멍부의 외주벽과 접하도록, 공구 본체의 지름 방향과 각도α를 이루는 방향이 되게 형성된다. 인접하는 절삭날 사이에는 절삭 부스러기의 배출을 양호하게 하기 위한 오목부가 되는 반경 방향 틈새 표면(radial clearance surface, 39)과 칩 룸(chip room, 45)이 형성되어 있다(도 2 참조).

특허문헌 6에는 고속절삭가공을 위해, 공구 본체의 선단부에 회전 중심축 방향을 향하는 다수의 절삭날(cutting teeth)과 이 선단부에 이어지는 외주부에 나선형으로 형성된 다수의 절삭날을 형성한 엔드밀(MULTI-FLUTED MILLING CUTTER)이 제안되었다. 이 다수 엔드밀은 날의 개수를 적어도 20개 이상 형성한 다중 날로 하는 것이 기재되어 있다(도 2 참조).

웹 페이지인 하기 비특허문헌 1에는 난삭재인 티탄 합금 등의 항공기용 부재를 고능률로 절삭 가공하기 위한 다날 엔드밀(Milling Cutter)에 관한 정보가 기재되어 있다. 이 다날 엔드밀은 동 웹 페이지에 기재되어 있는 바와 같이, 공구 본체의 선단부와 선단부에 이어지는 외주면에 다수의 절삭날을 형성한 것이다.

[특허문헌 1] 일본공개특허 제 2002-36020호 공보 [특허문헌 2] 일본공개특허 제 2009-226562호 공보 [특허문헌 3] DE 제 20 2009 013 808 U1호 공보 [특허문헌 4] 일본공개특허 제 2003-159610호 공보 [특허문헌 5] 국제공개특허 제 2010/104453(A1)호 공보 [특허문헌 6] GB 제 2364007(A)호 공보

[비특허문헌 1] Technicut사 웹 페이지:Technicut/Optimised Tooling Solutions, 2008(http://www.technicut.ltd.uk/aerospace-aeroengine.html)

특허문헌 1 및 2에서는 임펠러를 절삭 가공하는 공구로서 볼 엔드밀을 사용하는 경우가 기재되어 있지만, 볼 엔드밀에서 절삭날의 날 수가 일반적으로 '2∼4'로 설정되어 있어서, 본 발명의 목적으로 하는 고속 이송 가공은 실현 불가능하다.

특허문헌 3에 기재된 다날 래디어스 엔드밀은 임펠러의 만곡된 곡면을 절삭 가공하기 위해, 공구 본체의 선단부에 형성된 다수의 냉각제 구멍의 배치나 방향을 개선한 기술에 관한 것이다. 동 문헌의 도 4 및 도 8에는 다수 형성된 바닥날에 있어서, 인접하는 바닥날 사이에 홈부를 형성하여 절삭 부스러기를 외부로 배출하는 구성이 개시되어 있으나, 동 특허문헌에는 고속 이송 가공을 실행하여 절삭 부스러기의 배출을 양호하게 하기 위하여, 래디어스 엔드밀의 바닥날, 코너R날, 외주날, 및 이들 절삭날의 절삭면이나 여유면, 또한 칩 포켓의 구성 등에 대해서는 구체적으로 아무런 기재도 되어있지 않다.

특허문헌 4에 개시된 래디어스 엔드밀은 홈의 절삭 시의 바닥날에 의한 절삭 부스러기의 배출성을 개선하기 위해서, 날 홈면을 오목 곡면 형태로 형성하였으나, 코너R날을 사용하여 절삭 가공했을 때의 절삭 부스러기에 대한 배출성을 개선하기 위한 엔드밀은 아니다.

또한, 특허문헌 4에 개시된 래디어스 엔드밀의 절삭날의 날 수는 4개인 경우뿐이고, 절삭날을 6개 이상의 다중 날로 하여 고속 이송의 절삭 가공을 할 경우에, 절삭날의 구성을 어떻게 할지에 대해서는 전혀 개시되어 있지 않다. 또한, 특허문헌 4에 기재된 엔드밀은 도 2 중의 절삭면(4), 날바닥(5), 배면(6)에서부터 인접하는 절삭날의 3번 면(7)까지 U자형의 오목 곡면 형태로 매끄럽게 연삭되어 있다. 그러나, 이 오목 곡면 형태의 부분은 후술하는 바와 같이, 본 발명에 관한 엔드밀의 날 홈(8) 및 날 홈면(8a)에 해당하는 부분인 점에서 본 발명의 엔드밀과는 구조가 다르다. 즉, 특허문헌 4에 기재된 엔드밀의 오목 곡면 형태의 부분은 본 발명에 관한 엔드밀의 V자형 등의 공간을 구성하는 개쉬(gash, 7) 및 개쉬면(7a)이 아니기 때문에, 본 발명의 엔드밀과 구조상으로 상위하다. 따라서, 본 발명의 목적으로 하는 고속 이송 가공을 실현할 수 없다.

특허문헌 5에는 절삭 부스러기의 배출성을 양호하게 하기 위해, 공구 본체의 선단부에 있어서, 외주부에서 엔드밀의 회전 중심 방향을 향해 다수의 절삭날(바닥날)을 방사상으로 형성함은 물론, 인접하는 절삭날 사이에 오목부(반경 방향 틈새 표면(39)과 칩 룸(45))를 형성한 것이 개시되어 있다. 그러나, 이 오목부의 구체적인 구성, 예를 들면, 고속 이송 가공을 실행하기 위한 바닥날, 코너R날, 외주날 및 이들 절삭날의 절삭면이나 여유면, 또한 칩 포켓의 구성 등에 대해서는 구체적으로 아무런 기재도 되어 있지 않다.

특허문헌 6에는 공구 본체의 선단부와, 이 선단부에 이어지는 외주부에 적어도 20개 이상 다수의 절삭날을 형성한 엔드밀이 개시되어 있으나, 고속 이송 가공을 실시하기 위한 바닥날, 코너R날, 외주날 및 이들 절삭날의 절삭면이나 여유면, 또한 칩 포켓의 구체적인 구성 등에 대해서는 기재되어 있지 않다.

비특허문헌 1에는 난삭재인 티탄 합금 등의 항공기용 부재를 고능률로 절삭 가공하기 위한 다날 엔드밀의 사진 도면이 개시되어 있으나, 다날의 절삭날을 각각 구성하는 바닥날, 코너R날, 외주날 및 이들 절삭날의 절삭면이나 여유면, 또한 칩 포켓의 구체적인 구성 등에 대해서는 언급되어 있지 않다.

따라서, 상기 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해, 본 발명의 목적은 고속 이송의 절삭 가공을 하여도, 고정도(高精度)의 절삭면이 얻어짐은 물론, 절삭 부스러기의 배출성을 현저하게 향상시켜 고효율 가공을 실현한 다날 엔드밀을 제공하는 데 있다. 특히, Ni계 초내열 합금 등의 난삭성 합금 소재의 박육 부재로 이루어지고, 만곡된 곡면으로 구성된 임펠러의 표면을 3축이나 5축의 NC 공작기계를 사용하여 예를 들면, 축방향 절삭깊이량을 1mm 이상으로 하는 고속 이송의 마무리 절삭 가공을 가능하게 하고, 또한 그와 같은 고속 이송의 절삭 가공을 하는 경우에도 발생하는 절삭 부스러기를 양호하게 배출가능한 다날 엔드밀을 제공하는 데 있다.

또한, 상기 '다날 엔드밀'은 공구 본체의 외주면에 형성된 외주날과, 이 외주날의 한 단부에 연속하며, 공구 본체의 단부 외주부에 형성된 코너R날과, 코너R날의 다른 단부에 연속하며, 공구 본체의 단면(선단)부에서 공구축 방향으로 형성된 바닥날을 1단위의 절삭날(1개의 날 수)로 한 경우에, 이 절삭날의 날 수(개수)가 6개 이상으로 구성된 래디어스 엔드밀을 말한다.

상기 언급한 과제를 해결하기 위해서, 청구항 1에 기재한 발명의 다날 엔드밀은 섕크(shank)부의 선단부에 형성되며, 공구축에서 상기 섕크부의 반경 방향 외주에 걸쳐 바닥날(底刀), 상기 바닥날에 연속하는 코너R날, 및 상기 코너R날에 연속하는 외주날로 구성되는 다수의 절삭날을 구비한 절삭날부와, 상기 공구축 주위의 회전 방향으로 인접하는 상기 절삭날 사이에 형성된 날 홈(刀溝)을 갖는 다날(多刀) 엔드밀로서,

상기 절삭날의 절삭면은 상기 공구축에서 상기 섕크부의 외주에 걸쳐 상기 바닥날의 절삭면, 상기 바닥날의 절삭면에 인접하고, 상기 바닥날의 절삭면과 다른 면을 형성하는 상기 코너R날의 절삭면, 및 상기 코너R날의 절삭면에 인접하고, 상기 코너R날의 절삭면과 다른 면을 형성하는 상기 외주날의 절삭면으로 이루어지며,

상기 외주날의 절삭면은 상기 코너R날의 단부에서 상기 코너R날의 절삭면에 인접함과 동시에, 상기 날 홈을 구성하는 한쪽의 날 홈면을 겸하고, 상기 코너R날의 절삭면은 상기 공구축의 단부에서 상기 바닥날의 절삭면에 인접하며,

상기 바닥날의 절삭면과 회전 방향 전방으로 그 바닥날에 인접하는 바닥날의 여유면 사이에는 상기 날 홈에 연속하는 공간을 구성하는 개쉬(gash)가 형성되고, 상기 바닥날의 절삭면은 상기 개쉬를 구성하는 한쪽 면을 겸하고 있음을 특징으로 한다.

그에 더하여, 섕크부에 대한 개쉬와 날 홈의 형성 상태를 도식적으로 나타내는 도 17과 같이, 개쉬를 구성하는 바닥날의 절삭면과 회전 방향 전방으로 그와 마주보는 개쉬면이, 공구축과 직교하는 단면(S1)에서 공구축(O)을 지나고, 서로 교차하는 반경 방향의 다른 직선 AB, AE를 각각 포함하며, 공구축 상에서 서로 회전 방향으로 각도(Ψ)를 이루어 교차하는 면(평면과 곡면을 포함)을 형성하고, 적어도 개쉬면이 공구축(O)을 지나는 상기 반경 방향의 한쪽 직선 AB를 포함하는 평면 ABCD에 대하여, 섕크부의 선단부에서 중간부에 걸쳐 회전 방향 후방으로 경사진 면(비틀림 면을 포함) ABC'D'를 이룬 상태로, 바닥날의 절삭면(AEFD를 포함하는 면)과 교차하는 것을 특징으로 한다. 따라서, 개쉬(7)를 구성하는 바닥날의 절삭면과 개쉬면이 서로 교차하는 상태가 된다.

또한, 본 발명은 상기 날 홈이 한쪽 날 홈면을 겸하는 상기 외주날의 절삭면과, 회전 방향 전방으로 그 외주날의 절삭면과 마주보는 날 홈면으로 구성되며, 상기 외주날의 절삭면과 마주보는 날 홈면이 상기 개쉬면에 대하여, 상기 절삭날부의 반경 방향 내주에서 반경 방향 외주에 걸쳐 상기 회전 방향 전방으로 경사짐은 물론, 상기 절삭날부의 선단부에서 중간부에 걸쳐 상기 회전 방향 후방으로 경사져 있음을 특징으로 한다.

이 경우에 대해 바꾸어 말하면, 상기 날 홈은 한쪽 날 홈면을 겸하는 상기 외주날의 절삭면과, 회전 방향 전방으로 그 외주날의 절삭면과 마주보는 날 홈면으로 구성되며, 날 홈면이 공구축을 지나는 상기 반경 방향의 한쪽 직선 AB를 포함하는 상기 경사진 면 ABC'D'를 이루는 개쉬면에 대해, 반경 방향 외주, 또는 내주가 회전 방향 후방으로 경사 각도(ζ)를 이루도록 경사진 면(GIKL)을 형성하는 것이다. 따라서, 개쉬(7)에서 날 홈(8)으로 이송되는(배출되는) 절삭 부스러기를 날 홈(8) 내에서 회전 방향(R) 후방으로 돌아서 들어가도록 작용시킬 수 있다.
또한, 청구항 2에 기재한 바와 같이, 날 홈(8)의 한쪽 날 홈면을 겸하는 외주날의 절삭면(4a)이 바닥날의 절삭면(6a)(AEFD를 포함하는 면)에 대하여, 반경 방향 외주 또는 내주가 회전 방향(R) 후방으로 경사 각도(η)를 이루도록 경사진 면(GMNH)을 형성하고 있는 경우에는 외주날의 절삭면(4a)(GMNH)이 섕크부(2)의 외주면보다 공구축(O)에 위치하는 점(G)에서 외주의 점(M)에 걸쳐 회전 방향(R) 전방에서 후방으로 향하는 면을 이룬다. 이 때문에, 절삭 부스러기를 날 홈(8) 내에서 회전 방향(R) 후방으로 돌아서 들어가도록 작용하여 절삭 부스러기의 배출성이 향상된다.
청구항 3에 기재한 발명은 청구항 1 또는 청구항 2에 기재한 발명에 있어서, 상기 개쉬가 상기 섕크부를 상기 공구축(O) 방향으로 봤을 때, 중심각을 가진 부채꼴 형태로 형성되어 있음을 특징으로 한다.

청구항 5에 기재한 발명은 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 기재한 다날 엔드밀에 있어서, 상기 날 홈과 상기 개쉬의 체적의 합(칩 포켓의 체적)이, 상기 외주날의 형성 개시점에서 다날 엔드밀의 날 지름이 10mm∼30mm이고, 절삭날의 수가 6∼30개일 때, 25㎣∼120㎣의 범위에 있음을 특징으로 한다.

청구항 6에 기재된 발명은 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 기재한, 또는 청구항 5에 기재한 다날 엔드밀로서, 도 2에 도시한 바와 같이, 상기 외주날이 상기 섕크부의 공구축 방향으로 다날 엔드밀의 선단부에서 중간부에 걸쳐 회전 방향 후방을 향하는 경사(내리막 경사)를 이루도록 형성되어 상기 코너R날에 연속함은 물론, 상기 경사의 공구축에 대한 경사 각도(α)가 5°이상 10°이하의 범위로 설정되어 있음을 특징으로 한다.

청구항 7에 기재된 발명은 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 기재된 다날 엔드밀로서, 외주날의 형성 개시점에서 다날 엔드밀의 날 지름이 10mm∼30mm이고, 상기 절삭날의 수가 6∼30개일 때, 상기 날 홈과 상기 개쉬의 체적의 합이 25㎣∼120㎣의 범위에 있으며, 상기 외주날이 상기 섕크부의 공구축 방향으로 다날 엔드밀의 선단부에서 중간부에 걸쳐 회전 방향 후방을 향하는 경사를 이루도록 형성되어 상기 코너R날에 연속하며, 상기 경사의 공구축에 대한 경사각도(α)가 5°이상 10°이하의 범위로 설정되어 있음을 특정으로 한다.

상기 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 기재한 다날 엔드밀에서는 도 4에 도시한 바와 같이, 상기 바닥날의 절삭면과 회전 방향 전방으로 그 바닥날에 인접하는 바닥날의 여유면 사이에 형성된 개쉬의 홈과, 상기 공구축과 직교하는 단면이 이루는 개쉬 각도(β)가 15°이상 45°이하의 범위로 설정되는 것이 적절하다. '개쉬의 홈'은 상기한 바와 같이, 개쉬(7)를 구성하는 2면(도 2에 도시한 바닥날의 절삭면(6a)과 개쉬면(7a))이 섕크부(2)의 축방향 중간부에서 교차하여 형성되는 홈(교선)이며, 섕크부(2)의 중심에서 외주에 걸쳐 섕크부(2)의 축방향 선단에서 중간부를 향하는 경사(개쉬 각도(β))가 이루어져 있다.

또한, 도 3에 도시한 바와 같이, 다날 엔드밀의 선단부에서 상기 공구축 방향으로 절삭날부를 봤을 때, 상기 바닥날과 이 바닥날의 여유면에서 상기 섕크부의 회전 방향 후방의 능선이 이루는 각도를 바닥날의 여유면 폭의 각도(a)로 하고, 이 바닥날의 여유면에서 상기 회전 방향 후방의 상기 능선과 이 바닥날에 대해 상기 회전 방향 후방에 인접하는 바닥날이 이루는 각도를 개쉬의 열림 각도(b)로 했을 때, 상기 각도(b)가 상기 각도(a)의 1.5배 이상 3배 이하의 범위가 되도록 상기 바닥날이 배치되어 있는 것이 적합하다.

또한, 도 5에 도시한 바와 같이, 상기 외주날과 상기 코너R날의 연결부에서 축 직각 단면의 절삭각이 3°이상 10°이하의 범위로 설정되어 있는 것이 적절하며, 도 6 내지 도 8에 도시한 바와 같이, 상기 바닥날, 상기 코너R날, 및 상기 외주날 각각의 접선과 직교하는 방향의 단면에서의 여유각이 상기 바닥날, 상기 코너R날, 상기 외주날마다 일정하게 설정되어 있는 것이 적합하다.

또한, 도 2에 도시한 바와 같이, 상기 절삭날부에 형성된 상기 절삭날의 날 길이가 외주날의 형성 개시점에서 다날 엔드밀의 날 지름의 30% 이상 60% 이하의 범위로 설정되어 있는 것이 적절하고, 도 4에 도시한 바와 같이 상기 코너R날의 R형태부의 곡률반경이 외주날의 형성 개시점에서 다날 엔드밀의 날 지름의 10% 이상 20% 이하의 범위로 설정되어 있는 것이 바람직하다.

본 발명의 다날 엔드밀에서는 적어도 상기 절삭날부의 표면, 바람직하게는 전 표면에, 또는 상기 절삭날부를 포함하는 상기 엔드밀의 전 표면에 AlCr계 경질 피막이 피복되어 있는 것이 적절하다.

절삭날의 절삭면을 구성하는 바닥날의 절삭면과 외주날의 절삭면 사이에, 양 절삭면에 인접하고, 각각의 면과 다른 면을 형성하는 코너R날의 절삭면을 형성하였다. 이렇게 함으로써, 코너R날의 절삭면이, 개쉬를 구성하는 바닥날의 절삭면과 날 홈을 구성하는 외주날의 절삭면 간의 단차를 완화하고, 개쉬에 들어온 절삭 부스러기를 날 홈으로 배출하도록 유도하는 도입부분으로서 작용할 수 있다.

또한, 코너R날의 절삭면은 외주날의 절삭면과 코너R날의 여유면 사이에서 양면 간의 단차를 완화함으로써, 외주날의 절삭면이 구성하는 날 홈의 공간 용적(체적)을 증가시켜, 날 홈 내에서 절삭 부스러기의 체류(머무름)를 발생하기 어렵게 한다. 그 결과, 절삭 부스러기를 개쉬에서 날 홈으로 배출하는 효과를 촉진하는 작용도 발휘하기 때문에, 절삭 가공 시에 발생하는 절삭 부스러기의 배출성을 양호하게 할 수 있다.

본 발명에서, 개쉬를 구성하는 바닥날의 절삭면과 회전 방향 전방으로 그와 마주보는 개쉬면을 서로 교차하는 면이 되도록 각각의 면을 형성하면, 강성을 해하는 일 없이 개쉬의 공간을 크게 확보할 수 있다. 따라서, 개쉬에서 날 홈에 걸쳐 절삭 부스러기의 배출성을 더욱 향상시킬 수 있고, 난삭성 합금 소재를 피삭재로 하여 종래에 비해 절삭깊이량을 깊게 하여 고속 이송의 절삭 가공을 한 경우에도 고정도로, 또한 안정된 고속 이송 가공을 장 수명에 걸쳐 실시할 수 있다.

도 1은 본 발명에 관한 다날 엔드밀의 일 실시형태를 나타내는 측면도이다.
도 2는 도 1에 도시한 다날 엔드밀의 절삭날부의 부분 확대도이다.
도 3은 도 2에 도시한 다날 엔드밀의 절삭날부를 단면에서 공구축 방향으로 본 상태를 도시한 단면도이다.
도 4는 도 2에 도시한 다날 엔드밀의 절삭날부에 형성된 1개의 절삭날을 구성하는 바닥날과 코너R날 및 외주날의 관계를 도시한 단면도이다.
도 5는 도 4의 연결부(P2)에서 절삭각(P2s)과 여유각(P2n)의 관계를 도시한 C-C선 단면도이다.
도 6은 도 4의 A-A선 단면도이다.
도 7은 도 4의 코너R날에서 여유각(5n)과 절삭각(5s)의 관계를 도시한 B-B선 단면도이다.
도 8은 도 4의 외주날에서 여유각(4n)과 절삭각(4s)의 관계를 도시한 D-D선 단면도이다.
도 9는 절삭날이 10개인 경우의 본 발명에 관한 다날 엔드밀의 절삭부를 단면(端面)에서 공구축 방향으로 본 상태를 나타낸 단면도(端面圖)이다.
도 10은 절삭날이 15개인 경우의 본 발명에 관한 다날 엔드밀의 절삭날부를 단면에서 공구축 방향으로 본 상태를 나타낸 단면도이다.
도 11은 본 발명에 관한 다날 엔드밀의 절삭날부를 선단부에서 섕크부로 본 상태를 나타내는 사시도이다
도 12는 본 발명예 1의 다날 엔드밀과 비교예 1의 다날 엔드밀에 대하여, 실험예 1에 의한 절삭가공실험을 한 후의 절삭날의 여유면에 대한 마모 상황을 나타내는 사진이다.
도 13은 본 발명예 1의 다날 엔드밀과 비교예 1의 다날 엔드밀에 대하여 실험예 1에 의한 절삭가공실험을 한 후의 절삭날의 절삭면에 대한 마모 상황을 나타내는 사진이다.
도 14는 본 발명예 2의 다날 엔드밀과 비교예 2의 다날 엔드밀에 대하여, 실험예 2에 의한 절삭가공실험을 한 후의 절삭날의 여유면에 대한 마모 상황을 나타내는 사진이다.
도 15는 본 발명예 2의 다날 엔드밀과 비교예 2의 다날 엔드밀에 대하여 실험예 2에 의한 절삭가공실험을 한 후 절삭날의 절삭면에 대한 마모 상황을 나타내는 사진이다.
도 16은 외주날이 공구축 방향으로 거의 평행하게 형성된 경우로서 본 발명에 관한 다날 엔드밀의 다른 실시형태를 나타내는 측면도를 확대한 도면이다.
도 17은 본 발명에 관한 다날 엔드밀의 개쉬를 구성하는 바닥날의 절삭면과 개쉬면, 및 날 홈을 구성하는 외주날의 절삭면과 날 홈면의 형성 상태를 도식적으로 나타낸 모델도이다.
도 18은 본 발명에 관한 다날 엔드밀의 선단부를 섕크부측에서 본 상태를 나타낸 사시도이다.
도 19는 종래의 다날 엔드밀의 절삭날부에 형성된 1개의 절삭날을 구성하는 바닥날과 코너R날 및 외주날의 관계를 나타낸 단면도이다.
도 20은 특허문헌 3에 기재된 엔드밀의 선단부를 섕크부측에서 본 상태를 나타낸 사시도이다.
도 21은 특허문헌 3에 기재한 엔드밀의 선단부를 선단부에서 섕크부측으로 본 상태를 나타내는 사시도이다.
도 22는 본 발명에 관한 다날 엔드밀의 개쉬를 공구축에 평행으로, 또한 회전 방향을 따라 서로 이웃한 개쉬면과 바닥날의 절삭면의 2면에 교차하는 평면에서 절단했을 때의 단면도이다.
도 23은 특허문헌 3에 기재된 엔드밀의 개쉬를 공구축에 평행으로, 또한 회전 방향을 따라 서로 마주한 개쉬면과 바닥날의 절삭면의 2면에 교차하는 평면에서 절단했을 때의 단면도이다.

종래는 예를 들어, 만곡된 곡면으로 구성되는 임펠러의 난삭성 합금 소재 표면을 3축이나 5축의 NC 공작기계를 사용하여 고속 이송의 절삭 가공을 할 경우, 절삭 가공을 개시하면 매우 짧은 시간에 발생한 절삭 부스러기의 배출이 곤란해져서 고속 이송 가공을 할 수 없었다. 이 문제를 해결하고자, 본 발명에서는 절삭 부스러기를 양호하게 배출시키기 위해서, 래디어스 엔드밀의 절삭날부(3)의 구조에 착안하여 절삭날부(3)로서 신규하고도 독창적인 구조를 채용한 것이다. 구체적으로는 절삭날부(3)를 구성하는 바닥날(6), 코너R날(5) 및 외주날(4)로 구성되는 절삭날의 각 형태를 개선함으로써, 서로 이웃하는 절삭날 사이에 형성되는 개쉬(7)나 날 홈(8)의 공간부로 구성되는 1날당 칩 포켓(CP)의 체적을 크게 확보하는 것이 가능하고, 따라서 종래의 곤란했던 고속 이송 가공을 실현하게 되었다.

특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면, Ni계 내열 합금제 소재를 피삭재로 할 경우, '고속도 가공'이란 바람직하게는 절삭 속도(Vc)가 60∼80mm/분인 가공을 말하는 것이 일반적이다. 절삭 속도(Vc)가 60mm/분 미만이면, 절삭성이 떨어진다. 그로 인해, 절삭 저항이 과대해진다. 절삭 속도(Vc)가 80mm/분을 넘으면, 절삭 온도가 너무 높아진다. 그로 인해, 엔드밀(1)의 마모 촉진이나 용착이 발생한다. 또한, 피삭재와 엔드밀의 찰과(擦過)가 과대해지기 때문에, 특히 여유면의 마모가 많아진다. 이런 점에서 예를 들면, Ni계 내열 합금제 소재를 피삭재로 할 경우에, 절삭 속도(Vc)의 바람직한 범위는 65∼80mm/분이며, 더욱 바람직한 범위는 70∼80mm/분이다.

특별히 한정되지 않으나, 예를 들어 Ni계 내열 합금제 소재를 피삭재로 할 경우, '고속 이송 가공'은 바람직하게 이송 속도(Vf)가 1000∼3000mm/분인 가공을 말하는 것이 일반적이다. 이송 속도(Vf)가 1000mm/분 미만이면, 능률이 저하된다. 한편, 이송 속도(Vf)가 3000mm/분을 넘으면, 절삭 부스러기의 발생량이 과대해지기 때문에, 절삭 부스러기 막힘이 발생하기 쉽다. 이송 속도(Vf)의 바람직한 범위는 1500∼3000mm/분이고, 더욱 바람직한 범위는 1800∼3000mm/분이다.

또한, 1개당의 절삭날로 실현가능해지는 실질적인 절삭 능률은 이송 속도, 회전수 및 날 수에서 도출되는 1날당 이송량(fz)[mm/t], 지름방향 절삭깊이량(ae)[mm], 및 축방향 절삭깊이량(ap)[mm]으로 결정된다. 종래의 다날 엔드밀에서는 1날당 이송량(fz)이 0.03∼0.06mm/t, 지름방향 절삭깊이량(ae)이 0.4∼0.6mm, 축방향 절삭깊이량(ap)이 0.4∼0.6mm 정도의 능률로밖에 실용상의 절삭 수명(임펠러의 마무리 가공을 공구 교환 없이 완료하기 위해 필요한 수명)을 확보할 수 없다. 그러나, 본 발명의 다날 엔드밀에서는 1날당 이송량(fz)이 0.08∼0.3mm/t, 지름방향 절삭깊이량(ae)이 1∼10mm, 축방향 절삭깊이량(ap)이 0.8∼2.0mm라는 매우 높은 능률의 절삭 조건으로 절삭 가공이 가능하다. 따라서, 상기와 같은 매우 높은 능률의 절삭 조건에서도 실용상의 절삭 수명을 확보할 수 있는 것이 본 발명을 사용할 때의 커다란 이점이 된다.

전술한 바와 같이, 고속 이송으로 고능률의 절삭 가공을 하기 위한 본 발명의 다날 엔드밀(1)이 구비하는 구성상의 주요 특징은 다음과 같은 특징 1과 특징 2에 있다.

(특징 1): 절삭날의 절삭면이 바닥날(6)의 절삭면(6a), 절삭면(6a)에 연속한 코너R날의 절삭면(5a) 및 절삭면(5a)에 연속한 외주날의 절삭면(4a)으로 구성되는 점.

(특징 2): 바닥날(6)의 절삭면(6a)과 회전 방향 전방으로 그 바닥날(6)에 인접하는 바닥날(6)의 여유면(6b) 사이에 상기 날 홈(8)에 연속하는 공간을 구성하는 개쉬(7)가 형성되어 있는 점.

이들 두 개의 특징 1과 특징 2에 의해, 절삭 가공 시에 주로 사용되는 코너R날(5)에서 발생하는 절삭 부스러기를, 서로 이웃하는 절삭날 사이에 형성된 개쉬(7)와 이 개쉬(7)와 연통하는 날 홈(8)을 통해서 외부로 쉽게 배출할 수 있게 된다. 이 때문에, 고속 이송의 절삭 가공을 실행해도 절삭 부스러기 막힘을 방지할 수 있게 된다. 그 결과로서, 절삭날에 발생하는 손상을 방지할 수 있다.

이하에서는 도면을 사용하여 본 발명에 관한 다날 엔드밀(1)의 실시형태를 설명한다.

도 1∼도 3은 본 발명의 일 실시형태를 나타내는 다날 엔드밀(1)의 구성을 설명하기 위한 도면이다. 도 1은 본 발명에 관한 다날 엔드밀(1)의 일 실시형태를 나타내는 측면도이다. 도 2는 도 1에 도시한 다날 엔드밀(1)의 절삭날부(3)의 부분 확대도이다. 도 3은 도 2에 도시한 다날 엔드밀(1)의 절삭날부(3)를 단면에서 공구축(O) 방향으로 본 상태를 나타낸 단면도이다.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시형태를 나타내는 다날 엔드밀(1)은 공구축(회전 중심축)(O) 방향으로 일정 길이를 갖는 원주형 섕크부(2), 및 섕크부(2)의 한쪽 단부(다날 엔드밀의 선단부(1a))에 형성된 절삭날부(3)를 구비한다. 절삭날부(3)에는 도 2에 도시한 바와 같이, 외주날(4), 외주날(4)의 한쪽 단부로 다날 엔드밀의 선단부(1a) 단부에 연속하고, 대략 원호 또는 볼록 곡선형(R형태)의 형태를 갖는 코너R날(5), 및 코너R날(5)의 다른쪽 단부에 연속한 바닥날(6)로 구성되는 절삭날을 1단위(1개)로 하여 다수의 절삭날이 형성되어 있다. 또한, 본 발명에 있어서, 다날 엔드밀(1)의 선단부(1a)는 본 발명의 다날 엔드밀(1)에서 절삭날부(3)가 형성된 쪽의 선단부를 말한다.

코너R날(5)은 선단부(1a)의 주변부에 R형태(round shape)(곡선형, 또는 곡면형)를 이루는 절삭날로서 배치되어 있다. 바닥날(6)은 코너R날(5)의 다른 쪽 단부에 연속하고, 공구축(O) 근방까지 직선상으로 형성되어 있다. 따라서, 다날 엔드밀(1)은 래디어스 엔드밀의 일종으로 볼 수 있다. 또한, 본 발명의 다날 엔드밀(1)에서 선단부(1a)와 마주보는 측의 단부는 공작기계에 파지(把持)되는 부분이 된다.

도 4는 도 2에 도시한 다날 엔드밀(1)의 절삭날부(3)에 형성된 1개의 절삭날을 구성하는 바닥날(6)과 코너R날(5) 및 외주날(4)의 관계를 나타낸 단면도이다. 본 발명의 다날 엔드밀(1)에서, 절삭날의 절삭면은 공구축(O)에서 섕크부(2)의 외주에 걸쳐 바닥날(6)의 절삭면(6a), 바닥날(6)의 절삭면(6a)에 인접하고, 바닥날(6)의 절삭면(6a)과 다른 면을 형성하는 코너R날(5)의 절삭면(5a), 및 코너R날(5)의 절삭면(5a)에 인접하고, 코너R날(5)의 절삭면(5a)과 다른 면을 형성하는 외주날(4)의 절삭면(4a)으로 구성된다.

도 11은 본 발명에 관한 다날 엔드밀(1)의 절삭날부(3)를 선단부(1a)에서 섕크부(2)측으로 본 상태를 나타내는 사시도이다. 도 4 및 도 11에 나타낸 바와 같이, 외주날(4)의 절삭면(4a)은 코너R날(5)의 단부에서 코너R날(5)의 절삭면(5a)에 인접함과 동시에, 날 홈(8)을 구성하는 한쪽 날 홈면을 겸한다. 코너R날(5)의 절삭면(5a)은 공구축(O)의 단부에서 바닥날(6)의 절삭면(6a)에 인접한다. 바닥날(6)의 절삭면(6a)과 회전방향(R) 전방으로 그 바닥날(6)에 인접하는 바닥날(6)의 여유면(6b) 사이에는 날 홈(8)에 연속하는 개쉬(7)가 형성되고, 바닥날(6)의 절삭면(6a)은 개쉬(7)를 구성하는 한쪽 면을 겸한다. 또한, 도 11에 나타낸 바와 같이, 절삭날을 회전 방향(R)(섕크부(2)의 둘레 방향)으로 봤을 때 코너R날(5)의 절삭면(5a)은 외주날(4)의 절삭면(4a)과 코너R날(5)의 여유면(5b) 사이에 위치한다. 날 홈(8)은 외주날(4)의 절삭면(4a)과 회전방향(R) 전방으로 그와 마주보는 날 홈면(8a)으로 구성된다.

계속해서, 도 2 및 도 3을 바탕으로 절삭날부(3)의 구성을 상세하게 설명한다. 외주날(4)은 다날 엔드밀(1)의 선단부(1a)로서, 외주날(4)의 섕크부(2)의 단 테두리인 P1점(도 2 참조)에서 다날 엔드밀의 선단부(1a) 방향으로 공구축(O)에 대한 각도(α)(도 2 참조)를 이루어 내리막으로 경사지도록(P1점을 지나는 외주날(4)의 접선과 공구축(O)이 이루는 각도가 α가 되도록) 형성되어 있다. P1점은 외주날(4)을 다날 엔드밀(1)(섕크부(2))의 외주면에서 선단부(1a) 방향으로 형성된 형성 개시점(이하에서는 '형성 개시점'이라 한다)이 된다. 이하의 설명에서 P1점을 '외주날의 형성 개시점(P1)'이라 기재한다.

외주날(4)의 형성 개시점(P1)에서 경사각도(α)로 내리막으로 경사진 외주날(4)은 도 2에 도시한 바와 같이, 그의 단부(P1점을 지나는 외주날(4)의 접선 단부)가 되는 P2점에서 코너R날(5)에 연속해 있다. 따라서, P2점은 외주날(4)과 코너R날(5)을 이어주는 연결점(이하의 설명에서, 외주날과 코너R날의 연결부(P2)라 기재한다)이 된다. 코너R날(5)은 다날 엔드밀(1)을 둘레 방향으로 봤을 때, 도 4에 도시한 바와 같이 외주날과 코너R날의 연결부(P2)에서 선단부(1a) 방향을 향해 소정의 곡률반경(코너R날(5)의 R형태부의 곡률반경(r1))을 갖는 R형태, 또는 볼록형의 곡선을 이루도록 형성되어 있다.

외주날(4)의 절삭날이 되는 능선부는 도 2에 도시한 바와 같이 직선형태, 또는 볼록형태를 이루도록 형성되고, 공구축(O)에 대해 경사각도(α)를 이루어 경사지며, 외주날(4)과 코너R날(5)의 연결부(P2)에서 코너R날(5)에 연속해 있다. 또한, 외주날(4)은 공구축(O)에 대해 예를 들면, 20°의 비틀림 각(θ)으로 비틀려 있다. 코너R날(5)에 연속한 바닥날(6)은 도 2 및 도 4에 도시한 바와 같이, 선단부(1a)의 외주부 근방에서 공구축(O) 방향을 향해 공구축(O) 근방까지 직선형으로 형성되어 있다. 또한, 도 2에서 개쉬면(7a)은 개쉬(7)를 구성하는 한쪽 면, 날 홈(8)은 공구축 주위의 회전 방향으로 인접하는 상기 절삭날 사이에 형성된 공간인 날 홈, 날 홈면(8a)은 날 홈(8)을 구성하는 한쪽 면을 나타낸다.

본 발명의 다날 엔드밀(1)은 전술한 바와 같이, 외주날(4), 외주날(4)에 연속한 코너R날(5), 및 코너R날(5)에 연속한 바닥날(6)을 하나의 절삭날로 하고, 또한, 이들 절삭날마다 절삭면(4a, 5a, 6a) 및 여유면(4b, 5b, 6b)을 갖추고 있다. 그리하여, 이들 연속한 외주날(4), 코너R날(5), 및 바닥날(6)을 하나(1개)의 절삭날 단위로서 적어도 6개 이상 30개 이하의 다날로 구성되는 절삭날을 구비하는 점에 특징이 있다. 또한, 이 절삭날의 개수는 절삭 가공 시의 효율 향상과 초경 합금제의 다날 엔드밀(1)을 제조할 때의 용이성 등을 고려하면, 최대 20개 정도로 설정하는 것이 더 바람직하다.

본 발명의 다날 엔드밀(1)은 상기한 바와 같이, 다날의 절삭날로 구성된 절삭날부(3)를 구비하며, 3축이나 5축의 NC 공작기계를 사용하여 난삭성 합금제 등의 임펠러를 코너R날(5)에 의해 고속 이송으로 마무리 절삭 가공을 하더라도, 코너R날(5)의 내마모성 향상과 치핑 등의 결손 발생 억제, 및 절삭 부스러기가 양호하게 배출되도록 절삭날부(3)에 여러 가지 개선을 시도한 점에 특징이 있다.

이하에서는 본 발명의 다날 엔드밀(1)이 갖는 특징에 대해 상세히 설명한다.

이 특징의 하나는 코너R날(5)에 절삭면(5a)을 형성한 점이다. 도 19는 종래의 다날 엔드밀의 절삭날부에 형성된 1개의 절삭날을 구성하는 바닥날과 코너R날 및 외주날의 관계를 도시한 단면도이다. 종래, 임펠러의 절삭 가공에 사용된 엔드밀에서는 도 19에 도시한 바와 같이, 코너R날(5)에 절삭면을 형성하지 않고, 바닥날(6)의 절삭면(6a)을 외주날(4)의 절삭면(4a)에 연속한 구성으로 되어 있었다. 이와 같은 구성에서는 임펠러의 절삭 가공에서 주로 사용되는 코너R날(5)의 외주 부분의 모서리부가 예각이 되기 쉬워서 쉽게 절손되기 때문에, 본 발명이 목적으로 하는 바와 같은 고 능률로 고속 이송의 절삭 가공을 한 경우에 코너R날(5)의 결손이 발생할 가능성이 크다.

본 발명에 관한 다날 엔드밀(1)의 선단부(1a)를 섕크부(2)에서 본 상태를 나타내는 도 18과 특허문헌 3의 엔드밀을 섕크부에서 본 상태를 나타내는 도 20의 대비에서 알 수 있듯이, 코너R날(5)의 절삭면(5a)이 형성되지 않은 경우, 외주날(4)의 절삭면(4a)과 코너R날(5)의 여유면(5b)의 경계에 형성되는 코너R날(5)의 각도(외주날의 절삭면(4a)과 코너R날의 여유면(5b)이 이루는 각도)가 작기(예각에 가깝기) 때문에, 고속 이송 가공을 하면, 코너R날(5)이 절삭 시의 응력에 의해 수명이 짧아 파손(파단)되기 쉽다.

이에 대해, 도 4 및 도 18에 도시한 본 발명의 다날 엔드밀과 같이 외주날의 절삭면(4a)과 코너R날의 여유면(5b) 사이에 코너R날의 절삭면(5a)이 형성되어 있는 경우에는, 회전 방향(R)으로 인접하는 2면, 즉 외주날의 절삭면(4a)과 코너R날의 절삭면(5a), 및 코너R날의 절삭면(5a)과 코너R날의 여유면(5b)이 이루는 각도가 커진다(모서리부가 둔각이 된다). 이 때문에, 고속 이송 가공을 하면, 코너R날의 절삭면(5a)이 없는 경우보다 코너R날(5)의 파손(파단)이 억제되어 수명이 길어진다.

코너R날(5)의 절삭면(5a)은 또한, 외주날(4)의 절삭면(4a)과 코너R날(5)의 여유면(5b) 사이에서 양면 간의 단차를 완화함으로써, 외주날의 절삭면(4a)이 구성하는 날 홈(8)의 공간 용적(체적)을 증가시키는 데도 기여하고, 날 홈(8) 내에서 절삭 부스러기의 체류(머무름)를 발생하기 어려워, 날 홈(8)을 향한 배출 효과를 촉진하는 작용도 발휘한다.

또한, 코너R날(5)의 절삭면(5a)은 바닥날(6)의 절삭면(6a)과 외주날(4)의 절삭면(4a) 사이에 위치함으로써, 개쉬(7)를 구성하는 바닥날(6)의 절삭면(6a)과 날 홈(8)을 구성하는 외주날(4)의 절삭면(4a) 간의 단차를 완화하고, 개쉬(7)에 들어간 절삭 부스러기가 날 홈(8)으로 배출되도록 유도하는 도입부분으로서 작용한다. 코너R날(5)의 절삭면(5a)은 또한, 외주날(4)의 절삭면(4a)과 코너R날(5)의 여유면(5b) 사이에 위치함으로써, 날 홈(8)을 구성하는 외주날(4)의 절삭면(4a)과 코너R날(5)의 여유면(5b) 간의 단차를 완화함은 물론, 코너R날(5)이 임펠러(피삭재)의 절삭 시에 임펠러(피삭재)로부터 받는 과도의 응력을 완화시켜 코너R날(5)의 파손을 방지하는 역할을 한다.

도 3은 본 발명의 다날 엔드밀(1)을 공구축(O) 방향에서 봤을 때 절삭날부(3)의 선단부에 대한 구성을 나타내는 도면으로, 다날 엔드밀(1)에 12개의 절삭날을 형성한 예를 도시하고 있다. 또한, 도 3은 외주날(4)의 여유면(4b), 코너R날(5), 코너R날(5)의 여유면(5b), 바닥날(6), 바닥날(6)의 여유면(6b), 개쉬(7)(개쉬면(7a)), 및 날 홈(8)(날 홈면(8a))의 배치를 평면도로 나타낸다. 또한, 도 3에 표시한 부호 'R'은 절삭 가공시 다날 엔드밀(1)의 회전 방향을 나타낸다.

또한, 도 2, 도 3, 도 11, 도 18 등에서는 반경 방향으로 인접하는 바닥날(6)의 여유면(6b)과 코너R날(5)의 여유면(5b) 사이, 및 코너R날(5)의 여유면(5b)과 외주날(4)의 여유면(4b) 사이에 경계를 나타내는 선이 들어있으나, 실제로 이 선은 육안으로는 보이지 않는 경우도 있다. 예를 들면, 인접하는 바닥날(6)의 여유면(6b)과 코너R날(5)의 여유면(5b), 및 코너R날(5)의 여유면(5b)과 외주날(4)의 여유면(4b)이 면내 방향(둘레 방향)으로 봤을 때의 클로소이드 곡선(clothoid curve)과 같이 인접하는 곡면(평면을 포함) 곡률이 점차 변화하는 듯한 경우에는 경계선이 보이지 않는다. 그러나, 곡률이 변화하는 부분에는 선이 보이게 된다.

도 3에 도시한, 12개의 절삭날을 구성하는 각각의 외주날(4), 코너R날(5), 및 바닥날(6)은 공구축(O)을 중심으로 같은 간격으로 형성되어 있다. 또한, 어느 바닥날(6)의 절삭면(6a)과 상기 바닥날(6)은 회전 방향(R)에 대해 서로 이웃한 다른 바닥날(6)의 여유면(6b) 사이에는 개쉬(7)가 형성되어 있다. 개쉬(7)는 바닥날(6)의 여유면(6b)의 회전 방향(R) 후방에 연속하며, 바닥날(6)의 여유면(6b)과 다른 면을 형성하는 개쉬면(7a)과 그 바닥날(6)에 회전 방향(R) 전방으로 인접하는 바닥날(6)의 절삭면(6a)에 의해 형성된다. 또한, 개쉬(7)를 구성하는 바닥날(6)의 절삭면(6a)과 개쉬면(7a)은 함께 회전 방향(R)에 대해 소정의 각도만큼 후퇴한 평면, 즉 다날 엔드밀(1)의 공구축(O)과 직교하는 단면에서 봤을 때, 어느 공구축(O)과 직교하는 단면에서 축방향으로 이동한 다른 공구축(O)과 직교하는 단면에 걸쳐 반경 방향에서 회전 방향(R) 후방을 향하는 경사를 이루도록 형성되어 있다.

도 18은 본 발명에 관한 다날 엔드밀(1)의 선단부(1a)를 섕크부(2)에서 본 상태를 나타낸 사시도이다. 도 11 및 도 18에 도시한 바와 같이, 본 발명의 다날 엔드밀(1)에서는 바닥날(6)의 절삭면(6a)과 개쉬면(7a)이 함께 어느 공구축(O)과 직교하는 단면에서 축방향으로 이동한 다른 공구축(O)과 직교하는 단면에 걸쳐 반경 방향의 직선상에서 회전 방향(R) 후방으로 이동한 반경 방향으로 평행한 직선을 향하는 경사를 이루고, 각각의 면이 다른 면(평면, 또는 곡면)을 형성함으로써, 그들의 2면이 교차하는 교선이 개쉬(7)의 최심부(最深部)가 된다.

도 20은 특허문헌 3에 기재된 엔드밀의 선단부를 섕크부측에서 본 상태를 나타낸 사시도이다. 도 21은 특허문헌 3에 기재된 엔드밀의 선단부를 선단부에서 섕크부측으로 본 상태를 나타내는 사시도이다. 도 20 및 도 21에 도시한 특허문헌 3에 기재된 엔드밀(13)에서의 개쉬(7)와 같이, 바닥날(6)의 절삭면(6a)과 개쉬면(7a)이 평행이 되도록 개쉬(7)가 형성되어 있다고 하면, 바닥날의 절삭면(6a)과 개쉬면(7a)은 교차하는 일 없이, 교선은 형성되지 않는다. 이 때문에, 2면과는 다른 평면인 개쉬 바닥면(14)이 개쉬(7)의 바닥(최심부)이 된다. 이상과 같이 본 발명과 특허문헌 3에 기재된 엔드밀은 개쉬(7)를 형성하는 면의 구조가 명확히 다르다.

도 3에서, 개쉬면(7a)은 공구축(O) 근방에서 외주 방향을 향해, 그 폭이 점차 확장되는 평면처럼 보이지만, 실제로는 바닥날(6)의 여유면(6b) 단부에서 이웃하는(회전 방향(R)과 반대 방향) 바닥날(6)의 절삭면(6a) 하단부를 향해 회전 방향(R) 후방으로 예를 들면, 45°기울어진 평면형태로 형성되어 있다. 이 개쉬면(7a)과 바닥날의 절삭면(6a)에 의해 형성되는 공간부는 절삭 부스러기를 배출하기 위한 개쉬(7)를 형성하고 있고, 이 개쉬(7)는 날 홈(8)에 연통해 있다. 개쉬면(7a)과 바닥날(6)의 절삭면(6a)의 교선은 공구축(O)에서 반경 방향 외주를 향해 선단부(1a)에서 섕크부(2)로 기울어진다.

개쉬(7)에 연속하는 날 홈(8)은 상기한 바와 같이 외주날(4)의 절삭면(4a)(도 11 참조)과 회전 방향(R) 전방으로 그와 마주보는 면(날 홈면(8a))으로 구성된다. 외주날(4)의 절삭면(4a)과 날 홈면(8a)은 각각 개쉬(7)를 구성하는 바닥날(6)의 절삭면(6a)과 개쉬면(7a)과 연속하는 면, 또는 곡률이 연속적으로 변화하는 면을 이루는 경우도 있으나, 개쉬(7)와 날 홈(8)이 서로 불연속 면을 이룸으로써, 다날 엔드밀(1)(섕크부(2))의 회전에 의한 절삭 부스러기의 날 홈(8)을 향한 배출성을 높이는 것이 가능하다.

날 홈(8)의 공간과 개쉬(7)의 공간을 합한 공간부는 후술하는 바와 같이 '칩 포켓(CP)'이라 부른다. 이 칩 포켓(CP)의 용적(체적)은 섕크부(2)의 지름과 날 수가 일정하다면 큰 쪽이 절삭 부스러기의 배출효과가 높기 때문에, 절삭 부스러기의 배출은 개쉬(7)의 공간과 날 홈(8)의 공간의 적어도 어느 공간을 크게 확보하는 것이 바람직하다. 그리하여, 예를 들어 개쉬(7)를 구성하는 바닥날(6)의 절삭면(6a)과 회전 방향(R) 전방으로 그와 마주보는 개쉬면(7a)이 서로 교차하도록 각각의 면을 형성하면 강성을 해치는 일 없이 개쉬(7)의 공간을 크게 확보할 수 있다.

이와 같이, 개쉬면(7a)과 바닥날(6)의 절삭면(6a)에 의해 형성되는 공간부인 개쉬(7)를 형성함으로써, 고능률로 고속 이송의 절삭 가공을 한 경우에도 바닥날(6)의 강성 부족으로 인한 결손이나 치핑 발생을 방지할 수 있다. 또한, 바닥날(6)에 의해 형성되는 절삭 부스러기를 효율 좋게 날 홈(8)에 운반하는 것이 가능해지므로, 개쉬(7)의 공간부에서 절삭 부스러기의 막힘을 방지할 수 있다.

상기 개쉬(7)의 단면 형태는 V자형 또는 U자형으로 형성하는 것이 바람직하다. 이 구성에 의해, 후술하는 칩 포켓(CP)의 체적을 증대시킬 수 있고, 고속 이송의 절삭 가공에 의해 발생한 다량의 절삭 부스러기의 배출성을 현저하게 개선할 수 있다. 이 때문에, 난삭성 합금 소재를 피삭재로 한 경우에, 종래의 곤란했던 고속 이송 가공을 실현할 수 있다.

도 22는 개쉬(7)를 공구축(O)에 평행하며 회전 방향을 따라 서로 이웃하는 개쉬면(7a)과 바닥날(6)의 절삭면(6a)의 2면과 교차하는 평면에서 절단했을 때의 단면도이다. 도 22에서 사선은 단면선을 나타낸다. 도 22(a)에 도시한 바와 같이, 본 발명의 엔드밀에서 개쉬면(7a)과 바닥날(6)의 절삭면(6a)에 의해 형성되는 공간부인 개쉬(7)의 단면 형태는 이상적으로 V자형 또는 그에 가까운 형태인 것이 바람직하다.

그러나, 공업 생산 상, 도 22(b)에 나타낸 바와 같이, 개쉬(7)의 최심부에는 미소한 개쉬 바닥면의 폭(w1)을 갖는 개쉬 바닥면(14)이 형성되어 있고, 대략 V자형 개쉬(7)가 허용된다.

본 발명에 관한 다날 엔드밀의 개쉬(7)에 대한 변형 예로서, 곡면으로 구성된 U자형 개쉬(7)에 더하여, 도 22(c)에 도시한 바와 같이, 완만한 곡면형의 개쉬면(7a)과 완만한 곡면형의 바닥날(6)의 절삭면(6a)에 의해 형성되는 거의 U자형의 개쉬(7)의 최심부에 미소한 폭(w1)을 갖는 개쉬 바닥면(14)을 형성한 대략 U자형의 것이 허용된다. 즉, 본 발명의 다날 엔드밀(1)에서 바닥날(6)의 절삭면(6a) 및 개쉬면(7a)의 형태에는 엄밀한 평면으로 구성되는 경우와 완만한 곡면으로 구성되는 경우가 포함된다.

이하에서는 본 발명의 다날 엔드밀(1)에서 상기 V자형, U자형, 대략 V자형 및 대략 U자형의 개쉬(7)를 어느 것이나 하나로 'V자형 개쉬'로 칭한다. 또한, 도 22(b) 및 도 22(c)에는 개쉬 바닥면(14)이 평면형으로 형성된 개쉬(7)를 나타냈지만, 도 22(d)에 도시한 바와 같이, 개쉬 바닥면(14)이 미소한 곡률반경을 갖는 곡면형으로 형성된 경우에도 본 발명에 속하는 개쉬(7)로 한다.

도 22(a), 도 22(b), 및 도 22(c)의 경우에 대해서는 실험 결과에서 본 발명의 유리한 효과를 나타내기 위해서, 미소한 개쉬 바닥면(14)의 원주 방향의 폭인 개쉬 바닥면의 폭(w1)은 0.6mm 이하인 것이 바람직하며, 0.4mm 이하인 것이 더욱 바람직한 것을 알았다. 개쉬 바닥면(14)의 폭(w1)이 0.6mm를 넘으면, 개쉬 바닥면(14)의 폭(w1)이 증대됨은 물론, 바닥날(6)에 의한 절삭 부스러기의 배출성이 저하되기 때문에, 고속 이송의 절삭 가공이 가능하다고 하는 종래의 엔드밀에 대한 우위성에 흠이 가기 때문이다.

도 23은 특허문헌 3에 기재된 엔드밀의 개쉬를 공구축에 평행하며, 또한 회전 방향을 따라 마주보는 개쉬면(7a)과 바닥날(6)의 절삭면(6a)의 2면과 교차하는 평면에서 절단했을 때의 단면도이다. 도 23의 사선은 단면선을 나타낸다. 도 23에 도시한 바와 같이, 종래의 엔드밀인 특허문헌 3에 기재된 엔드밀의 경우, 본 발명의 다날 엔드밀과는 달리, 마주보도록 배치된 개쉬면(7a)과 바닥날의 절삭면(6a)을 갖는 개쉬(7)의 최심부에는 개쉬 바닥면의 폭(w2)이 넓은 개쉬 바닥면(14)이 형성되어 있다. 특허문헌 3에 기재된 엔드밀에서는 한 단이 개구된 단면 직사각형의 개쉬(7) 최심부의 개쉬 바닥면의 폭(w2)은 0.9mm이고, 본 발명의 다날 엔드밀에서 개쉬 바닥면의 폭(w1)보다 훨씬 컸다.

이어서, 본 발명의 다날 엔드밀(1)의 특징 중 하나인, 바닥날(6)의 절삭면(6a)과 코너R날(5)의 절삭면(5a) 및 외주날(4)의 절삭면(4a)의 위치 관계를 도 4를 참조하여 설명한다. 도 4에서는 1개의 절삭날을 구성하는 바닥날(6)과 코너R날(5) 및 외주날(4)의 관계를 도시한 단면도를 나타낸다.

도 4에 도시한 바와 같이, 바닥날(6)에서 그의 절삭날 능선이 회전 방향(R)을 향하는 면에는 공구축(O) 근방에서 외주날(4)이 있는 방향을 향해 바닥날의 절삭면(6a)이 형성되어 있다. 도 4에서 바닥날(6)의 절삭면(6a)은 평면형으로 형성되며, 상기한 바와 같이, 회전 방향(R)에 대해 소정의 각도만큼 후퇴한, 즉 다날 엔드밀(1)의 단면에서 섕크부(2)에 걸쳐 회전 방향(R) 전방에서 후방을 향해 경사진 평면형을 이루도록 형성되어 있으므로, 상기 칩 포켓(CP)의 체적(V)이 크게 확보된다.

코너R날(5)의 절삭날 능선이 회전 방향(R)을 향한 면에는 완만한 볼록형의 곡면을 이루는 코너R날(5)의 절삭면(5a)이 형성되어 있다. 볼록형 곡면을 이루는 코너R날(5)의 절삭면(5a)은 코너R날(5)의 절삭날 능선을 향해 약간 내리막 경사를 이루도록 만곡시켜 형성되어 있다. 또한, 바닥날(6)의 절삭면(6a)의 외주날(4) 단부 일부는 이 코너R날(5)의 절삭면(5a)에 연속해 있다. 이와 같이 볼록형 곡면을 이루는 절삭면(5a)을 갖춘 코너R날(5)은 도 19에 도시한 코너R날(5)에 코너R날(5)의 절삭면(5a)을 형성하지 않은 종래의 엔드밀과 비교하여 모서리부의 예각의 정도가 완화되기 때문에, 코너R날(5)의 마모나 치핑 발생을 억제할 수 있게 된다. 코너R날(5)의 절삭면(5a)은 예를 들어, 다날 엔드밀(1)을 NC 연삭반에 고정한 상태로 다이아몬드 숫돌의 측면을 코너R날(5)에 닿게 함으로써 형성된다.

외주날(4)의 절삭날 능선이 회전 방향(R)을 향한 면에는 절삭면(4a)이 형성된다. 이 외주날(4)의 절삭면(4a)은 완만한 볼록형 곡면을 이루도록 형성되는 것이 바람직하다. 도 4, 도 11에 나타낸 바와 같이, 외주날(4)의 절삭면(4a)의 바닥날(6) 단부는 코너R날(5)의 절삭면(5a)에 연속하고, 공구축(O)의 단부는 바닥날(6)의 절삭면(6a)에 연속해 있다. 외주날(4)의 절삭면(4a)은 외주날(4)의 형성 개시점(P1)을 넘어 섕크부(2)의 외주부까지 반경 방향의 공구축(O)측에 깊이 들어가도록 형성되어 있다. 섕크부(2)의 외주부까지 형성된 절삭면(4a)은 상기한 바와 같이 날 홈(8)을 구성하는 적어도 2개의 날 홈면 내의 한쪽 날 홈면을 겸하고 있다. 도 4에 표시된 부호 '9'는 바닥날(6)의 절삭면(6a)과 개쉬면(7a)(도 2 참조)의 경계선을 나타낸다. 이 경계선(9)은 공구축(O) 근방에서 외주 방향을 향해 선단부(1a)에서 섕크부(2)로 경사져 있다.

상기한 바와 같이, 개쉬면(7a)과 바닥날(6)의 절삭면(6a) 사이에 V자형 개쉬(7)가 형성되고, 이 V자형 개쉬(7)와 날 홈(8)이 절삭 부스러기를 원활하게 배출하기 위한 칩 포켓(CP)을 형성하고 있다. 바닥날(6)의 절삭면(6a)과 개쉬면(7a)의 경계선(9)은 공구축(O) 근방에서 외주 방향을 향해 경사져 있기 때문에, 1날당 칩 포켓(CP)의 체적(V)을 크게 하는 효과를 발휘한다.

본 발명의 다날 엔드밀(1)에서는 상기한 바와 같이, 바닥날(6)의 절삭면(6a)이 평면형 또는 곡면형을 이루도록 형성된다. 코너R날(5)의 절삭면(5a) 및 외주날(4)의 절삭면(4a)도 평면형, 또는 완만한 곡면형을 이루도록 형성된다. 도4에 도시한 바와 같이, 코너R날(5)의 절삭면(5a)과 외주날(4)의 절삭면(4a)은 함께, 바닥날(6)의 절삭면(6a)에 대해 회전 방향(R) 후방에 위치하도록 단차부(10)를 통해 절삭면(6a)에 연속한다.

예를 들면, 코너R날(5)의 절삭면(5a)과 외주날(4)의 절삭면(4a)이 바닥날(6)의 절삭면(6a)과 평행하든지, 회전 방향(R) 전방에 위치하도록 형성되면, 코너R날(5) 또는 바닥날(6)이 절삭한 절삭 부스러기가 바닥날(6)의 절삭면(6a)을 향하고, 공구축(O) 근방에 절삭 부스러기가 모여 절삭 부스러기의 물림, 절삭날의 치핑을 발생시킬 가능성이 있다. 이에 대해, 코너R날(5)의 절삭면(5a)과 외주날(4)의 절삭면(4a)이 바닥날(6)의 절삭면(6a)에 대해 회전 방향(R) 후방에 위치함으로써, 절삭 부스러기가 공구축(O)에서 반경 방향 외주로 배출되는 경향이 있기 때문에, 칩 포켓(CP)에서 날 홈(8) 방향을 향해 배출 흐름이 원활하게 이루어지기 쉽다.

본 발명에서 '바닥날(6)의 절삭면(6a)에 인접하고, 바닥날(6)의 절삭면(6a)과 다른 면을 형성하는 코너R날(5)의 절삭면(5a)'이란 코너R날(5)의 절삭면(5a)이 바닥날(6)의 절삭면(6a)에 연속한 곡면을 형성하는 것과, 연속한 곡면이 아니라 서로 다른 평면 또는 곡면을 형성하면서 인접하는 면을 이루는 것을 말한다. '코너R날(5)의 절삭면(5a)에 인접하고, 코너R날(5)의 절삭면(5a)과 다른 면을 형성하는 외주날(4)의 절삭면(4a)'도 마찬가지다. 코너R날(5)의 절삭면(5a)은 바닥날(6)의 절삭면(6a)과 외주날(4)의 절삭면(4a) 양쪽에 인접함으로써, 섕크부(2)의 반경 방향으로 봤을 때, 또는 섕크부(2)의 원주면을 따른 축방향으로 봤을 때, 바닥날(6)의 절삭면(6a)과 외주날(4)의 절삭면(4a) 사이에 위치한다.

또한, 외주날(4)은 도 2에 도시한 바와 같이, 반드시 '외주날(4)의 형성 개시점(P1)'을 지나는 외주날(4)의 접선과 공구축(O)이 각도(α)를 이루도록 형성되어 있을(외주날(4)이 공구축(O) 방향으로 경사각도(α)로 내리막 경사를 이룰) 필요는 없으며, 도 16에 도시한 바와 같이, 외주날(4)이 공구축(O) 방향으로 거의 평행하게 형성되어 있는 경우도 있다. 도 16은 도 2에 도시한 외주날(4)의 경사각도(α)를 '0°', 즉 외주날(4)을 공구축(O)에 대해서 평행하게 형성한 경우이다.

도 16에 도시한 바와 같이, 외주날(4)의 경사각도(α)를 '0°'로 한 경우, 외주날(4)의 형성 개시점에서 다날 엔드밀(1)의 날 지름은 L1이 된다. 이 다날 엔드밀(1)을 5축의 NC 공작기계로 파지시켜 임펠러의 절삭 가공을 할 때에는 다날 엔드밀(1)의 기울기 제어와 임펠러 자체의 기울기 제어를 NC 제어에 의해 실시할 필요가 있으므로, 이 제어에 의해 외주날(4)의 임펠러 가공면에 대한 결손 제어도 실시할 수 있다. 따라서, 외주날(4)의 경사각도(α)를 '0°'로 한 다날 엔드밀(1)에서도, 도 2에 도시한 외주날(4)의 경사각도(α)를 설정(α는 5°이상 10°이하)한 다날 엔드밀(1)과 동일한 효과를 얻을 수 있다.

도 17은 본 발명에 관한 다날 엔드밀(1)의 개쉬(7)를 구성하는 바닥날(6)의 절삭면(6a)과 개쉬면(7a), 및 날 홈(8)을 구성하는 외주날(4)의 절삭면(4a)과 날 홈면(8a)의 형성 상태를 도식적으로 나타낸 모델도이다. 본 발명의 다날 엔드밀(1)에서는 도 17에 파선으로 나타낸, 바닥날(6)의 절삭면(6a)과 개쉬면(7a)이 교차하는 선(교선)이 개쉬(7)의 바닥(최심부)이다. 이 개쉬(7)의 바닥은 공구축(O)에서 반경 방향 외주에 걸쳐 다날 엔드밀(1)의 선단부(1a)에서 중간부를 향해 경사가 생긴다.

도 17에 도시한 바와 같이, 개쉬(7)를 구성하는 바닥날(6)의 절삭면(6a)과 회전 방향 전방으로 그와 마주보는 개쉬면(7a)이 함께 공구축(O)과 직교하는 단면(S1)에서 공구축(O)을 지나는 반경 방향의 직선AB, AE를 포함하고, 공구축(O)상에서 서로 회전 방향으로 각도(Ψ)를 이루어 교차하는 면(평면과 곡면을 포함)을 형성한다. 또한, 도 17에서, 적어도 개쉬면(7a)이 공구축(O)을 지나는 반경 방향의 직선 AB를 포함하는 평면 ABCD에 대해, 섕크부(2)의 선단부(1a)에서 중간부에 걸쳐 회전 방향 후방으로 경사진 면(비틀림 면을 포함) ABC'D'를 이룬 상태로, 바닥날(6)의 절삭면(6a)(AEFD를 포함하는 면)과 교차함으로써, 개쉬(7)를 구성하는 바닥날(6)의 절삭면(6a)과 개쉬면(7a)이 서로 교차하는 상태가 된다.

각도(Ψ)는 10°∼35°로 하는 것이 바람직하며, 15°∼30°로 하는 것이 더욱 바람직하다. 각도(Ψ)가 10°미만에서는 절삭 부스러기의 배출성이 저하되는 경향을 보이며, 35°를 넘으면 절삭 가공 조건의 선택 폭이 좁아지는 경향을 보인다.

상기 '적어도 개쉬면(7a)'이란 개쉬(7)를 구성하는 다른 한쪽 면인 '바닥날(6)의 절삭면(6a)'도 공구축(O)을 지나는 반경 방향의 직선 AB를 포함하는 평면 ABCD에 대해 섕크부(2)의 선단부(1a)에서 중간부에 걸쳐 회전 방향(R) 후방으로 경사진 면(비틀림 면을 포함)을 이루는 경우도 있다는 의미이다.

이 경우, 도 17이나 도 22(a), (d) 등에 도시한 바와 같이, 개쉬(7)를 구성하는 2면(바닥날(6)의 절삭면(6a)과 개쉬면(7a))이 섕크부(2)의 축방향(공구축(O) 방향)으로 봤을 때에 공구축(O)상에서 교차함으로써, 개쉬(7)가 중심각을 가진 부채꼴 형태로 형성된다. 이 때문에, 둘레 방향(회전 방향(R))으로 인접하는 절삭날 간에 축방향의 중심부에 가까운 부분(영역)에서 개쉬(7)를 형성하는 것이 가능해지며, 개쉬(7)를 축방향에서 봤을 때의 평면적(투영면적)을 최대한으로 확보할 수 있다.

또한, 개쉬(7)를 구성하는 2면(바닥날(6)의 절삭면(6a)과 개쉬면(7a))이 섕크부(2)의 축방향 중간부에서 교차함으로써, 2면이 이루는(교차하는) 직선, 또는 곡선(홈)이 섕크부(2)의 중심에서 외주에 걸쳐 섕크부(2)의 축방향 선단에서 중간부를 향하는 경사가 생긴다. 이 때문에, 개쉬(7)의 홈(골)에서 날 홈(8)을 향한 절삭 부스러기의 배출(유도) 효과가 현저하게 향상되며, 동시에 회전 방향(R)후방으로 인접하는 절삭날(바닥날(6)과 코너R날(5))로 절삭 부스러기가 돌아 들어가는 것이 억제된다. 도 17 중, 파선으로 나타낸 '개쉬(7)의 홈'이 바닥날(6)의 절삭면(6a)과 개쉬면(7a)의 교선을 나타내고 있다.

개쉬(7)를 구성하는 2면(바닥날(6)의 절삭면(6a)과 개쉬면(7a))이 중심각을 가진 부채꼴 형태로 형성됨으로써, 도 4에 도시한 대로, 개쉬(7)의 공구축(O) 단부가 집합하는 공구축(O) 단면상의 중심부를 제외하고, 개쉬(7)의 형성에 의해 남는 바닥날(6)을 다날 엔드밀(1)의 선단부(1a)의 반경 방향의 거의 전 길이에 걸쳐 형성할 수 있다. 그 결과, 도 21에 도시한 종래 기술과 대비하면, 본 발명의 경우, 바닥날(6)에서 절삭 길이가 길어지기 때문에, 바닥날(6)에 의한 절삭 영역이 확대되고, 바닥날(6)에서의 절삭 구간의 선택 등, 절삭의 자유도가 늘어나는 이점이 있다. 본 발명의 다날 엔드밀(1)에서는 바닥날(6)의 여유면(6b) 폭이 섕크부(2)의 외주면에서 공구축(O)에 걸쳐 점차 감소하지만, 여유면(6b)은 반경 방향의 거의 전 길이에 걸쳐 회전 방향(R)으로 폭을 갖는다.

이에 대해, 도 21에 도시한 바와 같이, 특허문헌 3에 기재된 엔드밀의 예에서는 개쉬(7)의 폭이 회전 방향(R)으로 거의 일정하기 때문에, 바닥날(6)을 다날 엔드밀(1)의 선단부(1a)의 반경 방향으로 거의 전 길이에 걸쳐 형성할 수 없으며, 바닥날(6)에서의 절삭 길이가 짧아져 있고, 바닥날(6)에 의한 절삭 영역이 좁아 절삭의 자유도도 한정되어 있다.

본 발명의 더욱 바람직한 형태는 도 17에 도시한 바와 같이, 날 홈(8)이 한쪽 날 홈면을 겸하는 외주날(4)의 절삭면(4a)과, 회전 방향(R) 전방으로 그 외주날(4)의 절삭면(4a)과 마주보는 날 홈면(8a)으로 구성되며, 날 홈면(8a)은 공구축(O)을 지나는 반경 방향의 직선 AB를 포함하는 평면 ABC'D'를 이루는 개쉬면(7a)에 대해, 반경 방향 외주, 또는 내주가 회전 방향 후방으로 경사각도(ζ)를 이루게 경사진 면(GIKL)을 이루도록 개쉬면(7a)과 날 홈면(8a)을 형성한다고 생각된다. 따라서, 개쉬(7)에서 날 홈(8)으로 보내지는(배출되는) 절삭 부스러기를 날홈(8) 내에서 회전 방향(R) 후방으로 돌아 들어가게 작용시킬 수 있다.

상기 경사각도(ζ)는 5°∼45°로 하는 것이 바람직하며, 10°∼35°로 하는 것이 더욱 바람직하다. 각도(ζ)가 5°미만에서는 절삭 부스러기를 개쉬(7)에서 날 홈(8)으로 보내는 효과가 저하되는 경향을 보이고, 45°를 넘으면, 코너R날(5)의 강성이 저하되는 경향을 보인다.

도 17에서 개쉬면(7a)에 대해 반경 방향 외주, 또는 내주가 회전 방향(R) 후방으로 경사각도(ζ)를 이루도록 경사진 면(GIKL)은 공구축(O)을 지나는 반경 방향의 직선 AB를 지나는 평면 ABCD를 포함하는 면(ABCD의 연장면)에 대해 반경 방향 외주, 또는 내주가 회전 방향(R) 후방으로 경사각도(ζ)를 이루도록 경사진 면(GIJH)이 또한 공구축(O) 방향 중간부(도 17의 하측)가 회전 방향(R) 후방으로 경사진 면(GIKL)을 이루는 것과 같다. 도 17에 나타낸 바와 같이, 공구축(O)을 지나는 반경 방향의 직선 AB를 지나는 평면 ABCD를 포함하는 면(ABCD의 연장면)에 대해 반경 방향 외주, 또는 내주가 회전 방향(R) 후방으로 경사각도(ζ)를 이루도록 경사진 면은 GIJH가 되고, 이 면 GIJH의 공구축(O) 방향 중간부가 회전 방향(R) 후방으로 경사진 면이 GIKL이 된다.

또한, 날 홈(8)의 한쪽 날 홈면을 겸하는 외주날(4)의 절삭면(4a)이 바닥날(6)의 절삭면(6a)(AEFD를 포함하는 면)에 대해 반경 방향 외주, 또는 내주가 회전 방향(R) 후방으로 경사각도(η)를 이루도록 경사진 면(GMNH)을 형성하는 경우에는 외주날(4)의 절삭면(4a)(GMNH)이 섕크부(2)의 외주면보다 공구축(O)에 위치하는 점(G)에서 외주의 점(M)에 걸쳐 회전 방향(R) 전방에서 후방을 향하는 면을 이룬다. 이 때문에, 절삭 부스러기를 날 홈(8) 내에서 회전 방향(R) 후방으로 돌아서 들어가도록 작용하여 절삭 부스러기의 배출성이 향상된다.

상기 경사각도(η)는 0.5°∼20°로 하는 것이 바람직하며, 3°∼10°로 하는 것이 더욱 바람직하다. 각도(η)가 0.5°미만이면, 날 홈(8)에서 나오는 절삭 부스러기의 배출성이 저하되는 경향을 보이며, 20°를 넘으면, 외주날과 코너R날의 연결부(P2)의 강성이 저하되는 경향을 보인다.

이하의 본 발명에 관한 다날 엔드밀의 설명에서, 상기 개쉬면(7a)과 바닥날(6)의 절삭면(6a)에 의해 형성되는 V자형 개쉬(7), 즉, 서로 인접하는 상기 절삭날 사이에 형성된 공간부인 개쉬(7)와, 이 절삭날 사이에 형성된 개쉬(7)와 연통해 있는 날 홈(8)을 더한 공간부를 1날당 '칩 포켓(CP)'이라 기재한다. 이 칩 포켓(CP)은 예를 들면, 다날 엔드밀(1)의 절삭날부(3)에 관한 사시도를 나타내는 도 11에서, 사선으로 표시한 공간부를 말한다. 또한, 도 11에서, 1날당 칩 포켓(CP)의 개소는 사선으로 표시되는 1개소만 나타내고 있으나, 1날당 칩 포켓(CP)에 해당하는 개소는 절삭날의 날 수와 같은 수가 존재하게 된다.

본 발명의 다날 엔드밀(1)에서는 이 1날당 칩 포켓(CP)의 체적(V)을 도 2에 도시한 외주날(4)의 형성 개시점에서 다날 엔드밀의 날 지름(L1)(섕크부(2)의 직경)이 10mm∼30mm이고, 절삭날의 날 수가 6∼30개일 때, 25㎣ 이상 120㎣ 이하의 범위로 설정하는 데 그 특징의 하나가 있다. 칩 포켓(CP)의 체적(V)은 개쉬(7)와 날 홈(8)을 형성하기 전의 무구의 다날 엔드밀(1)에 대해 개쉬(7)와 날 홈(8)의 형성에 의해 제거된 재료의 체적(용적)을 의미한다.

본 발명의 다날 엔드밀(1)은 적어도 6개의 절삭날을 구비하며, 3축 또는 5축의 NC 공작기계에 의해 만곡된 표면을 갖는 임펠러를 고속도로, 또한 고속 이송으로 절삭 가공하기 위한 엔드밀로서 바람직한, 상기 특유의 절삭날부(3)의 구조를 갖는다. 절삭날의 날 수에 대한 상한은 외주날(4)의 형성 개시점에서의 날 지름(L1)을 30mm로 한 다날 엔드밀(1)에서는 30개 정도로 하는 것이 바람직하다. 본 발명의 다날 엔드밀(1)에서, 절삭날의 개수를 6개 이상 30개 이하의 범위로 설정하는 것이 바람직한 이유는 다음과 같다.

임펠러에 본 발명의 다날 엔드밀(1)을 사용하여 절삭깊이량(ae, ap)을 올린 고속 이송 가공을 할 수 있지만, 추가로 고능률 가공을 실시하기 위해서는 이송 속도(Vf)를 높일 필요가 있다. 그리하여, 이송 속도(Vf)를 높이기 위해서는 1날당 이송량(fz)[mm/t]을 높이거나, 절삭 속도(Vc)[m/분]를 높일 필요가 있다. 그러나, 인코넬(등록상표) 718과 같은 난삭성 합금 소재의 절삭 가공을 할 경우, 절삭 시에 발생하는 온도 상승이 문제가 된다. 이 절삭 온도는 주축의 회전수(공구의 절삭 속도(Vc))가 빨라지는 만큼 올라가고, 절삭 온도의 상승은 엔드밀 표면에 피복된 경질 피막에 손상을 입혀, 엔드밀의 수명도 짧아진다. 이 때문에, 그만큼 절삭 속도를 높일 수 없다. 예를 들면, Ni계 내열 합금제 소재의 경우에는 Vc=80m/분 정도가 한계가 된다.

또한, 1날당 이송량(fz)을 너무 높이면, 엔드밀의 날끝에 걸리는 부담이 커지기 때문에, 1날당 이송량(fz)을 그다지 많게 할 수 없다. 특히, 1날당 이송량(fz)이 0.3mm/t를 넘으면 날끝의 부담이 현저해진다. 따라서, 고능률 가공을 실현시키기 위해서는 절삭날의 날 수를 증가시킬 필요가 있으며, 적어도 6개 이상의 날 수를 갖는 엔드밀을 사용하지 않으면, 종래의 2개의 날, 또는 4개의 날의 엔드밀과 비교하여 고능률 가공을 하기는 어렵다. 또한, 날 수가 30개를 넘는 다날 엔드밀을 사용할 때에는 칩 포켓(CP)이 지나치게 작아지기 때문에, 절삭 부스러기가 공구축(O) 부근이나 개쉬(7) 내에 막히기 쉬워지고, 이 막힌 절삭 부스러기를 물어 절삭날에 치핑이 발생하게 된다.

Ni계 내열 합금 등으로 이루어지는 임펠러를 본 발명의 다날 엔드밀(1)의 코너R날(5)을 사용하여 3축 또는 5축 NC 가공기에 의해 고속 이송으로 절삭 가공할 때, 예를 들면, 고능률의 절삭 가공을 하기 위해 그 절삭 조건으로서 축방향 절삭깊이량(ap)을 0.8mm∼2.0mm(바람직하게는 1.0∼1.5mm), 지름 방향 절삭깊이량(ae)을 1∼10mm(바람직하게는 1∼5mm)의 큰 값으로 설정한다. 또한, 1날당 이송량(fz)을 0.08∼0.3mm/t 정도(바람직하게는 0.1∼0.2mm/t)로 설정하고, 다날 엔드밀(1)의 날 수를 늘림으로써, 임펠러의 마무리 가공 완료까지의 전체적인 절삭 가공 능률을 종래보다도 현저하게 향상시킬 수 있다.

이상과 같은 점에서, 본 발명의 다날 엔드밀(1)에서는 절삭날의 날 수를 적어도 6개 이상으로 하고, 그 상한은 30개 이하로 하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 축방향 절삭깊이량(ap), 지름방향 절삭깊이량(ae) 및 1날당 이송량(fz)의 특정 범위 미만에서는 종래의 고속 이송 가공과의 우위 차가 인식되지 않는다. 또한, 상기 축방향 절삭깊이량(ap), 지름방향 절삭깊이량(ae) 및 1날당 이송량(fz)의 특정 범위를 넘으면, 공구 수명의 저하가 현저해져 실용적이지 못하다.

도 9는 절삭날이 10개인 경우의 이른바 10개 날을 갖는 본 발명의 다날 엔드밀(11)의 절삭날부(3)를 단면에서 공구축(O) 방향으로 본 상태를 나타내고, 도 10은 절삭날이 15개인 경우의 이른바 15개 날을 갖는 본 발명의 다날 엔드밀(12)의 절삭날부(3)를 단면에서 공구축(O) 방향으로 본 상태를 나타낸다. 절삭날이 10개인 경우와 15개인 경우의 어느 쪽이나 상기 본 발명의 유리한 효과를 발휘한다.

또한, 본 발명의 다날 엔드밀(11, 12)을 3축 또는 5축 NC 가공기에 장착하여 임펠러 등의 만곡된 곡면부를 고능률로 마무리 가공을 하기 위해서는 외주날(4)의 형성 개시점에서 날 지름(L1)은 10mm∼30mm의 범위로 설정하는 것이 바람직하다. 이 이유는 다음과 같다.

즉, 날 지름(L1)이 10mm∼30mm이면, 고능률로 절삭 가공을 하기 위해서, 날 수를 6개 이상 30개 이하의 다날로 한 경우에도, 칩 포켓(CP)의 체적(V)을 25㎣ 이상 120㎣ 이하로 하는 것이 가능해진다. 그러나, 날 지름(L1)을 10mm 미만으로 하고, 또한 절삭날을 많게 하면, 25㎣ 이상의 칩 포켓(CP)의 체적(V)을 확보하기 곤란해진다. 또한, 날 지름(L1)이 30mm를 넘는 경우에는 칩 포켓(CP)의 체적(V)을 25㎣ 이상 120㎣ 이하로 설정하려고 했을 때, 개쉬의 열림 각도(b)가 너무 좁아져, 절삭 부스러기의 배출을 방해할 가능성이 있다.

본 발명의 다날 엔드밀(1)에 있어서, 상기 날 지름(L1)의 더욱 바람직한 범위는 15mm∼25mm이다.

본 발명의 다날 엔드밀(1)을 사용하여 임펠러를 고속 이송으로 고능률의 절삭 가공을 하는 데 있어서, 칩 포켓(CP)의 체적(V)을 상기 25㎣ 이상 120㎣ 이하의 범위로 설정함으로써, 상기 고속 이송으로 고능률의 가공을 한 경우에도 발생한 절삭 부스러기를 원활하게 배출할 수 있다. 이 이유는 다음과 같다.

즉, 칩 포켓(CP)의 체적(V)이 25㎣미만에서는 고능률의 절삭 가공을 했을 때, 주로 코너R날(5)에 의해 형성되는 절삭 부스러기가 원활하게 배출되지 않고, 절삭 부스러기 막힘에 의해 절삭날의 결손이나 치핑이 발생한다. 한편, 칩 포켓(CP)의 체적(V)이 120㎣을 넘으면, 날 수를 늘려 다중 날로 했을 때, 공구로서의 전체적인 체적이 줄어드는 점에서 강성 확보가 곤란해지고, 절삭 시의 충격에 의해 결손이나 치핑이 발생하기 때문이다. 또한, 날 수를 줄여 공구로서의 전체적인 체적저하를 방지한 경우에는 마무리 가공 완료까지의 종합적인 이송 속도(Vf)[mm/분]가 저하되기 때문에, 본 발명이 목적으로 하는 고능률의 절삭 가공은 실현할 수 없게 된다.

본 발명에 있어서, 칩 포켓(CP)의 체적(V)의 바람직한 범위는 35㎣∼100㎣이고, 또한 칩 포켓(CP)의 체적(V)의 더욱 바람직한 범위는 45㎣∼70㎣이다.

1날당 칩 포켓(CP)의 체적(V)을 25㎣ 이상 120㎣ 이하로 설정함에 있어서는 코너R날(5)의 회전 방향(R) 전방에 존재하는 개쉬(7) 및 날 홈(8)이 한껏 커지도록 칩 포켓(CP)을 형성하게 된다. 구체적으로는 도 3에 도시한 개쉬(7)의 열림 각도(b)를 강성을 해하지 않는 정도로 한껏 크게 설정하든지, 외주날(4)의 절삭면(4a)의 지름 방향 길이가 한껏 커지도록 형성하게 된다. '외주날(4)의 절삭면(4a)의 지름 방향 길이'란 도 4에 도시한 외주날(4)의 절삭면(4a)을 공구축(O)에 대해 수직 방향으로 측정했을 때의 길이(도 4에서 단차부(10)와 코너R날(5)의 절삭면(5a)의 교점과 외주날(4)의 형성 개시점(P1)을 각각 지나고, 공구축(O) 방향으로 평행하게 그어진 직선 간을 공구의 지름 방향(반경 방향)을 이어주는 길이라고 환언할 수 있다. 이 길이는 외주날의 형성 개시점에서 다날 엔드밀의 날 지름(L1)의 15%∼35%로 하는 것이 바람직하다.

외주날(4)의 절삭면(4a)의 지름 방향 길이가 상기 날 지름(L1)의 15% 미만에서는 날 홈(8)에서 절삭 부스러기 막힘이 쉽게 발생하는 경향을 보이며, 상기 날 지름(L1)의 35%를 넘으면 코너R날(5)에 치핑이 쉽게 발생하는 경향을 보인다. 따라서, 코너R날(5) 근방의 공간이 커지고, 고능률의 절삭 가공을 한 경우에도 절삭 부스러기를 더욱 안정하게 날 홈(8)으로 운반하는 것이 가능해진다.

또한, 날 수가 많을수록 외주날(4)의 절삭면(4a)의 지름 방향 길이를 길게 하는 것이 또한 바람직하다. 구체적인 수치를 예시하면, 날 수가 10개인 경우는 상기 날 지름(L1)의 15%∼20%로 한다. 날 수가 12개인 경우에는 상기 날 지름(L1)의 20%∼25%로 한다. 날 수가 15개인 경우에는 상기 날 지름(L1)의 25%∼30%로 한다.

본 발명에 관한 다날 엔드밀(1)의 칩 포켓(CP)의 체적(V)은 하기 방법에 의해 구해진다. 비접촉식 3차원 계측 시스템(상품명:Rexcan III, Solutionix제)을 사용하여 시험 제작한 다날 엔드밀(1)의 표면부(절삭날부도 포함)의 3차원 계측을 순차 실시하여 본 발명의 다날 엔드밀의 3차원 CAD 모델을 작성했다. 이어서, 이 3차원 CAD 모델에서, 서로 인접하는 절삭날 사이에 형성된 개쉬(7)와 이 개쉬(7)에 연속한 날 홈(8)을 더한 공간부의 체적을 1날당 칩 포켓(CP)의 체적(V)으로 구했다.

이하에서는 본 발명의 다날 엔드밀(1)이 갖추고 있는 구성상의 다른 특징을 설명한다.

도 2에 도시한 본 발명의 다날 엔드밀(1)의 실시형태에서는 외주날(4)을 공구축(O) 방향으로 내리막 경사를 이루도록, 즉 다날 엔드밀(1)의 단면(선단부(1a))에서 섕크부(2)에 걸쳐 회전 방향(R) 전방에서 후방을 향하여 경사지도록 한 예를 나타낸다. 이 외주날(4)의 경사각도(α)(도 2 참조)는 5°이상 10°이하의 범위로 설정하는 것이 바람직하다. 경사각도(α)를 상기 각도 범위로 설정하는 것이 바람직한 이유는 다음과 같다.

만곡된 표면을 갖는 임펠러를 다날 엔드밀(1)의 공구축(O)을 경사지게 하면서 3축 또는 5축의 NC 공작기계로 가공할 때, 특히 임펠러 표면의 오목부 면을 절삭 가공할 때에는 NC 공작기계에 파지된 다날 엔드밀(1)의 기울기를 제어하면서 가공이 이루어진다. 여기서, 외주날(4)의 경사각도(α)를 5°미만으로 설정한 경우에는 다날 엔드밀(1)의 기울기에 따라서는 외주날(4)과 임펠러의 간섭이 발생하여 임펠러 표면부에 외주날(4)의 침식(지나친 절삭)이 생길 가능성이 있다.

한편, 경사각도(α)가 10°를 넘으면, 다날 엔드밀(1)의 선단부(1a)에서 절삭날부(3)의 지름이 작아지므로, 코너R날(5), 바닥날(6) 등의 절삭날의 길이가 짧아진다. 따라서, 이들 절삭날의 날끝 강도가 저하된다. 또한, 상기 1날당 칩 포켓(CP)의 체적(V)이 작아지므로, 고속 이송의 절삭 가공을 한 경우에는 절삭 부스러기 막힘이 발생하기 쉽고, 절삭날의 치핑이나 절삭 부스러기의 물림이 발생할 위험성이 생긴다. 따라서, 외주날(4)의 경사각도(α)는 5°이상 10°이하의 범위로 설정하는 것이 바람직하다.

이와 같이, 외주날(4)을 공구축(O)에 대해 선단부(1a) 방향을 향해 내리막으로 기우는 경사각도(α)를 5°이상 10°이하의 범위로 설정한 다날 엔드밀(1)은 도 2에 도시한 바와 같이, 외주날(4)과 코너R날(5)의 연결부에서의 날 지름(L2)이 외주날(4)의 형성 개시점에서의 날 지름(L1)보다 작아져 있다.

전술한 바와 같이, 바닥날(6)의 절삭면(6a)과 개쉬면(7a)은 공구축(O) 근방에서 절삭날부(3)의 외주 방향으로 형성된 개쉬(7)를 구성한다. 도 4에 도시한 바와 같이, 본 발명의 다날 엔드밀(1)에서, 공구축(O)과 직교하는 직선과 상기 바닥날(6)의 절삭면(6a)과 개쉬면(7a)의 경계선(9)이 이루는 각도인 개쉬(7) 각도(β)는 15°이상 45°이하의 범위로 설정하는 것이 바람직하다.

본 발명의 다날 엔드밀(1)이 갖는 특징 중 하나로서, 상기 개쉬(7) 각도(β)를 15°이상 45°이하의 범위로 설정하는 것이 바람직한 이유는 다음과 같다.

종래부터 Ni계 초내열 합금 등의 난삭성 합금 소재의 절삭 가공에서는 절삭 부스러기의 배출이 곤란한 것을 미리 회피하기 위해서, 일반적으로 날 수가 4개 이하인 엔드밀이 사용되었다. 이 사실은 종래에 있어서 고속 이송의 절삭 가공 중에 발생한 다량의 절삭 부스러기의 배출이 원활하게 이루어지지 않고, 고속 이송의 절삭 가공이 해결하지 못한 문제가 존재함을 시사하는 것이라 말할 수 있다. 이 문제에 대해 단순히 엔드밀의 날 수를 6개 이상으로 하여 이송 속도(Vf)를 빠르게 한 경우, 날 수의 증가에 따라 절삭 부스러기를 모으는 칩 포켓(CP)의 체적(용적)이 작아지므로, 절삭 부스러기 막힘을 일으킨다는 좋지않은 상황이 발생한다. 특히, 임펠러의 마무리 가공에서는 엔드밀의 공구축(O)을 경사지게 하여 절삭 가공을 하기 때문에, 절삭 가공의 개소에서는 절삭 부스러기가 바닥날(6)의 공구축(O) 근방에 체류하는 것이라 생각된다.

이러한 사정에 의해, 상기 임펠러의 마무리 절삭 가공에서 개쉬(7) 각도(β)를 15°미만으로 설정한 경우에는 칩 포켓(CP)의 체적(V)이 작아지고, 다날 엔드밀(1)의 공구축(O) 근방으로 흘러간 절삭 부스러기가 물림을 일으켜 절삭날의 치핑이 발생하기 쉬워진다. 그 때문에, 개쉬(7) 각도(β)를 15°이상으로 설정하는 것이 바람직하다.

또한, 개쉬(7) 각도(β)가 45°를 넘는 경우에는 칩 포켓(CP)의 체적(V)은 충분히 확보되지만, 코너R날(5)의 강도가 부족하기 때문에, 고속 이송 가공을 한 경우 절삭 저항에 견디지 못하고 코너R날(5)에 치핑이 발생하기 쉬워진다. 따라서, 개쉬(7) 각도(β)를 45°이하로 설정하는 것이 바람직하고, 결국 개쉬(7) 각도(β)를 15°이상 45°이하의 범위로 설정하는 것이 바람직하다.

계속해서, 본 발명의 다날 엔드밀(1)이 갖는 다른 특징을 도 3을 참조하여 설명한다.

도 3에 도시한 바와 같이, 다날 엔드밀(1)을 선단부(1a)에서 공구축(O) 방향으로 봤을 때, 바닥날(6)과 바닥날(6)의 여유면(6b)에서 회전 방향(R) 후방의 능선(개쉬면(7a)과 바닥날(6)의 여유면(6b)의 경계선)이 이루는 각도를 바닥날(6)의 여유면(6b) 폭의 각도(a)라 한다. 또한, 바닥날(6)의 여유면(6b)에서 회전 방향(R) 후방의 능선과 이 바닥날(6)의 회전 방향(R) 후방으로 인접하는 바닥날(6)의 회전 방향(R) 전방의 능선이 이루는 각도를 개쉬(7)의 열림 각도(b)라 했을 때, 개쉬(7)의 열림 각도(b)는 바닥날(6)의 여유면(6b) 폭의 각도(a)의 1.5배 이상 3배 이하의 범위가 되도록, 각 바닥날(6)과 바닥날(6)의 여유면(6b)을 형성하여 배치하는 것이 바람직하다.

상기 바닥날(6)의 여유면(6b) 폭의 각도(a)는 공구축(O)에서 바닥날(6)의 여유면(6b)을 평면에서 봤을 때의 폭의 각도를 나타내며, 바닥날(6)의 여유면(6b) 폭의 각도(a)는 다날 엔드밀(1)의 날 지름이나 절삭날의 날 수(개수)에 따라 적절히 설정된다. 예를 들면, 바닥날(6)의 여유면(6b) 폭의 각도(a)는 날 수가 8개인 경우에는 10°∼30°로, 날 수가 10개인 경우에는 8°∼24°로, 날 수가 12개인 경우에는 6°∼20°로 각각 설정되는 것이 적절하다.

개쉬(7)의 열림 각도(b)는 상기 개쉬(7)의 공구축(O)에서의 열림 각도를 나타내며, 360°를 날의 수로 나눈 수치에서 상기 바닥날의 여유면 폭의 각도(a)의 값을 뺌으로써 구해진다. 개쉬(7)의 열림 각도(b)는 예를 들면, 날 수가 8개인 경우에는 35°∼15°로, 날 수가 10개인 경우에는 28°∼12°로, 날 수가 12개인 경우에는 24°∼10°로 설정되는 것이 바람직하다. 절삭날, 특히 바닥날(6), 코너R날(5)의 강성을 해하지 않는 범위에서 V자형 개쉬(7)의 회전 방향(R)에서 측정했을 때의 넓이를 확보할 수 있도록 설정하는 것이 중요하다.

또한, 본 발명의 다날 엔드밀(1)에서, 예를 들면, 날 지름이 30mm이고, 절삭날의 날 수를 10개로 한 경우, 바닥날(6)의 여유면(6b) 폭의 각도(a)는 12°, 개쉬(7)의 열림 각도(b)는 24°정도로 설정된다.

전술한 바와 같이, 개쉬(7)의 열림 각도(b)를 바닥날(6)의 여유면(6b) 폭의 각도(a)의 1.5배 이상 3배 이하로 설정하는 것이 바람직한 이유는 다음과 같다.

개쉬(7)의 열림 각도(b)를 바닥날(6)의 여유면(6b) 폭의 각도(a)의 1.5배 미만으로 설정한 경우에는 각 절삭날의 날끝 강성을 향상시킬 수 있지만, 절삭깊이나 이송 속도를 높인 고능률 가공을 했을 때에는 칩 포켓(CP)이 작아진다. 즉, 개쉬의 열림 각도(b)가 작아지므로, 절삭 부스러기를 효율 좋게 날 홈(8)으로 운반할 수 없게 되어 절삭 부스러기의 물림을 발생시킨다. 이 때문에, 개쉬(7)의 열림 각도(b)는 바닥날(6)의 여유면(6b) 폭의 각도(a)의 1.5배 이상인 것이 바람직하다.

또한, 개쉬(7)의 열림 각도(b)가 바닥날(6)의 여유면(6b) 폭의 각도(a)의 3배를 넘는 경우에는 바닥날(6)이나 코너R날(5)의 날끝 강도가 부족하여 특히, 임펠러 가공에서 주된 절삭날이 되는 코너R날(5)에 치핑이 발생한다. 이 때문에, 개쉬의 열림 각도(b)는 바닥날의 여유면 폭의 각도(a)의 3배 이하로 설정하는 것이 바람직하다. 따라서, 개쉬의 열림 각도(b)를 바닥날의 여유면 폭의 각도(a)의 1.5배 이상 3배 이하로 설정하는 것이 바람직하다.

이어서, 본 발명의 다날 엔드밀(1)이 갖는 다른 특징을 도 5를 참조하여 설명한다. 도 5는 도 4의 연결부(P2)에서 절삭각(P2s)와 여유각(P2n)의 관계를 도시한 C-C선 단면도이다. 또한, C-C선 단면은 외주날(4)과 코너R날(5)의 연결부(P2)에서의 축 직각 단면이 된다. 축 직각 단면이란 공구축(O)과 수직 방향으로 절단했을 때의 단면을 말한다. 도 5에서, P2s는 외주날(4)과 코너R날(5)의 연결부(P2)에서의 절삭각을 나타내고, P2n은 외주날(4)과 코너R날(5)의 연결부(P2)에서의 여유각을 나타낸다. 본 발명의 다날 엔드밀(1)에서는 이 외주날(4)과 코너R날(5)의 연결부(P2)에서 축 직각 단면의 절삭각(P2s)을 3°이상 10°이하의 범위가 되도록 설정하는 것이 바람직하다.

외주날(4)과 코너R날(5)의 연결부(P2)에서 축 직각 단면의 절삭각(P2s)을 3°이상 10°이하의 범위가 되도록 설정하는 것이 바람직한 이유는 다음과 같다.

외주날(4)과 코너R날(5)의 연결부(P2)에서 축 직각 단면의 절삭각(P2s)을 3°미만으로 한 경우에는 절삭의 질이 부족하여 절삭날의 날끝에 용착이 발생하므로, 다음의 코너R날(5)로 피삭재를 절삭 가공했을 때에 물림을 일으키기 때문에 치핑이 많이 생긴다. 이 때문에, 상기 절삭각(P2s)을 3°이상으로 설정하는 것이 바람직하다.

또한, 절삭각(P2s)이 10°를 넘으면, 절삭의 질은 충분하지만, 날끝의 강도가 부족하여 치핑이 발생하기 쉽다. 이 때문에, 상기 절삭각(P2s)을 10°이하로 설정하는 것이 바람직하다. 따라서, 상기 절삭각(P2s)은 3°이상 10°이하의 범위로 설정하는 것이 바람직하다.

이어서, 본 발명의 다날 엔드밀(1)이 추가로 갖는 다른 특징을 설명한다. 이 특징은 바닥날(6), 코너R날(5), 및 외주날(4) 상의 임의의 점에서 각각의 접선과 직교하는 방향의 단면(날 직단면)의 여유각을 상기 바닥날(6), 상기 코너R날(5), 및 상기 외주날(4)마다 일정해지도록 설정하는 것에 있다. 상기 날 직단면은 각각의 절삭날 상의 임의의 점에서 이 임의의 점을 지나는 접선을 그었을 때에, 그 접선과 수직 방향으로 절단했을 때의 단면을 말한다.

도 6은 도 4의 A-A선 단면도이다. 도 6은 바닥날(6)상의 접선과 직교하는 방향의 단면(도 4의 A-A선 단면)에서 봤을 때 바닥날(6)의 날 직단면에서의 여유각(6n)을 도시한다. 도 7은 도 4의 코너R날(5)의 여유각(5n)과 절삭각(5s)의 관계를 나타낸 B-B선 단면도이다. 도 7은 코너R날(5) 상의 임의의 점에서의 접선과 직교하는 방향의 단면(도 4에 도시한 B-B선 단면)에서 봤을 때 코너R날(5)의 날 직단면에서의 여유각(5n)과 코너R날(5)의 날 직단면에서의 절삭각(5s)을 나타낸다. 도 8은 도 4의 외주날의 여유각(4n)과 절삭각(4s)의 관계를 나타낸 D-D선 단면도이다. 도 8은 외주날(4)상의 임의의 점에서의 접선과 직교하는 방향의 단면(도 4에 도시한 D-D선 단면)에서 봤을 때 외주날(4)의 날 직단면에서의 여유각(4n)과 외주날(4)의 날 직단면에서의 절삭각(4s)을 나타낸다. 본 발명의 다날 엔드밀(1)에서는 이들 여유각(4n, 5n, 6n)의 값을 각각 일정하게 설정하고 있다. 예를 들면, 여유각(4n, 5n, 6n)은 모두 동일하게 6°로 설정한다.

상기 여유각에 관한 특징, 즉 외주날(4), 코너R날(5) 및 바닥날(6) 상의 임의의 점에서 각각의 접선과 직교하는 방향의 단면(날 직단면)에서의 여유각(4n, 5n, 6n)을 모두 일정하게 설정하는 이유는 다음과 같다.

임펠러의 마무리 가공을 3축 또는 5축의 NC 공작기계로 수행할 경우에는 엔드밀의 공구축(O)이나 피삭재가 동시에 움직이도록 NC 프로그램에 의해 제어하여 가공효율의 향상을 도모하기 위해서, 코너R날(5)을 주 절삭날로 하여, 바닥날(6)이나 외주날(4)도 사용된다. 이때, 바닥날(6)과 코너R날(5)의 연결부, 또한 코너R날(5)과 외주날(4)의 여유각이 변화하면, 거기에 단차가 생겨 피삭재의 마무리면에 악영향을 미치는 것으로 생각된다. 이 때문에, 외주날(4), 코너R날(5) 및 바닥날(6)의 날 직단면의 여유각(4n, 5n, 6n)을 모두 일정하게 하는 것이 바람직하다.

계속해서, 본 발명의 다날 엔드밀(1)이 갖는 다른 특징을 설명한다. 이 특징은 도 1이나 도 2에 도시한 다날 엔드밀(1)의 선단부(1a)에서 공구축(O) 방향으로 형성된 절삭날의 길이, 즉 절삭날부(3)의 상기 선단부(1a)에서 외주날의 형성 개시점(P1)까지의 공구축(O) 방향에 대한 길이인 날 길이(L3)를 외주날(4)의 형성 개시점에서의 날 지름(L1)의 30% 이상 60% 이하의 범위로 설정하는 데 있다.

상기 특징에 있어서, 날 길이(L3)를 외주날(4)의 형성 개시점에서의 날 지름(L1)의 30% 이상 60% 이하의 범위로 설정하는 것이 바람직한 이유는 다음과 같다.

만곡된 표면을 갖는 임펠러를 3축 또는 5축의 NC 가공기계에 의해 마무리 가공을 할 경우에는 다날 엔드밀(1)의 공구축(O)이나 피삭재를 동시에 움직이는 NC 제어를 실행한다. 이 때문에, 외주날(4)에 피삭재와 간섭하는 부분이 발생할 위험성이 따른다. 또한, 임펠러의 마무리 가공은 주로 다날 엔드밀(1)의 코너R날(5)을 사용하는 절삭 가공이 된다. 그 경우, 날 길이(L3)가 외주날(4)의 형성 개시점에서의 날 지름(L1)의 30% 미만이면, 날 길이(L3)의 길이가 짧아지므로, 절삭날이 형성되지 않은 섕크부(2)가 피삭재와 간섭을 일으키는 경우가 있다. 이 때문에, 날 길이(L3)는 상기 날 지름(L1)의 30% 이상으로 설정하는 것이 바람직하다.

한편, 날 길이(L3)가 외주날(4)의 형성 개시점에서의 날 지름(L1)의 60%를 넘으면, 섕크부(2)와 비교하여 개쉬(7)나 이 개쉬(7)와 연통하는 날 홈(8) 등을 형성하는 절삭날부(3)는 칩 포켓(CP)이 지나치게 커지므로, 절삭날부(3)의 강성이 낮아져, 고속 이송의 절삭 가공을 실행하면 금이 간 무늬(chatter mark)가 생기는 좋지 않은 상황이 발생한다. 이 때문에, 날 길이(L3)는 상기 날 지름(L1)의 60% 이하로 설정하는 것이 바람직하다.

이어서, 또한 본 발명의 다날 엔드밀(1)이 갖는 다른 특징을 설명한다. 이 특징은 코너R날의 R형태부의 곡률반경(r1)(도 4 참조)을, 외주날(4)의 형성 개시점에서의 날 지름(L1)의 10% 이상 20% 이하의 범위로 설정하는 점에 있다. 상기 곡률반경(r1)의 범위를 상기와 같이 설정하는 것이 바람직한 이유는 다음과 같다.

임펠러를 3축 또는 5축의 NC 공작기계에 의해 마무리의 절삭 가공을 할 경우에는 주로 코너R날(5)을 사용하게 된다. 또한, 고능률, 즉 고속도로 고속 이송의 절삭 가공을 하기 위해서는 코너R날(5)의 날끝 강도가 과제가 된다. 코너R날(5)의 R형태부의 곡률반경(r1)을 크게 하는 것이 코너R날(5)의 날끝 강도가 높고, 또한 높은 절삭깊이에서의 절삭 가공이 가능해진다. 상기 곡률반경(r1)이 외주날(4)의 형성 개시점에서의 날 지름(L1)의 10% 미만으로 설정되면, 높은 절삭깊이에서의 가공을 실행했을 때에는 날끝 강도가 부족하기 때문에 코너R날(5)에 치핑을 발생시킨다.

한편, 코너R날(5)의 R형태부의 곡률반경(r1)이 외주날(4)의 형성 개시점에서의 날 지름(L1)의 20%를 넘는 경우에는 코너R날(5)의 R형태부가 지나치게 커진다. 이 때문에, 피삭재를 절삭할 때 코너R날(5)이 피삭재와 접촉하는 절삭날의 길이가 길어져서 절삭 저항이 증대하여, 절삭날에 치핑을 일으킨다. 따라서, 곡률반경(r1)은 날 지름(L1)의 10% 이상 20% 이하의 범위로 설정되는 것이 바람직하다.

도 2, 도 3 등에 나타낸 본 발명의 다날 엔드밀(1)에는 피삭재의 절삭 가공 중에 냉각제(액)를 공급하기 위한 냉각제 구멍을 도시하지 않으나, 선단부(1a)에 하나 또는 다수의 냉각제 구멍을 형성하는 것이 바람직하다. 냉각제는 절삭 가공 중에 절삭날을 냉각할 목적과, 절삭 가공에 의해 생성된 절삭 부스러기를 절삭날과 절삭날 사이에 형성된 개쉬(7)에서 날 홈(8)을 통해서 외부로 원활하게 배출할 목적과, 절삭 부스러기가 절삭날에 부착(용착)하는 것을 방지할 목적을 위해서 공급된다.

임펠러를 고속 이송으로 절삭 가공하는 이상은 절삭날의 냉각과 생성된 절삭 부스러기의 양호한 배출성이 중요하기 때문에, 다날 엔드밀(1)의 선단부(1a)에, 적어도 3개의 냉각제 구멍을 형성하는 것이 바람직하다. 냉각제 구멍을 형성하는 위치는 예를 들면, 도 3에 도시한 개쉬면(7a), 또는 바닥날(6)의 여유면(6b)이나 그 부근이 적절하다. 냉각제는 절삭 가공 중에 3축 또는 5축 NC 가공기에서 공급되며, 섕크부(2) 내부의 공구축(O) 방향으로 천공된 냉각제 구멍을 통해 표면에 노출된 다수의 냉각제 구멍에서 분출시킬 수 있다.

(다날 엔드밀의 제조 방법의 개요)

계속해서, 본 발명의 다날 엔드밀(1)의 제조 방법에 관한 개요를 설명한다. 본 발명의 다날 엔드밀(1)은 WC(탄화 텅스텐)를 주성분으로 한 초경 합금의 분말로부터 공지의 제조 방법에 의해 제조된 솔리드형 엔드밀이다. 또한, 상기 분말을 성형하여 얻은 다날 엔드밀(1)의 성형체는 소결로 내에 장입하여 소정 온도로 가열하는 소결 처리를 한다. 얻어진 다날 엔드밀(1)의 소결체는 그의 절삭날부(3)에 소정 수의 절삭날, 즉 외주날(4), 코너R날(5), 및 바닥날(6)과 절삭날 각각의 절삭면(4a, 5a, 6a), 여유면(4b, 5b, 6b), 및 개쉬면(7a), 날 홈(8)을 다이아몬드 숫돌 등을 사용한 연삭 가공 장치에 의해 연삭하여 형성한다. 또한, 다날 엔드밀(1)(섕크부(2)) 내부의 공구축(O) 방향으로 냉각제 구멍을 천공하여 선단부(1a)에 다수 개의 냉각제 구멍을 형성한다.

연삭 가공 장치에 의해 절삭날부(3)에 외주날(4), 코너R날(5), 바닥날(6) 등의 가공 처리 등이 완료된 다날 엔드밀(1)에는 적어도 절삭날부(3)의 전 표면에 두께 3㎛ 정도의 경질 피막을 예를 들면, PVD법에 의해 피복한다. 본 발명의 다날 엔드밀(1)에 실시되는 경질 피막으로는 AlCrN 막 등의 AlCr계 경질 피막이 적합하다. 그 이유는 다음과 같다.

일반적으로, 난삭성 합금 소재(피삭재)를 절삭 가공할 때에는 절삭 부스러기가 절삭날에 용착하는 등 큰 문제가 된다. 절삭 가공에 의해 발생한 절삭 부스러기가 절삭날 등에 용착하지 않도록 하기 위해서는 가능한 한 마모계수가 낮은 경질 피막을 절삭날 등에 피복할 필요가 있다. 그러한 난삭성 합금 소재는 통상의 합금 강보다 높은 절삭 열이 발생하기 때문에, 내열성이 우수한 경질 피막을 피복할 필요가 있다. 또한, 임펠러의 절삭 가공은 단속 절삭이기 때문에, 충격에 강한 경질 피막을 피복할 필요가 있다.

엔드밀에 피복할 경질 피막으로는 종래부터 TiAl계 경질 피막이 채용되고 있다. 그러나, TiAl계 경질 피막은 내열성이 낮고, 마모계수도 높기 때문에, 안정성이 떨어지고, 내열성은 문제없지만, 마찰계수가 크다. 이 때문에, 절삭 부스러기가 쉽게 용착하는 문제점이 있다. 이에 대해, AlCr계 경질 피막은 내열성도 있고, 마찰계수도 낮기 때문에, 안정한 절삭 가공이 가능해진다. 따라서, 본 발명의 다날 엔드밀(1)에는 적어도 절삭날부(3)의 전 표면에 AlCr계 경질 피막, 예를 들면, AlCrSiN으로 이루어진 경질 피막을 두께 3㎛ 정도 피복할 수 있다

(실시예)

이하에서는 본 발명을 실시예로 설명하지만, 이들 실시예로 본 발명이 한정되는 것은 아니다.

본 발명에 관한 초경 합금제의 다날 엔드밀을 시험 제작하여 피삭재에 대해 절삭 가공을 실행하고, 가공 후에 이 다날 엔드밀의 절삭날에 대한 마모나 치핑의 발생 상황을 확인하기 위한 2종의 절삭가공실험(실험예 1과 실험예 2)을 하였다. 이하에서는 이 절삭가공실험의 실험 결과를 설명한다.

(실험예 1)

전술한 바와 같이, 본 발명의 다날 엔드밀(1)의 특징 중 하나로서, 코너R날(5)에 볼록형 곡면을 이루는 코너R날(5)의 절삭면(5a)을 형성하였다. 실험예 1에서는 코너R날(5)에 절삭면(5a)을 형성한 본 발명예(본 발명예 1)의 엔드밀을 시험 제작하여, Ni계 내열 합금인 인코넬(등록상표) 718의 블록재(시효처리 마침)를 경사각도 10°가 되도록 세로형 3축 머시닝 센터에 장착하여 이 블록재의 경사면(경사각 10°)에 대해 인상 가공을 했다. 절삭 가공 거리의 누계가 45m에 달했을 때, 절삭날의 마모 상황을 육안으로 관찰했다.

또한, 전술한 바와 같이, 본 발명예 1에서 코너R날(5)의 절삭면(5a) 및 외주날(4)의 절삭면(4a)은 완만한 볼록형 곡면을 이루도록 형성되고, 절삭면(5a)과 절삭면(4a)은 바닥날(6)의 절삭면(6a)에 대해 회전 방향(R) 후방에서 선단부(1a)보다 섕크부(2)에 위치하도록 단차부(10)를 통해 절삭면(6a)과 연속해 있다(도 4 참조). 이 본 발명예의 엔드밀과 비교하기 위해, 도 19에 도시한 바와 같이 코너R날(5)의 절삭면(5a)을 형성하지 않고 외주날(4)의 절삭면(4a)을 코너R날(5)의 절삭면(5a)으로 한 초경 합금제 엔드밀(비교예 1)을 시험 제작하였다.

실험예 1을 실행하기 위해 시험 제작한 본 발명예 1과 비교예 1의 엔드밀 크기는 공구축(O) 방향의 전체 길이를 125mm, 외주날(4)과 코너R날(5)의 연결부에서의 다날 엔드밀의 날 지름(L2)을 19mm, 섕크 지름(외주날의 형성 개시점에서의 다날 엔드밀의 날 지름(L1))을 20mm로 했다. 또한, 시험 제작한 본 발명예 1과 비교예 1의 엔드밀의 절삭날부(3) 전 표면에 Al-Cr-Si-N으로 이루어지는 두께 3㎛의 경질 피막을 PVD법에 의해 피복했다.

시험 제작한 본 발명예 1과 비교예 1의 엔드밀 크기(경질 피막 이외)의 사양을 표 1에 나타내었다. 또한, 표 1에 나타낸 홈 길이(h)는 도 4에 도시한 바와 같이, 다날 엔드밀(1)의 선단부(1a)에서 날 홈(8)의 단부까지의 길이를 공구축(O)과 평행한 방향에서 측정했을 때의 길이를 말한다. 전체 날 홈(8)의 홈 길이(h)는 동일하게 된다. 또한, 시험 제작한 본 발명예 1과 비교예 1의 다날 엔드밀에는 냉각제 구멍을 형성하지 않고 수용성 냉각액을 외부에서 공급했다.

사양 항목	본 발명예 1	비교예 1
절삭날의 날 수	10개	좌동
외주날의 경사각도(α)	8°	좌동
코너R날의 곡률반경(r1)	2mm	좌동
날 홈의 편각	30°	좌동
코너R날과 외주날의 연결부의 절삭각 (축 직각단면)	7°	0° (절삭면5a를 형성 안함)
외주날의 여유각(날 직단면)	6°	좌동
코너R날의 여유각(날 직단면)	6°	좌동
바닥날의 여유각(날 직단면)	6°	좌동
엔드밀 개쉬의 각도(β)	30°	좌동
바닥날의 여유면 폭의 각도(a)	8°	좌동
개쉬의 열림 각도(b)	28°	좌동
b/a	3.5	좌동
1날당 칩 포켓의 체적(V)	70㎣	좌동
날 길이(L3)	6mm	좌동
홈 길이(h)	9mm	좌동
각도(ψ)	20°	좌동
경사각도(ξ)	33°	좌동
경사각도(η)	6°	좌동
개쉬 바닥면의 폭	0.25mm	좌동

세로형 3축 머시닝 센터를 사용한 피삭재의 고속 이송 절삭 가공에 있어서, 설정한 절삭 조건은 본 발명예 1 및 비교예 1의 엔드밀 모두 다음과 같다.

절삭 속도(Vc) : 80m/분

이송 속도(Vf) : 1880mm/분

1날당 이송량(fz) : 0.14mm/t

축방향 절삭깊이량(ap) : 1.0mm

지름방향 절삭깊이량(ae): 1.8mm

공구 돌출량 : 60mm

절삭 가공 시의 냉각방법 : 수용성 냉각액을 외부에서 공급

실험예 1에 의한 절삭가공실험의 결과를 도 12 및 도 13에 도시한다. 도 12는 본 발명예 1의 다날 엔드밀(1)과 비교예 1의 다날 엔드밀에 대해, 실험예 1에 의한 절삭가공실험을 실행한 후 절삭날의 여유면에 대한 마모 상황을 나타내는 사진이다. 도 13은 본 발명예 1의 다날 엔드밀과 비교예 1의 다날 엔드밀에 대해 실험예 1에 의한 절삭가공실험을 실행한 후 절삭날의 절삭면에 대한 마모 상황을 나타내는 사진이다.

도 12에 있어서, 본 발명예 1 및 비교예 1의 여유면에 대한 사진은 바닥날(6)의 절삭면(6a)측에서 촬영한 사진이다. 도 13에서, 본 발명예 1 및 비교예 1의 절삭면에 대한 사진은 본 발명예에서 코너R날의 절삭면(5a)측에서 촬영한 사진이다. 또한, 각 사진의 오른쪽 하측에 표시된 수치'0.25mm/div' 등은 이 사진의 스케일(1 눈금당 길이)을 나타낸다,

도 12 및 도 13에서 명백한 바와 같이, 코너R날(5)에 절삭면(5a)을 형성한 본 발명예 1에서는 코너R날(5)의 여유면(5b) 및 절삭면(5a)의 평균 마모폭(VB값)은 0.056mm이고, 가공의 정도(精度)에 영향을 미치는 마모는 인식되지 않았다.

한편, 비교예 1의 다날 엔드밀에서는 도 12에 도시한 바와 같이 코너R날(5)의 여유면(5b)에 치핑 발생이 인식되었다. 상기 실험예 1에 의한 결과에서, 다날 엔드밀의 코너R날(5)에 절삭면(5a)을 형성하면, 피삭재에 대한 절삭의 질이 향상되고, 또한 절삭날에 대한 치핑 발생을 억제할 수 있음을 확인할 수 있었다.

(실험예 2)

계속해서, 날 수와 바닥날(6)의 여유면(6b) 폭의 각도(a)와 개쉬(7)의 열림 각도(b)가 다른 다날 엔드밀, 즉 1날당 칩 포켓(CP)의 체적(V)이 다른 본 발명예 2와 비교예 2의 초경 합금제 다날 엔드밀을 시험 제작했다. 그리하여, 시험 제작한 다날 엔드밀을 세로형 3축 머시닝 센터에 장착하여 고속 이송 절삭가공을 하고, 절삭날의 마모 상황과 치핑 발생 상황을 확인하는 절삭가공실험을 하였다. 이 실험예 2에 사용된 본 발명예 2와 비교예 2의 다날 엔드밀의 사양을 표 2에 나타냈다. 또한, 비교예 2는 특허문헌 3에 개시된 다날 엔드밀과 유사한 절삭날 구성을 갖는 엔드밀이다. 또한, 시험 제작한 본 발명예 2와 비교예 2의 다날 엔드밀에는 냉각제 구멍을 형성하지 않고, 수용성 냉각액을 외부에서 공급했다.

표 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명예 2의 다날 엔드밀(1)에서는 절삭날의 날의 개수를 12개, 1날당 칩 포켓(CP)의 체적(V)을 45㎣가 되도록 설정했다. 한편, 비교예 2에서는 특허문헌 3의 도 4에 개시된 다날 엔드밀과 유사한 절삭날 구성으로 했다. 이 때문에, 절삭날의 날 수는 15개로 본 발명예 2보다 많고, 또한 1날당 칩 포켓(CP)의 체적(V)은 본 발명예 2보다 작은 23㎣였다. 또한, 이 칩 포켓(CP)의 체적(V)은 다날 엔드밀마다 상기한 대로 바닥날(6)의 여유면(6b) 폭의 각도(a)와 개쉬(7)의 열림 각도(b)의 값을 바꾸는 등의 수단에 의해 변화시킬 수 있다.

또한, 표 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명예 2의 V자형 개쉬(7)의 최심부에 있는 개쉬 바닥면(14)에서 개쉬 바닥면의 폭(w1)은 0.35mm로, 충분히 작았다. 이에 대해, 비교예 2의 직사각형 개쉬(7)의 최심부에 있는 개쉬 바닥면(14)에서 개쉬 바닥면의 폭(w2)은 0.9mm로, 컸다.

또한, 비교예 2에서 각도(ψ)는 도 21에 나타낸 바와 같이, 바닥날의 절삭면(6a)과 개쉬면(7a)이 평행해지도록 개쉬(7)가 형성되어 있기 때문에, 각도(ψ)를 측정할 수 없었다.

사양 항목	본 발명예 2	비교예 2
절삭날의 날 수	12개	15개
외주날의 경사각도(α)	8°	좌동
코너R날의 곡률반경(r1)	1mm	좌동
날 홈의 편각	30°	좌동
코너R날과 외주날의 연결부의 절삭각 (축 직각단면)	7°	0° (절삭면5a를 형성 안함)
외주날의 여유각(날 직단면)	6°	좌동
코너R날의 여유각(날 직단면)	6°	7°
바닥날의 여유각(날 직단면)	6°	8°
엔드밀 개쉬의 각도(β)	20°	7°
바닥날의 여유면 폭의 각도(a)	8°	11°
개쉬의 열림 각도(b)	22°	13°
b/a	2.75	1.2
1날당 칩 포켓의 체적(V)	45㎣	23㎣
날 길이(L3)	6mm	좌동
홈 길이(h)	8mm	좌동
각도(ψ)	18°	측정불능
경사각도(ξ)	10°	48°
경사각도(η)	7°	12°
개쉬 바닥면의 폭	0.35mm	0.9mm

실험예 2에 사용한 피삭재는 실험예 1과 마찬가지로, Ni계 초내열 합금의 블록재(시효처리 마침)를 경사각도 10°가 되도록 세로형 3축 머시닝 센터에 장착하여, 이 블록재의 경사면(경사각 10°)의 인상 가공을 했다. 그리하여, 본 발명예 2에서는 절삭 가공 거리의 누계가 5.5m에 달했을 때, 비교예 2에서는 절삭 가공 거리의 누계가 4m에 달했을 때, 절삭날의 마모 상황 등을 관찰했다. 또한, 세로형 3축 머시닝 센터를 사용한 피삭재의 절삭 가공에 있어서, 설정한 절삭 조건은 본 발명예 2의 이송 속도가 1608mm/분(1날당 이송량(fz)은 0.1mm/t), 비교예 2의 이송 속도를 2010mm/분(1날당 이송량(fz)은 0.1mm/t)으로 설정한 외에는 실험예 1과 동일한 조건으로 설정했다.

실험예 2에서, 비교예 2의 이송 속도를 본 발명예 2보다도 높게 설정한 이유는 비교예 2의 다날 엔드밀의 날 수가 15개로 본 발명예 2 보다 많게 설정했으므로, 1날당 이송량(fz)을 똑같이 설정하여 절삭 가공을 했을 때의 절삭날에 대한 마모 상황을 관찰하기 위해서이다.

실험예 2에 사용한 다날 엔드밀(1)의 크기는 본 발명예 2와 비교예 2의 어느 쪽이나 전체 길이가 125mm, 외주날(4)과 코너R날(5)의 연결부에서의 날 지름(L2)이 19mm, 섕크 지름(외주날의 형성 개시점에서의 날 지름(L1))이 20mm로 실험예 1과 동일하게 하고, 경질 피막도 실험예 1과 동일하게 했다.

실험예 2에 의한 절삭가공실험의 결과를 도 14 및 도 15에 도시하였다. 도 14는 본 발명예 2의 다날 엔드밀과 비교예 2의 다날 엔드밀에 대해 실험예 2에 의한 절삭가공실험을 실행한 후, 절삭날의 여유면에 대한 마모 상황을 나타내는 사진이다. 도 15는 본 발명예 2의 다날 엔드밀과 비교예 2의 다날 엔드밀에 대해, 실험예 2에 의한 절삭가공실험을 실행한 후, 절삭날의 절삭면에 대한 마모 상황을 나타내는 사진이다.

도 14에서, 본 발명예 2와 비교예 2의 여유면에 관한 사진은 바닥날의 여유면(6b)측에서 촬영한 사진이다. 도 15에서, 본 발명예 2와 비교예 2의 절삭면에 관한 사진은 본 발명예의 코너R날(5)의 절삭면(5a)측에서 촬영한 사진이다. 또한, 각 사진의 오른쪽 하측에 표시한 수치'0.250mm/div' 등은 그 사진의 스케일(1눈금당 길이)을 나타낸다.

도 14 및 도 15에 나타낸 상황에서 명백한 바와 같이, 코너R날(5)에 절삭면(5a)을 형성하고, 또한 1날당 칩 포켓(CP)의 체적(V)을 45㎣로 종래의 비교예 2보다 크게 설정한 본 발명예 2의 경우, 코너R날(5)의 절삭면(5a)은 안정한 마모 상태를 나타내었다.

이에 대해, 비교예 2의 다날 엔드밀은 도 14 및 도 15에 도시한 바와 같이, 코너R날(5)(결손에 의해 없어졌다)에서, 절삭 부스러기의 물림이 원인이라 여겨지는 결손의 발생이 인식되었다. 이 결손에 의해 비교예 2의 다날 엔드밀에서 코너R날(5)은 거의 모두 없어졌고, 본 발명예 2의 다날 엔드밀에 비해 수명이 매우 짧은 것을 알았다.

상기 실험예 2의 결과에서 다음과 같은 점이 판명되었다.

특허문헌 3의 다날 엔드밀과 유사한 구성으로 한 비교예 2는 날 수가 15개로 본 발명예 2 보다 많게, 또한 1날당 칩 포켓(CP)의 체적(V)도 본 발명예 2 보다 작게 설정하여, 본 발명예 2보다 높은 이송 속도(Vf)의 절삭 가공을 실행한 점이 원인으로 추정되는, 절삭 부스러기의 물림으로 여겨지는 결손이 발생했다. 비교예 2에서, 이러한 결손의 발생은 하기 (1) 및 (2)에 기재한 사항에 의한 것이라 추측할 수 있다.

(1)통상, 엔드밀의 한 날에 대한 절삭 부하가 동등해지도록, 본 발명예 2와 비교예 2에서, 축방향 절삭깊이량(ap)을 동일하게 한 경우에, 날의 개수를 증가시키면, 추가로 이송 속도를 높여 가공하는 것이 이론상 가능해진다. 그러나, 실험예 2에서는 비교예 2의 엔드밀의 개쉬 각도(β)를 7°라 하는, 본 발명예 2 보다 매우 작은 값으로 설정했기 때문에, 1날당 칩 포켓(CP)의 체적이 작아졌다. 이 때문에, 비교예 2에서는 가공 시에 발생한 절삭 부스러기가 쉽게 체류하며, 절삭 부스러기가 외주로 배출되기 전에, 절삭 부스러기의 물림이 발생하여 코너R날(5)에 치핑 등의 결손이 가공 직후부터 발생한 것이라 추측된다.

(2)상기 (1)에서 명백한 바와 같이, 본 발명의 다날 엔드밀(1)은 그의 날의 개수에 따라 바닥날의 여유면 폭의 각도(a)와 개쉬의 열림 각도(b), 및 개쉬 각도(β)의 값을 상기 범위 내가 되도록 적절히 설정하여, 1날당 칩 포켓(CP)의 체적(V)을 상기의 적절한 범위 내로 설정한 것이다. 따라서, 고속 이송의 절삭 가공을 해도, 코너R날(5)에 치핑이나 결손이 발생하는 것이 억제되고, 안정한 절삭 가공을 실현할 수 있었다.

(산업상 이용 가능성)

상기 실시예에서는 Ni계 내열 합금제 소재를 피삭재(임펠러)로 하여 고속 이송의 절삭 가공을 할 경우를 기재하였지만, 특별히 한정되지 않는다. 예를 들면, 티탄 합금 또는 스테인리스 강 등의 난삭성 합금제 소재를 고속 이송 가공할 경우에, 본 발명의 엔드밀은 유리한 효과를 발휘한다. 또한, 합금 강, 공구 강 또는 탄소강 등을 피삭재로 하여 고속 이송 가공을 할 경우에도 본 발명의 엔드밀은 유리한 효과를 나타낼 수 있다.

1: 다날 엔드밀
1a: 다날 엔드밀의 선단부
2: 섕크(shank)부
3: 절삭날부
4: 외주날
4a: 외주날의 절삭면
4b: 외주날의 여유면
4n: 외주날의 날 직단면에서의 여유각
4s: 외주날의 날 직단면에서의 절삭각
5: 코너R날
5a: 코너R날의 절삭면
5b: 코너R날의 여유면
5n: 코너R날의 날 직단면에서의 여유각
5s: 코너R날의 날 직단면에서의 절삭각
6: 바닥날
6a: 바닥날의 절삭면
6b: 바닥날의 여유면
6n: 바닥날의 날 직단면에서의 여유각
7: 개쉬(gash)
7a: 개쉬면
8: 날 홈
8a: 날 홈면
9: 바닥날의 절삭면과 개쉬면의 경계선
10: 단차부
11: 10개 날의 다날 엔드밀
12: 15개 날의 다날 엔드밀
13: 특허문헌 3에 기재된 엔드밀
14: 개쉬 바닥면
O: 공구축(회전축 중심)
R: 회전 방향
CP: 칩 포켓
a: 바닥날의 절삭면 폭의 각도
b: 개쉬의 열림 각도
h: 홈 길이
r1: 코너R날의 R형태부의 곡률반경
L1: 외주날의 형성 개시점에서 다날 엔드밀의 날 지름
L2: 외주날과 코너R날의 연결부에서 다날 엔드밀의 날 지름
L3: 날 길이
P1: 외주날의 형성 개시점
P2: 외주날과 코너R날의 연결부
P2n: 연결부P2에서 축 직각 단면의 여유각
P2s: 연결부P2에서 축 직각 단면의 절삭각
w1, w2: 개쉬 바닥면의 폭
α: 경사 각도
β: 개쉬 각도
θ: 비틀림 각

Claims

섕크(shank)부의 선단부에 형성되며, 공구축에서 상기 섕크부의 반경 방향 외주에 걸쳐 바닥날, 바닥날에 연속하는 코너R날, 및 코너R날에 연속하는 외주날로 구성되는 다수의 절삭날을 구비한 절삭날부와, 상기 공구축 주위의 회전 방향으로 인접하는 상기 절삭날 사이에 형성된 날 홈을 갖는 다날 엔드밀로서,
상기 절삭날의 절삭면은, 상기 공구축에서 상기 섕크부의 외주에 걸쳐 상기 바닥날의 절삭면, 상기 바닥날의 절삭면에 인접하고 상기 바닥날의 절삭면과 다른 면을 형성하는 상기 코너R날의 절삭면, 및 상기 코너R날의 절삭면에 인접하고 상기 코너R날의 절삭면과 다른 면을 형성하는 상기 외주날의 절삭면으로 이루어지며,
상기 외주날의 절삭면은, 상기 코너R날의 단부에서 상기 코너R날의 절삭면에 인접함과 동시에, 상기 날 홈을 구성하는 한쪽 날 홈면을 겸하고, 상기 코너R날의 절삭면은 상기 공구축의 단부에서 상기 바닥날의 절삭면에 인접하며,
상기 바닥날의 절삭면과 회전 방향 전방으로 그 바닥날에 인접하는 바닥날의 여유면 사이에는 상기 날 홈에 연속하는 공간을 구성하는 개쉬(gash)가 형성되고, 상기 바닥날의 절삭면은 상기 개쉬를 구성하는 한쪽 면을 겸하며,
상기 개쉬를 구성하는 바닥날의 절삭면과 회전 방향 전방으로 그와 마주보는 개쉬면은 상기 공구축(O)과 직교하는 단면(S1)에서 상기 공구축(O)을 지나고, 서로 교차하는 반경 방향의 다른 직선을 각각 포함하며, 상기 공구축 상에서 서로 회전 방향으로 각도(Ψ)를 이루어 교차하는 면을 형성하고,
적어도 상기 개쉬면은 상기 공구축을 지나는 상기 반경 방향의 한쪽 직선을 포함하는 평면에 대하여, 상기 섕크부의 선단부에서 중간부에 걸쳐 회전 방향 후방으로 경사진 면을 이루고,
상기 날 홈은 한쪽 날 홈면을 겸하는 상기 외주날의 절삭면과 상기 회전 방향 전방으로 그 외주날의 절삭면과 마주보는 날 홈면으로 구성되며,
상기 외주날의 절삭면과 마주보는 날 홈면은 상기 개쉬면에 대해 상기 절삭날부의 반경 방향 내주에서 반경 방향 외주에 걸쳐 상기 회전 방향 전방으로 경사짐은 물론, 상기 절삭날부의 선단부에서 중간부에 걸쳐 상기 회전 방향 후방으로 경사져 있음을 특징으로 하는 다날 엔드밀.
제1항에 있어서, 상기 날 홈의 한쪽 날 홈면을 겸하는 상기 외주날의 절삭면은 상기 바닥날의 절삭면에 대해, 반경 방향 외주, 또는 내주가 회전 방향 후방으로 경사 각도(η)를 이루도록 경사진 면을 형성하고 있음을 특징으로 하는 다날 엔드밀.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 개쉬는 상기 섕크부를 상기 공구축(O) 방향으로 봤을 때, 중심각을 가진 부채꼴 형태로 형성되어 있음을 특징으로 하는 다날 엔드밀.
삭제
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 날 홈과 상기 개쉬의 체적의 합은 외주날의 형성 개시점에서 다날 엔드밀의 날 지름이 10mm∼30mm이고, 상기 절삭날의 날 수가 6∼30개일 때, 25㎣∼120㎣의 범위에 있음을 특징으로 하는 다날 엔드밀.
제3항에 있어서, 상기 날 홈과 상기 개쉬의 체적의 합은 외주날의 형성 개시점에서 다날 엔드밀의 날 지름이 10mm∼30mm이고, 상기 절삭날의 날 수가 6∼30개일 때, 25㎣∼120㎣의 범위에 있음을 특징으로 하는 다날 엔드밀.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 외주날은 상기 섕크부의 공구축 방향으로 다날 엔드밀의 선단부에서 중간부에 걸쳐 회전 방향 후방을 향하는 경사를 이루도록 형성되어 상기 코너R날에 연속하고, 상기 경사의 공구축에 대한 경사 각도(α)가 5°이상 10°이하의 범위로 설정되어 있음을 특징으로 하는 다날 엔드밀.
제3항에 있어서, 상기 외주날은 상기 섕크부의 공구축 방향으로 다날 엔드밀의 선단부에서 중간부에 걸쳐 회전 방향 후방을 향하는 경사를 이루도록 형성되어 상기 코너R날에 연속하고, 상기 경사의 공구축에 대한 경사 각도(α)가 5°이상 10°이하의 범위로 설정되어 있음을 특징으로 하는 다날 엔드밀.
제5항에 있어서, 상기 외주날은 상기 섕크부의 공구축 방향으로 다날 엔드밀의 선단부에서 중간부에 걸쳐 회전 방향 후방을 향하는 경사를 이루도록 형성되어 상기 코너R날에 연속하고, 상기 경사의 공구축에 대한 경사 각도(α)가 5°이상 10°이하의 범위로 설정되어 있음을 특징으로 하는 다날 엔드밀.
제1항 또는 제2항에 있어서, 외주날의 형성 개시점에서 다날 엔드밀의 날 지름이 10mm∼30mm이고, 상기 절삭날의 날 수가 6∼30개일 때, 상기 날 홈과 상기 개쉬의 체적의 합이 25㎣∼120㎣의 범위에 있고, 상기 외주날이 상기 섕크부의 공구축 방향으로 다날 엔드밀의 선단부에서 중간부에 걸쳐 회전 방향 후방을 향하는 경사를 이루도록 형성되어 상기 코너R날에 연속하고, 상기 경사의 공구축에 대한 경사각도(α)가 5°이상 10°이하의 범위로 설정되어 있음을 특징으로 하는 다날 엔드밀.
제3항에 있어서, 외주날의 형성 개시점에서 다날 엔드밀의 날 지름이 10mm∼30mm이고, 상기 절삭날의 날 수가 6∼30개일 때, 상기 날 홈과 상기 개쉬의 체적의 합이 25㎣∼120㎣의 범위에 있고, 상기 외주날이 상기 섕크부의 공구축 방향으로 다날 엔드밀의 선단부에서 중간부에 걸쳐 회전 방향 후방을 향하는 경사를 이루도록 형성되어 상기 코너R날에 연속하고, 상기 경사의 공구축에 대한 경사각도(α)가 5°이상 10°이하의 범위로 설정되어 있음을 특징으로 하는 다날 엔드밀.