KR20120089694A - 드릴 공구용 복수 교환가능한 절삭 인서트 - Google Patents

Abstract

본 발명은 드릴 공구용으로, 특히는 넓은 범위의 용도에 적합하게 설계된 복수 교체가능한 절삭 플레이트(1)에 관한 것이다. 또한 본 발명은, 상기 교체가능한 절삭 플레이트를 구비한 경우에, 특히 효과적으로 작동될 수 있는 드릴 공구(12)에 관한 것이다. 복수 교체가능한 절삭 플레이트(1)는 2개의 단부면(3)을 포함하는데, 이들 단부면은 서로에 평면-평행하면서 플레이트축(2)에 대해 직각을 이루며, 외부 윤곽이 실질적으로 삼각형이다. 두 단부면(3)의 각 에지에서, 일차 절삭날(6)이 형성되어, 실질적으로 에지의 전체 길이 너머까지 연장된다. 또한, 복수 대체가능한 절삭 플레이트(1)는 플레이트축(2)에 대해 120도 회전을 기준으로 회전대칭하고, 플레이트축(2)에 대해 횡방향으로 180도 회전을 기준으로 회전대칭을 이루도록 설계된다. 드릴 공구(12)는 절삭 플레이트(1)용 제1 수용부(18a)를 포함한다. 상기 제1 수용부(18a)에는 절삭 플레이트(1)의 단부들(3) 중 하나와의 접촉을 위한 실질적 삼각형의 주 접촉면(19)이 마련되어 있다. 또한, 주 접촉면(19)은 공구축(14)을 기준으로 90도 내지 60도의 각도로 배향되고, 세 에지 중 하나의 영역에서 최대 외부 공구 원주면(24)까지 직접 연장된다.

Description

드릴 공구용 복수 교환가능한 절삭 인서트{Multiple exchangeable cutting insert for a drilling tool}

본 발명은 청구항 제1항의 전제부에 따른 드릴 공구용 복수 교환가능한 절삭 인서트에 관한 것이다. 또한 본 발명은 이러한 절삭 인서트를 수용하도록 구성된 드릴 공구, 및 드릴 공구와 절삭 인서트의 결합에 관한 것이다. 마지막으로, 본 발명은 또한 드릴 공구에서 절삭 인서트의 사용에 관한 것이다.

드릴 공구의 경우, 각각의 절삭 인서트가 드릴 공구의 외주까지 절삭하는 곳인 적어도 "외경 절삭(outer cutting)" 위치에서, 복수 교환가능한 절삭 인서트를 공구축에 대해 "수직" 배향으로, 즉 절삭 인서트의 인서트 평면이 공구축에 대해 대략 평행하게 배향되도록 하여 보통 사용된다. 이와 관련된 드릴 공구가 예를 들면 EP 0 841 115 A1에 공지되어 있다. 드릴 작업에 필요한 절삭-인서트 공극을 확실히 만들기 위해, 드릴 공구에 지금까지 사용된 절삭 인서트는 한쪽 면만 연삭된 절삭 인서트, 즉 측면(lateral face)마다 하나의 주 절삭날만 가진 절삭 인서트가 주를 이루었다. 하지만 이러한 절삭 인서트가 삼각형 또는 사각형 단면을 가진 경우에는 교대로 사용가능한 주 절삭날을 3개 또는 4개 가진다. 예를 들어, EP 0 841 115 A1에 공지된 절삭 인서트는 2개의 주 절삭날만 가지고 있다.

이와는 달리, EP 1 749 602 A2에는 6개의 주 절삭날을 가진 일반 유형의 (복수 교환가능한) 절삭 인서트가 개시되어 있다. 이러한 절삭 인서트는 해당 드릴 공구용으로 설계된 것으로, 절삭 인서트를 한편으로는 외부 수용부에 삽입하고 다른 한편으로는 내부 수용부에 삽입할 수 있다. 절삭 인서트가 외부 절삭 위치에 안착되는 외부 수용부에서, 다시 한번 절삭 인서트는 종전과 같이 공구축에 대해 수직방향으로 정렬(align)된다. 대조적으로, 절삭 인서트가 "내경 절삭" 위치(즉, 공구의 외주에서 이격된 지점)에 안착되는 내부 수용부에서는, 절삭 인서트가 공구축에 대해 "수평방향으로" 정렬됨으로써, 절삭 인서트의 평면이 공구축에 대해 대략 직각방향으로 배향된다. 상기 공지된 절삭 인서트는 인서트축의 방향으로 비대칭이 되도록 구성되며, 특히 이러한 경우에는, 상이한 구성을 가진 주 절삭날이 절삭 인서트의 두 단면(end face) 상에 구비된다. 이러한 경우, 이들 단면 각각은 특정의 해당 수용부의 기저부에 접촉면으로서 제공된다. 따라서, 상기 공지된 절삭 인서트는 제1 단면만 최전방으로 하여 외부 수용부에 삽입되도록 구성된다. 이러한 배향에서, 절삭 인서트를 두 번 돌림으로써 (turning) - 즉, 각 경우에 인서트축에 대해 120도 회전시킴 - 할 수 있으며 제1 단면 맞은편의 3개 주 절삭날이 마모된다. 그런 후에, 상기 공지된 절삭 인서트는 외부 수용부에서 내부 수용부로 이송되도록 구성된다. 이 목적을 위해, 절삭 인서트를 인서트축에 대해 횡방향으로 돌림으로써, 제2 외경을 최전방으로 하여 제2 수용부에 삽입시킨다. 이 위치에서, 나머지 3개의 주 절삭날 역시 마모될 때까지 절삭 인서트를 각 경우에 인서트축에 대해 120도로 다시 두 번 돌릴 수 있다.

따라서, 드릴 공구의 두 수용부 각각에서, 상기 공지된 절삭 인서트는 각 경우에 삼중용도만 갖게 되는데, 다시 말해서, 각 경우에 3개의 주 절삭날이 교환을 위해 사용가능하다.

한편, 밀링 또는 선삭 공구용으로, DE 1 232 436 A, WO 2007/149035 A1 또는 WO 2009/075633 A1은 복수 교환가능한 절삭 인서트를 공지하였으며, 각 경우에, 두 단면의 각 에지(edge)에는 주 절삭날이 마련되어 있다. 이들 절삭 인서트는 특히 많은 복수용도를 특징으로 한다. 따라서, 이들 절삭 인서트 상에는, 삼각형 인서트 단면의 경우 6개의 주 절삭날이 제공될 수 있고, 사각형 인서트 단면의 경우 심지어는 8개의 주 절삭날이 제공될 수 있다. 그러나, 이들 절삭 인서트는 종래의 드릴 공구에 사용하기에, 특히는 외경 절삭 위치에서 사용하기에 적합하지 않다.

본 발명은 특히 복수용도를 가지며, 드릴 용구용으로 특히 적합하게 설계된 복수 교환가능한 절삭 인서트를 명시하는 목적에 바탕을 둔다. 또한 본 발명은 이러한 교환가능한 절삭 인서트가 장착되어 특히 효과적인 방식으로 작동가능한 드릴 공구를 명시하는 목적에 바탕을 둔다.

(복수 교환가능한) 절삭 인서트에 있어서, 상기 목적은 본 발명에 따라 청구항 제1항의 특징에 의해 달성된다. 드릴 공구에 있어서, 상기 목적은 본 발명에 따라 청구항 제6항의 특징에 의해 달성된다. 본 발명의 선택적 구성예 및 확장예는 종속항들, 이어지는 설명 및 도면에 의해 제공된다.

본 발명에 따른 절삭 인서트는 인서트축에 직각을 이루며 각각 실질적으로 삼각형 외부 윤곽을 지니는 두 평면-평행 단면을 가진다. 두 단면 각 에지에는 주 절삭날이 각각 구성되어 있다. 따라서, 전체적으로, 절삭 인서트는 6개의 주 절삭날을 포함하며, 이들 주 절삭날 각각은 적어도 절삭 인서트의 전체 에지 길이 너머까지 실질적으로 연장된다. 본 발명에 따르면, 이 경우, 절삭 인서트는 인서트축에 대한 120도 회전을 기준으로 회전대칭을 이루고, 또한 인서트축에 대한 180도 횡방향 회전을 기준으로(즉, 인서트축에 직각을 이루는 회전축에 대한 180도 회전을 기준으로) 회전대칭을 이루도록 구성된다. 따라서 이러한 대칭성 덕분에 절삭 인서트는 자신에게 6번 정확하게 매핑될 수 있다. 다시 말해서, 절삭 인서트는 기하학적으로 서로 구분되지 않는 6개의 상이한 배향을 가진다.

본 발명에 따른 드릴 공구는 전술된 유형의 절삭 인서트용 제1 수용부를 적어도 하나 구비한다. 이러한 제1 수용부는 절삭 인서트의 단면들 중 하나에 대해 카운터-베어링 또는 카운터-접촉면으로서 설계되는 실질적 삼각형의 주(main) 접촉면을 포함한다. 수용부는 드릴 공구를 기준으로 위치하되, 자신의 주 접촉면이, 대강, 공구 축에 대해 대략 직각방향으로, 즉 90도 내지 대략 60도의 각으로 배향되고, 수용부의 가장자리들 중 하나의 영역에서는 직접 공구 외주까지 연장되도록 위치한다. 다시 말해서, 제1 수용부는 그 내부에 배치되도록 구성된 절삭 인서트가 수평적 외경 절삭 위치에서 상기 수용부에 의해 안착되도록 구성된다.

원칙적으로는, 특히 소형으로 설계된 경우의 드릴 공구가 절삭 인서트에 대한 수용부를 1개만 구비할 수 있다. 그러나, 바람직하게는, 드릴 공구가 복수의 수용부, 특히는 2개의 수용부를 구비하여, 전술된 유형의 절삭 인서트가 각각의 수용부에 삽입될 수 있다. 이들 수용부 모두가 절삭 인서트의 외경 절삭 위치에 배치될 수 있다. 따라서, 이러한 경우에, 드릴 공구는 상기 설계의 측면에서 복수의 "제1" 수용부를 포함한다. 바람직하게는 이러한 경우 드릴 공구는 수용부 사이에 중앙 파일럿을 포함하며, 드릴 공구의 주 절삭날이 보어의 내부 영역을 기계가공하게 된다.

한편 대안적 구현예에서, 드릴 공구는, "제1" 수용부 이외에도, 전술된 유형의 절삭 인서트용 "제2" 수용부를 포함하며, 이러한 제2 수용부는 제1 수용부에 대해 반경방향 내부측으로 오프셋되어 절삭 인서트의 내경 절삭(inner cutting) 위치를 구성한다. 바람직하게, 이러한 제2 수용부는 마찬가지로 절삭 인서트에 실질적으로 대응하는 형상을, 구체적으로는, 역시, 절삭 인서트의 단면에 대해 카운터-베어링 또는 카운터-접촉면으로서 또한 설계되는 실질적 삼각형의 주 접촉면을 가진다.

전술된 절삭 인서트의 대칭성 덕분에 절삭 인서트를 동일한 수용부 내부에 6개의 상이한 배향으로 삽입할 수 있고, 이로써, 특히는, 절삭 인서트의 모든 6개의 주 절삭날을 미리 외경 절삭 위치에서 사용할 수 있다. 양측 단부면에 주 절삭날이 제공되어 있는 절삭 인서트를 이러한 경우에 - 관례대로 - 수직방향이 아닌 수평방향으로 장착시키는 아이디어에 의해, 이러한 경우 절삭 인서트를 드릴 공구의 외경 절삭 위치에서 사용하는 것이 가능해지거나 적어도 적절하다. 외경 절삭 위치에서의 수평적 위치 조정은 결국 절삭 인서트의 삼각형 형상으로 인해 가능해진다.

상기 정의된 바와 같은 의미에서 드릴 공구가 "제1" 수용부 이외에도 "제2" 수용부를 가진다면, 본 발명에 따라 구성되는 절삭 인서트는 심지어 12번 사용될 수 있다. 이는, 알려진 바와 같이, 절삭 인서트의 각각의 활성 주 절삭날은 외경 절삭 위치에 있을 때 주로 외부 가장자리 영역이 마모되는 반면에, 내부 영역에 있는 주 절삭날은 현저히 더 긴 시간 동안 사용가능하기 때문이다. 한편, 내경 절삭 위치에서, 이들 외부 가장자리 영역에는 비교적 적은 하중이 실리게 된다. 따라서, 외경 절삭 위치에 먼저 사용되는 절삭 인서트는, 6곳의 외부 가장자리 영역 모두가 마모된 후에, 내경 절삭 위치에서 또다시 6번 사용될 수 있다.

이러한 경우 다시 한번 "외경 절삭"은 절삭 인서트의 위치를 표시하며, 이때 절삭 인서트는 공구의 외주까지 절삭한다. 이와는 대조적으로, "내경 절삭" 위치에 있는 절삭 인서트는 공구의 외주으로부터 어느 곳으로든 이격되어 있다.

이러한 경우 "수평"은 절삭 인서트의 위치를 또다시 표시하며, 이때 인서트축은 공구축에 대해 대략 평행한 방향으로 정렬되며, 인서트 평면은 공구축에 대해 대략 직각방향으로 정렬된다. 이와는 대조적으로, 하기에서 "수직"은 절삭 인서트의 위치를 거듭 표시하며, 이때 인서트축은 공구축에 대해 대략 직각방향으로 정렬되고, 인서트 평면은 공구축에 대해 대략 평행하게 정렬된다.

절삭 인서트의 단면 또는 제1 및 제2 수용부의 주 접촉면에 관한 기술 규격 "대략 삼각형" 또는 "실질적으로 삼각형"은 개략적(rough) 기술 규격으로서 이해하면 된다. 가장자리의 영역에 있어서, 구체적으로 절삭 인서트의 단면은 본 발명의 범주 내에서 정확한 삼각형 형상으로부터 변형되어도 된다. 따라서, 가장자리의 영역에 있어서, 이들 단면을 심지어는 "절단"하거나 챔퍼(chamfer)로 둥글게 하는 것이 바람직하다. 또한, 본 발명의 범주 내에서, 주 절삭날은 약간의 곡률을 가질 수 있다. 해당 절삭 인서트가 제1 또는 제2 수용부에 폼-피트(form-fit) 방식으로 수용됨으로써 인서트축에 대해 회전되지 않도록 상기 절삭 인서트가 수용부에 삽입될 수 있다면 항상, 수용부의 주 접촉면은, 본 출원에 측면에서, "실질적으로 삼각형"이다. 본 발명의 범주 내에서, 주 접촉면의 경우에, 구체적으로는, 또다시 가장자리의 영역에서, 정확한 삼각형 형상으로부터의 변형이 발생할 수 있다. 구체적으로, 바람직하게는, "실질적으로 삼각형"인 주 접촉면의 각 가장자리가 절단되거나 움푹 파여진다.

이에 따라, 기타 다른 문맥에서 기술 규격 "대략" 및 "실질적으로"는 이와 각각 관련되는 기술 규격이 본 발명의 범위 내에서 개략적인 기술 규격이라는 점, 즉 고려되는 각 기술 규격의 정확한 실현이 아니라는 점을 가리키는 것으로서 또한 이해하면 된다. 특히, 공구축에 대해 "실질적으로" 직각을 이루며 배향된 제1 수용부의 주 접촉면은 공구축에 대해 정확하게 직각방향으로 정렬되는 것이 아니라 공구축에 대한 법선(수직선)에 대해 경사진 것이 바람직하다. 이 경우 경사각의 크기가 유리하게는 1도 내지 30도이고, 바람직하게는 2도 내지 8도이고, 특히는 대략 5도이다.

절삭 인서트는, 단면들을 연결(join)하는 측면들의 인접 영역과 각 단면 사이에 예각이 형성되도록 구성되는 것이 바람직하다. 그 결과, 6개의 주 절삭날 각각은 90도 미만의 공구각(wedge angle)을 가진다.

이러한 목적을 위해, 바람직한 설계에서 절삭 인서트는 2개의 유사한 분할체(partial body)로 구성되며, 각 분할체는 삼각형 기저면을 가진 삼각뿔대의 형상을 지니고, 각 경우에 기저부는 단면들 중 하나로 구성된다. 이러한 경우에 상기 2개의 삼각뿔대형 분할체는 상측에서 직접적으로 또는 간접적으로(즉, 각각 더 작은 면을 통해서) 서로에 고정된다. 따라서 본 구현예의 경우에 - 분할체들이 서로에 대해 직접 고정되므로 - 절삭 인서트의 중앙 평면에서 점점 가늘어지는 플루트(flute)가 3개의 측면 각각에 구성된다. 이 경우 "분할체"란 용어는 순전히 기하학적 의미로 이해해야 한다. 본 용어와 상관없이, 절삭 인서트는 바람직하게 일체형 항목이다.

이와는 달리, 본 발명에 따른 절삭 인서트의 대안적 구현예에 의하면, 3개의 단면 각각에는 2개의 평행 칩-형성 플루트가 있으며, 이들 플루트는 중앙 웹(central web)에 의해 분리되어 있고, 각 경우에 이들 칩-형성 플루트 중 하나는 90도 미만의 공구각을 구성하기 위해 해당 단면에 접해 있다.

절삭 인서트의 바람직한 일 확장예에 의하면, 각 단면에는 인서트축에 대해 중심에 위치된 개구, 즉, 공동이 마련된다. 단일 개구의 대안예로서, 각 단부면에는 복수의 개구으로 구성된 구조가 마련될 수도 있다. 전술된 절삭 인서트의 대칭성으로 인해, (단일) 개구 조차도 인서트축에 대한 120도 회전을 기준으로 대칭적으로 구성되어야 한다. 각 단면에 복수의 개구가 있는 경우에, 상기 개구들은 인서트축 둘레에 상대적으로 대칭을 이루는 방식으로 분포되어야 한다.

이들 개구는 하나 이상의 돌기와 결합되어 작용하도록 구성되며, 드릴 공구의 관련 설계에 있어서 (제1 또는 제2) 수용부의 주 접촉면에서 상보적이 되도록 형태를 이루어 배치된다. 이러한 경우에서 개구 및 돌기는 폼-피트 형식으로 서로 맞물리도록 서로에게 매칭되며, 이로써 절삭 인서트가 단면들의 평면에 대해서 또는 주 접촉면들의 평면에 대해서 횡방향으로 고정된다. 수용부에 절삭 인서트를 나사고정시키는 중앙 부싱이 - 관례대로- 절삭 인서트에 구비되어 있으므로, 상기 개구의 치수는 보어의 직경을 넘어 반경 방향으로 돌출되도록 정해진다. 개구과 이에 대응되는 돌기는 작동시 절삭 인서트에 작용하는 횡단력의 적어도 일부가 드릴 공구 내에 유입되도록 한다. 그 결과 수용부의 측벽들과 제공될 수 있는 나사 연결에 실리는 하중이 없어진다. 이는 특히 외주에 가까이 배치됨으로써 외벽이 어쩔 수 없이 비교적 얇은 제1 수용부에 대해 중요한 데, 그 이유는 횡단력이 작용하여 이곳에서 특히 높은 재료 하중이 예상된다는 사실 때문이다. 따라서, 개구과 이에 대응되는 돌기는 드릴 공구의 하중 용량을 현저하게 향상시키고, 초과 하중이 실리는 경우에 공구가 파단되는 것을 효과적으로 막는다.

만일 절삭 인서트의 각 단면에 1개의 중앙 개구만 마련되어 있다면, 바람직하게 상기 개구의 비환형 단면은 인서트축에 대한 회전을 기준으로 120도 회전대칭을 이룬다. 이러한 설계에서, 개구는 예를 들어 등변삼각형 또는 별 모양의 윤곽을 가진다. 비환형 단면 덕분에, 각 경우에 상보적 구조를 갖는 개구(또는 각 개구)과 주 접촉면의 돌기 사이에 구성되는 폼-피트는 절삭 인서트를 수용부 내에 회전상 고정된 방식으로 안착시킨다. 이 결과, 절삭 디스크에 작용될 수 있는 접선력이 적어도 부분적으로는 돌기들을 통해 드릴 공구에 또한 유입된다. 결과적으로, 수용부의 측벽에는 하중이 실리지 않는다. 그러나, 원칙적으로는, 개구과 그에 대응하는 돌기가 환형의 단면을 가질 수도 있다.

드릴 공구에 유리한 일 구현예에서는, 제2 수용부를 제1 수용부와 같이 구성하여, 절삭 인서트를 수평 위치에 안착시킨다. 이에 따라, 본 구현예에서, 제2 수용부의 주 접촉면은 또다시 공구축에 대해 실질적으로 직각을 이루며 정렬된다. 대안적 구현예에서는, 대조적으로, 절삭 인서트를 제2 수용부 내에 수직방향으로 고정시킨다. 이 경우, 제2 수용부의 주 접촉면은 생크(shank) 축에 대해 실질적으로 평행하게 배치된다. 이 경우, 또한, "실질적으로 직각" 및 "실질적으로 평행하게"란 용어는 주 접촉면이 생크축에 대해 또는 생크축의 법선에 대해 약간 경사져도 되는 대략적 기술 규격으로 이해하면 된다.

드릴 공구의 비교적 단순한 구성에 있어서, 제1 또는 제2 수용부의 주 접촉면에 있는 돌기 또는 각각의 돌기는 해당 수용부의 벽과 일체가 되도록 구성된다. 한편 드릴 공구의 특히 유리한 변형예에서는, 돌기 또는 각각의 돌기는 별도의 중간부재의 일부이며, 주 접촉면과 절삭 인서트 사이에, 대략 끼움쇠(shim) 방식으로 삽입될 수 있다. 횡단력 및 가능하게는 접선력이 절삭 인서트로부터 드릴 공구 내에 유입될 수 있도록, 상기 중간부재 및 주 접촉면 또한 폼-피트 방식으로 서로 맞물리도록 구성된다.

돌기 또는 각각의 돌기를 별도의 중간부재에 구성하는 것의 장점은 특히 상기 중간부재가 드릴 공구의 기타 나머지 부분의 재료와는 상이한 재료로 제조될 수 있다는 것이다. 이러한 경우에 유리하게는, 주 접촉면보다 높은 경도의 재료로 중간부재를 만들어, 구체적으로는 특히 높은 내마모성을 달성하도록 한다. 특히, 드릴 공구의 기타 나머지 부품들을 계속 사용하는 가운데 상기 별도 중간부재는 마모되었을 때 쉽게 교체가능하다는 장점이 있다. 그 외에도 중간부재의 긍정적인 부가적 효과는 냉각액과 칩 마모에 의한 부식으로부터 수용부를 보호한다는 것이다. 이 목적을 위해, 유리한 일 구현예에 의하면, 중간부재의 치수는 장착되어 있는 상태에서, 측벽을 통해, 칩 플루트의 벽과 대략 같은 높이에서 닫히도록 정해진다.

상기 목적은 전술된 유형의 드릴 공구에 의해 또한 달성되며, 이때 드릴 공구의 수용부 또는 수용부들에는 전술된 유형의 (각각의) 절삭 인서트가 삽입된다. 다시 말해서, 상기 목적은 전술된 유형의 절삭 인서트를 전술된 유형의 드릴 공구에서 인서트로 사용함으로써 역시 달성된다.

하기 도면을 참조로 하여 본 발명의 바람직한 구현예들을 더 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 복수 교환가능한 절삭 인서트의 사시도를 나타낸다.

도 2는 도 1에 따른 절삭 인서트가 각각 삽입될 수 있는 2개의 수용부를 구비한 드릴 공구의 사시도를 나타낸다.

도 3은 도 2에 따른 드릴 공구를 기준으로 회전되는 배향에서의 상기 드릴 공구의 사시도를 나타낸다.

도 4는 도 1에 따른 절삭 인서트 2개가 수용부에 삽입되어 있는 도 2에 따른 드릴 공구를 도 3의 도면에 표시한 경우이다.

도 5는 도 1의 구현예와 다른 구현예에 따라 절삭 인서트들이 삽입되어 있는 도 2에 따른 드릴 공구를 도 3의 도면에 표시한 경우이다.

도 6은 도 5에 따라 2개의 절삭 인서트가 삽입되어 있는 드릴 공구의 변형 구현예를 도 3의 도면에 표시한 경우이다.

도 7은 드릴 공구의 또 다른 구현예를 도 2의 도면에 표시한 경우이다.

도 8은 도 5에 따라 절삭 인서트들이 삽입되어 있는 드릴 공구의 또 다른 구현예를 도 3의 도면에 표시한 경우이다.

도 9는 도 1에 따른 절삭 인서트의 개략도로서, 드릴 공구에 대해 절삭 인서트의 위치를 다양한 기술 규격으로 조정한 경우이다.

모든 도면에서, 서로 일치하는 부품 및 수량을 각 경우에 동일한 도면번호로 표시하였다.

도 1에 예시된 (복수 교환가능한) 절삭 인서트(1)는 인서트축(2)에 대해 횡방향으로 대략 등변삼각형 형상의 단면을 가진다. 인서트축(2)의 방향에서 보았을 때, 절삭 인서트(1)는 2개의 단면(3)으로 한정되며, 이들 단면은 3개의 측면(4)에 의해 연결된다.

따라서 상기 2개의 단면(3) 각각은 대략 등변삼각형 형상을 가지지만, 삼각형의 가장자리들은 "절단" 되거나 챔퍼(5)에 의해 둥글게 처리된다. 단면(3)으로부터 주변 측면(4)으로의 경로(transition)를 이루는 에지는 전체 에지부 길이에 걸친 주 절삭날(6)로서 구성된다. 따라서, 절삭 인서트(1)는 6개의 주 절삭날(6)을 포함한다. 각각 2개의 측면(4)을 연결하는 절삭 인서트(1)의 측날(lateral edge)에는 주 절삭날들(6) 각각에 대응되는 부가 절삭날이 구성되어 있다. 내부에서, 각각의 단면(3)에는 인서트축(2)에 대해 중심에 위치하고 있는 개구(7)이 마련되어 있다. 개구(7)은 각 단면(3)과 동일한 방향으로 정렬되는 등변삼각형의 형상을 지닌다.

또한, 중앙 보어(8)는 인서트축(2)에 대해 동축방향으로 절삭 인서트(1)를 통과한다. 이러한 경우에, 보어(8)의 두 개구는 각각의 개구(7)에 내접되며, 다시 말해서 상기 개구들은 모든 세 면상에서 개구(7)의 벽에 접한다.

전체적으로, 절삭 인서트(1)는 대략 2개의 분할체(9)로 구성되는 바디 형상을 가지며, 각 분할체는 삼각형 기저면을 가진 삼각뿔대의 형상을 지니며 상측에서(top to top) 직접적으로 (즉, 각각 더 작은 면을 통해서) 서로에 연결된다. 따라서, 각각의 측면(4)은 2개의 분할면(partial face)로 구성되며, 이들은 절삭 인서트(1)의 중앙 평면(10)을 따라 둔각을 이루며 서로 연결된다. 분할체(9)의 삼각뿔대 형상으로 인해, 각 단면(3)과 측면(4)의 각각의 인접 분할면 사이에 예각이 형성된다. 그 결과, 각 절삭날(6)은 90도 미만의 공구각을 가진다.

도 1에 따른 바람직한 구현예에서, 두 단면(3)은 동일한 측면(4)을 한정하는 2개의 주 절삭날(6)이 각각 평행이 되도록 정렬된다. 그러나, 이와는 달리, 두 단면(3)은 인서트축(2)에 대해 서로 약간 회전될 수 있다.

그러나, 각 경우에서, 절삭 인서트(1)는 인서트축(2)에 대한 120도 회전을 기준으로 대칭이 되도록 구성된다. 또한, 절삭 인서트(1)는 인서트축(2)에 직각인 회전축(11)에 대한 180도 회전을 기준으로 대칭이 되도록 구성된다.

절삭 인서트(1)의 예시된 바람직한 구현예의 경우, 회전축(11)은, 중앙 평면(10) 내부에서, 절삭 인서트(1)의 가장자리(임의의 가장자리)를 관통하고, 인서트축(2)과 중앙 평면(10)의 교차점을 관통한다.

전술된 대칭성 덕분에, 절삭 인서트(1)는 자신에게 6번 매핑될 수 있다. 다시 말해서, 도 1에 예시된 절삭 인서트(1)의 배향 이외에도, 5개의 추가 배향들이 존재하며, 이들 배향은 도 1에 선택된 예시도와 기하학적으로 동일하다.

도 2와 도 3에 예시된 드릴 공구(12)는 생크(13)를 포함하는데, 이때 생크는 대략 원통형이고 그 원주면에는 공구축(14)을 기준으로 대각선 방향으로 연장되는 2개의 나선형 칩 플루트(15)가 있다. 도 2와 도 3은 생크(13)의 헤드 영역의 일부분을 나타내는 것으로, 이때 헤드 영역은 드릴 공구(12)의 실제 가공팁을 구성한다.

도 2와 도 3에서 볼 수 있듯이, 칩 플루트(15)는 헤드-단부 단면(16)에서 개방되어, 헤드-단부 단면이 이하 플랭크(17a 및 17b)로 표시되는 두 하부섹션으로 나뉜다. 이 경우 각 플랭크(17a 및 17b)에는 수용부(18a 및 18b)가 마련되어 있으며, 각 수용부 내로 절삭 인서트(1)가 삽입될 수 있다. 도 2와 도 3에 따른 구현예에서, 드릴 공구(12) 자체는 어떠한 절삭날도 갖고 있지 않다. 오히려, 드릴 공구는 단지 절삭 인서트(1)를 위한 홀더로서 기능한다.

각 수용부(18a 및 18b)는 주 접촉면(19)을 가지는데, 이는 단면들(3)에 대응하는 형상을 가짐에 따라 대략 등변삼각형으로 구성되며, 단면들(3) 중 하나를 위한 카운터-베어링 또는 카운터-접촉면으로서 기능한다. 이 경우에 각 수용부(18a 및 18b)의 주 접촉면(19)은 두 측면 상에서 측벽(20a 및 20b)에 의해 각각 둘러싸인다. 제3 측면 쪽으로, 각 수용부(18a 및 18b)는 전단(leading) 칩 플루트(15) 각각을 향해(의도된 드릴 공구(12)의 회전 방향으로) 개방된다.

각 수용부(18a 및 18b)의 주 접촉면(19)의 중앙에는 나사식 보어(21)가 각각 마련되어 있으며, 이는 해당 절삭 인서트(1)의 관통-보어(8)와 부합된다. 나사식 보어(21)는 각 경우에 등변삼각형을 형성하는 돌기(22)에 의해 둘러싸인다. 이 경우에 각 돌기(22)는 절삭 인서트(1)의 개구(7)과 상보적이도록 구성되며, 이들 개구(7)과 결합되어 폼-피트를 구성하도록 기능하게 된다.

삽입 대상 절삭 인서트(1)의 해당 가장자리 영역들을 위한 자유공간을 만들기 위해 각 수용부(18a 및 18b)의 내부 가장자리 및 후미(trailing) 가장자리가 움푹 파여있는 것을 도 2와 도 3에서 또한 볼 수 있다. 또한, 도 2와 도 3은 냉각제 및/또는 윤활제용 채널들(23)의 두 개구를 나타내고 있으며, 각 경우에 이들 채널(23) 중 하나는, 수용부(18a 및 18b) 중 하나의 뒤에서, 각자 관련된 플랑크(17a 및 17b) 내로 각각 개방되어 있다.

도 2와 도 3에 따른 바람직한 구현예에 의하면, 2개의 수용부(18a 및 18b)가 단면(16)에 배치되어 서로에 대해 반경방향으로 오프셋된다. 제1 수용부(18a)는 그 외부 가장자리가 직접 생크(일반화시키자면 공구의 외주면으로도 지칭됨)의 외주(24)에 이르도록 배치된다. 따라서 수용부(18a)는 절삭 인서트(1)의 외경 절삭 위치조정 역할을 한다. 이와는 대조적으로, 제2 수용부(18b)는 그 외부 가장자리가 외주(24)으로부터 이격되도록 단면(16)에 배치된다. 따라서 수용부(18b)는 절삭 인서트(1)의 내경 절삭 위치조정 역할을 한다. 도 2에 따른 바람직한 구현예에서, 수용부(18a 및 18b) 모두는 절삭 인서트(1)가 의도된 대로 공구축(14)을 기준으로 수평 위치에 놓이도록 배치된다. 따라서, 수용부(18a 및 18b) 모두의 주 접촉면(19)은 공구축(14)에 대해 대략 직각으로 정렬된다.

도 4는 공구축(14)을 기준으로 수평으로 배치되어 수용부들(18a 및 18b)에 삽입된 절삭 인서트들(1)이 구비된 드릴 공구(12)를 나타낸다. 본 예시도에서는, 특히, 각 절삭 인서트(1)가 해당 수용부(18a 및 18b)에 각각 폼-피트 방식으로 배치되고, 수용부(18a 및 18b)의 측벽(20a 및 20b)은 각각 2개의 측면(4) 가까이 옆에(flank) 있다는 것을 볼 수 있다. 각 절삭 인서트(1)가 인접하는 측벽들(20a 및 20b) 상에 2면 접촉을 한다는 사실과는 무관하게, 각각의 인서트축(2)에 대해 횡방향 및 접선방향으로 절삭 인서트(1)에 작용하는 힘은, 주로, 각 경우에 각 절삭 인서트(1)의 개구(17)과 상기 개구 내에 체결되는 돌기(22) 사이에 구성된 폼-피트 구조를 통해 드릴 공구(12) 내에 유입된다. 그 결과, 수용부(18a 및 18b)의 각 측벽(20a 및 20b)에는 하중이 실리지 않는다. 이는 구체적으로 -도 4에서 볼 수 있듯이- 외주(24)에 근접하기 때문에 외측벽(20a) 재료의 두께가 아주 얇은 외부 수용부(18a)에 대해 특히 중요하다.

그 외에도 도 4는 해당 절삭 인서트(1)의 관통-보어(8)를 관통하여 해당 수용부(18a 또는 18b)의 나사식 보어(21) 내에 나사체결되는 2개의 조임나사(25)를 나타내며, 이때 상기 나사식 보어는 상기 관통-보어의 뒤에 위치한다. 이런 식으로 절삭 인서트(1)는 이들 조임나사(25)에 의해 각자 해당되는 수용부(18a 및 18b) 내로 고정(clamp)된다.

도 5는 절삭 인서트(1)가 삽입되어 있고 도 2 내지 도 4와 관련하여 이미 기술된 드릴 공구(12)를 나타내는데, 여기서 절삭 인서트(1)는 도 1의 절삭 인서트와 상이한 구현예에 따른 것이다. 도 5에 예시된 절삭 인서트(1)는, 단일 플루트 대신에, 중앙 웹(26)에 의해 분리된 2개의 평행 칩-형성 플루트(27)가 각 측면(4)에 제공된다는 점에서 도 1과 관련하여 기술된 구현예와 다르다. 이 경우, 각 하나의 칩-형성 플루트(27)는 해당 단면(3)에 인접해 있다. 그 결과, 각 단면(3)과 각각의 인접한 칩-형성 플루트(27) 사이에 형성되는 주 절삭날(6)은 다시 한번 90보다 작은 공구각을 가지게 구성된다.

다른 측면에서, 도 5에 예시된 절삭 인서트(1)는 도 1과 관련하여 기술된 구현예와 동일하다. 특히, 상기 절삭 인서트(1)의 단면(3)에는 도 1에서 예시된 바와 같이 유사하게 선택적으로 개구(7)이 마련되어 있다.

도 6은 드릴 공구(12)의 변형예를 나타낸다. 본 드릴 공구는, 제2 수용부(18)가 제1 수용부(18a)에 대해 90도로 기울어져 정렬되어 있고, 이에 따라 공구축(14)을 기준으로 수직 위치에 절삭 인서트(1)가 장착되도록 구성된다는 점에서 전술된 구현예와 실질적으로 다르다. 따라서, 이때의 수용부(18b)는 공구축(14)에 대해 대략 평행하게, 더 정확하게는 대략 축-반경 배향으로 정렬된, 주 접촉면(19)을 가진다. 도 6에는, 바람직하게는 도 5에 예시된 유형의 절삭 인서트(1)가 삽입되어 있는 드릴 공구(12)를 나타낸다.

도 7은 드릴 공구(12)의 또 다른 구현예를 나타낸다. 하기에서 달리 명시하지 않는 한, 드릴 공구(12)의 이러한 제3 구현예는 또한 도 2와 도 3에 따른 구현예와 동일하다. 도 2와 도 3의 구현예와는 달리, 도 7은 수용부(18a 및 18b)의 주 접촉면(19) 내에 돌기(22) 대신 공동(28)이 각각 마련되어 있는 것을 나타낸다. 본 구현예에서, 드릴 공구(12)는 2개의 중간부재(29)를 더 포함한다. 유사한 구조의 두 중간부재(29)(단순함을 위해 도 7에는 그 중 하나만 예시됨) 각각은 해당 주 접촉면(19)과 그 위에 장착되는 절삭 인서트(1) 사이에 끼움쇠 방식으로 삽입되도록 구성된다. 각 중간부재(29)에는 (도 7에 따른 사시도에서 반대쪽을 향하는) 배면이 있는데, 이를 통해 각 중간부재(29)는 각자 해당되는 공동(28) 내로 폼-피트 방식으로 삽입될 수 있다. 이러한 배면의 맞은편인 전면(30)에는, 다시 한번 절삭 인서트(1)의 개구(7)에 상보적이도록 구성된 돌기(22)가 마련되어 있다. 각 중간부재(29)는 조임식 나사들(25) 중 하나가 통과될 수 있는 중앙 보어(31)를 부가적으로 구비한다.

장착된 상태에서, 중간부재(29)는 한편으로 절삭 인서트(1) 내에 체결되고 다른 한편으로는 해당 공동(28)에 체결됨으로써, 절삭 인서트(1)와 상기 절삭 인서트를 각각 수용하는 수용부(18a 또는 18b) 사이에 간접적 폼-피트가 성립된다.

각 중간부재(29)의 치수는 중간부재가 장착된 상태에서 측면(33)이 해당 칩 플루트(15)의 벽에 이르도록, 바람직하게는 칩 플루트 벽과 대략 접하도록 정해진다. 이 경우, 측면(33)은 절삭 인서트(1) 위의 영역에 일종의 에이프런을 구성하여, 칩 플루트(15)를 칩 마모로부터 보호한다.

드릴 공구(12)의 또 다른 구현예를 도 8에 또 한번 예시하였다. 본 구현예는, 외부 수용부(18a) 및 내부 수용부(18b) 대신 2개의 수용부(18a)를 서로에 대해 반경 방향으로 대칭되도록 배치하고, 이들 수용부 모두가 생크축(14)을 기준으로 수평 위치에 각각의 절삭 인서트(1)를 외경 절삭 위치 조정하도록 구성된다는 점에서, 전술된 드릴 공구(12)의 변형예들과 다르다. 여기서, 상기 두 수용부(18a) 사이의 반경 방향 내부 영역에는 자체적으로 주 절삭날과 부가 절삭날을 구비한 소위 파일럿(32)이 제공되어 있다. 여기서, 파일럿(32)은 생크(13)의 일체 구성부품을 나타낸다. 그러나, 파일럿(32)은 생크(13)에 연결될 수 있는 별도의 부품으로서 구성되어도 된다. 도 8에 따른 드릴 공구(12)는, 생크(13)의 원주면에 대각선 방향으로 만들어진 2개의 칩 플루트(15)가 나선형이 아니거나 단지 약간만 나선형이라는 라는 점에서, 전술된 구현예들과 또한 상이하다. 다른 측면에서, 도 8에 따른 드릴 공구(12)는 전술된 구현예들과 동일하다.

드릴 공구(12)의 모든 예시된 구현예들에는 도 1에 따른 구현예에서의 절삭 인서트들(1) 및 도 5에 따른 구현예에서의 변형된 절삭 인서트들(1)이 장착된다. 또한, 예시된 드릴 공구(12) 및 절삭 인서트(1)의 개별적 구성 특징들을 -가능하다면- 어떠한 방식으로든 서로 조합할 수 있다.

도 9의 개략도에는, 수용부(18a)가 절삭 인서트(1) 또는 각각의 절삭 인서트(1)를 적어도 외경-절삭 위치에 고정시키되, 공구축(14)을 기준으로 정확히 직각으로는 아니지만 공구축(14)에 대한 법선에 대해 약간 경사진 위치에 고정시키는 것을 나타낸다. 이 경우, 절삭 인서트(1)의 전단 주 절삭날(6)은 공구축(14)에 대한 법선에 대해 피치각 α(바람직한 치수로는 2도 내지 8도, 바람직하게는 대략 5도임)를 이루는 것으로 가정한다. 절삭 인서트(1)의 기울어진 위치 때문에, 단면(16)의 반대쪽을 향하므로 절삭 작업시 비활성인 단면(3)의 영역에는 절삭 인서트(1)의 충분한 공극(f)이 생긴다.

또한 절삭 인서트가 접선 방향으로 약간 기울어질 수도 있다는 것을 도 9로부터 알 수 있다.

Claims (14)

1. 인서트축(2)에 직각을 이루며 각각 실질적으로 삼각형 외부 윤곽 (outer contour)을 가진 두 평면-평행 (plane-parallel) 단면(end-face:3)을 포함하고, 두 단면(3) 각 에지에는 주 절삭날(6)이 각각 형성되어 있으며, 주 절삭날 각각은 전체 에지 길이 너머까지 실질적으로 연장되는, 드릴 공구용 복합 교환가능 절삭 인서트(1)에 있어서,
   인서트축(2)에 대한 120도 회전과 관련한 회전대칭 및 인서트축(2)의 횡방향에 대한 180도 회전과 관련한 회전대칭을 특징으로 하는 절삭 인서트(1).
2. 제1항에 있어서, 각각 삼각뿔대 (frustum of pyramid) 형태의 2개의 유사한 분할체(partial body, 9)로 구성되며, 각 경우에 분할체의 기저부는 단면들(3) 중 하나로 구성되고, 상측에서 분할체들이 직접 또는 간접적으로 서로 연결되는 것을 특징으로 하는 절삭 인서트(1).
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 중앙 웹(central web)(26)에 의해 분리되어 있고 각 경우에 그 중 하나가 해당 단면(3)에 접하는 2개의 평행 칩-형성 플루트(27)가 각각 형성되어 있는 단면들(3)을 연결하는, 3개의 측면들(4)을 특징으로 하는 절삭 인서트(1).
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 인서트축(2)을 기준으로 중심에 위치한 하나의 개구(opening:7), 또는 인서트축(2) 둘레에 배치된 복수의 개구가 각 단면(3)에 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 절삭 인서트(1).
5. 제4항에 있어서, 상기 개구(7)가 비환형 단면을 갖는 것을 특징으로 하는 절삭 인서트(1).
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 절삭 인서트(1)용 제1 수용부(18a)를 갖는 드릴 공구(12)로서, 상기 제1 수용부(18a)는 절삭 인서트(1)의 단면들(3) 중 하나에서 접촉을 위한 실질적으로 삼각형인 주(main) 접촉면(19)을 포함하고, 이때 상기 주 접촉면(19)은 공구축(14)을 기준으로 90도 내지 약 60도 범위의 각으로 정렬되며 상기 수용부의 세 가장자리들 중 하나의 영역에서 직접 공구 외주(outer circumference: 24)까지 연장되는, 드릴 공구(12).
7. 제6항에 있어서, 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 절삭 인서트(1)를 위한 제2 수용부(18b)를 포함하며, 상기 제 2 수용부(18b)는 제1 수용부(18a)에 대해 반경 방향으로 안쪽으로 (inwardly) 오프셋되는 것을 특징으로 하는 드릴 공구(12).
8. 제7항에 있어서, 상기 제2 수용부(18b)는 절삭 인서트(1)의 단면들(3) 중 하나에서 접촉을 위한 실질적 삼각형의 주 접촉면(19)을 포함하고, 이때 상기 주 접촉면(19)은 공구축(14)에 대해 실질적으로 평행하게 배치되는 것을 특징으로 하는 드릴 공구(12).
9. 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 주 접촉면(19)에, 제4항 또는 제5항에 따라 형성된 절삭 인서트(1)을 해당 개구(7)에 폼-피트 (form-fit) 체결하기 위한 돌기(22)가 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 드릴 공구(12).
10. 제9항에 있어서, 상기 돌기(22)가 주 접촉면(19)과 별개 (separate)이며 폼-피트 방식으로 주 접촉면(19)에 삽입될 수 있는 중간부재(29)의 일부인 것을 특징으로 하는 드릴 공구(12).
11. 제10항에 있어서, 중간부재(29)가 주 접촉면(19)의 재료와는 상이한, 특히 더 높은 경도의 재료로 만들어지는 것을 특징으로 하는 드릴 공구(12).
12. 제10항 또는 제11항에 있어서, 중간부재(29)의 측벽(33)이 대략 칩 플루트(15)의 벽과 접하도록 (flush with) 중간부재(29)가 주 접촉면(19)에 삽입될 수 있는 것을 특징으로 하는 드릴 공구(12).
13. 제6항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 제1항 내지 제5항의 어느 한 항에 따른, 수용부(18a, 18b)에 삽입되거나 각 수용부(18a, 18b)에 삽입된 절삭 인서트(1)를 포함하는 드릴 공구(12).
14. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 절삭 인서트(1)의 제6항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 드릴 공구(12)의 삽입물로서 사용.

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