KR20050010874A - 와이퍼 반경을 갖는 밀링 커터 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 섕크형 밀링 커터 (1) 를 밀링 기계에 고정시키는 섕크부 (2) 및, 작업물과 접촉하는 절삭부 (3) 를 포함하며, 절삭부의 외면은 실질적으로 원통형이며, 1 이상의 주절삭날 (5) 이 절삭부의 외주면에 배치되고, 1 이상의 부절삭날 (7) 이 절삭부의 단면에 배치되며, 단부 직경 D_c을 갖는 섕크형 밀링 커터에 관한 것이다. 엔드 밀링이 빠른 이송 속도로 효과적일 수 있고, 가공 표면을 위해 품질이 우수한 동시에 우수한 칩 제거 효율을 갖는 섕크형 밀링 커터를 제공하기 위해, 본발명은 밀링 커터 축선을 포함하는 평면 상에 투영된 부절삭날 (7) 은 D_c/2 보다 큰 곡률 반경 (r_wiper) 과 밀링 커터 축선으로부터 D_c/2 보다 작은 거리 (d_Offset) 로 떨어져 있는 곡률 중심 (M) 을 갖는 볼록한 만곡부를 갖는 것이 제안된다.

Description

와이퍼 반경을 갖는 밀링 커터{MILLING CUTTER HAVING A WIPER RADIUS}

밀링은 회전 공구를 사용하는 절삭 가공법이다. 밀링 과정에서, 절삭날은 공구의 중심축선에 대한 그 회전에 의해 절삭 운동을 행한다. 이송 운동은 여러 방향으로 이루어질 수 있다. 이송 운동은 공구, 작업물 또는 공구 및 작업물 모두에 의해 영향을 받는다. 선삭 및 드릴링과는 대조적으로, 절삭날은 작업물과 지속적으로 접촉하는 것은 아니다. 작업물을 한번 절삭한 후, 절삭날은 접촉 상태에서 처음의 절삭점으로 돌아가게 된다. 그 결과, 절삭날은 냉각될 수 있고, 칩 거리로부터 칩이 배출될 수 있다.

원리적으로, 밀링 절삭 가공은 외주부 밀링, 엔드 밀링 및 엔드 - 외주부 밀링의 세가지로 구분된다. 호브 밀링 (hob milling) 이라고 하는 외주 밀링은, 공구의 외주부에 있는 주절삭날이 요구되는 작업물 표면을 발생시키는 밀링법이며, 따라서 밀링 커터 축선은 작업 표면에 평행으로, 밀링 커터의 이송 방향에 수직이다. 엔드 밀링법에서, 가공될 요구되는 작업물 표면은 밀링 커터 축선과 수직이며, 이 경우 밀링 커터의 이송 방향은 가공된 작업물 표면에 평행이다. 그러나 그 경우, 본질적인 칩 제거는 또한 외주면에 배치된 주절삭날에 의해 기본적으로 이루어진다. 공구의 단부에 있는 부적삭날은 밀링된 표면을 매끄럽게하여, 작업물의 표면을 가공한다. 마지막으로, 엔드 - 외주부 밀링법에서는, 주절삭날 및 부절삭날 모두가 요구되는 작업물 표면을 가공한다.

비교적 우수한 질의 표면이 엔드 밀링에 의해 얻어질 수 있다. 이점에 있어서, 부절삭날은 가공된 표면에 대해 단독으로 책임을 진다. 부절삭날은 하나의 평면상에서 이동하며, 외주부 밀링에서 작업물 표면을 가공하는 주절삭날 처럼 만곡된 작업물 표면에서 이동하지 않는다. 평면의 최종 정밀 가공은 적절한 엔드 밀링 커터에 의해 이루어질 수 있다.

밀링으로 얻어진 특히 편평하고 매끄러운 표면의 질은, 절삭날 코너의 형상과 부절삭날의 방향에 의해 본질적으로 결정된다는 견해가 일반적이다.

그러나, 통상적인 엔드 밀링 커터로 우수한 표면 질을 얻기 위해서는, 이송 속도가 낮게 선택되어야 하며, 가공 깊이 또는 칩의 두께가 아주 작게 선택되어야 하는데, 그러나 이렇게 하면 가공 시간이 더 길어지고 이에 따라 비용이 상승된다.

본 발명은 섕크형 밀링 커터에 관한 것이다.

도 1a 내지 도 1c 는 종래 기술의 엔드 밀링 커터를 나타내는 도면이다.

도 2a 내지 도 2c 는 본 발명에 따라 적절하게 구성된 부절삭날을 갖는 엔드 밀링 커터의 실시예를 나타내는 도면이다.

따라서, 본 발명의 목적은, 가공면의 질을 높게 유지함과 동시에 높은 이송 속도와 높은 칩 제거 효율로 엔드 밀링 작업을 할 수 있는 섕크형 밀링 커터를 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 목적은, 절삭부의 외면이 실질적으로 원통형이며, 1 이상의 주절삭날이 절삭부의 외주면에 배치되고, 1 이상의 부절삭날 (면절삭날) 이 절삭부의 단면에 배치되며, 단부 직경 D_c을 갖는 절삭부를 포함하며, 밀링 절삭 축선을 포함하는 평면에 돌출된 부절삭날은 D_c/2 보다 큰 곡률 반경 (r_wiper) 과 밀링 커터 축선으로부터 D_c/2 보다 작은 거리 (d_Offset) 로 떨어져 있는 곡률 중심 (M) 을 갖는 볼록한 만곡부를 갖는 것을 특징으로 하는 섕크형 밀링 커터에 의해 이루어진다.

더 특별하게는, 편평한 표면의 마지막 가공에 관한 질이, 현저하게 빠른 이송 속도로 조금 만곡부를 갖는 부절삭날의 본 발명에 따른 구성에 따라 현저하게 개선되는 것이 밝혀졌다. 이와 관련하여 부절삭날은 또한, 칩 제거 효율의 수준에 상당한 부분을 기여한다. 바람직하게는 본 발명에 따른 만곡부는, 섕크부를 향한 측에서 축선 방향으로 가장 멀리 돌출된 지점을 가지므로, 공구가 작업물에 대한 축선 이동 방향으로 안내되는 경우, 우선 작업물과 접촉하며, 즉 곡률 중심이 밀링 커터 축선으로부터 엔드 밀링 커터의 반경 D_c/2 보다 더 작은 거리 (d_Offset) 만큼 떨어져 있다.

이는 예컨대, 절삭날 코너에 의해서는 아닌 본발명에 따른 만곡부에 의해 작업물의 표면의 최종 가공이 이루어지는 것을 보장한다.

엔드 밀링에서 절삭날 코너 및 부절삭날은 일반적으로, 작업물 표면에 호형 가공 자국 (traces) 을 남긴다. 이 가공 자국의 호는 회전 공구 운동과 일반적인 선형 이송 운동의 중첩에 의해 발생되는 사이클로이드의 일부분이다. 이러한 호는 거의 절삭날 이송 거리 만큼 서로 떨어져 있다. 본 발명에 따른 밀링커터의 구성은 호형 가공 자국을 제거하는 것이 가능하다. 본 발명에 따라 반경 (r_wiper) 을 갖는 부절삭날의 만곡부는 일종의 '와이퍼 (wiper)' 기능, 또는 평탄화 또는 드레싱하는 기능을 수행하여, 절삭날 코너 때문에 발생가능한 가공 자국이 효과적으로 제거한다. 본 발명에 따른 엔드 밀링 커터는, 우수한 표면 질을 유지하면서 이송 속도 및 이에 따른 가공 속도가 현저하게 상승될 수 있게 한다. 바람직하게는, 본 발명에 따른 만곡부는 주절삭날을 향하는 부절삭날의 측에 실질적으로 배치된다.

곡률 반경은 바람직하게는, 예컨대, 0.66 D_c보다 더 크게 선택된다. 곡률 반경이 800 ㎜ 보다 크면 사실상으로 표면 질이 개선되지 않고, 부절삭날이 작업물과 접촉하는 더 넓은 영역을 따라 열 발생이 증가하기 때문에 바람직하지 않게 공구의 마모만 발생되며, 곡률 반경의 적절한 최대 상한은 800 ㎜ 이며, 또한 바람직하게는 500 ㎜ 미만이다.

만곡부는 또한 서로에 대해 각진 복수의 직선부를 포함할 수 있다.

바람직한 실시예에서, 반경 (r_wiper) 을 갖는 부절삭날의 만곡부가 위치하는 곡률 반경의 중심 또는 가상원의 중심은 밀링 커터의 회전 축선 상에 있지 않고, 즉 0 보다 큰 거리 (d_Offset) 로 떨어져 있다.

주절삭날을 향한 측면에서, 부절삭날은 밀링 커터 섕크의 회전 축선에 대해 가능한 수직으로 신장하도록 배치된다. 바람직한 실시예에서, 중심 (M) 과 회전축선 사이의 거리 (d_Offset) 는 D_c/6 이상, 바람직하게는 D_c/4 이상, 특히 바람직하게는 D_c/3 이상이다. 이러한 구성은 특히 우수한 표면 가공에 대한 부절삭날의 개선된 형상을 나타낸다. 테스트에 의하면 원리적으로 회전 축선으로부터 중심 (M) 의 거리는 가능한 커야 한다는 것이 밝혀졌다. 본 발명에 따른 효과는 상기 거리가 D_c/2 이상이면 더 이상 증가되지 않는다.

특히 바람직한 다른 실시예에서, 주절삭날과 부절삭날 사이의 천이부로 형성된 절삭날 코너는 D_c/2 보다 작은 코너 반경 (r_ε) 을 갖는다. 이러한 절삭날 코너의 구성에 의해 공구의 수명은 현저하게 증가될 수 있다. 이 경우, 또한 곡률은 서로 각진 복수의 직선부에 의해 근사화될 수 있다.

다른 바람직한 실시예에서 선택적으로, 주절삭날과 부절삭날 사이의 천이부로 형성된 절삭날 코너는, 경사면이 회전축선에 수직인 평면에 대해 바람직하게 30°내지 60°, 더 바람직하게는 40°내지 50°각으로 기울어져 있는 베벨 (bevel) 을 갖는다.

이러한 구성으로 또한 섕크형 밀링 커터의 절삭날 코너가 주의깊고 부드럽게 취급되어 엔드 밀링 커터의 작동 수명이 증가될 수 있다.

특히 바람직한 실시예에서, 부절삭날은 약 1°이상의 여유각으로 배치된다. 그러나, 엄격히 말하면 이는 밀링 커터의 중심의 방향으로 반경 (r_wiper) 의 만곡부에 인접한 부절삭날의 영역에 해당하는 것이다. 이러한 경우, 단부면의 평면도에서 보면 엔드 밀링 커터는 안쪽으로 원추형으로 경사져 있다.

테스트에 의하면, 반경 (r_wiper) 으로 만곡된 부절삭날에 의해, 여유각은 바람직하게는 1°보다 현저하게 크게 예컨대, 1.5°내지 10°, 바람직하게는 2.5°내지 10°의 각으로 선택될 수 있다는 것을 나타낸다. 이러한 구성으로, 작업물과 부절삭날 사이의 접촉 면적이 더욱 감소되어, 작업시 밀링 커터에 열이 덜 발생되어, 작동 수명이 연장될 수 있다.

본 발명에 따른 섕크형 밀링 커터는 바람직하게는 엔드 밀링 커터이며, 그의 절삭부는 유익하게는 적어도 부분적으로 초경합금, 서멧 (cermet), PCD (다결정 다이아몬드), CBN (큐빅 붕소질화물) 또는 SiN (실리콘-질화물계 세라믹) 을 포함한다.

본 발명의 다른 장점, 특징 및 용도는 이하의 바람직한 실시예와 첨부된 도면의 설명으로 명백해질 것이다.

도 1a 는 종래 기술의 섕크형 엔드 밀링 커터 (1) 의 측면도이다. 이 밀링 커터는 섕크부 (2) 및 절삭부 (3) 를 포함한다. 섕크부 (2) 는 원통형 섕크형태이다. 그러나, 예컨대 모스 테이퍼 섕크 (Morse taper shank), 스팁 - 앵글 테이퍼 섕크 (steep - angles taper shank), 웰돈 섕크 (Weldon shank) 또는 휘슬 노치 섕크 (whistle notch shank) 와 같이 다른 어떤 형상의 섕크도 사용가능하다.

절삭부 (3) 는 각각 두 개의 나선형 플루트 (flutes) (4) 에 의해 서로 분리되어 있는 두 개의 주절삭날 (5) 을 갖는다. 주절삭날은 원통형 절삭부 (3) 의 외주면에 제공되어 있다. 절삭부의 단면에는 부절삭날 (7) 이 있다. 도 1a 에 도시된 바와 같이, 밀링 커터는 단부 직경 (D_c) 을 갖는다.

도 1b 및 도 1c 는 도 1a 에서의 절삭날 코너 부분을 확대한 상세도로, 각각 다른 구성을 나타낸다.

도 1b 에 도시된 구성에서, 절삭날 코너 (6) 는 곡률 반경 (R_ε) 을 갖는다. 도 1c 에 도시된 구성은, 곡률 반경 (R_ε) 이 제공되지 않지만 베벨 (9) 을 갖는 것이 실질적으로 도 1b 에 도시된 구성과 다른 점이다. 두 구성 모두에서, 코너가 주의깊게 부드럽게 처리되어 있고, 따라서 밀링 커터 (1) 의 작동 수명을 연장시킨다.

도 1b 및 도 1c 에는, 부절삭날 (7) 이 여유각 (clearance angle) (8) 을 형성하는 것이 명확하게 도시되어 있다. 따라서, 도 1b 및 도 1c 에 도시된 바와 같이, 밀링 커터의 가장 깊은 부분을 형성하는 코너의 일부분이 항상 존재하는데, 이 부분이 작얼물내로 가장 깊게 파고들게 된다.

가공 작업시, 절삭날 코너 또는 인접 부절삭날은 작업물 표면에 호형 가공 자국을 남긴다. 이송 속도가 클 수록 이 자국이 더 뚜력히 나타나게 되며, 엔드 밀링 커터의 경우 이송은 밀링 커터의 회전축선에 수직으로 이루어진다.

도 2a 내지 2c 는 본 발명에 따른 밀링 커터의 실시예를 나타내고 있다.

도 2a 는 실질적으로 도 1a 에 대응한다. 이 경우, 밀링 커터 (1) 는 섕크부 (2) 및 원통형 절삭부 (3) 를 포함하며, 또한 이 원통형 절삭부는 복수의 주절삭날 (5) (도시된 예에서는 2 개) 및 다수의 부절삭날 (7) (도시된 예에서는 2 개) 을 갖는다.

본 발명에 따른 부절삭날 (7) 의 구성은 도 2b 및 도 2c 의 확대 상세도에서 잘 알 수 있다. 이 경우에도, 도 2b 에서, 절삭날 코너는 곡률 반경 (R_ε) 을 갖고, 도 2c 에서는 절삭날 코너가 회전축선에 대한 수직선에 대해 45°로 경사진 베벨을 갖는다는 점에서 실질적으로 다르다. 회전축선 (10) 의 방향으로 절삭날 코너 (6) 에는, 큰 곡률 반경 (r_wiper) 을 갖는 부절삭날의 만곡부가 제공된다. 곡률 반경 (r_wiper) 의 중심 (M) 은 회전축선 (10) 상에 있지 않고, 옵셋량 (value Offset_wiper) 만큼 회전축선으로부터 떨어져 있다. 여기서, 옵셋량 (Offset_wiper) 은 단부 직경 (D_c) 의 1/3 이상이다. 예컨대 절삭날 코너의 곡률 반경이 단부 반경의 1/2 보다 상당히 작고, 반경 (r_wiper) 은 단부 반경의 1/2 보다 더 크다.

특히, 도 2b 및 도 2c 에서 알 수 있는 바와 같이, 부절삭날의 가장 깊은 지점은 더 이상 절삭날 코너 (6) 의 영역에 있지 않으며, 반경 (r_wiper) 으로 만곡되어 있는 영역에 있다. 결과적으로, 보통 엔드 밀링에서 발생하는 호형 가공 자국이 발생되지 않는다. 도 1b 및 도 1c 와 비교하여 도 2b 및 도 2c 에서 명확하게 알 수 있듯이, 여유각 (8) (즉, 회전축선 (10) 에 수직인 선에 대한 부절삭날 (7) 의 기울기) 이 현저하게 더 클 수 있다.

엔드 밀링을 위한 본 발명의 따른 섕크형 밀링 커터는 종래의 엔드 밀링 커터와 비교하여 가공되는 표면의 질 저하 없이 이송 속도를 증가시킬 수 있다.

Claims (12)

1. 섕크형 밀링 커터 (1) 를 밀링 기계에 고정시키는 섕크부 (2) 및, 작업물과 접촉하는 절삭부 (3) 를 포함하며, 절삭부의 외면은 실질적으로 원통형이며, 1 이상의 주절삭날 (5) 이 절삭부의 외주면에 배치되고, 1 이상의 부절삭날 (7) 이 절삭부의 단면에 배치되며, 단부 직경 D_c을 갖는 섕크형 밀링 커터에 있어서,

   밀링 커터 축선을 포함하는 평면 상에 투영된 부절삭날 (7) 은, D_c/2 보다 큰 곡률 반경 (r_wiper) 과 밀링 커터 축선으로부터 D_c/2 보다 작은 거리 (d_Offset) 로 떨어져 있는 곡률 중심 (M) 을 갖는 볼록한 만곡부를 갖는 것을 특징으로 하는 섕크 미링 커터.
2. 제 1 항에 있어서, 곡률 반경 (r_wiper) 은 0.66 D_c보다 큰 것을 특징으로 하는 섕크형 밀링 커터.
3. 제 2 항에 있어서, 곡률 반경 (r_wiper) 은 800 ㎜ 보다 작은 것을 특징으로 하는 섕크형 밀링 커터.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 반경 (r_wiper) 을 갖는 부절삭날 (7) 의 상기 만곡부가 위치하는 가상원의 중심 (M) 은 밀링 커터의 회전축선 (10) 의 밖에 존재하는 (d_Offset＞0) 것을 특징으로 하는 섕크형 밀링 커터.
5. 제 4 항에 있어서, 중심 (M) 과 회전축선 (10) 사이의 거리 (d_Offset) 는 D_c/6 이상, 바람직하게는 D_c/4 이상, 특히 바람직하게는 D_c/3 이상인 것을 특징으로 하는 섕크형 밀링 커터.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 주절삭날 (5) 과 부절삭날 (7) 사이의 천이부로 형성된 절삭날 코너 (6) 는 D_c/2 보다 작은 코너 반경 (r_ε) 을 갖는 것을 특징으로 하는 섕크형 밀링 커터.
7. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 주절삭날 (5) 과 부절삭날 (7) 사이의 천이부로 형성된 절삭날 코너 (6) 는, 경사면이 회전축선 (10) 에 수직인 평면에 대해 바람직하게 30°내지 60°, 더 바람직하게는 40°내지 50°의 각으로 기울어져 있는 베벨을 갖는 것을 특징으로 하는 섕크형 밀링 커터.
8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 부절삭날 (7) 은 약 1°이상의 여유각 (8) 으로 배치되는 것을 특징으로 하는 섕크형 밀링 커터.
9. 제 8 항에 있어서, 여유각 (8) 은 1.5°내지 10°, 바람직하게는 2.5°내지 10°인 것을 특징으로 하는 섕크형 밀링 커터.
10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 절삭부 (3) 는 적어도 부분적으로 초경합금을 포함하는 것을 특징으로 하는 섕크형 밀링 커터.
11. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 절삭부 (3) 는 적어도 부분적으로 서멧, PCD, CBN 또는 SiN 을 포함하는 것을 특징으로 하는 섕크형 밀링 커터.
12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 섕크형 밀링 커터는 엔드 밀링 커터인 것을 특징으로 하는 섕크형 밀링 커터.