KR20150023239A - 절삭 공구 - Google Patents

Abstract

고경도 소재로 구성되는 부위를 갖는 절삭 공구로서, 상기 부위에, 경사면(4)과 여유면(5)과 절삭날(6)을 구비하게 하고, 상기 경사면(4)의 절삭날(6)을 따른 영역을 A, 상기 경사면의 상기 영역 A를 제거한 영역을 B로 하여, 상기 영역 A의 표면 거칠기가 영역 B의 표면 거칠기보다 작고, 상기 영역 B는 상기 영역 A의 위치로부터 함몰되어 있는 구조로 하였다.

Description

절삭 공구{CUTTING TOOL}

본 발명은, 적어도 절삭에 관여하는 부위를 다이아몬드로 대표되는 고경도 소재로 구성한 절삭 공구와, 그 절삭 공구의 제조 방법에 관한 것이다

정밀 절삭 가공을 행하는 절삭 공구는, 절삭에 관여하는 부위에, 고경도이고 내마모성이 우수한 다이아몬드 등을 재료로서 이용하고 있다.

이 정밀 절삭 가공용의 절삭 공구도, 일반적인 절삭 공구와 마찬가지로, 경사면, 여유면 및 이들의 면이 교차된 위치의 능선으로 구성되는 절삭날을 구비하고 있다.

절삭에 관여하는 부위의 재료가 고경도의 다이아몬드 등이기 때문에, 이 정밀 절삭 가공용 절삭 공구의 제조시에 있어서 재료의 절단이나 경사면을 파내려가는 것 등은, 레이저 가공에 의해 이루어지고 있다. 레이저 가공기에 의한 공구 제작은, 예컨대, 하기 특허문헌 1∼3 등에 개시되어 있다.

특허문헌 1 : 일본 특허 공개 제2003-25118호 공보 특허문헌 2 : 일본 특허 공개 제2004-344957호 공보 특허문헌 3 : 일본 특허 공개 제2008-229810호 공보

고경도 소재에 레이저 가공기로 가공한 면은, 표면 거칠기가 평활해지지 않는다. 이것이 원인으로, 경사면이나 여유면을 레이저 광선으로 가공한 절삭 공구는 성능이 안정되지 않기 때문에, 공구의 표면, 특히, 경사면을 기계 연마, 혹은 연삭 가공하여 표면의 평활도를 높이는 방법이 채택되고 있다. 그러나, 가공하는 재료가 단단하기 때문에, 경사면의 전역을 연마하는 종래의 방법에서는, 연마나 연삭에 많은 시간을 소비하게 되는 문제점이 있었다.

또한, 연마 장치나 연삭 장치에도 부담이 가해지고, 결과적으로 비용 상승으로 이어지는 것도 문제였다.

그래서, 본 발명은, 정밀 절삭 가공용 절삭 공구의 절삭 성능의 안정화를, 공구 제조시의 연마, 연삭 가공의 면적을 감소시켜 실현하는 것을 과제로 하고 있다.

상기한 과제를 해결하기 위해, 고경도 소재로 구성되는 부위를 갖는 절삭 공구를 이하와 같이 구성하였다.

즉, 상기 부위에, 경사면과 여유면과 그 경사면과 여유면의 교차부의 능선으로 형성되는 절삭날을 구비하게 하고, 상기 경사면의 상기 절삭날을 따른 영역을 A, 상기 경사면의 상기 영역 A를 제거한 영역을 B로 하여, 상기 영역 A의 표면 거칠기를 상기 영역 B의 표면 거칠기보다 작게 하고, 상기 영역 B는 상기 영역 A의 위치로부터 함몰되어 있는 구조로 하였다.

이러한 구조에 따르면, 상기 경사면의 영역 A는 기계 가공에 의한 평활화면(연마면 혹은 연삭 가공면), 상기 영역 B는 레이저 광선으로 가공된 비평활화면으로 이루어질 수 있다.

또한, 본 발명은, 상기 고경도 소재로서 CBN(입방정 질화붕소) 소결체를 이용한 절삭 공구에도 적용할 수 있다. 그리고, 단단하여 경사면의 조(粗)가공을 레이저 가공에 의존하지 않을 수 없는 다이아몬드를 이용한 절삭 공구에 적용하면, 발명의 효과가 특히 현저히 나타난다.

본 발명의 절삭 공구에 이용하는 다이아몬드는, 단결정 다이아몬드, 소결 다이아몬드, 기상 합성법으로 제조되는 다결정 다이아몬드 중 어느 하나여도 좋다. 또한, 본 발명의 절삭 공구는, 상기 경사면의 상기 영역 A가 단일 면으로 구성되어 있으면 바람직하다.

이 절삭 공구는, 고경도 소재에 형성하는 경사면을, 우선 처음에 레이저 가공기로 가공한다. 그 레이저 가공의 공정에 있어서 상기 경사면의 상기 영역 B를 상기 영역 A보다 깊게 파내려가고, 그 후, 상기 영역 A의 경사면을 기계 연마나 연삭 가공으로 평활화하여 상기 여유면과의 사이에 절삭날을 형성하는 방법으로 제조할 수 있다. 본 발명은, 이러한 제조 방법도 아울러 제공한다.

이 방법에 의해 상기 영역 B를 파내려가는 것이 상기 영역 B의 일부에 대해서 이루어졌을 때에도 발명의 효과를 얻을 수 있다.

또한, 이 방법에서는 상기 여유면도 연마 혹은 연삭 가공하면 바람직하다. 상기 여유면의 연마, 연삭은 경사면의 평활화 가공 전, 후 중 어느 때에 행하여도 좋다.

본 발명의 절삭 공구는, 경사면을 절삭날을 따른 영역 A와, 상기 경사면의 상기 영역 A를 제거한 영역 B로 나누고, 상기 영역 B를 상기 영역 A의 위치로부터 함몰되게 하였기 때문에, 경사면의 상기 영역 A, B를 레이저 가공기로 가공하고, 그 후에 상기 영역 A를 기계 연마나 연삭 가공으로 평활화하는 방법으로 제조할 수 있다.

이 방법에 따르면, 평활화하는 상기 영역 A의 면적을 필요 최소한까지 감소시켜, 연마나 연삭의 시간을 대폭 단축할 수 있다.

또한, 평활화하는 상기 영역 A의 면적을 축소함으로써, 연마 장치나 연삭 장치의 가공 부담도 경감되어 가공 비용도 인하된다.

도 1은 본 발명의 절삭 공구의 일례(볼 엔드밀)를 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 절삭 공구의 주요부를 확대하여 도시한 사시도이다.
도 3은 도 2의 III-III선을 따른 확대 단면도이다.
도 4의 (a)는 본 발명의 제조 방법에 의한 경사면의 가공 절차를 도시한 도면이다.
도 4의 (b)는 본 발명의 제조 방법에 의한 경사면의 가공 절차를 도시한 도면이다.
도 4의 (c)는 본 발명의 제조 방법에 의한 경사면의 가공 절차를 도시한 도면이다.

이하, 첨부 도면의 도 1∼도 4의 (c)에 기초하여, 본 발명의 절삭 공구의 실시형태를 설명한다.

본 발명을, 선단의 R 반경이 0.5 ㎜(직경 1 ㎜)인 1매 날의 볼 엔드밀에 적용한 예를 도 1 및 도 2에 도시한다. 도시된 절삭 공구(볼 엔드밀)(1)는, 생크(2a)를 갖는 본체부(2)의 선단에, 고경도 소재로 이루어진 절삭 헤드(3)를 접합하고 있다. 그리고, 그 절삭 헤드(3)에, 경사면(4)과, 여유면(5)과, 경사면과 여유면이 교차된 위치의 능선으로 구성되는 절삭날(6)을 설치하고 있다.

도면 중 부호 7은, 절삭 헤드(3)의 절삭날(6)이 없는 쪽을 제거한 절제면이다.

본체부(2)는, 하이스피드강(고속도강; high-speed-steel) 등의 공구강이나 초경합금으로 형성되어 있고, 절삭 헤드(3)는, 예컨대, 나노 사이즈의 다결정 다이아몬드를 결합재를 사용하지 않고 결합시킨 바인더리스 다이아몬드 소결체로 형성되어 있다.

그 절삭 헤드(3)에 형성된 경사면(4)은, 절삭날(6)을 따른 영역 A와 영역 A를 제거한 영역 B의 두 영역으로 나뉘어져 있다. 영역 B는, 영역 A의 위치로부터 약간 함몰되어 있고, 그 면의 표면 거칠기가 영역 A의 표면 거칠기보다 더 거칠다.

영역 A는 기계 가공된 면이고, 영역 B는 레이저 광선으로 가공된 면이다. 이 영역 A, B로 이루어진 경사면(4)은, 이하의 공정을 거쳐 형성된 것이다.

즉, 우선, 도 4의 (a)에 도시된 바와 같이, 경사면(4)의 전체를 레이저 가공기로 가공한다. 이 때의 가공은, 레이저 광선을 경사면(4)에 대하여 교차하는 방향으로 조사하여 행하여도 좋고, 경사면(4)과 평행하게 되는 방향으로 조사하여 행하여도 좋다.

다음에, 경사면(4)의 영역 A를 제거한 개소(즉, 영역 B)를, 레이저 가공기로 더 파내려간다. 도시된 절삭 공구(볼 엔드밀)는, 그 가공을, 경사면(4)의 영역 B에 대하여 레이저 광선을 바로 위에서 조사하여 행하고 있다.

이 경우, 레이저 광선을, 도 4의 (b)에 도시된 바와 같이, 영역 B에 대하여 반원의 가공 흔적이 남겨지도록 주사하여 행하면, 영역 A의 폭을 안정시킬 수 있다.

또한, 이 때에 파내려가는 것은, 영역 B의 전체인 경우, 경사면의 마무리 가공 면적 삭감의 효과가 최대한 발휘된다. 레이저 광선의 주사에 의해 형성되는 홈 사이에, 정점이 영역 A와 동일 높이 위치에 있는 산을 남겨도, 전역 파내려가는 경우만큼은 아니지만, 경사면의 연삭 면적을 감소시킬 수 있다.

도 4의 (c)는, 레이저 광선의 주사 위치를 엔드밀의 반경 방향으로 옮기면서 영역 B의 전역을 파내려간 상태를 나타내고 있다.

이 때의 영역 B의 영역 A로부터의 함몰량(도 3에 도시된 영역 B의 가장 깊은 지점에서 영역 A까지의 높이 H)은, 100 ㎛ 이하가, 레이저 광선에 의해 불필요하게 파내려가는 것을 억제할 수 있어 바람직하다. 함몰량의 하한은 1 ㎛라도 좋다. 또한, 도 4의 (c)에 도시된 영역 A의 폭(W)은, 절삭날(6)의 직경의 50% 이하가 좋다. 정밀 절삭 가공에서는, 일반적으로 노치가 10 ㎛ 이하의 미세한 값으로 설정되기 때문에, 폭(W)에 대해서는 큰 수치는 요구되지 않는다. 영역 A의 면적 삭감의 면에서는 좁을수록 좋고, 하한은 1 ㎛일 수도 있다.

영역 B를 파내려가는 것을 완료하면, 다음에, 영역 A를 기계 연마나 연삭 가공에 의해 마무리한다. 영역 A는, 면적이 축소되어 경사면(4)의 전체에 차지하는 비율이 현저히 감소되기 때문에, 기계 연마나 연삭에 요하는 수고와 시간이 대폭 삭감된다.

또한, 여유면(5)과 절제면(7)은, 레이저 가공기로 가공한다. 여유면(5)은, 경사면(4)의 영역 A를 평활화 가공한 후, 혹은 그 전에 연마나 연삭을 행하여 마무리한다.

여유면(5)은 레이저 가공기만으로 가공하는 것도 가능하지만, 여기서 설명한 바와 같이, 경사면(4)의 영역 A와 여유면(5)의 양면을 함께 연마 혹은 연삭하면, 고정밀도로 안정된 절삭날을 얻을 수 있다.

또한, 본 발명의 적용 대상은, 도시된 볼 엔드밀로 한정되지 않는다. 스퀘어 엔드밀, 라디우스 엔드밀 등에도 적용할 수 있고, 엔드밀 이외의 절삭 공구, 예컨대, 정밀 선삭용 바이트, 바이트용 절삭 인서트, 드릴 등의 천공 공구 등에도 적용할 수 있다.

또한, 예시한 절삭 공구는, 절삭 헤드(3)의 전체를 고경도 소재로 형성하였다. 절삭 헤드(3)의 일부에 고경도 소재를 접합하여 절삭에 관여하는 부분(절삭날 근방)만을 고경도 소재로 형성하여도 상관없다.

이 밖에, 절삭에 관여하는 부위를 구성하는 고경도 소재는, 단결정 다이아몬드, 소결 다이아몬드나 기상 합성법으로 제조되는 다결정 다이아몬드여도 좋다. 또한, CBN 소결체인 경우에도, 다이아몬드를 이용하는 경우만큼은 아니지만 발명의 효과를 기대할 수 있다.

1 : 절삭 공구
2 : 본체부
2a : 생크
3 : 절삭 헤드
4 : 경사면
A : 경사면의 절삭날을 따른 영역
B : 경사면의 영역 A를 제거한 영역
5 : 여유면
6 : 절삭날
7 : 절제면

Claims (5)

1. 고경도 소재로 구성되는 부위를 갖는 절삭 공구로서,
   상기 부위가, 경사면(4)과, 여유면(5)과, 그 경사면과 여유면의 교차부의 능선으로 형성되는 절삭날(6)을 가지며,
   상기 경사면(4)의 상기 절삭날(6)을 따른 영역을 A, 상기 경사면(4)의 상기 영역 A를 제거한 영역을 B로 하여, 상기 영역 A의 표면 거칠기가 영역 B의 표면 거칠기보다 작고, 상기 영역 B는 상기 영역 A의 위치로부터 함몰되어 있는 것을 특징으로 하는 절삭 공구.
2. 제1항에 있어서, 상기 경사면(4)의 상기 영역 A는 기계 연마 또는 연삭 가공에 의한 평활화면이고, 상기 영역 B는 레이저 가공된 비평활화면인 것을 특징으로 하는 절삭 공구.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 고경도 소재가, 단결정 다이아몬드, 소결 다이아몬드, 다결정 다이아몬드 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 절삭 공구.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 경사면(4)의 상기 영역 A가 단일 면으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 절삭 공구.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 절삭 공구의 제조 방법으로서,
   레이저 광선을 이용하여 고경도 소재에 경사면(4)을 형성하는 레이저 가공 공정을 가지며, 그 레이저 가공 공정에 있어서 경사면(4)의 상기 영역 B를 상기 영역 A보다 깊게 파내려가고, 그 후, 상기 영역 A의 경사면(4)을 연마 혹은 연삭 가공하여 상기 경사면(4)과 여유면(5) 사이에 절삭날(6)을 형성하는 것을 특징으로 하는 절삭 공구의 제조 방법.

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