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KR101407168B1 - 절삭 인서트 및 이를 포함하는 절삭 공구 - Google Patents

절삭 인서트 및 이를 포함하는 절삭 공구 Download PDF

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KR101407168B1
KR101407168B1 KR1020120086385A KR20120086385A KR101407168B1 KR 101407168 B1 KR101407168 B1 KR 101407168B1 KR 1020120086385 A KR1020120086385 A KR 1020120086385A KR 20120086385 A KR20120086385 A KR 20120086385A KR 101407168 B1 KR101407168 B1 KR 101407168B1
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insert
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대구텍 유한회사
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Abstract

본 발명은 안정적인 가공을 실현할 수 있는 교환 가능한 직각 가공용 절삭 인서트 및 이를 포함하는 절삭 공구에 관한 것으로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 직각 가공용 절삭 인서트는 상면, 상기 상면과 회전 대칭인 하면 및 상기 상면과 상기 하면 사이에 연장되는 네 개의 측면을 포함한다. 상기 상면은 평면으로 형성된 장착기준면을 포함하고, 상기 장착기준면의 중앙부에는 스크루 홀이 형성된다. 서로 인접한 제1 및 제2 측면과 상기 상면이 접하는 부분에 절삭날이 형성되고, 서로 인접한 제3 및 제4 측면과 상기 상면이 접하는 부분에 비절삭날이 형성된다. 상기 제1 및 제2 측면은 상기 상면의 장착기준면에서 연장되는 면과 예각을 형성하고, 상기 제3 및 제4 측면은 상기 상면의 장착기준면에서 연장되는 면과 둔각을 형성한다.

Description

절삭 인서트 및 이를 포함하는 절삭 공구{CUTTING INSERT AND CUTTING TOOL INCLUDING THE SAME}
본 발명은 절삭 인서트 및 이를 포함하는 절삭 공구에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 안정적인 가공을 실현할 수 있는 교환 가능한 직각 가공용 절삭 인서트 및 이를 포함하는 절삭 공구에 관한 것이다.
금속의 직각 가공을 위하여 일반적으로 교환 가능한 절삭 인서트를 장착한 절삭 공구가 사용된다. 교환 가능한 절삭 인서트를 장착한 직각 가공용 절삭 공구로는 다양한 제품이 사용되는데, 종래의 절삭 공구로는 절삭성을 위하여 상면에 절삭날이 형성되고, 하면에 장착기준면이 형성되며, 장착기준면의 중심에 구멍이 있는 절삭 인서트를, 스크루를 이용하여 커터 바디에 체결하는 구조가 사용된다. 이러한 종래의 절삭 인서트는 구조 상 하면의 장착기준면과 측면이 둔각으로 형성되어 커터 바디에 체결된다.
한편, 최근 금속 절삭 분야에서 다양한 원가 상승 요인에 효과적으로 대처하여 경쟁력을 확보하는 것이 중요하게 되고, 이를 위해 생산성 향상이 중요한 요소로 취급되고 있다. 이와 같이 생산성 향상을 위해서는 절삭 공구에서 날당 이송을 좀 더 크게 사용할 수 있어야 한다.
하지만, 종래의 절삭 인서트의 구성에 의하면 하면의 장착기준면과 측면이 둔각으로 형성되어 커터 바디에 체결되기 때문에, 생산성 향상을 위하여 고이송으로 가공하는 경우, 그 절삭력에 의해 스크루가 파손될 수 있다. 또한, 스크루의 파손에만 한정되지 않고, 절삭 인서트의 탈락, 커터 바디의 손상, 나아가 피삭재의 손상을 야기하여 심각한 문제가 발생할 수 있다. 이는 특히 고가의 항공기 부품을 가공하는 경우와 같이 절삭의 신뢰성이 중요한 경우에 더욱 문제될 수 있다.
대한민국 공개특허공보 제10-2006-0135212호 (2006.12.29)
본 발명은 상술한 배경기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 절삭 생산성을 향상시키면서 안정적으로 가공을 실현할 수 있는 직각 가공용 절삭 인서트 및 절삭 공구를 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 직각 가공용 절삭 인서트는 상면, 상기 상면과 회전 대칭인 하면 및 상기 상면과 상기 하면 사이에 연장되는 네 개의 측면을 포함한다. 상기 상면은 평면으로 형성된 장착기준면을 포함하고, 상기 장착기준면의 중앙부에는 스크루 홀이 형성된다. 서로 인접한 제1 및 제2 측면과 상기 상면이 접하는 부분에 절삭날이 형성되고, 서로 인접한 제3 및 제4 측면과 상기 상면이 접하는 부분에 비절삭날이 형성된다. 상기 제1 및 제2 측면은 상기 상면의 장착기준면에서 연장되는 면과 예각을 형성하고, 상기 제3 및 제4 측면은 상기 상면의 장착기준면에서 연장되는 면과 둔각을 형성한다.
상기 제1 측면이 상기 상면의 장착기준면에서 연장되는 면과 이루는 각의 크기는 상기 제4 측면이 상기 하면의 장착기준면에서 연장되는 면과 이루는 각의 크기와 동일할 수 있고, 상기 제2 측면이 상기 상면의 장착기준면에서 연장되는 면과 이루는 각의 크기는 상기 제3 측면이 상기 하면의 장착기준면에서 연장되는 면과 이루는 각의 크기와 동일할 수 있다.
상기 제1 및 제2 측면과 상기 상면의 장착기준면에서 연장되는 면 사이에 형성되는 예각은 각각 75° 내지 85°일 수 있다.
상기 하면의 장착기준면에서 상기 상면에 형성된 절삭날까지의 거리는 상기 하면의 장착기준면에서 상기 상면의 장착기준면까지의 거리보다 크게 형성될 수 있다.
상기 절삭날과 상기 상면의 장착기준면 사이에 경사면이 형성될 수 있다.
상기 상면과 상기 제1 측면이 만나서 제1 주절삭날이 형성되고, 상기 제2 측면은 복수의 면으로 이루어지고, 상기 제2 측면의 복수의 면 중 상기 제1 측면에 인접한 면이 상기 상면과 만나서 제1 와이퍼 절삭날이 형성되며, 상기 제2 측면의 복수의 면 중 상기 제3 측면에 인접한 면이 상기 상면과 만나서 제1 경사 절삭날이 형성될 수 있다. 상기 하면과 상기 제4 측면이 만나서 제2 주절삭날이 형성되고, 상기 제3 측면은 복수의 면으로 이루어지고, 상기 제3 측면의 복수의 면 중 상기 제4 측면에 인접한 면이 상기 하면과 만나서 제2 와이퍼 절삭날이 형성되며, 상기 제3 측면의 복수의 면 중 상기 제2 측면에 인접한 면이 상기 하면과 만나서 제2 경사 절삭날이 형성될 수 있다.
상기 제1 주절삭날은 상기 제1 모서리 절삭날로부터 하향 경사지게 형성되며, 상기 제1 와이퍼 절삭날은 상기 상면의 장착기준면과 평행하게 형성될 수 있고, 상기 제1 경사 절삭날은 상기 제1 와이퍼 절삭날로부터 하향 경사지게 형성되며, 상기 제2 주절삭날, 상기 제2 모서리 절삭날, 상기 제2 와이퍼 절삭날 및 상기 제2 경사 절삭날도 동일한 방식으로 형성될 수 있다.
주절삭날이 형성된 상기 제1 측면과 와이퍼 절삭날이 형성된 상기 제2 측면이 이루는 각은 85° 내지 95°일 수 있다.
상기 제1 측면은 상기 상면에 인접하고 볼록 곡면으로 형성되는 제1 여유면 및 상기 하면에 인접하고 평면으로 형성되는 제2 여유면을 포함할 수 있으며, 상기 제4 측면은 상기 하면에 인접하고 볼록 곡면으로 형성되는 제1 여유면 및 상기 상면에 인접하고 평면으로 형성되는 제2 여유면을 포함할 수 있다.
상기 상면과 상기 하면은 상기 절삭날과 상기 비절삭날 사이에 형성되는 연결날의 중심을 지나는 선과 평행한 중심선을 기준으로 회전대칭일 수 있다. 이 때, 상기 중심선은 서로 인접한 상기 제2 측면과 상기 제3 측면 사이의 모서리의 중심 및 서로 인접한 상기 제1 측면과 상기 제4 측면 사이의 모서리의 중심을 지날 수 있다.
상기 상면과 상기 제1 및 제2 측면이 만나서 제1 절삭날이 형성되고, 상기 하면과 상기 제3 및 제4 측면이 만나서 제2 절삭날이 형성되며, 상기 제1 절삭날과 상기 제2 절삭날은 상기 중심선을 기준으로 대칭일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 절삭 공구는 상기 절삭 인서트 및 상기 절삭 인서트가 장착되는 인서트 포켓을 포함한다. 상기 인서트 포켓은, 상기 절삭 인서트가 안착되는 장착면 및 상기 절삭 인서트의 측면에 접하여 지지하는 반경방향 지지벽과 축방향 지지벽을 포함하고, 상기 장착면과 상기 반경방향 지지벽 및 상기 장착면과 상기 축방향 지지벽은 각각 예각을 형성한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 절삭 인서트가 절삭 공구에 안정적으로 장착됨으로써, 절삭 가공 시 스크루, 절삭 인서트의 파손 및 그에 따른 피삭재의 파손을 방지할 수 있다. 이에 따라, 공구 수명의 신뢰성을 향상시킬 수 있고, 생산성 향상에도 기여할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 절삭 인서트의 주절삭날이 상면과 하면에 각각 하나씩 형성됨으로써, 절삭 과정에서 발생하는 칩에 의해 미사용 절삭날이 손상되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 직각 가공은 물론 경사 가공도 수행할 수 있으므로, 금형 부품의 가공, 자동차 부품의 가공 등 다양한 분야의 절삭 가공에 폭넓게 사용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 절삭 공구의 사시도이다.
도 2a 내지 도 2d는 각각 본 발명의 제1 실시예에 따른 절삭 인서트의 사시도, 정면도, 저면도 및 좌측면도이고, 도 2e는 도 2c의 Ⅱ-Ⅱ 선을 따라 절취한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 절삭 인서트의 사시도이다.
도 4a 및 도 4b는 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 절삭 인서트가 장착된 절삭 공구의 측면도 및 정면도이다.
도 5a 및 도 5b는 각각 본 발명의 일 실시예 및 비교예에 따른 절삭 인서트가 인서트 포켓에 장착된 상태에서의 힘의 작용 상태를 나타내는 도면이다.
도 6a 및 도 6b는 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 절삭 공구를 사용하여 직각 가공 및 경사 가공을 수행하는 것을 나타내는 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자기 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명한다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다. 또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 등은 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 절삭 공구의 사시도이다. 본 실시예에 따른 절삭 공구(100)는 직각 가공용 절삭 공구로서, 도 1을 참조하면 절삭 공구(100)는 커터 바디(110) 및 복수의 절삭 인서트(130)를 포함한다. 절삭 인서트(130)는 교환 가능하게 커터 바디(110)에 장착되는 것으로서, 구체적으로 스크루(120)를 통해 커터 바디(110)의 인서트 포켓에 체결된다.
도 2a 내지 도 2d는 각각 본 발명의 제1 실시예에 따른 절삭 인서트의 사시도, 정면도, 저면도 및 좌측면도이고, 도 2e는 도 2c의 Ⅱ-Ⅱ선을 따라 절취한 단면도로서, 이하에서는 이들을 참조하여 본 실시예에 따른 절삭 인서트에 대하여 설명한다.
본 실시예에 따른 절삭 인서트(130)는 상면(131), 하면(133) 및 이들을 연결하는 측면(135)을 포함한다. 본 실시예에서는 절삭 인서트(130)의 측면(135)이 네 개의 측면, 즉 제1 측면 내지 제4 측면(135a, 135b, 135c, 135d)으로 이루어지고, 이들 측면(135a, 135b, 135c, 135d)은 각각 상면(131) 및 하면(133)에 대하여 경사지게 형성된다.
상면(131)에는 평평한 평면 형상의 장착기준면(131a)이 형성되고, 장착기준면(131a)의 중심부에는 절삭 인서트(130)를 인서트 포켓에 장착하기 위해 스크루(120)가 삽입되는 스크루 홀(139)이 형성된다. 상면(131)과 제1 및 제2 측면(135a, 135b)이 접하는 부분에는 절삭날(137)이 형성되고, 절삭날(137)과 장착기준면(131a)의 사이에는 경사면(131b)이 형성되어, 이를 통해 칩 배출을 원활하게 해주고 낮은 절삭 저항을 실현할 수 있게 된다. 또한, 상면(131)과 제3 및 제4 측면(135c, 135d)이 접하는 부분에는 비절삭날(138)이 형성되며, 절삭날(137)과 비절삭날(138)이 연결되는 코너 부분에는 연결날이 형성된다.
도 2a를 참조하면, 절삭날(137)은 주절삭날(137a), 모서리 절삭날(137b), 와이퍼 절삭날(137c) 및 경사 절삭날(137d)을 포함한다. 주절삭날(137a)은 상면(131)과 제1 측면(135a)이 만나서 형성되고, 와이퍼 절삭날(137c) 및 경사 절삭날(137d)은 상면(131)과 제2 측면(135b)이 만나서 형성된다. 구체적으로, 제2 측면(135b)은 복수의 면으로 구성되는데, 제2 측면(135b)의 복수의 면 중에서 제1 측면(135a)에 인접한 면이 상면(131)과 만나 와이퍼 절삭날(137c)을 형성하고, 제2 측면(135b)의 복수의 면 중에서 제3 측면(135c)에 인접한 면이 상면(131)과 만나 경사 절삭날(137d)을 형성한다. 주절삭날(137a), 모서리 절삭날(137b) 및 와이퍼 절삭날(137c)은 상면(131)의 장착기준면(131a)보다 높게 형성되며, 와이퍼 절삭날(137c)은 가공 시 피삭재의 우수한 표면 조도를 위해 장착 기준면과 대략적으로 평행하게 형성될 수 있다. 주절삭날(137a)은 모서리 절삭날(137b)로부터 하향 경사지게 형성되며 복수의 직선 또는 곡선으로 형성될 수 있고, 경사 절삭날(137d)은 와이퍼 절삭날(137c)로부터 하향 경사지게 형성되며, 역시 복수의 직선 또는 곡선으로 이루어질 수 있다.
본 실시예에 따른 절삭 인서트(130)는, 절삭날(137)과 비절삭날(138)을 연결하는 연결날의 중심을 지나는 선과 평행한 가상의 중심선(Q)을 기준으로 회전 대칭으로 형성된다. 이 때, 중심선(Q)은 제2 측면(135b)과 제3 측면(135c) 사이의 모서리의 중심 및 제1 측면(135a)과 제4 측면(135d) 사이의 모서리의 중심을 지난다. 이와 같이, 상면(131)과 하면(133)은 회전 대칭으로 형성되는 것으로, 상면(131)의 형상은 중심선(Q)을 중심으로 180° 회전하여 하면(133)에 그대로 형성되어, 하면(133)에도 장착기준면과 경사면이 형성된다. 또한, 하면(133)과 측면(135)이 접하는 부분에도 절삭날과 비절삭날이 형성되는 것으로, 구체적으로 하면(133)과 제4 측면(135d)이 만나 주절삭날을 형성하고, 복수의 면으로 구성된 제3 측면(135c) 중에서 제4 측면(135d)에 인접한 면이 하면(133)과 만나 와이퍼 절삭날을 형성하고, 제3 측면(135c)의 복수의 면 중에서 제2 측면(135b)에 인접한 면이 하면(133)과 만나 경사 절삭날을 형성한다.
이와 같이, 절삭 인서트(130)가 중심선(Q)을 기준으로 회전 대칭으로 형성됨으로써, 상면(131)과 하면(133)에 각각 하나씩의 절삭날이 형성되고, 이에 따라 상면(131)과 하면(133)의 위치를 바꾸어 사용할 수 있게 된다.
전술한 바와 같이, 본 실시예의 절삭 인서트의 측면(135)은 상면(131) 및 하면(133)에 대하여 경사지게 형성된다. 구체적으로, 절삭날(137)에 인접한 제1 및 제2 측면(135a, 135b)은 상면(131)의 장착기준면(131a)에서 연장되는 면과 각각 예각을 형성하고, 제3 및 제4 측면(135c, 135d)은 하면(133)의 장착기준면에서 연장되는 면과 각각 예각을 형성한다. 이 때, 제1 측면(135a)이 상면(131)의 장착기준면(131a)에서 연장되는 면과 이루는 각의 크기는 제4 측면(135d)이 하면(133)의 장착기준면에서 연장되는 면과 이루는 각의 크기와 동일하고, 제2 측면(135b)이 상면(131)의 장착기준면(131a)에서 연장되는 면과 이루는 각의 크기는 제3 측면(135c)이 하면(133)의 장착기준면에서 연장되는 면과 이루는 각의 크기와 동일하다.
절삭날이 사용될 때, 상기 예각이 너무 작게 형성되면 절삭되는 부분의 각도가 너무 예리해져서 인서트의 강도가 떨어지는 문제가 발생할 수 있다. 따라서, 이러한 점을 고려하여 본 실시예에서는 제1 및 제2 측면(135a, 135b)이 상면(131)의 장착기준면(131a)에서 연장되는 면과 형성되는 각을 약 75° 내지 약 85°로 하고, 제3 및 제4 측면(135c, 135d)과 하면(133)의 장착기준면에서 연장되는 면이 형성하는 각(α) 역시 이와 동일하게 형성한다.
한편, 비절삭날(138)에 인접한 제3 및 제4 측면(135c, 135d)은 상면(131)의 장착기준면(131a)에서 연장되는 면과 둔각을 형성하고, 제1 및 제2 측면(135a, 135b)은 하면(133)의 장착기준면에서 연장되는 면과 둔각을 형성한다. 이는, 커터 바디(110)의 인서트 포켓과 접촉하여 절삭 인서트(130)를 안정적으로 지지함으로써 절삭 과정에서 절삭력으로 인한 비정상적인 스크류의 파손을 방지하여 더욱 강력한 절삭을 하기 위한 것으로, 그 각이 클수록 절삭력에 의한 파손 방지 효과가 커진다.
도 2c 및 도 2d를 참조하면 상면과 하면의 장착 기준면은 서로 평행하게 형성되고, 상면 및 하면에 접하여 형성된 절삭날은 각각 상면 및 하면의 장착기준면에 대해 돌출되어 형성된다. 즉, 절삭 인서트(130)는 하면의 장착기준면에서 상부 절삭날까지의 거리인 제1 두께(T1)가 하면의 장착기준면에서 상면의 장착기준면까지의 거리인 제2 두께(T2)보다 크게 형성된다. 이는 앞서 설명한 바와 같이, 절삭 과정에서 주절삭날에서 발생하는 칩이 원활히 배출될 수 있는 공간을 확보하기 위한 것이다. 칩 배출이 원활하지 않을 경우에는 칩에 의한 과도한 마찰열, 진동, 소음이 발생할 수 있고, 아울러 칩이 절삭날과 피삭재 사이에서 절삭을 방해하는 현상이 발생할 수도 있게 된다. 따라서, 본 실시예에서는 상기와 같은 구조를 통해 칩이 배출되는 경로에 간섭이 없도록 하여 칩 배출을 원활히 하고 효과적인 절삭을 가능하게 한다.
한편, 도 2c에서 장착 기준면에서 절삭날에 이르는 경사각(β)은 절삭 인서트(130)가 커터 바디(110)에 장착될 때, 절삭 공구(100)의 회전축과 인서트 포켓의 하부 장착면이 이루는 축방향 경사각과 함께 축방향 인선각을 이룬다. 축방향 인선각을 크게 할 때 절삭 저항이 감소하고, 절삭날에 가해지는 절삭 충격력 역시 감소하는 점을 고려할 때, 상기 경사각(β)을 가능한 크게 형성할 수 있다. 하지만, 본 실시예에서는 절삭 인서트(130)의 강도, 두께 등을 고려하여 상기 경사각(β)을 약 5° 내지 약 15°로 형성한다.
각도 γ1 및 γ2는 각각 절삭 인서트(130)의 절삭날(137)의 여유각을 나타낸다. 주절삭날의 여유각(γ2)은 절삭날의 강도를 고려하여 너무 크지 않아야 하므로, 약 5° 내지 약 30°로 형성할 수 있고, 바람직하게는 이를 약 5° 내지 약 15°로 형성한다. 와이퍼 절삭날의 여유각(γ1) 역시 절삭날의 강도를 고려하여 너무 크지 않게 약 5° 내지 약 20°로 형성하여, 절삭 인서트(130)를 커터 바디(110)에 장착 할 때 축방향 여유각이 약 3° 내지 약 15°가 되도록 한다.
도 2e를 참조하면, 절삭 인서트의 중앙부 단면 형상은 대략 평행 사변형 형상으로 형성되고, 이 때 도 2e에 도시된 바와 같이 내접원이 각 측면과 4점에서 접하도록 형성할 수 있다.
각도 ε은 절삭 인서트(130)의 주절삭날이 형성된 측면과 와이퍼 절삭날이 형성된 측면이 이루는 각으로, 본 실시예에서는 각도 ε을 약 85° 내지 약 95°로 형성한다. 이와 같이 각도 ε를 형성함으로써 절삭 인서트(130)가 커터 바디(110)에 장착되어 직각 가공을 수행할 수 있게 된다. 또한, 경사 절삭날(137d)과 와이퍼 절삭날(137c) 사이에 형성되는 각에 대응하는 측면의 경사각(δ)은 경사 가공을 위해 필요한 것으로서, 상기 경사각(δ)이 0°인 경우에는 경사 가공에 필요한 경사 절삭날 부분의 공간 확보가 어려워, 실질적으로 경사 가공이 제약된다. 반면에, 상기 경사각(δ)을 지나치게 크게 형성하는 경우에는 절삭 인서트를 장착할 때 측면부의 장착이 불안해지거나, 절삭 시 반경방향 절삭력에 대한 저항력 감소 등이 유발될 수 있다. 따라서, 본 실시예에서는 상기 경사각(δ)을 약 3° 내지 약 30°, 바람직하게는 약 5° 내지 약 15°로 형성함으로써, 큰 경사 가공을 효율적으로 수행할 수 있다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 절삭 인서트의 사시도이다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 절삭 인서트(230)는 상면(231), 하면(233) 및 이들을 연결하는 네 개의 측면을 포함하고, 상면(231)은 평평한 평면인 장착기준면(231a)과 절삭날(237)을 향해 경사지게 형성된 경사면(231b)을 포함한다. 본 실시예에 따른 절삭 인서트(230)는, 제1 실시예에 따른 절삭 인서트(130)와 같이, 회전 대칭으로 형성되어 상면(231)의 형상이 하면(233)에 그대로 형성되며, 상면(231)과의 사이에 절삭날(237)을 형성하는 제1 및 제2 측면이 상면(231)의 장착기준면(231a)과 예각을 형성하고, 상면(231)과의 사이에 비절삭날을 형성하는 제3 및 제4 측면은 상면(231)의 장착기준면(231a)과 둔각을 형성한다.
또한, 본 발명의 제2 실시예에 따른 절삭 인서트(230)에서는 제1 측면(235a) 및 제4 측면(235d)에 각각 두 개의 여유면이 형성된다. 제1 측면(235a)에서 상면(231)에 인접한 제1 여유면(235aa)은 볼록 곡면으로 형성되고, 하면(233)에 인접한 제2 여유면(235ab)은 평면으로 형성된다. 또한, 제4 측면(235d)에서 하면(233)에 인접한 제1 여유면(235da)은 볼록 곡면으로 형성되고, 상면(231)에 인접한 제2 여유면(235db)은 평면으로 형성된다. 이와 같이, 제1 여유면(235aa, 235da)을 볼록 곡면으로 형성함으로써, 절삭 인서트(230)가 인서트 포켓에 장착될 때 주절삭날은 헬리컬(helical) 형태가 되어 직경 정밀도를 향상시킬 수 있게 되고, 제2 여유면(235ab, 235db)을 평면으로 형성함으로써 절삭 인서트가 인서트 포켓에 용이하게 장착될 수 있게 된다. 또한, 본 실시예에서는 제2 여유각을 제1 여유각보다 크게 형성함으로써 절삭 인서트 제작 시 형상의 자유도를 높일 수 있게 된다.
도 4a 및 도 4b는 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 절삭 공구의 측면도 및 정면도로서, 이하에서는 이들을 참조하여, 전술한 절삭 인서트(130)가 장착된 절삭 공구(100), 특히 절삭 인서트(130)의 장착 구조에 대하여 설명한다.
본 실시예에 따른 절삭 공구(100)의 인서트 포켓은 상술한 절삭 인서트에 상응하도록, 그 형상이 반경방향 및 축방향으로 모두 예각으로 형성된다. 구체적으로, 도 4a를 참조하면, 절삭 인서트(130)의 하면이 안착되는 인서트 포켓의 장착면(111)과 절삭 인서트(130)의 측면이 접하여 지지되는 반경방향 지지벽(113a)이 예각(θ1)을 형성한다. 또한, 도 4b를 참조하면, 인서트 포켓의 장착면(111)과 절삭 인서트(130)의 또 다른 측면이 접하여 지지되는 축방향 지지벽(113b) 역시 예각(θ2)을 형성한다. 이와 같이 반경방향 포켓각(θ1) 및 축방향 포켓각(θ2)을 예각으로 형성하는 이유를 도 5a 및 도 5b를 참조하여 설명한다.
도 5a 및 5b는 각각 본 발명의 일 실시예 및 비교예에 따른 절삭 인서트가 인서트 포켓에 장착된 상태에서의 힘의 작용 상태를 나타내는 도면으로서, 이들을 참조하면 절삭 인서트(130, 130')를 커터 바디(110, 110')의 인서트 포켓에 장착할 때 체결력으로 인하여 스크루(120)에 인장력(f1)이 발생하게 된다. 그리고 절삭 인서트(130, 130')는 절삭 과정에서 절삭 분력 중 주분력(P1)과 배분력(P2)에 의해 지지점을 기준으로 하는 회전력을 받게 된다.
이 때, 도 5b의 비교예에서와 같이 인서트 포켓의 장착면(111')과 지지벽(113')이 둔각을 이루고 있다면, 절삭 인서트(130')는 상기 회전력에 따라 인서트 포켓으로부터 들어올려지는 힘(P3)을 받게 된다. 이로 인해, 스크루(120)에는 기존에 인가된 인장력에 더하여 추가 인장력(f2)이 인가되고, 이에 의해 예기치 않은 파손이 일어날 수 있다. 이러한 스크루(120)의 파손은 순차적으로 절삭 인서트(130')의 탈락, 커터 바디(110')의 파손 및 나아가 피삭재의 손상을 야기할 수 있다.
하지만, 본 실시예에서는 도 5a에서와 같이 인서트 포켓의 장착면(111)과 지지벽(113)이 예각을 이루기 때문에, 절삭 과정에서 발생하는 절삭 분력 중 주분력(P1)과 배분력(P2)에 의해서 절삭 인서트(130)를 인서트 포켓의 안쪽으로 미는 힘(P3)이 발생하여, 스크루(120)가 받고 있던 인장력(f1)을 완화시켜 준다. 따라서, 스크루(120)는 절삭 인서트(130)만을 고정하는 역할을 하게 되어, 비정상적인 파손이 발생하지 않게 된다.
본 실시예에 따른 절삭 공구(100)의 인서트 포켓에서는 반경방향 포켓각(θ1) 및 축방향 포켓각(θ2)이 각각 약 75° 내지 약 85°의 예각으로 형성된다. 이는 경사각이 작을수록 절삭 인서트(130)가 인서트 포켓에 안정적으로 삽입되고 절삭력에 의한 파손 방지 효과가 증대함으로 고려하여 설정한 것이다.
도 4b를 참조하면, 절삭 인서트(130) 상면의 장착 기준면에서 절삭날에 이르는 경사각(β)과 인서트 포켓의 장착면(111)이 절삭 공구의 회전축과 이루는 각에 의해, 절삭날이 축방향으로 이루는 각도인 축방향 인선각(θ3)이 형성된다. 이러한 축방향 인선각(θ3)은 절삭성을 결정짓는 중요한 요소로, 이를 크게 할수록 소음, 진동 등을 크게 줄일 수 있고, 절삭 부하를 줄여 부드러운 절삭이 가능해진다. 하지만, 전술한 바와 같이, 이는 경사면의 각도(β)의 범위는 인덱서블(indexable), 즉 교환 가능한 절삭 인서트의 구조를 고려해야 하므로, 본 실시예에서는 축방향 인선각(θ3)을 약 5° 내지 약 25°로 형성한다.
한편, 장착면(111)과 반경방향 지지벽(113a) 사이 및 장착면(111)과 축방향 지지벽(113b) 사이에는 유격 홈(115)이 형성된다. 이러한 유격 홈(115)에 의하여 사용하지 않는 절삭날이 커터 바디(110)에 접촉하지 않고 손상 없이 유지되어, 추후 절삭 인서트(130)의 장착 위치를 바꾸어 사용이 가능하게 된다.
이와 같이, 본 실시예에 따른 절삭 공구에서는 절삭 인서트를 도브 테일(dovetail) 형상으로 형성하고, 인서트 포켓의 형상을 절삭 인서트에 대응하도록 형성한다. 이에 따라, 절삭 가공 시 절삭 인서트를 절삭 공구의 축방향 및 반경방향으로 안정적으로 지지할 수 있게 되고, 스크루, 절삭 인서트의 파손 및 그에 따른 피삭재의 파손을 방지하여 안정적으로 절삭 가공이 이루어질 수 있게 된다. 또한, 절삭 인서트를 중심선을 기준으로 회전 대칭으로 형성함으로써 상면의 절삭날이 손상된 경우 새로운 절삭 인서트로의 교체 없이 하면의 절삭날을 이용하여 절삭 가공을 수행할 수 있다.
도 6a 및 도 6b는 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 절삭 공구를 사용하여 직각 가공 및 경사 가공을 수행하는 것을 나타내는 도면으로서, 본 실시예에 따른 절삭 인서트는 주절삭날을 이용하여 직각 가공(도 6a)을 수행할 수 있음은 물론, 경사 절삭날을 이용한 경사 가공(도 6b)도 수행할 수 있게 된다.
이상에서, 본 발명을 바람직한 실시예들을 통하여 설명하였지만, 본 발명이 이들 실시예에 한정되지는 않는 것으로, 본 발명의 범위는 다음에 기재하는 특허 청구범위의 기재에 의하여 결정된다. 즉, 특허청구범위의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한 다양한 수정 및 변형이 가능하고, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자들은 이를 쉽게 이해할 것이다.
100: 절삭 공구 110: 커터 바디
111: 장착면 113: 지지벽
113a: 반경방향 지지벽 113b: 축방향 지지벽
115: 유격 홈 120: 스크루
130, 230: 절삭 인서트 131, 231: 상면
133, 233: 하면 135, 235: 측면
137, 237: 절삭날 137a: 주절삭날
137b: 모서리 절삭날 137c: 와이퍼 절삭날
137d: 경사 절삭날 138: 비절삭날
139: 스크루 홀

Claims (12)

  1. 상면, 상기 상면과 회전 대칭인 하면 및 상기 상면과 상기 하면 사이에 연장되는 네 개의 측면을 포함하는 절삭 인서트이며,
    상기 상면은 평면으로 형성된 장착기준면을 포함하고, 상기 장착기준면의 중앙부에는 스크루 홀이 형성되며,
    서로 인접한 제1 및 제2 측면과 상기 상면이 접하는 부분에 절삭날이 형성되고, 서로 인접한 제3 및 제4 측면과 상기 상면이 접하는 부분에 비절삭날이 형성되며,
    상기 제1 및 제2 측면은 상기 상면의 장착기준면에서 연장되는 면과 예각을 형성하고, 상기 제3 및 제4 측면은 상기 상면의 장착기준면에서 연장되는 면과 둔각을 형성하고,
    상기 상면과 상기 제1 측면이 만나서 제1 주절삭날이 형성되고, 상기 제2 측면은 복수의 면으로 이루어지고, 상기 제2 측면의 복수의 면 중 상기 제1 측면에 인접한 면이 상기 상면과 만나서 제1 와이퍼 절삭날이 형성되며, 상기 제2 측면의 복수의 면 중 상기 제3 측면에 인접한 면이 상기 상면과 만나서 제1 경사 절삭날이 형성되고,
    상기 제1 경사 절삭날은 상기 상면 위에서 바라볼 때 상기 제1 와이퍼 절삭날에 대해 경사진, 직각 가공용 절삭 인서트.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 측면이 상기 상면의 장착기준면에서 연장되는 면과 이루는 각의 크기는 상기 제4 측면이 상기 하면의 장착기준면에서 연장되는 면과 이루는 각의 크기와 동일하고, 상기 제2 측면이 상기 상면의 장착기준면에서 연장되는 면과 이루는 각의 크기는 상기 제3 측면이 상기 하면의 장착기준면에서 연장되는 면과 이루는 각의 크기와 동일한, 직각 가공용 절삭 인서트.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 측면과 상기 상면의 장착기준면에서 연장되는 면 사이에 형성되는 예각은 각각 75° 내지 85°인, 직각 가공용 절삭 인서트.
  4. 제1항에 있어서, 상기 하면의 장착기준면에서 상기 상면에 형성된 절삭날까지의 거리는 상기 하면의 장착기준면에서 상기 상면의 장착기준면까지의 거리보다 크게 형성되는, 직각 가공용 절삭 인서트.
  5. 제4항에 있어서, 상기 절삭날과 상기 상면의 장착기준면 사이에 경사면이 형성되는, 직각 가공용 절삭 인서트.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 하면과 상기 제4 측면이 만나서 제2 주절삭날이 형성되고, 상기 제3 측면은 복수의 면으로 이루어지고, 상기 제3 측면의 복수의 면 중 상기 제4 측면에 인접한 면이 상기 하면과 만나서 제2 와이퍼 절삭날이 형성되며, 상기 제3 측면의 복수의 면 중 상기 제2 측면에 인접한 면이 상기 하면과 만나서 제2 경사 절삭날이 형성되는, 직각 가공용 절삭 인서트.
  7. 제6항에 있어서, 상기 제1 주절삭날은 상기 제1 모서리 절삭날로부터 하향 경사지게 형성되며, 상기 제1 와이퍼 절삭날은 상기 상면의 장착기준면과 평행하게 형성되고, 상기 제1 경사 절삭날은 상기 제1 와이퍼 절삭날로부터 하향 경사지게 형성되며, 상기 제2 주절삭날, 상기 제2 모서리 절삭날, 상기 제2 와이퍼 절삭날 및 상기 제2 경사 절삭날도 동일한 방식으로 형성되는, 직각 가공용 절삭 인서트.
  8. 제1항에 있어서, 주절삭날이 형성된 상기 제1 측면과 와이퍼 절삭날이 형성된 상기 제2 측면이 이루는 각은 85° 내지 95°인, 직각 가공용 절삭 인서트.
  9. 제1항에 있어서, 상기 제1 측면은 상기 상면에 인접하고 볼록 곡면으로 형성되는 제1 여유면 및 상기 하면에 인접하고 평면으로 형성되는 제2 여유면을 포함하며,
    상기 제4 측면은 상기 하면에 인접하고 볼록 곡면으로 형성되는 제1 여유면 및 상기 상면에 인접하고 평면으로 형성되는 제2 여유면을 포함하는, 직각 가공용 절삭 인서트.
  10. 제1항에 있어서, 상기 상면과 상기 하면은 상기 절삭날과 상기 비절삭날 사이에 형성되는 연결날의 중심을 지나는 선과 평행한 중심선을 기준으로 회전대칭이고, 상기 중심선은 서로 인접한 상기 제2 측면과 상기 제3 측면 사이의 모서리의 중심 및 서로 인접한 상기 제1 측면과 상기 제4 측면 사이의 모서리의 중심을 지나는, 직각 가공용 절삭 인서트.
  11. 제10항에 있어서, 상기 상면과 상기 제1 및 제2 측면이 만나서 제1 절삭날이 형성되고, 상기 하면과 상기 제3 및 제4 측면이 만나서 제2 절삭날이 형성되며, 상기 제1 절삭날과 상기 제2 절삭날은 상기 중심선을 기준으로 대칭인, 직각 가공용 절삭 인서트.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항의 절삭 인서트 및 상기 절삭 인서트가 장착되는 인서트 포켓을 포함하는 절삭 공구이고,
    상기 인서트 포켓은, 상기 절삭 인서트가 안착되는 장착면 및 상기 절삭 인서트의 측면에 접하여 지지하는 반경방향 지지벽과 축방향 지지벽을 포함하고, 상기 장착면과 상기 반경방향 지지벽 및 상기 장착면과 상기 축방향 지지벽은 각각 예각을 형성하는, 직각 가공용 절삭 공구.
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