기계공작법

4 편 절 삭 가 공

(2) 절삭공구(切削工具; cutting tool):(교과서 p.301)

선삭에서 절삭공구란 주로 bite를 말하며, 선반에서 사용되는 절삭공구의 용도별 종류는 ☞ 선반에서의 기본작업에서 이미 소개하였으므로, 여기에서는 선반에서 주로 많이 사용되는 ☞ 단인공구인 bite에 한에서 설명하기로 한다.

bite의 각부 명칭

(2-1) 공구각 및 재료:

bite의 각도는 가공면, 공구수명, 절삭저항 등에 미치는 영향이 크며, 공작물 축과 bite의 절삭점을 포함하는 평면이 수평일 때 중요한 각을 들면 아래 그림과 같다.

① 경사각(傾斜角; rake angle): 절인(切刃)의 임의점(일반적으로 선단)을 지나고 저면(底面)에 평행한 평면(bite의 저면을 기준면으로 취할 수 있을 때를 의미)과 상면(上面) 경사면이 이루는 각으로서 다음과 같은 경사각이 있다.

상면경사각(上面傾斜角; back rake angle) : 절인의 임의점(일반적으로 선단)을 지나는 bite 저면 및 가공물의 축선에 직각인 평면에서 측정한 경사각(α_b)
상면경사각이 크면 chip유동이 원활하고 chip이 균일하며 가공면의 정밀도가 높다. 특히 연성(軟性; soft)재료의 절삭에서 이 각을 크게한다.
측면경사각(側面傾斜角; side rake angle) : (i)의 측정면과 직각인 평면 내에서 측정한 경사각(α′)
이 각이 크면 절인이 예리하게 되며 chip이 절인으로부터 멀리 유동한다.
수직경사각(垂直傾斜角; normal rake angle) : 주절인(主切刃)의 bite 저면에 대한 투영과 직각인 평면 내에서 측정한 경사각(α_n)
평행경사각(平行傾斜角; parallel rake angle): 주절인과 평행하고 bite 저면에 수직인 평면내에서 측정한 경사각(α_p)

② 여유각(餘裕角; relief angle) : bite 저면에 수직인 평면 내에서 인(刃)에서 저면에 내린 수직선과 여유면이 이루는 각으로서, 제 2 여유면과 이루는 제 2 여유각을 clearance angle 이라 하여 구별하기도 한다.

제1 선단여유각(제1 전방여유각; end relief angle) : 부절인의 bite 저면에 대한 투영과 직교하고 저면에 수직인 평면 내에서 측정한 1차 여유면의 여유각(γ_e₁)
이 각은 부절인의 가공면에 대한 문지름을 방지하여 준다.
제2 선단여유각(제2 전방여유각 : end clearance angle) : 부절인의 bite 저면에 대한 투영과 직교하고 저면에 수직인 평면 내에서 측정한 2차 여유면의 여유각(γ_e₂)
제1 횡여유각(제1 측면여유각; side relief angle) : 주절인의 bite 저면에 대한 투영과 직교하고 저면에 수직인 평면 내에서 측정한 1차 여유면의 여유각(γ_s₁)
이 각은 절인을 가공재료 속으로 파고 들어가게 함으로써 절삭작용을 돕는다.
제2 횡여유각(제2 측면여유각; side clearance angle) : 주절인의 bite 저면에 대한 투영과 직교하고 저면에 수직인 평면내에서 측정한 2차 여유면의 여유각(γ_s₂)

③ 절인각(切刃角; cutting edge angle) : 절인의 위치를 나타내는 각으로서, 주절인각과 부절인각이 있다.

주절인각(主切刃角; side cutting edge angle, major cutting edge angle) : 주절인의 bite 저면에 투영과 공구축이 이루는 각(C₁) 또는 주절의 bite 저면에 투영과 공작물 축이 이루는 각(설치각이라 하여 구별하기도 한다).
이 각은 공구연삭 또는 공구설치에 의하여 조정할 수 있으며, 황삭에서는 5°정도, 경절삭에서는 5 ~ 32°정도로 한다. 선단반경이 큰 공구에서 주절인각은 그리 중요하지 않다. 이 각은 절삭력을 공구의 강도가 큰 쪽으로 작용하게하고, chip을 가공물로 부터 멀리 유동케 하며, 미변형 chip 두께(uncut chip thickness)에도 영향을 준다.
부절인각(副切刃角; minor cutting edge angle) : 부절인의 bite 저면에 투영과 공작물 축과 이루는 각(C₂) 이 각은 가공면의 조도와 배분력에 영향을 준다.

④ 선단(先端; nose) : 주절인과 부절인의 교점을 선단이라 하며, 절삭조건에 맞는 선단반지름을 취한다.
선단의 반지름은 선단의 강도와 가공면의 조도에 영향을 준다.

이상과 같은 정의에 의한 bite 형상은 다음과 같이 표시한다.

가공물재료 및 ☞ 공구재료에 대한 bite 각의 표준치는 다음과 같다.

위에서 정의한 각 만으로는 충분하지 않으나, 이에 대한 상세한 내용은 기계공작법의 정도를 넘는다. 보다 많은 정보를 얻기 위하여는 다음 보충을 참조하기 바란다.

보충 1(4매, bite의 각, From "Materials & Processes in Manufacturing by E. Paul")

보충(3매, bite의 각을 3차원으로 표시)

보충(17매, 공구기하학, From "절삭학 및 응용 p.64, 서남섭 편역")

(2-2) chip breaker:

chip breaker란 금속을 절삭할 때 길게 감겨져 나오는 chip을 적당히 절단하거나 지장이 없는 방향으로 유도하기 위하여 bite에 설치 또는 bite 자체에 만들어진 돌기 및 홈을 말한다.
chip breaker의 역할은

chip이 가공물의 표면에 손상을 주는 것을 예방하고,
작업자를 chip에 의한 부상으로 부터 보호하고,
chip을 미리 제거하여 절삭유제가 bite의 절삭점에 쉽게 도달 할 수 있게 한다.

아래 그림과 같은 돌기형 chip breaker를 사용할 때 chip의 곡율반지름 r_chip은 다음과 같다.

아래 그림과 같은 돌기형 chip breaker에서의 chip의 곡률반지름 r_chip은 다음과 같다.

아래 그림과 같은 홈형 chip breaker에서는 다음과 같은 조건하에서 chip breaker의 역할을 한다.

e_n < _f 일 때에 한하여 chip은 홈(groove)을 따라 유동하고 홈의 반지름 q_n의 곡률반지름을 갖는 chip을 생성하는 chip breaker의 역할을 한다. chip과 공구의 접촉길이 _f = a_o 라 하면 e_n < a_o 인 조건에서 chip breaker의 역할을 하며, chip 두께 a_o 가 중요한 인자이다.

보충(17매)(H.S.S. 단인공구의 연삭법) (From Toolrom Grinding by Norton Company)

보충(3매, H.S.S. 단인공구의 연삭법) (From Machine Tools by George W. Genevro, Prentice Hall)