최근 몇 년 동안 기계 가공 산업에서 혁신 프로세스에 대한 관심과 신기술 구매 및 연구에 대한 관심이 꾸준히 증가하고 있습니다. 글로벌 기업들은 정밀 복합 설비에 점점 더 많은 관심을 보이고 있습니다. 고정밀 공작기계 다축 부품 가공이 가능합니다.
고속 정밀 가공
이러한 장비를 이용한 고속 가공(HSM)은 현대 생산의 핵심 성공 요인이 되고 있습니다. 시간이 흐르면서 생산성 향상은 끊임없이 요구되고 있습니다. CNC 기계 그리고 가공 센터도 포함됩니다. 새로운 기계의 상당 부분은 이미 분당 2만 5천 회전 이상의 스핀들 속도로 작동하도록 설계되었습니다.
고속 정밀 가공은 어떤 이점을 가져다줍니까?
HSM으로 전환하면 얻을 수 있는 이점은 분명합니다.절단 속도 20~25% 증가 최종 제품 비용을 15% 절감해 줍니다! 하지만 고속 밀링에서는, 절삭 속도와 이송 속도는 5~10배 더 높습니다.기존 처리 방식보다 빠르며, 따라서 속도는 2~20m/min 범위에 있습니다.
높은 스핀들 속도와 이송 메커니즘의 높은 동적 특성은 공구를 기계에 고정하는 클램핑 방식에 정밀도, 신뢰성 및 강성 측면에서 매우 엄격한 요구 사항을 부과합니다. 이러한 요구 사항은 수축 슬리브와 같은 기계 부품을 통해 충족됩니다. 구성 부품들이 하나로 작동하는 이 수축 접합부의 가장 큰 장점은 바로 이러한 높은 정밀도와 신뢰성입니다. 이 연결부는 거의 무한대에 가까운 횟수로 조립 및 분해가 가능합니다..
유압 클램핑에 대한 수요 증가
가공 정밀도에 대한 요구가 증가함에 따라 기계에 공구를 정밀하게 고정하는 새로운 방법의 개발이 필요합니다. 유압식 클램핑 요소는 차세대 고정밀 장비의 요구 사항을 완벽하게 충족합니다.
유압식 클램핑 요소는 공구와 스핀들 사이의 모든 간격을 선택합니다. 이를 통해 최소한의 반경 방향 흔들림과 공구 균형을 달성할 수 있으며, 이는 고정밀 가공과 긴 공구 수명의 필수 조건입니다.
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주어진 금속에 대한 최적 속도
중요한 요소 중 하나는 공구 이송 속도의 크기입니다. 밀링 및 선삭 공구의 새로운 절삭 인서트 형상 덕분에 이송 속도를 회전당 최대 3mm까지 3~5배 높일 수 있어 절삭 깊이가 1~2mm임에도 불구하고 금속 제거량이 증가합니다.
고속 가공, 특히 초고속 가공의 조건 중 하나는 양질의 결과를 얻기 위해 필요한 제거량이 적어야 한다는 것입니다. 표면 품질 또한 공작물이나 공구의 표면이 손상되지 않도록 해야 합니다.
국내 생산의 특성상 이를 보장하는 것은 쉽지 않습니다. 결과적으로, 부분별로 속도를 낮춰야 하는 경우가 발생하며, 이는 전체 표면의 가공 속도를 낮추는 결과를 초래합니다. 따라서 낮은 속도로 가공하는 것이 더 유리할 수 있지만, 절삭 깊이가 깊어지면서 기계의 최대 활용률을 확보하지 못하고 부품 가공 시간이 증가합니다.
가장 이상적인 방법은 미리 뚫어 놓은 구멍에 집어넣는 것이지만, 항상 가능하거나 편리한 것은 아닙니다. 이러한 경우에는, 커터 나선형 또는 지그재그 형태로 하강합니다. 이러한 곳에서는 공구 파손을 방지하기 위해 속도를 줄여야 합니다.
정밀 가공에 가장 적합한 속도는 얼마입니까?
적정 스핀들 속도
이러한 문제에 대한 해결책은 전체 프로그램의 고속을 유지하면서 재료 제거량이 많은 부분이나 커터 하강 등이 필요한 부분에서 속도를 줄이는 것입니다. 이렇게 함으로써 HSM의 통합적인 효과를 얻을 수 있습니다. 즉, 절삭 조건 강화로 인한 기계 가동 시간 단축, 생산 공정의 전반적인 단순화, 그리고 가공 품질 향상을 동시에 달성할 수 있습니다.
이러한 경우 절삭 공구는 나선형 또는 지그재그 형태로 하강합니다. 이때 공구 파손을 방지하기 위해 속도를 줄여야 합니다. 이러한 문제에 대한 해결책은 전체 가공 프로그램의 속도는 높게 유지하면서 재료 제거량이 많은 부분이나 절삭 공구 하강이 필요한 부분 등에서 속도를 줄이는 것입니다.
따라서 HSM의 통합적인 효과가 달성됩니다. 즉, 절삭 조건 강화로 인한 기계 가동 시간 단축, 생산 공정의 전반적인 단순화, 그리고 가공 품질 향상이 가능해집니다. 이러한 경우 절삭 공구는 나선형 또는 지그재그 형태로 하강합니다. 이때 공구 파손을 방지하기 위해 속도를 줄여야 합니다.
하지만 경화강 밀링 커터의 새로운 유형이 등장하면서 후자의 요구 사항은 점점 중요성이 떨어지고 있습니다. 해당 커터 제조업체들은 HSM에 대한 다른 요구 사항(특히 미세 피치)을 충족하면서도 일반적인 절삭 깊이를 유지할 것을 권장합니다.
고속 밀링의 특징
고속 밀링의 장점
고속 밀링에서 가장 큰 어려움은 균일한 소재 제거와 절삭 매개변수의 균일성을 확보하는 데 있습니다. 고속 밀링처럼 이송 속도를 5~10배 높이면 절삭 공구의 온도는 약간만 상승합니다.
그 이유는 이송 속도가 절삭 대상 재료의 열전도율을 초과하기 때문입니다. 절삭 공구가 열 확산 속도를 앞지르면서 대부분의 열이 칩과 함께 배출됩니다. 선삭 가공 시에도 동일한 현상이 발생합니다.
가공 속도가 증가함에 따라 장비 작동에 사용되는 공구에 대한 요구 사항도 증가합니다. 이는 특히 밀링 가공에서 중요합니다. 고속 가공에서 런아웃을 수 마이크론 수준으로 줄이면 절삭 인서트의 수명이 몇 배로 늘어납니다. 따라서 고속 가공을 위해 최대 100,000rpm의 속도로 작업할 수 있는 최신 열식 척, 유압식 척 및 밸런스 척(클램프)이 생산되고 있습니다.
일반적으로 고속 밀링(HSM)은 진동에 대해 초임계 범위에서 수행됩니다. 이는 고속 밀링에 사용되는 매우 높은 회전 속도에서 공작물, 공구 및 기계 부품의 공진 주파수가 크게 초과되기 때문입니다.
의 특징 고속 밀링 고속 회전을 위해서는 특수 고속 공구 스핀들만 사용해야 하므로 HSM에는 15~20mm의 소구경 공구만 사용할 수 있다는 점이 문제입니다.
장비 요구 사항
HSS를 성공적으로 적용하려면 장비의 모든 구성 요소(기계, 공구, 공작물 고정 장치, CNC 컴퓨터 시스템, 제어 프로그램)가 원활하고 고장 없이 작동해야 합니다. 서비스 담당자의 자격 요건 또한 동일합니다. 구성 요소 중 하나라도 "약점"으로 판명되면 공작물 손상뿐만 아니라 고가의 장비 고장으로 이어질 수 있습니다.
시스템의 각 구성 요소에 대한 요구 사항을 개별적으로 고려하십시오.
- 공작기계는 약 12~25rpm의 속도를 유지해야 하며, 신뢰할 수 있는 스핀들 냉각 시스템을 갖추어야 합니다. 모든 기계 부품은 높은 강성을 지니고 안정적인 열 상태를 유지할 수 있어야 합니다.
- 절삭 공구는 내구성과 강도가 향상되어야 합니다. 일반적으로 현대 제조업체들은 고속 절삭용 특수 모델을 생산하고 권장 절삭 조건을 제시합니다.
- 고속 가공 시 치수의 아주 작은 편차라도 진동을 유발하고, 그 진동 에너지가 절삭력에 비례하기 때문에 보조 공구는 허용 오차 범위 내에 있어야 합니다. 따라서 절삭 공구를 장착할 때는 특수 균형이 잡힌 척이나 수축식 콜릿을 사용해야 합니다.
고속 정밀 가공 시 진동 방지를 위한 밀링 조건
HSM(고속 가공) 중 진동 방지가 매우 중요하기 때문에, 각 공작물-공구 조합에 대한 이상적인 가공 조건은 실험을 통해서만 찾을 수 있습니다. 공구 수명은 절삭 공구에 물 냉각 방식 대신 공기 분사 시스템을 적용했을 때 가장 우수했습니다.
앞서 언급했듯이, HSC(고속 냉각)에서는 주요 열 흐름이 칩에서 제거됩니다. 따라서 냉각 시스템이 절삭 영역에서 칩을 제거하는 능력은 절삭 공구의 표면 조도와 내마모성에 상당한 영향을 미칩니다.
위에서 언급한 내용은 전적으로 기계적인 부분, 즉 기계와 도구에 적용됩니다. 하지만 전자 부품과 소프트웨어 부분 또한 HSM 공정 중 제품 품질에 상당한 영향을 미칩니다.
CNC 시스템은 속도 여유를 확보해야 하며, 특히 (초당 약 100~200프레임의 속도로) 움직임을 미리 예측하고 계산하여 코너 직전에 공구 속도를 줄이고 다음 코너 지점까지 다시 가속할 수 있어야 합니다.
제품 개요
정밀하게 조정된 절삭 공구 이동 알고리즘을 일반적인 저속 가공에 도입함으로써 제조 제품의 품질이 크게 향상된다는 점에 주목해야 합니다. 그렇기 때문에 가공 공정을 개선하고 최신 CNC 장비의 잠재력을 최대한 활용하기 위한 가공 기술 향상에 대한 관심이 끊임없이 이어지고 있습니다.
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