고속 절단 도구 고속 CNC 가공 기술의 핵심입니다. 공구 기술은 고속 CNC 절단을 달성하는 핵심 기술 중 하나입니다. 부적절한 공구는 복잡하고 값비싼 공작 기계 또는 가공 시스템을 완전히 비효율적으로 만듭니다. 고속 절단은 높은 절단 속도를 가지고 있고 고속 가공 라인 속도는 주로 공구에 의해 제한되기 때문에 현재 공작 기계가 달성할 수 있는 고속 범위 내에서 속도가 높을수록 공구가 더 빨리 마모되기 때문입니다.
따라서 고속 절삭은 공구 재료에 더 높은 요구 사항을 제시합니다. 일반 공구 재료의 일부 기본 특성 외에도 고속 절삭 공구는 높은 내열성, 열 충격 저항성, 우수한 고온 기계적 특성 및 높은 신뢰성을 가져야 합니다. 현재 일반적으로 사용되는 고속 절삭 공구 재료에는 다결정 다이아몬드(PCD), 입방정 질화 붕소(CBN), 세라믹, 코팅 공구, 초미립자 시멘트 카바이드 및 기타 공구 재료가 포함됩니다.
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다이아몬드 공구 소재. 다이아몬드 밀링 커터는 높은 경도, 높은 압축 강도, 좋은 열 전도성 및 내마모성의 특성을 가지고 있으며 고속 절삭에서 높은 가공 정확도와 가공 효율을 달성할 수 있습니다. 다이아몬드 공구는 천연 다이아몬드와 인공 다이아몬드 공구로 나뉩니다. 천연 다이아몬드는 비싸고 가공 및 용접이 어렵습니다. 몇 가지 특수 용도를 제외하고는 절삭 공구로 거의 사용되지 않습니다. 최근 몇 년 동안 다양한 화학 메커니즘 연삭 다이아몬드 공구 방법과 보호 가스 브레이징 다이아몬드 기술이 개발되어 천연 다이아몬드 공구의 제조 공정이 간소화되었습니다. 따라서 천연 다이아몬드는 초정밀 거울 절단의 첨단 응용 분야에서 중요한 역할을 합니다.
입방정 질화붕소 공구 소재. 입방정 질화붕소(CBN)는 경도 면에서 다이아몬드에 이어 두 번째로 높은 초경질 소재입니다. CBN은 다이아몬드보다 경도가 낮지만 산화 온도가 1360℃로 높고 강자성 재료와의 친화성이 낮습니다. 따라서 경도와 인성이 높은 가공하기 어려운 금속 재료를 가공하는 데 특히 적합합니다. PCBN 공구는 고급 절삭 요구 사항을 충족할 수 있는 주요 공구 소재이며 경절삭, 고속 절삭 및 건식 절삭에 이상적인 공구 소재입니다. PCBN 공구는 주로 경화강, 주철, 고온 합금 및 표면 분무 재료를 가공하는 데 사용됩니다. 외국 자동차 제조 산업은 PCBN 공구를 사용하여 주철 재료를 절단합니다.
세라믹 도구. 시멘트 카바이드에 비해 세라믹 소재는 경도, 적색 경도, 내마모성이 더 높습니다. 따라서 강철을 가공할 때 세라믹 도구의 내구성은 시멘트 카바이드 도구의 10~20배이며 적색 경도는 시멘트 카바이드보다 2~6배 높습니다. 또한 화학적 안정성과 항산화 능력이 시멘트 카바이드보다 우수합니다. 세라믹 도구 소재의 강도가 낮고 인성이 낮아 적용과 홍보가 제한되는 반면 초미분말 기술의 개발과 나노복합소재의 연구는 개발에 새로운 활력을 불어넣었습니다. 세라믹 도구는 가장 유망한 고속 절삭 도구로 전 세계 국가의 주목을 받고 있습니다. 독일에서는 주물 가공 공정의 약 70%가 세라믹 도구로 완료되었으며 일본의 세라믹 나이프 연간 소비량은 총 도구 수의 8%~10%를 차지했습니다.
코팅된 도구. 코팅 재료의 개발은 초기 단일 코팅에서 복합 코팅 및 다중 구성 요소 복합 코팅의 개발 단계를 거쳤습니다. 이제 TiN/NbN 및 TiN/CN과 같은 다중 구성 요소 복합 필름 재료가 개발되어 도구 코팅의 성능이 크게 향상되었습니다. 경질 코팅 재료 중에서 TiN은 가장 성숙한 기술을 가지고 있으며 가장 널리 사용됩니다.
시멘트 카바이드 공구 소재. 미립자(1~0.5um) 및 초미립자(<0.5um) 시멘트 카바이드 소재와 일체형 시멘트 카바이드 공구의 개발로 시멘트 카바이드의 굽힘 강도가 크게 향상되었습니다. 고속강을 대체하여 대량 및 광범위한 소형 드릴, 엔드밀, 탭 및 기타 범용 공구를 제조할 수 있습니다. 절삭 속도와 공구 수명은 고속강을 훨씬 능가합니다. 일체형 시멘트 카바이드 공구를 사용하면 원래 고속강 공구를 사용하던 대부분의 응용 분야에서 절삭 효율을 크게 향상시킬 수 있습니다. 미립자 시멘트 카바이드의 또 다른 장점은 공구 모서리가 날카로워 특히 끈적끈적하고 질긴 재료의 고속 절삭에 적합하다는 것입니다.
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고속 절삭에서 공구 본체 구조와 블레이드 클램핑 구조는 큰 원심력을 받습니다. 공구를 충분한 클램핑 힘으로 유지하기 위해 공구 구조 설계는 고속 절삭 가공의 특수성을 충분히 고려해야 하며 공구 본체 소재는 가벼워야 하며 공구의 동적 균형을 고려해야 하며 공구 블레이드의 클램핑은 안정적이어야 합니다. 가공 센터 및 기타 N(공작 기계)은 수년 동안 7:24 솔리드 테이퍼 섕크 공구 시스템을 사용해 왔습니다. 이 솔리드 테이퍼 섕크에는 다음과 같은 단점이 있습니다. 테이퍼 표면으로만 연결되기 때문에 섕크와 스핀들 사이의 연결 강성이 낮습니다. 특히 스핀들 속도가 10,000r/min을 초과할 때 연결 강성이 부족한 것이 더욱 두드러집니다.
ATC(자동 공구 교환) 방식으로 공구를 설치할 경우 반복적인 위치 지정 정확도가 낮고 고정밀 가공을 실현하기 어렵습니다. 스핀들이 고속으로 회전할 경우 원심력의 작용으로 스핀들 전단이 팽창하여 스핀들이 공구 홀더의 원뿔 표면에서 쉽게 분리되어 반경 방향 런아웃이 급격히 증가(최대 15㎛)하여 공구 홀더의 접촉 강성이 낮아지고 안전 사고가 발생하기 쉽습니다.
따라서 기존의 롱 테이퍼 툴 홀더는 고속 절삭에 적합하지 않습니다. 이 문제를 해결하기 위해 콘과 스핀들 단면을 사용하여 동시에 위치를 지정하는 이중 위치 지정 툴 홀더가 개발되었습니다. 이 유형의 툴 홀더는 콘에 의해 센터링되고 공작 기계 스핀들의 단면은 툴 홀더의 플랜지 단면에 가깝습니다. 이 유형의 툴 홀더는 설치 시 높은 반복 위치 지정 정확도를 가지고 있습니다(축 반복 위치 지정 정확도는 0.001mm에 도달할 수 있음). 고속 회전으로 생성된 원심력 하에서 툴 홀더는 단단히 고정되고 반경 방향 런아웃은 5?um을 초과하지 않으며 전체 속도 범위에서 높은 정적 및 동적 강성을 유지할 수 있습니다. 따라서 이 유형의 툴 홀더는 특히 고속 절삭에 적합합니다.
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공구 모니터링 기술은 고속 절삭의 안전을 위해 매우 중요합니다. 공구 모니터링 기술은 주로 절삭력을 모니터링하여 공구 마모를 제어하고, 공작 기계 전력을 모니터링하여 공구 마모 정보를 간접적으로 얻고, 공구 파손(파손)을 모니터링하는 것을 포함합니다. 현재 국내외에서 고속 절삭 공구 모니터링 기술의 연구, 개발 및 응용은 충분하지 않습니다. 음향 방출 신호는 공구 부하에 민감하기 때문에 음향 방출을 사용하여 고속 절삭에서 공구 상태와 공구 마모를 모니터링하고 좋은 결과를 얻었습니다. 또한 디지털 카메라와 특수 고정구를 사용하여 고속 절삭 공구의 마모를 연구합니다.
첨단 제조기술, 재료기술, 나노기술의 발전에 따라, 새로운 다원소, 복합, 나노레벨의 경질코팅과 CVD 다이아몬드 필름 등 기능성 소재, 초경 공구 소재, 세라믹 공구, 코팅 공구 등이 널리 쓰이게 되고, 고속 절삭 공구 시스템도 점점 완벽해져 고속 CNC 절삭을 촉진하는 중요한 부분이 될 것입니다.
