적절한 절삭 공구와 저전력 가공 방법을 사용하십시오.

적절한 절삭 공구와 저전력 가공 방법을 사용하십시오.

엔드밀

지난 10년 동안 작업장에서 사용된 CNC 가공 센터의 주요 추세는 더 빠르고, 더 스마트하며, 더 가볍고 전력 소모가 적은 스핀들이었다는 것은 잘 알려진 사실입니다. 그리고 증가하는 에너지 비용은 이 프로세스를 가속화하고 있습니다. 이러한 추세는 단일 패스에서 깊은 절삭을 달성할 수 있는 강력한 공작 기계의 사용과는 완전히 반대입니다. 고속 가공(HSM)은 또한 필연적으로 저전력 가공(LPH)을 의미하며, 이는 다른 절단 도구 그리고 기계 가공 도구에 대한 이해가 달라졌습니다.

고속/저에너지 가공 추세에 대응하여 많은 선도적인 공구 공급업체가 고속 가공을 위한 특수 공구 라인을 개발하고 있습니다. 또는 공구 제품에 정격 스핀들 속도 표시를 추가하고 있습니다. 일부 공구 공급업체는 훨씬 더 발전했습니다. 그 이유는 고속 가공 또는 정격 스핀들 속도의 현재 상황이 고속 스핀들의 안전에 좋고 필요하지만 아직 완전히 개발되지 않았기 때문입니다. 고속 가공 또는 정격 속도 자체는 드릴 또는 공구가 실제로 12,000rpm 또는 40,000rpm의 속도로 실행되고 인서트가 공구에 단단히 설치될 때만 균형이 잘 잡혔다는 것을 의미합니다. 그러나 이는 공구의 가공 효율성을 나타내지 않으며, 이는 에너지를 절약하고 경량 공작 기계의 구조를 보호하는 데 중요한 요소입니다.

물론, 고속 가공 또는 정격 속도가 강조되어야 하지만, 비전은 또한 더 멀리 보아야 합니다. 현재 고속 가공에 사용되는 다양한 밀링 커터와 드릴 비트 간에는 가공 효율성과 에너지 효율성에 큰 차이가 있음을 알게 될 것입니다. 이러한 차이점은 특히 러핑, 원패스 밀링 및 대구경 홀 가공에 중요합니다.

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CNC 고속 가공 센터의 특징 및 한계

먼저 일반적인 CNC 고속 가공 센터를 분석하여 기존 공작 기계와 어떻게 다른지 살펴보겠습니다. 물론, 정격 스핀들 속도가 최대 40,000r/min으로 빠르고 매우 높은 이송 속도를 달성할 수 있습니다. 또한 매우 지능적이며 제어 시스템은 일반적으로 보간 처리, 도구 경로 최적화 및 3-6축 연결 처리를 달성할 수 있습니다.

그러나 단점도 있습니다. 첫째, 스핀들 모터의 정격 출력은 20마력(25kW) 이하일 수 있습니다. 둘째, 공작 기계 구조가 매우 가벼워서 처짐과 진동이 발생하기 쉽습니다(이것은 종종 간과됩니다). 사실, 일반적으로 재료 제거율 개선을 제한하는 것은 스핀들 출력보다는 구조적 강성입니다. 스핀들 모터뿐만 아니라 공작 기계 전체는 경부하, 빠른 다중 패스 절삭(심절삭, 수회 절삭이 아닌)을 위해 설계되었습니다.

고속 가공을 위한 공구 설계에 대한 새로운 사고

절삭 공구의 관점에서 효율적이고 저비용 가공의 핵심은 절삭 영역을 즉시 가열하여 절단되는 금속을 부드럽게 하고 열을 칩으로 전달하여 열이 칩과 함께 절삭 영역에서 빠져나가도록 하는 것입니다. 분명히 금속이 부드러울수록 금속을 제거하는 데 필요한 전력이 줄어듭니다. 이는 가공 온도를 낮추기 위해 가능한 모든 방법을 사용했던 과거와 비교할 때 완전히 다른 사고방식으로, 공구 설계 단계에서 다른 접근 방식을 취하고 공구 선택 단계에서 사용자에게 다른 접근 방식을 요구합니다.

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도구 기판, 코팅 및 기하학의 중요한 특징

절삭 열은 여전히 인서트의 적이 될 수 있지만, 작업물의 절삭 지점과 칩에서 긍정적인 요소로 전환될 수 있습니다. 오늘날의 고속 밀링 커터는 더 나은 성능을 발휘하도록 설계되었으며, 고속 스핀들(및 높은 표면 절삭 속도)과 함께 절삭 지점에서 금속의 플라스틱 연화를 일으킬 수 있습니다. 그러한 도구를 찾을 수 있다면 칩의 변형으로 생성된 열을 사용하여 절단되는 금속을 연화시킬 수 있습니다. 절삭하기 쉬운 상태로 만드는 것만으로도 공구와 기계의 수명을 연장하는 동시에 더 빠르고 에너지 효율적인 절삭을 달성할 수 있습니다.

저전력 가공을 위해 개발된 인서트는 두 가지 다른 중요한 특징을 가져야 합니다. 첫째, 기판과 코팅은 고온과 충격을 견딜 수 있어야 합니다. 둘째, 절삭 날 형상은 자유 절삭(고속, 지지되지 않은 절삭)을 완전히 달성하도록 설계되어야 합니다. 기판과 코팅은 절삭 구역에서 재료의 소성 변화와 관련된 고온 환경을 견뎌야 합니다. 또한 높은 표면 속도에서 작업물을 반복적으로 치는 빈번한 충격을 견뎌야 하며, 이러한 충격력은 스핀들 속도의 증가에 비례하여 증가합니다.

저전력 밀링 공구의 레이크 페이스 형상과 관련하여 인서트는 반경 방향과 축 방향 모두에서 양수인 적어도 더블 포지티브 레이크 각도를 가져야 합니다. 이렇게 하면 양방향으로 매끄러운 플런징 컷이 보장되어 절삭력이 덜 발생하고 둔한 0° 레이크 각도 공구에서 생성되는 스크래핑 효과보다 전력 소모가 적습니다. 그러나 모든 인서트가 더블 포지티브 레이크 각도를 갖는 것은 아니므로 선택할 때 주의해야 합니다.

절단 도구

나선형 절단 날 도구의 장점 및 선택 제안

또한 나선형 절삭 날이 있는 엔드밀(몇 안 됨)을 찾아보세요. 이는 전력 요구 사항과 충격력을 크게 줄이고, 곡선 절삭 날이 있어 블레이드가 작업물을 절단하기 쉽습니다. 미시적인 수준에서는 전체 금속판을 한 번에 펀칭하는 것보다는 각진 블레이드로 한 번에 일부 재료를 깎아내는 판금 가공과 더 비슷합니다. 밀링 커터에 20°~45°의 나선 각도를 사용하면 절단 시 공구의 충격을 줄이고 절단 시 버 발생을 억제할 수도 있습니다.

라운드 노즈 밀링 커터와 볼 노즈 밀링 커터 비교

몰드 가공에서 볼 노즈 엔드 밀로 밀링하면 절삭 표면의 작은 부분(중간선 주변 영역)만이 최적의 표면 속도와 효율성으로 절삭에 사용되기 때문에 많은 전력이 낭비됩니다. 더 나은 선택은 라운드 노즈를 사용하는 것입니다. 엔드밀 더욱 곧은 이빨로.

공구의 피치 반경과 관련 표면 절삭 속도는 전체 절삭 표면에서 매우 일관적입니다. 절삭 표면의 양쪽 끝에서 표면 속도는 볼 노즈 밀링 커터의 노즈에 가까워야 하기 때문에 0에 가까워지지 않습니다. 둘째, 직선 절삭에서 큰 스크래핑 반경을 사용하여 칩 희석 효과를 활용하여 더 빠른 재료 제거를 달성할 수 있습니다. 역 테이퍼와 결합된 큰 팁 반경은 모서리를 청소하고 절삭력을 최소화하는 것을 더 쉽게 만듭니다. 모든 절삭 표면은 큰 양의 레이크 각도를 사용하여 절삭력과 전력 소비를 줄입니다.

고속 건식 절단 및 도구 매개변수 최적화

올바른 엔드밀을 선택한 후에는 그것을 최대한 활용하는 것이 중요합니다. 대부분의 강철을 절단하는 규칙은 다음과 같습니다. 빠른 절단, 핫 절단, 건식 절단. 스핀들 속도와 이송 속도를 높이면 재료가 가소화되고 생산성도 향상될 수 있습니다. 공구 제조업체에서 권장하는 절단 매개변수(이송 및 절삭 속도)를 시작점으로만 사용하고 개선하십시오. 가장 중요한 점은 냉각수를 사용하지 않는 것입니다. 엔드밀 공구를 열 충격으로부터 보호하는 것 외에도 밀링 공구는 공작물 재료를 부드럽게 하는 데 필요한 열을 생성해야 합니다. 칩을 플러싱하기 위해 가공 중에 절삭유가 필요하지 않을 수 있으며, 양의 레이크 공구를 사용한 고속 가공은 칩을 잘 배출할 수 있습니다. 제습 기능이 있는 제트를 추가하면 도움이 됩니다.

다음은 몇 가지 지침입니다. 이 중 일부는 일반적인 거친 밀링 작업에 적용할 수 있지만, 모두 저전력 밀링에 중요합니다.

  • 가능하면 하향 밀링을 사용하면 절삭 날이 작업물을 더 부드럽게 절단할 수 있고, 가벼운 공작 기계 구조를 보호하며 공구 수명을 연장할 수 있습니다.
  • 칩의 색상을 연구하면 절단 효율성에 대한 단서를 알 수 있습니다. 강철을 밀링할 때 진한 파란색 칩은 걱정할 필요가 없습니다. 이는 밀링이 잘 되었고 재료가 연화되었으며 절단 열이 칩을 통해 올바른 방식으로 전달되고 있음을 나타냅니다. 스테인리스 스틸을 밀링할 때 밝은 밀짚색 칩도 밀링이 잘 되었다는 신호입니다.
  • 좁은 숄더는 넓은 숄더보다 에너지 효율이 높고, 각 절삭의 접촉 폭은 공구의 75%를 초과해서는 안 됩니다. 같은 이유로, 절삭에 두 개 이상의 인서트를 동시에 사용하지 마십시오. 그렇지 않으면 마찰이 더 커지고 전력 소모가 더 많아져 노력할 가치가 없습니다. 가공 중에 떨림이 발생하면 공구 형상 매개변수(예: 레이크 각도, 설정 각도 또는 리드 각도)를 변경하고, 칩 부하를 늘리거나 인서트 레이크 각도를 줄일 수 있습니다(늘리지 않음).

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홀메이킹의 저전력 대안: 나선형 밀링

홀메이킹은 종종 제거된 재료 단위당 가장 많은 에너지를 소모하는 공정으로 간주됩니다. 최신 트위스트 드릴을 사용하더라도 이상적인 표면 속도로 절단 표면의 일부만 절단됩니다. 최상의 가공 조건에서도 칩과 칩 포켓 사이의 마찰은 절단 에너지를 소모합니다. 또한 절삭 유체를 절단 표면에 공급하는 펌프는 에너지를 소모합니다. 가공하는 구멍이 크고 깊을수록 에너지 소모가 커집니다.

직경이 25.4mm를 넘는 대형 구멍의 경우 더 나은 대안은 나선형 밀링입니다. 물론, 여기에는 공작 기계에서 보간 제어가 필요합니다. 이 건식, 에너지 절약 절삭 방법은 습식, 에너지 소모가 많은 기존 가공 공정 대신 좋은 효과를 보입니다. 단일 톱니 또는 다중 톱니 엔드 밀로 생산된 대구경 구멍은 모든 드릴보다 기계 전력과 시스템 강성이 덜 필요합니다.

나선형 밀링 기술 사용자는 다웰 핀 구멍의 사이클 타임이 3/4로 단축되었고 밀링 전력 소비가 40%에 불과하다고 보고했습니다. 대부분의 최신 CNC 기계는 플랫 드릴로 이렇게 큰 직경의 구멍을 만드는 데 필요한 전력을 제공할 수 없습니다. 이러한 이유로 많은 금형 제작자는 다웰 구멍을 가공하기 위해 툴링을 지그 보링 머신이나 중장비 드릴 프레스로 옮겨야 했습니다. 나선형 밀링을 사용하면 캐비티 가공에 사용되는 저전력 밀링 머신에서 한 번의 클램핑으로 모든 다웰 구멍을 가공할 수 있습니다. 믿기 어려울지 모르지만 나선형 밀링을 사용하면 사전 드릴링 없이도 공작물에 직접 큰 구멍을 가공할 수 있으며, 큰 구멍 드릴링 작업의 증가에 많은 시간과 에너지를 낭비하지 않습니다.

다양한 깊이의 구멍이나 블라인드 홀을 가공하기 위해 나선형 밀링을 사용할 때는 칩 제거에 주의하세요. 밀링 커터의 형상은 미세한 칩을 생성할 수 있지만, 칩 제거는 반드시 공구 자체에서 수행해야 하는 것은 아닙니다. 수직 밀링 및 일부 수평 밀링 작업에서는 공기 칩 블로잉이 필요할 수 있습니다.

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대공 가공에 교체형 크라운 드릴 비트 적용

교체형 크라운 드릴은 대형 구멍 가공에도 사용할 수 있으며 플루트 드릴보다 전력이 덜 필요합니다. 고유한 지오메트리로 인해 크라운은 절단 효율이 매우 높고 드릴 막대의 직경이 크라운 직경보다 작아 칩을 제거하고 마찰을 줄이는 것이 더 쉽습니다. 또한 견고한 합금강 드릴 막대는 가벼운 공작 기계에서 흔히 발생하는 진동과 공구 변형을 견딜 수 있는 반면 솔리드 카바이드 드릴은 진동과 변형으로 인해 쉽게 손상됩니다.

교체형 크라운 드릴은 주로 대규모 생산에서 공작 기계 재조정과 다양한 솔리드 카바이드 드릴의 대량 재고를 피하기 위해 사용됩니다. 더 효율적인 절삭 날 형상과 더 튼튼한 드릴 로드로 인해 저전력 드릴링 작업의 부가가치를 높입니다.

고속/저전력 가공의 효율성을 개선하기 위해 밀링 및 홀메이킹 도구를 선택할 때 고속 가공(스핀들 속도)뿐만 아니라 실제 가공에 적합한 도구를 만드는 데도 주의하십시오. 고속 가공의 안전성 외에도 더 많은 이점이 있습니다. 밀링할 때는 "완전 자유 절삭"(나선형 절삭 날이 있는 더블 포지티브 레이크 각도 밀링 커터)이 있는 도구 형상을 선택하고 열 경도가 좋은 도구를 사용하십시오. 드릴링할 때는 큰 구멍을 가공하는 데 나선 밀링을 고려하십시오. 일반적인 드릴링의 경우 불안정한 설치 조건에서 솔리드 카바이드 드릴 비트가 파손되는 것을 방지하기 위해 고인성 합금강 드릴 막대가 있는 교체형 크라운 드릴을 사용해 보십시오. 교체형 크라운 드릴은 금속 제거율을 높이고 가벼운 공작 기계 및 도구를 보호하면서 가공 전력을 절약할 수 있습니다.

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