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[샌드빅 코로만트와 함께하는 선삭공구 따라잡기 ②] 절단 및 홈가공편

*본고는 MFG 콘텐츠를 온라인 기사로 재발행한 것입니다. 원본은 MFG( Manufacturing) 2012 3월호 기사를 통해 확인하실 있습니다.

기계가공에 문외한인 MFG 기자가 직접 선삭 이론을 공부하며 전문가의 지도를 받아 실습까지 도전할 수 있을까? 가공물을 회전시키고 공구를 이송해 일정한 형상을 만들어내는 선삭의 기초 이론부터 절단과 나사가공의 특성, 실제 가공 시의 유의점까지 초보 입문자의 시점에서 자세히 살펴보고, 해당 분야 독자들의 이해를 돕는다. 일명샌드빅 코로만트와 함께하는 선삭공구 따라잡기시리즈, 두 번째 주제는 ‘선삭공구의 절단 및 홈가공편이다.

절단 및 홈가공

외경절단 및 홀 가공 개요

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절단 및 홈 가공은 선삭의 한 분야입니다. 철제단지에 가면 커다란 톱이 종일 쇠를 잘라내는 기계를 흔히 발견할 수 있습니다. 이미 절삭기로 가능한 작업을 왜 선삭을 통해 작업하느냐고 생각하기 쉽지만 선삭 공정을 통하면 단순한 절단이 아닌 다양한 공정의 작업을 한 기계에서 끝낼 수 있어 편리할 뿐 아니라 시간이 단축되고 비교적 고른 절단면을 얻을 수 있다는 장점이 있습니다.

일반 선삭과 달리 절단 가공에서는 공구가 가공물 속으로 점점 깊이 이동하게 되기 때문에 칩 발생 시 브레이킹이 쉽지 않습니다. 시계태엽 모양의 칩이 생성되는데 배출이 불량할 경우 공구가 파손되거나 절단면이 훼손되기도 합니다. 그러므로 절단 가공용 절삭날은 칩 형성과 배출에 유리하도록 설계되어 있습니다.

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용어정리

n = 스핀들 속도(rpm)
vc = 절삭속도(m/min)
fnx = 반경 방향 절삭 이송(mm/r)
ar = 홈 깊이(mm)(중심 또는 홈 하단까지의 외경)

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용어정리

Tip! 중심에 접근할 때 절단 부위가 떨어져 나오기 약 2mm 전부터 이송을 75% 줄이면 핍 크기가 줄어들고 진동이 감소합니다. 공구 수명 또한 늘어납니다.
* 핍 : 공작물에서 절단물이 떨어져 나갈 때 중심부분에 남게 되는 거스러미. 가공 후 처리가 필요함

용어정리

n = 스핀들 속도(rpm)
vc = 절삭속도(m/min)
fnx = 반경 방향 절삭 이송(mm/r)
ar = 홈 깊이(mm)(중심 또는 홈 하단까지의 외경)
ap = 선삭 절삭 깊이

용어정리

n = 스핀들 속도(rpm)
vc = 절삭속도(m/min)
fnx = 반경 방향 절삭 이송(mm/r)
ar = 홈 깊이(mm)

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샌드빅코로만트 기술팀, 김시영 차장, 절단 및 홈(P&G) 가공 전문가

“왜 중심에 접근할 때 속도를 줄이냐고? 왜 하필 2mm 전부터 최대 75% 줄여야 하나고? 계속 같은 속도로 깎아나가면 어떻게 되겠어? 중심의 핍이 줄어들다가 회전속도에 의해서 튕겨져 나가겠지. 그럼 공구나 가공물이 훼손될 수 있잖아. 정해진 공식이 있는 것이 아니라 가공물의 재질이나 속도를 고려하는데 경험 상 속도를 1/4로 줄이는 게 유효하다는 거지. 그럼 핍이 가늘어 지다가 중력에 의해서 아래로 뚝 떨어지게 돼. 인서트의 충격과 핍의 양을 줄이고 공구수명을 늘리는 노하우다 이 말씀!”

용도에 따른 인서트의 선택

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인서트 모양은 공구에 요구되는 절입각 접근성을 고려해 선택해야 합니다. 인서트의 강성과 안정성을 확보하려면 가능한 큰 포인트 각도를 적용해야 합니다. 가공물의 재질은 절삭 수행 중 여러 가지 방식으로 마모에 영향을 미칩니다. 이를 고려하여 전용 인서트를 사용해야 합니다. 일반적으로 날 접근성이 높으면 절삭날이 약해집니다.

 

공구 홀더 선택

공구 홀더 선택

스프링 클램프 블레이드

  • 빠른 인서트 교체
  • 대직경 절단
  • 조절 기능
  • 깊은 홈 가공
  • 양면
  • 반경 방향 이송에만 해당

스크류 클램프 홀더

  • 소직경
  • 얕은 홈 가공
  • 반경 방향 및 축 방향 이송
  • 강성 증가
  • 한 면

스크류 클램프 홀더

  • 매우 작은 인서트 폭
  • 최소5mm의 홈 가공
  • 최소 1mm의 절단
  • 최대 6mm의 절삭 깊이
  • 모든 인서트 폭에 하나의 홀더 사용
  • 매우 정밀한 인서트 인덱싱 공차
  • 생산성을 위해서는 3개의 절삭날 사용

공구 오버행 조절을 위해 스프링 공구 블레이드가 사용된 공구 블록

  • 가능한 짧은 오버행, ar mm
  • 최대 공구 홀더 생크
  • 가장 큰 높이 치수
  • 최대 블레이드 폭

 

적용 방법

절단 서로 다른 선단각을 이용한 핍 감소

절단

  • 인서트 날 모양에 따라 좌승수 또는 우승수로 나눌 수 있습니다. 핍이나 버를 컨트롤 하기 위해 선단각을 선택할 수 있습니다.
  • 선단각이 증가할 경우, 핍/버가 감소합니다. 반대로 감소할 때 칩 컨트롤과 공구 수명이 개선됩니다.
  • 원심력으로 인해 절단된 가공물이 항상 떨어집니다

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  • 오버행은 8 x la(인서트 폭)를 초과해서는 안 됩니다.
  • 가능한 좁은 인서트를 사용합니다(재료 절약 = 절삭 부하 최소화 = 환경 오염 최소화).

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  • 중심 높이가 중요합니다. (±0.1mm의 최대 편차를 사용)
  • 서브 스핀들을 사용할 경우 중심 전 약 1mm에서 가공물을 당기세요.
  • 튜브 절단 시에도 중심 전 약 2mm부터 이송을 최대 75% 줄여야 합니다.

Tip!

Tip!

선단각이 있는 인서트는 칩 흐름의 방향 때문에 칩 컨트롤이 감소할 수 있어요. 직선 절삭이 필요할 때는 중립 절입각을 사용하고 특성에 맞게 선단각을 선택해서 사용해야 한다는 사실. 명심하세요.

 

일반 홈 가공

일반 홈 가공

  • 단일 절삭에 의한 홈 가공은 가장 경제적이고 생산적인 홈 가공 방법입니다.
  • 홈 깊이가 폭보다 크면 멀티 홈 가공을 통해 황삭 가공을 실시합니다.
  • 스크류 클램프 공구 홀더를 선택해 사용합니다.

 

평면  가공

평면 홈 가공

가공물의 표면에 축 방향으로 홈을 만들려면 용도에 맞는 전용 공구가 필요합니다.

  • 올바른 공구 곡선은 가공물의 반경에 따라 다릅니다.
  • 공구 선택 시 홈의 내경과 외경을 고려해야 합니다.

 

프로파일링

프로파일링

모양이 복잡한 가공물을 가공할 때는 프로파일링 인서트를 사용하는 것이 좋습니다.

  • 최신 시스템을 적용하면 선삭도 수행할 수 있습니다.
  • 최대의 안정성을 위해서 선삭 및 프로파일링 가공에서는 스크류 클램프 공구를 선택합니다.
  • 중립 공구 홀더는 볼록한 부문과 오목한 부분 모두에 적합합니다.
  • 램핑을 이용해 진동을 방지할 수 있습니다.

선삭 가공

넓은 홈 또는 홈 양면 사이의 선삭을 위한 일반적인 방법은 *멀티 홈 가공, 플런지 선삭, 램핑입니다. 이 셋은 모두 황삭 가공 작업이고 사상 작업이 이루어지기 전에 수행해야 합니다.

  • 가능하면 오버행이 작은 홀더, 스크류 클램핑 그리고 레일 모양 인서트를 사용하세요.
  • 가능하면 안정된 모듈러 시스템을 사용하세요.
  • 보강형 블레이드를 사용하면 안정성이 향상됩니다.

*멀티 홈 가공, 플런지 선삭, 램핑이란?

*멀티 홈 가공, 플런지 선삭, 램핑이란?

여러 가공 방법의 예

황삭 가공

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  • 요구된 깊이 + 0.2 mm(최대 0.75 × 인서트 폭) 까지 반경 방향 인피드.
  • 반경 방향으로 0.2 mm 이동.
  • 반대 직각 위치까지 축 방향으로 이동
  • 반경 방향으로 0.5 mm 이동.

 

사상 가공

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인서트가 반경 주위에서 윤곽을 그릴 때 이동의 대부분은 Z 방향으로 이루어집니다. 이로 인해 앞 절삭날을 따라 매우 얇은 칩이 형성되어 마찰과 진동을 유발할 수 있습니다.

  • 축 방향 및 방향 반경 절삭 깊이는 0.5~1.0 mm 이어야 합니다.

언터 커팅

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  • 여유가 필요할 때
  • 이 작업에는 날카롭고 정확한 원형 절삭날이 사용된 전용 인서트가 필요합니다.
  • 이러한 인서트의 공차는 높습니다(±0.02 mm)

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문제 해결 가이드

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표면불량

  • 짧고 안정된 공구를 사용하세요.
  • 칩을 멀리 보내기 위해 칩 컨트롤이 우수한 형상을 사용하세요.
  • 속도 / 이송 가이드라인을 확인하세요.
  • 와이퍼 형상을 사용하세요.
  • 공구 셋업을 확인하세요.
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알루미늄 표면 불량

  • 가장 날카로운 형상의 인서트를 선택하세요.
  • 칩 컨트롤이 우수한 형상을 선택하세요.
  • 재질에 맞는 수용성 오일을 선택하세요.
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칩 브레이킹 불량

  • 형상을 변경하세요.
  • 더 높은 이송을 선택하세요.
  • 절삭유의 양을 늘리세요.
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진동

  • 안정된 셋업을 사용하세요.
  • 속도 / 이송 가이드라인을 확인하세요.
  • 더 짧은 오버행을 사용하세요.
  • 형상을 변경하세요.
  • 공구의 마모 정도를 확인하세요.
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낮은 공구 수명

  • 중심 높이를 확인하세요.
  • 공구와 가공물 간의 각도, 절입각을 확인하세요.
  • 블레이드가 낡았으면 인서트가 불안정해질 수 있습니다. 블레이드 상태를 확인하세요.

 

에필로그

에필로그

실습장을 방문해 복합가공기와 인서트를 직접 만져보니 머릿속으로 가공물의 회전 모습이 그려질 법도 했다. 질의응답을 통해 궁금 했던 점들을 바로바로 물어볼 수 있는데다가 각종 자료와 영상을 살펴볼 수 있는 것도 좋았다. 선생님의 열강도 얼마만인지. 학창시절에 공부하던 생각도 머릿속을 스쳐 지나갔다. 이제는 슴푸레하던 개념이 머릿속에 잡혀가는 것을 느꼈다. 선삭 공구를 마스터하게 되면 만들어보고 싶은 것도 떠올랐다.

 

샌드빅 코로만트

샌드빅 코로만트는 선삭 및 밀링, 드릴링 및 머시닝 센터와 복합가공기를 위한 모듈러 시스템을 주력으로 생산하고 있으며, 전세계의 고객에 대한 기술 및 사용 서비스를 위해 60개국의 지사와 30개국에 걸쳐 있는 생산공장 및 19개의 트레이닝 센터를 운영하고 있습니다.

샌드빅 코로만트 생산성 센터로 문의하시면 다양한 절삭 가공 교육의 기회를 만날수 있습니다.(080-092-0909, coromant.korea@sandvik.com)