고속 가공(HSM)은 현대 밀링 기술에서 널리 사용되는 중요한 기술입니다. HSM 밀링 기술을 적용하여 연질 및 경질의 다양한 소재를 밀링할 수 있을 뿐만 아니라 우수한 피삭재 정밀도를 얻을 수 있습니다. 이 문서에서는 도구 및 홀더에 대한 HSM 요구 사항에 대해 설명합니다.
1. 절삭 공구에 대한 HSM 요구 사항
1. 기하학
공구 진동은 가공으로 얻은 표면 품질에 직접적인 영향을 미칩니다. 따라서 공구 진동을 방지하기 위해 HSM 마무리 중에 공구에 균일한 절삭력을 유지하는 것이 매우 중요합니다.
절삭력에 대한 공구의 인접한 기하학적 특성의 영향:
• 동심도가 좋아 절삭날에 균일한 부하 분산이 가능합니다.
• 균일한 절삭력 특성을 위한 더 큰 절삭날 중첩(더 큰 헬릭스 각도 및 플루트 수)
• 강성 향상을 위한 짧은 절단 길이(가파른 기계 벽에 비해 샤프트의 직경이 약간 줄어듦)
• 노치에서 최소 응력 집중으로 최상의 코어 단면 조건
고강도 재료는 HSM을 사용하여 가공할 수 있습니다. 즉, 가공할 재료의 경도에 따라 변형에 대한 저항이 증가합니다. 절삭날에 가해지는 부하가 증가하면 절삭날 형상의 안정적인 설계가 필요합니다. 그러나 높은 절삭 속도에서 공작물 표면의 자유 영역에서 더 많은 마찰열이 발생하므로 공구의 여유각을 줄여야 합니다. 따라서 절단면의 안정성을 높이는 것은 경사각을 줄여야 달성할 수 있습니다. 재료가 매우 단단하고 도구 재료가 부서지기 쉬운 경우 음의 베벨 각도가 발생할 수도 있습니다.
갑자기 가열될 때 부분적인 가장자리 파손이나 뜨거운 상태를 방지하기 위해 블레이드 끝에서 정확하게 맞는 반경이 연마됩니다.
공작물의 형상 정밀도가 매우 높아야 하는 경우 사용되는 마무리 공구의 볼 부분 반경은 가공할 공작물의 형상 정밀도에 직접적인 영향을 미칩니다. 따라서 기본 조건으로 매우 섬세한 부품을 마무리할 때 반경 공차(마이크론 범위)가 매우 작은 공구를 사용하는 것이 매우 중요합니다.
2. 재료 및 코팅
공구 재료는 가공할 재료보다 더 단단해야 합니다. 공작물 재료와 공구 재료 사이의 경도 차이가 클수록 공구 마모가 적고 공구 수명이 길어집니다. 국지적 온도가 높기 때문에 공구 재료가 산화에 대한 내성이 있는지 확인하는 것도 필요합니다.
열 부하의 큰 변동과 공구 재료의 내산화성에 대한 필요성으로 인해 최종적으로 미세한 텅스텐 카바이드 공구 본체에 코팅이 필요합니다.
TiN, TiCN 및 TiAlCN과 같은 검증된 코팅 시스템은 HSM 공정에서 빠르게 한계에 도달합니다. 따라서 이트륨, 바나듐 또는 탄탈륨과 같은 다른 원소와 함께 알루미늄 함량이 높은 질화물을 기반으로 하는 다성분 코팅 시스템이 개발되었습니다. 나노층 구조, CBN 및 PKD를 사용하여 더 높은 성능을 얻을 수도 있습니다.
2. 공구 홀더에 대한 HSM의 요구 사항
HSM 가공에 필요한 높은 스핀들 속도로 인해 HSK-A 및 HSK-E 공구 홀더 시스템을 사용하는 것이 가장 좋습니다. 공구 홀더 플랜지가 스핀들 헤드에 장착되기 때문에 공구 홀더는 Z 방향으로 정의된 기계적 지지대를 가지므로 더 빠른 속도에서 증가된 원심력으로 인해 스핀들 안으로 끌리지 않습니다.
공정 준비 단계에서 근본적인 오류가 이미 발생하여 진동 감소 및 안전한 공정 제어가 불가능할 수 있습니다. 안정적인 HSM 가공을 달성하려면 필요에 따라 공구와 공구 홀더 어셈블리의 정렬을 확인하고 균형을 맞추는 것이 필수적입니다. 불균형 질량과 관련된 회전 속도 제한도 고려해야 합니다.
균형이 맞지 않거나 잘못 정렬된 회전 공구 시스템은 다음과 같은 결과를 초래합니다.
• 매우 열악한 표면 품질
• 매우 낮은 공구 수명
• 불량한 공정 안정성 및 안전성
• 밀링 스핀들 손상 가능성
공정의 갑작스러운 변화로 인해 발생하는 이상적인 동심도와의 불균형 및 편차는 아래 계통도에서 매우 명확하게 볼 수 있습니다.
완벽한 동심도에 비해 편차 없음: 더 작은 이론적 조도
완벽한 동심도로부터의 편차: 더 큰 이론적인 거칠기
균형 질량은 전체 회전 시스템의 동적 성능에 중요한 영향을 미칩니다.
불균형은 이상한 물체가 회전하는 것과 같습니다. 이 편심체는 회전 속도에 따라 2차적으로 증가하는 원심력을 유도할 수 있습니다. 이는 동일한 불균형이 2000 rpm(212=441)의 스핀들에서보다 42000 rpm의 스핀들에 441배의 원심력을 유발한다는 것을 의미합니다. 따라서 고속 가공에서 툴 홀더 배열의 불균형은 특히 불리한 결과를 초래했습니다.
HSM에 공구 클램핑 기술을 적용하면 다음과 같은 공구 홀더를 사용할 수 있습니다.
• 콜릿 및
• 감속기
Weldon 커넥터와 같은 대체 시스템은 HSM 처리에 상당한 단점이 있으므로 권장되지 않습니다.
황삭 공정 중에 좋은 결과를 제공하는 콜릿 툴 홀더의 우수한 댐핑 특성으로 인해 리듀싱 조인트와 함께 매우 높은 수준의 강성과 반복성이 달성될 수 있습니다. 이는 완벽한 공작물 표면을 얻기 위해 필수적입니다. 감속기를 사용하면 매우 정확한 동심도(편차 0.003mm 미만)와 높은 전달 토크를 얻을 수 있습니다.
다양한 감소 도구 홀더의 설계 구조: 전달 토크는 클램핑 장비의 설계 구조에 따라 다릅니다. 디자인 구조가 다르기 때문에 매우 다를 수 있습니다.
