선삭 가공현상을 통해 보는 2 주제 - 절삭가공의 실제

2015 년 07 월 14~15일

전문위원 이 원 표

’15 년 절삭가공업종 기술세미나

목목차차

1) 도입

2) 공구인선의 관찰 · 측정 · 진단 · 개선

3) 칩은 절삭가공의 통지표

4) SHAFT 의 홈 가공 , 칩 두께 측정 5) 선삭 가공의 정삭면

6) 선삭 가공의 이론조도

7) 마무리

1. 도입

▶ 절삭가공이 대부분 NC 가공으로 변했다고 해서 절삭가공의 원리가 변한 것은 아님

① 절삭 저항 ② 절삭 열 ③ 칩의 생성 ④ 절삭가공 면의 창생 ( 創生 ) ⑤ 가공 경화 ⑥ 공구 인선의 손상

▶ 절삭가공 기술의 ①∼⑥을 확실히 몸으로 익혀 둘 필요가 있다 .

▶ 절삭공구 보다 가혹한 환경조건에서 노출되어 있는 재료는 없다 .

- 공구인선은 고온 (1,000℃ 이상 ), 고압 (300 ㎏ /㎟이상 ) 의 열 충격을 받는다 .

▶ 절삭가공의 출발점은 , 소재와 접하는 공구 인선이다 .

- 절삭가공에 사용하는 「공작기계의 가치를 낳는 것」은 칩을 배출할 때 뿐이다 . 그 이외는 모두 LOSS 로 인식될 수 있다 .

▶ 정보는 현장에 있고 , 답도 현장에 있으며 , 현장은 최고의 교과서

2. 공구 인선의 관찰 · 측정 · 진단 · 개선▶ NC 공작기계에는 「보정」이라는 편리한 것이 있다 .

- 가공물을 측정하여 , 수치를 입력하면 가공은 계속되므로 공구 인선을 관찰하고 절삭을 공부▶ 인선을 관찰하지 않으면 , 공구의 좋고 나쁨을 알 수 없다 .

- 인선이 깨지거나 , 마모되어도 아무렇지 않게 사용하는 경우가 있다 . 수명 ( 가공개수 ) 이 도달하면 , 기계를 정지시키고 공구를 교환

▶ 절삭가공의 출발점은 가공되는 재료와 이것을 깎아 내는 「공구 인선」이다 . ( 그림 1)

▶ 사용된 공구 인선을 확대경으로 확대해서 , 관찰 · 측정 · 진단하는 것으로 부터 개선은 시작된다 .

▶ 공구 인선은 절삭가공의 정보 보고이다 .

인선을 알고 있어야 가공을 안다고 할 수 있다 .( 그림 2)

▶ 절삭관계자는 절삭하는 인선을 관찰하므로 , 작은 것 , 시시한 것 놓치기 쉬운 절삭의 본질 , 개선점을 발견한다 .

▶ 그림 3 의 공구 인선은 가공품질 , 생산성의 거울이다 .

정보는 현장의 공구인선에 있다

정보를 지혜로

현장의 체질 개선

지혜를 행동으로

3. 칩은 절삭가공의 통지표▶ 칩 용적률 식은 다음과 같다 . 칩 용적률 =

▶ 그림 4 는 칩 형상과 칩 용적률을 나타낸 것이다 .

칩이 차지하는 용적

칩으로 된 가공재의 용적

▶ 銅이나 알루미늄 ( 압출 , 단조 ) 의 절삭가공에서는 칩 형상과 칩 용적률이 (a) (b) 일 때는 NC 공작 기계 , 자동라인의 무인운전 에서는 칩이 가공품과 공구 , 지그에 감겨서 가공을 정지 시키거나 가공면의 품질을 손상시킨다 .

▶ 가공부품을 불량으로 만드는 문제를 초래한다 .

동시에 칩 처리의 자동반송장치는 사용불능으로 되고 , 막대한

투자는 헛되게 된다 .

▶ 현장 담당자가 칩 제거 작업을 하다가 , 뜻밖의 부상을 당하는

일도 있다 .

▶ 칩 통을 사용하여 칩을 운반하는 현장에서 , 그림 4 (a) (b) 와 같은

칩 형상은 칩 부피기 늘어 칩 처리 회수가 늘어 담당자의 부담이 증가

▶ 절삭가공의 칩 처리는 안전 , 품질 , 생산성 등 다방면에 많은 영향을

미친다 .

▶ 그림 4 (c) 의 경우는 많은 사용조건에서 양호한 칩이다 .

▶ 그림 4 (d) 의 경우는 공구 인선의 칩 브레이커에 칩이 막힌 결과로 칩 비산으로 담당자의 안전성에 문제가 된다 . 또한 「채터링」이 발생하여 가공 면이 나빠지고 인선이 손상되는 등 자주 TROUBLE 이 발생된다 .

4.SHAFT 의 홈 가공 , 칩 두께를 측정

▶ 폭 3 ㎜ , 깊이 4 ㎜ ( 그림 5) 홈 가공을 Ⅰ사의 팁 ( 그림 6) 으로 했다 .

- 사용 기계 : DMG 모리 기계 , SUPER HISEL 250 - 사용 공구 : DGN 3102C, 재질 IC 354 - 폭 3.16mm( 실측 ), 코너 R0.2mm, 중량 4g - 가공재료 : S45C, 외경 Φ52, 경도 HB187 - 절삭조건 절삭속도 : 100 m/min, 회전 수 : 612 RPM 이송 량 : 0.05, 0.12, 0.25 ㎜ /rev 절삭 유 : 에멀젼

공구를 홀더에 절삭상태와 동일하게 장착하고 , 인선의 형상을 측정했다 .( 그림 7) 경사각은 27。 이다 . 이송 f, 칩 두께 Τ, 경사각 27。일 때의 전단각을 구하면 그림 8 과 같다 .

▶ 홈 가공 결과를 표 1에 표시했다 .

이송속도 : f mm/rev, 칩 두께 : Τmm 칩 압축비 : λ=Τ/ f ［칩 두께 (mm)/ 이송속도 (mm/rev)］ 절삭비 : γ= f /Τ［이송속도 (mm/rev) / 칩 두께 (mm)］ 절삭동력 : kW 전단각 : 。 칩 폭 : mm

칩 압축비 λ 는 이송 속도가 증가하면 감소하고 , 절삭비 γ 는 이송 속도가 증가하면 크게된다 .

▶ 표 1, 그림 7, 그림 8 에서 분류①의 이송 0.05mm/rev 는 공구인선의 호닝부로 절삭이 되고 있다 .

이송 속도가 , 인선 LAND 부 치수 ＞ 홈 이송 (f mm/rev) 에서는 “ 채터링”이 발생되기 쉽고 , 이러한 절삭조건은 기본에 역행한다 .

이송 속도가 느리면 , 절삭 저항이 적을 것이라는 선입관과 오해가 있다 .

분류②와③ 즉 , ② f 0.12 mm/rev, ③ f 0.25 mm/rev 에서의 이송은 인선 LAND 부 ＜ 홈 이송 (f mm/rev) 로 양호한 절삭이 된다 . 특히 f 0.25 mm/rev 에서는 경사각 27。를 활용한 절삭으로 전단각은 35。이다 . 절삭시간 ( 칩을 배출하고 있는 시간 ) 1.5 초로 , 공구를 알고 공구를 활용한 절삭이다 .

NC 선반의 보급으로 TOOL PATH 의 자유도가 비약적으로 높아져「절삭가공 기본에 충실하기」의 실천이 가능해져서 무인화 , 자동화의 칩 처리 대응이 쉽게 되었다 . 그러나 , TOOL PATH 의 자유도가 증가함에 따라 , 칩의 기본특성을 잘 이해해서 최적의 TOOL PATH 를선택 실천하는 것이 필요하다 .▶ 그것에는 우선 “칩은 폐기물이다”라는 생각을 완전히 배제하고 칩에는 역사가 새겨있는 보물이다 라고 견해를 바꾸어야 한다 . 칩을 손에 들고 , 관찰 , 측정해 봄으로 그것에서 많은 것을 배울 수 가 있다 . 그림 9는 홈 가공의 칩의 흐름과 폭이다 . 이송 속도를 크게 하면 칩 폭은 TIP 폭 보다 작아져서 칩 처리가 쉽게 된다 .

5. 선삭 가공의 정삭 면 ( 面 )▶ 정삭면 조도 측정 기록은 일반적으로 縱 ( 직경 ) 방향과 橫 ( 軸 ) 방향의 확대율이 다르다 . 그림 10 기록ⓐ의 縱 1,000 배 , 橫20 배 에서 정삭면은 급 구배의 산 연속으로 착각해 버리지만 , 실제로는 기록ⓑ의 縱 , 橫 같은 배율 500 배에서는 완만한 구배로 연결된다 .

현장에서 가공부품의 측정은 품질규격의 합 , 부에 사용할 뿐만 아니라 , 절삭 프로세스의 안정도 판정 , 생산성 향상 , 설비 보전 에도 활용된다 . 절삭가공이란 , 우선 측정하는 것에서 부터 시작 된다 . 계측기는 현장의 기본 TOOL 이다 .

그림 11. 의 측정 데이터를 다음 3 항목으로 평가 하면 ⑴ 산의 높이가 가지런 한 가 ? ⑵ PITCH 가 가지런 한 가 ? ⑶ 윤곽은 규칙적인 가 ?

절삭상태가 안정되어 있는지 , 불안정 한 지를 알 수 있다 .

정삭면을 눈으로 만 판단해서는 안 된다 .

그래서 , 이송 속도를 어떻게 결정하는가 ? 라고 질문 받으면 , 이송을작게 하면 절삭저항이 작게 되고 , 공구수명 관점에서는 유리하다고 생각한다 .인선이 가공재의 표면을 문질러서 , 정삭면이 반짝반짝 하여 보기 좋아 , 절삭이 잘 되었다고 생각할 수도 있다 .

그림 12⒜,⒝와 그림 13 에서 이송 (f mm/rev) 은 축 방향이고정삭면 조도는 직경 방향이다 . 이송과 정삭면 조도를 혼동할 수 있다 . 공구수명은 공구 인선이 가공재의 표면을 절삭한 길이 ( 문지른 길이 )로 , 이송 f mm/rev 가 큰쪽이 문지른 길이가 짧아져서 유리하다 . 공구인선의 문지른 길이 SCL(SPIRAL CUTTING LENGTH) 을 계산해 보면 명백하다 .( 그림 14)

6. 절삭가공의 이론조도

▶ 선삭 가공에서 이론조도 h( 그림 13) 는

다음 식과 같이 나타낸다 .

h(㎛ ) = f²x 1,000 / 8 x r (1) h : 이론조도 , f : 이송 (mm/rev), r : 인선 노 - 즈 반경(mm)

가공면의 조도는 , TIP 의 노 - 즈 반경과 이송의 대 , 소에 따라 결정된다 . 이송이 작은 쪽이 가공면은 좋다 .

선삭의 가공면 조도를 설명하는 출발점은 식 (1) 이다 . 그러나 , 현장에서는 이송이 작으면 , 절삭능률이 나쁠 뿐만 아니라 , 채터링이 발생할 수도 있어 , 오히려 가공면이 나쁘게 된다 .

일반 부품에서는 0.1mm/rev 이하의 이송은 사용하지 않는다 . 표 2 를 현장 선삭 가공의 정삭면 조도를 구할 때 , 노 - 즈 반경 r와 이송 f를 결정할 때 이용하면 된다 .

선삭 가공에서 이송을 작게 하면 가공면 조도가 좋아지고 , 공구 수명도 향상된다는 선입관과 오해를 버리는 것이 좋다 .

7. 마무리▶ 지금은 NC 선반과 인선교환 방식의 시대이지만 , 한번 더 절삭저항 , 칩 생성 , 경사각 , 정삭면 조도 등을 검토 체험하여 실천하는 「프로」가 되는 것을 목표로 했으면 한다 .

▶ 디지털 기술과 아날로그 기술이 2 인 3각을 하는 절삭가공 , 가공소재에 대해서도 공부를 하여 피삭성에 관한 관심을 갖도록 했으면 한다 .

참고문헌

감사합니다감사합니다

機械技術 2015 Vol 63 no4西技術士 事務所 西 嶢祐旋削加工の加工現象から觀る 切削加工の 實際