장거리 가공의 지속적인 과제 극복

현재 제조의 여러 경향은 정밀 보어를 생성하고 연장된 도구를 사용하여 선삭 작업을 수행하는 어려움을 확대하고 있습니다. 더 엄격한 허용 오차와 확실한 반복성에 대한 요구가 지속적으로 증가하고 있습니다. 새로운 고성능 공작물 재료는 가공하기가 더 어려워 가공 시스템 내에서 응력이 증가합니다. 시간과 비용을 절약하기 위해 제조업체는 멀티태스킹 공작 기계에서 깊은 보어를 가공하고 복잡한 구성 요소를 선삭해야 하는 단일 모놀리식 공작물로 여러 부품을 통합하고 있습니다.

이러한 문제를 극복하려는 제조업체는 가공 시스템의 모든 요소를 ​​연구하고 성공을 보장하는 기술과 도구를 적용해야 합니다. 핵심 요소 중에는 기계 안정성, 공구 고정, 공작물 클램핑 및 절삭 공구 형상이 있습니다. 일반적으로 견고한 고정, 견고한 툴링 및 세심한 툴 적용은 정확하고 생산적인 보링 및 장거리 선삭 공정의 기본 토대를 구성합니다.

석유 및 가스, 발전 및 항공우주 부품 생산업체는 연장된 도구를 사용해야 하는 기능이 있는 크고 복잡한 부품을 정기적으로 다루기 때문에 업데이트된 도구 및 기술의 주요 후보입니다. 많은 부품이 기계 가공이 어려운 견고한 합금으로 만들어져 진동을 발생시키는 높은 절삭 부하를 발생시킵니다. 일반적으로 거의 모든 제조업체는 장거리 보링 작업에서 생산성을 높이고 비용을 절감할 수 있습니다.

편향 및 진동

깊은 보링은 절삭날이 기계 연결부에서 연장된 거리의 보어에서 작동한다는 점에서 다른 절삭 작업과 구별됩니다. 장거리 내부 선삭 작업은 유사한 조건을 특징으로 하며 이러한 보링 및 선삭 작업에는 펌프 또는 압축기 하우징과 같은 공작물의 경우와 같이 단속 절단이 있는 구멍이 포함될 수 있습니다. 결과 공구 오버행의 양은 구멍 깊이에 따라 달라지며 보링 바 또는 연장된 길이의 선삭 공구가 휘게 될 수 있습니다.

편향은 절삭 공정에서 변화하는 힘을 확대하고 부품 표면 품질을 저하시키고 절삭 공구를 빠르게 마모 또는 파손시키며 스핀들과 같은 공작 기계 구성 요소를 손상시키는 진동 및 채터링을 유발할 수 있으며 값비싼 수리 및 장기간의 가동 중지 시간이 필요합니다. 다양한 힘은 기계 구성 요소의 불균형, 시스템 강성 부족 또는 기계 시스템 요소의 교감 진동으로 인해 발생합니다. 칩이 형성되고 부서지는 동안 공구가 주기적으로 로드 및 언로드됨에 따라 절삭 압력도 변경됩니다. 가공 진동의 부정적인 영향으로는 불량한 표면 조도, 부정확한 보어 치수, 빠른 공구 마모, 재료 비율 감소, 생산 비용 증가, 공구 홀더 및 공작 기계의 손상 등이 있습니다.

기계 강성 및 공작물 고정

가공 작업에서 진동을 제어하는 ​​기본 접근 방식은 가공 시스템 요소의 강성을 최대화하는 것입니다. 원치 않는 움직임을 제한하려면 콘크리트 또는 기타 진동 흡수 재료로 강화된 단단하고 무거운 구조 요소로 공작 기계를 제작해야 합니다. 기계 베어링과 부싱은 단단하고 견고해야 합니다.

공작물은 공작 기계 내에서 정확하게 위치를 잡고 안전하게 고정되어야 합니다. 고정 장치는 단순하고 견고하게 설계되어야 하며 클램프는 절단 작업에 최대한 가깝게 위치해야 합니다. 공작물 관점에서 벽이 얇은 부품이나 용접 부품 및 지지되지 않는 부분이 있는 부품은 가공 시 진동이 발생하기 쉽습니다. 부품을 재설계하여 강성을 향상시킬 수 있지만 이러한 설계 변경으로 인해 중량이 증가하고 가공 제품의 성능이 저하될 수 있습니다.

도구 고정

강성을 최대화하려면 보링 바 또는 터닝 바가 가능한 한 짧아야 하지만 보어 또는 부품의 전체 길이를 가공할 수 있을 만큼 충분히 길어야 합니다. 보링 바 직경은 보어에 맞으면서도 절단 칩을 효율적으로 배출할 수 있는 가장 커야 합니다.

칩이 형성되고 부서지면 절삭력이 증가하거나 감소합니다. 힘의 변화는 공구 홀더나 기계의 자연적인 진동 모드와 상호 작용하여 자체적으로 유지되거나 증가할 수 있는 추가 진동원이 됩니다. 이러한 진동의 다른 원인에는 마모된 도구 또는 충분히 깊게 통과하지 못하는 도구가 포함됩니다. 이로 인해 공정 불안정 또는 공진이 발생하여 기계 스핀들 또는 공구의 고유 진동수와 동기화되어 원치 않는 진동을 생성합니다.

긴 보링 바 또는 터닝 바 오버행은 가공 시스템에서 진동을 유발할 수 있습니다. 진동 제어에 대한 기본 접근 방식에는 짧고 단단한 도구의 사용이 포함됩니다. 바 길이와 직경의 비율이 클수록 진동이 발생할 가능성이 커집니다.

다른 바 재료는 다른 진동 거동을 제공합니다. 강철 막대는 일반적으로 막대의 길이 대 직경(L/D) 비율이 최대 4:1인 진동에 강합니다. 텅스텐 합금으로 만든 중금속 막대는 강철보다 밀도가 높으며 6:1 범위의 막대 비율의 L/D를 처리할 수 있습니다. 솔리드 카바이드 바는 더 높은 강성을 제공하고 최대 8:1의 바 비율을 허용하며 특히 대구경 바가 필요한 경우 더 높은 비용의 단점이 있을 수 있습니다.

진동을 감쇠하는 다른 방법은 조정 가능한 막대를 사용하는 것입니다. 바에는 원치 않는 진동과 위상이 다른 공명을 하고 에너지를 흡수하며 진동 운동을 최소화하도록 설계된 내부 질량 댐퍼가 있습니다. 스테디라인 ^® Seco Tools의 시스템 (사이드바 참조) 예를 들어, 반경 방향 흡수 요소를 통해 툴 홀더 바 내부에 매달린 고밀도 재료로 만들어진 댐퍼 덩어리로 구성된 사전 조정된 진동 댐퍼가 특징입니다. 댐퍼 질량은 절삭 공구에 의해 바 본체에 전달되는 즉시 진동을 흡수합니다.

더 복잡하고 값비싼 능동 공구 진동 제어는 진동의 존재를 감지하고 전자 액추에이터를 사용하여 공구 홀더에서 2차 운동을 생성하여 원치 않는 움직임을 취소하는 전자적으로 활성화되는 장치의 형태를 취할 수 있습니다.

작업 자료

피삭재의 절삭 특성에 따라 진동이 발생하는 경우가 있습니다. 재료의 경도, 구성인선 또는 가공 경화 경향 또는 단단한 개재물의 존재는 절삭 부하를 변경하거나 방해하고 진동을 생성할 수 있습니다. 절단 매개변수를 조정하면 특정 재료를 가공할 때 진동을 어느 정도 최소화할 수 있습니다.

절단 도구 형상

절삭 공구 자체는 접선 및 반경 방향 편향을 받습니다. 반경 방향 편향은 보어 직경의 정확도에 영향을 미칩니다. 접선 편향에서 인서트는 부품 중심선에서 아래쪽으로 강제됩니다. 특히 작은 직경의 홀을 보링할 때 홀의 만곡 내경은 인서트와 보어 사이의 여유각을 감소시킵니다.

접선 편향은 공구를 아래쪽으로 밀어 가공 중인 구성요소의 중심선에서 멀어지게 하여 여유각을 줄입니다. 반경 방향 편향은 절삭 깊이를 줄여 가공 정확도에 영향을 미치고 칩 두께를 변경합니다. 절삭 깊이의 변화는 절삭 부하를 변경하고 진동을 유발할 수 있습니다.

레이크, 리드각 및 노즈 반경을 포함한 인서트 형상 기능은 진동을 확대하거나 감쇠할 수 있습니다. 예를 들어, 포지티브 경사 인서트는 접선 방향 절삭력을 감소시킵니다. 그러나 포지티브 경사각 구성은 간극을 줄여 마찰과 진동을 유발할 수 있습니다. 큰 경사각과 작은 날각은 날카로운 절삭날을 생성하여 절삭 부하를 감소시킵니다. 그러나 날카로운 모서리는 충격 손상 또는 고르지 않은 마모의 영향을 받을 수 있으며 이는 보어의 표면 마감에 영향을 미칩니다.

작은 절삭날 리드각은 더 큰 축 방향 절삭력을 생성하는 반면, 큰 리드각은 반경 방향으로 힘을 생성합니다. 축 방향 힘은 보링 작업에 제한된 영향을 미치므로 작은 리드 각도가 바람직할 수 있습니다. 그러나 작은 리드각은 큰 리드각보다 절삭날의 작은 부분에 절삭력을 집중시켜 공구 수명에 부정적인 영향을 미칠 수 있습니다. 또한 공구의 리드각은 칩 두께와 칩 흐름 방향에 영향을 미칩니다.

인서트 노즈 반경은 반경 방향 절삭 부하를 최소화하기 위해 절삭 깊이보다 작아야 합니다.

칩 컨트롤

보어에서 절단된 칩을 제거하는 것은 보링 작업의 핵심 문제입니다. 인서트 형상, 절삭 속도 및 공작물 재료 절삭 특성은 모두 칩 컨트롤에 영향을 미칩니다. 짧은 칩은 보어에서 배출하기 쉽고 절삭날에 가해지는 힘을 최소화하기 때문에 보링에서 바람직합니다. 그러나 칩을 부수도록 설계된 고도로 윤곽이 잡힌 인서트 형상은 더 많은 전력을 소비하는 경향이 있으며 진동을 유발할 수 있습니다.

좋은 표면 조도를 만들기 위한 작업에는 칩 컨트롤 문제를 확대하는 더 얇은 칩을 생성하는 가벼운 절삭 깊이가 필요할 수 있습니다. 이송 속도를 높이면 칩이 파손될 수 있지만 절삭 부하가 증가하고 떨림이 발생하여 표면 조도에 부정적인 영향을 미칠 수 있습니다. 더 높은 이송 속도는 저탄소강을 가공할 때 구성인선을 유발할 수 있으므로 최적의 내부 절삭유 공급과 함께 더 높은 절삭 이송 속도는 이러한 가단성 강 합금을 보링할 때 칩 컨트롤 솔루션이 될 수 있습니다.

결론

연장된 길이의 공구를 사용한 깊은 구멍 보링 및 선삭은 일반적이고 필수적인 금속 절단 작업입니다. 이러한 프로세스를 효율적으로 수행하려면 진동을 최소화하고 제품 품질을 보장하는 데 관련된 여러 요소가 함께 작용하여 최대의 생산성과 수익성을 달성하도록 전체 가공 시스템을 평가해야 합니다.

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