표면 조도 향상을 위한 5가지 연삭 고려 사항

작동 매개변수, 휠 드레싱, 입자 크기, 냉각수 공급 및 장비 상태 중 하나 이상을 조정하여 표면 조도를 개선할 수 있습니다.

정밀 CNC 생산 연삭은 부품에 엄격한 기하학적 공차와 고품질 표면 마감이 필요할 때 빛을 발합니다. 일반적으로 표면 마감은 32마이크로인치 Ra에서 4.0마이크로인치 Ra까지의 범위에서 달성해야 하는 숫자가 더 많습니다. 이에 비해 전통적인 밀링 또는 터닝 작업은 약 125마이크로인치에서 32마이크로인치 Ra의 마감을 달성할 수 있습니다.

목표가 현재 표면 조도를 20마이크로인치 Ra에서 17마이크로인치 Ra로 개선하는 것이라면 단순히 휠 속도를 높이거나 이송 속도를 약간 줄이는 것으로 충분할 수 있습니다. 그러나 더 미세한 표면 마감이 필요한 경우 다음 5가지 요소를 해결해야 합니다.

1) 연삭 작업 매개변수

연삭 매개변수를 조정하는 것은 부품의 표면 조도를 향상시키는 가장 쉽고 빠른 솔루션이 될 수 있습니다. 다음은 주요 매개변수와 이를 성공적으로 수행하기 위한 권장 조치입니다.

크리프 피드/표면 연삭:

• 휠 속도를 높입니다.  이것은 좋은 출발점입니다. 그러나 휠이 새로운 속도로 작동하는지 확인하십시오. 최대 작동 속도(MOS)는 휠 측면에 표시됩니다.
• 이송 속도를 줄입니다.
• 절입 깊이를 줄입니다.
• 스파크아웃 패스의 수를 늘립니다.

외경(OD)/내경(ID) 연삭:

• 휠 속도를 높입니다. 이전에 언급했듯이 휠은 새로운 속도로 작동하도록 평가되어야 합니다. 최대 작동 속도는 휠 측면에 표시됩니다.
• 회전당 절삭 깊이 감소
• 작업 속도(rpm) 감소:회전당 깊이를 유지하려면 인피드 속도를 조정해야 할 수 있습니다.
• 드웰/스파크아웃 시간을 늘립니다.
• 진동을 사용합니다(플런지 ID 연삭의 일반적인 방법).

오늘날 많은 연삭 기계에는 가변 속도 컨트롤러가 있으므로 단순히 CNC 프로그램을 편집하거나 스핀들 속도 컨트롤러를 조정하여 휠 속도를 변경할 수 있습니다. 다른 기계의 경우 풀리와 벨트를 수동으로 교체해야 할 수도 있습니다.

이송 속도 감소는 CNC 프로그램을 편집하거나 이송 속도 제어를 조정하여 수행할 수도 있습니다. 그러나 이 접근 방식은 특히 주기 시간이 중요한 생산 작업에서 항상 좋은 선택이 아닌 주기 시간을 증가시킬 수 있습니다. 주기 시간이 중요하지 않은 애플리케이션에서는 이송 속도를 줄이는 것이 공작물 표면 조도를 개선하는 좋은 옵션이 될 수 있습니다.

휠 속도가 증가하고 절입 깊이와 이송 속도가 감소하면 휠이 둔해질 수 있습니다. 이는 공작물에 대한 열 손상 가능성을 증가시키고 연삭력을 증가시킬 수 있습니다. 따라서 이러한 매개변수를 조정할 때 프로세스에 다른 문제가 발생하지 않도록 주의해야 합니다.

2) 그라인딩 휠 드레싱

일반 연삭 휠과 초연마 연삭 휠 모두의 드레싱 조건을 조작하여 표면 조도를 개선할 수 있습니다. 이는 일반적으로 드레싱 이동 속도를 낮추거나 드레싱 중 패스당 깊이를 줄여서 수행됩니다. 드레싱 깊이를 줄이면 드레싱 작업이 덜 공격적이고 휠 표면이 더 부드러워져 일반적으로 공작물 표면 조도가 향상됩니다. 드레스 트래버스 속도를 줄이면 휠이 한 바퀴 회전할 때 이동하는 거리인 드레스 리드가 줄어듭니다. 드레스 리드는 드레싱 도구가 휠 면을 가로질러 이동하는 모든 드레싱 프로세스에 적용할 수 있습니다. 그러나 드레스 리드는 플런지 드레싱 작업에는 적용되지 않습니다. 리드를 조정하는 것은 기존 프로세스의 표면 마감을 개선하는 좋은 방법입니다.

새로운 공정을 개발하거나 드레싱 도구 유형을 변경할 때 드레싱 겹침 비율(드레서 너비를 고려함)을 계산하는 것이 가장 좋습니다. 중첩 비율은 드레서가 휠을 가로질러 이동할 때 연삭 휠 면의 한 지점이 드레서 면과 접촉하는 횟수입니다(표 1).

드레싱 오버랩 비율은 휠 페이스의 표면 상태를 결정합니다. 이것은 차례로 공작물의 표면 거칠기를 결정합니다. 오버랩 비율이 증가하면 드레서는 휠의 동일한 입자를 더 많이 때려 휠 표면에 미세한 지형을 만듭니다. 이렇게 하면 휠 표면이 둔해지고 닫히므로 공작물의 표면 조도가 더 미세해집니다.

그러나 아주 미세한 드레싱 후에 휠 페이스가 너무 닫히지 않도록 주의해야 합니다. 닫힌 휠 표면은 휠 표면이 둔해지기 때문에 더 높은 연삭력을 초래할 수 있으며 공작물 열 손상을 일으킬 수 있습니다. 표 2는 리드 및 오버랩 비율을 결정하는 방정식을 보여줍니다.

3) 그라인딩 휠 구성:입자 크기

그라인딩 휠 입자 크기는 표면 조도에 직접적인 영향을 미칩니다. 입자 크기가 클수록 마무리가 거칠어집니다. 공작물의 마무리 요구 사항에 따라 올바른 입자 크기를 선택하는 것이 중요합니다. 표 3은 다양한 마감 요구 사항에 대한 입자 유형, 크기 및 제안 사항을 보여줍니다.

입자 크기를 변경하기 전에 덜 공격적인 매개변수를 사용하여 휠을 드레싱하는 것이 좋습니다. 입자 크기를 줄이면 이송 속도를 줄여야 하고 결과적으로 사이클 시간이 늘어날 수 있습니다. 더 작은 입자 크기는 더 거친 입자 크기만큼 높은 제거율로 재료를 제거할 수 없습니다. 또한 작은 입자 크기를 사용하는 경우 공작물에 열 손상이 발생할 수 있습니다.

기존의 연마숫돌의 구성은 연마의 종류와 크기, 바퀴의 구조(입자간격), 등급(결합경도), 결합의 종류를 포함한다. 초정밀연마 숫돌의 구성은 연마재의 종류와 크기, 연마재의 농도, 결합 등급과 종류를 포함합니다. 기존 연마재에는 산화알루미늄, 탄화규소 및 세라믹 연마재가 포함됩니다. 그리고 초정밀연마재에는 다이아몬드와 입방정 질화붕소(cBN)가 포함됩니다.

입자 크기가 작은 휠을 주문하기 전에 연삭 휠 제조업체/유통업체에 문의하여 적용 분야에 가장 적합한 휠 구성을 찾는 것이 좋습니다.

4) 냉각수 공급

절삭유 적용이 충분하지 않으면 연삭 칩이 연삭 영역으로 다시 유입될 수 있습니다. 칩은 가공물에 스크래치를 유발할 수 있으며 이는 ID 연삭에서 종종 발생합니다. 냉각수 노즐이 연삭 영역을 향하도록 적절하게 지정되고 해당 영역에서 칩을 씻어낼 수 있는 충분한 냉각수 흐름과 압력이 있는지 확인하는 것이 중요합니다. 전체 연삭 영역을 정확하게 대상으로 지정하는 것은 부품 전체에 걸쳐 일관된 표면 조도를 달성하는 데 핵심이 될 수 있습니다. 제거율이 높은 일부 공정에서는 부품이 타는 것을 방지하기 위해 휠 속도와 일치하도록 냉각수 압력을 조정해야 할 수 있습니다. 또한 연삭 영역에서 칩을 제거하는 데 도움이 됩니다.

칩은 경우에 따라 숫돌에 붙을 수도 있습니다. 이것은 더 공격적인 연삭이나 연삭 휠에 달라붙는 경향이 있는 특정 금속을 연삭할 때 발생할 수 있습니다. 이러한 응용 분야에서는 스크러버 노즐을 구현해야 할 수 있습니다. 스크러버 노즐은 일반적으로 휠 구조에서 칩을 제거하기 위해 연삭 구역 뒤에 목표로 하는 고압(500-1,000psi), 저유량 장치입니다.

그러나 부품 보어의 공간이 제한되어 있기 때문에 스크러버 노즐은 내경 연삭에 대한 답이 될 것 같지 않습니다. 이러한 경우 홍수 냉각수를 사용해야 합니다. 그러나 OD 및 크리프 피드/표면 연삭의 경우 스크러버 노즐은 종종 부품이나 고정 장치를 방해하지 않고 구현될 수 있습니다.

열악한 냉각수 필터링은 또한 표면 마감에 부정적인 영향을 미치거나 부품 표면에 긁힘을 유발할 수 있습니다. 입자가 걸러지지 않으면 냉각수와 함께 분쇄 영역으로 다시 펌핑될 수 있습니다. 긁힘 및 마감 불량의 원인으로 필터링이 의심되는 경우 더 작은 마이크론 필터를 사용해야 할 수 있습니다. 예를 들어 초경 연삭의 일반적인 경험 법칙은 최소한 휠 입자 크기의 10%보다 큰 입자를 걸러내는 필터를 사용하는 것입니다(표 4 참조).

확장 확장 표 4. 초경 연삭의 일반적인 경험 법칙은 10보다 큰 입자를 포착하는 필터를 사용하는 것입니다. 바퀴 입자 크기의 %.

절삭유 유형은 일반적으로 휠 마모에 대한 윤활의 영향으로 인해 표면 조도에도 영향을 줄 수 있습니다. 스트레이트 오일 냉각수는 일반적으로 휠 마모를 감소시켜 보다 일관된 표면 조도를 제공합니다.

5. 기계 상태

연삭기 관련 요소는 공작물 표면 조도에 영향을 줄 수 있습니다. 여기에는 다음이 포함됩니다.

휠/허브 조립 밸런스: 연삭 휠 어셈블리가 허용 가능한 수준으로 균형을 이루지 않으면 떨림 및/또는 불량한 표면 조도가 발생할 수 있습니다. 밸런싱은 정적 밸런서, 동적/수동 밸런서 또는 기계에 장착된 자동 밸런서와 같은 장비를 사용하여 수행할 수 있습니다. 필요한 공작물 정밀도와 표면 조도에 따라 사용할 장비 유형이 결정됩니다.

연삭 스핀들에 직접 장착되는 자동 밸런서 시스템은 최상의 밸런싱 옵션입니다. 이 시스템은 허브 내에서 자동으로 추를 이동하여 휠/허브 불균형을 상쇄합니다. 자동 밸런서는 크리프피드 및 OD형 기계와 같은 대형 기계로 제한되므로 작은 직경의 휠에는 실용적이지 않습니다.

그 다음으로 좋은 밸런싱 방법은 동적/수동식 밸런싱 시스템으로 모든 종류의 기계에서 사용할 수 있습니다. 기계에서 직접 휠/허브 어셈블리의 균형을 맞추지만 균형추를 수동으로 움직여야 합니다.

마지막으로, 기계에서 수행되는 정적 균형 조정은 달성할 수 있는 균형 수준 측면에서 한계가 있습니다. 그러나 균형을 맞추지 않는 것보다 낫고 일부 응용 프로그램에서는 잘 작동합니다.

즉, 모든 바퀴에 균형이 필요한 것은 아닙니다. 낮은 질량을 가진 일부 작은 바퀴는 문제가 되는 불균형을 만드는 무게가 없습니다. 따라서 이 작은 바퀴가 매우 빠른 속도로 작동하지 않거나 기계/시스템(깃털)이 뻣뻣하지 않은 경우 균형이 필요하지 않습니다. 또한 정밀도가 낮거나 황삭 작업에 사용되는 휠은 밸런싱이 필요하지 않을 수 있습니다.

기계 강성: 기계 강성이 불량하면 공작물 품질이 저하될 수 있습니다. 시간이 지남에 따라 스핀들 베어링이 마모되어 헐거워질 수 있습니다. 기계가 충돌한 경우 베어링도 손상될 수 있습니다. 가능한 경우 진동 분석 장비를 사용하여 스핀들 베어링을 주기적으로 또는 지속적으로 점검해야 합니다. 이 장비는 열악한 공작물 품질을 초래할 수 있는 스핀들 베어링과 관련된 다가오는 문제를 예측하는 데 도움이 되는 훌륭한 도구입니다. 고정 장치와 클램핑 방법이 불량하면 진동이나 편향이 발생하여 궁극적으로 표면 조도가 불량해질 수 있습니다.

복장 시스템: 휠을 올바르게 드레싱하는 것은 우수한 표면 조도를 달성하는 데 중요하므로 드레싱 시스템의 상태가 양호해야 합니다. 고정 도구는 손상되거나 마모된 경우 교체해야 합니다. 연삭 스핀들과 같은 회전 도구는 과도한 진동, 런아웃 및 움직임이 없는지 확인해야 합니다.

공작기계 유지보수: 예정된 기계 윤활, 압축 공기 품질 모니터링, 필터 교체 빈도 등에 대한 공작 기계 공급업체의 지침을 따르는 것이 중요합니다. 휠 허브와 아버는 물론 고정 장치, 고정 받침대, 심압대 센터 등도 손상되지 않았는지 검사해야 합니다. 이러한 기계 구성 요소를 검사하는 것은 작업장의 일일 예방 유지 관리 루틴의 일부여야 합니다.

정기적인 유지 관리 외에도 많은 회사에서 현재 가속도계, 온도계, 압력계 등과 같은 센서로 기계를 모니터링하는 상태 기반 모니터링(CBM)과 같은 유지 관리 프로그램을 구현하고 있습니다. 이 예측 유지 관리는 센서에서 수집한 데이터를 사용하여 추세를 설정하고 오류를 예측하며 베어링과 같은 구성 요소를 변경해야 하는 시기를 결정하는 데 도움이 됩니다.

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