고밸런스 엔드밀 성능 극대화: 수명과 정밀도를 위한 팁

고속 가공은 입증된 더 높은 효율성과 생산성(스핀들 속도와 금속 제거율 증가)을 통해 전 세계 기계 작업장에서 점점 더 널리 퍼지고 있습니다. 그러나 이러한 높은 스핀들 속도에서는 그렇지 않으면 무시할 수 있는 오류와 불완전성이 공구 수명 단축, 열악한 표면 조도, 기계 자체 마모 같은 부정적 효과를 초래할 수 있습니다. 이러한 부정적 효과의 많은 부분은 총 원심력 증가로 인한 진동, 업계에서 흔히 채터(chatter)라고 부르는 것에서 기인합니다. 진동의 주요 원인 중 하나이자 더 제어 가능한 요소 중 하나는 공구 언밸런스(unbalance)입니다.

밸런스가 가공에 중요한 이유

언밸런스는 공구의 질량 중심이 회전 축에서 벗어난 정도입니다. 낮은 수준의 언밸런스는 낮은 RPM에서는 구별되지 않을 수 있지만, 원심력이 증가하면 공구 질량 중심의 작은 변화가 성능에 상당한 해로운 영향을 미칠 수 있습니다. 고밸런스 엔드밀(High Balance End Mills)은 증가된 스핀들 속도에서 진동 문제를 해결하는 데 자주 사용됩니다. 밸런싱은 계산된 양과 방향으로 질량을 제거하여 본질적인 비대칭 질량 분포를 보상하는 데 사용됩니다.

이미지 출처: Haimer; 밸런싱 기초

Helical Solutions는 2날과 3날 옵션(그림 2 참조), 스퀘어와 코너 R, 3날 공구에 쿨런트 스루(coolant-through)를 갖춘 고밸런스 엔드밀을 제공합니다. 이 엔드밀은 업계 표준인 33,000 RPM에서 G2.5로 밸런싱됩니다: G는 언밸런스로 인한 잠재적 손상을 나타내며 '밸런싱 품질 등급' 또는 G로 표현되고, 2.5는 초당 밀리미터 단위의 진동 속도입니다. 이 공구들은 높은 RPM과 이송 속도가 가능한 고밸런스 머시닝 센터에서 성능을 높이도록 특별히 설계되었습니다. 고밸런스 공구로 가공 공정 중 진동이 감소하여 향상된 표면 조도도 달성됩니다. 또한 이 엔드밀은 현재의 하이엔드 공구 홀딩을 중심으로 설계되었으며, 특정 전체 길이에서 다양한 넥 길이로 제공됩니다. 이러한 치수 조합은 최대 강성과 감소된 과도한 돌출을 초래하여 최적의 성능과 공구를 한계까지 밀어붙일 수 있는 능력을 가능하게 합니다.

고밸런스 공구의 비용 이점

고밸런스 엔드밀을 선택하는 기계공들은 스핀들에서 특정 이점을 볼 수 있지만, 지갑에서도 이점을 볼 수 있습니다. 이 유형 공구 선택의 비용 이점에는 다음이 포함됩니다:

• 더 긴 공구 수명
• 더 긴 스핀들 수명
• 기계 다운타임 감소

탭 테스터(Tap Tester) 활용

탭 테스터의 기능

진동은 특히 높은 RPM과 이송에서 애플리케이션의 최악의 적입니다. 탭 테스터 같은 리소스를 사용하면 진동을 줄이고 절삭 성능 예측과 채터 한계를 생성하여 고밸런스 엔드밀을 최대한 활용할 수 있습니다.

탭 테스팅 작동 원리

이미지 출처: Manufacturing Automation Laboratories Inc.

탭 테스팅은 절삭 성능 예측과 채터 한계를 생성합니다. 탭 테스트에서 기계-공구 구조는 임펄스 해머로 타격하여 '여기(excite)'되거나 테스트됩니다. 밀링에서 기계-공구 구조는 보통 X, Y, Z 세 방향 모두에서 유연하지만, 고밸런스 공구가 사용되는 밀링 애플리케이션에서는 유연성이 일반적으로 X와 Y 두 평면에서만 고려됩니다. 임펄스 해머로 X와 Y 방향을 타격하면, 해머 크기, 사용 공구 유형, 구조 자체에 의존하는 특정 주파수 범위에서 구조가 여기됩니다. 초기 타격에서 생성된 주파수는 충격 힘 측정과 변위/가속도계 측정이 모두 가능할 만큼 충분한 정보를 생성합니다. 이 두 측정을 결합하면 주파수 응답 함수(Frequency Response Function)가 생성되며, 이는 주파수에서의 구조 동적 강성 플롯입니다.

탭 테스트에서 정보가 수집되면, 모든 스핀들 속도에 대한 최적 절삭 파라미터(절입 깊이, 속도, 이송)로 정보를 처리합니다. 최적 운전 파라미터를 알면 진동을 최소화하고 공구를 최대 잠재력까지 활용할 수 있습니다.

고밸런스 공구 요약

가공 공정 중 진동을 억제하는 것은 가공 성공에 극도로 중요합니다. 진동의 한 원인이 공구 언밸런스이므로, 밸런싱된 공구를 사용하면 더 부드러운 작업, 더 깨끗한 최종 제품, 공구와 스핀들의 더 긴 수명이 결과로 나타납니다. 고밸런스 공구를 선택하는 기계공은 탭 테스터나 공구와 기계 셋업에 대한 완벽한 운전 파라미터를 생성하는 방법을 활용하여 가공 진동이 최소화되도록 할 수 있습니다.