정밀 홀 가공: 항공우주 및 자동차를 위한 CNC 서비스

게시일: 2019년 8월 12일 | 작성자: WayKen 프로젝트 매니저

홀 제조는 우리가 만드는 대부분의 홀이 사소한 정밀도, 얕은 깊이, 볼트 고정용이기 때문에 크게 과소평가됩니다. 그러나 현대 하이테크 산업(특히 항공우주 및 자동차)은 극도로 정밀하거나 깊은 홀, 또는 매우 정밀한 위치를 가진 홀 제조 요구사항을 가지고 CNC 서비스 시장에 옵니다. 첨단 CNC 가공 서비스 외에도 이러한 요구사항은 특수 기술과 신중한 계획이 필요합니다.

홀 가공 이슈

홀 제조 공정은 제조 관점에서 실제로 꽤 까다롭습니다. 홀 내부에 냉각수를 적용하기 어려워 공구와 블랭크가 쉽게 과열될 수 있고, 공정이 기계공에게 보이지 않아 기계 정보에만 의존해 맹목적으로 절삭해야 하며, 특히 작은 직경의 홀에서 측정을 수행하기 어렵습니다. 이것들은 홀 제조의 몇 가지 문제에 불과합니다. 따라서 정밀 홀을 만들기 위해 CNC 서비스는 항상 가공 전략을 개발 및 개선하고, 고객 요구사항을 충족하기 위해 새로운 공구와 도구를 발명합니다.

딥 드릴링(Deep Drilling)

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글쎄요, 드릴링 자체는 일반적인 공정이고 짧은 홀 드릴링에는 흥미로운 점이 없습니다. 하지만 홀이 깊어질수록 드릴링하면서 축을 곧게 유지하기가 더 어렵습니다. 이는 더 긴 드릴이 덜 강성이면서 동일한 길이로 만들 수 없는 두 개의 절삭 날을 가지고 있기 때문입니다. 따라서 드릴 양쪽의 절삭 힘이 다르며 드릴은 보통 직선 축에서 벗어나 홈을 비뚤어지게 만듭니다. 이는 고정밀 CNC 부품에 용납될 수 없습니다.

그렇기 때문에 건 드릴링(Gun Drilling)이 발명되었습니다. 이름에서 알 수 있듯이 긴 정밀 홀이 주 요구사항인 긴 총신 제조에 처음 사용되었습니다. 그럼에도 불구하고 제조 기술의 발전으로 다른 산업들도 건 드릴링을 자사 목적으로 채택했습니다. 이 전략의 주요 차이점은 공구입니다. 건 드릴은 단일 절삭 날을 가지고 있어 일반 드릴처럼 코스에서 벗어나지 않습니다. 더 큰 칩 제거 홈이 있어 냉각 채널 역할도 합니다. 냉각수가 높은 압력으로 홈을 통해 펌핑되어 칩을 제거하고 드릴을 훨씬 더 잘 냉각시킵니다. 이 방법의 단점은 이 드릴을 일반 CNC 밀링 센터에 장착할 수 없으며 추가 툴링이 필요하다는 것입니다.

CNC 기계 샵은 극한의 경우 건 드릴을 사용하지만 대부분 범용 공구를 고수하려 합니다. 그래서 일반 드릴로 깊은 홀을 드릴링할 수 있는 특정 전략이 있습니다. 첫째, 홀 길이를 약 3-4 홀 직경 깊이의 세그먼트로 나눕니다. 드릴이 세그먼트 끝에 도달할 때마다 배출되어 블랭크와 공구가 냉각되고 홀에서 모든 칩이 빠져나가게 합니다.

고정밀 홀 가공

정밀 홀을 만들기 위해 CNC 드릴링은 보통 여러 공구로 수행되며, 첫 번째 공구는 홀 직경보다 훨씬 작고 다음 공구로 갈수록 커집니다. 이는 위에서 언급한 이유로 절삭 힘을 줄여 축 이탈을 감소시키기 위함입니다. 또한 연속 공정은 종종 단순 드릴링과 다릅니다:

코어 드릴링(Core Drilling)은 드릴링 직후 수행됩니다. 코어 드릴은 하나 대신 세 개의 절삭 날을 가지고 있어 더 안정적입니다. 코어 드릴은 보통 0.5mm 깊이만 가공하지만 절대적 장점은 축을 교정하는 능력입니다.

리밍(Reaming). 고객이 IT6까지의 공차와 매우 매끄러운 표면 조도를 가진 홀을 요구하면 리머를 가져와 가공 이송을 극도로 낮춥니다. 리머는 공구 측면을 따라 위치한 많은 긴 절삭 날을 가진 공구입니다. 전면 절삭 날이 있지만 극도로 작아 리밍 시 절삭 깊이는 약 0.1-0.05mm입니다. 이로 인해 절삭 날의 궁극적인 정밀도 덕분에 리밍은 훌륭한 홀을 만듭니다. 작은 홀의 경우 리밍은 수동으로 수행됩니다.

호닝(Honing)은 연마 공정이지만 CNC 공작 기계에서도 수행할 수 있습니다. 그러나 전용 호닝 기계가 확실히 더 좋습니다. 혼(Hone)은 기본적으로 절삭 날 대신 연마 판이 있는 리머입니다. 또 다른 차이점은 판을 올바른 직경으로 조정할 수 있다는 것입니다. 혼을 홀에 삽입하고 축을 중심으로 회전시키면서 판이 재료를 연마합니다. 혼이 배출되면 회전 방향이 반전됩니다. 결과적으로 홀 표면에는 미세한 십자형 홈(크로스 해칭)이 생기며, 이는 윤활을 훨씬 더 효율적으로 만듭니다.

홀 나사 가공 전략

많은 홀에 나사가 필요하며, 이는 복잡한 얇은 표면으로 구성되어 실제로 가공하기 꽤 어렵습니다. 나사 가공을 위한 여러 전략이 있지만, 그 전에 카운터싱킹(Countersinking) 또는 카운터보링(Counterboring)을 수행하는 것이 절대적으로 필요합니다. 이 두 공정은 홀 입구에 원뿔형 또는 원통형 홈을 만듭니다. 이는 나사 가공 공구가 올바르게 진입하도록 허용하고 나중에 실제 부품 조립을 돕습니다. 여기에 몇 가지 나사 가공 전략이 있습니다.

탭 드릴링(Tap Drilling)은 볼트와 비슷하지만 칩 제거 홈과 앞쪽에 긴 원뿔 영역이 있어 절삭 깊이를 점진적으로 증가시키는 단일 공구를 사용합니다. 탭(및 모든 나사) 가공 시 가공 이송은 나사 피치와 같습니다. 탭 드릴은 구멍에 천천히 삽입되어 나선형 절삭 날이 각각 점차적으로 재료를 깎아내어 나사를 형성합니다. 작은 홀은 수동으로 가공되며, 이 경우 홀 공정은 매우 꽉 조인 볼트를 조이는 것을 연상시킵니다. 탭 드릴은 삽입된 것과 같은 방식으로 주의 깊게 배출되어야 합니다. 이것을 잊고 풀지 않고 탭 드릴을 빼내려 하면 부러뜨릴 수 있으며 방전 가공(EDM)으로 제거해야 합니다.

나사 밀링(Thread Milling)은 공정 온도가 낮고 냉각수 적용이 훨씬 쉽기 때문에 더 나은 결과를 낳습니다. 홀 직경보다 30-40% 작은 특수 밀이 드릴 홈 궤적을 따라 나선형으로 이동하면서 자체 축을 중심으로 회전하여 효율적으로 절삭합니다. 최소 홀 직경은 최소 밀 직경에 따라 달라집니다.

나사 보링(Thread Boring)이라는 또 다른 전략이 있습니다. 이는 부품 설정과 주요 움직임 측면에서 터닝과 실제로 동일하지만 공구가 나사 홈 형태를 복사하도록 제조됩니다. 따라서 나사 피치로 부품의 구멍에 공급되어 나사의 나선형 표면을 절삭합니다. 보링은 큰 홀에 훌륭하지만 20mm보다 작은 홀은 가공할 수 없다는 점에 유의해야 합니다.

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