HPC 및 HSM으로 생산 시간 단축:완벽한 절단 솔루션

요약:

• 고성능 절단(HPC)은 금속 제거율을 극대화하여 사이클 시간을 단축하는 반면, 고속 가공(HSM)은 고속에서의 빠른 절단에 의존합니다. 둘 다 사용을 지원할 수 있을 만큼 안정적인 도구, 제어 장치 및 기계가 필요합니다.
• HPC에는 칩을 빠르게 배출할 수 있는 기계, 일반적으로 수평 머시닝 센터, 5축 기계 또는 반전 기계가 필요합니다. 적응형 제어 및 시뮬레이션은 또한 사용자가 절단 도구, 스핀들 또는 부품을 손상시킬 수 있는 힘 스파이크 또는 기타 문제를 방지하는 데 도움이 됩니다. 또한 작업장은 공구 수명과 성능을 최대화하기 위해 안정성을 고려하여 제작된 최신 절삭 공구 형상을 사용해야 합니다.
• HSM은 높은 스핀들 속도의 이점을 누리지만 실제로는 높은 스핀들 가속이 필요합니다. 대부분의 최신 CAM 패키지에는 사용자가 HSM 기술을 부품 기능에 신속하게 적용할 수 있는 기능이 포함되어 있습니다. 이러한 고급 기술을 위한 절단 도구는 이러한 도구 경로에서 발생하는 열에 더 잘 저항할 수 있도록 최신 코팅을 사용해야 합니다.

고성능 절삭(HPC) 및 고속 가공(HSM)에는 공식적인 표준이 없을 수 있지만 실제로 이러한 유형의 공구 및 공구 경로는 사이클 시간과 수익성을 크게 향상시킵니다. 이 방법은 다양한 변수를 다루며, HPC는 재료 제거율을 높이기 위해 무겁고 공격적인 절단을 사용하는 도구 및 도구 경로를 참조하는 반면, HSM은 높은 평균 이송 속도를 유지하고 비절삭 시간을 줄이기 위해 빠르고 가벼운 움직임을 사용하는 도구 및 도구 경로를 나타냅니다.

샌드빅 코로만트는 이러한 고성능 이분법의 양쪽 끝을 모두 충족하는 공구를 만들고 있으며, 샌드빅 대량 생산 솔루션 전문가 Chris Monroe는 작업장에서 이러한 공구를 사용하여 최대의 효과를 얻을 수 있는 방법에 대한 경험이 있습니다. 궁극적으로 올바른 제어 및 CAM 시스템을 사용하는 것이 중요합니다. 현대적인 코팅과 기하학을 최대한 활용합니다. 귀하의 작업에 적합한 강성, 스핀들 속도 및 칩 간격을 갖춘 피킹 기계입니다.

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일반적으로 HSM 툴링은 황삭 중심 HPC 툴링보다 더 매끄러운 표면 마감을 제공하지만 Monroe는 이것이 엄격한 구분은 아니라고 말합니다. Sandvik의 Plura HD 엔드밀과 같은 도구는 OEM 분류 시스템에 따라 HPC 도구로 인정되지만 여전히 우수한 표면 마감을 유지합니다. 이미지 제공:샌드빅 코로만트

HPC 대 HSM

HPC 도구 경로의 가장 큰 이점은 부품에 대한 지속적인 참여를 장려한다는 것이라고 Monroe는 말합니다. 이를 위해서는 훨씬 더 나은 기계 강성과 고정 장치가 필요하지만, 특히 프로그래머가 설정에 더 많은 토크를 가하는 무거운 절단 작업을 수행할 경우 금속 제거율이 크게 높아질 수 있습니다.

HSM 도구 경로는 향상된 모션 품질과 일정한 칩 두께를 통해 강점을 보여준다고 그는 말합니다. 커터가 계속 움직이는 동안 반경 방향 맞물림을 작게 유지하여 절삭력을 낮추고 공구 수명의 일관성을 향상시킵니다. 이러한 공구 수명을 통해 Monroe는 HSM 공구 경로가 소등 가공에 매우 적합하다고 말합니다. 이러한 도구 경로는 RPM이 높아질수록 확장이 잘 되지만, 주로 충분한 기계 가속이 필요하고 제어에 있어 상당한 미리보기를 지원해야 합니다.

CAM 및 제어

Monroe는 수동 작업으로는 HPC 및 HSM 도구의 기능을 활용할 수 없기 때문에 CNC는 최신 HPC 및 HSM 도구 경로의 전제 조건이라고 말합니다. HSM의 빠른 움직임을 추적하고 가속도를 제어하여 모션이 부드럽고 계단을 오르거나 흔들리는 일이 없도록 하려면 큰 미리보기를 갖춘 제어가 필요합니다. 한편 적응형 제어는 실시간 속도 및 피드 조정을 지원하여 갑작스러운 힘이나 열 급증 문제를 방지하므로 HPC 도구 경로에 매우 적합합니다.

CNC는 또한 CAM 및 시뮬레이션 소프트웨어를 사용하여 고급 도구 경로 설정에 따른 많은 어려움을 완화합니다. Monroe는 CAM 소프트웨어의 고정 사이클이 공구가 부품에 부딪치는 것을 방지하기 위해 세심한 속도 관리가 필요한 좁은 모서리와 같은 어려운 기능의 프로그래밍을 간소화할 수 있다고 지적합니다. 그는 또한 CAM 소프트웨어를 사용하면 단조품이나 주조품에서 적응형 도구 경로를 활성화할 수 있으며, 동일한 작업에 대한 공작물의 가공 전에 사소한 치수 변동이 있을 때 약간 조정할 수 있다고 말합니다. 시뮬레이션 기능은 작업장에서 칩을 제어하고 부하를 모니터링하여 작업 영역을 막히거나 스핀들을 손상시키지 않고 도구 생산성의 상한선에 접근할 수 있도록 도와줍니다.

Monroe는 하나의 CAM 또는 제어 브랜드를 다른 브랜드보다 권장하지 않습니다. 단지 상점에서 HPC 또는 HSM 워크플로우의 일부로 최신 버전을 사용한다는 점뿐입니다. 다양한 유형의 소프트웨어에 다양한 기능이 포함되어 있더라도 모두 매장에서 공기를 차단하는 시간을 줄여줍니다. 토크와 전력 사용량을 일정하게 유지함으로써 열적 불안정성을 줄이고 공구 수명을 향상시키며 궁극적으로 생산성을 향상시킵니다.

도구를 너무 세게 밀면 힘 스파이크가 발생할 수 있으므로 HPC 도구 경로로 작업할 때 부하 모니터링은 매우 중요합니다.

효율적인 도구 기하학

절삭 공구 형상의 발전으로 HPC 작업을 위한 보다 탄력적인 툴링이 가능해졌으며 Monroe는 Sandvik 라인업의 몇 가지 예를 지적할 수 있습니다. 이 회사는 도구 베이스를 향한 테이퍼를 포함하는 원뿔형 코어로 도구를 만들었습니다. Monroe는 이러한 테이퍼가 강성을 향상시키고 진동을 줄여 공구 수명을 연장하며 고이송 측면 밀링 및 깊은 포켓 가공에 유용하다고 말합니다. 툴링 OEM은 또한 대칭 및 비대칭 모두 동일하지 않은 나선을 사용하는 툴링을 출시하기 시작했습니다. 후자는 서로 다른 피치 각도의 나선을 사용하여 컷의 공진을 제한하는 반면, 전자는 단순히 나선을 쌍으로 연결하므로 인접한 나선이 동일한 피치 각도를 사용하지 않습니다. 두 경우 모두 작업장은 더 나은 도구 안정성을 경험하고 이를 통해 더 공격적인 피드와 속도로 작동하여 작업을 더 빠르게 완료할 수 있습니다.

Monroe는 강철 1030 베어링 상자의 표면 황삭 및 마감을 위한 표준 공구를 Sandvik의 불평등한 나선 WhisperKut 공구와 비교한 한 고객의 예를 공유했습니다. 기존 공구를 사용하면 공장에서는 214mm/분의 테이블 이송 속도로 4개 부품을 가공할 수 있었습니다. Sandvik의 최신 도구를 사용하여 공장은 835mm/분의 테이블 속도에서 하나의 도구로 40개의 제품을 생산할 수 있었습니다. 도구 수명이 크게 늘어난 것 외에도 Sandvik의 툴링은 허용 오차 범위를 벗어난 지점을 수정하기 위해 추가적인 수동 후처리 표면 마감 단계도 제거했습니다.

내열 코팅

한편 HSM 툴링은 툴 속도가 증가함에 따라 절삭 시 더 높은 열을 견딜 수 있는 코팅 기술의 발전으로 이점을 얻었습니다. Sandvik의 경우 이러한 개선 사항은 새로운 코팅 제제에 초점을 맞추지 않고 더 나은 성능을 위해 입증된 코팅을 적용하고 적층하는 새로운 방법에 중점을 둡니다. Monroe는 OEM이 최근 코팅이 기판에 달라붙고 코팅에 결정 구조를 생성하여 마모와 박리를 더 잘 견딜 수 있도록 돕는 여러 가지 PVD 코팅 공정을 개발했다고 말했습니다.

한 고객의 경우 Sandvik DURA 공구의 코팅은 경쟁사의 25.12ipm에 비해 43.45ipm의 테이블 속도로 304 SS 작업에 사용할 수 있을 만큼 충분히 내열성이 있었습니다. 약간 낮은 날당 이송에서도 샌드빅 공구는 교체가 필요하기 전까지 7.4시간 만에 50개의 공작물을 생산한 반면, 경쟁업체의 공구는 교체가 필요하기 전까지 5.1시간 만에 20개의 부품을 생산했습니다. Sandvik은 주기 시간 42% 감소, 비용 48% 감소로 고객의 생산성이 73% 향상되는 것으로 계산했습니다.

고급 툴링의 가장 큰 장점 중 하나는 제어되고 지속적인 참여가 가능하다는 점이라고 Monroe는 말합니다. 절단 작업을 계속함으로써 상점에서는 칩을 만드는 데 더 많은 시간을 할애하여 주기 시간을 줄이고 처리량을 높일 수 있습니다.

고급 툴링에는 고급 공작 기계가 필요합니다

Monroe는 수직, 수평 3축 및 4축 기계가 모두 HSM 도구 경로에 적합하다고 말하지만 칩 배출 요구로 인해 HPC는 수평 기계에서 더 나은 성능을 발휘한다고 주의를 줍니다. 그럼에도 불구하고 그는 기계에 칩 처리에 도움이 되는 고압 절삭유와 공기 시스템이 준비되어 있는지 확인할 것을 권장합니다. 5축 기계는 일반적으로 HPC 및 HSM 도구 경로와 모두 호환되지만 Monroe는 회전축 가속 속도에 주의를 기울여야 한다고 말합니다. 이는 작업장이 이송 속도를 따라잡을 수 있을 만큼 신속하게 부품 방향을 바꿀 수 없는 경우 제한 요소가 될 수 있기 때문입니다. Gravity는 또한 5축 기계의 칩 배출을 지원하여 칩이 포켓에서 배출될 수 있으므로 상점이 더욱 공격적인 이송 속도를 실행할 수 있도록 도와줍니다. 이와 동일한 원칙은 역밀 및 선반에도 적용되며, Monroe는 일반적으로 HPC 및 HSM 공구 경로를 모두 처리할 수 있는 안정성을 갖추고 있다고 말합니다.

높은 RPM 스핀들(40,000RPM)과 진동 없이 지속적인 하중 하에서 공구의 전체 플루트를 사용할 수 있는 충분히 안정적인 구조를 갖춘 기계의 출시로 HPC 및 HSM 공구 경로가 더욱 실용적이게 되었으며 공격적인 속도와 이송에서도 공구 수명이 향상되었다고 Monroe는 말합니다. 많은 최신 기계는 5년 전에 일반적으로 사용했던 것보다 20-40% 더 높은 스핀들 속도를 제공하고 재료 제거율은 100-300% 더 높다고 Monroe는 말합니다. 현대적인 공구 형상 및 코팅과 함께 이를 통해 공구 교환 간격을 연장하는 동시에 주기 시간을 획기적으로 개선하는 공구 경로를 사용할 수 있습니다.