고성능 가공 성공 극대화: 공구 홀더가 중요한 이유

난삭 소재, 고속·고이송, 공구 밸런싱 사이에서 공구 홀더는 고성능 기계에서 부품 가공 성공에 여러분이 생각하는 것보다 훨씬 더 중요합니다. 그 이유를 알아보십시오.

귀사 작업장이 새 고성능 머시닝 센터(HPMC)를 막 구입했습니다. 20,000rpm 스핀들, 분당 2,400ipm의 급이송 속도, 이에 맞춘 이송 속도 등 인상적인 사양을 자랑합니다. 작업장 바닥에서 가장 빠릅니다. 모두 시트 메탈에 부딪히는 칩의 타타타탁 소리와 깊은 절삭 중 스핀들 모터의 낮은 웅웅거림을 즐기고 있습니다.

단 한 가지 문제가 있습니다: 이 새로운 더 높은 스핀들 속도에서 채터가 발생해 모두 귀마개를 찾느라 분주합니다. 공구 수명이 저하됩니다. 사장님이 최근 들여오기 시작한 17-4 PH와 Ti-5553(트리플 5) 티타늄 항공우주 부품 가공 시 공구 풀아웃(pullout)이 큰 문제입니다. 결과? HPMC 투자 덕분에 매일 만들어내리라 기대했던 부품 더미가 나타나지 않습니다.

공정하게 말하면, 이러한 불만은 기존의 덜 유능한 머시닝 센터에도 해당될 수 있습니다. 사실 그것이 처음에 새 기계를 도입한 동기 중 하나였을 수도 있습니다. 유감스럽게도 말씀드리지만, 문제는 수십 년 동안 사용해 온 사이드락 엔드밀 홀더와 ER 타입 콜렛 척이 현대 가공 기술에 적합하지 않다는 데 있을 가능성이 큽니다.

"고속·고이송이 가능한 공작기계, 최신 형상과 코팅의 절삭 공구, 이 둘 사이의 인터페이스인 공구 홀더에서 왜 비용을 아끼려 합니까?"라고 Kennametal의 선임 글로벌 제품 관리자 로날드 웨스트는 말합니다. "오늘날 공작기계가 더 높은 속도와 이송을 구현할 수 있게 되면서, 공구 홀딩은 고성능 절삭 공구의 역량을 활용하기 위해 그 어느 때보다 중요해졌습니다."

일부 제조사는 기계와 최신 툴링·절삭 기술에 투자하지만, 업무에 맞지 않는 범용 공구 홀더를 사용하는 경우가 드물지 않습니다. 그런데 이것은 오늘날 고성능 환경에서, 특히 첨단 소재를 다루는 항공우주 분야에서 가장 중요한 요소 중 하나라고 웨스트는 설명합니다.

"사이드락 홀더는 여전히 업계에서 두드러지지만, 기업들이 지금 구매하는 초경 절삭 공구 투자를 제대로 살리지 못하는 것입니다."라고 웨스트는 말합니다. "공구 홀더는 오늘날 사용되는 고성능 기계의 종류에 맞춰야 합니다."

공구 이동을 막고, 추가 스크랩을 방지하며, 공구 수명을 지키십시오

공구 풀아웃을 고려해 보십시오. 티타늄 및 기타 내열 초합금 가공은 축방향과 반경방향뿐만 아니라 축방향(중복 표현이나 원문 의역)으로 높은 절삭력을 발생시켜 공구 풀아웃을 초래할 수 있습니다. 공구 파손과 부품 스크랩을 방지하기 위해 올바른 유형의 공구 홀더를 사용하는 것이 더욱 중요합니다. 움직임이 미미할 수 있습니다—수천 분의 1인치 정도일 수 있지만, 매우 비싼 부품을 스크랩으로 만들기에 충분할 가능성이 큽니다. 공구 생크에 홈과 평면을 아무리 갈아 넣어도, 가장 예상치 못한 순간에 움직일 것입니다.

최선의 해결책은 풀아웃을 제거하도록 특별히 설계된 공구 홀더입니다. 많은 업체가 Haimer의 특허받은 Safe-Lock 기술을 라이선스합니다. 모두 기존 사이드락 홀더를 압도하며 런아웃 특성도 개선합니다. 사용 가능한 솔루션의 작은 예시는 다음과 같습니다:

• Sandvik Coromant의 CoroChuck 930 유압 엔드밀 홀더는 '풀럼(fulcrum)' 방식의 2점 메커니즘으로 이동을 방지합니다.
• Kennametal의 HydroForce™ 유압 척(헤비 밀링용)은 탁월한 런아웃과 정밀도를 자랑하며, 옵션인 SAFE-LOCK 슬리브가 난삭 소재(항공우주 및 에너지 산업용)에서 풀아웃을 방지합니다.
• Big Kaiser의 Mega Perfect는 웰돈 플랫 엔드밀을 수용하면서도 슬립과 풀아웃을 제거한다고 합니다.

금속 가공 노력을 최대한 활용하고 싶으십니까? "공구 홀더로 기계 생산성 극대화하는 방법"을 읽어보십시오.

하모닉스, 채터, 스핀들을 제어하십시오

여러분은 그 어느 때보다 빠르게 공구를 회전시키고 있으며, 수년간 감수해 온 런아웃이 최고의 밀링 커터조차 금방 망가뜨립니다. 높은 rpm이 하모닉스를 생성해 채터를 유발하고, 언밸런스 상황으로 인해 스핀들 손상으로 이어질 수 있습니다.

이러한 더 높은 속도, 이송, 채터, 하모닉스 문제를 관리하기 위한 몇 가지 옵션이 있습니다: 슈링크 핏 공구 홀딩, 유압 척, 기계식 밀링 척. 각 옵션을 직접 테스트하고 결과를 문서화한 뒤, 가격이 아닌 귀사 기계에서의 성능을 기준으로 결정하십시오.

슈링크 핏 공구 홀딩

슈링크 기계가 필요하고, 공구 교체마다 홀더를 가열하고 냉각하는 데 1~2분 더 소요하지만, 많은 작업장이 슈링크 핏의 극한 정밀도와 본질적 밸런스를 맹신합니다. Haimer에 따르면 총 40초 미만입니다.

유압 공구 홀더 및 척

유압 척은 정밀하고, 사용이 간편하며, 강력한 공구 홀딩 능력을 제공합니다. 예를 들어 헤비 밀링용인 Kennametal의 HydroForce™는 기존 유압 척 시스템의 3배 클램핑 힘을 주장하며, 앨런 렌치만으로 조작 가능합니다. HydroForce 척은 댐핑 능력이 있어 티타늄 및 기타 고온 합금 가공 시 공구 수명을 향상시킵니다.

기계식 밀링 척

Schunk, Iscar, Guhring 등이 20,000rpm 정격, 0.0002인치 이하 런아웃의 기계식 밀링 척을 판매합니다(Sandvik Coromant, Big Kaiser 등도 마찬가지). 조작은 간단하며, 100년 된 웰돈 플랫보다 강성과 클램핑 힘이 훨씬 높습니다.

레거시 공구 홀딩 이야기를 하자면, 새 기계가 HSK, Capto, KM4X 또는 그에 준하는 스핀들 인터페이스를 탑재했기를 바랍니다. CAT과 BT 플랜지는 덜 까다로운 작업에는 완벽하지만, HRSA 소재를 가공하거나 고속 스핀들로 다이 캐비티를 정삭할 때는 현대적인 스핀들 인터페이스가 필요합니다.

이러한 기계 속도에서는 공구 밸런스가 필수입니다

대다수 툴링 전문가는 20,000rpm 이상의 스핀들 속도에서는 밸런스된 공구 홀더 어셈블리가 필수라고 말하며, 일부는 기준이 더 낮다고 제안합니다.

"그렇게 빠른 공작기계를 돌릴 때, 보통 12,000rpm 이상에서는 시스템 전체(공구 홀더+절삭 공구)를 항상 밸런싱하는 것이 권장됩니다."라고 웨스트는 말합니다. "공구 수명을 늘리고 스핀들 마모를 줄여줍니다… 콜렛 척이나 엔드밀 어댑터는 설계와 필요 하드웨어 때문에 밸런스 유지가 조금 더 어렵지만, 일반적으로 유압 척과 슈링크 핏 어댑터는 고속 애플리케이션용으로 파인 밸런싱하기가 훨씬 쉽습니다."

6,000rpm에서는 언밸런스를 그다지 느끼지 못하지만, 더 높은 속도에서는 공구 밸런스가 필수적이며, 공구 홀더 이야기에서 오해하기 쉬운 부분이라고 웨스트는 덧붙입니다.

이를 위해 특수 밸런싱 기계가 필요하며, 공구 프리세팅 과정에서 추가 노력이 필요합니다. 반드시 프리세팅을 수행하십시오. 사전 밸런스된 공구 홀더만으로는 부족합니다. 절삭 공구와 리텐션 놉(CAT/BT 기계의 경우)을 포함한 어셈블리 전체를 한 조각으로 밸런싱해야 합니다. 이러한 권장 사항을 따르고 정기적인 유지보수로 공구 수명을 연장하면 가동 중단 시간을 줄이고 더 나은 부품을 만들 수 있습니다.

"올바른 공구 홀더로 공작물 성능 개선을 입증할 수 있습니다."라고 웨스트는 말합니다. "간과하기 쉽지만, 엄청난 차이를 만듭니다."

고성능 머시닝 센터에서 공구 홀더가 만드는 차이를 체감하셨습니까? 경험을 공유해 주십시오.