올바른 CNC 가공 공구 선택: 실용 가이드

CNC 가공은 여전히 금속 절삭 가공 범주에 속하지만, 고유한 특성을 가집니다. 주로 높은 자동화 정도, 긴 연속 가공 공정, 공구 세팅에 소요되는 시간이 기존 가공보다 더 복잡하고 시간이 많이 걸리는 것으로 실현됩니다. 따라서 공구 선택에는 고려할 가치가 많은 질문이 있습니다. 이 글에서는 CNC 흔히 사용되는 공구 관련 지식을 제공합니다. 좋은 공구가 CNC 가공 효율을 높이는 첫걸음이라고 믿습니다.

공구 재료 및 코팅

현재 사용되는 다양한 공구 재료는 각각의 특성을 가지며 서로 다른 가공 요구사항에 적합합니다. 일반적인 공구 재료의 필수 특성에는 낮은 마찰 계수, 높은 정밀도, 우수한 열전도율, 충분한 인성 및 내충격성이 포함됩니다.

기존 CNC 공작기계의 일반적인 공구 재료는 고속도강과 초경합금입니다. 그러나 고속 절삭, 건식 절삭, 난삭재 절삭, 연삭 대신 선삭 같은 특수 상황에서는 초경질 재료(세라믹, CBN, PCBN, 다이아몬드 등)를 사용해야 합니다. 이러한 초경질 재료의 가격은 상대적으로 높고, 절삭 공정과 파라미터를 마스터하기 어렵고, 공작기계 강성에 일정한 요구사항이 있으며, 일반 가공에서는 적용이 많지 않습니다.

초경질 공구 재료

공구 표면 코팅은 공구 성능을 향상시키는 중요한 방법 중 하나로, 최근 널리 사용되고 있습니다. 코팅된 공구의 수명은 코팅되지 않은 공구의 10배입니다. 일반적인 코팅에는 티타늄 질화물 TiN, 티타늄 탄화질화물 TiCN, 산화알루미늄 등이 있습니다. 다음 그림은 고속도강과 초경합금의 절단 속도가 100배 단축된 반면, 코팅 공구 사용으로 가공 시간이 4배 단축되었음을 보여줍니다.

공구 분류

흔히 사용되는 CNC 공구는 형상에 따라 세 가지 유형으로 나뉩니다: 엔드밀, 라운드 노즈 커터, 볼 커터. 각 공구는 고유한 역할을 합니다.

엔드밀

CNC 가공 센터의 엔드밀은 플랫 바닥 커터라고도 하며, 주 절삭 날로 둘러싸이고 바닥은 부 절삭 날입니다. 엔드밀의 외부 날과 바닥면에는 밀링 이빨이 있어 절삭 날을 형성하므로 공작물의 수직면을 밀링하는 데 사용할 수 있습니다. 엔드밀의 형상 변화는 매우 복잡하며, 평면, 홈, 윤곽 면 등 모든 종류의 가공에 적합합니다. 가장 널리 사용되는 밀링 커터라고 할 수 있습니다.

2D 형상 공작물을 밀링할 때 공작물과 접촉하는 영역이 외부 날과 바닥면이므로, 공구 피치와 절삭 깊이 모두에 매우 효율적인 값을 사용할 수 있습니다. 그러나 3D 공작물의 금형을 절삭할 때 공작물과의 접촉 영역이 거의 항상 날카로운 점에 가깝습니다. 따라서 공구 간 거리나 절삭 깊이를 줄여야 하며, 이는 가공 효율을 떨어뜨립니다.

간단히 말해, 엔드밀은 2D 형상 공작물에 적합하지만 3D 형상 공작물에는 적합하지 않습니다.

볼 나이프

볼 모양의 바닥 날을 가진 블레이드를 볼 나이프라고 하며, R 나이프라고도 합니다. 엔드밀과 대조적으로 볼 커터는 3D 공작물 밀링에 필수적인 공구입니다. 볼 나이프의 바닥은 엔드밀처럼 날카로운 점이 없고 R 각도의 블레이드를 가지므로 볼 나이프의 블레이드가 더 안정적이고 무너지기 쉽지 않습니다.

금형 가공에서 볼 커터는 주로 3D 금형 밀링, 특히 마감 및 코너 클리닝에 사용됩니다. 그러나 구형 커터와 공작물의 접촉 면적이 작고 거리를 늘릴 수 없어 비교적 평평한 영역 밀링에는 적합하지 않습니다.

라운드 노즈 나이프

CNC 가공 센터의 라운드 노즈 나이프는 플랫 바닥 R 나이프라고도 하며, 황삭, 평면 매끄러운 나이프, 곡면 윤곽 매끄러운 나이프로 사용할 수 있습니다. 엔드밀과 구형 커터에 비해 라운드 노즈 커터는 둘의 장점을 결합하고 더 나은 작업 효율을 가집니다. 라운드 노즈 나이프의 수평 공구 간격은 볼 나이프보다 클 수 있으며, 마감 시 볼 나이프와 같은 장점을 가집니다. 따라서 라운드 노즈 나이프는 황삭이나 마감에 좋은 선택입니다.

공작물이 크고 표면 변화가 작고 좁은 오목 영역이 작으며 상대적으로 평평한 영역이 크다면, 라운드 노즈 나이프로 가공한 후 2차 황삭 방식으로 후속 가공이 필요한 영역을 찾는 것이 가장 좋습니다. 하지만 일부 오목 영역에 직면하면 라운드 노즈 나이프는 블레이드 사각지대가 있어 '탑 에지' 현상이 발생합니다.

흔한 문제와 해결책

실제 작업에서는 항상 다양한 문제가 발생합니다. 여기 몇 가지 흔한 문제와 해결책을 소개합니다. 이 문제들이 해결됨에 따라 공작기계의 가공 효율이 향상될 것이라 믿습니다.

공구 진동

점점 더 많은 난삭재가 사용됨에 따라 진동은 가공 효율 향상의 걸림돌 중 하나가 되었습니다. 진동 발생은 가공 정밀도와 표면 거칠기에 직접적인 영향을 미치고, 공구 마모를 가속화하며, 공구 수명을 심각하게 단축시키고, 심한 경우 절삭 작업을 계속할 수 없게 만듭니다.

공구 진동에는 동시에 존재하는 세 가지 조건이 필요합니다. 공구를 포함한 공정 시스템이 충분히 강하지 않아 고유 진동수가 낮습니다. 절삭 중 충분히 큰 외부 여기력이 발생합니다. 외부 여기력의 주파수가 공정 시스템의 고유 진동수와 같습니다. 공진.

공구 진동 해결 아이디어는 세 부분으로 나뉩니다. 첫째는 절삭력을 최소화하는 것입니다. 절삭력을 줄이려면 가능한 가장 작은 팁 아크를 사용하십시오. 공구의 레이크 앵글을 늘리십시오. 프레스 블레이드를 그라운드 블레이드로 교체하십시오. 절삭 깊이를 줄이고 속도를 줄이며 이송을 늘리십시오. 연장된 샤프트에 90도 진입각을 사용하십시오. 가는 막대가 있는 밀링 커터의 경우 라운드 인서트가 진동 감소에 가장 유리합니다.

둘째는 공구 시스템 또는 지그와 공작물의 정적 강성을 최대화하는 것입니다.

셋째는 공구 봉 내부에 또 다른 진동을 생성하여 외부 여기 절삭력의 진동 주파수를 교란시켜 공구 진동을 제거하는 것입니다.

블레이드 마모

가공 공정 중 전면과 후면 공구 면이 종종 너무 빨리 마모됩니다. 그중에서 블레이드 손상 조건에 따라 다른 대응 방법이 있어야 합니다.

1. 후방 면 과도 마모로 거친 표면과 불량한 가공 치수 발생

이 시나리오의 원인에는 높은 절단 속도 또는 블레이드의 내마모성 불량이 포함됩니다. 해결책에는 절단 속도를 줄이는 방법 개선, 절삭량 점진적 증가, 더 내마모성 있는 블레이드 재료 또는 코팅 사용, 업 밀링 대신 다운 밀링 사용 시도가 포함됩니다.

2. 노치 마모

블레이드 홈이 연마된 후 손상되어 표면 거칠기와 치핑을 유발할 수 있습니다. 원인에는 이송 속도가 너무 작음, 피삭재의 가공 경화 경향, 공작물 표면의 산화 피막 등이 있습니다. 이 상황에 직면하면 손톱으로 블레이드 홈 마모를 자주 확인해야 합니다.

3. 스테인리스강 및 내열 합금 밀링 시 빌트업 에지

밀링 스티키 커터를 빌트업 에지라고도 하며, 가공 표면을 거칠게 하고 버를 만듭니다. 빌트업 에지 탈락은 블레이드 레이크 면 탈락과 블레이드 가장자리 붕괴를 유발하고, 내열 합금 공작물의 2차 치핑으로 가장자리가 빠르게 붕괴됩니다. 이 상황의 원인은 무딘 절삭 날, 음의 레이크 앵글, 낮은 절단 속도, 너무 얇은 칩 두께, 불량한 칩 배출 등뿐입니다.

빌트업 종양 해결 방법은 대략 '여섯 단계'에 기반합니다. 첫 단계: 스테인리스강과 알루미늄 합금의 절단 속도 증가. 둘째 단계: 물리 코팅 블레이드 또는 무코팅 블레이드 사용. 셋째 단계: 최적의 칩 두께를 달성하기 위해 절삭량을 점진적으로 증가. 넷째 단계: 2차 칩 방지를 위해 충분한 고압 냉각수 또는 공기 준비. 다섯째 단계: 업컷 밀링 대신 다운 밀링 사용. 여섯째 단계: 내열 티타늄 합금과 석출 경화 스테인리스강의 저속 가공 시 순수 광물유로 절삭 구역 세척.

4. 블레이드 파손 또는 나이프 히트

이러한 에지 치핑에는 많은 원인이 있습니다. 블레이드 재료가 너무 경질이거나, 블레이드 지오메트리가 너무 약하거나, 사용된 절단 속도가 너무 낮아 절삭 날이 뭉개져 공작물 재료가 고르지 않거나 간헐적 절삭이 발생할 수 있습니다.

이 상황에 대해 먼저 심이 파손되었는지, 블레이드 나사가 변형되어 교체 필요한지 확인합니다. 둘째, 진동 요인을 제거하고 인성이 더 좋은 블레이드 재료를 사용하며 강한 에지의 블레이드로 교체합니다. 마지막으로 절단 속도를 높여 에지가 뭉개지는 것을 방지합니다. (관련 글: 가공 마모 문제 및 해결책 요약)