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CNC 밀링 머신 절삭력 효율에 영향을 미치는 주요 요인

CNC 밀링 머신으로 금속을 절삭할 때, 공구가 공작물에 절입하여 공작물 재료를 칩으로 변형시키는 데 필요한 힘을 절삭력이라고 합니다. 절삭력은 절삭 동력 계산, 공구/공작기계/지그 설계, 절삭 파라미터 수립의 중요한 기초입니다. 자동화 생산에서 절삭력은 가공 공정과 공구 작동 상태를 모니터링하는 데에도 사용될 수 있습니다.

CNC 밀링 머신의 절삭력과 절삭 동력

1. CNC 밀링 머신 절삭력의 근원

절삭력의 근원은 한편으로는 칩 형성 과정에서 탄성 변형과 소성 변형 동안 생성되는 저항이고, 다른 한편으로는 칩과 공구 레이크 면 사이의 마찰 저항, 공작물과 공구 플랭크 면 사이의 마찰 저항입니다.

2. 절삭력과 분해

절삭 중 총 절삭력 F는 공간 힘입니다. 측정과 계산을 용이하게 하고 공작기계, 지그, 공구 설계 및 공정 분석의 필요를 충족하기 위해 F는 종종 서로 수직인 세 가지 절삭 분력 Fc, Fp, Ff로 분해됩니다.

(1) 주 절삭력 Fc는 총 절삭력 F의 주 운동 방향 투영이며, 그 방향은 기저면에 수직입니다. Fc는 공작기계 동력, 공구 강도, 지그 설계 및 절삭 파라미터 선택의 중요한 기초입니다. Fc는 경험 공식이나 단위 절삭력 kc(단위: N/mm)로 계산할 수 있습니다: Fc=kcAD=kchDbD=kcapf.

(2) 이송 방향과 수직한 총 절삭력 F의 분력인 배킹 포스 Fp입니다. 공작물 변형을 유발하고 시스템 진동을 일으키는 주요 요인입니다.

(3) 이송 운동 방향으로 총 절삭력 F의 절삭 분력인 이송력 Ff입니다. 공작기계 이송 메커니즘과 공작기계 이송 동력 설계 및 검사의 주요 기초입니다.

절삭력은 총 절삭력 F를 Fc와 FD로 분해하고, FD를 Fp와 Ff로 분해합니다. 그 관계는 Ff=FDsinkr; Fp=FDcoskr입니다.

3. CNC 밀링 머신의 절삭 동력

절삭 동력은 절삭 과정에서 절삭력에 의해 소모되는 동력을 말하며, pm으로 표시하고 단위는 kW입니다. 외경 선삭 시 주 절삭력 Fc와 이송력 Ff의 동력 소모 합입니다. 이송력 Ff의 동력 소모가 매우 작기 때문에(단 1%~5%), 일반적으로 Ff의 동력 소모는 무시할 수 있고, Fp는 일을 하지 않으므로 공식 Pm=Fcυc×10을 얻습니다. 여기서 Fc는 주 절삭력(N), υc는 절단 속도(m/s)입니다.

공작기계의 전달 효율을 고려하면 절삭 동력 Pm에서 공작기계 모터 정격 PE를 얻을 수 있습니다. 즉, PE≥Pm/η, 여기서 η는 공작기계 전달 효율로 일반적으로 0.75~0.85입니다.

CNC 밀링 머신 절삭력 효율에 영향을 미치는 주요 요인

CNC 밀링 머신 절삭력에 영향을 미치는 주요 요인

1. 공작물 재료가 CNC 밀링 머신에 미치는 영향

공작물 재료의 강도와 경도가 높을수록 절삭 변형은 약간 감소하지만 총 절삭력은 여전히 증가합니다. 가공 강도와 경도가 비슷한 재료의 경우, 소성이 크면 공구와의 마찰 계수도 커서 절삭력이 증가하고, 취성 재료의 경우 소성 변형이 작아 칩과 공구 레이크 면 마찰이 작아 절삭력이 작습니다.

2. CNC 밀링 머신 절삭량의 영향

(1) 이송량 f와 절삭 깊이 ap

f와 ap가 증가하면 절삭 면적이 증가하고 주 절삭력도 증가하지만, 두 영향의 정도는 다릅니다. 선삭 시 ap가 2배가 되면 주 절삭력은 약 2배가 되고, f가 2배가 되면 주 절삭력은 68%~86%만 증가합니다. 따라서 절삭 공정에서 주 절삭력과 절삭 동력을 고려한다면, 이송량을 늘리는 것이 절삭 깊이를 늘리는 것보다 더 유리합니다.

(2) 절단 속도 υc

YT15 초경합금 선삭 공구로 45강(ap=4mm, f=0.3mm/r) 가공 시 절단 속도가 절삭력에 미치는 영향 곡선입니다. 소성 금속 절삭 시, 빌트업 에지 영역에서 빌트업 에지 성장은 공구의 실제 레이크 앵글을 증가시켜 칩 변형을 줄이고 절삭력을 감소시킵니다. 반대로 빌트업 에지 감소는 절삭력을 증가시킵니다. 빌트업 에지가 없을 때 절단 속도 υc가 증가하면 절삭 온도가 상승하고, 레이크 면 마찰이 감소하며, 변형이 감소하고 절삭력이 감소합니다. 따라서 생산에서 고속 절삭을 자주 사용하여 생산성을 향상시킵니다. 취성 금속 절삭 시 υc가 증가하면 절삭력이 약간 감소합니다.

3. CNC 밀링 머신 공구 기하학적 파라미터의 영향

(1) 레이크 앵글

레이크 앵글은 절삭력에 가장 큰 영향을 미칩니다. 소성 금속 절삭 시 레이크 앵글이 증가하면 절삭될 재료의 압출 변형과 마찰을 줄이고, 칩 배출을 원활하게 하며 총 절삭력을 감소시킵니다. 취성 금속 절삭 시 레이크 앵글은 절삭력에 뚜렷한 영향을 주지 않습니다.

(2) 네거티브 챔퍼링

날카로운 절삭 날에 네거티브 챔퍼를 연마하면 날 강도를 높여 공구 수명을 늘릴 수 있지만, 이때 절삭되는 금속 변형이 증가하여 절삭력이 증가합니다.

(3) 진입각

진입각이 절삭력에 미치는 영향은 주로 칩 두께와 팁 아크 곡선 길이의 변화를 통해 변형에 영향을 주어 절삭력에 영향을 미칩니다. 진입각은 주 절삭력 Fc에 미치는 영향은 작지만, 배킹 포스 Fp와 이송력 Ff의 비율에는 상당한 영향을 미칩니다. F'D는 공작물이 공구에 가하는 역추력입니다. F'p=F'Dcoskr, F'f=F'Dsinkr이므로, 진입각 kr을 증가시키면 이송력 F'f가 증가하고 배킹 포스 F'p는 감소합니다. 가늘고 긴 공작물 선삭 시 더 큰 진입각을 선택하여 공작물 굽힘 변형을 줄이거나 방지할 수 있습니다.

4. 기타 요인의 영향

공구와 공작물 재료 간의 마찰

동일한 절삭 조건에서 고속도강 공구의 절삭력이 가장 크고, 초경 공구가 그다음, 세라믹 공구가 가장 작습니다. 절삭 과정에서 절삭유 사용은 절삭력을 줄일 수 있으며, 절삭유의 윤활 성능이 높을수록 절삭력 감소 효과가 더 큽니다. 공구 플랭크 마모가 심할수록 마찰이 커지고 절삭력이 커집니다.

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