정밀 가공을 위한 보링 머신의 주요 장점

보링 머신 사양

요소와 공구 비트 사이의 치수는 두 축을 중심으로 변경되어 내면을 수직 및 수평으로 절삭할 수 있습니다. 절삭 공구는 보통 단일 점(single-point)이며, M2 및 M3 고속강 또는 P10 및 P01 초경으로 제작됩니다. 헤드를 회전시켜 원뿔 구멍을 만들 수도 있습니다.

보링 머신은 다양한 크기와 스타일로 제공됩니다. 작은 물체의 보링은 선반에서 수행할 수 있지만, 더 큰 물체는 보링 머신에서 가공합니다. 공작물 직경은 일반적으로 1~4미터(3피트 3인치~13피트 1인치)지만, 최대 20미터(66피트)까지 가능합니다. 전력 수요는 최대 200마력(150kW)까지 가능합니다.

구멍 냉각은 보링 바의 중공 통로를 통해 이루어지며, 냉각수가 자유롭게 흐를 수 있습니다. 텅스텐 합금 디스크가 스트랩에 밀봉되어 보링 시 진동과 떨림을 방지합니다. 제어 시스템은 컴퓨터 기반일 수 있어 자동화와 더 높은 일관성을 허용합니다.

보링 가공이 필요한 이유

드릴링은 기존 구멍의 공차를 줄이기 위한 것이므로 몇 가지 설계 고려 사항이 있습니다. 첫째, 구멍의 대구경 장길이는 절삭 공구의 처짐 때문에 선호되지 않습니다. 둘째, 관통 구멍이 막힌 구멍(공작물 두께를 관통하지 않는 구멍)보다 선호됩니다.

이러한 요인들로 인해 드릴링과 깊은 구멍 드릴링은 본질적으로 특수 공구와 기술이 필요한 어려운 실무 영역입니다. 그럼에도 불구하고 인상적인 정밀도로 깊은 구멍을 생산하는 기술들이 개발되었습니다. 대부분의 경우 여러 절삭 점이 지름 반대쪽에 배치되어 처짐 힘이 서로 상쇄되도록 합니다. 또한 일반적으로 절삭유를 고압으로 공구를 통해 절삭날 근처 구멍으로 공급하는 방식이 포함됩니다. 총신 드릴링(gun drilling)과 대포 보링(boring cannons)은 전형적인 예입니다. 이 가공 기술은 원래 총기와 포신 생산을 위해 개발되었으나, 현재 많은 산업에서 널리 사용되고 있습니다.

:: 자세히 보기: 보링 머신: 당신의 작업장을 위한 핵심 기계

보링 가공 작동 원리

CNC 컨트롤러에서 다양한 정주기 보링 사이클을 사용할 수 있습니다. 이들은 공구를 연속적인 절삭, 후퇴, 이송, 절삭, 후퇴, 시작 위치 복귀 등으로 이동시키는 프로그래밍된 서브 프로그램입니다.

외부 선삭에서 발생하는 대부분의 선삭 작업은 보링에서도 찾아볼 수 있습니다. 외부 선삭에서는 공작물 길이가 공구 오버행에 영향을 주지 않으며, 공구 홀더 크기를 작업 중 발생하는 힘과 응력을 견딜 수 있도록 선택할 수 있습니다. 그러나 내부 선삭이나 보링에서는 공구 선택이 공작물 구멍의 직경과 길이에 의해 매우 제한됩니다.

모든 가공에 적용되는 일반적인 규칙은 최상의 안정성과 정밀도를 위해 공구 오버행을 최소화하는 것입니다. 드릴링 시 구멍 깊이는 오버행에 의해 결정됩니다. 더 큰 공구 직경을 사용하면 안정성이 증가하지만, 구멍 직경이 공작물에서 차지하는 공간을 칩 제거와 반경 이동 시 고려해야 하므로 가능성은 여전히 제한적입니다.

보링 안정성에 대한 제한은 생산 계획과 준비 시 특별한 주의가 필요하므로 설정됩니다. 공구 형상과 선택된 절삭 데이터가 절삭 힘에 미치는 영향, 다양한 보링 바 유형과 공구 클램핑이 안정성에 미치는 영향을 이해하면 진동을 최소화할 수 있습니다.

절삭 힘의 중요성

결합 중 접선 힘과 반경 절삭 힘이 공구를 공작물에서 멀어지게 밀어내어 처짐을 유발합니다.

접선 힘은 공구를 아래로 그리고 중심선에서 멀어지게 밀어냅니다. 구멍 내경의 곡률로 인해 클리어런스 각도도 줄어듭니다. 따라서 소구경 구멍에서는 인서트 클리어런스 각도가 충분하여 공구와 구멍 벽 사이의 접촉을 피하는 것이 특히 중요합니다.

반경 처짐은 절삭 깊이를 감소시킵니다. 직경 정밀도에 영향을 주는 것 외에도, 절삭 힘이 변함에 따라 칩 두께가 변합니다. 이는 날에서 공구 홀더로 전달되는 진동을 유발합니다. 공구 안정성과 클램핑이 진동량과 강화 또는 억제 여부를 결정합니다.

절삭 힘에 영향을 미치는 요인들

● 인서트 형상 (Insert geometry)

인서트 형상은 절삭 공정에 결정적인 영향을 미칩니다. 포지티브 인서트는 포지티브 레이크 각도를 가집니다. 플레이트 각도와 클리어런스 각도의 합은 90도 미만입니다. 포지티브 레이크 각도는 더 낮은 접선 절삭 힘을 의미합니다. 그러나 포지티브 레이크 각도는 클리어런스 각도나 에지 각도를 희생하여 얻습니다.

클리어런스 각도가 작으면 공구와 공작물 마모 위험이 있고 마찰이 진동을 유발할 수 있습니다. 레이크 각도가 크고 에지 각도가 작으면 더 날카로운 절삭날을 얻습니다. 날카로운 절삭날은 재료를 더 쉽게 관통하지만, 모서리나 기타 불균일한 마모로 인해 더 쉽게 손상되거나 변형될 수 있습니다.

에지 마모는 인서트 형상의 변화를 의미하며 클리어런스 각도를 감소시킵니다. 따라서 정삭 시 공작물의 요구 표면 조도가 인서트 교체 시기를 결정합니다. 일반적으로 정삭 시 에지 마모는 0.004~0.012인치, 황삭 시 0.012~0.040인치 사이여야 합니다.

● 레이크 각도 (Rake angle)

레이크 각도는 절삭 힘의 축 방향과 반경 방향에 영향을 미칩니다. 작은 레이크 각도는 큰 축 방향 절삭 힘 성분을 생성하는 반면, 큰 레이크 각도는 더 큰 반경 절삭 힘을 초래합니다.

축 방향 절삭 힘은 보링 바를 따라 힘이 향하므로 작업에 미치는 부정적 영향이 최소입니다. 진동을 피하기 위해 작은 리드 각도를 선택하는 것이 바람직하지만, 리드 각도가 칩 두께와 칩 흐름 방향 등 다른 요소에도 영향을 주므로 종종 타협이 필요합니다.

작은 접근 각도의 주요 단점은 절삭 힘이 절삭날의 더 짧은 구간에 분산되어 큰 접근 각도일 때보다 집중된다는 것입니다. 또한 절삭날이 공작물에 진입하고 빠져나갈 때 급격한 하중과 하중 해제를 겪습니다.

보링은 보통 사전 가공된 구멍에서 수행되며 경절삭으로 분류되므로 작은 레이크 각도가 일반적으로 문제를 일으키지 않습니다. 15도 이하의 리드 각도가 보통 권장됩니다. 그러나 15도 접근 각도에서는 반경 절삭 힘이 0도 접근 각도일 때의 거의 2배가 됩니다. 인덱서블 인서트가 장착된 일반적인 보링 바의 레이크 각도는 0도입니다.

● 노즈 반경 (Nose radius)

인서트의 노즈 반경도 절삭 힘 분포에 영향을 미칩니다. 코너 반경이 클수록 반경 및 접선 절삭 힘과 진동 발생이 커집니다. 그러나 이는 반경 절삭 힘에는 적용되지 않습니다. 공구의 반경 방향 처짐은 절삭 깊이와 팁 반경 크기의 관계에 의해 영향을 받습니다.

절삭 깊이가 블레이드 반경보다 작으면 반경 절삭 힘은 절삭 깊이가 증가함에 따라 증가합니다. 절삭 깊이가 정점 반경과 같거나 크면 반경 처짐은 접근 각도에 의해 결정됩니다.

따라서 절삭 깊이보다 약간 작은 정점 반경을 선택하는 것이 좋습니다. 이렇게 하면 가능한 가장 큰 코너 반경의 이점(더 강한 절삭날, 더 나은 표면 조도, 절삭날에 더 균일한 압력)을 활용하면서 반경 절삭 힘을 최소화할 수 있습니다.