고속 밀링에 사용되는 절삭 공구 및 공구 홀더에 대한 요구 사항은 무엇입니까?
고속 절삭(HSM)은 현대 밀링 기술에서 널리 사용되는 중요한 기술입니다. HSM 밀링 기술을 적용하면 다양한 연질 및 경질 소재를 밀링할 수 있을 뿐만 아니라 뛰어난 공작물 정밀도를 얻을 수 있습니다. 이 기사에서는 절삭 공구 및 공구 홀더에 대한 HSM의 요구 사항을 소개합니다.
1, 절삭 공구에 대한 HSM의 요구 사항
1. 기하학적 모양
공구 진동은 가공 중에 얻은 표면 품질에 직접적인 영향을 미칩니다. 따라서 HSM 정밀 가공 시 공구 진동을 방지하기 위해 공구에 균일한 절삭력을 유지하는 것이 매우 중요합니다.
절삭력에 대한 절삭 공구의 인접한 기하학적 특성의 영향:
1) 좋은 동심도는 절삭날에 하중을 균일하게 분산시키는 데 도움이 됩니다.
2) 절삭날의 중첩이 클수록 균일한 절삭력 특성을 얻는 데 유리합니다(나선각 및 홈 수가 더 커짐).
3) 절삭 길이가 짧을수록 강성이 향상됩니다(공작 기계의 가파른 벽에 비해 샤프트 직경이 약간 감소함).
4) 코어의 단면 상태가 가장 좋고, 홈에서의 응력 집중이 가장 작습니다.
HSM은 고강도 재료를 가공하는 데 사용할 수 있습니다. 이는 가공할 재료의 경도가 높아짐에 따라 변형에 대한 저항성이 증가한다는 것을 의미합니다. 절삭날에 가해지는 하중이 증가함에 따라 절삭날의 기하학적 형상에 대한 안정적인 설계가 필요합니다. 그러나 고속 절삭 조건에서는 공작물 표면의 자유 영역에서 더 많은 마찰열이 발생하므로 공구의 여유각을 줄여야 합니다. 따라서 경사각을 줄여야 절삭날의 안정성을 높일 수 있습니다. 재료가 매우 단단하고 공구 재료가 부서지기 쉬운 경우에는 음의 각도가 발생할 수도 있습니다.
정확히 일치하는 반경을 절삭날 끝 부분에 연삭하여 갑자기 가열될 때 절삭날이 빨갛게 뜨거워지는 상태에 도달하거나 국부적으로 파손되는 것을 방지합니다.
가공할 공작물의 형상에 높은 정밀도가 요구되는 경우, 사용되는 정밀 가공 공구의 구면 반경은 가공할 공작물의 형상 정확도에 직접적인 영향을 미칩니다. 따라서 초정밀 부품의 정밀 가공 공정에서는 기본 조건으로 반경 공차가 매우 엄격한(마이크로미터 범위 이내) 공구를 사용하는 것이 매우 중요합니다.
2. 재료 및 코팅
공구 재료는 가공할 재료보다 단단해야 합니다. 공작물 재료와 공구 재료의 경도 차이가 클수록 공구 마모가 작아지고 공구 수명이 길어집니다. 국지적 온도가 매우 높기 때문에 공구 재료에 항산화 특성이 있는지 확인하는 것도 필요합니다.
큰 열 부하 변동과 공구 재료의 내산화성에 대한 요구 사항으로 인해 궁극적으로 미세한 입자의 텅스텐 카바이드 공구 본체에 코팅이 필요합니다.
TiN, TiCN 및 TiAlCN과 같이 시도되고 테스트된 코팅 시스템은 HSM 가공에서 빠르게 한계에 도달했습니다. 따라서 높은 질화알루미늄을 기반으로 하고 이트륨, 바나듐 또는 탄탈륨과 같은 다른 원소와 결합된 다성분 코팅 시스템이 개발되었습니다. 나노층 구조와 CBN, PKD를 활용해 더 높은 성능도 얻을 수 있다.
2, 공구 홀더에 대한 HSM 요구 사항
HSM 가공에는 높은 스핀들 속도가 필요하므로 HSK-A 및 HSK-E 공구 홀더 시스템을 사용하는 것이 가장 좋습니다. 스핀들 헤드에 나이프 홀더 플랜지가 설치되어 있으므로 나이프 홀더는 Z 방향으로 명확한 기계적 지지력을 가지므로 더 빠른 속도에서 원심력이 증가하여 스핀들 안으로 끌리지 않습니다.
가공 준비 단계에서 근본적인 오류가 발생하여 작은 진동과 안전한 공정 제어가 불가능할 수 있습니다. 안정적인 HSM 가공을 위해서는 요구 사항에 따라 공구와 공구 홀더 장치의 균형을 맞추고 동축성을 확인하는 것이 중요합니다. 또한 불균형 질량과 관련된 회전 속도 제한을 고려할 필요가 있습니다.
불균형 또는 비동심 회전 도구 시스템은 다음과 같은 결과를 초래합니다.
1) 표면 품질이 매우 좋지 않음
2) 매우 낮은 공구 수명
3) 가공 안정성 및 안전성이 좋지 않음
4) 밀링 스핀들 손상 가능성
가공 중 갑작스러운 변화로 인해 발생하는 이상적인 동심도의 불균형과 편차는 아래 개략도에 명확하게 표시되어 있습니다.
완벽한 동심도에 비해 편차가 없음: 이론적인 거칠기가 더 작음
완벽한 동심도와의 편차: 이론적 거칠기 증가
균형 잡힌 질량은 전체 회전 시스템의 동적 성능에 중요한 영향을 미칩니다.
불균형은 편심 물체가 회전하는 것과 같습니다. 이 편심 물체는 회전 속도의 제곱 값에 따라 증가하는 원심력을 유발할 수 있습니다. 이는 42000rpm 속도의 스핀들에서 동일한 불균형으로 인해 발생하는 원심력이 2000rpm 속도의 스핀들(212=441)에 비해 441배라는 것을 의미합니다. 따라서 고속 가공에서 공구 홀더 장치의 불균형은 특히 명백한 불리한 결과를 가져옵니다.
HSM의 툴 클램핑 기술을 적용하면 다음 항목과 함께 툴 홀더를 사용할 수 있습니다.
척
조인트 감소
HSM 처리에 명백한 결함이 있는 Weldon 커넥터와 같은 대체 시스템을 사용하는 것은 권장되지 않습니다.
척이 장착된 공구 홀더의 우수한 감쇠 특성으로 인해 거친 가공 공정에서 좋은 결과를 가져올 수 있습니다. 따라서 직경이 감소된 조인트와 함께 매우 높은 강성과 반복성 정확도를 달성할 수 있습니다. 이는 완벽한 공작물 표면을 얻는 데 중요합니다. 직경이 감소된 조인트를 사용하면 매우 정확한 동심도(0.003mm 미만의 편차)와 상당한 토크 전달을 얻을 수 있습니다.
다양한 직경 감소 공구 홀더의 설계 구조: 토크 전달은 클램핑 장비의 설계 구조에 따라 달라집니다. 디자인 구조는 크게 다를 수 있습니다.
