절삭 계산의 기술을 마스터하세요: CNC 가공의 정밀성을 위한 가이드

기계적인 모든 것과 마찬가지로 정확성은 현대 CNC 기계의 특징적인 기초이며, 이 특정 측면은 절삭 계산에 대한 철저한 이해가 있는 경우에만 달성할 수 있습니다. 이 문서에서는 정확한 절삭 매개변수 결정 프로세스를 구성하는 관련 단계와 방법을 강조합니다. 절삭 속도, 절삭 깊이, 이송 속도의 기본 개념에서 기계 성능과 결과 부품의 품질에 미치는 영향에 이르기까지 가능한 한 많은 실행 가능한 통찰력을 다루려고 합니다. 그리고 생산성이나 생산된 작업물의 세부 수준을 극대화하려는 사람들을 위해 이 가이드는 CNC 가공 마스터리에 도움이 될 것입니다.

절삭 속도란 무엇을 의미하며, 어떻게 계산하나요?

절삭 속도는 절삭 날과 작업물 표면의 선형 운동 속도를 말합니다. 종종 SFM 또는 표면 피트/분 또는 미터/분 m/분으로 계산됩니다. 절삭 속도를 도출하려면 다음 공식을 사용합니다.

절단 속도(V) = (π x D x N)/12(영국식 단위)

V = SFM의 미터 공간 속도

D = 작업물 또는 도구의 치수(인치)

N = 스핀들 속도(RPM)

미터법 단위를 사용하는 경우 12 대신 1000을 사용하고 다음과 같이 계산합니다.

절삭속도(V) =π x D x N/1000

CNC 가공 내 절삭 속도 이해

CNC 기계의 절삭 속도에 영향을 미치는 여러 가지 특성이 있으며, 여기에는 작업물의 재료와 사용된 절삭 공구의 유형, 수행되는 작업이 포함됩니다. 알루미늄, 강철, 티타늄과 같이 작업물을 구성하는 재료는 경도와 열적 특성이 다르기 때문에 절삭 속도가 다릅니다. 마찬가지로 고속강(HSS)이나 카바이드 공구와 같은 절삭 공구 재료와 세라믹은 가공 공구가 날카로움을 잃기 전에 얼마나 뜨거워질 수 있는지에 영향을 미칩니다.

최적의 절삭 속도는 또한 선삭, 밀링, 드릴링을 포함한 다양한 가공 작업에 따라 달라집니다. 예를 들어, 밀링은 공구 플루트 수와 이송 속도에 따라 고유한 속도 집합을 갖습니다. 권장 절삭 속도 범위를 구현하면 정밀한 절삭이 가능하고 지침을 참조하면 모든 작업에서 효율성이 보장됩니다.

속도의 변화는 다음 공식을 사용하여 계산할 수 있습니다.

절삭 속도(Vc)는 다양한 가공 공정에서 계산해야 하는 중요한 매개변수 중 하나입니다. 다음 공식을 사용하여 정의됩니다.

Vc = (π × D × N) / 1000

Vc = 절삭 속도(분당 미터, m/min)

D = 작업물 또는 공구의 직경(밀리미터, mm)

N = 스핀들 속도(분당 회전수, RPM)

스핀들 속도와 직경을 원하는 절삭 속도에 맞추면 정확하고 효율적인 공구 성능이 보장됩니다. 재료 특성, 절삭 공구 매개변수 및 가공 조건을 활용한 일부 조정이 필요할 수 있습니다. 특정 공구 제조업체 권장 사항 및 표준에 대한 참조는 최적의 결과를 얻는 데 큰 도움이 됩니다.

절삭 속도에 영향을 미치는 요소

다양한 재료는 최적의 절단 속도에 영향을 미치는 다양한 경도와 열적 특성을 가지고 있습니다. 예를 들어, 알루미늄과 같은 부드러운 금속은 스테인리스 스틸과 같은 단단한 금속에 비해 훨씬 더 빠른 절단 속도를 허용합니다.

고속도강(HSS)이나 카바이드, 심지어 세라믹으로 만든 모든 공구는 다양한 성능을 발휘할 수 있지만 일반적으로 카바이드 공구는 내열성이 높아 더 높은 속도를 지원하는 경향이 있습니다.

절삭 공구의 모양과 날카로움을 증가시키면 효율성이 극대화되므로, 더 높은 속도에서는 최적의 공구 형상을 통해 부드럽고 안전한 절단이 보장되어야 합니다.

기계 가공 공정에서 절삭 깊이를 어떻게 결정합니까?

절삭 깊이와 그 중요성 확립

가공 작업과 관련하여 절삭 깊이는 공정 중에 절삭 공구가 공작물에 들어가는 거리입니다. 절삭되지 않은 표면과 가공된 표면 사이의 거리로 정의됩니다. 이 설정은 일반적으로 공작물 소재의 유형, 절삭 공구의 성능 및 사용 중인 기계의 강도에 따라 결정됩니다.

최적의 절삭 깊이를 찾으려면:

재료 특성 – 일반적으로 부드러운 재료에는 단단한 재료보다 절삭 깊이 허용 범위가 더 넓어 도구가 손상되거나 과열되는 것을 방지하기 위해 얕은 절삭이 필요합니다.

도구 강도 – 이는 특정 절삭 도구의 강도와 날카로움을 나타냅니다. 더 튼튼한 도구는 더 깊은 절단을 견딜 수 있습니다.

가공 조건 - 기계의 동력, 안정성, 진동 제어와 같은 측면이 중요합니다. 절삭이 깊어질수록 기계의 강성이 더 커지는 경향이 있어 더 깊은 절삭이 가능합니다.

적절한 절삭 깊이를 선택하면 항상 가공 효율성이 향상되고, 공구 수명이 길어지며, 가공 중 실수할 가능성이 최소화됩니다. 특정 소재 및 공구와 관련하여 제조업체에서 제공하는 지침을 항상 준수하십시오.

정확한 공급 속도를 위한 계산기 적용

정확한 이송 계산을 위해 계산기는 사용자 입력인 이빨당 이송(Fz), 스핀들 속도(N), 플루트 수(z)가 필요합니다. 이러한 매개변수를 사용하면 Vf = Fz × N × z 공식을 사용하여 가공 프로세스의 이송 속도(Vf)를 쉽게 계산할 수 있습니다. 이는 품질을 손상시키지 않고 도구 수명을 늘리는 데 도움이 됩니다. 오류가 발생하고 계산에 부정적인 영향을 미칠 수 있으므로 입력 값과 단위에 주의하세요.

치아당 사료를 결정하는 일반적인 실수

다른 계산과 마찬가지로, 측정 단위의 오해로 가장 흔한 실수가 있습니다. 이 경우, 이빨당 이송(Fz)은 밀리미터(mm) 또는 인치로 주어지고, 변환을 위한 단위 이동이 잘못 수행됩니다. 이와 같은 유형의 또 다른 실수는 플루트(z)에 대한 올바른 값을 고려하지 않는 것입니다. 특히 게이지가 4플루트 도구인 경우 더욱 그렇습니다. XNUMX플루트의 가정 값으로 속도를 계산하면 절삭 모서리가 과부하되어 결국 도구가 마모되거나 파손될 가능성이 커집니다.

데이터를 더 잘 이해할 수 있도록 두 가지 샘플 사례를 소개합니다.

치아당 이송량(Fz): 0.1mm/치아

스핀들 속도(N): 12,000 RPM

플루트 수(z): 4

Fz × N × z = 0.1 × 12000 × 4 = 4800mm/분

계산 후, 이송 속도(Vf)의 올바른 값은 4800mm/min입니다.

치아당 이송량(Fz 가정): 0.2mm/치아(실제 0.1mm/치아에서 잘못 변경됨)

스핀들 속도(N): 12,000 RPM

플루트 수(z): 4

Vf = Fz × N × z = 0.2 × 12,000 × 4 = 9,600mm/분

이러한 잘못된 가정으로 인해 이송 속도가 9600mm/min으로 필요한 속도의 두 배에 해당하고, 이로 인해 기계 진동이 지나치게 심해지고, 부품 표면 마감이 낮아지고 공구가 손상될 가능성이 큽니다.

절삭력 측정에서 공작기계의 역할은 무엇인가?

공작기계의 기능 조사

절삭력 측정은 기계 공구의 효율성과 긴밀하게 연관되어 있습니다. 왜냐하면 기계 공구는 기계 가공 공정 중에 힘을 측정하고 기록하는 표면을 제공하기 때문입니다. 기계 가공에서 절삭력은 공정, 공구 수명 및 부품 품질에 영향을 미치는 가장 중요한 매개변수 중 하나입니다. 동력계 및 로드 셀과 같은 필요한 통합 또는 외부 힘 측정 장치가 이러한 힘을 측정하기 위해 기계 공구에 설치됩니다. 이러한 시스템은 X, Y 및 Z축에서 실시간으로 힘을 측정하여 자세한 분석을 가능하게 합니다.

절삭력 측정은 측정의 용이성과 가공 공정의 최소 중단을 목표로 새로운 유형의 센서와 데이터 수집 시스템을 통해 지속적으로 개선되고 있습니다. 다중 구성 요소 동력계도 그 예입니다. 이 동력계는 민감한 절삭력을 측정할 수 있으므로 CNC 기계와 함께 사용하여 더 나은 제어를 제공합니다. 또한 힘을 측정하는 정확도는 공작 기계의 강성과 안정성에 영향을 받으며, 절삭 조건을 기계의 성능과 일치시켜야 합니다. 따라서 이러한 측정 시스템을 공작 기계에 통합하면 절삭 매개변수를 최적화하고 공정의 안정성을 유지하며 공구 마모나 공작물 변형 가능성을 줄이는 것이 목표입니다.

기계 공구를 사용하여 절삭력 측정

절삭력 측정에는 고려해야 할 여러 가지 종속성이 있습니다. 다음은 최근 연구의 새로운 정보와 함께 가장 중요한 종속성을 요약한 것입니다.

절삭력은 절삭 속도와 이송 속도에 크게 영향을 받습니다. 좋은 예로, 선삭 작업 중에 절삭 속도가 50m/min에서 200m/min으로 증가하면 열 연화로 인해 절삭력이 감소하는 것을 들 수 있습니다. 이는 강철 합금에 대한 연구에서 나타났습니다. 반면, 이송 속도를 0.1mm/회전에서 0.3mm/회전으로 높이면 칩의 단면적이 더 크기 때문에 절삭력이 약 60% 증가합니다.

절삭 공구 레이크 각도와 그 재료 구성도 절삭력에 매우 중요합니다. 예를 들어, +10° 레이크 각도와 같은 양의 각도를 가진 공구는 중립 및 음의 레이크 각도를 가진 공구에 비해 더 낮은 힘 수준을 생성합니다. 시멘트 카바이드 또는 다결정 다이아몬드(PCD)와 같은 더 단단한 재료는 절삭에 대한 저항성이 더 높으므로 이러한 재료가 절단하기 어려울수록 상당한 공구 마모 없이 더 활발한 가공을 수행할 수 있습니다.

가공할 부분이 단단하고 미세 구조가 미세한 것처럼, 소재가 가공되는 정도도 마찬가지입니다. 예를 들어 알루미늄 합금을 가공하면 일반적으로 동일한 절삭 조건에서 탄소강과 비교했을 때 절삭력이 40%-50% 감소합니다. 실험 데이터에 따르면 경도가 50HRC를 초과하는 강철과 같은 더 단단한 소재는 소재 제거에 대한 저항으로 인해 더 큰 힘을 사용합니다.

절삭유는 공구-칩 및 공구-작업물 경계에서 마찰을 줄여 절삭력을 현저히 낮추는 데 사용할 수 있습니다. 테스트 결과, 건식 가공 공정과 비교했을 때 고성능 절삭유 또는 MQL 시스템을 활용할 경우 절삭력이 20%-30% 감소하는 것으로 나타났습니다.

진동 거동과 공작 기계의 정적 강성도 측정에 영향을 미칩니다. 동적 강성이 더 높은 기계는 시스템의 변형이나 떨림으로 인한 힘 측정 오류를 최소화하여 더 나은 정보를 제공합니다.

이러한 요인과 그 효과를 정량화하는 경험적 증거로 무장한 제조업체는 가공 조건을 조정하는 방법을 미리 알 수 있으며 성능 최적화를 달성할 수 있습니다. 정밀 엔지니어링의 관점에서 고급 동력계와 분석 모델을 결합하면 정확한 힘 예측이 가능해져 생산성과 제품 품질이 향상됩니다.

절삭력 최적화의 효율적인 방법

절삭력 최적화에서 실시간 원격 측정 및 머신 러닝에 대한 강조가 커지고 있습니다. 동력계의 통합 센서는 어려운 가공 시나리오에서도 더 높은 정확도로 힘 데이터를 기록할 수 있습니다. 고급 알고리즘은 이 정보를 사용하여 공구 수명 예측, 오류 진단, 이송, 절삭 속도 및 절삭 깊이를 제안합니다.

절삭 공구에 새로운 소재, 특히 다결정 다이아몬드(PCD)와 세라믹 복합재를 사용하면 절삭력 요구 사항이 낮아지고 표면 마감 품질이 뛰어나 가공 역학이 크게 개선되었습니다. 이러한 소재를 극저온 가공이나 고급 MQL 냉각 시스템과 함께 사용하면 공구 수명과 생산성이 향상됩니다. 요약하자면 이러한 기술을 사용하면 제조업체가 경제적으로 공격적인 산업에서 더 나은 성과와 비용 효율성을 얻을 수 있습니다.

CNC 밀링에서 가공 시간은 어떻게 계산하나요?

가공 작업에 대한 시간 구성 요소

CNC 밀링의 가공 시간은 절삭 길이, 이송 속도, 공구 속도와 같은 몇 가지 핵심 구성 요소가 있습니다. 효율적인 가공을 위해 정확도는 이러한 다양한 요소와 그 상관 관계에 따라 달라집니다. 기본 가공 시간(T)은 다음 방정식으로 계산할 수 있습니다.

T = L / (F * N)

T = 가공 시간 (분)

L = 절단 총 길이 (mm)

F = 회전당 mm 또는 분당 mm 단위의 이송 속도

N = 스핀들 속도 RPM

예제 데이터 :

물자 : 알루미늄 합금

절단 길이(L): 150mm

이송 속도(F): 0.25mm/rev

스핀들 속도(N): 1200 RPM

공식을 적용하면:

T = 150 / (0.25 * 1200)

T = 150/300 = .5분 또는 30초.

정확도에 대한 고려 사항:

가공할 소재와 사용 도구에 맞게 스핀들 속도와 이송 속도를 조정하세요.

세부적인 계획에는 산업용 애플리케이션에 대한 설정 시간, 도구 교체 시간 및 기타 운영 대기 시간을 포함합니다.

시뮬레이션을 위해 CAD/CAM 소프트웨어는 가공 시간을 더 작은 세그먼트로 나누어 정확도를 높이고 오류 가능성을 줄이며 사이클 최적화를 보장합니다.

최고의 정밀도로 가공 시간을 계산하는 단계

가공 시간 계산과 관련된 주요 매개변수와 관련 데이터의 자세한 개요는 다음과 같습니다.

소재 종류 : 알루미늄 합금

경도 수준(해당되는 경우): 중간

열전도도 및 마모 특성(공구 선택 고려 사항)

절단 길이(L): 150mm

이송 속도(F): 0.25mm/rev

스핀들 속도(N): 1200rpm

도구 유형: 카바이드 인서트 커터

공구 직경(해당되는 경우): 절단 유형에 따라 사용자 정의

기계 유형: CNC 선반 기계(및 작동 모드)

표면 속도: 이전에 수행되지 않은 경우 스핀들 속도를 기준으로 계산되고 도출됩니다.

치아당 칩 하중: 절삭 공구와 사용하는 막대에 따라 달라집니다.

냉각수(사용할 경우) – 냉각 효과의 효율성을 위해 적용해야 합니다.

작업 지연/조정(도구 교체 조정, 외부 도구 및 부품 정렬)

가공시간(T) : 30초 또는 0.5분

추가 조정(대기 조정, 반작용 조정) – 최종 값에 맞게 조정됩니다.

가공 시간 단축을 통한 생산성 향상 기술

생산성 향상 및 가공 프로세스 시간 단축을 위해 적용할 수 있는 방법은 여러 가지가 있습니다.

• 공구 조건 조정: 가공된 소재의 이송 속도, 스핀들 속도, 절삭 깊이를 변경하면 표면 품질이나 공구 수명을 저하시키지 않고도 소재 제거 속도를 높일 수 있습니다.
• 우수한 공구 선택: 코팅된 카바이드 인서트와 같은 고성능 절삭 공구를 사용하면 더 나은 내마모성, 열 안정성을 제공합니다. 고속 가공 중 효율성 작업.
• 고속 가공(HSM) 채택: HSM은 부드러운 소재의 처리량을 개선하고 마무리 단계에서 사이클 시간을 크게 단축시킵니다.
• 최신 CNC 기술 적용: 개선된 가속 및 감속 기능과 빠른 공구 교체 기능을 갖춘 최신 CNC 기계는 유휴 시간을 줄이고 가공 속도를 개선하는 데 도움이 됩니다.
• 비가치 부가 시간 단축: 도구 설정, 수축 및 정지 시간에 대한 더 나은 계획과 자동화를 통해 반복적이거나 일괄적인 프로세스에서 상당한 시간을 절약할 수 있습니다.
• 냉각수 적용: 고압 또는 직접 냉각수 시스템을 올바르게 적용하면 과열로 인한 공구 마모를 줄이고 우수한 품질의 절단을 유지하면서도 더 빠른 절단이 가능합니다.

자주 묻는 질문

질문: CNC 가공에서 절삭 계산이 중요한 이유는 무엇입니까?

A: 절단 계산과 관련하여 이 측면은 다음과 같습니다. CNC 가공에 중요함 효율성과 정확성을 위한 최적의 가공 매개변수를 정의하는 데 도움이 되기 때문입니다. 즉, 블레이드는 마모와 산화를 최소화하면서 이상적인 속도와 이송 속도로 작동할 수 있습니다. 이러한 조치는 장비의 수명을 연장하고 선삭된 부품의 품질을 개선합니다.

질문: CNC 선삭에서 절삭 속도는 어떻게 계산하나요?

A: CNC 선삭의 절삭 속도는 Vc = (π × D × N) / 12라는 공식을 사용하여 계산할 수 있습니다. 이 경우 작업자는 Vc가 분당 인치 단위의 절삭 속도이고, D는 공작물의 직경이며, N은 분당 회전수로 표현된 회전 속도라는 것을 기억해야 합니다. 이 가공 공식은 작업자가 원하는 결과를 얻을 수 있는 속도를 결정하는 데 도움이 됩니다.

질문: 칩 두께 계산에 영향을 미치는 기본 요소는 무엇입니까?

A: 칩 두께 계산은 회전당 이송 속도, 블레이드의 형상, 가공 속도, 작업물의 재료 특성에 영향을 받습니다. 이러한 요소를 아는 것은 정밀한 절단을 생성하는 데 가장 최적의 가공 프로세스를 활용하는 데 도움이 됩니다.

질문: CNC 가공에서 이론적인 표면 마감은 어떻게 평가됩니까?

A: 이론적 표면 마감은 단위 거리당 이송, 공구의 노즈 반경, 회전 진폭을 기준으로 평가됩니다. 이 이론은 표면 거칠기를 예측하고 작업자가 가공 매개변수를 적절히 수정하는 데 필요한 표면 품질을 결정하는 데 도움이 됩니다.

질문: 절삭 계산에서 가공성의 역할은 무엇인가요?

A: 가공성의 정의 중 하나로, 이는 또한 재료를 절단하는 용이성을 의미하며, 이는 절단 계산에 영향을 미칩니다. 가공성이 향상됨에 따라 절단 작업에 필요한 전력과 표면 열화도 향상됩니다. 가공성에 대한 지식은 최적의 결과를 위해 스핀들 속도 및 이송 속도와 같은 절단 매개변수를 더욱 정의하는 데 도움이 됩니다.

질문: CNC 선삭에 가장 적합한 회전 속도를 찾기 위해 어떤 단계를 거치나요?

A: 작업물의 직경, 선호하는 절삭 속도, 재료 특성을 분석하면 최적의 회전 속도를 결정할 수 있습니다. 이 경우 작업자는 N = (12 × Vc) / (π × D) 공식을 적용하여 가공 프로세스의 정확성과 효율성을 모두 보장하는 방식으로 필요한 RPM(분당 회전 수)을 계산합니다.

질문: CNC 가공에서 이송 속도 허용 오차를 충족해야 하는 이유는 무엇입니까?

A: 올바른 이송 속도는 최소한의 공구 마모, 양호한 표면 마감 및 정확한 치수를 용이하게 합니다. 일반적으로 분당 인치(IPM)로 표시되는 이송 속도는 회전당 제거되는 재료의 평균 양을 정의하므로 가공의 효율성과 정확성에 영향을 미칩니다.

질문: CNC 작업에서 절삭 성능을 개선하기 위해 어떤 작업을 수행합니까?

A: 고급 툴링 소재, 자동 툴 체인저, 가공 매개변수 최적화, 냉각수 시스템을 사용하여 온도와 산화를 줄여 절삭 성능을 개선하고 CNC 기계에 대한 솔루션 역할을 합니다. 이러한 관행은 CNC 작업의 생산성, 정확성 또는 연장된 서비스 수명을 위해 노력할 때 상당한 이점이 있습니다.

질문: 선삭 가공된 부품의 곡률 반경을 계산하는 방법은 무엇입니까?

A: 선삭된 부품의 경우 곡률 반경은 공구의 코 반경과 이송 속도에 따라 결정됩니다. 이는 이러한 값이 작업물의 최종 윤곽을 계산하는 데 도움이 되기 때문에 중요한 측면입니다. 윤곽은 또한 설계 요구 사항을 충족해야 합니다. CNC 선삭 중에 반경을 측정하는 것이 필수적입니다.

참조 출처

1. “사선 절단 작업을 위한 Johnson-Cook 구성 재료 매개변수의 직접 계산”(응웬 & 호세이니, 2023)

• 2023 년에 출판
• 저자: Nam Nguyen, A. Hosseini
• 주요 결과: 저자는 사선 절삭 작업을 위한 Johnson-Cook 구성 재료 매개변수를 결정하는 직접 계산 방법을 개발했으며, 이를 통해 절삭력과 온도를 정확하게 예측할 수 있었습니다.
• 방법론: 저자는 반복적 최적화가 필요 없이 Johnson-Cook 재료 매개변수를 직접 계산하기 위해 실험적 검증과 결합된 분석 모델을 사용했습니다.

2. “Ti6Al4V 마이크로 밀링에서의 준동적 절삭력과 비절삭에너지의 계산 및 분석” (장 등, 2022, pp. 6067–6078)

• 2022 년에 출판
• 저자: Yabo Zhang, Q. Bai, Fengrui Zhang, Peng Wang
• 주요 결과: 저자는 Ti6Al4V 합금의 마이크로 밀링에서 준동적 절삭력과 특정 절삭 에너지를 예측하는 계산 모델을 제안했으며, 이는 실험 결과와 좋은 일치를 보였습니다.
• 방법론: 저자는 변형되지 않은 칩 두께와 절삭 날의 형상을 기반으로 절삭력과 특정 절삭 에너지를 계산하는 분석 모델을 개발하고, 실험을 통해 모델의 검증을 실시했습니다.

3. “생성법으로 가공된 하이포이드 기어의 절삭력에 관한 최적 계산 및 실험 연구”(Jiang 외, 2021, pp. 1615–1635)

• 2021 년에 출판
• 저자: Chuang Jiang, Jing Deng, Xiaozhong Deng
• 주요 결과: 저자들은 생성법으로 가공된 하이포이드 기어의 절삭력을 위한 최적의 계산 방법을 제안하고 실험 연구를 통해 모델의 검증을 실시했습니다.
• 방법론: 저자는 기어 형상과 절삭 매개변수에 따라 절삭력을 계산하는 분석 모델을 개발하고, 모델의 정확성을 검증하기 위해 실험을 수행했습니다.

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