밀링(Milling) 가공을 할 때 가공정밀도에 영향을 미치는 요인

밀링(Milling) 가공을 할 때 가공정밀도에 영향을 미치는 요인

 

 

 

 

1. 개요

 

밀링가공의 정밀도를 좌우 하는 요소는 기계의 하중에 의한 변형, 열에 의한 변형, 주축의 동적 강성, 제품의 열변형 등을 생각할 수 있다. 여기서는 각각의 원인 분석과 변형에 대한 제품 설계 시 주의사항에 대한 대책을 논해본다.

 

 

 

 

 

2. 가공 정밀도의 변수

 

  1) 기계 하중에의한 변형

 

     ① 테이블의 휨 : 그림①과 같은 경우 테이블에 변형이 생겨도 제품의 평형에는 별 영향을 주지 않는다.

         휨 상태로 가 공  하여 제품을 떼어 냈을 경우 탄성에 의해 원상태로 복귀한다.

     ② 새들의 처짐 : 그림②와 같은 경우 넓은 평면을 두 세번 정도 나누어서 가공할 때

          공작물 표면 에 단차가 생긴다.

     ③ 주축의 직각도 : 터렛밀링이나 복합 밀링의 경우 테이블과 주축의 직각도가 맞지 않으면 정면

           커터로 절삭 시 오목하거나 볼록하고 뒷날이 다시 절삭 하는 경우가 있다.

 

 

 

  2) 주축의 동적 강성

 

     주축계의 진동은 보링, 엔드밀 작업에 특히 중요한 인자이다.

     ① 원인 : 회전 부분의 불균형과 기어나 베어링의 오차 등이 원인

     ② 영향 : 공구와 공작물간에 수㎛에서 수십㎛의 상대적인 변위 발생, 절삭을 하면 절삭 저항의 변

                  동이 추가해서 공작물에 전달되고 표면의 열화를 초래. 이와 같은 진동의 주파수가 공작기계

                 고유 진동수와 일치 할 때는 공구와 공작물의 상태 변위가 수백㎛ 까지 이르며 떨림 진동이 발

                 생. 공구의 파손이나 가공 불능이 되는 원인이 된다.

     ③ 대책 : 안정된 절삭으로 가공 정밀도를 얻기 위해서는 이들 진동에 대한 공작 기계의 강성(동적

                 강성) 향상이 필요 하다. 주로 이주파수는 베어링 접촉부에서 감쇠가 생기므로 3점 지지 방식의

                주축 베어링으로 설계한다.

 

 

3) 공구 강성

 

밀링의 절삭 공구는 회전을 하므로 공구 강성이 문제가 된다. 즉 떨림, 휨 등의 복합적인 문제가

발생한다. 공구강성은 공구의 굵기에 비례하고 길이의 3제곱에 반비례 하므로 실제 작업에 영향을

미치지 않는 한 짧고 굵은 것을 사용하여야 한다.

 

 

4) 떨림

 

    안전, 기계 효율, 다듬질면 등에 큰 영향을 미치므로 그 원인 파악과 대책은 중요하다.

     ① 발생원인 :

        ⓐ 밀링 절삭날의 충격

        ⓑ 회전 부분의 언발란스

        ⓒ 회전 불균형의 기초를 타고도달하는 내부 진동

        ⓓ 공구와 기계구조의 탄성변형

        ⓔ 앞선 절삭면의전력(前歷)효과 등의 원인 으로 발생.

 

     ② 대책 :

        ⓐ 밀링 커터의 충격 주파수 또는 그의 고주파수가 기계 구조의 공진점과 합치하지 않게 표준

            주축 회전수를 설정한다.

        ⓑ 회전 부품(전동기 등)의 불균형을 적게 하는 방진 구조로 기초 시공.

        ⓒ 떨림에 관계되는 부분 보강.

        ⓓ 적당한 감쇠능을 부가 시키는 등의 대책을 새울 수 있다.

        ⓔ 주축 등 회전부의 베어링이나 테이블, 새들 등의 미끄럼 접촉면의 클리어런스를 조정한다.

 

 

5) 열변형

 

    제품의 열변형과 기계의 열변형으로 나누어 생각한다.

     ① 제품의 열변형 : 제품의 열변형은 강력 절삭 시 공구와 공작물간의 마찰력에 의한 발열이 원인

        이므로 충분한 냉각수 급유를 통하여 발열을 막고 표준 온도로 냉각한 후 다듬질 완성 가공을

        하여 열변형에 의한 영향을 줄인다.

     ② 기계의 열변형

          ⓐ 열원 : 내부 열원으로 주축베어링, 윤활유와 오일 탱크부, 기어 및 기어 베어링 등을 포함한

             변속 기구부, 펌프와 모터부, 안내면의 마찰부 등.

          ⓑ 영향 :

              내부 영원으로 인한 영향은 주축, 습동부 위의 발열로 대부분 복잡한 변형을 일으키

              며 공작물의 가공 정밀도에 큰 영향을 미친다. 실험 이론적 계산으로 니이의 선단과 주축간

              에 상대 변위는 400㎛ 정도가 확인 된다.

              외부 열원에 의한 영향은 태양 광선이나 기타 열원으로 부터 가열되는 쪽이 팽창 하므로

              가열 되지 않는 부위쪽으로 넘어지는 경향이 있다.

          ⓒ 대책 : 외부 발열원 제거 및 내부 열원의 충분한 냉각을 통하여 열변형에 대처 할 수 있다.

              기본적으로는 열변형을 완전히 일으키지 못하게하는 것이지만 열변형의 영향이 공작 정밀도

              에 영향을 주지 않도록 하는 것이다.

 

 

 

 

 

4. 결언

 

이상과 같이 공작 정밀도에 미치는 요인들에 대하여 몇 가지로 나누어 생각해 보았으나 실제 밀링 작업에서는 보다 많은 변수와 여러 변수의 복합적인 원인에 의하므로 그에 따라 적절한 원인 분석과 대책을 세워 정밀도 향상에 노력해야 한다.