밀링: 종합적인 소개
정의 및 기본 원칙
밀링은 회전식 커터를 사용하여 커터를 공작물로 전진시켜 공작물에서 재료를 제거하는 가공 공정입니다. 이는 하나 또는 여러 축, 커터 헤드 속도 및 압력의 다양한 방향으로 수행될 수 있습니다. 공작물이 고정된 절삭 공구에 대해 회전하는 선삭과 달리 밀링에는 정지되거나 천천히 전진하는 공작물을 기준으로 이동하는 회전하는 다점 절삭 공구가 있습니다.
기본적인 재료 제거 메커니즘에는 전단 작용이 포함됩니다. 커터가 회전함에 따라 개별 절삭날이 가공물에 간헐적으로 맞물려 이송 속도, 커터 직경 및 날 수에 따라 다양한 두께의 칩이 생성됩니다. 이러한 간헐적 절삭 특성은 밀링을 연속 절삭 공정과 구별하며 공구 마모 패턴, 표면 조도 및 기계 가공 역학에 큰 영향을 미칩니다.
밀링 작업의 분류
1. 운동학적 구성에 따라
表格
| 유형 | 설명 | 일반적인 응용 분야 |
|---|---|---|
| 주변 밀링(일반 밀링) | 커터 주변의 절삭날이 재료를 제거합니다. | 슬롯, 홈, 프로파일, 형태 절단 |
| 페이스 밀링 | 커터 전면(끝)의 절삭날이 1차 절삭을 수행합니다. | 평평한 표면, 정사각형 블록, 넓은 면적의 재료 제거 |
| 엔드밀링 | 커터의 끝과 주변 모두에 절삭날이 있습니다. | 컨투어링, 프로파일링, 포켓팅, 플런징 |
| 프로파일 밀링 | 특정 윤곽선을 따르는 폼 커터 또는 CNC{0}} 제어 경로 | 복잡한 2D/3D 형상, 다이, 몰드 |
2. 커터 회전에 따른 이송 방향별
기존 밀링(업 밀링): 공작물이 커터 회전 방향과 반대 방향으로 이송됩니다. 칩 두께는 0에서 시작하여 최대로 증가합니다. 커터는 공작물을 들어올리는 경향이 있으므로 견고한 클램핑이 필요합니다. 역사적으로 백래시-가 발생하기 쉬운 리드스크류가 있는 구형 기계에 선호되었습니다.
클라임 밀링(다운 밀링): 공작물이 커터 회전 방향과 동일한 방향으로 이송됩니다. 칩 두께는 최대에서 시작하여 0으로 감소합니다. 표면 조도가 향상되고 절삭력이 낮아지며 공구 마모가 줄어듭니다. 최신 CNC 기계는 볼스크류와 서보 제어를 통해 백래시를 제거하기 때문에 클라임 밀링을 주로 사용합니다.
3. 기계 구성별
수평 밀링: 스핀들 축이 수평입니다. 아버-장착 절단기; 무거운 연삭 및 슬로팅에 탁월
수직 밀링: 스핀들 축이 수직입니다. 엔드밀 및 페이스밀; 평면 밀링, 드릴링 및 프로파일링에 다용도로 사용 가능
유니버설 밀링: 회전형 헤드로 수평, 수직 방향 모두 가능
CNC 머시닝 센터: 3-축, 4축, 5축 구성으로 복잡한 동시 다축 보간이 가능합니다.
주요 프로세스 매개변수
表格
| 매개변수 | 상징 | 설명 | 프로세스에 미치는 영향 |
|---|---|---|---|
| 절단 속도 | VC | 커터 주변의 표면 속도(m/min 또는 ft/min) | 공구 수명, 발열, 표면 무결성 |
| 이송 속도 | Vf | 테이블 또는 공작물 전진 속도(mm/min 또는 in/min) | 생산성, 칩 부하, 표면 거칠기 |
| 치아 당 공급 | fz | 회전당 커터 날당 전진(mm/tooth) | 칩두께, 날당 절삭력, 공구부하분포 |
| 절입량 | AP | 커터의 축방향 맞물림(mm) | 재료 제거율, 공구 편향, 스핀들 동력 수요 |
| 절단 폭 | 애 | 커터의 반경 방향 맞물림(mm) | 칩이 얇아지는 효과, 공구 결합 각도 |
이러한 매개변수는 기본적인 관계를 통해 상호 연관되어 있습니다.
스핀들 속도(n): n=(Vc × 1000) / (π × D) [rpm], 여기서 D는 커터 직경입니다.
이송 속도: Vf=fz × z × n [mm/min], 여기서 z는 톱니 수입니다.
밀링용 절삭 공구
1. 도구 재료
表格
| 재료 | 형질 | 일반적인 응용 분야 |
|---|---|---|
| 고속도강(HSS)- | 단단하고 저렴하며 적당한 경도 | 저속 작업-, 복잡한 형태 절단기, 프로토타입 |
| 초경합금 | 고경도, 내열성, 취성 | 범용-밀링, 고속-가공 |
| 코팅 초경 | 향상된 내마모성, 감소된 마찰 | 고성능-밀링, 절단이 어려운-재료- |
| 도예 | 극도의 경도, 고온에서의 화학적 안정성 | 경화강, 주철, 고속 마무리- |
| 입방정질화붕소(CBN) | 두 번째로-단단한 소재, 열 안정성 | Hardened ferrous materials (>45HRC) |
| 다결정 다이아몬드(PCD) | 최고의 경도, 낮은 마찰 | 비철금속, 복합재료, 연마재 |
2. 커터 형상
나선 각도: 절삭력 방향, 칩 배출, 표면 조도에 영향을 줍니다. 높은 나선 각도(45도 –60도)는 진동을 줄이고 표면 품질을 향상시키지만 축 방향 힘은 증가합니다.
경사각: 칩 형성, 절삭력, 인선 강도에 영향을 줍니다. 양의 경사각은 힘을 감소시키지만 가장자리를 약화시킵니다. 음수 경사각은 모서리를 강화하지만 힘과 열을 증가시킵니다.
코너 반경: 국부적인 응력 집중을 결정합니다. 반경이 크면 공구 수명은 향상되지만 달성 가능한 코너 선명도는 감소합니다.
플루트 수: 플루트 수가 적어서 연질 소재의 황삭 가공에 더 큰 칩 포켓이 제공되고 칩 배출이 향상됩니다. 플루트가 많을수록 마감재와 단단한 재료의 생산성이 향상됩니다.
피삭재 재질 및 가공성
表格
| 소재 카테고리 | 가공성 문제 | 권장 전략 |
|---|---|---|
| 알루미늄 합금 | 칩용접(BUE), 검밍 | 광택이 나는 플루트, 높은 경사각, 고속, MQL 또는 에어 블래스트 |
| 탄소강 및 합금강 | 균형 잡힌 가공성; 일부 등급에서는 작업 경화 | 표준 초경 공구; 특정 등급에 맞게 최적화 |
| 스테인레스강 | 가공경화, 열전도율 불량, BUE | 날카로운 모서리, 포지티브 경사각, 클라임 밀링, 견고한 절삭유 |
| 티타늄 합금 | 낮은 열전도율, 화학 반응성, 스프링-백 | 낮은 속도, 높은 이송 속도, 견고한 설정, 대량 절삭유 |
| 니켈- 기반 초합금 | 극심한 가공 경화, 연마성 탄화물, 높은 절삭 온도 | 세라믹 또는 코팅 초경, 저속, 단속 절삭(가능한 경우) |
| Hardened steels (>45HRC) | 높은 절삭력, 연마 마모 | CBN 또는 세라믹 커터, 고속-하드 밀링, 트로코이드 경로 |
고급 밀링 전략
1. 고속-가공(HSM)
Characterized by high cutting speeds, high feed rates, and shallow depths of cut. Benefits include reduced cutting forces, improved surface finish, and extended tool life through reduced heat transfer to the tool. Requires rigid machines with high spindle speeds (often >10,000rpm), 동적 밸런싱 및 부드러운 공구 경로를 위한 고급 CAM 소프트웨어.
2. 고-효율성 밀링(HEM) / 트로코이드 밀링
축 방향 깊이가 높고 이송 속도가 높은 작은 반경 방향 절입(일반적으로 커터 직경의 5~15%)을 사용합니다. 이 도구는 일관된 칩 로드를 유지하고 열 발생을 줄이며 전체-플루트-길이 활용을 가능하게 합니다. 기존의 풀-슬로팅으로 공구에 과부하가 걸릴 수 있는 어려운 재료의 슬로팅 및 포켓팅에 특히 효과적입니다.
3. 적응형 클리어링/동적 밀링
CAM{0}}은 일정한 도구 로드를 유지하기 위해 이송 속도와 스텝오버를 자동으로 조정하는 도구 경로를 생성합니다. 모서리와 복잡한 형상의 공구 과부하를 방지하여 커터를 보호하는 동시에 재료 제거율을 극대화합니다.
4. 5-축 동시 밀링
공작물을 기준으로 도구를 기울여 단일 설정으로 복잡한 자유형 표면을 가공할 수 있습니다.{0}} 최적의 도구 방향을 통해 표면 조도가 향상되고 언더컷 기능에 액세스하며 설정 시간이 단축된다는 이점이 있습니다. 항공우주 부품, 임펠러, 터빈 블레이드 및 금형 캐비티에 매우 중요합니다.
품질 고려 사항
表格
| 품질 속성 | 영향을 미치는 요인 | 제어 방법 |
|---|---|---|
| 치수 정확도 | 기계 위치 정확도, 열 드리프트, 공구 편향, 공작물 변형 | -프로세스 프로빙, 온도 보상, 예측 도구 마모 모델 |
| 표면 거칠기 | 날당 이송, 커터 형상, 진동, 구성인선- | 최적화된 매개변수, 진동 감쇠, 적절한 공구 코팅 |
| 표면 무결성 | 잔류 응력, 미세 구조 변경, 백색층 형성 | 절단 매개변수 제어, -가공 후 처리 |
| 기하학적 공차 | 기계 정확도, 고정 장치 반복성, 공구 경로 정확도 | 교정, CMM 검증, 통계적 공정 제어 |
경제 및 환경 측면
현대 밀링 작업에서는 생산성과 지속 가능성에 점점 더 중점을 두고 있습니다.
최소량 윤활(MQL): 미량의 윤활유를 절삭 부위에 직접 전달하여 플러드 쿨링 대비 절삭유 소모량 90% 이상 절감
건식 가공: 재료와 공정이 허용하는 한 냉각수를 완전히 제거하여 환경에 미치는 영향과 폐기 비용을 줄입니다.
공구 재연마: 솔리드 초경 엔드밀의 재연삭 및 재코팅으로 공구 수명 연장 및 툴링 비용 절감
에너지 효율성: 최적화된 절단 매개변수 및 기계 대기 모드로 부품별 에너지 소비가-줄어듭니다.
요약
밀링은 제조 분야에서 가장 다양하고 널리 적용되는 재료 제거 공정 중 하나입니다. 광범위한 재료에 걸쳐 높은 정밀도로 복잡한 형상을 생성하는 능력은 현대 산업에서 없어서는 안 될 요소입니다. 수동 기계에서 고급 CAM 소프트웨어, 절삭 공구 코팅 및 프로세스 모니터링 시스템이 결합된 정교한 다축 CNC 머시닝 센터로의 발전은 정확성, 효율성 및 표면 품질 측면에서 달성 가능한 범위를 계속 확장하고 있습니다.
