정밀 CNC 가공얇은 샤프트: 처짐을 제어하는 방법(미치지 않고)
솔직하게 말해보자. 우리 작업 현장의 기계 기술자에게 가장 작동하기 싫은 부분이 무엇인지 묻는다면 복잡한 5-축 항공우주 임펠러라고 대답하지 않을 것입니다. 아마도 단순해 보이는 가느다란 샤프트를 가리킬 것입니다.
바로 지난달에 한 고객이 실제 공포스러운 부품을 선보였습니다. 우리는 316L 스테인레스 스틸 샤프트를 사용했습니다. 그것은 가공된 부품이라기보다는 스파게티처럼 보였습니다. 길이-대-직경(L/D) 비율은 35:1이었습니다.
L/D 비율이 10 또는 12를 넘으면 강성이 부족하여 금속이 젖은 국수처럼 거동한다는 의미입니다. 공급업체에 적절한 기술이 부족한 경우 점점 가늘어지는 부품, 거친 마감 처리, 가공 후 구부러지는 부품을 얻을 수 있습니다. 우리는 구매자가 우리에게 도움을 요청하는 것을 보았습니다. 마지막 저가-공급업체는 바나나처럼 보이는 샤프트 2,000개를 배송했습니다.
다음은 작업 현장에서 우리에게 효과적인 것이 무엇인지 명확하게 보여줍니다. 가는 부품을 가공할 때 편향, 진동 및 열팽창을 줄이는 데 도움이 됩니다. 교과서적인 이론은 없습니다.-실제 작업장에서-수정만 하면 됩니다.
얇은 샤프트가 왜 그렇게 자주 실패합니까? 두통 뒤에 숨은 물리학?
그것은 모두 물리학으로 귀결됩니다. 지지되지 않는 긴 금속 조각 위로 초경 절삭 공구를 끌면 세 가지 주요 과제에 동시에 직면하게 됩니다.
1. 방사형 편향("활" 효과)
선삭하는 동안 절삭 공구는 공작물의 길이를 따라 이동하는 축 방향 힘을 생성합니다. 또한 부품 측면을 누르는 방사형 힘도 생성됩니다. 샤프트가 얇고 길기 때문에 방사형 압력에 저항할 수 있는 빔 강성이 부족합니다. 문자 그대로 도구에서 구부러집니다.
결과는? 이 도구는 끝 부분보다 샤프트 중앙에서 더 적은 양의 재료를 절단합니다. 결국 중앙은 두껍고 끝은 얇은 통이나 '드럼' 모양이 됩니다.- 물리학을 제대로 지원하지 않으면 언제나 물리학이 승리합니다.
2. 그 비명지르는 소리(고조파 진동)
기계 공장에서 시간을 보내본 적이 있다면 그 소리를 아실 것입니다. 높은-삐걱거리는 소리는 도구가 재료를 자르는 대신 재료에서 튕겨져 나온다는 의미입니다.
강성이 낮으면 고주파-고조파 진동이 발생합니다. 이 잡담은 표면 마감을 망치고 보기 흉한 호랑이-줄무늬 자국을 남깁니다. 또한 몇 분 안에 값비싼 초경 인서트를 칩으로 만들 수 있습니다.
3. 열팽창(침묵의 살인자)
금속은 뜨거워지면 성장합니다. 긴 샤프트를 절단하면 엄청난 양의 마찰과 열이 발생합니다.
예를 들어, 길이 500mm의 알루미늄은 손에 닿기만 해도 쉽게 수천분의 1인치로 늘어날 수 있습니다. 견고한 척과 견고한 심압대가 샤프트를 단단히 잠그면 추가 길이가 더 이상 남지 않습니다. 구부러지고 바깥쪽으로 휘어져야 합니다.
궁극적인 해결책: 스위스-형 CNC 가공
직경이 32mm(약 1.25인치) 미만인 얇은 샤프트를 사용하는 경우 L/D 비율이 높아질 수 있습니다. 이 경우 표준 CNC 선반을 사용하지 않습니다. 우리는 작업을 스위스-형 CNC 기계(예: Citizens 또는 Tsugamis)로 바로 옮깁니다.
나는 당신에게 솔직하게 말할 것입니다:스위스 가공은 가는 샤프트에 대한 최고의 치트 코드입니다..
왜? 가이드 부싱에 관한 모든 것입니다.
공작물이 척에서 연장되는 기존 선반과 달리 스위스 기계는 반대 방향으로 작동합니다. 고정밀 가이드 부싱이 원료 바 스톡을 통과시켜 공급합니다. 절단 도구는 부싱 바로 옆에 고정되어 있습니다.-보통 1~2mm 정도 떨어져 있습니다. 재료가 미끄러져 나오면 도구가 재료가 나올 때 자릅니다.
공구는 지지대 바로 옆에서 자르기 때문에,절단점의 L/D 비율은 0에 가깝습니다.. 편향이 완전히 사라집니다. 채터는 죽었습니다.
스위스-형 가공을 통해 ±0.005mm(0.0002인치)의 엄격한 직경 공차와 Ra 0.4 마감을 유지합니다.
우리는 다른 많은 상점에서 견적을 거부하는 부품에 대해 이 작업을 수행합니다. 또한 단일 설정으로 평면 밀링, 교차 구멍 드릴링,{1}}나사 탭 가공을 모두 수행할 수 있어 오류를 대폭 처리할 수 있습니다.
전통적인 선반 팁(스위스에 비해 공작물이 너무 큰 경우)
스위스 기계는 놀랍지만 특정 직경에서 최대치를 발휘합니다. 고객이 직경 50mm, 길이 800mm의 맞춤형 펌프 샤프트를 보내면 스위스 선반에 맞지 않습니다. 우리는 기존 방식에 의존해야 합니다.CNC 터닝센터.
크고 가느다란 줄기가 바나나로 변하는 것을 막는 방법은 다음과 같습니다.
1. 안정된 쉼표와 팔로워 쉼표
절단 중간 부분을 지지해 주어야 합니다.
· 운영자가 수정합니다꾸준한 휴식기계 침대로. 공구가 다른 곳을 절단하는 동안 샤프트의 특정 지점을 고정합니다. 긴 샤프트의 끝 부분을 드릴링하는 데 적합하지만 긴 회전 경로에는 적합하지 않습니다.
· A 추종자 휴식도구 캐리지에 바로 볼트를 고정합니다. 이는 절삭 공구와 함께 이동하며 절삭력의 정반대 방향으로 샤프트를 지속적으로 지지합니다. 이는 효과적이지만 새 절단 표면이 긁히지 않도록 팔로워 레스트 롤러를 설정하려면 전문 기계 기술자가 필요합니다.
2. 역이송 터닝(텐션 트릭)
일반적으로 심압대 끝에서 절단을 시작하고 공구를 척 쪽으로 이송합니다. 이로 인해 얇은 샤프트가 압축됩니다. 나쁜 생각입니다.
대신 척 근처에서 시작하여 심압대 쪽으로 뒤로 절단하도록 기계를 프로그래밍합니다. 이로 인해 샤프트가 당기는 장력을 받게 됩니다. 기타줄을 팽팽하게 당기는 것과 같다고 생각하세요.-자연스럽게 완벽하게 직선을 유지하고 싶어합니다.
3. 트윈-포탑 핀치 터닝
트윈 터렛 CNC 선반에서 작업을 수행하는 경우 핀치 터닝을 사용합니다.- 이때 상부 공구와 하부 공구가 서로 반대 방향으로 절단되도록 프로그래밍합니다.
한 도구는 황삭 패스를 사용하고 다른 도구는 마무리 패스를 위해 약간 트레일합니다. 방사형 미는 힘은 서로를 완전히 상쇄합니다. 샤프트는 누군가가 그것을 밀고 있는지조차 모릅니다.
4. 스프링-로드된 라이브 센터 및 심압대 압력
앞서 언급한 열팽창에 맞서기 위해 우리는 절대 견고한 센터를 사용하지 않습니다. 우리는 심압대에 내부 스프링이 있는 라이브 센터를 사용합니다.
무거운 황삭 가공 중에 샤프트가 가열되고 성장함에 따라 스프링이 추가 길이를 차지합니다. 유지 압력을 일정하게 유지하고 부품이 휘어지는 것을 방지합니다.
또한 유압식 심압대 압력을 낮추는 것도 중요합니다. 10mm 샤프트에 너무 많은 압력을 가하면 휘어집니다. 도구가 닿기도 전에 이런 일이 발생할 수 있습니다.
툴링 형상의 비밀: 우리가 실제로 구매하는 인서트
세계 최고의 기계를 가질 수 있지만, 잘못된 초경 인서트를 사용하여 가는 샤프트에 부딪히면 큰 손해를 보게 됩니다. 이러한 작업에 대한 도구 침대는 다음과 같습니다.
· 작은 노즈 반경: 표준 인서트의 노즈 반경은 종종 0.8mm 또는 0.4mm입니다. 가는 샤프트의 경우 이를 0.2mm(0.008") 또는 심지어 0.1mm까지 줄입니다. 더 큰 반경은 제설기처럼 작용하여 부품을 밀어내는 막대한 반경 방향 압력을 생성합니다. 날카롭고 작은 반경은 메스처럼 작용하여 절삭력을 낮춥니다.
·높은 포지티브 경사각: 무겁고 네거티브{0}}경사각 황삭 인서트를 버립니다. 우리는 재료를 깨끗하게 절단하기 위해 때로는 강철에도 높은-포지티브의 날카로운-날카로운 알루미늄-커팅 인서트를 사용합니다. 찢어지는 것을 방지하는 데 도움이 됩니다.
· 와이퍼 인서트(The Finish Hack): 일반적으로 작은 노즈 반경은 나쁜 결과를 제공합니다.표면 마무리. 크롤링 속도로 피드 속도를 늦추지 않는 한.
이 문제를 해결하기 위해 "와이퍼" 인서트를 사용합니다. 여기에는 흙손처럼 작동하여 피드 표시를 부드럽게 만드는 보조 평평한 가장자리가 있습니다. 이를 통해 낮은 압력에서 작은 반경을 실행하면서도 적절한 속도로 광택 마감을 얻을 수 있습니다.
가는 샤프트용 재료 선택 가이드
모든 금속은 늘려서 자르려고 하면 다르게 반응합니다. 재료를 선택하는 엔지니어라면 먼저 다음 내용을 읽어보십시오.
· 304/316 스테인레스 스틸:올바르게 처리하지 않으면 악몽입니다. 작업이-빠르게 강화됩니다. 도구가 자르는 대신 문지르면 표면이 유리-단단해지고 부품이 즉시 구부러집니다. 매우 날카로운 도구와 대량 절삭유가 필요합니다.
· 17-4 PH 스테인레스 스틸:실제로 긴 샤프트의 경우 300 시리즈보다 훨씬 좋습니다. 열처리된 상태에서도 아름답게 가공되며 놀라울 정도로 직선을 유지합니다.
· 티타늄(5등급):쫄깃쫄깃하고 열이 잘 전달되지 않습니다. 열이 절단 영역에 남아 있어 공구가 타버리고 샤프트가 밀려납니다. 극도로 낮은 절삭 속도와 절삭날에서 바로 고압의 절삭유 분사가-필요합니다.
· 냉간{0}}압연강(예: 1018 CR):가장 일반적인 함정. 냉간 압연은 막대한 내부 응력으로 바의 외부 스킨을 압축합니다. 외부 스킨을 가공할 때 응력이 고르지 않게 방출되고 샤프트가 기계에서 나오자마자 휘어집니다. 긴 샤프트의 경우 항상 열간-압연 또는 응력-재고를 완화하세요!
엔지니어에게 물어볼 수 있는 빠른 DFM 부탁
이 글을 읽고 있는 설계 엔지니어들에게: 우리는 귀하의 부품을 만드는 것을 즐깁니다. 길고 얇은 샤프트를 지정하는 경우 이러한 간단한 DFM(제조 가능성을 위한 설계) 팁을 염두에 두십시오. 그들은 우리가 귀하를 위해 가공할 수 있는 부품을 훨씬 더 저렴하고 빠르게 만들 것입니다.
1.중간 부분을 풀어주세요:척과 센터는 샤프트 끝을 단단히 고정합니다. 엄격한 공차를 유지하기 쉽습니다.
가운데는 절을 하려는 부분이다. 중간 부분이 베어링, 풀리 또는 씰에 맞지 않으면 거기에서 더 느슨한 공차를 사용하십시오. 예를 들어 ±0.01mm 대신 ±0.1mm를 사용합니다. 이를 통해 기계와 싸우는 데 소요되는 시간을 절약할 수 있으며, 이는 귀하의 비용도 절약해 줍니다.
2.키홈 보기:긴 샤프트를 따라 깊고 긴 키홈을 밀링하면 내부 응력이 해제됩니다. 그것은 도달할 때 즉시 뒤틀릴 수 있습니다밀링 센터. 긴 키홈이 필요한 경우 양쪽에 하나씩 두 개의 대칭 키홈을 설계하여 응력 완화의 균형을 맞춥니다.
아니면 추가 교정 및 스트레스 완화-열 치료 비용을 지불할 계획을 세우세요.
3.데드 센터에서 스레드를 피하십시오.단일{0}}스레딩은 부품에 많은 측면 압력을 가합니다. 강성이 가장 높은 샤프트 끝 부분 근처에 나사산 부분을 유지하십시오.
실제-세계 사례 연구: 의료기기 프로젝트 저장
이 모든 이론을 현실로 만들어 봅시다.
· 부분:내시경 기구 샤프트.
· 재료:316L 스테인레스 스틸.
· 사양: 직경 4mm, 길이 150mm(L/D 비율 37.5:1!).
· 문제:고객의 이전 공급업체는 부품의 거의 40%를 폐기하고 있었습니다. 그들은 엄격한 0.02mm 직진성 콜아웃을 충족할 수 없었습니다. 채터 마크로 인해 부품이 생물학적 세척 검증에 실패했습니다.
· 우리의 해결책:우리는 즉시 이 작업을 5축 Citizen Swiss 선반에 맡겼습니다. 최종 절단 중 팁의 약간의 고조파 진동을 막기 위해 2,000PSI 절삭유 라인을 조정했습니다.
우리는 정확한 절단 영역을 목표로 삼았습니다. 이는 열 성장을 감소시켰습니다. 또한 맞춤형-지면이 높은-포지티브 레이크 와이퍼 인서트로 교체했습니다.
· 결과:우리는 일주일 후에 2,000개를 일괄 배송했습니다. 광학 CMM의 검사 보고서에는 테이퍼가 0으로 나타났습니다. 클라이언트는 조립 라인에서 100% 수율을 달성했습니다.
결론
Dazao의 작업 현장에서 몇 년을 보낸 후, 한 가지 말씀드릴 수 있는 것이 있습니다. 물리학을 존중하지 않는다면 길고 얇은 샤프트를 가공하는 것은 당신을 빠르게 겸손하게 만들 것입니다.
냉간 압연 강철 조각을 표준 선반에 넣고 녹색 버튼을 누른 다음 똑바로 나오길 바랄 수는 없습니다. 그것은 단순히 작동하지 않습니다. 물리학은 매번 그 싸움에서 승리할 것입니다.
Dazao에서는 실제로 이러한 악몽 같은 작업을 처리하면서 엄청난 명성을 쌓아왔습니다. 우리는 모든 작은 변수를 적극적으로 관리함으로써 이를 수행합니다. 저희 직원이 편향을 제거하기 위해 고급 스위스 기계를 사용하여 귀하의 작업을 수행하는지 여부는 운에 의존하지 않습니다.
트윈 터렛 핀치 컷을 수행하든지 운에 의존하지는 않습니다.-
또는 공구를 아주{0}}날카로운 0.1mm 반경 인서트로 교체하여 잡담을 방지합니다.
우리는 결코 결과를 운에 맡기지 않습니다. 우리는 금속이 어떻게 움직이기를 원하는지 알고, 움직이기 전에 멈추게 합니다.
하지만 보세요, 저는 이러한 부품을 설계하고 조달하는 것이 얼마나 좌절스러울 수 있는지 알고 있습니다. 저는 매주 -지친 엔지니어와 구매자들과 이야기를 나눕니다. 공급업체는 방금 또 다른 구부러진 샤프트 배치를 배송했습니다.
그렇기 때문에 저는 똑같은 구체적이고 -궁금한 질문이 계속해서 나오는 것을 봅니다. 따라서 클릭하기 전에 제가 본 가장 흔한 날씬한 샤프트 두통에 대한 실제 답변을 살펴보겠습니다.
작업 현장 FAQ: 어려운 질문에 대한 답변
Q1: 심압대를 사용하고 척에서 완벽하게 측정했음에도 불구하고 기계에서 떼어낸 후 가는 샤프트가 휘어지는 이유는 무엇입니까?
A1:내부 스트레스. 그건 살인자야.
냉간 압연 강철을 돌리면 제강 공장이 외부 층에 응력을 가두게 됩니다. 피부를 자르면 스트레스가 풀립니다. 척을 푸는 순간 부품이 손에서 휘어집니다.
고치다:긴 부품에는 냉간 압연 스톡 사용을 중단하세요.- 열간 압연, 풀림 처리된-재료를 사용하거나 응력이 완화된-재료를 구입하세요.-
Q2: 샤프트의 정중앙을 돌릴 때 그 무서운 소음을 어떻게 멈추나요?
A2:채터링은 반경방향 공구 압력이 샤프트의 강성을 능가한다는 의미입니다. 먼저 인서트의 노즈 반경을 0.1mm까지 낮춥니다. 작은 반경은 반경 방향 압력을 크게 낮춥니다.
둘째, 도구가 정확히 중앙 높이에 있는지 확인하십시오(또는 외부 회전을 위해 중앙보다 높은 머리카락). 실패하면 "분할 터닝"을 시도해보세요.
샤프트를 짧고 전체{0}}깊이 섹션으로 밀어서 자릅니다. 척 쪽으로 이동합니다. 전체 부품을 길고 얕게 통과하지 마십시오.
Q3: 나의 꾸준한 휴식이 표면에 불쾌한 흔적과 득점을 남기고 있습니다. 어떻게 해결하나요?
A3:표준 금속 롤러 아래에 칩이 걸리거나 클램핑 압력이 너무 높게 느껴질 수 있습니다.
고치다:부드럽고 약간 큰 트랙을 먼저 회전해 보십시오. 그런 다음 해당 부분을 황동 심 스톡으로 감쌉니다. 그 후에 롤러를 작동시키십시오. 매우 섬세한 마감을 위해 강철 롤러를 맞춤형 청동 또는 테프론(PTFE) 팁으로 교체하세요.
Q4: 가는 샤프트에는 항상 스위스 가공이 답인가요?
A4:아니요. 스위스 기계는 놀랍지만 크기와 설치 시간이라는 두 가지 단점이 있습니다.
최대 크기는 약 32mm에서 38mm입니다. 그리고 스위스용 가이드 부싱과 툴링을 설정하는 일은 복잡하고 시간이 많이 걸립니다-.
세 가지 부품으로 구성된 소형 프로토타입만 필요한 경우 스위스 기계 설정은 과잉입니다. 시간과 비용이 듭니다.
대신 경험이 풍부한 전통적인 기계공을 고용하십시오. 단단한 팔로워 레스트가 있는 표준 선반을 작동하게 하세요.
Q5: 안정된 휴식이나 스위스가 없을 때 프로그래밍 요령만으로 처짐을 고칠 수 있습니까?
A5:어느 정도 그렇습니다. 앞서 언급한 역-피드 트릭 외에도 G-코드에 SSV(스핀들 속도 변화)를 사용할 수 있습니다. 절삭 중에 약 10~15% 속도를 높이거나 낮추도록 스핀들을 프로그래밍하면 채터링을 유발하는 공진이 중단됩니다. 기계가 작동할 때 이상하게 들리지만 마술처럼 작동합니다.
Q6: 드릴 비트로 즉시 구부리지 않고 작은 3mm 샤프트의 중앙 구멍을 어떻게 뚫을 수 있습니까?
A6:센터 드릴을 작고 자유롭게 매달린 와이어에 밀어 넣을 수는 없습니다.- 완벽하게 지원해야 합니다. 스위스 기계를 사용하지 않는 경우 맞춤형 분할 황동 부싱이 필요합니다.
중앙 구멍을 찾는 동안 팁을 완전히 단단하게 유지하기 위해 스핀들에 놓습니다. 가이드가 없으면 드릴은 부품을 옆으로 밀고 부러집니다.
Q7: 절삭유는 긴 샤프트에 그렇게 중요한가요, 아니면 단지 공구 수명에만 중요한가요?
A7:이는 치수 안정성에 전적으로 중요합니다. 500mm 크기의 스테인리스 스틸 조각은 따뜻해지면 만지면 0.1mm만 늘어납니다. 중심 사이에 고정하면 그 성장으로 인해 옆으로 구부러집니다.
공구 팁에는 고압, 대용량-투입 절삭유가 필요합니다. 이렇게 하면 전체 절단 중에 샤프트의 코어가 완전히 얼어붙은 상태로 유지됩니다.
Q8: 선삭 후 좁은 공차를 유지하기 위해 가는 샤프트를 연삭할 수 있습니까?
A8:예, 적극 권장됩니다. 센터리스 연삭은 가는 샤프트에 대한{1}}2차 작업입니다. 조절 휠과 작업 블레이드가 전체 길이를 따라 부품을 지지하기 때문입니다.
부품이 연삭 휠을 통과할 때 구부러지지 않습니다. 새로운 응력을 유발하지 않고 거울과 같은-마감과 미크론-수준의 정확성을 얻는 방법입니다.
