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고성능 엔드밀 그라인딩을 위한 기술 가이드

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톰슨 매튜(Thomson Mathew)는 ANCA의 소프트웨어 제품 관리자로 거의 25년 동안 절삭 공구 업계에서 일해 온 경험으로 엄청난 지식과 전문성을 보유하고 있습니다.

ANCA 시장에서 유명한 소프트웨어 제품 설계자인 톰슨은 5부로 구성된 교육 시리즈를 만들어 완벽한 엔드밀을 제작하는 기술 가이드를 작성했습니다.

이번 호에서는 기하학적 복잡성 수준이 더 높은 "독특한" 엔드밀을 포함한 엔드밀의 전체 성능에 영향을 미치는 요소를 살펴봅니다.


 
1부: 지오메트리 설계 및 매개 변수 검증

모든 엔드밀은 설계에서 시작되며, 잘 설계된 지오메트리로 고성능 엔드밀을 만들 수 있습니다.
여기 엔드밀의 전반적인 성능에 영향을 미치는 많은 요소들이 있습니다. 언급되는 4가지 주요 요소들로는 카바이드 재료의 등급 또는 품질, 절삭 툴 지오메트리 설계, 정밀 제조 공정 또는 품질 관리, 마지막으로 코팅 유형이 있습니다.

일반적으로 카바이드인 엔드밀 소재의 경도는 매트릭스의 카바이드 등급에 따라 달라집니다. 입자가 작을수록 바인더에 비해 물질이 더 많으므로 툴이 더 단단해집니다. 신형 코팅은 수명과 절단 성능을 향상시킵니다. 품질 관리란 작업장에서 일관된 결과물을 얻는 것을 의미합니다.

반면 지오메트리는 기술과 엔지니어링의 조화를 돋보이게 하는 매우 중요한 역할을 하며, 오랜 시간 동안의 시행 착오를 거쳐 이상적인 엔드밀을 만드는 데 관여합니다. 이러한 지오메트리는 설계에서 시작됩니다. 엔드밀 설계의 중요한 요소에는 가변 나선형 및 인덱스 플루트 지오메트리 설계, 코어 지오메트리 설계, 편심 대 패싯 릴리프 설계 대비 OD 여유각, 와이퍼 플랫 및 각각의 엔드밀 세트에서의 패드 그라인딩 또는 엔드 더빙을 사용한 종단면 설계 등의 조합이 포함됩니다.

제가 다른 곳에 글을 썼듯이, 업계의 발전으로 인해 공구 제조업체들이 "채터링"를 피하면서 높은 재료 제거율을 추구함에 따라 "독특한" 엔드밀 분야가 점점 성장했습니다.

재생 채터링은 공구와 작업물 사이의 고조파가 서로 다른 주파수에 있을 때 발생합니다. 두 개의 자려된 물체는 서로 부딪히게 되며, 이는 표면 마감과 치수 정확도는 물론 도구와 기계의 수명에도 부정적인 영향을 미칩니다. 이는 생산성과 수익률이 떨어짐을 의미합니다.

고나선형(35도 이상) 공구는 강하고 빠른 이송 및 부스러기 제거율로 오랫동안 인기가 있었습니다. 경질 재료의 경우 저나선형 엔드밀에 비해 이러한 장점이 있지만, 둘 중 채터링되는 경향이 더 큽니다. 이 문제를 해결하기 위해 가변 나선과 피치를 중심으로 도구의 균형을 더 잘 맞추려고 시도했습니다. 이로 인해 기하학적 복잡성이 더 높은 수준인 "독특한" 엔드밀을 만들게 되었습니다.

낮은 나선(15도)에서 높은 나선(60도)까지
 

높은 나선형 도구에서는 절삭력이 더 수직적으로, 반면에 덜 수평적으로 향하므로 도구의 변형은 줄어들고 칩 배출은 더욱 빠르고 효율적으로 이루어집니다.

포지티브 액시얼 레이크는 절삭 부하를 낮추어 이송 속도를 높이는 데 도움이 됩니다. 나선형 모양으로 인해 툴의 코어는 더 두껍고 툴은 더 강해지게 됩니다. 높은 나선형 엔드밀은 일반적으로 알루미늄과 같은 연질의 소재에도 사용할 수 있지만 마모를 더 좋게 하여 더욱 단단한 소재에도 사용됩니다. 높은 나선형 엔드밀의 한 가지 단점은 채터링이 더 많은 경향이 있으며, 실제 재료에 자국을 내게 됩니다.

반대로, 낮은 나선형 툴은 채터링 가능성이 적고 일반적으로 연질의 재료에서 더 나은 성능을 발휘합니다. 단점은 이송 속도가 낮고 따라서 재료 제거율이 낮다는 것입니다. 채터링을 완화하는 방법을 이해하기 위해 우리는 오랜동안 연구했으며 근래 이 관련 사실을 명확하게 밝혀 냈습니다. 지오메트리와 설계는 순전히 연질의 소재이든 경질의 소재이든 상관없이 절단할 재료를 기반으로 합니다.

가변 인덱스가 있는 가변 나선형 엔드밀은 요즘 최첨단 기술로 간주됩니다. 원리는 플루트 길이 또는 플루트-투-플루트에 따라 나선을 변경하는 것입니다. 가변 나선의 목적은 채터링에 대응하는 것입니다. 채터링은 공명 효과이므로 작업물에 부딪히는 플루트의 공명을 끊기 위해 할 수 있는 모든 작업은 채터링을 줄입니다. ANCA의 ToolRoom 소프트웨어 RN34 출시 버전의 툴 밸런싱 기능은 채터링을 방지하는 완벽한 솔루션입니다.
 

Design of a variable helix index endmill
가변 나선형 인덱스 엔드밀 설계​

13 1월 2022