선반 가공 101: 공구, 팁 및 기술

공작물의 회전 운동과 선반에서 공구의 움직임을 이용하여 절삭 가공하는 방법을 선삭 가공이라고 합니다. 공작물의 회전 운동이 주 운동이고 공작 기계에서 공구의 움직임이 이송 운동입니다. 선삭 가공은 금속 절삭 가공의 가장 기본적인 방법이며 기계 제조 산업에서 널리 사용됩니다.

I. 선삭 가공의 특성

1. 다양한 프로세스

선삭 가공은 주로 다양한 회전 표면과 회전체의 끝면을 가공하는 데 사용되며 그림 1과 같이 절단, 홈 가공, 나사 가공, 드릴링, 리밍 및 보링도 수행 할 수 있습니다. 선반에 액세서리를 설치하거나 특수 선반 고정 장치를 사용하면 더 복잡한 모양의 부품을 가공 할 수 있으며 선반을 적절하게 수정하면 보링, 연삭, 연마 및 기타 가공도 수행 할 수 있습니다.

2. 높은 생산성

선삭 중 공작물의 회전은 일반적으로 관성력에 의해 제한되지 않으며 공작물은 기본적으로 충격 현상없이 가공 공정 중에 항상 선삭 공구와 접촉하므로 매우 높습니다. 절단 속도 를 사용할 수 있습니다. 또한 공구 포스트에서 연장되는 공구 홀더의 길이가 매우 짧고 공구 홀더의 크기가 커질 수 있으며 후방 절삭 깊이와 이송 속도를 크게 선택할 수 있어 생산성이 높습니다.

3. 낮은 가공 비용

선삭 공구의 구조가 간단하고 선삭 및 설치가 매우 편리합니다. 또한 많은 선반 고정 장치가 선반 액세서리로 생산되어 일반 부품의 클램핑 요구 사항을 충족 할 수 있으며 생산 준비 시간이 짧아 선삭 가공 비용이 저렴합니다.

4. 광범위한 가공 정확도

부품의 사용 요구 사항에 따라 선삭은 낮은, 중간, 매우 높은 가공 정확도를 달성할 수 있습니다.

(1) 거친 회전

블랭크가 자유 단조 또는 대형 주조인 경우 가공 공차가 크고 고르지 않으며 황삭 선삭은 대부분의 공차를 제거하고 기하학적 오류를 줄일 수 있으며 황삭 선삭의 치수 공차 등급은 일반적으로 IT18 ~ IT15입니다, 표면 거칠기 Ra>80μm.

(2) 세미 러프 터닝

중형 및 소형 단조품과 주물은 직접 반황삭 가공이 가능하며, 반황삭 가공 후 공차 등급은 IT13~IT11, 표면 거칠기 값은 Ra30~12.5μm입니다.

(3) 반제품 선삭

높은 치수 정밀도가 필요하지 않거나 미세 가공 공정 전의 공작물은 반정삭 선삭에 배치할 수 있으며, 반정삭 선삭 후 공차 등급은 IT10~IT8, 표면 거칠기 값은 Ra6.3~3.2μm입니다.

(4) 회전 완료

일반적으로 정삭을 위한 최종 공정 또는 사전 가공 공정으로, 정삭 선삭 후 공작물의 공차 등급은 IT8~IT7, 표면 거칠기 값은 Ra1.6~0.8μm에 도달할 수 있습니다.

5. 고속 정밀 선삭은 비철금속의 고정밀 회전 표면을 가공하는 주요 방법입니다.

고속 정밀 선삭은 경질 합금, 입방정 질화 붕소 또는 다이아몬드 공구를 사용하여 높은 절삭 속도, 작은 후방 절삭 깊이 및 이송 속도를 사용하여 공작물을 미세 가공하는 방법입니다.

비철의 경우 금속연삭을 사용하면 칩이 연삭 휠 표면에 달라 붙기 쉬워 연삭을 정상적으로 진행할 수 없습니다. 그러나 고정밀 선반에서 고속 절삭에 다이아몬드 공구를 사용하면 매우 좋은 결과를 얻을 수 있으며 치수 공차 등급은 일반적으로 IT6 ~ IT5에 도달 할 수 있으며 표면 거칠기 값은 Ra1.0 ~ 0.1μm입니다.

또한 CNC 선반은 기하학적 정확도 요구 사항이 매우 높은 부품을 가공할 수 있습니다. 수평 선반에서는 스텝의 동축성, 축에 대한 끝면의 직각도 등을 쉽게 보장할 수 있지만 스텝이 많은 일부 부품의 경우 구형 표면, 특수 모양 등과 같이 엄격한 위치 지정 치수 또는 높은 형상 정확도 요구 사항을 수평 선반에서 보장하기는 쉽지 않습니다.

이때 CNC 선반을 사용할 수 있습니다. CNC 선반은 일반 선반에서 가공하기 어렵거나 불가능한 복잡한 표면을 완성할 수 있고 매우 높은 가공 정확도를 달성할 수 있으며 제품 품질이 안정적이고 생산성이 높습니다.

II. 선반의 종류

일반 기계 제조 공장에서 선반은 전체 금속 절삭 공작 기계 중 약 20%~35%로 가장 많은 비중을 차지하며, 그 종류도 다양합니다.

선반은 계기 선반, 자동 선반, 반자동 선반, 터렛 선반, 수직 선반, 바닥 선반, 수평 선반, 복사 선반, 크랭크축 및 캠축 선반, 기어 성형 선반 등으로 나눌 수 있으며, 그 중 수평 선반이 가장 널리 사용됩니다.

1. 수평 선반

다음은 수평 선반의 구성 요소와 기능을 설명하기 위해 CA6140 모델 수평 선반(그림 2 참조)을 예로 들어 설명합니다.

1, 11-다리
2-피드 박스
3-헤드스톡
4-새들
5-중간 슬라이드 보드
6-도구 홀더
7-로터리 테이블
8-소형 슬라이드 보드
9-심압대
10-Bed
12-스무드 로드
13-리드 나사
14-슬라이드 박스

(1) 스핀들 박스

스핀들 박스(3)는 베드(10)의 왼쪽 끝에 고정되며, 내부에는 스핀들 및 변속기 샤프트와 속도 변경, 방향 변경, 윤활 등을 위한 메커니즘이 장착되어 있습니다. 속도 변경 메커니즘을 통해 전기 모터에 의해 구동되어 스핀들을 회전시켜 주 동작을 달성하고 필요한 속도와 방향을 얻습니다. 스핀들의 앞쪽 끝에는 3조 자동 센터링 척, 4조 싱글 액션 척 및 기타 공작물 클램핑용 고정장치를 장착할 수 있습니다.

(2) 피드 박스

피드 박스(2)는 베드(10)의 왼쪽 전면에 고정되어 있으며, 가공 중인 실의 리드 또는 동력 이송의 이송량을 변경하는 데 사용됩니다.

(3) 슬라이드 상자

슬라이드 박스(14)는 새들(4)의 하단에 고정되어 있으며, 그 기능은 피드 박스에서 부드러운 로드 또는 리드 스크류를 통해 공구 홀더로 동작을 전달하여 공구 홀더가 종방향 피드, 횡방향 피드 또는 스레딩 동작을 수행하도록 하는 것입니다.

또한 위의 세로 및 가로 손잡이와 전기 버튼을 조작하면 슬라이드 박스에 설치된 고속 전기 모터를 시동하여 공구 홀더의 세로 및 가로 빠른 이동을 실현할 수 있습니다. 슬라이드 박스에는 다양한 손잡이와 버튼이 장착되어 있어 공작 기계를 편리하게 조작할 수 있습니다.

(4) 안장

새들(4)은 베드(10)의 상부에 위치하며, 베드의 가이드 레일을 따라 세로로 움직일 수 있습니다. 중간 슬라이드 보드 5, 회전 테이블 7, 작은 슬라이드 보드 8 및 공구 홀더 6이 장착되어 공구가 세로, 가로 또는 대각선 이송 동작을 수행 할 수 있습니다.

(5) 심압대

심압대(9)는 베드(10)의 테일 가이드 레일에 설치되며 가이드 레일을 따라 세로로 조정한 다음 길이가 다른 공작물을 수용하기 위해 필요한 위치에 고정할 수 있습니다. 심압대의 슬리브에는 공작물을 지지하거나 공작물에 홀 가공을 수행하기 위해 센터와 다양한 홀 가공 공구를 장착할 수 있습니다. 핸드휠을 회전시키면 슬리브가 움직여 공구의 종방향 이송이 이루어집니다.

(6) 침대

베드(10)는 왼쪽 베드 다리(1)와 오른쪽 베드 다리(11)에 고정됩니다. 베드는 선반의 모든 주요 구성품이 설치되어 있는 선반의 기본 지지 부분입니다. 구성품 간의 정확한 상대적 위치를 유지하고 절삭력과 구성품의 무게를 견뎌냅니다.

2. 수직 선반

수직 선반은 주로 반경 치수가 크고 축 치수가 상대적으로 작으며 복잡한 형상을 가진 크고 무거운 부품을 가공하는 데 사용됩니다. 증기 터빈, 중장비 전기 모터, 광업 및 야금과 같은 중장비를 제조하는 공장에서 없어서는 안 될 가공 장비이며 일반 기계 공장에서도 일반적으로 사용됩니다.

수직 선반 구조의 주요 특징은 스핀들이 수직으로 배열되어 있고 공작물을 클램핑할 수 있는 원형 작업대가 있다는 것입니다(그림 3 참조). 작업대가 수평으로 배열되어 있어 부피가 큰 부품을 클램핑할 때 매우 편리합니다.

a) 단일 기둥 수직 선반
b) 이중 기둥 수직 선반
1-Base
2-워크테이블
3열
4-수직 도구 포스트
5-크로스빔
6-수직 공구 포스트 피드 박스
7면 도구 포스트
8면 도구 포스트 피드 박스
9-탑 빔

수직 선반은 단일 컬럼과 이중 컬럼의 두 가지 유형이 있습니다. 그림 3a는 단일 컬럼 타입으로, 일반적으로 직경이 1600mm 미만인 작은 공작물을 가공합니다. 작업대(2)는 베이스(1) 내부에 설치된 수직 스핀들에 의해 회전하며, 공작물이 작업대에 고정되어 함께 회전하는 것이 주 동작입니다.

이송 동작은 수직 툴 포스트 4와 측면 툴 포스트 7에 의해 이루어집니다. 수직 툴 포스트(4)는 측면 이송을 위해 크로스빔 가이드 레일에서 움직일 수 있으며, 툴 포스트 슬라이드 베이스의 가이드 레일을 따라 수직으로 이송할 수도 있어 외부 원, 끝면, 내부 구멍 등을 돌릴 수 있습니다. 툴 포스트를 비스듬히 돌리면 대각선으로 이송하여 내부 및 외부 원추형 표면을 돌릴 수 있습니다.

수직 공구 포스트에는 오각형 터렛이 있어 선삭 공구 장착 외에도 다양한 홀 가공 공구를 장착할 수 있어 가공 범위가 확장됩니다. 크로스빔(5)은 일반적으로 기둥(3)에 고정되어 있으며, 공작물의 높이에 따라 클램핑 장치를 풀어 크로스빔의 수직 위치를 조정할 수 있습니다. 측면 툴 포스트(7)는 외부 원, 끝면, 홈 및 모따기를 선삭하기 위해 측면 및 수직 이송을 수행할 수 있습니다.

그림 3b는 최대 가공 직경이 2500mm 이상인 이중 기둥 수직 선반입니다. 구조와 동작은 기본적으로 단일 기둥 수직 선반과 유사하지만, 차이점은 이중 기둥 수직 선반에는 두 개의 기둥이 있고 기둥의 상단을 연결하는 상단 빔이 있어 강성이 높은 폐쇄 프레임 구조를 형성하여 더 무거운 부품 가공에 적합하다는 점입니다.

3. 새들 선반

새들 선반은 그림 4와 같이 기본형 수평 선반의 변형된 형태입니다. 수평 선반과의 주요 차이점은 주축대 끝 근처에 안장 모양의 탈착식 가이드 레일이 장착되어 있다는 것입니다. 새들 가이드 레일을 제거하면 가공 중인 공작물의 최대 직경을 늘릴 수 있어 가공 범위가 확장됩니다.

그러나 새들 가이드 레일의 잦은 탈부착으로 인해 강성과 작업 정확도가 떨어집니다. 따라서 이러한 유형의 기계는 주로 장비 수가 적고 소량 생산을 하는 소규모 공장 및 수리 작업장에서 사용됩니다.

4. 터렛 선반

수평 선반은 유연성이 뛰어나고 가공 범위가 더 넓지만 정사각형 공구 기둥에는 4개의 공구만 장착할 수 있고 심압대는 하나의 홀 가공 공구만 장착할 수 있어 수동에 의존합니다.

이동하여 심압대를 필요한 위치로 조이고 심압대에 장착된 공구를 자동으로 이송할 수 없습니다.

복잡한 부품, 특히 내부 구멍과 내부 나사산이 있는 부품을 가공할 때 잦은 공구 교환, 공구 세팅, 심압대 이동, 시험 절단, 측정 등이 필요하기 때문에 보조 시간이 길어지고 생산성이 저하되며 노동 강도가 증가하는데, 특히 배치 생산에서는 이러한 단점이 특히 두드러지게 드러납니다.

터렛 선반은 앞서 언급한 결함을 해결하기 위해 수평 선반을 기반으로 개발되었습니다. 이 유형의 선반과 수평 선반의 주요 차이점은 심압대와 리드 스크류가 제거되고 선반의 심압대 위치에 다중 위치 터렛이 설치된다는 점입니다.

이러한 선반의 일반적인 유형에는 캡스턴 선반, 새들형 터렛 선반 및 슬라이드형 터렛 선반이 있습니다. 새들형 터렛 선반을 예로 들어 이 유형의 선반의 특징과 응용 분야를 소개합니다. 그림 5와 같이 새들형 터렛 선반은 전면 공구 포스트 3 외에도 베드 후면에 수직축을 중심으로 회전할 수 있는 터렛이 있어 베드 가이드 레일을 따라 종방향 급속 전진, 급속 후퇴 및 작업 이송을 수행할 수 있습니다.

1-피드 박스
2-헤드스톡
3-프론트 도구 포스트
4-터렛
5-종단 슬라이드
6- 고정 정지 장치
7-Bed
8-터렛 슬라이드 박스
9- 전면 도구 포스트 슬라이드 박스
10-메인 스핀들

터렛 공구 포스트는 육각형이며, 주로 내부 및 외부 원통형 표면 가공에 사용되는 보조 공구를 사용하여 각 면에 선삭 공구 또는 홀 가공 공구를 설치할 수 있습니다. 이 유형의 선반에는 리드 스크류가 없고 나사산을 돌릴 수 없지만 터렛 툴 포스트에는 탭과 다이를 장착하여 더 짧은 내부 및 외부 나사산을 탭핑하고 나사산을 돌릴 수 있으며 전면 툴 포스트는 큰 원통형 표면, 끝면, 홈, 절단 등을 돌리기 위해 세로 및 가로로 공급할 수 있습니다.

터렛 선반은 가공 전에 공작물 가공 공정에 따라 공구 위치를 미리 조정하고 기계의 종방향 및 횡방향 정지를 조정해야 합니다. 가공 중에는 각 작업 단계가 완료된 후 공구 포스트가 한 번 회전하고 다음 단계가 완료될 때까지 수행됩니다.

터렛 선반에는 여러 개의 공구가 장착되어 있기 때문에 기계를 조정한 후 잦은 공구 교환, 공구 설정 또는 측정 없이도 순차적으로 가공할 수 있어 생산성이 크게 향상됩니다. 비교적 복잡한 소형 회전 공작물의 일괄 가공에 적합하지만 가공 전 스톱 및 공구 조정에 시간이 많이 소요되므로 단품 및 소량 생산에는 적용이 제한됩니다.

III. 선반 액세서리

선삭 가공에서는 범용 픽스처가 널리 사용되며, 많은 범용 픽스처가 사용자의 요구를 충족시키기 위해 전문 공작 기계 액세서리 공장에서 균일한 사양으로 생산되는 선반 액세서리가 되었습니다. 주요 선반 액세서리에는 척, 다이얼 플레이트, 센터, 페이스 플레이트, 센터 레스트, 팔로우 레스트 등이 있습니다.

1. 3-턱 자동 센터링 척

3-턱 자동 센터링 척의 구조는 그림 6에 나와 있으며 플랜지를 통해 메인 스핀들에 장착할 수 있습니다. 척 본체(6) 내부에는 대형 베벨 기어(3)가 있으며, 이 기어는 렌치 구멍(5)이 있는 3개의 균등하게 분포된 소형 베벨 기어와 맞물려 맞물립니다.

렌치 구멍 5에 렌치를 삽입하여 소형 베벨 기어를 회전시키면 대형 베벨 기어를 구동하여 회전시킬 수 있으며, 대형 베벨 기어 2의 뒷면에 있는 평나사가 3개의 턱 1의 뒷면에 있는 평나사와 맞물립니다. 대형 베벨 기어가 회전하면 턱 1이 방사형으로 안쪽 또는 바깥쪽으로 이동하여 작업물을 고정하거나 해제할 수 있습니다.

3조 자동 센터링 척은 정렬할 필요 없이 공작물을 자동으로 센터링할 수 있으며, 특히 원형, 정삼각형, 육각형 단면 등을 가진 공작물을 고정하는 데 적합합니다. 그러나 3조 자동 센터링 척은 클램핑력이 작고 큰 토크를 전달하지 않아 중소형 공작물을 클램핑하는 데만 적합합니다.

2. 4-턱 독립 척

4-턱 독립 척의 구조는 그림 7에 나와 있으며, 4개의 턱이 서로 독립적이며 각 턱의 뒷면에는 나사와 맞물리는 반나사 내부 나사산이 있어 독립적으로 조정할 수 있습니다. 따라서 4-죠 독립 척은 단면이 원형인 공작물뿐만 아니라 정사각형, 직사각형, 타원형 및 기타 불규칙한 모양의 공작물도 고정할 수 있습니다.

4-죠 독립 척은 공작물에 대한 클램핑력이 더 강하고 자동으로 중심을 잡을 수 없기 때문에 공작물을 클램핑할 때 세심한 정렬이 필요합니다. 따라서 작업자의 숙련도가 더 높아야 하며 단일 부품, 소량 생산 및 대형 공작물 생산에 더 많이 사용됩니다.

3. 페이스 플레이트, 벤딩 플레이트

페이스플레이트는 주축에 장착된 대형 디스크이며, 끝면은 평평하고 주축 축에 수직입니다. 끝면이 평평하지 않거나 스핀들 축에 수직이 아닌 경우 사용 중인 선반에서 미세하게 돌릴 수 있습니다. 페이스 플레이트의 끝면에는 공작물을 누르기 위해 볼트를 통과시키는 긴 슬롯이 많이 있습니다.

페이스 플레이트는 주로 그림 8과 같이 기준 표면 A와 평행하고 회전축이 베이스 표면 A에 수직이어야 하는 비대칭 복잡한 공작물을 가공하는 데 사용됩니다. 기준 표면 A를 미리 가공하여 A 표면을 페이스 플레이트에 대고 마킹에 따라 홀 위치를 정렬한 후 클램핑한 다음 홀과 A 표면이 평행한 평면을 회전시킬 수 있습니다.

그림 9는 페이스 플레이트에 있는 커넥팅로드의 클램핑 다이어그램을 보여줍니다. 커넥팅로드의 두 끝면은 평행해야하며 큰 끝 구멍의 축은 끝면에 수직이어야하므로 커넥팅로드의 한쪽 끝면을 기준으로 사용하여 페이스 플레이트 평면에 접촉하여 구멍과 다른 쪽 끝면을 가공해야합니다. 클램핑할 때 공작물의 변형을 방지하기 위해 적절한 위치를 선택하여 프레스 플레이트를 배치해야 합니다. 공작물이 한쪽으로 치우친 경우 밸런스 블록을 배치해야 합니다.

1-잔액 블록
2-공작물
3-나사 슬롯
4-나사
5-프레싱 플레이트
6-Shim
7-페이스 플레이트

공작물에서 가공할 평면이 기준 표면 A에 대해 수직 요구 사항이 있거나 가공할 구멍 또는 외부 원의 축이 기준 표면 A에 대해 평행 요구 사항이 있는 경우(그림 10 참조), 그림 11과 같이 페이스 플레이트 벤딩 플레이트에 클램핑할 수 있습니다.

1-플라워 디스크
2-나사 슬롯
3-밸런스 블록
4-워크피스
5-위치 지정 기준면
6-벤딩 플레이트

4. 중앙, 콜릿, 다이얼

샤프트형 공작물을 선삭할 때는 그림 12와 같이 센터, 콜릿(한 종류는 치킨 하트 척이라고도 함), 다이얼을 사용하여 공작물을 고정하는 것이 일반적입니다. 센터는 그림 13과 같이 샤프트형 공작물 가공에 자주 사용되는 액세서리입니다.

a) 고정 센터
b) 라이브 센터

공작물은 스핀들에 장착된 센터와 심압대에 장착된 센터에 의해 지지되며, 다이얼과 콜릿에 의해 회전합니다. 전면 센터는 스핀들과 함께 회전하고 후면 센터는 공작물과 함께 회전하며 라이브 센터라고 합니다. 공작물과 함께 회전하지 않는 센터를 고정 센터라고 합니다.

고정 센터의 장점은 센터링이 더 정확하고 강성이 좋으며 공작물을 더 안정적으로 고정하지만 더 많은 열이 발생하고 고속에서 중심과 중심 구멍이 타버릴 수 있어 저속 및 고정밀 요구 사항에서 절단하는 데 적합하다는 것입니다. 라이브 센터는 고속 절단에 적합하지만 가공 정확도가 낮습니다. 공작물을 센터로 고정하려면 먼저 공작물의 끝면에 센터 구멍을 뚫어야 합니다.

5. 맨드릴

구멍이 있는 디스크 슬리브형 공작물의 바깥쪽 원과 끝면을 가공할 때는 공작물을 맨드릴에 장착하는 것이 일반적입니다. 맨드릴에는 그림 14와 같이 테이퍼 맨드릴, 원통형 맨드릴, 확장형 맨드릴 등 다양한 유형이 있으며 일반적으로 사용되는 맨드릴은 테이퍼 맨드릴, 원통형 맨드릴, 확장형 맨드릴입니다.

a) 테이퍼형 맨드릴
b) 원통형 맨드릴
c) 확장 가능한 맨드릴

6. 중앙 휴식 및 팔로워 휴식

센터 레스트와 팔로워 레스트의 구조는 그림 15에 나와 있습니다. 가느다란 샤프트를 선삭할 때는 공작물의 강성이 약하기 때문에 자체 무게, 원심력, 절삭력의 작용으로 굽힘과 진동이 발생하여 가공이 어렵기 때문에 센터 레스트, 팔로워 레스트 등과 같은 보조 클램핑 메커니즘을 사용해야 합니다.

a) 센터 레스트를 사용하여 긴 샤프트 돌리기
b) 팔로워 레스트를 사용하여 긴 샤프트 돌리기

센터 레스트의 바닥은 나사와 압력판으로 베드에 고정되어 있으며, 개별적으로 조절 가능한 3개의 지지 클로가 일반적으로 주철, 구리 등으로 만들어진 공작물을 지지합니다. 공작물의 표면이 거칠면 먼저 지지 클로의 설치 위치에서 부드러운 샤프트 넥을 돌려야 합니다.

센터 레스트를 사용하면 가느다란 샤프트의 지지 강성을 효과적으로 개선하여 가공 정확도를 향상시킬 수 있습니다. 센터 레스트는 긴 샤프트, 긴 소매형 공작물의 끝면 가공과 보링, 절삭 가공 등에도 사용할 수 있습니다.

팔로워 레스트는 선반 새들에 고정되어 공구와 함께 이동하므로 반경 방향 절삭력에 저항하고 공작물이 구부러지거나 변형되는 것을 방지하는 데 효과적입니다. 팔로워 레스트로 황삭 선삭할 때는 먼저 바깥쪽 원의 일부를 공작물의 오른쪽 끝에서 돌리고 바깥쪽 원을 기준으로 팔로워 레스트의 지지 클로의 조임을 조정하고 절삭 공구를 지지 클로의 왼쪽에 놓고 가능한 한 지지 클로에 가깝게 배치한 다음 선삭을 수행해야 합니다.

광축을 마감할 때는 공구를 서포트 클로의 오른쪽에 배치하고 마감 후 서포트 클로가 표면을 긁는 것을 방지하기 위해 가능한 한 서포트 클로에 가깝게 배치해야 합니다. 센터 프레임과 팔로워 공구 홀더를 사용할 때는 스핀들 회전수가 너무 높지 않아야 하며, 서포트 클로의 윤활을 위해 기계 오일을 추가해야 합니다.

IV. 도구 홀더

공구 홀더는 금속 절삭 가공에서 가장 널리 사용되는 절삭 공구입니다. 선반에서 외부 원, 끝면, 내부 구멍, 모따기, 홈 가공 및 절단, 스레딩 및 성형 표면 등을 가공하는 데 사용할 수 있습니다.

공구 홀더에는 그림 16과 같이 외부 원형 공구 홀더, 내부 홀 공구 홀더 등으로 나눌 수 있는 다양한 유형이 있습니다. 구조에 따라 그림 17과 같이 일체형 공구 홀더, 용접형 공구 홀더, 기계식 클램핑형 공구 홀더, 인덱서블형 공구 홀더, 성형 공구 홀더 등으로 나눌 수 있습니다.

1-45° 팔꿈치 도구 홀더
2-90° 외부 원형 도구 홀더(90° 오른쪽 오프셋 도구)
3-외부 나사 도구 홀더
4-75° 외부 원형 도구 홀더
5-성형 도구 홀더
6-90° 외부 원형 도구 홀더(90° 왼쪽 오프셋 도구)
7-그루브 도구
8-내부 홀 그루브 공구
9-내부 나사 도구 홀더
10-논-스루홀 공구 홀더
11-스루홀 공구 홀더

a) 일체형 공구 홀더
b) 용접형 공구 홀더
c) 기계식 클램핑 타입 공구 홀더
d) 인덱서블 타입 도구 홀더
e) 성형 도구 홀더

1. 카바이드 용접형 공구 홀더

용접식 공구 홀더는 구조용 강철 손잡이에 카바이드 블레이드를 용접하여 형성됩니다. 구조가 간단하고 제조가 편리하며 공구 강성이 우수하고 유연하게 사용할 수 있다는 장점이 있어 중국에서 여전히 널리 사용되고 있습니다.

2. 카바이드 기계식 클램핑 타입 공구 홀더

기계식 클램핑 타입 공구 홀더는 그림 18과 같이 블레이드를 용접하지 않고 기계적으로 손잡이에 고정하는 방식입니다. 카바이드 기계식 클램핑 타입 공구 홀더는 기계식 클램핑 재연삭 타입과 인덱서블 타입으로 나뉩니다.

1-핸들
2-Shim
3-블레이드
4-나사를 조입니다.
5-조정 나사
6-압력 플레이트

(1) 헤비 듀티 클램프 타입 선삭 공구

이 선삭 공구의 가장 큰 장점은 칼날에 고온 용접을 하지 않아 경도 감소, 균열, 치핑과 같은 결함을 방지하여 공구 수명을 향상시킨다는 것입니다.

절삭 날이 무뎌지면 칼날을 분리하여 연마하기만 하면 되며, 설치 후 다시 사용할 수 있습니다. 공구 홀더를 여러 번 재사용할 수 있고 날을 일괄 연삭할 수 있어 연삭 품질을 보장하여 가공 품질과 효율성을 개선하고 비용도 절감할 수 있습니다. 클램프형 선삭 공구에는 여러 가지 구조적 형태가 있습니다.

(2) 인덱서블 터닝 도구

인덱서블 선삭 공구는 인덱서블 카바이드(세라믹) 인서트를 공구 홀더에 기계적으로 클램핑하여 형성된 선삭 공구입니다. 그림 19와 같이 사용되는 초경(세라믹) 인서트는 전문 제조업체에서 제조하며, 인서트의 종류는 다양하며 각각 인덱싱을 위한 절삭 날이 3개 이상 있습니다.

1-도구 홀더
2-Shim
3-인서트
4, 5-클램핑 요소

한쪽 절삭날이 무뎌지면 고정 장치를 풀고 인서트를 새 절삭날로 돌려서 다시 고정하고 모든 절삭날이 무뎌질 때까지 계속 사용한 다음 새 인서트로 교체하세요. 제거된 인서트는 다시 연마되지 않으므로 인서트의 매개변수는 연마 수준에 영향을 받지 않습니다. 이는 현재 추진 중인 도구이며, 인덱서블 인서트의 유형은 국가 표준 GB/T2076-2007을 참조할 수 있습니다.

V. 일반적인 표면 선삭 가공

1. 외부 원통형 선삭

외부 원통형 선삭은 가장 기본적인 선삭 작업 유형입니다.

(1) 외부 원통형 선삭에 일반적으로 사용되는 선삭 공구

90° 측면 공구, 45° 굽힘 헤드 선삭 공구, 75° 직선 헤드 선삭 공구는 외부 원통형 선삭을 위한 세 가지 기본 선삭 공구입니다.

선삭 시에는 선삭 공구를 올바르게 설치하여 적절한 기하학적 각도를 확보하고 공구의 성능을 최대한 발휘할 수 있도록 해야 합니다. 첫째, 공구의 강성을 향상시키기 위해 사각 공구 포스트에서 연장되는 공구의 길이를 가능한 한 짧게 하고, 둘째, 공구의 끝이 기계 스핀들 중심과 같은 높이에 있어야 작업 중에 공구의 앞쪽 각도와 뒤쪽 각도가 연삭 각도와 동일하게 변하지 않도록 해야 합니다.

공구를 기계 스핀들 중심보다 높게 설치하면 전면 각도가 증가하고 후면 각도가 감소합니다. 때로는 거친 선삭 시 효율성을 높이기 위해 전면 각도를 기계 스핀들 중심보다 약간 높게 설정할 수 있습니다. 공구를 중앙보다 낮게 설치하면 전면 각도가 감소하고 후면 각도가 증가합니다. 공구를 중심에서 벗어난 위치에 설치하면 주 절삭날 각도와 보조 절삭날 각도도 변경됩니다.

(2) 공작물 클램핑 방법 선택

외부 실린더를 선삭할 때 공작물을 클램핑하는 방법에는 여러 가지가 있으며, 각각 고유한 특성, 장단점이 있으므로 공작물의 크기, 모양, 가공 요구 사항 및 생산량에 따라 종합적으로 고려해야 합니다.

클램핑 방법을 선택할 때는 주로 다음 사항을 고려해야 합니다:

1) 불규칙한 모양의 대형 단일 조각 또는 소량의 미가공품 배치의 경우 클램핑을 위해 4-죠 독립 척을 사용해야 합니다. 4-죠 독립 척에 클램핑하는 것이 불편한 경우 페이스 플레이트 또는 페이스 플레이트 벤딩 플레이트에 클램핑하고, 중간 이상의 배치 생산에서는 클램핑을 위한 특수 고정 장치를 사용하는 것을 고려하십시오.

2) 밀링, 연삭 등이 필요한 긴 축 또는 나사형 공작물의 경우 외부 원통형 선삭 후 클램핑을 위해 이중 센터를 사용하고 다이얼 플레이트와 라이브 센터를 사용하여 클램핑을 지원해야 합니다.

3) 더 무거운 장축 공작물의 경우 외부 실린더를 황삭 선삭할 때 한쪽 끝은 척으로 고정하고 다른 쪽 끝은 센터로 지지해야 합니다.

4) 내부 구멍으로 가공되어 외부 실린더와 동축이 필요하고 길이가 짧은 공작물의 경우, 맨드릴을 사용하여 클램핑할 수 있습니다.

5) 길이 대 직경 비율이 크고 절삭량이 많은 긴 샤프트 또는 회전해야 하는 긴 샤프트를 선삭하는 경우 센터 레스트를 사용하여 클램핑할 수 있습니다.

6) 절삭 여유량이 적고 선회가 허용되지 않는 가느다란 샤프트의 미세 선삭을 위해 팔로우 레스트를 사용하여 클램핑할 수 있습니다.

(3) 외부 원통형 선삭 단계

1) 외부 원통형 선삭은 황삭 선삭, 반정삭 선삭, 정삭 선삭으로 나눌 수 있습니다. 선삭을 시작하기 전에 먼저 황삭, 반정삭 및 정삭 선삭의 허용 오차를 결정해야 합니다.

2) 황삭 선삭 시 공구와 기계의 성능을 최대한 활용해야 하며, 한 번의 작업 스트로크에서 황삭 가공 여유를 완료하려면 후방 절삭 깊이를 최대한 크게 해야 합니다. 단조 또는 주조 외부 실린더의 경우 표면이 더 단단하거나 모래 주형이 있기 때문에 공구 마모를 방지하려면 먼저 공작물을 모따기 한 다음 선삭을 위해 더 큰 후방 절삭 깊이를 선택하십시오.

3) 마무리 선삭 시에는 트라이얼 커팅 방법을 사용하여 크기를 조절합니다. 선삭 시 다이얼의 눈금에만 의존하여 후면 절삭 깊이를 결정하면 정확성을 보장하기 어렵습니다. 단일 부품 및 소량 생산에서 시험 절단 방법은 치수 정확도를 얻기 위한 일반적인 방법입니다. 정삭 선삭 시 초경 공구를 사용한 고속 정삭 선삭 또는 고속 강철 광폭 날 공구를 사용한 저속 정삭 선삭을 사용할 수 있습니다.

4) 거친 선삭 후 템퍼링 또는 정규화가 필요한 공작물은 다음과 같은 영향을 고려해야 합니다. 열처리 변형이 발생하지 않도록 하고 1.5～2.5mm의 여백을 남겨야 합니다.

5) 연삭이 필요한 공작물은 마무리 선삭을 할 필요가 없으며, 반정삭 선삭 시 연삭 여유를 남겨둘 수 있습니다. 단일 부품 및 소량 생산에서 마감 선삭만 필요한 공작물의 경우 표면 거칠기가 요구 사항을 충족하지 않으면 에머리 천이나 줄로 적절하게 연마할 수 있습니다.

6) 외부 원통형 선삭을 시작하기 전에 가공 중 길이 방향의 크기를 결정하기 위해 끝면을 먼저 선삭해야 합니다.

7) 계단식 축을 선삭할 때는 공작물의 강성을 보장하기 위해 직경이 큰 외부 실린더를 먼저 가공한 다음 직경이 작은 외부 실린더를 가공해야 합니다.

2. 원뿔형 표면 회전

원추형 표면의 선삭은 치수 정확도, 기하학적 정확도, 표면 거칠기뿐만 아니라 각도 또는 테이퍼 정확도도 요구되는 비교적 어려운 작업입니다. 요구 사항이 높은 원추형 표면의 경우 표면의 크기와 접촉 면적을 기준으로 정확도를 평가하기 위해 착색 방법 검사에 원추형 게이지를 사용해야 합니다.

선반에서 원뿔형 표면을 가공하는 데 일반적으로 사용되는 방법은 다음 세 가지입니다.

(1) 작은 슬라이드 보드 재배치 방법

그림 20과 같이 내부 및 외부 원추형 표면의 원추각이 α인 경우, 작은 공구 기둥을 α/2만큼 재배치하면 가공할 수 있습니다. 이 방법은 작동이 간단하며 모든 원뿔 각도의 내부 및 외부 원추형 표면을 가공할 수 있습니다. 그러나 수동으로만 공급할 수 있으며 짧은 길이의 가공에 적합합니다.

a) 외부 원뿔형 표면 가공

b) 내부 원추형 표면 가공

소형 슬라이드 보드의 회전 각도가 정확할 수 없기 때문에 원뿔 표면의 회전은 소형 슬라이드 보드의 각도를 돌리면서 측정하고 조정하여 수행합니다. 외부 콘의 경우 링 게이지와 범용 각도자를 사용하여 검사할 수 있으며, 내부 콘의 경우 플러그 게이지와 착색 방법을 사용하여 검사할 수 있습니다.

(2) 심압대 오프셋 방법

그림 21과 같이 심압대 오프셋 방식은 맨드릴에 장착된 샤프트형 공작물 또는 디스크 슬리브형 공작물의 외부 원뿔형 표면만 가공할 수 있습니다.

공작물 또는 맨드릴이 전면 중심과 후면 중심 사이에 고정되고 후면 중심이 앞뒤로 일정 거리 S만큼 오프셋되어 공작물의 회전축이 선반의 주 스핀들 축과 원뿔 각도 α/2의 절반과 같은 각도를 형성하여 자동 이송 선삭이 가능합니다. 이 방법은 길이가 길고 테이퍼가 작으며 정밀도가 낮은 공작물을 가공하는 데 적합합니다.

(3) 템플릿 방법

템플릿 방식은 템플릿 장치를 사용하여 원뿔형 표면을 돌리는 방법입니다. 템플릿 방식의 장점은 편리하고 정확하며 중앙 구멍 접촉이 좋고 품질이 높다는 것입니다. 일반적으로 베벨 각도가 12° 미만인 외부 원추형 표면의 동력 공급 선삭이 가능하여 일괄 생산에 적합합니다. CNC 선반의 광범위한 사용으로 인해 원추형 표면 선삭을 위한 템플릿 방식은 거의 사용되지 않습니다.

3. 스레드 터닝 처리

스레드 회전은 스레드 처리의 일반적인 방법입니다. 스레드에는 여러 유형이 있지만 처리 원리는 동일합니다.

(1) 공구 절삭날 연마하기

1) 삼각 나사산 선삭 공구 연삭

일반 나사산 선삭 공구의 팁 각도는 60°, 임페리얼 삼각 나사산 선삭 공구의 팁 각도는 55°, 공구의 경사각은 γ여야 합니다. _p 는 0도여야 하며 스레드 나선 각도의 영향으로 양쪽의 릴리프 각도가 달라야 하지만 피치가 작은 스레드의 경우 동일할 수 있습니다.

고속 강철 공구를 사용하여 저속으로 나사산을 돌릴 때 리드 각이 작으면 나사산 표면을 매끄럽게 만들기 어렵습니다. 경사각 γ를 사용하는 경우 _p =5°~15°의 경우 가공이 매우 부드럽지만 절삭 인선이 공작물 축을 통과하지 않기 때문에 나사산 프로파일이 직선이 아닌 곡선이 됩니다. 이 오차는 요구 사항이 낮은 나사산의 경우 무시할 수 있지만 리드 각도가 클수록 팁 각도에 큰 영향을 미칩니다.

γ _p =10°~15°인 경우 선삭 공구의 팁 각도를 40′~1°40'로 줄여야 합니다. 정밀도가 높은 나사산의 경우, 레이크 각도 γ _p 고속강 선삭공구의 경우 0°~5°여야 하며, 초경합금 선삭공구의 경우 γ _p 는 0°여야 합니다.

초경합금 선삭 공구는 나사산의 고속 절삭에 적합합니다. 선삭하는 동안 공작물의 톱니 프로파일 각도가 증가하므로 팁 각도를 30' 줄여야 합니다. 경도가 높은 나사산을 선삭할 때는 두 절삭날에 0.2~0.4mm 폭의 네거티브 챔퍼를 연마하고 γ _o1 =-5°. 연삭이 올바른지 여부는 템플릿으로 확인할 수 있습니다.

2) 직사각형 및 사다리꼴 나사 공구 연삭

나사산을 선삭할 때 이송 동작의 영향으로 절삭면과 베이스면의 위치가 변경되어 작업 중 공구의 전면 각도와 후면 각도가 연삭 공구의 전면 각도 및 후면 각도와 달라집니다. 변화의 정도는 나사산 리드 각의 크기에 따라 달라집니다. 직사각형 나사산, 사다리꼴 나사산 및 다중 시작 나사산은 종종 리드가 크고 나선 각도가 더 크므로 연삭 시 이 문제를 고려해야 합니다.

선삭 공구 양쪽의 후방 각도 변화. 선삭 공구 양쪽의 작업 후진 각도는 일반적으로 그림 22와 같이 3°~5°로 간주됩니다. 오른쪽 나사산을 선삭할 때 절삭 평면의 경사로 인해 왼쪽의 작업 후진 각도가 나사산 리드 각도 φ만큼 감소하여 선삭 공구가 정상적으로 작동할 수 없게 됩니다.

따라서 지면 등각 α _oL 왼쪽의 작업 등각에 나사산 리드 각도 φ를 더한 값과 같아야 합니다. 선삭 공구의 강도를 보장하기 위해 그라운드 백 각도 α _oR 오른쪽의 작업 후진 각도에서 나사산 리드 각도 φ를 뺀 값과 같아야 합니다. 왼쪽 나사산을 돌릴 때는 상황이 반대입니다.

α_oL=（3°～5°）+ φ

α_oR = (3° ～ 5°) - φ

선삭 공구 양쪽의 전면 각도 변화. 베이스 평면의 위치 변화로 인해 선삭 공구 양쪽의 작업 전면 각도가 그라운드 전면 각도와 동일하지 않게 됩니다(그림 23 참조). 오른쪽 나사산을 선삭하는 경우 공구 양쪽의 접지 정면 각도가 0°인 경우 작업 정면 각도 γ _oeR 가 음수가 되어 자르기가 어려워집니다.

a) 도구의 수평 설치
b) 도구의 정상적인 설치

절삭 상태를 개선하기 위해 공구의 앞면이 나선선에 수직으로 고정, 즉 정상 설치되면 공구 양쪽의 작업 전면 각도가 동일합니다. _oeL =γ _oeR =0°; 공구를 수평으로 설치할 수도 있으며, 전면 양쪽에 큰 칩 플루트를 연마하여 전면 각도를 높여 부드럽게 가공할 수 있습니다.

(2) 도구 설치

나사산 선삭 공구를 설치할 때 공구 끝은 공작물의 나사산 축과 같은 높이에 있어야 하고 공구 끝 각도의 이등분선은 공작물 축에 수직이어야 나사산 프로파일의 정확성을 보장할 수 있습니다. 나사산 선삭 공구는 그림 24와 같이 템플릿을 사용하여 설치할 공구의 올바른 위치를 찾는 경우가 많습니다.

a) 삼각형 스레드 돌리기
b) 사다리꼴 스레드 돌리기

(3) 스레딩을 위해 공구를 공급하는 방법

1) 직접 피드 방식

회전하는 동안 각 왕복 스트로크 후에 공구가 측면으로 공급됩니다. 여러 번의 왕복 운동과 측면 이송을 통해 나사산이 잘 회전합니다. 이 방법은 선삭 중에 양쪽을 동시에 절단하므로 공구가 걸리기 쉬우므로 작은 피치의 삼각형 나사산을 절단하는 데 자주 사용됩니다.

2) 왼쪽 및 오른쪽 절단 방법

선삭 과정에서 측면 이송 외에도 작은 슬라이드를 사용하여 공구를 왼쪽 또는 오른쪽으로 약간 이송합니다. 이 작업을 여러 번 반복하면 실이 잘 회전합니다. 이 방법을 사용하면 공구가 단일 모서리로 절단할 수 있어 힘 분포가 개선되고 거칠기 값이 더 작은 표면을 얻을 수 있습니다.

황삭 선삭의 경우 편의를 위해 작은 슬라이드가 한 방향으로 움직일 수 있으며, 정삭 선삭의 경우 작은 슬라이드가 좌우로 번갈아 가며 움직여 양쪽을 연마해야 합니다. 마무리 선삭의 마지막 한두 컷은 직접 이송 방식을 사용하여 치아 프로파일의 정확성을 보장할 수 있습니다.

(4) 교차 스레딩의 원인 및 방지 방법

일반적으로 나사 가공을 완료하려면 여러 번의 패스가 필요합니다. 공구 끝이 이전 패스에서 절단된 나사 홈과 정렬되지 않고 왼쪽이나 오른쪽으로 오프셋되면 교차 스레딩이 발생합니다. 이 현상을 크로스 스레딩이라고 합니다.

크로스 스레딩의 주요 원인은 리드 스크류가 한 번 회전하지만 공작물이 완전히 회전하지 않는 경우입니다. 스레딩할 때 공작물과 리드 스크류가 모두 회전합니다. 하프 너트를 들어 올린 후 리드 스크루가 한 바퀴를 완료할 때까지 기다렸다가 다시 눌러야 합니다. 리드 스크루가 한 바퀴 회전하고 공작물이 완전히 회전하면 공구가 교차 스레딩을 일으키지 않고 이전에 절단된 나선형 홈에 들어갈 수 있습니다. 리드 스크루가 한 바퀴 회전한 후 공작물이 완전히 회전하지 않으면 크로스 스레딩이 발생합니다.

위의 원칙에 따르면, 교차 스레딩은 P _丝 /P _工 는 정수와 같으며 정수가 아닐 때 발생합니다. CA6140 선반에서 임페리얼 및 모듈 나사산을 스레딩하면 교차 스레딩이 발생합니다. 크로스 스레딩 없이 스레딩할 때는 하프 너트를 열어 공구를 후퇴시킬 수 있습니다.

크로스 스레딩을 방지하려면 가공 과정에서 하프 너트를 임의로 열거 나 닫지 말고 정방향 및 역방향 선삭 방법, 즉 첫 번째 패스가 끝날 때 하프 너트를 닫은 상태로 유지하고 공구를 반경 방향으로 후퇴시킨 다음 주축을 후진하고 공구를 세로로 후퇴시킨 다음 다음 절삭으로 진행하십시오.

이렇게 하면 왕복 공정 중에 메인 스핀들, 리드 스크류 및 공구 포스트 사이의 전송이 분리되지 않기 때문에 교차 스레딩이 발생하지 않습니다.

(5) 도구 정렬 방법

선삭 공정 중에 공구를 교환하거나 연삭한 후 공구를 재정렬하고(그림 25 참조), 먼저 하프 너트를 닫고 공구를 위치 1에 놓고 기계를 시작하고 공구 기둥을 앞으로 이동하여 공구를 위치 2에 놓고 리드 스크류와 너트 사이의 간격을 제거한 다음 작은 슬라이드와 중간 슬라이드를 돌려 공구를 원래 나사 홈에 떨어뜨리고 공구를 위치 3에 놓은 다음 공구를 옆으로 후퇴시킨 다음 공구를 공작물의 오른쪽 끝면 외부로 몇 밀리미터 이동하여 계속 회전해야 합니다.

(6) 일반 스레드의 고속 절단

일반 나사산은 상대적으로 낮은 절삭 속도만 사용할 수 있는 고속 강철 공구로 가공되며 왕복 작업 스트로크 수가 많습니다. 예를 들어 피치가 2mm인 나사산을 선삭하려면 일반적으로 최소 12번의 왕복 작업 스트로크가 필요합니다. 그러나 초경 선삭 공구를 사용하면 왕복 작업 스트로크 수를 줄이면서 매우 빠른 절삭 속도를 채택할 수 있으므로 생산성과 가공 품질이 크게 향상됩니다. 구체적인 방법은 다음과 같습니다:

절삭 속도가 50~100m/min인 카바이드 선삭 공구를 사용하고 공구를 직접 이송하며 칩이 축에 수직으로 또는 구형으로 배출되는 것이 이상적입니다. 절삭 시 좌우 이송 방식은 반대쪽 나사산 표면을 당길 수 있으므로 사용하지 마십시오.

외부 나사산을 고속으로 절삭할 때 선삭 공구의 압축으로 인해 나사산의 반경 치수가 확장됩니다. 따라서 나사산을 선삭하기 전 외경은 나사산의 주 직경보다 작아야 합니다. 피치가 1.5~3.5mm인 미터 나사산을 선삭하는 중탄소강의 경우 외경은 0.2~0.4mm 더 작을 수 있습니다.

내부 나사산을 고속 절단할 때 내부 나사산을 돌리기 전의 구멍 직경은 내부 나사산의 작은 직경보다 다소 커야 하며, 대략 다음 공식으로 계산할 수 있습니다:

연성 금속 D의 경우 _구멍 ≈D-P

취성 금속 D의 경우_구멍 ≈D-1.05P

어디

• D - 스레드의 주요 직경(mm)입니다;
• P - 스레드의 피치(mm)입니다.

적격 부품의 가공을 보장하기 위해 치아 높이 공식 h ₁ =0.5413P를 사용하여 톱니 높이를 계산하고 매번 백 커팅 양을 할당해야 합니다. 황삭 선삭 시에는 일반적으로 약 0.2~0.3mm의 큰 값으로 시작하고 정삭 선삭 시에는 0.1~0.15mm를 취합니다.

피치가 1.5mm인 나사산을 가공하려면 3~5회의 왕복 작업 스트로크만으로 가공을 완료할 수 있습니다. 피치가 클수록 더 많은 절삭 패스가 수행되며 마지막 정삭 선삭의 후방 절삭량은 0.1mm 이상이어야 하며, 그 후 측정 도구로 공작물을 검사할 수 있습니다.