스레드 절단 최적화: 도구 및 모범 사례

I. 공통 스레드

1. 나사산 선삭 공구 형상 각도가 나사산 선삭에 미치는 영향

나사산 선삭 공구는 그림 1에 표시되어 있으며, 일반적으로 그림 1b 및 1c와 같이 탄성 공구 홀더에 고정되어 사용됩니다. 이는 절삭 중 고르지 않은 힘이 발생할 때 완충 역할을 하여 공구 팁을 보호하기 위한 것입니다. 나사산을 선삭할 때 올바른 절삭유를 사용하면 가공된 표면의 표면 거칠기 값을 줄일 수 있습니다.

a) 경사각 γ₀ = 0°인 나사산 선삭 공구
b) 일반 탄성 공구 홀더에 장착된 나사산 선삭 공구
c) 회전식 공구 홀더 내부에 장착된 나사산 선삭 공구

(1) 공구 레이크 각도가 나사산 선삭에 미치는 영향

나사산 선삭 공구 끝의 경사각을 방사형 경사각 γ₀이라고 합니다. 이론적으로는 경사각의 정의를 따르지만, 양쪽 모서리는 경사각의 정의를 따르지 않지만 일반적으로 경사각이라고 부릅니다. 일반 나사산을 선삭할 때 공구의 방사형 경사각 γ₁은 0°이고 공구 팁 각도 ε₂는 나사산 형태 각도 α, 즉 ε₃ = α = 60°와 같으므로 선삭된 나사산 형태가 정확합니다.

나사산 선삭 공구의 방사형 경사각 γ₀(그림 2)이 0°보다 크거나 작으면 나사산 선삭의 두 절삭날이 공작물 축과 평행하지 않고 선삭된 나사면이 직선이 아니라 약간 곡선입니다. 또한 방사형 경사각이 클수록 나사산 형태 반각의 오차가 커집니다. 즉, 실제 나사산 형태 각도가 표준 나사산 형태 각도보다 커집니다. 축 방향 스레드 형태 단면은 그림 3에 나와 있습니다.

a) 방사형 경사각 γ₀ > 0°인 나사산 선삭 공구
b) γ₀ > 0° 나사산 선삭 공구를 사용한 공작물 절삭

따라서 고정밀 요구 사항이 있는 나사산 가공품을 미세 선삭할 때 나사산 형태의 정확성을 보장하기 위해 일반적으로 공구의 경사각은 0° ~ 5°로 설정합니다.

(2) 공구 팁 각도가 나사산 선삭에 미치는 영향

앞서 언급했듯이 나사산 선삭 공구의 방사형 경사각 γ₀이 0°를 초과하면 나사산 형태 각도에 영향을 미치며, 방사형 경사각이 클수록 영향이 커집니다. 방사형 경사각 γ₁ > 0°일 때 공구 팁 각도 ε₂가 나사산 형태 각도 α와 같으면 회전된 나사산 형태 각도가 필요한 것보다 커집니다.

그러나 정밀도 요구 사항이 낮은 나사산의 경우 절삭이 용이하도록 공구 경사각을 높이기 위해 실제 작업에서 공구 팁 각도를 적절히 줄이는 방법을 사용하여 비교적 정확한 나사산 형태 각도를 얻을 수 있습니다. 나사산 선삭 공구의 방사형 경사각 γ₀이 12° 미만인 경우 다음 공식을 사용하여 공구 팁 각도 ε₁을 대략적으로 계산할 수 있습니다:

ε_r=αcosγ_o

어디

α - 스레드 형태 각도(°)입니다;
γ₀ - 스레드의 방사형 경사각(°)입니다.

계산이 어려운 상황에서는 나사산 선삭 공구의 방사형 경사각 γ₀이 12° 미만인 경우 공구 팁 각도를 나사산 형태 각도보다 1° ± 0.3° 작게 만들 수 있습니다.

(3) 공구의 양쪽 가장자리 릴리프 각도가 나사산 선삭에 미치는 영향

나사산을 돌릴 때 돌린 홈은 나선형 라인입니다. 공작물마다 나사산 리드 각도가 일치하지 않기 때문에 나사산 선삭 공구 뒷면과 나사산 형태의 측면 사이의 접촉 각도도 달라집니다. 공작물의 나사산 리드 각이 클수록 절삭 중 공구 릴리프 각이 커집니다.

이 각도 변화를 고려하지 않으면 공구 뒷면이 나사산 형태의 측면에 닿거나 긁힐 수 있습니다. 이 요소의 영향은 특히 큰 피치 나사산을 가공할 때 고려해야 합니다.

따라서 오른쪽 나사산을 선삭할 때는 나사산 선삭 공구의 왼쪽 절삭날에서 왼쪽 안전각 α₀을 약간 늘려서 원래 안전각 α₁에 나사산 리드 각도 τ를 더해야 합니다, α₂ = α₃ + τ. 이때 오른쪽 절삭 날의 오른쪽 안전각 α₄는 원래 안전각 α₅에서 나사산 리드 각도 τ를 빼서 α₆ = α₇ - τ로 줄여야 합니다.

왼쪽 나사산 선삭을 위한 공구 릴리프 각도는 위와 반대입니다.

α_왼쪽=α_o-τ，α_{o 오른쪽}=α_o+τ_o

스레드 리드 각도 τ는 그림 4에 표시되어 있으며 다음 공식을 사용하여 계산됩니다.

tanτ=P/πd₂

어디

P - 스레드 피치(mm);
d₀ - 나사산 피치 직경(mm).

나사산 선삭 시 나사산 선삭 공구의 양쪽 가장자리 릴리프 각도를 조정할 때 회전 스프링 공구 홀더를 사용할 수 있습니다.

2. 절단 안정성을 보장하기 위한 효과적인 조치 취하기

가느다란 샤프트형 공작물에서 나사산을 돌릴 때, 나사산은 강성이 약하기 때문에 배력의 작용에 의해 구부러지기 쉽습니다. 이러한 현상을 방지하고 줄이기 위해 팔로우 레스트를 사용하는 것 외에도 스테디 레스트 도구를 사용할 수도 있습니다.

그림 5와 같이 가느다란 공작물에서 나사산을 선삭할 때는 가볍고 안정적인 고정 받침대를 사용합니다. 클램프 블록은 심압대 중앙에 설치되고 지지봉은 클램프 블록에 고정되며 청동 고정봉은 지지봉에 클램핑됩니다. 지지대 끝에는 회전하는 공작물과 접촉하여 선삭 시 절삭 공구에 의해 생성되는 힘을 상쇄하는 V자형 노치가 있습니다.

1-작품
2-구리 스테디 로드
3-서포트 로드
4-클램프 블록
5-커팅 도구
6-심압대

이 장치를 설치할 때 고정 막대는 수평면과 비스듬히 있어야 하며, 고정 막대의 V자형 노치가 절삭 공구 방향으로 약간 기울어져 있어야 막대에 가해지는 절삭 공구의 결합력이 균형을 이룰 수 있습니다.

지지봉 길이의 제한으로 인해 이 장치는 짧은 길이의 비교적 얇은 나사산 막대를 돌리는 데 적합합니다.

그림 6은 심압대 중심을 사용하기 불편한 상황에서 M3 얇은 나사산 봉을 선삭할 때 사용하는 고정 받침대 공구를 보여줍니다.

심압대에 고정봉을 놓고 심압대 오프셋을 적절히 조정하여 공작물 표면과 잘 접촉되도록 합니다. 이러한 도구를 사용하면 가공 후 공작물이 구부러지지 않도록 할 수 있습니다.

이 공구를 제조할 때는 연성 강철을 사용해야 하며, 고정봉의 지지면이 선반 스핀들 중심선과 평행하도록 해야 합니다.

고정밀이 요구되는 긴 나사산 봉을 선삭할 때는 그림 7에 표시된 고정 받침대 공구를 사용할 수 있습니다. 팔로우 레스트를 사용하는 동안 절삭 공구의 오른쪽에 스프링이 장착된 핀이 설치되어 있어 공작물의 안정성을 효과적으로 보장하고 절삭 중 진동을 방지합니다.

1-작품
2-휴식 턱 따라가기
3핀
4-Spring
5-커팅 도구

이 장치를 사용할 때는 팔로우 레스트 턱과 핀 사이의 상대적 위치 조정에 주의하고, 핀의 지지력을 보장하기 위해 스프링에 일정한 압축력이 있는지 확인하세요.

3. 선반의 긴 리드 스크류의 축 방향 이동이 공작물의 나사산 피치에 영향을 미치지 않도록 방지합니다.

가공된 나사산의 나사산 피치가 과도하게 편차되면 나사산 체결성에 영향을 미칩니다. 나사산 피치 오류의 주된 원인은 선반 자체의 정밀도 문제와 선반의 긴 리드 스크류의 과도한 축 방향 이동과 같은 작동 실수입니다.

리드스크류의 축 방향 이동을 검사하는 방법은 다음과 같습니다: 선반 베드 표면에 마그네틱 베이스가 있는 다이얼 인디케이터를 고정하고(그림 8) 리드스크루의 중앙 구멍에 강철 볼을 꽂은 후 리드스크루를 돌리고 리드스크루 중간 부분의 에이프런에 있는 하프 너트를 열고 닫아 확인합니다.

다이얼 인디케이터 판독값의 최대 차이는 긴 리드 스크류의 축 방향 이동 오차이며, 허용 오차는 0.015mm입니다. 이 허용 오차를 초과하는 경우 신중하게 조정해야 합니다.

정밀도 요구 사항이 낮은 나사산의 경우 피치가 공차를 초과하는 경우 나사산의 나사 체결성에 영향을 미치지 않도록 공작물 너트의 피치 직경을 약간 더 크게 돌릴 수 있습니다. 이렇게 하면 나사산 연결 시 피치 직경에 약간의 여유 공간이 생겨 나사산 체결성 요구 사항을 충족할 수 있습니다.

이 간격을 일반적으로 보정 간극이라고 합니다. 그러나 피치 직경 보정 값은 연결의 안정성에 영향을 미치기 때문에 무한정 늘릴 수 없습니다. 따라서 피치 직경 보정 값의 크기를 제한해야 합니다. 피치 직경 보정 값의 크기를 제한하면 피치 오류의 크기도 제한됩니다.

또한 선반 스핀들의 축 방향 이동, 교환 기어 사이의 부적절한 간격, 공작물 축에 대한 선반 베드의 과도한 평행도 또는 베드의 과도한 직진도 모두 나사산 공작물의 피치 정확도에 영향을 줄 수 있습니다.

4. 스레드 회전의 효율성 향상

공작물 효율성 향상에는 가공 방법 개선, 멀티 스타트 나사 공작물에 여러 절삭 공구 사용, 절삭 파라미터 증가, 고급 절삭 공구 사용, 퀵 체인지 픽스처 사용 또는 퀵 클램핑 방법 채택, 작업 중 유휴 시간 감소, 측정 시간 단축, 합리적인 작업 공간 배치 등 다양한 측면이 포함됩니다. 아래는 구체적인 처리 방법의 몇 가지 예시입니다.

(1) 테이퍼형 생크 나사 가공품의 언로딩 방법

테이퍼형 생크 나사산 공작물을 선삭할 때 공작물 설치를 용이하게 하고 효율성을 개선하기 위해 일반적으로 공작물을 해당 테이퍼형 구멍에 삽입하여 가공합니다. 그러나 언로딩 방법이 부적절하면 시간이 낭비될 수 있습니다.

그림 9는 테이퍼형 생크 나사산 공작물용 클램핑 공구로, 공작물을 빠르게 언로드할 수 있습니다. 고정구 본체(1)에는 널링 너트(2)가 나사로 고정된 외부 나사산 부분이 있습니다. 널링 너트에는 선삭용 구멍이 4개 있습니다.

1-픽스처 본체
2-너클 너트
3 테이퍼형 생크 나사산 공작물
4-이젝터 플레이트
5, 7-슬롯
6 테이퍼형 구멍
8-작은 핀

테이퍼형 구멍(6) 뒤에는 가로 슬롯(5)이 있고 슬롯(5)에는 이젝터 플레이트(4)가 설치되어 있습니다. 이젝터 플레이트에는 이젝터 플레이트를 슬롯 5에 고정하기 위해 슬롯 7에서 움직이는 작은 핀(8)이 있습니다. 테이퍼형 생크 나사산 공작물 3이 완성된 후 널링 너트 2를 바깥쪽으로 돌리면 이젝터 플레이트 4가 테이퍼형 생크 나사산 공작물 3을 밀어냅니다.

(2) 고속 선삭 방식 채택

고속 스레드 선삭은 절삭 표면의 표면 거칠기가 낮고 효율이 높다는 장점이 있습니다. 그러나 절삭 온도 상승으로 인해 스레드 크레스트의 "팽창 변형"이 발생할 수 있습니다. 따라서 외부 나사산의 외경은 최소 제한 크기로, 내부 나사산의 구멍 직경은 최대 제한 크기로 돌려야 합니다.

(3) 고속 스레드 선삭의 역이송 방식

고속 스레드 선삭 중에는 스핀들 회전 속도가 매우 높습니다( 절단 속도 고속 강철 절삭 공구를 사용할 때보다 6배 이상 높습니다), 이송 속도도 매우 빠릅니다(일반적으로 3~5회의 이송 패스만 있으면 나사산을 완성할 수 있습니다). 특히 큰 피치 나사산과 내부 나사산을 선삭할 때 공구를 제때 후퇴시키지 못해 사고가 발생하는 경우가 종종 있습니다. 이러한 경우 역이송 방식을 채택할 수 있습니다.

그림 10a는 역이송 방식을 사용하여 외부 나사산을 고속 선삭하는 상황을 보여줍니다. 내경 나사 선삭에 사용되는 것과 유사한 절삭 공구가 공구 포스트에 장착되어 있으며 공구 팁은 공작물의 공구 후퇴 홈에 위치합니다. 후방 맞물림량을 조정한 후 선반 스핀들이 역방향으로 회전하고 왼쪽에서 오른쪽으로 고속으로 이송하여 나사산을 절삭합니다.

a) 외부 스레드의 역 피드 회전
b) 내부 스레드의 역 피드 회전

이렇게 하면 절삭 공구가 후퇴하지 않는 문제가 발생하지 않습니다. 그림 10b는 내부 나사 절삭 공구가 역방향으로 연삭된 모습을 보여줍니다. 후방 맞물림량을 조정한 후 공작물이 역방향으로 회전하고 나사산이 왼쪽에서 오른쪽으로 이송되어 절삭됩니다.

(4) 논스톱 고정 장치 사용

그림 11은 원형 너트 공작물을 보여줍니다. 단일 부품 생산의 경우 자동 센터링 척에 클램핑하여 가공할 수 있습니다. 대량 생산의 경우 효율성을 높이기 위해 그림 12와 같은 논스톱 픽스처를 사용할 수 있습니다.

1-스핀들
2-플랜지
3-스프링 샤프트
4-스프링 콜릿
5-Spring
6, 11, 16-나사
7-잠금 디스크
8-아웃 슬리브
9-베어링
10, 15-와셔
12-구리 부싱
13-추력 슬리브
14-콜렛 코어
17-핸들

플랜지 2는 선반 스핀들 박스 플랜지에 고정되고 스프링 콜릿 4와 스프링 샤프트 3은 선반 스핀들 1에 순차적으로 연결되며 스핀들 1과 함께 회전합니다. 외부 슬리브 8은 나사산을 통해 플랜지 2에 연결되며 스핀들 1과 함께 회전하지 않습니다.

가공 중에 둥근 너트 공작물을 회전 스프링 콜릿 4의 구멍에 넣고 핸들 17을 시계 반대 방향으로 돌려 외부 슬리브 8이 회전하고 축을 따라 왼쪽으로 이동하도록 하여 스러스트 슬리브 13이 동시에 왼쪽으로 이동하도록 하여 공작물을 고정합니다.

가공이 완료된 후 선반 스핀들이 계속 회전하는 상태에서 핸들 17을 시계 방향으로 돌려 바깥쪽 슬리브 8이 회전하여 오른쪽으로 이동하고 스러스트 슬리브 13이 동시에 오른쪽으로 이동합니다. 이때 스프링 콜릿(4)이 느슨해지고 스프링(5)의 작용으로 콜릿 코어(14)를 밀어내어 공작물이 자동으로 떨어집니다. 그런 다음 기계를 멈추지 않고 다음 공작물을 설치하여 가공을 계속합니다.

이 고정장치는 기계를 멈추지 않고 작동하므로 설치 중에 공작물이 작업자의 손가락을 절단하는 것을 방지하기 위해 그림 13과 같은 보조 공구를 사용할 수 있습니다. 둥근 너트 공구를 짧은 샤프트에 끼우고 손잡이를 잡고 공작물을 고정 장치에 놓습니다.

(5) 더블 스타트 스레드의 더블 툴 터닝

더블 스타트 스레드를 처리할 때는 일반적으로 먼저 하나의 리드를 돌린 다음 라인을 분할하고 다른 리드를 돌리는 방식으로 작업합니다. 이중 공구 홀더를 사용하면 생산성을 향상시킬 수 있습니다.

그림 14는 더블 스타트 내부 나사산 선삭용 공구 홀더의 구조를 보여줍니다. 공구 홀더에는 두 개의 나사 절삭 공구가 장착되어 있으며, 두 공구 모두 10mm × 10mm 고속 강철로 제작되어 하나의 피치를 형성합니다. 공구 생크의 길이 L은 다양한 공작물 길이에 따라 결정되며, 생크는 범용 요구 사항을 충족할 수 있는 충분한 강성을 가져야 합니다.

공구 생크의 왼쪽 끝은 타원형으로 만들어져 칩을 쉽게 제거할 수 있습니다. 제조의 용이성을 위해 절삭 공구는 열린 슬롯에 설치되고 나사로 고정됩니다. 절삭 공구를 연마할 때는 공구 세팅을 위해 템플릿을 사용해야 하며, 두 공구 사이에 얇은 구리 쉼을 사용하여 피치를 보장할 수 있습니다.

두 절삭 공구의 앞면의 일관성을 보장하기 위해 조립 후 공구 그라인더에서 앞면을 한 번에 연마합니다. 공구 형상 각도는 기존 파라미터에 따라 선택됩니다.

그림 15는 내부 나사산 더블 툴 홀더와 동일한 원리로 작동하는 더블 스타트 외부 나사산 선삭용 더블 툴 홀더의 구조를 보여줍니다.

5. 나사산 선삭을 위한 자동 공구 후퇴 장치 사용

고속 나사산 선삭에서는 빠른 종방향 이송으로 인해 절삭 공구가 나사산 끝에 도달했을 때 제때 후퇴하지 못하면 공구 또는 공작물이 손상될 수 있습니다.

나사산 선삭을 위한 자동 공구 후퇴 장치에는 다양한 형태가 있습니다. 그림 16은 비교적 간단한 구조를 보여줍니다. 이 장치는 공구 포스트를 29° 회전시키고 그 위에 평판(3)을 고정합니다. 핀(6)이 평판(3)에 고정되어 있고, 조정 핸들(5)이 핀(6)에 피벗된 커넥팅 로드(7)가 있습니다. 안쪽 끝은 롱로드 2의 핀 4에 회전되고 다른 커넥팅로드 9도 핀 4에 회전됩니다. 공구 홀더 11은 공구 포스트 볼트 13에 회전됩니다.

1-스톱 블록
2-롱 로드
3-플랫 플레이트
4, 6핀
5-핸들
7, 9-커넥팅 로드
8-초기 조정 나사
10-스프링
11-도구 홀더
12-워크피스
13-툴 포스트 볼트
14-접점 링

스레딩 시 공구가 끝 부분에 도달하면 롱로드 2에 고정된 컨택 링 14가 베드에 고정된 스톱 블록 1에 닿습니다. 롱로드(2)가 핀(4)을 당겨 커넥팅 로드(9)가 서서히 후퇴합니다. 스프링 10에 의해 당겨진 공구 홀더 11도 공작물 12에서 서서히 멀어집니다. 이 장치를 처음 사용할 때는 초기 조정 나사 8을 사용하여 조정하세요.

II. 사다리꼴 스레드

1. 사다리꼴 나사 절삭 공구

(1) 사다리꼴 나사 절삭 공구 상단 가장자리의 너비 치수

사다리꼴 나사 절삭 공구 상단 모서리(그림 17)의 폭 치수 B는 나사 홈 바닥의 크기에 따라 결정해야 합니다. GB/T5796.1-2005 및 GB/T 5796.3-2005에 따르면, 공구 상단 모서리의 폭 치수는 다음 공식을 사용하여 계산할 수 있습니다.

B=0.366P-0.536a₀

어디

P - 사다리꼴 실의 피치(mm).
a _c - 사다리꼴 스레드 크레스트 간극(mm), P=2~5mm일 때, a _c =0.25mm; P=6~12mm인 경우, a _c =0.5mm; P=4~44mm인 경우, a _c =1mm.

(2) 나사 절삭 공구의 작업 각도와 나사 리드 각도의 관계

일반 스레드를 절단할 때, 다른 공작물의 스레드 리드 각도가 일치하지 않기 때문에 절삭 공구 양쪽의 릴리프 각도가 스레드 절단에 영향을 미칩니다.

사다리꼴 스레드를 절단할 때 스레드 리드 각도가 증가하기 때문에 이 현상이 더욱 뚜렷해집니다. 나사산 리드 각도 τ는 절삭 중 실제 릴리프 각도를 변경합니다. 왼쪽 절삭날에서는 나사산 리드 각도 τ로 인해 실제 릴리프 각도가 τ만큼 감소하고, 오른쪽 절삭날에서는 τ만큼 증가합니다.

따라서 오른쪽 나사산을 절삭하고 사다리꼴 나사 절삭 공구의 릴리프 각도를 결정할 때 왼쪽 절삭 날의 릴리프 각도를 τ만큼 늘려야 합니다. 사다리꼴 나사 절삭 공구는 일반적으로 3°~5°이므로, 그림 18과 같이 (3°~5°)+τ가 됩니다.

오른쪽 절삭날의 릴리프 각도를 τ만큼 줄여 (3°~5°)-τ가 되어야 실제 절삭 시 양쪽의 릴리프 각도가 동일해집니다. 왼쪽 스레드의 경우 그 반대가 적용됩니다.

실제 가공에서 나사산 리드 각도가 공구의 작업 각도에 미치는 영향을 개선하기 위해 공구와 공작물의 상대적 위치를 적절히 조정할 수 있습니다.

회전식 공구 홀더를 사용하여 공작물의 나사산 리드 각도만큼 공구를 회전하고 공구를 정상적으로 설치하거나(그림 19), 연삭 중에 왼쪽 릴리프 각도를 크게 하고 오른쪽 릴리프 각도를 작게 하여 연삭합니다. 또한, 반경 방향 양의 경사각 γ _o 를 깊이 단면(방사형 양의 경사각 γ _o 은 그림 18에 표시되어 있으며, 일반적으로 가공되는 재료에 따라 5°~15° 증가합니다).

(3) 사다리꼴 나사 절삭 공구의 나사산 형태 각도 및 보정

방사형 경사각이 있는 나사 절삭 공구의 경우, 두 절삭날이 사다리꼴 나사 공작물의 중심선을 통과하지 않기 때문에 절단된 나사산의 축 방향 단면의 나사 형태가 직선이 아니라 곡선입니다. 이 오류는 특히 방사형 경사각이 큰 나사 절삭 공구의 경우 나사산 형태 각도에 큰 영향을 미칩니다.

따라서 절삭 중에 절삭 공구의 나사산 형태 각도를 보정해야 합니다. 나사 절삭 공구의 형태 각도에 대한 보정 값은 표 1에서 확인할 수 있습니다.

표 1 사다리꼴 나사 절삭 공구 형태 각도에 대한 보정 값

2. 사다리꼴 나사 절삭 공구 홀더 구조

그림 1b와 1c에 소개된 공구 홀더 구조는 외부 사다리꼴 나사 절삭에도 적합합니다. 내부 사다리꼴 스레드의 경우 그림 17에 표시된 공구 형태를 참조하십시오. 길고 얇은 내부 사다리꼴 나사 절삭 시 공구 홀더 구조는 그림 20과 같으며, 이는 얇고 긴 공구 홀더로 인한 강성 저하 문제를 해결합니다.

1-척 턱
2-스루 샤프트
3-도구 본체
4-나사
5-툴 장착 구멍
6-압력 플레이트
7-구리 부싱
8-트랜지션 슬리브

그림 20에서는 트랜지션 슬리브와 구리 부싱이 선반 스핀들의 테이퍼 구멍에 설치되어 있습니다. 관통 샤프트는 공작물 구멍을 통해 구리 부싱에 삽입되며, 오른쪽 끝은 도브테일 조인트를 통해 공구 홀더에 연결됩니다(도브테일 각도는 75°~80°여야 함). 관통축에 나선형 오일 홈이 절단되어 관통축과 구리 부싱 사이의 윤활을 보장하여 관통축이 축 방향으로 움직일 때 마찰 저항을 줄입니다.

가공하는 동안 공작물은 자동 센터링 척의 죠에 의해 고정됩니다. 절삭 공구는 공구 본체의 사각형 구멍에 설치되고 나사로 조여진 후 압력 플레이트로 고정됩니다. 선반 스핀들 중심과 정렬되도록 공구 팁의 높이를 조정하는 데 주의를 기울여야 합니다.

절삭 중에는 공구 본체나 관통축이 회전하지 않습니다. 도브테일 조인트 연결로 공구 홀더가 축 방향과 반경 방향으로 모두 이송할 수 있습니다. 구리 부싱으로 지지되는 관통 샤프트는 공구 홀더의 강성을 크게 향상시켜 진동과 진동 소음을 방지하여 절삭 품질을 보장합니다.

3. 사다리꼴 스레드 공작물 절삭 예제 3.

가공할 공작물은 45 고급 탄소강으로 제작된 2000mm 길이의 사다리꼴 나사 리드 스크류입니다. 필요한 직진도는 500mm 이상 0.03mm를 초과하지 않아야 합니다. 리드 스크류의 전체 길이에 걸친 누적 피치 오차는 0.06mm를 초과하지 않아야 하며 나사산 표면 거칠기 Ra 값은 3.2μm에 도달해야 합니다.

가공 과정은 다음과 같습니다:

(1) 먼저 일반적인 황삭 가공을 수행하여 외부 표면 스케일을 제거합니다.

정상화하여 내부 응력을 제거합니다(조건이 허용되는 경우 리드 스크류를 용광로에서 수직으로 가열할 수 있습니다).

(2) 리드 스크류의 주요 직경을 반가공하고 마무리합니다.

(3) 실을 거칠게 자릅니다.

실의 작은 지름을 반 마무리할 때는 0.15~0.25mm 여유를 두고, 실의 양쪽을 반 마무리할 때는 0.3~0.4mm 여유를 둡니다.

고속으로 스레드를 절단할 때 금속 압출 변형과 팔로워 레스트 죠의 손상을 방지하기 위해 먼저 고속 강철 절삭 공구를 사용하여 저속으로 홈을 절단할 수 있습니다. 홈 폭은 나사 폭보다 0.1mm 좁고 깊이는 약 0.5mm로 할 수 있으며 왼쪽 끝에서 공구 후퇴 홈을 절단해야 합니다.

사다리꼴 나사산 황삭에 사용되는 절삭 공구는 그림 21에 나와 있습니다. 인서트는 YT15 카바이드로 만들어집니다. 공구의 앞면과 뒷면은 연마석으로 연마해야 합니다.

절삭 파라미터: 6mm 이내의 피치의 경우, 스핀들 속도 n=600r/min. 더 작은 피치의 경우, 그림 22b와 같이 황삭 및 정삭 절삭에 팁 폭이 다른 나사 절삭 공구를 사용하여 직접 방사형 이송을 사용합니다(그림 22a). 피치가 6mm 이상인 경우, 스핀들 회전수 n=350r/min, 후방 절삭 깊이 a_p =0.2~0.4mm.

a) 직접 방사형 피드
b) 폭이 다른 도구로 절단

(4) 실을 반으로 자릅니다.

실의 작은 지름을 마무리 절단할 때는 0.1mm 여유를 두고, 실의 양쪽을 마무리 절단할 때는 0.15~0.2mm 여유를 둡니다.

그림 23과 같이 먼저 나사산 바닥을 반정삭한 다음, 이송 방향과 반대되는 A면을 반정삭합니다. 이는 A면이 B면(우측 나사산용)보다 절삭이 더 어렵고 선반 하프 너트에 여유가 있는 쪽에 절삭력이 발생하여 진동을 쉽게 일으키고 나사산 표면 거칠기에 영향을 미치기 때문입니다. 그림 21에 표시된 절삭 공구는 여전히 반제품 절삭에 사용할 수 있습니다.

(5) 리드 스크류의 직진성을 확인합니다.

리드 스크류의 직진도가 허용 오차를 초과하는 경우 조정해야 합니다.

(6) 실 자르기를 마칩니다.

먼저 나사산의 작은 직경을 자른 다음 면을 가공합니다. 그런 다음, 톱니 깊이보다 작은 톱니 깊이 게이지를 사용하여 나사산 각도를 확인합니다. 마지막으로 B면을 가공하고 완제품 게이지 또는 특수 측정 도구로 확인합니다.

스레드를 마무리 절단하려면 그림 24와 같이 고속 강철 사다리꼴 스레드 절단 도구를 사용합니다. 절단하기 전에 연마석으로 앞면과 뒷면을 연마하여 표면 거칠기 Ra 값이 0.4μm 미만이 되도록 합니다. 선택한 절삭 파라미터는 스핀들 속도 n=20~30r/min, 양면 정삭 이송 속도 f=0.05mm/r입니다.

작동 중에는 다음 사항에 주의하세요:

1) 그림 25와 같이 3턱 팔로워 레스트를 사용하고 팔로워 레스트 죠와 공작물 사이에 구리 슬리브를 추가하여 좋은 가공 결과를 얻습니다. 팔로워 받침대 죠의 폭은 30~35mm가 이상적이며, 가급적 주철로 제작하는 것이 좋습니다.

2) 직경이 다른 리드 스크류를 절삭할 때 팔로워 레스트 죠의 호 반경과 공작물 반경이 일치하지 않으면 그림 26과 같이 단일점 또는 이중점 접촉이 발생하여 가공 품질에 영향을 미치는 경우가 종종 있습니다.

이 경우 황삭 후 팔로워 레스트 죠를 공작물 표면에 부드럽게 누르고 600r/min 이상의 속도로 일정 거리를 이동합니다. 공작물과 동일한 직경의 연삭봉을 사용하여 죠의 아크를 연삭하여 양호한 접촉면을 확보하고 가공 품질을 향상시킵니다.

a) 단일 지점 연락처
b) 더블 포인트 접촉

3) 절단 중에는 충분한 냉각을 위해 비눗물이나 에멀젼을 팔로워 레스트 죠와 공작물 사이에 윤활제로 사용합니다.

4) 길이 1000mm 미만의 리드 스크류는 전면 중앙 및 드라이브 플레이트를 사용하여 고정하고, 길이 1000mm 이상의 리드 스크류는 일반적으로 척 앤 센터 방식을 사용하여 설치합니다.

5) 심압대에 고정밀 회전 센터를 사용합니다. 작동 중에 정기적으로 센터의 조임 상태를 점검하고 조정하십시오. 리드 스크류의 구부러짐과 변형을 방지하기 위해 과도한 힘을 가하지 마세요.

비교적 길고 얇은 리드 스크류 공작물에 사다리꼴 나사산을 돌리기 전에 응력 완화 처리를 수행해야 합니다. 이 응력 제거 과정은 공작물의 변형 여부에 영향을 미치기 때문에 매우 중요합니다.

가공되는 리드 스크류의 길이로 인해 완료하는 데 며칠이 걸리는 경우가 많습니다. 따라서 가공 과정에서 기계를 장시간 멈추지 않도록 주의해야 하며, 그렇지 않으면 공작물이 자체 무게로 인해 처지거나 구부러질 수 있습니다. 가공 과정에서 세부 사항을 소홀히 하면 기술 요구 사항을 충족하기 어렵습니다.

4. 사다리꼴 나사산 선삭의 품질 관리

(1) 스레드의 표면 잔물결 문제 해결

피치가 큰 사다리꼴 스레드를 돌릴 때 왼쪽은 종종 더 매끄러운 반면 오른쪽(그림 27)은 다양한 정도의 잔물결이 있습니다. 이는 스레드의 정확도에 영향을 줄 뿐만 아니라 서비스 수명도 단축시킵니다.

나사산 표면에 잔물결이 생기는 것은 공작물 또는 선반의 강성 불량, 절삭 중 진동 또는 크롤링, 절삭 공구의 연삭 정밀도 저하로 인한 것입니다. 또한 선반 리드 스크류와 너트 변속기 사이의 축 방향 접촉 시 절삭 공구에 가해지는 이송력도 중요한 요인입니다. 오른쪽 나사산을 가공할 때 긴 리드 스크류가 회전하여 너트를 구동하고 새들을 스핀들 쪽으로 이동시킵니다.

이때 긴 리드 스크류와 너트 사이의 오른쪽 축 방향 간격이 제거되므로 나사산의 오른쪽을 돌릴 때 이송력을 미세하게 조정할 수 없습니다. 그 결과 절삭 공구, 스핀들, 나사산의 오른쪽 사이에 포괄적인 이송력이 발생하여 강제 진동이 발생합니다.

이러한 요소의 영향을 제거하기 위해 피치가 큰 사다리꼴 외부 나사산을 정삭할 때 단면 절삭 방법을 채택할 수 있습니다. 그림 28a와 같이 선반의 정방향 회전 및 정방향 이송을 사용하여 스레드의 왼쪽을 절단하고, 그림 28b와 같이 선반의 역방향 회전 및 역방향 이송(스레드 절삭 공구가 반대로 설치된 상태)을 사용하여 스레드의 오른쪽을 절단합니다. 이렇게 하면 스레드의 오른쪽에서 잔물결을 제거할 수 있습니다.

a) 실의 왼쪽을 자릅니다.
b) 실의 오른쪽을 자르기

내나사를 가공할 때 위의 두 가지 공구 세팅 방법을 계속 사용하면 작업이 매우 어려워집니다. 이 경우 그림 29에 표시된 내부 나사 절삭 공구를 사용할 수 있습니다.

내부 스레드의 오른쪽을 절단할 때 절단으로 인해 발생하는 이송력으로 인해 공구 생크가 스프링을 압축하고 본체에서 축 방향으로 움직입니다. 이렇게 하면 스레드의 표면 거칠기 값이 감소할 뿐만 아니라 스레드의 각도와 치수 정확도를 더 쉽게 보장할 수 있습니다.

그림 29에 표시된 절삭 공구를 사용할 때 절삭 속도는 v₀ = 1.5-6m/min, 정삭의 경우 이송량 a₁ = 0.2mm, 황삭 가공의 경우 a₂ > 0.2mm로 선택할 수 있습니다. 절단하기 전에 공구 세팅 및 정렬 작업을 엄격하게 수행하십시오. 조건이 허락하는 경우 공구 세팅 현미경을 사용하여 절삭 공구를 연마하고 설치할 수 있습니다.

1- 고정 나사
2-툴 헤드
3-툴 생크
4-본체
5-Spring
6-나사 플러그
7-포지셔닝 나사

(2) 사다리꼴 나사 가공품에서 단일 피치 공차 초과 문제 해결

보다 정밀한 긴 리드 스크류 공작물의 경우 단일 피치 공차 요구 사항도 매우 엄격합니다. 예를 들어 사다리꼴 나사산 길이가 5100mm이고 외경이 80mm인 리드 스크류의 경우 피치 오차: 단일 피치 공차는 ±0.012mm, 300mm 이내의 누적 오차는 0.035mm를 초과하지 않아야 하며 리드 스크류 전체 길이의 누적 오차는 0.08mm를 초과해서는 안 됩니다.

공작물의 길이로 인해 클램핑 후 리드 스크류의 중간 지점이 20~30mm 정도 처집니다. 절삭 중 변형을 방지하고 진동을 줄이기 위해 고정 센터 레스트와 팔로워 레스트가 베드에 설치됩니다. 고정 센터 레스트는 가공 시 새들의 통로를 방해하므로 리드 스크류의 절반을 먼저 가공한 후 돌려서 나머지 절반을 가공하는 방식을 채택하고 있습니다.

이 방법으로 가공된 리드 스크류는 단일 피치 오차가 0.015~0.025mm로 정확도가 떨어지고 일부는 0.03mm에 달할 수 있습니다(부적합 나사산이 리드 스크류 전체 길이에 걸쳐 불규칙하게 분포되어 있음). 특히 공작물이 회전하는 결합 지점에서 단일 피치 오차는 0.08mm에 달하여 지정된 값을 5배 초과할 수 있습니다.

단일 피치 허용 오차 초과 문제를 해결하기 위해 다음과 같은 조치를 취할 수 있습니다:

1) 접합 지점에서 단일 피치 공차가 초과되는 것은 주로 공작물을 돌려서 커팅을 접합하기 때문에 발생합니다. 가장 근본적인 해결책은 절단 결합을 피하는 것입니다. 이 경우 고정 센터 레스트를 그림 30에 표시된 구조의 이동식 센터 지지대로 교체할 수 있습니다.

1-지지체
2-지지대
3-교체형 부싱
4, 11-나사
5-고무 링
6-핸들
7핀 샤프트
8-스프링
9-스프링 포지셔닝 핀
10-소형 샤프트

지지대 본체(1)의 바닥면이 선반 가이드 레일과 일치하고 지지봉(2)이 지지대 본체 안에 배치됩니다. 지지봉은 핸들(6)에 의해 들어 올려지고 스프링 포지셔닝 핀(9)에 의해 위치가 결정됩니다. 사용하지 않을 때는 스프링 포지셔닝 핀을 수동으로 당기면 지지대가 자체 무게로 인해 자동으로 떨어집니다. 이러한 지지대는 안장의 왼쪽과 오른쪽 가이드 레일 표면에 두 개가 있습니다.

가공을 시작할 때 왼쪽 지지대는 리드 스크류의 앞쪽 중간 부분을 지지하고 오른쪽 지지대는 심압대 쪽으로 밀어서 일시적으로 사용하지 않습니다. 가공 중 절삭 공구가 왼쪽 지지대에 접근하면 먼저 오른쪽 지지대를 가운데로 이동하여 올리고 왼쪽 지지대를 제거합니다.

절단 중 강성 요구 사항을 충족하기 위해 그림 31과 같이 원래 팔로워 레스트를 이중 귀 팔로워 레스트로 교체할 수 있습니다. 이 유형의 팔로워 레스트는 센터링이 우수하고 큰 힘을 견딜 수 있으며 안정적이고 신뢰할 수 있으며 단 한 번의 클램핑으로 전체 길이에 걸쳐 리드 스크류의 절단을 완료 할 수 있습니다. 이러한 방법을 채택하면 결합 절단으로 인한 피치 오류를 제거할 수 있습니다.

1-툴 레스트 본체
2-지지 나사
3-리드 나사 지지 프레임
4-교체 가능한 포지셔닝 슬리브
5-오일 컵
6-탑턱
7-얼라인먼트 플레이트 지지 휠

2) 단일 피치 공차 초과 문제를 해결하려면 나사산 톱니 프로파일의 반각을 제어하는 것이 매우 중요합니다. 절삭 공구의 올바른 설치와 적절한 공구 설정은 단일 피치 공차 초과를 해결하는 과정에서 무시할 수 없는 중요한 단계입니다.

그림 32는 V 블록형 공구 세팅 플레이트를 사용한 공구 세팅 상황을 보여줍니다. V자형 표면을 기준 표면으로 사용하여 공작물 전체에 걸쳐서 나사 절삭 공구의 끝을 앵글 템플릿의 홈에 정확하게 배치하여 나사 절삭 공구의 위치를 정렬합니다. 이 공구 세팅 플레이트를 만들 때 공구 세팅 홈의 중심선(동일한 반각)이 V블록의 V자형 표면과 수직이 되도록 하십시오.

1-나사 가공물
2-V 블록
3-툴 세팅 플레이트
4-스레드 절단 도구

매우 정밀한 나사산의 경우 다음 방법을 공구 세팅에 사용할 수 있습니다: 공구 세팅 플레이트를 사용하는 대신 나사 절삭 공구의 한쪽 면을 공구 연삭 및 세팅을 위한 통일된 기준으로 사용합니다.

표면 그라인더로 나사 절삭 공구의 한쪽 면을 연마한 다음 절삭 공구의 각도를 연마합니다. 이때 연마된 면을 사용하여 위치를 정하고 표준 각도 게이지 블록 또는 사인 바를 사용하여 절삭 공구 각도를 정렬합니다. 이렇게 하면 연삭된 절삭 공구 팁의 반각 오차를 ±5′ 이내로 제어할 수 있습니다. 연삭 중에 연삭 휠의 상하 이동 슬라이드를 절삭 공구의 후방 각도와 동일한 각도로 설정하여 절삭 공구의 후방 각도를 동시에 연삭할 수 있습니다.

나사 절삭 공구 각도를 연삭한 후, 다이얼 인디케이터를 새들 위에 놓고 인디케이터 프로브가 절삭 공구의 측면(기준면)에 닿게 하십시오(그림 33). 십자 슬라이드를 돌리고 다이얼 인디케이터 판독값을 관찰하면서 바늘이 움직이지 않을 때까지 절삭 공구의 측면을 조정합니다. 이렇게 하면 절삭 공구 위치가 정확하게 설정됩니다. 이 공구 설정 방법을 사용하면 가공된 나사산의 반각 오차를 ±10′ 이내로 제어할 수 있습니다.

3) 공작물 피치 오차가 허용 범위 내에 있는지 확인하려면 사다리꼴 나사 절삭 공구의 여러 절삭 날의 직진도를 엄격하게 보장하고 숫돌로 조심스럽게 연마해야 합니다.

4) 선반 리드 스크류의 청결 상태를 확인하십시오. 가공하기 전에 철저히 청소해야 하며 오일이나 칩으로 오염되지 않아야 합니다. 일반적으로 단일 나사 피치의 정확도는 주로 가공 방법뿐만 아니라 선반 리드 스크류의 정확도, 변속기 기어의 오류 및 공작물 시스템 자체의 강성에 따라 달라집니다.

개별 피치 오차가 허용 오차를 초과하는 것으로 확인되면 최고급 다이아몬드 파우더를 주철 너트와 함께 래핑에 사용할 수 있습니다. 이는 수정 조치이지만 지나치게 의존해서는 안 됩니다.

(3) 사다리꼴 스레드 크레스트의 버 제어

초경 절삭 공구를 사용하여 사다리꼴 나사산을 고속 선삭하는 경우, 공작물 단면의 한계로 인해 공구 압축 시 나사산 크레스트 모서리에 상대적으로 큰 버가 생성됩니다.

강성이 좋은 짧은 리드 스크류의 경우 일반적으로 팔로워 레스트를 사용하지 않으며, 선삭을 완료하기 전에 추가 이송을 추가하여 버를 제거할 수 있습니다. 강성이 좋지 않은 긴 리드 스크류의 경우, 크레스트 버가 있으면 절삭 공정과 공작물 정확도에 부정적인 영향을 미칩니다.

예를 들어 크레스트 버는 팔로워 레스트 지지대의 작업 표면을 손상시켜 깊은 홈을 만들고, 크레스트 버와 팔로워 레스트 지지대의 작업 표면 사이의 상호작용으로 인해 접촉 표면 사이에 끼인 파편과 미세 칩이 발생하여 지지대의 마모를 가속화하고 리드 스크류의 외부 원통형 표면을 손상시킵니다.

크레스트 버와 팔로워 레스트 지지 죠의 작업 표면 사이의 마찰과 불안정한 힘 조건은 진동을 쉽게 유발합니다. 특히, 크레스트 버가 형성되면 팔로워 레스트를 조정할 때 공작물의 실제 직경이 초기 공작물 직경을 초과하여 팔로워 레스트의 작용으로 공작물이 측면으로 휘어지게 됩니다.

지지 죠의 작업 표면에 홈이 마모되면 공작물과 지지 죠의 작업 표면 사이에 틈이 생겨 접촉이 원활하지 않아 절단 과정에서 진동이나 공작물 굽힘 변형이 발생하고 심지어 절단을 계속할 수 없게 됩니다.

이러한 단점을 없애기 위한 핵심은 크레스트 버의 형성을 제어하는 것입니다. 가공 여유량을 합리적으로 할당하고 절단 패턴을 적절히 선택하는 것은 크레스트 버의 형성을 제한하는 간단한 방법입니다.

리드 스크류를 고속으로 선삭할 때는 상단 모서리와 함께 절삭 공구의 왼쪽과 오른쪽 모서리가 동시에 절삭에 참여합니다. 절삭 패턴은 그림 34에 나와 있습니다.

이때 공구 양쪽의 절삭 날이 매번 공작물 외부 표면의 금속을 절단해야하기 때문에 이송 횟수가 증가함에 따라 톱니 상단의 버 높이가 점점 더 커집니다. 그림 35에 표시된 절삭 패턴을 채택하면 상단 버를 크게 줄이거나 제거할 수 있습니다. 구체적인 절단 방법은 다음과 같습니다:

구체적인 절단 방법은 다음과 같습니다:

첫 번째 피드: 매우 날카롭게 연마된 넓은 모서리 선삭 공구를 사용하여 0.3~0.5mm 깊이의 넓은 홈을 자릅니다. 절삭날의 날카로움과 작은 뒷면 절삭량으로 인해 상단 버가 매우 작거나 아예 존재하지 않습니다. 선삭 공구의 폭을 결정할 때 나사 톱니의 각 면에 0.1 ~ 0.2mm의 정삭 여유가 있는지 확인하세요.

두 번째 피드: 사다리꼴 나사산 선삭 공구로 전환합니다. 이송할 때 선삭 공구의 한 면으로 절단된 표면이 넓은 공구의 같은 면으로 절단된 표면과 일치하는지 확인합니다.

세 번째 피드: 후방 절단량은 두 번째 이송과 동일하며 공구의 다른 쪽에서 절단된 표면도 넓은 공구로 절단된 측면과 일치해야 합니다.

동일한 방법을 사용하여 순차적으로 피드합니다. 마지막 마무리 피드에서는 남은 마무리 허용량을 제거해야 합니다.

이 절삭 방법을 사용하면 첫 번째 이송과 최종 정삭 이송을 제외하고 더 무거운 하중의 여러 이송 중에 선삭 공구의 측면 모서리가 공작물의 바깥쪽 원을 직접 절삭하지 않습니다. 버가 생성되더라도 첫 번째 이송에서 절삭된 홈 깊이를 초과하지 않습니다. 정삭 여유량이 작을수록 공작물이 완성된 후 생성되는 상단 버는 매우 눈에 띄지 않습니다.

실습을 통해 리드 스크류의 고속 선삭에 위의 방법을 사용하면 상단 버와 공구 받침대 지지 클로의 작업 표면의 영향을 제거하고 절삭 변형 및 잔류 응력을 줄이며 절삭 공정을 안정적으로 만들어 공작물 정확도를 높이고 표면 거칠기 값을 낮출 수 있음이 입증되었습니다.