CNC 공작기계의 보급이 확대됨에 따라 기계 제조 산업에서 나사 밀링 기술의 활용도가 높아지고 있습니다. 나사 밀링은 CNC 공작기계의 3축 연동 가공 기술로, 나사 밀링 커터를 사용하여 나선형 보간 밀링을 통해 나사산을 형성합니다. 커터는 수평면에서 원형 운동을 하고, 수직면에서는 나사산 피치만큼 직선 운동을 합니다. 나사 밀링은 높은 가공 효율, 우수한 나사산 품질, 다양한 공구 사용 가능성, 그리고 안전한 가공 등 여러 장점을 가지고 있습니다. 현재 다양한 종류의 나사 밀링 공구가 사용되고 있는데, 본 논문에서는 몇 가지 일반적인 나사 밀링 커터를 적용 특성, 공구 구조, 가공 기술 측면에서 분석하고 소개하고자 합니다.
1. 일반 기계 클램프형 나사 밀링 커터
클램프형 나사 밀링 커터는 나사 밀링에서 가장 흔하게 사용되는 저렴한 공구입니다. 구조는 일반 클램프형 밀링 커터와 유사하며, 재사용 가능한 공구 홀더와 쉽게 교체할 수 있는 날로 구성됩니다. 테이퍼 나사 가공이 필요한 경우, 테이퍼 나사용 특수 공구 홀더와 날을 사용할 수도 있습니다. 이 날에는 여러 개의 나사 절삭날이 있어 나선형 라인을 따라 여러 개의 나사산을 동시에 가공할 수 있습니다. 예를 들어, 2mm 나사 절삭날이 5개 있는 밀링 커터 하나를 사용하면 나선형 라인을 따라 10mm 깊이의 나사산 5개를 가공할 수 있습니다. 가공 효율을 더욱 향상시키려면 다중 날 클램프형 나사 밀링 커터를 사용할 수 있습니다. 절삭날의 수를 늘리면 이송 속도를 크게 높일 수 있지만, 원주를 따라 분포된 각 날 사이의 반경 방향 및 축 방향 위치 오차가 나사 가공 정확도에 영향을 미칠 수 있습니다. 멀티 블레이드 머신 클램프 나사 밀링 커터의 나사 가공 정밀도에 만족하지 못하는 경우, 블레이드를 하나만 장착하여 가공해 볼 수도 있습니다. 머신 클램프 나사 밀링 커터를 선택할 때는 가공할 나사의 직경과 깊이, 공작물의 재질 등의 요소를 고려하여 공구의 강성을 높이기 위해 생크 직경이 큰 것과 적절한 블레이드 재질을 선택하는 것이 좋습니다. 클램프형 나사 밀링 커터의 나사 가공 깊이는 공구 홀더의 유효 절삭 깊이에 의해 결정됩니다. 블레이드 길이가 공구대의 유효 절삭 깊이보다 짧기 때문에 가공할 나사의 깊이가 블레이드 길이보다 클 경우에는 여러 층으로 가공해야 합니다.
2. 일반 일체형 나사 밀링 커터
일체형 나사 밀링 커터는 대부분 솔리드 카바이드 재질로 만들어지며, 일부는 코팅 처리되어 있습니다. 일체형 나사 밀링 커터는 구조가 콤팩트하여 중소형 직경의 나사 가공에 적합하며, 테이퍼 나사 가공용도 있습니다. 이러한 공구는 강성이 우수하며, 특히 나선형 홈이 있는 일체형 나사 밀링 커터는 고경도 소재 가공 시 절삭 부하를 효과적으로 줄이고 가공 효율을 향상시킬 수 있습니다. 일체형 나사 밀링 커터의 절삭날에는 나사 가공용 톱니가 있어 나선형 라인을 따라 한 번에 전체 나사 가공을 완료할 수 있습니다. 클램프형 공구처럼 여러 층으로 가공할 필요가 없어 가공 효율이 높지만, 가격은 상대적으로 비쌉니다.
3. 모따기 기능이 있는 일체형 나사 밀링 커터
모따기 기능이 있는 일체형 나사 밀링 커터의 구조는 일반 일체형 나사 밀링 커터와 유사하지만, 절삭날 뿌리(또는 끝부분)에 특수 모따기 날이 있어 나사 가공과 동시에 나사산 끝부분 모따기를 할 수 있습니다. 모따기 방법에는 세 가지가 있습니다. 공구 직경이 충분히 큰 경우, 모따기 날을 직접 사용하여 모따기를 할 수 있습니다. 이 방법은 내측 나사 구멍의 모따기에만 적용 가능합니다. 공구 직경이 작은 경우, 모따기 날을 원형으로 움직여 모따기를 할 수 있습니다. 하지만 절삭날 뿌리 부분의 모따기를 사용할 때는 공구의 절삭 부분과 나사산 사이의 간격을 충분히 확보하여 간섭을 방지해야 합니다. 가공된 나사 깊이가 공구의 유효 절삭 길이보다 짧으면 모따기 기능을 사용할 수 없습니다. 따라서 공구를 선택할 때는 유효 절삭 길이와 나사 깊이가 일치하는지 확인해야 합니다.
4. 나사 드릴링 및 밀링 커터
나사 드릴링 및 밀링 커터는 솔리드 카바이드로 제작되는 고효율 가공 공구로, 소형 및 중형 직경의 내경 나사 가공에 적합합니다. 나사 드릴링 및 밀링 커터는 나사 바닥 구멍 드릴링, 구멍 모따기, 내경 나사 가공을 한 번에 완료할 수 있어 공구 사용량을 줄여줍니다. 하지만 이 공구의 단점은 활용도가 낮고 가격이 비교적 높다는 것입니다. 공구는 헤드 부분의 드릴링 부분, 중간 부분의 나사 밀링 부분, 그리고 절삭날 뿌리 부분의 모따기 부분으로 구성됩니다. 드릴링 부분의 직경은 공구가 가공할 수 있는 나사의 바닥 직경을 나타냅니다. 드릴링 부분의 직경에 제한되어 있어, 하나의 나사 드릴링 및 밀링 커터는 한 가지 규격의 내경 나사만 가공할 수 있습니다. 나사 드릴링 및 밀링 커터를 선택할 때는 가공할 나사 구멍의 규격뿐만 아니라 공구의 유효 가공 길이와 가공 구멍의 깊이의 적합성도 고려해야 합니다. 그렇지 않으면 모따기 기능을 제대로 수행할 수 없습니다.
5 나사산 오거 밀링 커터
나사산 가공용 드릴 커터는 내부 나사산 가공을 효율적으로 수행할 수 있는 솔리드 카바이드 공구로, 바닥 구멍과 나사산을 동시에 가공할 수 있습니다. 공구 끝부분에는 엔드밀과 같은 절삭날이 있습니다. 나사산의 나선 각도가 크지 않기 때문에 공구가 나선형으로 회전하며 나사산을 가공할 때, 끝부분의 절삭날이 먼저 공작물 재료를 절삭하여 바닥 구멍을 형성한 후, 공구 뒷부분에서 나사산을 가공합니다. 일부 나사산 가공용 드릴 커터는 모따기 날을 갖추고 있어 구멍 모따기 가공도 동시에 수행할 수 있습니다. 이 공구는 가공 효율이 높고 나사산 드릴링 및 밀링 커터보다 활용도가 뛰어납니다. 이 공구로 가공할 수 있는 내부 나사산 가공 폭은 D~2D(D는 커터 본체의 직경)입니다.
6. 밀링 딥 스레드 커터
심부 나사 밀링 커터는 단일 날 나사 밀링 커터입니다. 일반적인 나사 밀링 커터는 절삭날에 여러 개의 나사 가공용 날이 있습니다. 이로 인해 공구와 공작물의 접촉면이 넓어지고 절삭력이 커지며, 내경 나사 가공 시 공구 직경이 나사산 폭보다 작아야 합니다. 커터 본체의 직경이 제한되어 커터의 강성이 저하되고, 나사 가공 시 한쪽으로 힘이 가해져 심부 나사 가공 시 공구 파손이 발생하기 쉬워 나사 가공 정확도가 떨어집니다. 따라서 일반 나사 밀링 커터의 유효 절삭 깊이는 커터 본체 직경의 약 2배 정도입니다. 단일 날 심부 나사 밀링 커터를 사용하면 이러한 단점을 효과적으로 극복할 수 있습니다. 절삭력이 감소하여 나사 가공 깊이를 크게 늘릴 수 있으며, 공구의 유효 절삭 깊이는 공구 본체 직경의 3~4배에 달할 수 있습니다.
7 나사 밀링 공구 시스템
다용도성과 효율성은 나사 밀링 커터의 두드러진 상충 관계입니다. 나사 드릴링 및 밀링 커터와 같은 복합 기능을 갖춘 일부 공구는 가공 효율은 높지만 다용도성이 떨어지고, 반대로 다용도성이 뛰어난 공구는 효율성이 떨어지는 경우가 많습니다. 이러한 문제를 해결하기 위해 많은 공구 제조업체들이 모듈형 나사 밀링 공구 시스템을 개발해 왔습니다. 이 시스템은 일반적으로 공구 홀더, 카운터보링 모따기 날, 그리고 일반 나사 밀링 커터로 구성됩니다. 가공 요구 사항에 따라 다양한 종류의 카운터보링 모따기 날과 나사 밀링 커터를 선택할 수 있습니다. 이러한 모듈형 공구 시스템은 다용도성과 높은 가공 효율을 제공하지만, 공구 비용이 상대적으로 높습니다.
위에서는 일반적으로 사용되는 몇 가지 나사 밀링 공구의 기능과 특징을 간략하게 소개했습니다. 나사 밀링 가공 시 냉각은 매우 중요합니다. 내부 냉각 기능을 갖춘 공작기계와 공구를 사용하는 것이 좋습니다. 공구가 고속으로 회전할 때 원심력으로 인해 외부 냉각수가 내부로 유입되기 어렵기 때문입니다. 내부 냉각 방식은 공구를 효과적으로 냉각할 뿐만 아니라, 특히 막힌 나사 구멍 가공 시 고압 냉각수를 사용하면 칩 제거를 더욱 원활하게 할 수 있습니다. 특히 소구경 내경 나사 구멍 가공 시에는 원활한 칩 배출을 위해 더 높은 내부 냉각 압력이 필요합니다. 또한 나사 밀링 공구를 선택할 때는 생산 배치, 나사 구멍 개수, 가공물 재질, 나사 정밀도, 크기 규격 등 구체적인 가공 요구 사항을 종합적으로 고려하여 적절한 공구를 선택해야 합니다.
게시일: 2021년 11월 30일
