가공 조건 잡기 : 이만큼 더 보낼 수 있다고?

머시닝센터의 회전수와 가공물의 이해를 돕기위한 사진입니다.

1. 절삭속도(Cutting Speed, Vc)

절삭속도는 공구가 공작물의 표면을 따라 이동하는 속도로, 일반적으로 미터/분(m/min) 또는 피트/분(ft/min) 단위로 표현됩니다. 이는 공구의 직경과 회전수에 따라 결정되며, 다음과 같은 공식으로 계산됩니다:​

Vc = π × D × N / 1000​

• Vc: 절삭속도 (m/min)
• D: 공구 직경 (mm)
• N: 회전수 (RPM)​

사실 집적 현장에서 부딪혀 보면 제일 알기 쉬운게 절삭조건이다. 스틸의경우 회전은 낮고 피드도 낮게 가야한다. 그렇게 가공해도 공구가 밀려 확인을 안하고 소재를 내리면 공차에서 벗어나기 쉽다. 알루미늄의 경우 회전수가 높다고 다 좋은것은 아니다. 거기에 뒷받침해야할 요소들이 엄청많다. 소재가 안정적으로 클램핑 되어있는지도 봐야하고 절삭유가 올바르게 들어가서 공구열을 잡아주는지도 봐야하고 더나아가서 절삭유의 농도까지 봐주면 제일 좋다. 그외 소재에도 카본가공의 경우도 다르고 서스(스테인리스)의 경우도 정말 다르다. 공식은 있지만 실제 현장에서 공식은 개나 줘버려라 하는 말이있다.

2. 회전수(Spindle Speed, RPM)

회전수는 공구가 1분 동안 회전하는 횟수로, 절삭속도와 공구 직경에 따라 결정됩니다. 다음과 같은 공식으로 계산됩니다:​

N = (Vc × 1000) / (π × D)

• N: 회전수 (RPM)
• Vc: 절삭속도 (m/min)
• D: 공구 직경 (mm)​

회전수.. 제일 많이 고민해야할 놈이다. rpm은 분당 몇회전 하는 건지 얘기하는 것이지만 실제 작업을 해보면 회전을 줄여서 떨림을 잡을수 있는경우도 많고 낮은 회전수를 극단으로 올려서 고송가공을 하는경우도 있다. 현장에서 오래 해본결과 회전을 최대로 올려서 가공하는것은 기계에도 좋지않고 공구마모속도도 지우개마냥 날아갈수도있다. 적절히 잘 고민해서 회전수를 조절하도록 하자!​

3. 이송속도(Feed Rate, F)

이송속도는 공구가 공작물에 대해 이동하는 속도로, 일반적으로 mm/min 또는 inch/min 단위로 표현됩니다. 이는 공구의 회전수, 날 수, 그리고 이송량(Chip Load)에 따라 결정되며, 다음과 같은 공식으로 계산됩니다

F = N × T × CL​

• F: 이송속도 (mm/min)
• N: 회전수 (RPM)
• T: 공구의 날 수
• CL: 이송량 (mm/tooth)

이송속도는 가공 품질과 공구 수명에 큰 영향을 미치므로, 적절한 값을 설정하는 것이 중요합니다.

하지만 저렇게 책에서는 나와있지만 실제 절삭속도는 공작물이 물려있는 강도, 크기등이 얼마나 떨리는지를 확정짓기 때문에 실제로 물려보고 보내봐야 합니다.

그래야 공구의 수명, 공작물이 밀려서 버가 많이 나옴. 등의 문제들을 눈으로 볼수있기때문입니다.​

떨림이 많아지면 공작물의 완성도가 떨어지고 자칫하면 과삭의 원인이 될수있습니다.

회전이 빠르면 공구의 수명이 떨어질수 있고 부하를 많이 먹게되어 공구가 부러질수 있는 상황을 볼수있을겁니다.

만약 공구가 1MM씩 작은 양을 빠르게 가공한다면 무리가 없겠지만 현실에서의 업체들은 그만큼 기다려주는 사람들은 없을겁니다.

우리는 1초를 아껴서 가공을 하는 사람들입니다. 원하는 단가를 많이 받으면 상관없겠지만 아직 가공업체에서는 원하는 단가를 다주는 곳은 찾기 힘듭니다. 

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🧠 실무에서의 적용과 주의사항

1. 회전수와 진동

회전수가 높을수록 가공 속도는 증가하지만, 진동(chatter) 현상이 발생할 수 있습니다. 이는 공구의 수명을 단축시키고, 가공 품질을 저하시킬 수 있습니다. 따라서, 고속 가공 시에는 기계의 강성, 공구의 밸런스, 클램핑 상태 등을 고려하여 적절한 회전수를 설정해야 합니다. 회전은 고속가공기가 따로 기계가 있을정도로 가공의 속도나 정밀도에 크게 일조한다. 대다수의 사람들이 회전을 높이면 가공이 좀더 빠르게 할수있다. 라고 아는데 그건 이론이다. 회전을 높이면 그만큼 공구의 떨림도 심해질것이고 마모또한 그럴것이다. 그만큼 정밀하고 강한 공구척을 사용하면 이는 충분히 회전수를 올려도 괜찮다. ​

2. 이송속도와 칩 배출

이송속도가 너무 빠르면 칩이 제대로 배출되지 않아 공구에 눌러붙는 현상이 발생할 수 있습니다. 특히 알루미늄 가공 시 이러한 문제가 자주 발생하며, 이는 공구의 파손으로 이어질 수 있습니다. 반대로, 이송속도가 너무 느리면 가공 시간이 길어지고, 공구에 과도한 열이 발생하여 수명이 단축될 수 있습니다. 간혹 sns에서 절삭유를 주지않고 알루미늄을 가공하는것을 볼수있던데 나는 정말 신기하게도 이게 어떻게 되는거지 하고 쳐다본다. 추측하건데 이는 소재가 알루미늄중에서도 강성이 높거나 알루미늄이 아니거나 둘중 하나일것이다. 알루미늄은 녹는점이 매우낮다. 고속의 rpm으로 알루미늄에 닿는순간 얼마안가 녹아 눌러붙을 것이다. 절삭유를 충분히 주고서도 눌러붙는게 알루미늄가공인데 세상은 아직 신기한것같다. 정답은 없다는것이 이럴때 쓰는것인지..

보통 스틸의 칩배출은 분말라핑엔드밀로 황삭을하고 정삭을한다. 분말라핑은 기계에나 공구에나 소재에나 엄청난 부하가 걸리기때문에 이상한 클램핑으론 시도조차 하면 안된다. ​일반엔드밀로 황삭을 할수 있지만 이는 단품가공이나 시간이 정말 많을때 시도해야할것이다. 

서스가공의 경우 rpm은 스틸보다 10%정도 낮게 운영하고 피드느 30~40%정도는 느리다고 봐야한다.

이는 다른문제보다 서스는 끈적한스틸이라고 본다. 강하지만 끈적한성질때문에 공구의 마모가 정말 심한축에 들어가서 난가공에 속한다.

서스는 정말 조건을 잘잡아야한다. 아니면 팁이고 드릴이고 엔드밀이고 한번사용하고 부러지는 경우가 허다할것이다.

드릴의 경우 초경보다는 코발트드릴을 추천한다.

엔드밀의 경우 분말하이스로 황삭을 하고 초경엔드밀로 덜밀리게 작업하면 시간도 정밀도도 잡을수 있을것이다.

 

카본가공은 따로 연락주세요:)

3. 소재별 절삭조건

가공할 소재에 따라 적절한 절삭조건을 설정해야 합니다. 예를 들어, 스틸은 높은 강도를 가지므로 낮은 절삭속도와 이송속도를 유지해야 하며, 알루미늄은 상대적으로 높은 절삭속도와 이송속도를 허용합니다. 또한, 각 소재의 특성에 따라 절삭유의 사용 여부, 공구 재질의 선택 등도 고려해야 합니다. 컴퓨터 속에있는 정해진 속도로 가공해보면 아마 제일먼저 부도가 날것이다. 각 상황에 맞는 소재로 상황에 맞는 조건을 잡아야한다. 그래서 사람이 투입되는것이다.

소재도 소재별로 강성이 다르기때문에 조건이 조금씩은 달라져야한다. 같은 알루미늄이라도 다른 조건을 잡아야하는 경우가 생길수있다.​

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📌 결론

절삭조건은 머시닝센터 가공의 핵심 요소로, 공구 수명, 가공 품질, 생산성에 직접적인 영향을 미칩니다. 적절한 절삭속도, 회전수, 이송속도를 설정하기 위해서는 가공할 소재의 특성, 공구의 재질과 형상, 기계의 성능 등을 종합적으로 고려해야 합니다. 또한, 실무에서의 경험과 데이터를 바탕으로 지속적인 최적화가 필요합니다.​

이 글이 절삭조건에 대한 이해를 높이고, 실무에서의 적용에 도움이 되기를 바랍니다.

궁금한점은 댓글로 남겨주시면 읽어보고 답글 달아드리겠습니다. 

당신의안전한 현장을 위해 화이팅:)