진짜 기계 공장에 처음 들어갔을 때, 그 냄새가 가장 먼저 느껴졌습니다. 날카롭고 깨끗한 금속 냄새, 절삭유와 뜨거운 강철의 냄새가 영원히 머릿속에 남았습니다. 제 멘토이자 노련한 기계공인 프랭크는 6인치 크기의 6061 알루미늄 정육면체를 건네주었습니다. 무겁고 완벽한 정사각형 모양에 전혀 쓸모가 없었습니다.
"당신의 임무는" 그가 말했다. 그의 목소리는 멀리서 들리는 선반의 윙윙거리는 소리 위로 낮게 울려 퍼졌다. "이 금속 블록을 저 금속 블록으로 만드는 겁니다." 그는 작업대 위에 놓인 복잡한 브래킷을 가리켰다. 공압 프레스의 부품으로, 맞물리는 구조와 정밀한 구멍, 그리고 매끄럽고 새틴 마감이 특징이었다. "이 블록은 잠재력의 블록입니다. 부품이 아닌 모든 것을 제거하는 것이 당신의 임무입니다. 가공은 그것이 전부입니다. 더하는 것이 아니라, 버리는 것입니다. 조각품이지만, 허용 오차는 1/1000인치 단위입니다."
그 하나의 아이디어가 제 25년 경력의 토대가 되었습니다. 기계 가공은 3D 프린팅처럼 무에서 유를 창조하는 것이 아닙니다. 그것은 예술이자 과학입니다. 빼기 제조: 원하는 모양을 드러내기 위해 재료를 통제적으로 제거하는 과정. 나무 조각에 구멍을 뚫는 가장 간단한 작업부터 가장 정교한 작업까지 모든 과정이 포함됩니다. 복잡한 5축 터빈 블레이드 밀링은 불필요한 부분을 깎아내는 또 다른 방법일 뿐입니다. 그리고 이 모든 공정의 핵심에는 세 가지 기본 원칙이 있습니다. 이 세 가지 핵심 방법은 모든 공정의 대부분을 차지합니다. 가공 부품 세상에서. 그들은 기계 공장의 아버지, 아들, 그리고 성령입니다. 터닝, 밀링, 드릴링.
| 가공 공정 | 핵심원리 | 1차 기계 | 일반 제품 |
|---|---|---|---|
| 선회 | 고정된 절삭 공구가 제거되는 동안 작업물이 회전합니다. 자료. | 선반 | 샤프트, 핀, 볼트, 풀리, 노즐, 원통형의 모든 것. |
| 갈기 | 절삭 공구는 작업물이 고정된 상태에서 회전합니다. | 제 분기 (밀) | 엔진 블록, 브라켓, 몰드, 평평한 표면, 포켓, 슬롯. |
| 교련 | 회전하는 절삭 공구가 고정된 작업물에 축 방향으로 이동하여 둥근 구멍을 만듭니다. | 드릴 프레스, 밀링, 선반 | 패스너 구멍, 유체 통로, 무게 감소. |
| 연마 | 연마 휠이 고속으로 회전하여 미세한 양의 물질을 제거합니다. | 분쇄기 | 베어링 레이스, 게이지 블록, 초정밀 샤프트. |
| 제재 | 톱니 모양의 칼날이 선형 운동으로 움직여 작업물에 좁은 틈을 만듭니다. | 밴드톱, 콜드톱 | 원자재를 길이에 맞게 자르고 거친 공백을 만듭니다. |
| 꿰매 | 톱니 모양의 도구를 구멍이나 표면에 밀어 넣거나 당겨서 특정 모양을 만듭니다. | 브로 칭 머신 | 내부 키웨이, 스플라인, 기어 이빨. |
| EDM(방전 가공) | 전극과 작업물 사이에서 일련의 제어된 전기 스파크를 통해 재료가 제거됩니다. | EDM 기계 | 복잡한 금형, 경화강 절단, 깨진 수도꼭지를 제거합니다. |
기계 가공의 기본 원리는 무엇입니까?
우리가 다른 것을 이해하기 전에 가공 유형우리는 이 모든 것을 하나로 묶는 하나의 개념을 파악해야 합니다. 그 핵심은 가공입니다. 절단을 사용하는 과정 도구를 만드는 방법 칩선반에서 나오는 길고 말린 파란색 리본이든 분쇄기에서 나온 고운 가루이든, 그 작은 금속 조각은 재료 제거의 기본 단위입니다.
공구 형상과 재료 과학부터 속도와 이송에 이르기까지 가공의 모든 과학은 이 칩을 최대한 효율적이고 정밀하게 만드는 데 전념합니다. 이 프로세스는 강제 절단으로 작동합니다 절삭되는 재료보다 단단한 공구를 가공물에 밀어 넣습니다. 이로 인해 엄청난 국부 응력이 발생하여 재료가 칩 형태로 깎여 나갑니다.
이것은 반대의 첨가제 제조 (3D 인쇄와 같이) 레이어별로 부품을 구축하거나 형성 제조 (단조나 스탬핑과 같이) 재료를 제거하지 않고 재형성하는 가공입니다. 기계 가공은 독특합니다. 빼기. 더 많은 것으로 시작하세요 필요한 것보다 더 많은 자료를 체계적으로 잘라내세요. 이 공정은 놀라운 정확도와 뛰어난 성능을 갖춘 부품을 생산할 수 있는 능력으로 높이 평가됩니다. 표면 마감, 그리고 뛰어난 재료 특성을 자랑합니다. 분말이나 필라멘트를 녹여 만든 것이 아니라 단단하고 균질한 금속 블록을 사용하기 때문입니다. 프랭크의 말이 옳았습니다. 물리 법칙에 따라 움직이는 조각품입니다.
터닝이란 무엇이고 왜 필수적인가?
물레를 돌리는 도예가를 상상해 보세요. 도예가의 손은 고정된 도구이고, 물레를 돌리는 점토는 작업물입니다. 이것이 바로 도예의 본질입니다. 선회. 원통형 또는 원뿔형을 만드는 데 사용되는 가공 공정입니다. 단일 지점 절단에 대해 작업물을 회전시켜 부품을 절단합니다. 도구. 이 작업을 수행하는 기계는 기계 작업장의 확실한 왕입니다. 선반.
선반에서 공작물은 회전하는 척에 단단히 고정되어 고속으로 회전합니다. 절삭 공구는 견고한 공구대에 장착되며, 기계공(또는 컴퓨터)이 공구대를 선형으로 움직입니다. CNC 선반).
- 도구가 움직일 때 병렬 회전축에 대해 일정한 직경을 만드는 과정을 "회전"이라고 합니다.
- 도구가 움직일 때 수직 회전축에 맞춰 부품 끝부분에 평평한 면을 만드는데, 이 과정을 "페이싱"이라고 합니다.
- 공구를 비스듬히 움직여 테이퍼나 모따기를 만들 수 있습니다. 특수 모양의 공구를 사용하면 홈, 나사산, 복잡한 형상을 가공할 수 있습니다.
선삭을 통해 어떤 종류의 부품이 만들어지나요?
회전은 근본적으로 둥근 모든 부품에 필수적인 공정입니다. 세상은 회전으로 가득 차 있습니다.
- 샤프트와 차축: 전력을 전달하는 회전 구성 요소 자동차 엔진부터 모든 것 풍력 터빈으로.
- 핀과 다웰: 고정밀도로 구성 요소를 찾고 정렬하는 데 사용됩니다.
- 볼트와 나사: 패스너의 나사산은 고전적인 회전 작업입니다.
- 풀리와 플랜지: 벨트용 홈이 있는 바퀴와 파이프 연결용 평평한 디스크.
- 노즐 및 피팅: 원뿔형 및 나사산 부품 유체 흐름을 제어하기 위해.
선반은 가장 오래된 공작 기계 중 하나이며, 그 원리는 간단하지만 놀라울 정도로 강력합니다. 선반은 세상이 회전하는 부품을 만드는 주요 수단입니다.
밀링이란 무엇이고 터닝과 어떻게 다른가요?
도예가의 바퀴가 돌면, 갈기 조각가의 끌과 같습니다. 밀링에서는 역할이 바뀝니다. 절삭 공구는 회전하고, 가공물은 이동식 테이블에 고정됩니다. 사용되는 기계는 갈기 기계, 종종 "밀"이라고 불립니다.
절삭 공구는 다음과 같이 알려져 있습니다. end 밀 or 페이스 밀, 일반적으로 여러 개의 절삭날(플루트)을 가지고 있습니다. 고속으로 회전하면서 공작물이 이송됩니다. 공작물 테이블을 X, Y, Z축으로 이동시킴으로써 기계공은 다양한 형상을 제작할 수 있습니다.
- 페이스 밀링: 대구경 커터를 사용하여 부품 상단에 완벽하게 평평한 표면을 만듭니다.
- 주변 밀링(또는 엔드 밀링): 회전하는 커터의 측면을 사용하여 수직 벽, 슬롯, 숄더를 만듭니다.
- 포케팅: 부품 표면에 홈이나 공동을 가공하는 작업입니다.
- 컨투어링: 밀을 사용하여 복잡한 2D 또는 3D 경로를 따라가며 곡선 표면과 유기적인 모양을 만듭니다.
밀링으로 어떤 종류의 부품을 만들 수 있나요?
밀링은 원통형이 아닌 각기둥 모양을 만드는 데 사용됩니다. 대부분의 기계의 기본 요소를 만드는 데 핵심적인 역할을 합니다.
- 엔진 블록: 복잡한 내부 및 외부 특징은 모두 밀링되었습니다.
- 브라켓 및 하우징: 다른 부분을 제자리에 고정하는 구성 요소.
- 금형 및 다이: 럭셔리 주입 성형 및 스탬핑에는 복잡한 3D 캐비티가 필요합니다.
- 매니 폴드 : 복잡하게 상호 연결된 유체 통로가 있는 금속 블록입니다.
터닝과 밀링의 근본적인 차이점은 무엇이 움직이는가에 있습니다. 선삭은 부품을 회전시키고, 밀링은 공구를 회전시킵니다. 이 간단한 구분은 완전히 다른 두 가지 형태의 가능성을 만들어냅니다. 사실, 대부분의 복잡한 부품은 두 가지 공정을 모두 필요로 합니다. 샤프트를 선반에서 돌려 둥근 모양을 만든 다음, 밀링 머신으로 옮겨 플랫이나 키홈을 가공할 수 있습니다.
드릴링이 기본적인 가공 공정으로 간주되는 이유는 무엇입니까?
세 번째 기둥은 가장 간단하고 친숙한 기둥입니다. 드릴링. 이는 공작물에 둥근 구멍을 만드는 과정입니다. 밀링과 마찬가지로 회전 절삭 공구를 사용하지만, 한 가지 중요한 차이점이 있습니다. 바로 비트를 드릴, 자체 축(Z축)을 따라서만 움직이며 재료에 직접 충돌합니다.
핸드 드릴은 일반적인 가정용 도구이지만 기계 작업장에서는 드릴링이 수행됩니다. 드릴 프레스 정확도를 위해, 또는 밀링 머신이나 선반 작업 시 사용됩니다. 드릴 프레스는 구멍이 표면에 완벽하게 수직이 되도록 보장하며, 작업자가 제어되고 일정한 압력을 가할 수 있도록 합니다.
드릴링은 다른 작업의 첫 단계인 경우가 많습니다. 예를 들어, 나사산을 만들기 위해 구멍을 뚫거나, 보링 도구를 사용하여 구멍을 더 크고 정밀하게 뚫기 전에 먼저 구멍을 뚫어야 합니다.
드릴링은 어디에나 있습니다. 다음과 같은 용도로 사용됩니다.
- 볼트와 나사를 위한 여유 구멍 만들기.
- 대규모 드릴링 작업을 위한 파일럿 홀을 만듭니다.
- 유체나 배선을 위한 통로를 뚫습니다.
- 구성 요소의 무게를 줄이는 것.
터닝, 밀링, 드릴링, 이 세 가지 공정은 절삭 가공의 기반을 형성합니다. 이 세 가지 공정은 금속을 성형하는 데 사용되는 주요 도구입니다. 하지만 이것만이 유일한 도구는 아닙니다. 완벽한 정사각형 구멍, 거울처럼 매끄러운 표면, 또는 일반 공구로는 긁을 수 없을 정도로 단단한 재료를 절단해야 할 때는 어떻게 해야 할까요? 이를 위해서는 전문가의 도움이 필요합니다.
우리는 기계 공장의 세 거장, 터닝, 밀링, 드릴링을 만났습니다. 이들은 대부분 부품의 기본 형상을 대략적으로 다듬는 일을 담당하는, 땅 파는 기계, 즉 무거운 짐을 나르는 기계입니다. 단단한 블록을 가져다가 브래킷, 샤프트, 또는 하우징의 일반적인 형상을 만듭니다. 하지만 "일반적인 형상"만으로는 충분하지 않다면 어떻게 될까요? 엉성한 맞춤과 정밀한 베어링 표면의 차이를 만드는 마지막 1/1000인치는 어떨까요? 어떤 회전 공구로도 만들 수 없는 형상은 어떨까요? 이러한 과제를 해결하기 위해 우리는 전문가를 불러야 합니다.
프랭크는 이것을 "목수와 캐비닛 제작자의 차이"라고 불렀습니다. 목수(선반 및 밀링)는 집의 틀을 만듭니다. 집은 튼튼하고 기능적이며 정확한 형태를 갖춥니다. 하지만 캐비닛 제작자는 흠잡을 데 없는 마감, 완벽한 이음새, 그리고 구조물을 예술 작품으로 만들어내는 정교한 디테일을 만들어냅니다. 기계 가공에서 캐비닛 제작자는 연삭, 톱질, 브로칭 과정을 담당합니다. 그리고 최고의 장인조차도 기존 도구로는 해결할 수 없는 문제에 직면하면, 우리는 마법사에게 의지합니다. 바로 EDM과 같은 비전통적인 공정입니다.
밀링이나 터닝보다 연삭이 더 나은 선택인 경우는 언제인가요?
강철 칼로 화강암 조각을 썰려고 한다고 상상해 보세요. 칼날이 부드러워지면 무뎌지고 표면에서 미끄러질 것입니다. 바로 이것이 기계공들이 단단한 화강암을 다룰 때 겪는 문제입니다. 강철 또는 표면 마감이 필요할 때 거울처럼 매끈매끈해요. 해결책은 다음과 같습니다. 연마.
연삭은 회전하는 연마 휠을 사용하여 매우 적은 양의 재료를 제거하는 기계 가공 공정입니다. 샌딩의 고속, 초정밀 버전으로 생각해 보세요. 단일 절삭날 대신, 연삭 휠은 수백만 개의 미세하고 초경질의 연마 입자(산화알루미늄이나 입방정 붕소와 같은)로 구성됩니다. 질화물). 각각의 작은 입자는 미세한 절단 도구 역할을 하여 아주 작은 조각을 깎아냅니다.
왜 연삭을 선택해야 하나요?
당신이 그라인딩을 하는 데에는 두 가지 주요 이유가 있습니다.
- 단단한 재료를 다루는 방법: 강철 부품(볼 베어링이나 절삭 공구처럼)을 열처리하여 단단하고 내마모성을 높인 후에는 너무 단단해서 기존 선반이나 밀링 머신으로는 효과적으로 절삭할 수 없는 경우가 많습니다. 연삭은 이러한 경화된 소재를 성형하는 몇 안 되는 방법 중 하나입니다.
- 높은 정밀도와 정밀함을 달성하다 표면 마감: 연삭으로 부품을 생산할 수 있습니다. 밀링이나 터닝보다 치수 공차와 표면 마감이 훨씬 뛰어납니다. 좋은 밀링 머신은 ±0.001인치(1,000분의 1인치)의 공차를 유지할 수 있지만, 그라인더는 ±0.0001인치(1만분의 1인치)의 공차를 쉽게 달성할 수 있습니다. 그 결과 표면은 놀라울 정도로 매끄럽고 반사되는 경우가 많습니다.
연삭기는 다음과 같은 다양한 형태로 제공됩니다. 표면 연삭기 (완벽하게 평평한 표면을 만들기 위해) 원통 그라인더 (샤프트 외부 마감용) 및 내부 분쇄기 (구멍 내부 마감용). 이는 거의 항상 마무리 작업으로, 선삭이나 밀링을 통해 대부분의 재료를 제거한 후 수행됩니다. 이는 최종적이고 정밀한 마무리 작업으로, 마지막 부분까지 치수.
톱질은 왜 기계 가공 공정으로 간주되는가?
수백만 달러짜리 톱과 같은 범주에 간단한 톱을 넣는 것은 이상하게 보일 수 있습니다. CNC 밀하지만 톱질은 합법적이고 필수적인 기계 가공 공정입니다. 다른 모든 기계 가공과 마찬가지로, 톱니 모양의 절삭 공구(날)를 사용하여 칩 형태의 재료를 제거하여 형상(절단)을 만듭니다.
가장 일반적인 산업용 톱질 기계 이다 띠톱한 방향으로 움직이는 길고 연속적인 톱날을 사용하는 쇠톱입니다. 이는 왕복 운동하는 쇠톱보다 훨씬 효율적입니다. 산업용 톱은 또한 톱날이 과열되는 것을 방지하고 칩을 씻어내기 위해 냉각수를 끊임없이 공급하여 놀라울 정도로 빠르고 정확한 절단을 가능하게 합니다.
기계공장에서 톱질의 역할은 무엇인가?
톱질에는 가장 기본적이고 필수적인 작업이 하나 있습니다. 원재료를 관리하기 쉬운 크기로 자르기. 선삭이나 밀링이 발생하기 전에 20피트 길이의 강철 막대 또는 4피트 x 8피트 판이 알루미늄을 절단해야 합니다 빈칸으로, 최종 부품보다 약간 큰 재료 조각으로 만듭니다. 이 작업에는 톱이 도구로 사용됩니다.
다른 가공 작업만큼 정밀하지는 않지만, 현대식 산업용 톱은 수백 분의 1인치(1/100) 수준의 공차를 유지할 수 있어 초기 블랭크를 제작하기에 충분합니다. 이 톱이 없다면 전 세계 모든 기계 공장은 멈춰 섰을 것입니다. 이는 거의 모든 가공 부품의 수명에서 가장 먼저 이루어지는 작업입니다.
정사각형 구멍을 어떻게 가공하나요?
이건 고전적인 기계공의 수수께끼입니다. 드릴 비트는 본질적으로 둥근 구멍을 만듭니다. 엔드밀은 평평한 바닥의 포켓을 만들 수 있지만, 둥글고 회전하는 공구이기 때문에 모서리에 항상 곡면이 생깁니다. 그렇다면 완벽하게 날카롭고 네모난 내부 모서리를 어떻게 얻을 수 있을까요? 정답은 바로 "...(...)"이라는 영리하고 강력한 프로세스입니다. 브로칭.
A 꼬챙이 는 일련의 절삭날이 오름차순으로 배열된 긴 공구입니다. 브로치를 미리 뚫어 놓은 둥근 구멍에 밀어 넣거나 당길 때, 각각의 절삭날은 조금씩 더 깊게 절삭됩니다. 브로치의 마지막 날은 원하는 형상과 정확히 일치합니다. 이 공정은 매우 빠르며, 한 번의 패스만으로 충분하고 반복성이 매우 뛰어납니다.
브로칭은 무엇에 사용되나요?
브로칭은 특정하고 둥글지 않은 내부 모양을 만드는 데 사용되는 방법입니다.
- 내부 키웨이: 기어나 풀리의 보어 안쪽에 있는 정사각형 또는 직사각형 홈으로, 축의 키와 맞물려 미끄러짐을 방지합니다. 브로칭의 가장 일반적인 용도입니다.
- 스플라인: 자동차 변속기와 같이 높은 토크가 필요한 분야에 사용되는 구멍 안쪽 주위에 배열된 일련의 키웨이입니다.
- 정사각형, 육각형 또는 이중 D 구멍: 특수 패스너나 공구 인터페이스에 사용 가능.
브로칭의 주요 한계는 도구가 특정 모양과 크기에만 국한되어 가장 적합하다는 것입니다. 맞춤형 비용이 드는 대량 생산 브로치 가공은 정당화될 수 있습니다. 단품 부품의 경우, 기계공은 EDM과 같은 다른 방법을 사용할 가능성이 높습니다.
전기를 이용해 금속을 가공하는 방법은 무엇일까?
프랭크는 작은 금속 막대와 큰 전원 공급 장치로 구성된 고장난 수도꼭지 추출 키트를 가지고 있었습니다. 어느 날, 한 신참이 귀중한 알루미늄 엔진 블록. 어떤 드릴도 수도꼭지에 닿을 수 없었고, 빼내려고 하면 나사산이 망가질 터였다. 프랭크는 침착하게 장비를 연결했다. 황동 막대를 전극으로 사용하여 해당 부위를 유전체 유체에 담근 후 고주파 전류를 흘려보내기 시작했다. 그 후 한 시간 동안 조용한 윙윙거리는 소리와 함께 수도꼭지는 먼지로 분해되었고, 알루미늄 나사산은 완전히 손상되지 않았다. 그야말로 마법이었다.
이 마법은 방전 가공(EDM). 그것은 비전통적입니다 재료를 제거하는 가공 공정 전극(공구)과 작업물 사이에 일련의 빠르고 반복적인 전기 방전(스파크)을 사용합니다. 작업물과 전극은 유전체 유체에 잠겨 있는데, 이 유체는 스파크를 생성할 만큼 충분한 전압이 인가될 때까지 절연체 역할을 합니다. 각 스파크는 8,000~12,000°C의 작은 고열 주머니를 생성하여 작업물의 미세한 입자를 녹이고 기화시킨 후 유체에 의해 씻어냅니다.
EDM이 왜 그렇게 강력한가?
EDM의 독특한 메커니즘은 여러 가지 놀라운 장점을 제공합니다.
- 경도에 관계없이 모든 전도성 재료를 가공할 수 있습니다. 이것이 바로 이 기계의 초능력입니다. 기존 방식으로는 가공이 불가능한 경화 공구강, 초경합금, 그리고 특수 초합금 가공에 사용됩니다.
- 절삭력이 발생하지 않습니다. 전극이 작업물에 물리적으로 닿지 않으므로 도구에 압력이 가해지지 않아 왜곡 없이 매우 깨지기 쉽고 얇은 벽의 형상을 만들 수 있습니다.
- 복잡한 모양을 만들 수 있습니다. 전극은 어떤 모양으로든 가공할 수 있어 회전 도구로는 불가능한 날카로운 내부 모서리를 포함하여 복잡한 구멍과 특징을 만들 수 있습니다.
두 가지 주요 유형이 있습니다. 디 싱커 EDM (금형 캐비티를 만드는 것과 같이 부품에 모양을 "침몰"시키기 위해 형성된 전극을 사용함) 와이어 방전 가공 (첨단 밴드톱처럼 정밀한 2D 절단을 하기 위해 얇고 연속적으로 감겨지는 황동 와이어를 전극으로 사용합니다.) EDM은 기존 기계 가공보다 느리고 비용이 많이 들지만, 적절한 작업에 있어서는 최선의 선택일 뿐만 아니라 유일한 선택입니다.
| 방법 | 주요 장점 | 불리 | 공통 응용 프로그램 |
|---|---|---|---|
| 연마 | 매우 정밀하며 경화된 재료에도 사용 가능합니다. | 느립니다. 매우 적은 양의 물질만 제거합니다. | 베어링 레이스, 게이지 블록, 샤프트의 최종 마감. |
| 제재 | 원료를 원하는 길이로 자르는 데 빠릅니다. | 낮은 정밀도; 거칠음 표면 마무리. | 다른 작업을 위한 공백을 만듭니다. |
| 꿰매 | 특정 내부 모양을 만드는 데 매우 빠릅니다. | 공구는 비싸고 단일 목적입니다. | 키웨이, 스플라인, 사각 구멍. |
| EDM | 경도에 관계없이 모든 전도성 재료를 가공합니다. 절삭력이 필요하지 않습니다. | 매우 느립니다. 전도성 물질에만 작동합니다. | 금형 제작, 깨진 수도꼭지 제거, 초경 절삭. |
이제 선반의 강력한 성능부터 EDM 기계의 정밀한 성능까지, 모든 도구를 갖추게 되었습니다. 하지만 어떤 도구를 사용할지 어떻게 결정해야 할까요? 마지막 섹션에서는 최고의 도구를 만들어 보겠습니다. 제조 가능성을 위한 설계 체크리스트. 가공 부품 설계를 위한 5가지 계명을 알려드리겠습니다. 그림에 대한 간단한 결정이 어떻게 의미를 가질 수 있는지 설명하세요 10달러짜리 부품과 1,000달러짜리 부품의 차이.
우리는 거대한 칩을 잡아먹는 대형 선반부터 EDM의 환상적인 불꽃까지 전체 작업장을 둘러봤습니다. 금속을 기화시키는 기계 손도 대지 않고 말이죠. 우리는 그 원초적인 힘, 정밀함, 그리고 특화된 마법을 보았습니다. 하지만 기계공은 그저 아는 것만으로는 충분하지 않습니다. 방법 이 기계를 작동하려면 훌륭한 기계공이 알아야 합니다. why 언제 각각을 사용하는 것입니다. 그리고 훌륭한 엔지니어가 부품을 설계하다 이런 선택을 쉽고, 효율적이며, 저렴하게 만드는 방식입니다.
디자인과 생산 사이의 이 다리는 다음과 같이 불립니다. DFM(제조 가능성을 고려한 설계)프랭크는 이를 가르치는 데 잔혹하지만 효과적인 방법을 가지고 있었습니다. 젊은 엔지니어가 밀링 포켓의 완벽하게 날카로운 내부 모서리처럼 "불가능한" 특징이 있는 도면을 가져오면, 그는 그냥 거절하지 않았습니다. 그는 "물론입니다. 제가 할 수 있습니다. EDM 기계로 4시간 걸리고, 비용은 800달러입니다."라고 말했습니다. 그러고는 잠시 멈추고 빨간 펜을 꺼내 모서리에 작은 반경을 그린 후 "아니면 1/4인치 엔드밀을 사용하게 하셔도 됩니다. 5분이면 끝낼 수 있고, 비용은 20달러입니다. 선택은 당신의 몫입니다."라고 말했습니다. 한 번만 배우면 되는 교훈이었습니다. 부품 비용은 작업 현장에서 결정되는 것이 아니라 설계 단계에서 결정됩니다.
기계로 가공하기 쉬운 부품을 설계하려면 어떻게 해야 할까요?
가공을 위한 DFM의 가장 기본적인 원리는 공구의 특성을 존중하는 것입니다. 대부분의 가공은 회전 커터를 사용하여 수행됩니다. 이 간단한 사실이 이끈다 비용 효율적인 가공 부품 설계의 5계명을 준수해야 합니다. 이 5계명을 따르면 기계공들에게 영웅처럼 대접받고 회사에 큰돈을 절약할 수 있습니다. 5계명을 무시하는 것은 불필요하게 비싸거나 아예 제작이 불가능한 부품을 설계하는 가장 빠른 방법입니다.
계명 1: 내부 모서리의 반경을 사랑하라
프랭크의 교훈에서 알 수 있듯이, 회전 엔드밀은 날카로운 내부 모서리를 만들 수 없습니다. 항상 공구의 반경과 같은 반경을 남기게 됩니다. 날카로운 모서리("반경 0")를 요구하면 EDM과 같은 훨씬 더 비싼 2차 가공을 하게 됩니다.
- 좋은 디자인: 모든 내부 수직 모서리에 넉넉한 반경을 적용합니다. 일반적으로 반경은 최소 1/8인치(3mm) 이상으로 하는 것이 좋습니다. 더 좋은 방법은 반경을 "최대 R0.125"로 지정하는 것입니다. 이렇게 하면 기계공이 최대 1/4인치 직경의 공구를 자유롭게 사용할 수 있습니다.
- 나쁜 디자인: 날카로운 모서리를 호출합니다.
R0또는 매우 작은 반경을 가공하려면 작고, 약하고, 비싼 엔드밀이 필요합니다.
계명 2: 구멍의 깊이를 적당히 유지해야 합니다
깊고 작은 직경의 구멍을 뚫는 것은 기계 작업장에서 가장 어려운 작업 중 하나입니다. 구멍이 깊을수록 칩이 빠져나가고 냉각수가 구멍에 도달하기 어려워집니다. 최첨단 기술드릴 비트는 막히고 과열되며 부품 내부 깊숙이 부러질 수 있습니다. 치명적인 오류.
- 좋은 디자인: 가능하면 깊이 대 직경 비율이 4:1을 초과하는 구멍은 피하십시오. 깊은 구멍을 뚫어야 하는 경우, 기계공이 특수 "펙 드릴링" 사이클(약간 드릴링 후 칩 제거를 위해 후퇴 후 반복)을 사용해야 하므로 비용이 크게 증가할 수 있다는 점을 염두에 두십시오. 이 사이클에는 훨씬 더 많은 시간이 소요됩니다.
- 나쁜 디자인: 깊이가 2인치인 1/8인치 직경의 구멍을 지정합니다. 스테인리스 강 아주, 아주 좋은 이유 없이요.
명령-벽 두께 비율. 이는 가공 중 진동("채터")을 유발하여 표면 조도 불량을 초래하고 절삭 공구가 파손될 수도 있습니다.
- 좋은 디자인: 두껍고 튼튼한 벽을 유지하십시오. 하우징이나 포켓을 가공하는 경우, 알루미늄의 경우 벽 두께가 최소 1/16인치(1.5mm), 강철의 경우 1/32인치(0.8mm) 이상이어야 하며, 가능하면 훨씬 더 두껍게 유지하십시오.
- 나쁜 디자인: 종이만큼 얇고 지지되지 않는 긴 벽을 가진 부분을 설계합니다.
계명 4: 설정 횟수를 최소화해야 합니다
매번 기계공은 부품의 클램프를 풀어야 합니다., 회전하고, 다른 기능에 접근하기 위해 새로운 방향으로 다시 고정하는 것은 시간이 많이 걸리고 오류 발생 가능성이 있습니다. 이를 "설정"이라고 합니다. 완전히 가공됨 한 면(단일 설정)에서 하는 작업은 5번 뒤집어야 하는 부품보다 항상 저렴합니다.
- 좋은 디자인: 각 피처가 동일한 평면에 있거나 같은 방향에서 접근 가능하도록 설계하십시오. 피처가 반대쪽에 있어야 하는 경우, 기계공이 두 번째 세팅을 위해 클램프로 고정할 수 있는 충분한 평행면이 있는지 확인하십시오.
- 나쁜 디자인: 여섯 면 모두에 복잡하고 정밀한 특징이 있는 큐브로, 매번 여섯 번의 별도 설정과 세심한 재정렬이 필요합니다.
계명 5: 표준화하라
기계공은 표준 공구 크기(드릴, 엔드밀, 탭)를 쉽게 구할 수 있습니다. 비표준 공구가 필요한 부품을 설계하는 것은 마치 목수에게 특수 맞춤 드라이버가 필요한 나사로 집을 짓도록 요구하는 것과 같습니다. 가능하지만, 시간이 오래 걸리고 비용이 많이 듭니다.
- 좋은 디자인: 일반적인 드릴 비트에 맞는 표준 구멍 크기를 사용하세요. 1/4″-20 또는 M6과 같은 표준 나사산 크기를 사용하세요. 모서리 반경은 일반적인 엔드밀 크기에 맞춰야 합니다(예: 0.5″ 엔드밀의 경우 0.25″ 반경).
- 나쁜 디자인: 0.317인치 직경 구멍 지정 또는 7/16″-18 나사산을 사용합니다. 기계공은 특수 공구를 주문해야 하므로 작업 비용과 리드타임이 추가됩니다.
올바른 가공 공정을 어떻게 선택하나요?
이제 DFM 계명을 갖추었으니, 디자인을 올바른 프로세스에 어떻게 연결해야 할까요? 이는 재료, 정밀도, 기하 구조, 수량이라는 네 가지 핵심 질문으로 귀결되는 논리 트리와 같습니다.
사례 연구: 심플 브라켓
알루미늄 블록으로 간단한 L자형 브래킷을 만든다고 가정해 보겠습니다. 이 브래킷에는 관통 구멍 두 개와 나사 구멍 하나가 있습니다.
- 재료? 알루미늄은 부드럽고 절단이 쉽습니다. 모든 기존 가공(톱질, 밀링, 드릴링, 태핑)이 가능합니다.
- 정도? 표준 허용 오차는 +/- 0.005″입니다. 표준에는 문제가 없습니다. CNC 밀. 분쇄가 필요 없습니다.
- 기하학? 구멍이 있는 단순한 프리즘 모양입니다. 밀링과 드릴링의 기본입니다. EDM이나 브로칭이 필요한 복잡한 곡선이나 내부 모서리는 없습니다.
- 수량? 500개가 필요합니다.
제조 계획:
- 제재: 긴 알루미늄 막대에서 500개의 공백을 잘라냅니다.
- 밀링(설정 1): 블랭크를 바이스에 고정합니다. 큰 페이스밀을 사용하여 윗면을 평평하게 가공합니다. 엔드밀을 사용하여 "L"자 모양의 바깥쪽 윤곽을 가공합니다.
- 교련: 드릴 비트를 사용하여 나사산을 위한 두 개의 관통 구멍과 파일럿 구멍을 만듭니다.
- 태핑: 탭을 사용하여 세 번째 구멍의 실을 자릅니다.
- 밀링(설정 2): 부분을 뒤집어 반대쪽을 최종 두께로 맞춥니다.
- 디버링: 날카로운 부분을 제거하려면 부품을 굴립니다.
이는 "3대" 프로세스에 의존하는 간단하고 비용 효율적인 계획입니다.
사례 연구: 경화강 금형 캐비티
이제 캐비티를 설계해 보겠습니다. 사출 금형. 수백만 달러를 만드는 데 사용될 것입니다. 플라스틱 부품.
- 재질? A2 공구강60 HRC로 열처리된 이 소재는 매우 단단하고 내마모성이 뛰어납니다. 이제 마무리 작업에서 기존의 밀링 및 드릴링은 더 이상 사용할 수 없습니다.
- 정도? 매우 높습니다. 허용 오차는 +/- 0.0002인치이며 거울과 같습니다. 플라스틱 부품을 보장하기 위해 표면 마감이 필요합니다. 깨끗하게 놓아주세요.
- 기하학? 여러 개의 작고 날카로운 내부 모서리가 있는 복잡하고 유기적인 모양입니다.
- 수량? 딱 하나만.
제조 계획:
- 제재: 어닐링된(연질) A2 공구강 블록에서 하나의 블랭크를 잘라냅니다.
- 갈기: 강철이 아직 부드러울 때 사용하세요. CNC 밀링에서 기계로 전에, 일반적인 모양 캐비티의 모든 중요 표면에 약 0.010인치의 추가 재료를 남겨둡니다. 이를 "거칠기"라고 합니다.
- 열 치료 : 대략적인 블록을 열처리 시설로 보내 60 HRC로 단단하게 만듭니다.
- 연마: 표면 연삭기를 사용하여 블록의 바깥쪽 면을 최종적으로 정확한 치수로 만듭니다.
- EDM : 이것은 핵심 단계최종 캐비티와 정확히 반대되는 모양의 흑연 또는 구리 전극을 만듭니다. 다이 싱커 방전 가공기를 사용하여 최종 모양을 경화된 강철 블록에 천천히 정밀하게 구워내어 밀링으로는 구현할 수 없었던 날카로운 모서리와 섬세한 디테일을 구현합니다.
- 세련: 필요한 거울 같은 마감을 얻으려면 캐비티를 손으로 닦으세요.
이 공정은 소재의 경도와 기하학적 구조의 복잡성에 따라 결정되므로, 연삭과 방전 가공(EDM)과 같은 특수 공정을 사용해야 합니다. 이 부품 하나의 가격은 수백만 개의 저렴한 플라스틱 부품을 생산하는 데 사용된 이 부품의 역할로 보아 수천 달러에 달합니다.
결론: 뺄셈의 교향곡
기계 가공의 세계는 뺄셈의 교향곡입니다. 우리가 탐구한 아홉 가지 공정은 각각 고유한 음색과 특정한 역할을 가진 악기입니다. 터닝과 밀링의 원초적인 힘은 타악기와 베이스의 역할을 하며, 파트의 기본 리듬을 형성합니다. 드릴링은 선명하고 정확한 음을 더합니다. 연삭, 톱질, 브로칭과 같은 마무리 공정은 목관악기와 현악기의 역할을 하며, 작품에 생명력을 불어넣는 세련된 멜로디와 화성을 더합니다. 그리고 EDM과 같은 비전통적인 기법은 다른 어떤 악기도 따라올 수 없는 숨 막히는 위업을 선보일 수 있는 독주자입니다.
이러한 악기를 이해하는 디자이너는 우아하고 효율적이며 비용 효율적인 부품을 제작할 수 있습니다. 그렇지 않은 디자이너는 악기가 낼 수 있는 음량보다 낮은 음역대의 트럼펫 솔로를 작곡하는 작곡가와 같습니다. 그 결과는 실망스럽고, 비용이 많이 들고, 궁극적으로 실패로 끝납니다. DFM의 원칙을 받아들이고 각 공정의 역량을 존중하는 것은 단순히 부품을 디자인하는 것이 아니라 성공을 위한 청사진을 작성하는 것이며, 기계 공장의 숙련된 연주자들이 당신의 비전을 아름답고 저렴하게 구현할 수 있도록 하는 것입니다.
자주 묻는 질문
가장 흔한 가공 유형은 무엇입니까?
지금까지 가장 흔한 세 가지 가공 유형은 다음과 같습니다. 터닝, 밀링, 드릴링이 세 가지 공정은 현대 제조의 기반을 형성하며 기계로 가공된 부품의 대부분 특징을 만들어내는 역할을 합니다.
기계가공과 제조의 차이점은 무엇인가요?
제조는 원자재를 전환하는 광범위한 용어입니다. 완제품으로 만듭니다. 여기에는 주조, 성형, 단조와 같은 공정이 포함될 수 있습니다. 어셈블리. 금형/기계공작 특정입니다 서브 세트 제조의. 절삭 도구를 사용하여 재료를 제거하고 일반적으로 하나의 부품을 형성하는 뺄셈 프로세스입니다. 금속이나 플라스틱으로 만들어짐.
3D 프린팅은 기계 가공의 한 유형인가요?
아니요, 3D 프린팅은 기계 가공의 반대입니다. 기계 가공은 빼기 프로세스(블록으로 시작하여 재료를 제거하는 방식)인 반면 3D 인쇄는 첨가물 공정(아무것도 없는 상태에서 시작하여 재료를 층층이 쌓아 올리는 방식)과 제조에 대한 근본적으로 다른 두 가지 접근 방식입니다.
왜 "CNC" 가공이라고 부르나요?
CNC 스탠드 을 통한 컴퓨터 수치 제어. 초기 수동 기계는 숙련된 작업자가 크랭크를 돌리고 레버를 당겨 공구의 위치를 제어해야 했습니다. CNC 가공도구의 움직임은 컴퓨터 프로그램(일반적으로 G 코드)에 의해 제어되어 놀라운 정밀성과 반복성이 가능하며 손으로는 불가능한 복잡한 모양을 만들 수 있습니다.
가장 비싼 가공 공정은 무엇입니까?
일반적으로 비전통적 프로세스는 시간당 비용이 가장 비쌉니다. EDM 재료 제거 속도가 느리고 기계 및 소모품(전극 및 유전체 유체) 비용이 많이 들기 때문에 종종 가장 비싼 기계 중 하나로 간주됩니다. 그러나 경화된 재료 가공과 같은 특정 작업의 경우 종종 가장 비용 효율적인 전반적인 솔루션입니다. 모든 작업의 실제 비용은 부품의 형상, 재료 및 수량에 따라 달라집니다.
참고자료
- Degarmo, EP, Black, JT, & Kohser, RA(2017). DeGarmo의 제조 재료 및 공정. 와일리.
- Groover, MP (2012). 현대 제조의 기본: 재료, 공정 및 시스템. 존 와일리 & 선즈.
- 기계 핸드북(2020). 31판. Industrial Press Inc.
- Smid, P. (2008). CNC 프로그래밍 핸드북.산업용프레스 주식회사
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