CNC 가공의 표면 거칠기

표면 거칠기는 부품 표면의 미세한 요철을 측정하는 중요한 지표로, 부품의 내마모성, 끼워맞춤 특성, 피로 강도, 밀봉 성능 및 외관에 직접적인 영향을 미칩니다. 수치 제어 가공에서 표면 거칠기를 정밀하게 제어하는 ​​것은 가공 품질을 측정하는 핵심 요소입니다.

I. 핵심 개념: Ra와 Rz

가장 자주 접하게 되는 매개변수는 두 가지입니다.

· Ra(산술 평균 편차): 가장 일반적으로 사용되는 지표입니다. 표본 길이 내 윤곽선 오프셋의 절대값의 산술 평균입니다. Ra 값이 작을수록 표면이 더 매끄러워집니다.

· 직관적 이해: Ra는 표면의 "평균" 높이 차이를 나타냅니다. 예를 들어:

· Ra 0.8 μm: 눈에 띄는 가공 흔적이 있지만 만지면 매끄럽습니다(다음을 통해 달성 가능) 정밀 밀링 및 정밀 선삭).

· Ra 1.6 μm: 미세 가공 흔적이 약간 보임(정밀 가공에 대한 일반 기준 요구 사항).

· Ra 3.2 μm: 눈에 보이는 가공 흔적(준마무리 가공의 일반적인 값).

· Ra 6.3 μm: 선명하게 보이는 공구 자국(대강 가공 후 상태).

· Rz(최대 높이): 샘플링 길이 내 등고선의 피크 라인과 밸리의 바닥 라인 사이의 거리입니다. 밀봉과 같은 성능에 더 중요한 표면의 극단적인 피크와 밸리에 더 많은 주의를 기울입니다.

간단히 말해서, Ra는 "평균 수준"을, Rz는 "극단적인 상황"을 살펴봅니다. 일반적으로 기계 가공, Ra가 더 일반적으로 사용됩니다.

Ii. 표면 거칠기에 영향을 미치는 4가지 주요 요인

표면 거칠기 제어는 본질적으로 절삭 공구와 가공물 간의 상호작용을 제어하는 ​​것을 포함합니다. 주요 영향 요인은 네 가지로 요약할 수 있습니다.

1. 절삭 매개변수(CNC 프로그램 코어)

· 절삭 속도(Vc): 일반적으로 회전 속도/선속도를 높이는 것이 표면 마무리를 개선하는 가장 효과적인 방법입니다. 회전 속도가 높을수록 구성인선(BUE) 형성이 감소하여 절삭 공정이 더욱 매끄러워지고, 결과적으로 더 매끄러운 표면을 얻을 수 있습니다.

· 이송 속도(F): 거칠기에 가장 큰 영향을 미치는 매개변수 중 하나입니다. 이송 속도를 낮추면 가공 표면의 잔류 공구 자국 높이가 직접적으로 감소할 수 있습니다(이론적 거칠기는 이송 속도의 제곱에 비례합니다).

· 절삭 깊이(Ap): 일반적으로 표면 거칠기에 미치는 영향은 간접적입니다. 절삭 깊이가 너무 깊으면 진동과 공구 변형이 발생하여 표면 품질이 저하될 수 있습니다.

2. 도구 선택

· 팁 아크 반경(Re): 팁 아크 반경을 늘리는 것은 표면 조도를 개선하는 또 다른 강력한 도구입니다. 아크 반경이 클수록 공구 자국이 더 매끄러워지고 이론적인 조도 값이 크게 감소합니다.

· 공구 소재 및 코팅: 내마모성이 우수한 코팅(예: TiAlN)과 더 단단한 기질(예: 시멘트 초경)을 사용하면 절삭날을 날카롭게 유지하고 마모로 인한 표면 열화를 줄일 수 있습니다.

· 공구 마모: 마모된 공구는 표면 품질을 저하시키는 가장 큰 요인입니다. 무딘 칼날은 재료를 자르는 대신 압착하여 버, 찢어짐, 표면 거칠기 급격 증가를 유발합니다. 절삭 공구는 정기적으로 점검하고 교체해야 합니다.

3. 공작기계 및 클램핑

· 공작기계 강성/상태: 메인 샤프트 베어링에 클리어런스가 있는 오래된 공작기계는 진동(플러터)이 발생하기 쉽고, 이로 인해 표면에 뚜렷한 진동 흔적이 남고 거칠기가 심각하게 손상됩니다.

· 공작물 클램핑 강성: 공작물은 단단히 고정되어야 합니다. 미세한 흔들림도 가공된 표면에 그대로 반영됩니다.

· 공구 클램핑 정확도: 고품질 공구 홀더(열 수축 공구 홀더 또는 유압 공구 홀더 등)를 사용하면 공구 런아웃을 줄이고 모든 절삭 날이 균일하게 절삭에 참여하도록 보장하며 일관된 표면 마감을 얻을 수 있습니다.

4. 재료 특성

· 재료 경도 및 인성: 점성이 있는 재료(예: 알루미늄 및 스테인리스강)는 구성인선이 발생하기 쉽고, 칩이 절삭날에 달라붙어 가공 표면을 손상시킵니다. 취성이 있는 재료(예: 주철)는 표면 조도가 더 좋을 가능성이 높습니다.

· 냉각 및 윤활: 냉각수를 올바르게 사용하는 것은 매우 중요합니다.

알루미늄 합금과 같은 소재의 경우, 충분한 냉각수는 칩을 씻어내고, 가공된 표면의 긁힘을 방지하며, 온도를 낮추는 데 도움이 됩니다.

스테인리스강, 티타늄 합금 및 기타 소재의 경우 오일 기반 냉각수나 고압 냉각수를 사용하면 효과적으로 윤활하고 절삭력을 줄이며 빌드업 인선을 억제할 수 있습니다.

iii. 실무 기술 및 솔루션

문제 현상, 가능한 원인, 해결책

공작기계/공작물/공구 진동(플러터) 표면에 규칙적인 진동 흔적이 있습니다. 1. 클램핑 강성을 점검하고 강화하십시오. 2. 절삭 매개변수(회전 속도 또는 이송 속도 미세 조정)를 조정하여 진동 주파수를 변경하십시오. 3. 절삭 공구의 오버행 길이를 줄이고 대신 더 두꺼운 공구를 사용하십시오.

공구 표면에 찢어짐과 버가 붙어 있으며, 구성인선이 심합니다. 1. 절삭 속도를 높입니다. 2. 연마 홈이 있는 날카로운 공구를 사용합니다. 3. 냉각수의 농도와 유량을 높이거나 윤활성이 더 좋은 냉각수로 전환합니다.

표면 거칠기 불균일 및 공구 마모: 1. 마모된 공구를 검사하고 교체합니다. 2. 가공 경로를 최적화하여 공구가 오랫동안 모서리에 머무르는 것을 방지합니다.

목표 Ra 값에 도달할 수 없습니다. 매개변수 조합이 적절하지 않습니다. 1. 먼저 이송 속도(F)를 줄여 보십시오. 두 번째로 스핀들 속도(S)를 높여 보십시오. 3. 팁 반경(Re)이 더 큰 공구로 교체하십시오.

특정 영역의 거칠기 차이에 대한 툴 경로 프로그래밍 문제: 1. 마무리 가공 시 더 작은 단계 거리(스텝)를 사용합니다(일반적으로 툴 직경의 10% 미만). 2. 윤곽을 마무리할 때, 공작물에 직접 침투하는 것을 방지하기 위해 진입 및 진출에 호를 사용합니다.

4. 고전적인 매개변수 조정 전략(정밀 가공을 예로 들어)

더 매끄러운 표면(예: Ra 0.8)을 얻으려면 다음 우선순위 순서에 따라 조정하세요.

첫 번째 선택: 이송 속도(F)를 줄이세요. 이것이 가장 직접적이고 효과적인 방법입니다.

2. 두 번째 선택: 절삭 속도(Vc/S)를 높입니다. 단, 절삭 공구의 정격 속도와 공작 기계의 용량을 고려해야 합니다.

3. 다시 한번: 칼날 끝의 호 반경을 늘리세요(Re). 도구와 프로그램이 허용하는 경우.

4. 최후의 수단: 연마 블레이드 공구를 사용하십시오. 일부 최신 절삭 공구에는 특수 연마된 절삭날이 장착되어 있어 높은 이송 속도에서도 매우 낮은 표면 거칠기를 얻을 수 있습니다.

마지막으로, 잊지 마세요:

· 측정 : 육안과 촉각에만 의존하지 않고 표면 거칠기 측정기를 사용하여 객관적으로 결과를 평가합니다.

· 공급업체와의 소통: 도구 공급업체는 특정 재료 및 처리 유형에 대한 매개변수 제안을 제공할 수 있습니다.

· 실험 및 기록: 간단한 시험 절단을 수행하고, 성공적인 매개변수 조합을 기록하고, 고유한 처리 매개변수 라이브러리를 구축합니다.

위의 요소들을 체계적으로 이해하고 이러한 기술들을 유연하게 적용하면 표면 거칠기를 효과적으로 예측하고 제어할 수 있을 것입니다. CNC 가공, 더 높은 품질의 제품을 생산합니다.