In CNC 가공, 가공물의 러핑 작업에서는 다이내믹 밀링과 레이어 밀링이 두 가지 일반적인 밀링 전략입니다. 두 방법 모두 재료 제거를 목표로 하지만, 가공 방식, 적용 재료, 스핀들 속도, 이송 속도, 가공 효율성에서 큰 차이가 있습니다. 이들의 정의, 장점, 단점, 영향 요인, 선택 기준을 이해하면 다양한 가공 상황에서 더 나은 결정을 내릴 수 있습니다.
다이내믹 밀링
정의:
다이내믹 밀링은 절삭 깊이와 이송 속도와 같은 절삭 파라미터를 지속적으로 조정하여 높은 가공 효율을 유지하고 공구 부하를 줄이는 밀링 방식입니다. 공구 경로를 유연하게 조정함으로써 각 절삭이 비교적 작은 접촉을 유지하여 깊은 절삭으로 인한 과도한 공구 부하를 피하고, 가공 중 열 축적을 줄입니다.
적용 재료:
알루미늄 합금, 구리 합금, 플라스틱, 연강, 티타늄 합금 등 비교적 연한 금속 또는 고분자 재료. 다이내믹 밀링은 연질 또는 중경도 재료에 적합하며, 특히 많은 양의 재료를 빠르게 제거해야 하는 상황에 적합합니다.
스핀들 속도 범위:
다이내믹 밀링은 일반적으로 더 높은 스핀들 속도를 사용하며, 보통 5000–12000 RPM. 입니다. 구체적인 속도는 공구와 재료 경도에 따라 조정해야 합니다.
티타늄 합금과 같은 경질 재료의 경우, 공구 파손을 방지하기 위해 스핀들 속도를 적절히 낮춰야 합니다.
이송 속도:
다이내믹 밀링의 이송 속도는 비교적 높으며, 보통 2000–8000 mm/min, 으로, 재료 특성, 절삭 깊이, 기계 성능에 따라 달라집니다.
장점과 단점:
장점:
- 공구 부하가 낮아 공구 수명이 연장됩니다.
- 효율이 높아 넓은 면적의 재료 제거에 특히 적합합니다.
- 더 나은 절삭 안정성과 더 높은 재료 제거율을 제공합니다.
- 열 축적과 공구 마모를 줄입니다.
단점:
- 기계 안정성과 주축 속도를 포함한 더 높은 기계 요구 사항.
- 일부 경우(복잡한 형상 등)에는 다이내믹 밀링이 공구의 공회전 이동을 유발하는 루프형 가공 경로를 생성할 수 있습니다.
- 마무리 가공 시 표면 품질이 상대적으로 낮습니다.
가공 효율:
다이내믹 밀링은 많은 양의 소재를 제거할 때 높은 효율을 보입니다. 높은 이송 속도와 깊은 절삭 깊이로 인해 가공 효율을 크게 향상시킬 수 있습니다. 그러나 정밀 가공 작업에서는 레이어 밀링보다 안정성이 떨어질 수 있습니다.
가공 효율에 영향을 주는 요인:
기계 성능: 높은 주축 속도와 우수한 기계 안정성이 필요합니다. 다이내믹 밀링은 특히 5축 기계에서 뛰어난 성능을 발휘합니다.
재료 특성: 알루미늄 및 구리 합금과 같은 연질 재료가 가장 적합합니다.
공구 선택: 공구의 크기와 종류는 다이내믹 밀링 성능에 영향을 주며, 특히 경질 재료 가공 시 중요합니다.
레이어 밀링
정의:
레이어 밀링은 절삭 깊이를 여러 얇은 층으로 나누는 가공 전략입니다. 각 절삭에서 소량의 소재만 제거하여 공구 하중을 효과적으로 제어하고, 과도한 공구 마모를 줄이며, 높은 가공 정밀도를 유지할 수 있습니다.
적용 재료:
경강(공구강, 합금강), 스테인리스강, 주철, 마무리 가공에 사용되는 티타늄 합금 및 기타 경질 재료.
레이어 밀링은 일반적으로 경도가 높은 재료와 높은 표면 품질 및 정밀도가 요구되는 가공 작업에 적합합니다.
스핀들 속도 범위:
레이어 밀링은 일반적으로 상대적으로 낮은 스핀들 속도에서 작동하며, 보통 3000–8000 RPM.
티타늄 합금 및 경화강과 같은 경질 재료의 경우, 공구 마모를 최소화하기 위해 스핀들 속도를 적절히 낮춰야 합니다.
이송 속도:
레이어 밀링의 이송 속도는 일반적으로 낮으며, 보통 500–5000 mm/min. 입니다. 낮은 이송 속도는 절삭 안정성과 가공 정밀도를 보장하는 데 도움이 됩니다.
장점과 단점:
장점:
- 안정적인 가공 조건으로, 경질 재료 및 마무리 작업에 적합합니다.
- 한 번에 절삭하는 깊이가 작아 공구에 가해지는 부하가 줄고, 표면 품질과 치수 정밀도가 향상됩니다.
- 높은 정밀도를 제공하며, 정밀 가공에 적합합니다.
단점:
- 얕은 절삭 깊이로 인해 재료 제거율이 낮고 효율이 떨어집니다.
- 각 절삭에서 제거되는 재료의 양이 적기 때문에 가공 사이클이 길어지고, 많은 양의 재료를 빠르게 제거하는 데는 적합하지 않습니다.
가공 효율:
레이어 밀링은 이송 속도와 재료 제거율이 느려 대량의 재료를 제거할 때 효율이 상대적으로 낮습니다. 그러나 정밀 가공 및 고정밀이 요구되는 경우 더 나은 결과를 제공할 수 있습니다.
가공 효율에 영향을 주는 요인:
재료 경도: 경질 재료는 레이어 밀링에 적합하지만, 연질 재료 가공 시 효율이 낮습니다.
공구 선택: 공구 형상, 절삭 깊이, 이송 속도가 효율과 정밀도에 영향을 미칩니다.
절삭 조건: 적절한 절삭 깊이, 이송 속도, 스핀들 속도가 전체 가공 성능을 결정합니다.
CNC 다이내믹 밀링과 레이어 밀링: 어느 것이 더 효율적인가?
두 방법의 러핑 효율을 비교하기 위해, 우리는 다음과 같은 크기의 캐비티 워크피스를 제작합니다. 10 mm × 10 mm, 깊이 25 mm. 워크피스 재질은 7075 알루미늄, 전체 치수는 150 mm × 150 mm × 30 mm 내부 캐비티가 있습니다. 워크피스 블랭크의 가공 여유는 5 mm, 그리고 25 mm 가 가장자리에서 제거되어야 합니다.
재료 제거율 (Q) 이 비교 지표로 사용됩니다. 단위 시간당 제거되는 재료의 부피가 클수록 Q 값이 커집니다. 단위는 cm³/min.
다른 두 가지 영향 매개변수는 절삭 깊이(AP) 그리고 절삭 폭(AE).
알려진 공식:
Q = (F × AP × AE) / 1000
동적 러핑 계산
공구 직경: 10mm 표준 공구, 절삭날 길이 30mm.
다이나믹 가공은 파손 위험을 줄이기 위해 약간 더 큰 공구가 필요하므로 공구 직경은 다음과 같이 선택됩니다 12mm.
스핀들 속도 S = 8000
평균 이송 속도 F = 5000 mm/분
절삭 깊이 AP = 30mm (단일 패스)
절삭 폭 AE = 2.5mm
계산:
Q = 5000 × 30 × 2.5 / 1000
의 가성소다와 질산염이 끓는 욕조에 부품을 담그는 과정을 포함합니다.
Q = 375 cm³/분
레이어 황삭 계산
레이어 황삭에는 인서트 커터가 사용됩니다. 공구 직경은 절삭 폭을 커버해야 하므로 32mm 직경 커터 가 선택됩니다.
스핀들 속도 S = 4500
이송 속도 F = 4000 mm/분
절삭 깊이 AP = 2 mm
절삭 폭 AE = 25 mm
계산 결과:
Q = 200 cm³/분
계산 결과에 따르면, 다이나믹 밀링의 재료 제거율이 레이어 밀링보다 확실히 높으며, 이론적인 가공 속도도 더 빠릅니다. 그러나 실제 가공에서는 다이나믹 밀링이 항상 더 빠른 것은 아닙니다. 캐비티 가공과 주변 러핑 작업에서는 반복적인 움직임과 공회전 툴패스가 많아 가공 시간이 낭비됩니다. 또한, 다이나믹 러핑 조건이 항상 안정적인 것은 아닙니다. 많은 양의 재료를 제거할 때 툴 부하가 갑자기 증가하여 공구 파손이 발생할 수 있습니다.
반면, 레이어 밀링은 반복적인 움직임이 적고 공회전 툴패스가 짧아 보다 안정적인 가공 리듬을 제공합니다. 일부는 다이나믹 러핑의 속도를 높이기 위해 클라임 및 컨벤셔널 밀링을 고려할 수 있지만, 이는 공구 부하를 증가시키고 공구 마모를 가속화하여 결국 가공 비용을 높입니다.
하지만 재료가 7075 알루미늄 합금에서 티타늄 합금(예: TC-4), 으로 바뀌면 상황이 달라집니다. 티타늄 합금은 열전도율이 낮습니다. 레이어 밀링을 사용할 경우 공구의 열 방출이 어려워지고, 약 80%의 열이 공구 팁에 집중되어, 공구 마모가 빠르게 진행되고 가공 안정성과 비용 효율성이 떨어집니다. 다이나믹 밀링에서는 주로 공구의 측면을 사용하여 절삭합니다. 재료 제거율을 조절하고 과도한 인게이지먼트를 피하면 열 방출이 개선되고 가공 속도가 증가합니다.
따라서 재료 제거율은 참고 요소 중 하나일 뿐입니다. 재료 종류와 가공 특성과 함께 고려하여 최적의 전략을 결정해야 합니다. 예를 들어 알루미늄 합금 부품을 가공할 때 캐비티 러핑에는 레이어 밀링, 을 사용할 수 있으며, 남은 R-코너 또는 필렛 가공물 가장자리에서 사용하여 제거할 수 있습니다 동적 밀링, 이는 더 많은 가공 시간을 절약할 수 있습니다.
동적 밀링과 레이어 밀링의 선택 기준
동적 밀링과 레이어 밀링 중 선택은 주로 다음 요인에 따라 달라집니다:
재질 종류:
알루미늄 및 구리 합금과 같은 연질 재료에는 동적 밀링이 더 높은 효율을 제공합니다.
티타늄 합금, 스테인리스강, 경화강과 같은 경질 재료에는 레이어 밀링이 더 적합하며, 이는 더 높은 가공 정밀도와 표면 품질을 유지할 수 있기 때문입니다.
가공 목표:
많은 양의 재료를 빠르게 제거하는 것이 목표라면, 공구의 공회전 경로와 루프 동작을 최적화한 후 동적 밀링이 더 적합합니다. 이는 더 높은 제거율과 빠른 이송 속도를 제공합니다.
고품질 표면 또는 정밀도가 요구되는 정밀 가공이 목표라면, 레이어 밀링이 특히 복잡한 마감 작업에서 장점이 있습니다. 단, 공구 끝부분의 열 집중에 주의하여 급격한 마모를 방지해야 합니다.
기계 성능:
동적 밀링은 더 높은 스핀들 속도와 우수한 기계 안정성이 필요하므로, 5축 또는 고정밀 기계에 더 적합합니다.
레이어 밀링은 기계 요구 사항이 낮아 대부분의 일반적인 3축 기계에 적합합니다.
가공 효율:
동적 밀링은 많은 양의 재료를 제거할 때 더 효율적이며, 레이어 밀링은 마감 작업에 더 적합하여 효율은 낮지만 정밀도가 높습니다.
결론
동적 밀링과 레이어 밀링은 CNC 가공에서 각각의 장점이 있습니다. 동적 밀링은 연질 재료와 빠른 재료 제거에 적합하며, 레이어 밀링은 경질 재료와 정밀 가공에 더 적합합니다. 올바른 전략 선택은 재료, 가공 특성, 기계 성능에 따라 달라집니다. 더 자세한 정보를 원하거나 맞춤 제조 견적을 받고 싶으시면 문의 저희와 상담하실 수 있습니다.
