CNC 가공에서의 단계별 선삭: 선삭 작업 설명

CNC 가공은 다양한 특수 기술을 포함하는 가공 공정이며, 스텝 터닝은 그중 하나입니다. 이 절삭 작업은 공작물의 길이 방향을 따라 재료를 제거하는 방식으로 이루어집니다. 스텝 터닝은 다양한 제품을 제작하는 데 사용되는 기본적인 가공 작업입니다. 정밀 부품 단일 설정에서 다양한 직경의 부품을 가공할 수 있습니다. 이 블로그에서는 스텝 터닝의 기본 사항을 살펴보고 이 가공 기술을 더 잘 이해할 수 있도록 도와드리겠습니다.

단계식 선삭법의 정의, 특징 및 응용

스텝 터닝은 회전하는 공작물의 축에 평행한 여러 축 방향으로 재료를 제거하여 직경이 다른 여러 개의 원통형 조각을 만드는 가공 작업입니다. 직경이 변하는 각 부분에는 "숄더"가 형성되는데, 특별한 지시가 없는 한 치수적으로 정확하고 시각적으로 선명해야 합니다.

스텝 터닝(step turning) 방식에서는 기계가 축을 따라 공구 위치를 이동시키면서 한 번에 하나의 직경을 가공하여 일련의 세그먼트를 생성합니다. 그 결과, 평평한 원통형 부분들이 급격한 단차로 구분된 "계단식" 프로파일이 만들어집니다. CNC 선반에서는 좌표가 다음 스테이션으로 정확하게 이동하도록 프로그래밍되어 부품 전체에 걸쳐 길이와 숄더 위치가 반복적으로 일정하게 유지됩니다.

일반적인 용어

스텝 터닝이 사용되는 경우

계단식 회전은 기계 시스템 어디에서나 나타납니다. 자동차용 샤프트 및 액슬, 다양한 직경의 패스너 본체, 밸브 스템, 부싱, 펌프 부품 및 스텝 풀리. 단계별 선삭 가공의 목적은 특정 설계 요구 사항을 충족하는 부품을 생산하는 것으로, 안정적인 결합을 위한 장착면과 어깨 부분을 갖추어 다양한 결합 부품, 베어링, 기어, 커플링 및 스페이서와 원활하게 연결될 수 있도록 합니다.

기계, 도구 및 설치 필수 사항

단계 선삭 작업은 수동 선반 작업과 수동 선반 작업 모두를 통해 수행할 수 있습니다. CNC 가공핵심 요구 사항은 대체로 유사합니다. 즉, 안정적인 공작물 고정, 축 정렬, 견고한 공구 설정, 그리고 절삭 순서에 대한 명확한 계획이 필요합니다. 이 부분에서는 CNC 가공에서 스텝 선삭이 어떻게 수행되는지에 초점을 맞추겠습니다.

공작물 고정 및 중심 맞춤

• 워크 홀딩3구척, 콜릿 또는 소프트 조가 공작물을 고정합니다. 콜릿은 연마된 봉재에 탁월한 동심도를 제공하며, 소프트 조는 맞춤형 직경 및 섬세한 표면에 적합합니다.
• 고객 지원길고 가는 부품은 어깨 절삭 시 휘어짐과 떨림을 방지하기 위해 테일스톡 센터 또는 스테디 레스트를 사용하면 좋습니다.
• 축 정렬이는 주로 CNC 기계, 스핀들 및 공작물 고정 장치(척 또는 콜릿)의 고유한 정밀도에 의해 보장됩니다. 최고 수준의 정밀도가 요구되는 경우, 설정 과정에서 외경(OD)을 표시하거나 접지 레지스터를 사용하여 정렬을 확인하고 미세 조정할 수 있습니다.

절삭 공구, 인서트 및 형상

• 공구 종류인덱싱 가능한 인서트 또는 단일 포인트 선삭 공구를 사용하여 대부분의 계단형 선삭 작업을 처리합니다. 숄더 진입 시 간헐적인 하중을 견딜 수 있는 견고한 공구 노즈가 바람직합니다. 특정 릴리프 또는 홈 가공에는 분할 공구를 사용할 수 있습니다.
• 기하학적절한 여유 공간을 확보한 양의 경사각은 마찰을 줄여줍니다. 작은 공구 노즈 반경은 더 날카로운 숄더 코너를 만드는 데 도움이 됩니다. 그러나 더 큰 반경은 공구 수명을 향상시킵니다. 표면 마무리 하지만 어깨 부분에 작은 필렛이 생길 것입니다.
• 전문 도구홈 가공 또는 프로파일 가공 도구를 사용하여 어깨 부분을 정리하거나 릴리프 및 모따기를 효율적으로 생성할 수 있습니다.

속도, 이송 속도, 냉각수 및 측정

• 속도/이송 속도재질과 공구에 맞춰 조정하십시오. 경도가 높은 합금은 표면 속도를 낮추고 내구성이 강한 인서트를 사용해야 합니다. 예를 들어, 알루미늄은 비교적 무른 금속이므로 더 높은 속도와 충분한 이송량을 사용할 수 있습니다. 제조사 권장 사항을 기준으로 시작하여 칩 발생량과 공구 마모도를 고려하여 조정하십시오.
• 냉각수칩 배출 및 온도 제어에 유용하며, 특히 강철 및 스테인리스강에 적합합니다. 쾌삭성 재료의 경우, 칩이 잘 부서지면 건식 또는 미스트 절삭도 효과적일 수 있습니다.
• 측량CNC 가공 후, 설정 및 검사 과정에서 직경 변화 및 단차를 측정하기 위해 캘리퍼가 자주 사용됩니다.

단계 전환 공정은 어떻게 진행되나요?

스텝 터닝은 하나의 공작물에 다양한 직경의 정밀한 원통형 형상을 만들어내는 기술입니다. 이 기술을 성공적으로 구현하려면 세 가지 핵심 원칙에 집중해야 합니다. 바로 꼼꼼한 계획 수립, 황삭 가공 중 강성 유지, 그리고 세심하고 제어된 정삭 가공입니다.

도면을 기반으로 한 계획 수립

CNC 선반의 경우, 계획은 프로그램에서 이루어지며, 여기서 공구 경로 좌표를 정의하고 각 단계가 깨끗하게 절삭되는지 확인하기 위한 검증 동작을 포함합니다. 효율성을 높이는 핵심 전략은 공구를 교체하기 전에 하나의 공구로 가능한 한 많은 형상을 완성하도록 작업 순서를 정하는 것입니다. 이는 공구 교체 횟수를 최소화하고 누적 오차를 줄이는 데 도움이 됩니다.

강성 확보를 위한 러프컷 및 시퀀싱

황삭의 목표는 안정성을 손상시키지 않고 효율적으로 재료를 제거하는 것입니다. 항상 가장 단단한 조건부터 시작하여 가장 덜 단단한 조건으로 작업하십시오. 일반적이고 효과적인 전략은 가장 큰 직경부터 황삭하는 것입니다. 각 단계마다 작고 균일한 마무리 가공 여유를 남겨 두십시오.

강성은 매우 중요한 영향 요소입니다. 공구와 공작물의 돌출부를 최소한으로 유지하십시오. 가느다란 축의 경우, 테일스톡 센터 또는 팔로우 레스트를 사용하여 처짐을 방지하고 진동을 억제하십시오. 칩 제어를 위해서는 적절한 이송 속도와 절삭 깊이를 선택하여 칩이 잘 부서지도록 하십시오.

어깨 부분, 모서리 경사면 및 경계면 마무리

마무리 가공 단계에서는 가공물의 표면을 더욱 섬세하게 다루고 정밀하게 제어해야 합니다. 가볍고 일정한 절삭량을 유지하여 최종 크기와 원하는 표면 조도를 얻으십시오. 어깨 부분에 접근할 때는 정지 자국이 생기지 않도록 안정적이고 연속적인 이송 속도를 유지하십시오.

탄탄한 사각 어깨선을 만들려면 어깨 부분을 가볍게 눌러주세요. 시간 내에 인접한 지름을 회전시킵니다. 도면에 허용된다면, 해당 단차에 작은 모따기나 언더컷을 추가하면 조립이 용이해지고 모서리가 손상되는 것을 방지할 수 있습니다. 디버링 전략을 염두에 두십시오. 기준점이 아닌 모서리의 모든 날카로운 모서리를 다듬어야 합니다. 날카로운 모서리가 기능적으로 필요한 경우, 디버링 과정에서 마스킹 처리하고 나중에 확대경을 사용하여 신중하게 확인해야 합니다.

버 제거 및 검사

CNC 가공 공정에서 디버링은 전용 디버링 공구를 사용하여 계단 모서리와 어깨 부분의 버를 제거하는 작업입니다. 마지막으로, 모든 직경을 측정하여 정확도를 확인하는 철저한 검사를 실시합니다.

공차, 표면 마감 및 품질 관리

정밀 단계별 선삭은 직경 제어, 어깨 형상 및 표면 마감의 균형을 맞춥니다.

치수 제어 및 직각도

• 공차: 많은 계단형 축은 직경 ±0.001인치 이하의 정밀도를 요구합니다. 계단 길이 또한 기능에 따라 유사한 공차 범위 내에서 유지될 수 있습니다. 어깨 부분은 기준점을 참조하며, 직각도 또는 런아웃 한계를 포함할 수 있습니다.
• 직각도: 최초 생산품 검사 시 인디케이터 스윕을 사용하거나 결합 부품을 조립하여 기준 축에 대한 숄더 면의 직각도를 확인하십시오. 테이퍼 또는 공구 변형이 있는 경우 숄더가 직각이 아닌 것으로 나타납니다.

표면 거칠기 및 모서리 파손

• 표면 조도 목표: 베어링 및 씰용 기능성 표면은 일반적으로 중요하지 않은 표면보다 더 매끄러운 표면 조도가 요구됩니다. 적절한 노즈 반경, 마무리 가공, 그리고 필요한 경우 가벼운 연마를 통해 목표 Ra 값을 달성하고 치수 편차가 발생하지 않도록 합니다.
• 모서리 보호: 날카로운 모서리가 요구되는 경우가 아니라면, 정밀하게 가공된 모따기 또는 작은 곡률 반경은 모서리를 보호하고 조립을 용이하게 하며 사용 중 버(burr) 발생 위험을 줄입니다.

선삭 작업에서의 결함 및 해결책

단계별 선삭 가공에서 작은 설정 문제라도 크기 오차, 채터링 또는 숄더 결함과 같은 문제로 빠르게 드러날 수 있습니다. 이러한 문제를 해결하기 위해서는 간결한 작업 지침서가 필수적입니다.

크기가 큰 계단/크기가 작은 계단

치수 오차의 주요 원인으로는 잘못된 공구 오프셋, 열팽창, 일관성 없는 측정력, 또는 재료 제거가 제대로 이루어지지 않는 스프링 절삭 등이 있습니다. 이를 수정하려면 공구를 다시 터치오프하고, 부품과 공구가 열 평형 상태에 도달하도록 하며, 일관된 마이크로미터 측정 기법을 사용해야 합니다. 항상 예측 가능한 마무리 가공 여유를 두고 실제 칩 부하를 확인하여 비생산적인 "공회전 절삭"을 방지하십시오.

채터링, 테이퍼링 및 공구 마모

채터링 현상은 공구와 가공물의 돌출부를 줄이고, 테일스톡이나 스테디레스트로 지지하며, 이송 속도를 약간 높이거나 회전 속도를 낮춰 공진 영역에서 벗어나도록 조정함으로써 해결할 수 있습니다. 포지티브 레이크를 가진 더 날카로운 인서트로 교체하는 것도 도움이 됩니다. 테이퍼 가공 시에는 테일스톡 정렬을 확인하고, 스핀들 또는 척의 런아웃을 점검하며, 공구가 정확히 중심 높이에 맞춰져 있는지 확인해야 합니다. CNC 기계에서는 보정 값과 열 오프셋을 확인해야 합니다. 계단형 프로파일은 숄더 진입 시 무딘 공구에 큰 부담을 주기 때문에 공구 마모는 매우 중요합니다. 공구 수명을 추적하고, 인서트를 신속하게 교체하며, 절삭날에 미세한 칩핑으로 인한 숄더 둥글림 현상이 있는지 검사하는 것이 중요합니다.

버(burr) 및 불량한 어깨 마감

이러한 결함은 일반적으로 공구가 무뎌지거나, 형상에 비해 노즈 반경이 과도하거나, 숄더 부근에서 이송 속도가 너무 느려 마찰이 발생하는 경우에 나타납니다. 해결 방법은 날카로운 숄더에는 노즈 반경을 줄이고, 숄더 부분에 일정한 마무리 이송 속도를 유지하며, 가볍게 페이싱 가공을 하는 것입니다.

안전 및 칩 제어

항상 안전 가드를 제자리에 두고 보안경을 착용하며, 칩 제거 시에는 손으로 직접 제거하지 말고 칩 후크나 브러시를 사용하십시오. 어깨 부분 절단 시 뜨겁고 말린 칩이 작업자 쪽으로 튀어 오를 수 있으므로 냉각수를 사용하거나 칩 브레이커의 형상을 조정하여 칩의 흐름을 제어하십시오. 어깨 부분 근처에서 측정하기 전에는 항상 잠시 작업을 멈추고 칩을 제거하십시오.

단계적 회전과 관련 작업의 비교

단계 선회는 종종 몇 가지 인접한 작업과 함께 논의됩니다. 이러한 차이점을 이해하면 모델링이나 프로그래밍 오류를 방지할 수 있습니다.

직선 선삭, 홈 가공 및 면삭

• 직진이는 가공물의 길이 방향을 따라 일정한 직경을 만드는 것을 의미합니다. 스텝 터닝은 여러 축 방향 위치에서 직선 터닝을 여러 번 수행하여 계단식 직경을 만드는 것으로 생각할 수 있습니다.
• 그루 빙폭이 넓은 직경 변화가 아닌 좁고 오목한 형상이나 돌출부를 생성합니다. 어깨 뿌리 부분이나 고정 링에 돌출부를 제공하기 위해 스텝 터닝과 함께 홈이 생길 수 있습니다.
• 페이싱: 작업물의 끝부분이나 어깨면을 직각으로 다듬습니다. 스텝 터닝과 함께 사용하면 스텝 길이와 어깨면 마감을 완성하는 데 도움이 됩니다.

테이퍼 터닝 및 형상 터닝

• 테이퍼 가공: 급격한 어깨 부분이 아닌 점진적인 원뿔형 전환을 만듭니다. 계단식 변화가 너무 급격한 경우 간섭 끼워맞춤이나 정렬 기능에 테이퍼 가공을 사용합니다.
• 형상 가공: 특수 공구 또는 CNC 프로파일을 사용하여 복잡한 윤곽을 생성합니다. 복잡한 형상 내에 단차를 포함할 수 있지만, 목적은 개별적인 평면보다는 비선형 기하학적 형태를 구현하는 것입니다.

CNC 방식과 수동 방식의 차이점 고려 사항

• CNC 선반: 반복성, 여러 단계의 손쉬운 시퀀싱, 고정 사이클, 배치 전반에 걸친 정확한 숄더 위치 등을 제공합니다. 엄격한 공차와 문서화 요구 사항이 있는 다양한 직경의 샤프트 가공에 적합합니다.
• 수동 선반: 숙련된 작업자가 전환부를 표시하고, 정지점을 설정하고, 자주 측정할 수 있는 경우 시제품 제작이나 소량 생산에 이상적입니다. 성공적인 작업은 세심한 표시, 일관된 기술, 그리고 체계적인 공정 중 검사에 달려 있습니다.

맺음말

스텝 터닝은 단일의 효율적인 설정으로 다양한 직경과 정밀한 어깨 부분을 가진 부품을 제작하는 데 사용되는 기본적인 가공 기술입니다. 이 기술의 핵심 장점은 정확한 치수와 각 형상 간의 관계를 보장한다는 점이며, 이는 다른 부품과 정확하게 결합되어야 하는 부품에 필수적입니다.

이 공정을 숙달하려면 계획부터 검증까지 전체 가공 워크플로우를 이해해야 합니다. 다재다능하고 필수적인 기술인 계단식 선삭 숙련도는 더욱 복잡한 가공 작업의 기반이 되며, 대부분의 기계 조립품에서 볼 수 있는 계단형 부품 제조에 매우 중요합니다.

자주 묻는 질문들 (FAQ)