CNC 가공에서의 스텝 터닝: 터닝 작업 설명

CNC 가공은 여러 가지 특정 기술을 사용하는 가공 공정이며, 스텝 터닝(step turning)이 그 중 하나입니다. 이 절삭 작업은 공작물의 길이를 따라 재료를 제거하는 것을 포함합니다. 이는 정밀 부품 단일 설정에서 다양한 직경을 가공할 수 있습니다. 이 블로그에서는 스텝 터닝의 기본 사항을 살펴보고 이 가공 기법을 더 잘 이해하실 수 있도록 하겠습니다.

스텝 터닝 공법의 정의, 특징 및 응용 분야

스텝 터닝은 회전하는 공작물의 축과 평행한 각 축 방향 영역에서 소재를 절삭하여 직경이 서로 다른 여러 개의 원통형 세그먼트를 생성하는 가공 작업입니다. 직경이 변할 때마다 "숄더"가 형성되며, 별도의 명시가 없는 한 치수가 정확하고 시각적으로 선명해야 합니다.

스텝 터닝(step turning) 과정에서 기계는 한 번에 하나의 직경을 설정하고, 축을 따라 공구 위치를 이동하여 일련의 세그먼트를 생성합니다. 그 결과 "계단형" 프로파일, 즉 갑작스러운 전환으로 분리된 평평한 원통형 랜드가 생성됩니다. CNC 선반에서는 좌표가 다음 스테이션으로 정확하게 인덱싱되도록 프로그래밍되어 부품 전체에서 반복 가능한 길이와 숄더 위치를 보장합니다.

일반적인 용어

스텝 터닝이 사용되는 곳

계단식 회전은 기계 시스템의 모든 곳에 나타납니다. 자동차 샤프트와 액슬, 다양한 직경의 패스너 본체, 밸브 스템, 부싱, 펌프 구성 요소, 계단형 풀리. 스텝 터닝의 목적은 특정 설계 요구 사항을 충족하는 부품을 생산하는 것입니다. 이 부품은 안정적인 장착을 위한 장착 표면과 숄더를 갖추고 있어 다양한 결합 구성 요소, 베어링, 기어, 커플링 및 스페이서와 원활하게 연결될 수 있습니다.

기계, 도구 및 설치 필수 사항

스텝 터닝은 수동 선반 작업과 CNC 가공. 핵심 요건은 대체로 유사합니다. 즉, 안정적인 작업 고정, 축 정렬, 견고한 공구 설정, 그리고 명확한 절삭 순서 계획이 필요합니다. 이 부분에서는 CNC 가공에서 스텝 터닝이 어떻게 수행되는지에 대해 중점적으로 살펴보겠습니다.

작업 고정 및 센터링

• 작업 홀딩: 3조 척, 콜릿 또는 소프트 조가 작업물을 고정합니다. 콜릿은 연삭된 바에 뛰어난 동심도를 제공하는 반면, 소프트 조는 맞춤형 직경 및 섬세한 표면에 적합합니다.
• 지원하다: 길고 가는 부품은 어깨 절단 시 휘어짐과 덜거덕거림을 방지하기 위해 테일스톡 중앙이나 스테디 레스트를 사용하는 것이 좋습니다.
• 축 정렬: 이는 주로 CNC 기계, 스핀들, 그리고 워크홀딩(척 또는 콜렛)의 고유한 정확도에 의해 보장됩니다. 최고 수준의 정밀도가 요구되는 경우, 설정 과정에서 외경(OD)을 표시하거나 연삭 레지스터를 사용하여 정렬을 확인하고 미세 조정할 수 있습니다.

절삭 공구, 인서트 및 형상

• 도구 유형: 인덱서블 인서트 또는 단일 포인트 선삭 공구는 대부분의 스텝 선삭을 처리하는 데 사용됩니다. 숄더 진입 시 단속 하중을 견딜 수 있는 견고한 공구 노즈가 선호됩니다. 특정 릴리프 또는 홈에는 파팅 공구를 사용할 수 있습니다.
• 기하학: 적절한 여유 공간을 갖춘 포지티브 레이크는 마찰을 줄여줍니다. 작은 공구 노즈 반경은 더 날카로운 숄더 코너를 만드는 데 도움이 됩니다. 하지만 더 큰 반경은 공구 수명을 향상시키고 표면 마감 하지만 어깨 부분에 작은 필렛이 생성됩니다.
• 특수 도구: 홈 파기 또는 프로파일 도구를 사용하면 어깨 부분을 정리하거나 릴리프와 모따기를 효율적으로 생성할 수 있습니다.

속도, 공급, 냉각수 및 측정

• 속도/피드: 소재 및 공구에 맞춰 조정하십시오. 경도가 높은 합금은 보수적인 표면 속도와 더 강한 인서트를 요구합니다. 예를 들어, 알루미늄은 비교적 부드러운 금속이기 때문에 더 높은 속도와 충분한 이송을 제공합니다. 제조업체 권장 사항을 참고하여 시작하고 칩 형성 및 공구 마모에 따라 조정하십시오.
• 냉각수: 특히 강재 및 스테인리스강의 칩 배출 및 온도 제어에 유용합니다. 쾌삭 가공 소재의 경우, 칩이 잘 분쇄되면 건식 또는 미스트 절삭이 적합할 수 있습니다.
• 측정: CNC 공정 후, 캘리퍼는 종종 설정 및 검사 중에 직경 변화와 단계 길이를 측정하는 데 사용됩니다.

스텝 터닝 프로세스 작동 방식

스텝 터닝은 단일 가공물에 다양한 직경의 정밀한 원통형 형상을 생성합니다. 이를 성공적으로 수행하려면 세 가지 핵심 원칙에 집중해야 합니다. 꼼꼼한 계획, 황삭 중 강성 유지, 그리고 신중하고 제어된 마무리 가공 패스 실행입니다.

도면으로부터 계획하기

CNC 선반의 경우, 계획은 프로그램에서 이루어집니다. 프로그램에서 공구 경로 좌표를 정의하고 각 단계가 정확하게 가공되도록 검증 동작을 포함합니다. 핵심적인 효율성 전략은 공구를 교체하기 전에 하나의 공구로 최대한 많은 형상을 완료할 수 있도록 작업 순서를 정하는 것입니다. 이를 통해 공구 교체 횟수를 최소화하고 누적 오류를 줄일 수 있습니다.

강성을 위한 러프 컷 및 시퀀싱

황삭의 목표는 안정성을 해치지 않으면서 재료를 효율적으로 제거하는 것입니다. 항상 가장 단단한 상태에서 가장 단단한 상태 순으로 작업하십시오. 일반적이고 효과적인 방법은 가장 큰 직경을 먼저 황삭하는 것입니다. 각 단계마다 작고 균일한 마무리 여유를 남겨 두십시오.

강성은 매우 중요한 영향 요소입니다. 공구와 가공물의 오버행을 최소화하십시오. 가는 샤프트의 경우, 심압대 센터를 사용하거나 추종 레스트를 사용하여 처짐을 방지하고 진동을 억제하십시오. 칩 제어를 위해서는 칩이 잘 분리되도록 적절한 이송 속도와 절삭 깊이를 선택하십시오.

어깨, 모따기 및 블렌드 마무리

마무리 가공은 가공물 표면에 대한 더 가벼운 터치와 더 세밀한 제어를 요구합니다. 최종 크기와 원하는 표면 조도를 얻으려면 가볍고 일관된 절삭을 하십시오. 숄더에 접근할 때는 드웰 마크를 방지하기 위해 안정적이고 연속적인 이송을 유지하십시오.

고품질의 사각 어깨를 위해 어깨를 가볍게 마주보세요. ~ 후에 인접한 직경을 회전합니다. 도면에서 허용하는 경우, 단차에 작은 모따기나 언더컷을 추가하면 조립이 용이하고 모서리가 손상되지 않도록 보호할 수 있습니다. 디버링 전략을 염두에 두십시오. 기준이 아닌 모서리의 모든 날카로운 모서리를 제거하십시오. 기능적으로 날카로운 모서리가 필요한 경우, 디버링 과정에서 마스킹 처리를 하고, 이후 확대경을 사용하여 신중하게 확인해야 합니다.

디버링 및 검사

CNC 공정에서 디버링은 전용 디버링 도구를 사용하여 스텝 엣지와 숄더의 버를 제거하는 작업을 포함합니다. 마지막으로, 모든 직경의 정확성을 확인하기 위해 철저한 검사를 수행합니다.

허용 오차, 표면 마감 및 품질 관리

정밀 스텝 터닝은 직경 제어, 숄더 형상, 표면 마감의 균형을 맞춥니다.

치수 제어 및 직각도

• 공차: 많은 계단형 샤프트는 직경 ±0.001 또는 그보다 더 좁은 공차를 요구합니다. 기능에 따라 계단 길이는 유사한 밴드로 유지될 수 있습니다. 숄더는 종종 기준점을 참조하며, 직각도 또는 런아웃 한계를 포함할 수 있습니다.
• 직각도: 초도품 검사 시 지표 스윕을 사용하거나 결합 부품을 조립하여 기준 축을 기준으로 숄더 면을 확인하십시오. 테이퍼 또는 공구 처짐은 직각이 아닌 숄더로 표시됩니다.

표면 거칠기 및 모서리 파손

• 마무리 목표: 베어링 및 씰용 기능성 랜드는 일반적으로 비핵심 표면보다 더 매끄러운 마무리가 필요합니다. 적절한 노즈 반경, 마무리 패스, 그리고 필요한 경우 가벼운 연마를 통해 목표 Ra를 달성하고 치수 편차가 발생하지 않도록 합니다.
• 모서리 파손: 날카로운 모서리가 지정되지 않은 경우, 제어된 모따기나 작은 반경은 모서리를 보호하고, 조립을 용이하게 하며, 서비스 중 버가 생길 위험을 줄여줍니다.

선삭 작업의 결함 및 해결책

스텝 터닝에서는 작은 설정 문제도 크기 오류, 떨림, 또는 어깨 결함 등으로 빠르게 드러납니다. 해결을 위해서는 간결한 플레이북이 필수적입니다.

오버사이즈/언더사이즈 계단

크기 오류의 근본 원인으로는 잘못된 공구 오프셋, 열 팽창, 측정력 불일치, 또는 재료 제거에 실패하는 스프링 절삭 등이 있습니다. 이를 해결하려면 공구를 다시 손질하고, 부품과 공구가 열 평형에 도달하도록 한 후, 일관된 마이크로미터 기법을 사용하십시오. 항상 예측 가능한 마무리 여유를 두고 실제 칩 부하를 확인하여 비생산적인 "에어 컷"을 방지하십시오.“

채터, 테이퍼 및 공구 마모

떨림은 공구와 작업물의 오버행을 줄이고, 심압대나 스테디 레스트를 사용하여 지지대를 추가하고, 이송 속도를 약간 높이거나 공진 영역에서 벗어나는 속도를 줄이면 해결됩니다. 포지티브 레이크가 있는 더 날카로운 인서트로 교체하는 것도 도움이 됩니다. 테이퍼는 심압대 정렬을 점검하고, 스핀들 또는 척 런아웃을 확인하고, 공구가 정확히 중앙 높이에 위치하는지 확인해야 합니다. CNC 기계에서는 보정 값과 열 오프셋을 확인하십시오. 계단형 프로파일은 숄더 진입 시 무딘 공구를 손상시키므로 공구 마모는 매우 중요합니다. 공구 수명을 추적하고, 인서트를 즉시 교체하고, 절삭날에 숄더를 둥글게 만드는 미세 칩이 있는지 검사하는 것이 중요합니다.

버와 숄더 마감 불량

이러한 결함은 일반적으로 무딘 공구, 형상에 대한 과도한 노즈 반경, 또는 숄더 근처의 너무 가벼운 피드로 인한 마찰로 인해 발생합니다. 해결 방법은 날카로운 숄더에는 더 작은 노즈 반경을 사용하고, 숄더까지 안정적인 마무리 피드를 유지하며, 가벼운 페이싱 정리 절삭을 수행하는 것입니다.

안전 및 칩 제어

항상 보호대를 착용하고 보안경을 착용하며, 칩 제거 시에는 칩 후크나 브러시를 사용하십시오. 절대 손으로는 제거하지 마십시오. 숄더 컷팅 시 뜨겁고 말린 칩이 작업자 쪽으로 날아갈 수 있으므로 냉각수를 공급하거나 칩 브레이커의 형상을 조정하여 칩의 흐름을 조절하십시오. 숄더 부근을 측정하기 전에는 항상 잠시 멈춰 칩을 제거하십시오.

스텝 터닝과 관련 작업의 비교

스텝 터닝은 종종 몇 가지 인접 작업과 함께 논의됩니다. 이러한 차이점을 이해하면 모델링이나 프로그래밍 실수를 방지할 수 있습니다.

직선 선삭, 홈 가공 및 페이싱

• 직선 회전: 이는 공작물 길이를 따라 하나의 일관된 직경을 만드는 것을 말합니다. 스텝 터닝은 서로 다른 축 위치에서 여러 차례 직선 터닝을 수행하여 계단형 직경을 만드는 것으로 볼 수 있습니다.
• 그루빙: 좁은 오목한 형상이나 양각을 생성하지만, 넓은 직경 변화는 없습니다. 스텝 터닝 시 숄더 루트에 양각을 제공하거나 고정 링에 홈을 만들 수 있습니다.
• 깃 달기: 작업물의 끝부분이나 숄더면을 직각으로 만듭니다. 스텝 터닝을 보완하여 스텝 길이와 숄더 마감을 마무리합니다.

테이퍼 터닝 및 형상 터닝

• 테이퍼 선삭: 급격한 숄더가 아닌 점진적인 원뿔형 전환을 생성합니다. 간섭 끼워맞춤이나 정렬 형상에 테이퍼를 사용하면 계단식 변경이 너무 갑작스러울 수 있습니다.
• 형상 선삭: 특수 공구나 CNC 프로파일을 사용하여 복잡한 윤곽을 생성합니다. 더 복잡한 형상 내에 단차를 포함할 수 있지만, 개별적인 평면 형상이 아닌 비선형 형상을 구현하는 것이 목적입니다.

CNC 대 수동 고려 사항

• CNC 선반: 반복성, 여러 단계의 손쉬운 시퀀싱, 고정 사이클, 그리고 배치 전체에 걸친 정확한 숄더 위치를 제공합니다. 공차 및 문서화 요구 사항이 엄격한 다중 직경 샤프트에 적합합니다.
• 수동 선반: 숙련된 작업자가 전환점 표시, 정지 설정, 그리고 빈번한 측정을 수행할 수 있는 프로토타입이나 소량 생산에 적합합니다. 성공은 신중한 마킹, 일관된 기술, 그리고 엄격한 공정 중 점검에 달려 있습니다.

결론

스텝 터닝은 다양한 직경과 정밀한 숄더를 가진 부품을 단일의 효율적인 설정으로 제작하는 데 사용되는 기본적인 가공 기술입니다. 이 기술의 주요 장점은 정확한 치수와 피처 간의 관계를 보장하는 것인데, 이는 다른 부품과 정확하게 맞아야 하는 부품에 필수적입니다.

이 공정을 숙달하려면 계획부터 검증까지 전체 가공 워크플로우를 이해해야 합니다. 다재다능하고 필수적인 기술인 스텝 터닝의 숙련도는 더욱 복잡한 가공 작업의 기반을 형성하며, 대부분의 기계 조립품에 사용되는 계단형 부품을 제조하는 데 필수적입니다.

자주 묻는 질문