2025년 9월 30일 화요일

기계공작법_제4장 절삭 가공_4.3. 밀링머신


1. 밀링머신의 정의

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밀링머신의 정의

  • 다인절삭 공구인 밀링커터를 주축에 고정하여 회전시키고 테이블 위에 고정한 공작물에 절삭깊이와 이송을 주어 절삭하는 공작 기계
  • 주로 평면을 가공하는 공작 기계
  • 홈, 각도가공은 물론 복합적이고 복잡한 면 가공 가능
  • 드릴의 홈, 기어의 치형 가공 가능

다인절삭 공구

  • 여러 개의 절삭날을 가지고 있어 한 번 회전할 때 여러 날이 차례로 절삭을 수행하는 공구

2. 밀링 머신 가공의 종류

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밀링 머신 가공의 종류

  • 평면 가공
  • 홈 가공
  • 절단 가공

[그림 4.22] 수평 밀링 머신 가공

3. 밀링머신의 종류 (1) - 수직 밀링머신

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수직 밀링머신

  • 주축이 테이블면과 수직으로 되어 있음
  • 공구: 정면 밀링커터(face milling cutter), 엔드밀(end mill)
  • 주축 헤드 종류: 고정형, 상하 이동형, 각도 조절이 가능한 경사형
  • 능률적인 가공이 가능하여 많이 사용

[그림 4.23] 수직 밀링 머신 가공

3. 밀링머신의 종류 (2) - 수평 밀링머신

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수평 밀링머신

  • 주축이 칼럼 상부에 테이블면과 수평으로 설치
  • 주축에는 아버(arbor)가 고정
  • 평면 밀링커터, 홈 밀링커터 등의 밀링커터 조정 가능

아버 (Arbor)

  • 밀링머신에서 밀링커터를 고정하고 지지하기 위해 주축에 장착하는 축 모양의 부속품

4. 수평 밀링머신의 구조 (1)

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주축 (Spindle)

  • 기둥(column) 앞면에 수평으로 설치
  • 주축단에 아버(arbor)가 고정

니, 새들, 테이블

  • 니(knee): 기둥 앞면을 상·하로 미끄러져 이동
  • 새들(saddle): 니 위에서 전·후방향으로 이동
  • 테이블(table): 새들 위에서 좌·우로 이동
  • 테이블은 전·후, 좌·우, 상·하 세 방향으로 이동 가능

[그림 4.24] 밀링머신의 구조

4. 수평 밀링머신의 구조 (2)

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컬럼과 베이스

  • 컬럼(column): 기계의 몸통을 이루는 중요한 부분, 베이스에 견고히 장착
  • 컬럼 내부: 모터, 주축의 회전기구, 이송기구의 동력전달장치
  • 베이스(base): 니의 상하 이송용 나사를 지지, 내부에 절삭유 탱크

아버 (Arbor)

  • 주축에 고정하여 아버에 고정된 밀링커터를 회전시켜 공작물 가공

오버암 (Over Arm)

  • 아버가 굽히는 것을 방지
  • 한쪽 끝은 기둥 위에 고정, 반대편 끝은 아버지지부가 고정되어 아버의 한쪽 끝 지지

5. 수직 밀링 머신용 커터 (1)

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평 엔드밀

  • 끝이 평평한 형태
  • 용도: 평면 가공, 홈 가공, 옆면 가공

볼 엔드밀

  • 끝이 반구형
  • 용도: 3차원 곡면, 곡선 모양 가공, 금형 제작

거친 절삭 엔드밀

  • 절삭날에 톱니 모양(거친 파형)
  • 절삭 저항과 절삭열 감소
  • 대량의 재료를 빠르게 제거

[그림 4.25] 수직 밀링 머신용 커터

5. 수직 밀링 머신용 커터 (2)

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더브테일 커터

  • 사다리꼴 모양의 홈 가공 전용
  • 기계 부품의 결합용 홈, 특수 형상 가공

T홈 커터

  • T자 모양의 홈 가공
  • 기계 테이블, 작업보조구, 고정구 제작에 활용

[그림 4.26] 수직 밀링 커터와 가공의 종류

6. 수평 밀링 머신용 커터 (1)

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평면 밀링 커터

  • 평면 절삭

측면 밀링 커터

  • 측면이나 홈의 옆면 절삭

양각 밀링 커터

  • 양쪽에 절삭날
  • 홈과 양측면을 동시에 가공

[그림 4.27] 수평 밀링 머신용 커터

6. 수평 밀링 머신용 커터 (2)

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편각 밀링 커터

  • 일정한 각도를 가진 면 절삭

볼록형 밀링 커터

  • 공작물에 볼록한 곡면 가공

오목형 밀링 커터

  • 공작물에 오목한 곡면 가공

메탈 슬리팅 소

  • 얇은 원형 톱 모양
  • 금속 절단, 홈 가공

[그림 4.28] 수평 밀링 커터와 가공의 종류

7. 상향 절삭 (Up Cutting) (1)

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상향 절삭의 정의

  • 커터의 회전 방향과 공작물의 이송 방향이 서로 반대
  • 커터가 아래에서 위로 공작물을 깎아냄

[그림 4.29] 상향 절삭과 하향 절삭

7. 상향 절삭 (Up Cutting) (2)

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상향 절삭의 장점

  • 밀링커터 날이 공작물을 들어 올리는 방향으로 작용하여 기계에 무리를 주지 않음
  • 절삭 시작 시 날에 가해지는 절삭 저항이 점진적으로 증가하여 날이 부러질 위험이 없음
  • 칩이 날을 방해하지 않고 가공된 면에 쌓이지 않아 절삭열에 의한 치수 정밀도 변화가 적음
  • 이송 기구의 백래시가 자연스럽게 제거

7. 상향 절삭 (Up Cutting) (3)

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상향 절삭의 단점

  • 커터 날이 절삭 시작 시 재료의 변형으로 인해 절삭이 제대로 이루어지지 않고 마찰 발생 → 날의 마멸이 심하고 수명이 짧음
  • 커터의 절삭 방향과 이송 방향이 반대 → 절삭 자취의 피치가 길고, 마찰 작용으로 인해 가공면이 거칠어짐
  • 칩이 가공할 면 위에 쌓여서 시야 확보가 어려움

8. 하향 절삭 (Down Milling) (1)

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하향 절삭의 정의

  • 커터의 회전 방향과 공작물의 이송 방향이 같음
  • 커터가 위에서 아래로 공작물을 깎아냄

[그림 4.29] 상향 절삭과 하향 절삭

8. 하향 절삭 (Down Milling) (2)

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하향 절삭의 장점

  • 날이 마찰 작용을 하지 않아 날의 마멸이 적고 수명이 김
  • 밀링커터 날이 아래로 향해 절삭하고 공작물을 아래로 누르면서 절삭 → 공작물 고정이 안정적, 동력 손실 적음
  • 절삭 방향과 이송 방향이 같아 날 하나마다의 날 자리 간격이 짧아져 가공면이 깨끗함
  • 절삭된 칩이 가공된 면 위에 쌓여 가공할 면을 잘 볼 수 있음

8. 하향 절삭 (Down Milling) (3)

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하향 절삭의 단점

  • 커터의 절삭 작용이 공작물을 누르는 방향으로 작용 → 기계에 무리
  • 커터 날이 절삭 시작 시 절삭 저항이 가장 커서 날이 부러지기 쉬움
  • 가공된 면 위에 칩이 쌓여 절삭열로 인한 치수 정밀도가 불량해질 우려
  • 커터의 절삭 방향과 이송 방향이 같아 백래시 제거 장치가 없으면 가공이 어려움

9. 백래시 (Backlash)

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백래시의 정의

  • 밀링 머신의 테이블 이송 나사와 너트 사이의 틈새
  • 나사가 원활하게 회전하기 위해 필요한 간격

상향 절삭 시

  • 절삭 저항의 수평 방향 힘이 이송 방향과 반대
  • 백래시가 절삭에 영향을 주지 않음

하향 절삭 시

  • 두 힘의 방향이 같아져 백래시만큼 이송량이 늘어남
  • 떨림(chatter) 발생 가능 → 공작물과 커터 손상, 절삭 불안정
  • 백래시를 반드시 제거해야 함

[그림 4.30] 상향 절삭과 하향 절삭에서 백래시

10. 절삭 조건

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절삭 조건

  • 절삭 속도, 이송, 절삭 깊이
  • 가공 능률에 영향
  • 결정 요소: 기계의 성능, 밀링커터와 공작물의 재질, 가공면의 정밀도

11. 절삭 속도

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절삭 속도

  • 밀링커터의 바깥 둘레 속도
  • 공작물과 공구의 재질에 따라 달라짐

절삭 속도 공식

  • v = πdN / 1000 [m/min]
  • v: 절삭 속도[m/min]
  • d: 밀링커터의 지름[mm]
  • N: 커터의 회전수[rpm]

회전수 선택

  • 계산된 값이 주축 회전수 중에 없을 경우, 가장 가까운 값 선택
  • 중간값일 경우 낮은 편의 회전수 선택

12. 이송

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이송 속도

  • 밀링커터의 날 1개마다의 이송을 기준

이송 속도 공식

  • f = fz × z × N [mm/min]
  • fz = f / (z × N) [mm]
  • f: 테이블의 이송 속도[mm/min]
  • fz: 밀링커터의 날 1개마다의 이송[mm]
  • N: 밀링커터의 회전수[rpm]
  • z: 밀링커터의 날수

[그림 4.31] 밀링 커터의 이송

13. 절삭 깊이

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최대 절삭 깊이

  • 밀링머신의 강성, 동력의 크기, 커터의 종류, 공작물의 재질 및 고정 상태에 따라 달라짐
  • 일반적으로 5mm 이하로 하는 것이 좋음
  • 5mm 이상일 경우 2회 이상으로 나누어 가공

다듬질 절삭

  • 절삭 깊이를 너무 작게 하면 날 끝의 마멸이 커짐
  • 0.3~0.5mm 정도로 하는 것이 좋음

14. 평면 가공 (1) - 수평 플레인 밀링

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수평 플레인 밀링

  • 비교적 넓은 평면 가공 시 플레인 커터 사용
  • 수평 밀링머신의 아버에 설치한 플레인 커터의 회전축에 평행하게 가공
  • 가공 흔적:
    • 날 흔적(tooth mark): 1개의 날마다 생김
    • 회전자리(revolution mark): 커터가 1회전할 때마다 발생

[그림 4.32] 플레인 커터에 의한 평면절삭

14. 평면 가공 (2) - 수직 정면 밀링

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수직 정면 밀링

  • 정면 밀링커터를 이용한 평면절삭
  • 커터 면에 평행한 평면 가공
  • 작은 평면: 엔드밀, 셸 엔드밀, 플라이 커터
  • 비교적 넓은 평면: 삽입날이 장착된 정밀 밀링커터
  • 한번 가공된 면을 귓날이 새롭게 스쳐가는 것처럼 절삭 → 가공흔적을 표면에 남김

[그림 4.32] 정면 커터에 의한 평면절삭

15. 홈 가공

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홈 가공

  • 여러 가지 형상의 홈 가공
  • 슬로팅 커터: 슬롯, 반달 키의 홈 가공
  • 엔드밀: 미끄럼 키의 홈, 좁은 홈 가공
  • 각도 커터: 사다리꼴 홈, T홈 가공

[그림 4.33] 홈가공

16. 구멍 가공 및 기어 가공

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구멍 가공

  • 수직 밀링머신의 주축에 드릴이나 보링 헤드 설치
  • 구멍을 뚫거나 확장하는 가공

기어 가공

  • 만능 밀링머신과 분할대를 비롯한 여러 가지 부속장치 사용
  • 랙 기어, 스퍼 기어, 헬리컬기어 등의 치형 절삭

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