가공에서의 절삭 깊이: 정의 및 계산 방법

CNC 가공을 통해 부품을 제작할 때, 몇 가지 주요 변수가 최종 제품의 품질을 결정합니다. 그중에서도 절삭 깊이(DOC)가 핵심적인 역할을 합니다. 절삭 깊이는 이송 속도 및 절삭 속도와 함께 가공 효율, 표면 조도, 공구 수명에 직접적인 영향을 미칩니다.

이 포괄적인 가이드에서는 절삭 깊이가 무엇인지, 왜 중요한지, 다른 가공 매개변수와 어떻게 관련이 있는지, 그리고 절삭 깊이를 정확하게 계산하는 방법을 설명합니다.

기계 가공에서 절삭 깊이란 무엇인가?

절삭 깊이는 절삭 공구가 각 패스에서 가공물 표면 아래로 얼마나 깊이 침투하는지를 나타냅니다. 공구가 측면으로 이동(선삭처럼)하거나, 부품이 고정된 상태에서 회전(밀링처럼)할 때, 절삭 깊이(DOC)와 같은 두께의 소재 층을 제거합니다. 얇은 치즈 조각을 깎는 것과 같다고 생각해 보세요. 치즈 조각의 두께가 바로 절삭 깊이입니다.

밀링에서는 회전 공구가 일정량만큼 소재 아래로 이동합니다. 선삭에서는 고정 절삭 공구가 회전하는 소재 안으로 반경 방향으로 일정 거리만큼 이동합니다. CNC 제조업체 절삭 깊이를 밀리미터(mm) 또는 인치(in) 단위로 표시합니다. 금속 절삭의 일반적인 값은 패스당 0.1mm에서 2mm입니다.

절삭 깊이 유형

기계 가공 작업에는 두 가지 주요 절삭 깊이가 관련됩니다.

타입	약어	방향	또한 ~으로 알려진
반경 방향 절입량	RDOC	공구 축에 수직	스텝오버, 컷 폭
축방향 절입량	ADOC	도구의 축을 따라 재료에 수직으로	단계적으로 낮추고 깊이를 줄이세요

반경 방향 절삭 깊이는 공구가 공작물에 좌우로 얼마나 깊이 들어가는지를 측정합니다. 축 방향 절삭 깊이는 공구가 공작물에 얼마나 깊이 들어가는지를 측정합니다. 두 값 모두 소재 제거율과 절삭력에 영향을 미칩니다.

절삭 깊이 제어가 중요한 이유

절삭 깊이 제어는 성능과 품질 모두에 필수적입니다. 절삭 깊이가 너무 얕으면 공정 효율이 떨어질 수 있습니다. 절삭 깊이가 너무 깊으면 공구 손상, 소재 과열, 표면 조도 불량 등의 문제가 발생할 수 있습니다.

DOC가 중요한 이유는 다음과 같습니다.

• DOC가 높을수록 공구 마모가 증가합니다. 더 깊은 절단에는 더 많은 힘이 필요하고 도구 끝에서 더 많은 열이 발생하여 도구가 훨씬 더 빨리 마모될 수 있습니다.
• 표면 마감이 영향을 받습니다. DOC가 너무 높으면 진동, 칩 축적 또는 처짐으로 인해 표면이 거칠거나 고르지 않을 수 있습니다.
• 빌트업 에지(BUE) 위험: 특히 알루미늄과 같은 연성 금속의 경우 DOC가 너무 높으면 BUE가 형성될 수 있습니다. 즉, 재료가 공구에 달라붙어 표면이 변형될 수 있습니다.
• 치수 정확도가 떨어질 수 있습니다. 절삭 깊이가 깊어질수록 공구와 작업물 모두에 응력이 증가하여 처짐이나 뒤틀림이 발생할 수 있습니다.

예: 연성 금속의 선삭 작업에서 BUE 형성을 제어하지 않으면 거친 마감이 생길 수 있으며 DOC가 제대로 설정되지 않으면 공구가 고장날 수 있습니다.

절삭 깊이가 다른 가공 변수에 미치는 영향

절삭 깊이는 수동으로 또는 다음을 통해 설정됩니다. G 코드, 다른 가공 요소와 의미 있는 방식으로 상호 작용합니다. 최상의 결과를 얻으려면 이 모든 요소의 균형을 맞춰야 합니다.

절삭 속도 및 이송 속도

절삭 속도(공구 표면 속도)와 이송 속도(회전당 공구 이동량)는 절삭 깊이와 함께 작용하여 소재 제거율(MRR)을 결정합니다. 한 매개변수를 변경하면 다른 매개변수에도 영향을 미칩니다. 예를 들어, 절삭 깊이(DOC)가 증가하면 공구 과열을 방지하기 위해 이송 속도나 공구 회전 속도를 낮춰야 할 수 있습니다.

냉각 및 윤활

냉각수는 절삭 영역의 온도 관리에 도움이 될 수 있지만, 흥미롭게도 낮은 절삭 깊이에서 냉각수를 과도하게 사용하면 공구 마모가 심해질 수 있습니다. 이는 칩이 뭉쳐 말려 공구 경계면에 열이 가두어지기 때문입니다. 이러한 경우, 냉각수만 추가하는 것보다 칩 브레이커를 사용하는 것이 더 효과적일 수 있습니다.

레이크 각도 및 재료 유형

열가소성 플라스틱과 같은 일부 소재는 열에 민감합니다. 이러한 소재를 가공할 때는 열 변형과 칩 발생을 방지하기 위해 공구의 경사각과 절삭 깊이의 균형을 신중하게 조정해야 합니다.

도구 형상 및 DOC

절삭 공구의 경사각과 절삭 속도는 절삭 깊이와 균형을 이루어야 합니다. 이는 특히 플라스틱이나 연성 금속을 가공할 때 중요합니다. 이러한 소재는 열과 변형에 더 민감하며, 부적절한 DOC를 사용하면 점착성 칩이나 공구 고착이 발생할 수 있습니다.

절삭 깊이 계산 방법

DOC를 계산하는 방법은 선삭이나 밀링과 같은 가공 공정 유형에 따라 달라집니다.

절삭 깊이를 계산하기 전에 다음 사항을 결정해야 합니다.

1. 가공 공정: 밀링, 터닝, 드릴링 등
2. 공작물 재료: 강철, 알루미늄, 플라스틱 등
3. 도구 재료 및 코팅: 카바이드, 고속도강(HSS), 다이아몬드 스타일 등
4. 기계 성능: 최대 스핀들 전력, 강성 및 이동 한계.
5. 필요한 표면 마감: 거칠기 값 또는 허용 범위.

터닝 작업

In 터닝 가공공구가 반경 방향으로 이동하는 동안 공작물은 회전합니다. 절삭 깊이는 단순히 외경에서 절삭면까지의 거리입니다. 반경 방향 절삭 깊이는 절삭 깊이(DOC)와 같습니다. 기계공은 패스당 예상 절삭량을 기준으로 절삭 깊이(DOC)를 계산합니다.

• 제목 : 도구 경로
• 액션 : 반경 거리로 부분으로 이동합니다.
• 결과 : DOC와 동일한 두께의 칩을 생성합니다.

계산 예:
막대가 직경 50.0mm에서 48.0mm로 가공됩니다. 패스당 DOC는 다음과 같습니다.

DOC=(50.0−48.0)/2=1.0mm

매개 변수	가치관
초기 직경	50.0 mm
최종 직경	48.0 mm
절삭 깊이(패스당)	1.0 mm

밀링 작업

In 밀링 가공, 공작물은 고정된 상태에서 공구가 회전합니다. 절삭 깊이는 공구가 소재에 수직으로 얼마나 깊이 침투하는지를 나타냅니다.

일반적으로 밀링에는 두 가지 깊이 방향이 있습니다.

• 축 방향 절삭 깊이 – 스핀들 축을 따라 깊이
• 반경 방향 절삭 깊이 – 스핀들 축에 수직인 깊이

DOC를 밀링하는 데 대한 고정된 공식은 없지만 일반적인 경험 법칙은 다음과 같습니다.

• 직경이 20mm 이상인 도구의 경우 DOC는 종종 도구 직경의 4배로 설정됩니다.
• 20mm보다 작은 도구의 경우 DOC는 설정의 강성에 따라 도구 직경의 최대 10배까지 올라갈 수 있습니다.

항상 귀하의 기계가 이러한 값에 의해 생성된 힘을 견딜 수 있는지 확인하세요.

일반적인 공정에서의 일반적인 절삭 깊이

절단 깊이는 매우 다양합니다. 가공 작업다음 표는 일반적인 범위를 요약한 것입니다.

방법	일반적인 깊이 범위(mm)	노트
선회	0.5 – 3.0	공작물 경도에 따라 다름
페이스 밀링	0.5 – 10.0	커터 직경 및 전력에 따라 결정됨
주변 밀링	1.0 – 5.0	거친 작업에는 더 높고 마무리 작업에는 더 낮습니다.
슬로 팅	0.1 – 3.0	좁은 슬롯에는 더 작음
교련	전체 구멍 깊이	드릴 길이에 따라 제어됨
연마	0.01 – 0.1	정밀성을 위해 매우 얕음
꿰매	0.05 – 0.5	브로치 이빨 형상을 기반으로
기획/성형	0.2 – 5.0	재료와 도구에 따라 다름
EDM	변하기 쉬운	펄스당 설정 및 필요한 총 깊이

절삭 깊이 설정: 단계별 가이드

BOYI TECHNOLOGY에서는 초기 절삭 깊이를 선택하기 위해 다음 워크플로를 권장합니다.

1. 도구 제조업체의 권장 범위를 읽어보세요.
2. 재료 특성과 작업물의 형상을 확인하세요.
3. 기계 성능과 최근 유지관리 상태를 고려하세요.
4. 초기 테스트 절단을 위해 보수적인 깊이를 입력합니다.
5. 테스트를 실행한 후 도구 마모, 표면 마감, 부품 치수를 측정합니다.
6. 결과가 목표와 일치할 때까지 조금씩 깊이를 늘리거나 줄입니다.
7. 최종 매개변수를 확정하고 반복 작업을 위해 문서화합니다.

칩 두께 대 절삭 깊이

흔히 오해되는 것 중 하나는 칩 두께가 절삭 깊이와 같다는 것입니다. 실제로 칩 두께는 일반적으로 절삭 깊이보다 큽니다.

절삭 중에 재료는 전단면을 따라 전단됩니다. 이로 인해 칩이 압축되어 절삭되지 않은 층(DOC)보다 두꺼워집니다.

몇 가지 정의를 사용해 보겠습니다.

• 절삭 깊이(t₀): 도구 끝이 재료 속으로 들어가는 일반적인 거리입니다.
• 칩 두께(tₐ): 가공물에서 금속 리본이나 칩이 전단된 후의 두께입니다.

절삭날의 전단 작용으로 인해 칩 두께는 일반적으로 큰 절삭 깊이보다 더 큽니다. 이는 재료가 분리되기 전에 변형되고 압축되기 때문입니다.

칩 두께 비율(절삭 비율):

절삭 깊이와 칩 두께 사이의 비율을 절삭 비율(r)이라고 합니다.

r = DOC / 칩 두께

비율이 낮을수록 재료 압축이 커져 더 많은 열이 발생하고 도구 마모도 증가합니다.

전단 각도 및 레이크 각도 효과

전단 가공 시 칩은 압축되어 레이크 면 위로 미끄러집니다. 이 형상은 다음과 같습니다.

어디에:

• ϕ는 전단 평면 각도입니다.
• α는 공구의 레이크 각도입니다.

더 큰 레이크 각도 α는 전단 각도 ϕ를 증가시키고 절삭력을 낮추지만, 칩 두께도 변경됩니다.

절삭 깊이, 절삭력 및 전력 간의 연관성

DOC가 증가함에 따라 공구와 기계에 작용하는 힘도 증가합니다. 이러한 힘을 계산하면 공구나 기계가 해당 하중을 견딜 수 있는지 판단하는 데 도움이 될 수 있습니다.

절삭력(Fc)

이것은 재료를 전단하는 데 필요한 주요 힘입니다.

절단력(Pc)

어디에:

• Pc = 전력(W)
• Fc = 절삭력(N)
• V = 절삭 속도(m/min)

절단에 필요한 에너지는 다음과 같습니다.

• 전단 비에너지(us): 재료를 변형하는 데 필요한 에너지.
• 마찰 비에너지(uf): 칩과 공구 사이의 마찰로 인해 손실되는 에너지입니다.

이러한 값은 절삭 깊이에 영향을 받습니다. 절삭 깊이가 깊어질수록 더 많은 에너지가 필요하므로 더 강력한 기계 또는 더 견고한 툴링 설정이 필요합니다.

Tip 공구가 과열되거나 빠르게 마모되는 이유가 확실하지 않으면 절삭 깊이를 확인하고 힘을 다시 계산하세요.

BOYI TECHNOLOGY: 귀사의 가공 파트너

BOYI TECHNOLOGY는 다음을 전문으로 합니다. CNC 가공 서비스 유럽과 북미 전역에서 다음을 결합합니다.

• Advnaced 5축 가공 센터
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저희 엔지니어들은 고객과 협력하여 고객의 소재 및 공차 요구 사항에 맞는 최적의 절삭 깊이(DOC), 이송, 속도를 설정합니다. 소형 프로토타입부터 대량 생산 부품까지, 저희 엔지니어들은 절삭 깊이 및 기타 주요 요소들이 품질, 속도, 그리고 비용에 완벽하게 맞춰지도록 보장합니다. 당사에 문의해 주세요. 귀사의 제조 목표를 어떻게 지원할 수 있는지 자세히 알아보세요.

맺음말

절삭 깊이는 CNC 프로그램에서 단순한 숫자 이상의 의미를 지닙니다. 부품의 완성도와 공구 수명에 영향을 미칩니다. 절삭 깊이(DOC)를 잘못 판단하면 공구 파손, 품질 저하, 재료 낭비로 이어질 수 있습니다.

가공 작업을 계획할 때:

• 재료와 공구에 따라 절삭 깊이에 대한 제조업체 권장 사항을 따르세요.
• 기계의 성능을 고려하세요. 깊이가 깊을수록 더 강성과 힘이 필요합니다.
• 절삭 속도와 이송 속도와 함께 DOC를 조정하여 공구 수명과 생산성의 균형을 맞춥니다.

절삭 깊이를 신중하게 제어하고 다른 매개변수에 미치는 영향을 이해하면 더욱 안정적이고 효율적이며 비용 효율적인 가공 프로세스를 만들 수 있습니다. 보이테크놀로지, 도구 비용을 절감하고, 사이클 시간을 단축하며, 일관되고 고품질의 부품을 얻을 수 있습니다.