CNC 가공의 나사 유형: 엔지니어를 위한 가이드

나사산은 CNC 가공의 핵심 요소로, 정밀하고 견고한 기계 부품 조립을 가능하게 합니다. 볼트, 나사 또는 파이프 연결이 필요한 부품을 설계할 때, 적절한 나사산 유형을 선택하고 정확하게 표시하는 것은 최종 제품의 성패를 좌우합니다.

이 가이드에서는 다양한 나사산 유형에 대한 포괄적인 설명과 기술 도면에서 나사산 유형을 지정하는 방법, 지연을 피하고 고품질 결과를 보장하기 위한 실용적인 제조 팁을 제공합니다.

스레드란 무엇인가?

나사산은 둥근 축이나 둥근 구멍 안쪽을 감싸는 나선형 홈입니다. 볼트나 나사의 나사산은 부품 주위를 감싼 일련의 융기부를 절삭하거나 굴려서 형성됩니다. 구멍(예: 너트나 기계 부품)에 있는 나사산은 이러한 융기부를 고정합니다.

실은 수천 년 동안 사용되어 왔지만, 우리 대부분은 매일 실을 의식하지 못합니다. 병뚜껑을 조이거나, 자동차 차축에 바퀴를 고정하거나, 돋보기의 초점을 조정할 때마다 실에 의존합니다. 어떤 경우든 실은 부품을 고정하고, 밀봉하고, 움직이는 데 믿을 수 있는 방법을 제공합니다.

스레드 설계의 주요 매개변수

특정 나사산 유형을 살펴보기 전에, 나사산을 정의하는 주요 기하학적 특징을 이해하는 것이 중요합니다. 이러한 특징은 다양한 기계 시스템에서 나사산이 어떻게 맞물리고 기능하는지에 영향을 미칩니다.

1. 주요 직경(외경)

장경은 나사산의 가장 넓은 부분으로, 마루에서 마루까지 측정합니다. 이는 나사산의 일반적인 크기를 결정하며, 패스너를 지정할 때 일반적으로 사용됩니다. 볼트와 같은 외부 나사산의 경우, 캘리퍼스로 측정할 수 있습니다.

2. 소직경(내경)

단경은 나사산의 가장 작은 지름으로, 뿌리에서 뿌리까지 측정합니다. 특히 인장 하중이 작용하는 나사산의 강도를 평가하는 데 매우 중요합니다.

3. 피치 직경(유효 직경)

피치 직경은 나사산 두께가 나사산 사이의 간격과 같은 가상의 직경입니다. 두 나사산 부품이 얼마나 단단히 맞물리는지 판단하는 데 필수적입니다. 이 값은 특수 게이지 없이는 직접 측정할 수 없습니다.

4. 피치

피치는 나사의 축을 따라 측정한 인접한 나사산의 두 대응점 사이의 거리를 말합니다. 미세 피치 나사는 정밀 작업에 자주 사용되는 반면, 거친 피치 나사는 일반적인 용도로 더 적합합니다.

5. 리드

리드는 실이 한 바퀴 완전히 돌 때 이동하는 거리입니다. 단일 시작 실에서는 리드와 피치가 같습니다. 다중 시작 실에서는 리드가 피치의 배수이므로 한 바퀴 돌 때 더 빠르게 이동할 수 있습니다.

6. 나사 각도

이는 나사산의 측면 사이에 형성되는 각도입니다. 나사산의 종류에 따라 각도가 다릅니다. 예를 들어, 미터법 나사산은 60°, 영국식 나사산은 55°입니다.

7. 치아 형태

톱니 모양은 실의 모양을 결정합니다. 일반적으로 삼각형, 사각형 또는 사다리꼴 모양입니다. 톱니 모양은 실의 강도와 효율에 직접적인 영향을 미칩니다.

외부 스레드 대 내부 스레드

나사산 유형을 살펴보기 전에, 외부 나사산(예: 볼트, 스터드)과 내부 나사산(예: 너트 또는 부품의 탭 구멍)을 구분하는 것이 중요합니다. 외부 나사산은 샤프트나 로드의 바깥쪽에 형성되는 반면, 내부 나사산은 구멍에 절삭 가공됩니다. CAD 도면에서 이 두 가지를 정확하게 정의하는 것이 중요합니다. 두 가지를 혼동하면 생산 과정에서 심각한 문제가 발생할 수 있습니다.

CNC 가공에 사용되는 일반적인 나사 유형

엔지니어는 지역, 산업 및 설계 요구 사항에 따라 다양한 형태의 나사산을 사용합니다.

미터법(ISO) 스레드

미터법 나사는 국제표준화기구(ISO) 시스템을 따릅니다. 미터법 나사는 문자 "M" 다음에 공칭 직경(밀리미터)을 표시합니다(예: M8, M10, M12). 나사 피치가 표준 피치가 아닌 경우 "×" 기호 뒤에 밀리미터 단위로 표시됩니다.

• 표준 피치 예:
  • M6 × 1.0(공칭 직경 6mm, 피치 1.0mm)
  • M10 × 1.5(공칭 직경 10mm, 피치 1.5mm)
• 파인 피치 예:
  • M8 × 1.25 (직경 8mm, 피치 1.25mm)
  • M12 × 1.0 (직경 12mm, 피치 1.0mm)

미터법 나사산은 전 세계적으로 가장 일반적으로 사용되는 유형입니다. "M10 × 1.5 – 6g"라고 표시된 볼트 또는 너트는 공차 등급이 6g(외경)이고 피치가 1.5mm인 표준 미터법 나사산을 나타냅니다. 설계자는 일반적으로 공차 등급을 ISO 965-1에 따라 정하는데, 여기서 내경 나사산의 기본값은 6H이고 외경 나사산의 기본값은 6g입니다.

통합 스레드(UNC, UNF, UNEF, UNS)

유니파이드 스레드는 북미 및 여러 국제 산업에서 인정되는 인치 기반 시스템을 따릅니다. 유니파이드 시스템은 기본 시리즈인 UNC(굵은 실), UNF(가는 실), UNEF(극세 실), UNS(특수 실)를 사용합니다.

• UNC(대략): 경미한 손상에 더 강한 빠른 범용 나사산. 예: 1/4″-20 UNC (공칭 직경 20/XNUMX인치, 인치당 나사산 XNUMX개).
• UNF (좋음): 피로 강도를 높이고 진동 시 유지력을 높이기 위해 더 깊은 단경을 가진 더 좁은 허용 오차 나사산. 예: 1/4″-28 UNF.
• UNEF(초미세): 작고 정밀한 조립품이나 얇은 소재에 작은 소직경이 필요한 경우 더욱 미세한 나사산 간격을 제공합니다. 예: 10-32 UNEF.
• UNS(특별): 비표준 피치, 깊이 또는 허용 오차를 요구하는 특수 용도에 사용됩니다.

유니파이드 나사산은 ISO 미터법 나사산과 마찬가지로 60° 플랭크 각도를 사용합니다. 표준 공차 등급은 2A/2B(중간), 3A/3B(조임), 1A/1B(느슨함)입니다. 문자 "A"는 외부 나사산을, "B"는 내부 나사산을 나타냅니다. 등급이 지정되지 않은 경우 대부분의 경우 2A 또는 2B로 간주됩니다.

파이프 나사산(NPT, NPTF, BSP, BSPP)

배관 및 유체 이송 시스템에는 유체를 밀봉하는 나사산이 필요합니다. 일반적인 체결 장치는 압력을 받으면 누출되지만, 파이프 나사산은 조이면 압축되어 밀봉되는 테이퍼형 또는 평행형 형태를 사용합니다.

1. NPT(National Pipe Tapered): NPT 나사산은 1:16 비율로 테이퍼집니다. 직선 나사산만으로는 밀봉할 수 없습니다. 조이면 테이퍼진 표면이 서로 눌려 나사산 실런트나 테이프로 밀봉됩니다.
2. NPTF(국립 파이프 테이퍼 연료): NPTF는 NPT의 건식 밀봉 변형입니다. 추가 테이프나 실란트 없이 정밀한 공차를 사용하여 밀봉합니다.
3. BSP(영국 표준 파이프 평행): BSPP 나사산은 평행합니다. 피팅에는 O-링이나 세탁기 봉인하다.
4. BSPP(영국 표준 파이프 평행): 나사산은 평행하며 테이퍼지지 않습니다. 일반적으로 피팅이나 플랜지 표면에 부드러운 씰링 와셔나 O-링을 사용하여 누수 방지 씰을 형성합니다.

배관 연결부, 유압 피팅, 공압 시스템에는 파이프 나사산이 있습니다. 도면에 파이프 나사산이 필요한 경우, 설계자는 표준(NPT, NPTF, BSP, BSPT)과 크기(예: "1/2 NPTF")를 기록해야 합니다. 도면에 세부 정보가 누락된 경우, 공급업체가 잘못된 표준을 선택하여 누수나 부적합이 발생할 수 있습니다.

ACME 스레드

ACME 나사산은 29°의 플랭크 각도를 가진 사다리꼴 형태를 사용합니다. V 나사산보다 높은 하중에서 더 높은 강도와 ​​낮은 마찰력을 제공합니다. 일반적인 용도는 다음과 같습니다.

• 밀링 머신, 선반, CNC 기계의 리드 스크류.
• 무거운 액추에이터와 나사 잭.

대부분의 ACME 나사는 단일 또는 여러 개의 나사산을 가집니다. 이중 나사산 ACME 나사는 동일한 피치의 단일 나사산 ACME 나사보다 한 바퀴 돌 때 두 배 더 전진합니다. 일반적인 ACME 나사산 시리즈는 다음과 같습니다.

• **2G 또는 2V(일반 용도, 거친)
• 3G 또는 3V(공차가 좁음, 더 미세함)
• 4G(정밀)
• 8G 또는 8V(비용 절감 대안)**

설계자는 필요한 경우 ACME 시리즈, 피치, 허용 오차 등급 및 코팅을 지정해야 합니다.

사각 실

사각 나사산은 수직면과 0°의 내측 경사각을 가지고 있습니다. 일반적인 나사산 형태 중에서 마찰이 가장 적고 효율이 가장 높습니다. 설계자들은 정밀한 동력 전달과 높은 효율이 가장 중요한 경우, 예를 들어 다음과 같은 경우에 사각 나사산을 사용합니다.

• 기계 프레스
• 고정밀 액추에이터
• 초기 기계의 대형 볼스크류 대안

사각형 나사산은 ACME보다 절단 및 검사가 어렵기 때문에 매우 높은 하중이나 고효율의 경우에만 사용이 제한됩니다.

영국 표준 나사(BSW, BSF)

영국 표준 나사산은 통합 나사산 시스템보다 먼저 사용되었습니다. 55° 프로파일 각도를 사용합니다. 일반적인 나사산 종류는 다음과 같습니다.

• BSW(영국 표준 휘트워스): 일반 조립에 적합한 굵은 나사산입니다.
• BSF(영국 표준 벌금): 인치당 더 많은 나사산이 필요한 부품을 위한 더 미세한 나사산.

오래된 표준임에도 불구하고, 골동품 차량과 특정 산업 장비에서는 여전히 BSW 및 BSF 피팅을 찾아볼 수 있습니다. 부품이 기존 시스템과 연동되어야 하는 경우가 아니라면, 대부분의 개발자는 미터법이나 통합 나사산을 사용합니다. 오래된 영국 표준은 구하기가 더 어렵기 때문입니다.

버트리스 스레드

버트리스 나사산은 한쪽 측면에는 사각 나사산, 다른 쪽 측면에는 각진 나사산과 유사합니다. 각진 측면은 일반적으로 45°의 각도를 갖습니다. 설계자는 다음과 같은 단방향 하중에 버트리스 나사산을 사용합니다.

• 고하중 유압 잭
• 대형 산업용 프레스
• 한 방향으로 무거운 축 하중을 받는 나사 클램프

수직면 하나와 경사면 하나를 결합한 버트리스 나사산은 사각 나사산보다 가공이 더 쉬운 동시에 축 방향 힘을 효율적으로 견딥니다.

너클 스레드

너클 나사산은 둥근 봉우리와 골짜기, 그리고 비교적 얕은 각도를 특징으로 합니다. 다음과 같은 용도로 사용됩니다.

• 빠른 참여와 탈퇴가 필요한 애플리케이션입니다.
• V 나사산이 쉽게 교차될 수 있는 전기 연결부나 정밀한 부속품.

너클 나사산은 일부 산업 분야에서 "볼 나사산" 또는 "원형 나사산"이라고도 불립니다. V자 나사산처럼 둥근 루트에 이물질이 쉽게 끼지 않기 때문에 혹독한 환경에서도 먼지를 효과적으로 제거합니다.

다중 시작 스레드

멀티 스타트 나사산은 두 개 이상의 개별 나사산이 병렬로 연결되어 있습니다. 설계자는 빠른 체결이나 빠른 축 방향 운동이 필요한 응용 분야에서 멀티 스타트 나사산을 선택합니다. 일반적인 용도는 다음과 같습니다.

• 사용자가 손잡이를 몇 번 돌리기만 하면 다리를 열 수 있는 퀵락 카메라 삼각대.
• 조절 가능한 마운트에 있는 대형 턴버클 또는 리드 스크류.

180줄 나사산의 경우, 각 나사산 능선은 원통 주위로 XNUMX°씩 어긋납니다. 이러한 배열은 동일한 피치의 XNUMX줄 나사산에 비해 너트를 한 바퀴 돌릴 때마다 리드가 두 배로 늘어납니다.

웜 스레드

웜 나사산은 일반 나사산 대신 웜 기어에 사용됩니다. 웜 휠과 결합하여 높은 기어 감속비를 생성합니다. 웜 나사산은 고정 나사산이 아니라 기어 세트의 일부입니다.

판매자(SAT) 스레드

셀러 스레드(Seller thread)는 셀러 스레드라고도 하며, 평평한 뿌리를 가진 60° 프로파일을 따릅니다. UNC/UNF로 대체되기 전에는 미국에서 흔히 사용되었습니다. 오래된 장비를 물려받은 경우, 셀러 스레드가 여전히 보일 수 있습니다.

"V" 스레드

"V"자 모양은 ISO 미터법 및 통일 나사산에 사용되는 고전적인 60° 나사산 프로파일입니다. 강도, 절삭 용이성, 그리고 대량 생산에 대한 호환성의 균형을 제공합니다.

올바른 나사 유형을 선택하는 방법

올바른 나사산 유형을 선택하는 것은 재료, 하중 조건 및 성능 요구 사항에 따라 달라집니다. 다음은 몇 가지 팁입니다.

• 재료에 맞는 나사산 유형: 일부 실은 금속에 더 잘 맞고, 다른 실은 플라스틱이나 부드러운 소재에 적합합니다.
• 나사산 피치 확인: 가는 실은 정밀함을 제공하고, 굵은 실은 더 나은 그립감과 벗겨짐에 대한 저항성을 제공합니다.
• 귀하의 밀봉 요구 사항을 이해하세요: 기밀 또는 방수 밀봉에는 테이퍼형 나사산을 사용하고 기계적 맞춤만으로 충분할 때는 직선 나사산을 사용합니다.
• 제조 방법을 고려하세요: 사각형이나 버트리스와 같은 일부 나사산은 압연이나 주조와 같은 특수 도구나 공정이 필요합니다.

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제조 가능성을 위한 스레드 설계 팁

• 업계 표준을 고수하세요: 특수한 용도가 필요하지 않다면 UN(UNC/UNF) 및 미터법(M) 나사산을 사용하세요. 표준 나사산은 조달 옵션을 개선하고 제조 비용을 절감합니다.
• 막힌 구멍의 나사산 깊이 지정: 항상 정확한 깊이를 포함하세요. 그렇지 않으면 제조 지연이 발생합니다.
• 표준 드릴 크기를 사용하세요: 맞춤형 드릴을 사용하면 비용이 증가하고 리드타임도 늘어납니다.
• 도면에서 외부/내부 나사산을 명확하게 구분합니다.: 내부(6H)에는 대문자를 사용하고, 외부(6g)에는 소문자를 사용합니다.
• 적절한 클래스를 선택하세요: 중간 등급(6H 내부/6g ​​외부 미터법, 2A/2B 통합)은 제조성과 성능의 균형을 이룹니다.
• 과도한 엔지니어링을 피하세요: 필요한 경우가 아니면 UNEF, ACME 또는 다중 시작과 같은 복잡한 스레드는 사용하지 마십시오. 파트 함수에서 요구하는 경우가 아니면 사용하지 마십시오. 스레드가 단순할수록 더 빠르고 저렴하며 검증하기도 더 쉽습니다.
• 구멍 크기에 주의하세요: 구멍과 나사산 크기가 일치하지 않으면 혼란과 지연이 발생합니다.
• 나사산 결합 길이를 고려하세요: 교전 시간이 길어질수록 강도는 향상되지만 비용/시간이 늘어납니다.

실용적인 제조 노트

• 지역 환경 설정: 미국을 제외한 전 세계적으로는 미터법 스레드가 우세하지만 미국에서는 통합 스레드가 우세합니다.
• 파이프 나사산은 특별한 주의가 필요합니다: 이들은 종종 유체를 꼭 맞는 방식이 아닌 테이퍼 방식으로 밀봉하므로 특정 표준을 따릅니다.

막힌 구멍과 관통 구멍

부품에 나사산을 뚫을 때 구멍이 막힌 구멍(부품을 관통하지 않는 구멍)인지, 관통 구멍(부품을 완전히 관통하는 구멍)인지 확인해야 합니다.

• 막힌 구멍 명확하게 정의된 나사산 깊이가 필요합니다.
• 관통 구멍은 부품 벽 전체에 나사로 고정되므로 일반적으로 공정이 간소화됩니다.

불완전한 나사 사양(특히 블라인드 홀의 깊이 값 누락)은 제조 지연의 일반적인 원인입니다.

기술 도면에 나사산을 표시하는 방법

엔지니어는 도면에 나사산을 배치할 때 명확하고 모호하지 않은 정보를 제공해야 합니다. 각 세부 정보는 기계공이 올바른 공구를 선택하고, 실수를 피하고, 품질을 유지하는 데 도움이 됩니다. 가장 큰 실수는 도면에서 주요 매개변수를 누락하거나 잘못 표기할 때 발생합니다. 다음 지침은 완전한 도면을 작성하는 데 도움이 됩니다.

1. 스레드를 명확하게 보여주는 뷰에 레이블을 지정합니다.

구멍이나 봉의 전체 형상을 보여주는 도면 뷰를 선택하세요. 막힌 구멍에 있는 내부 나사산의 경우, 기계공이 구멍의 깊이를 볼 수 있도록 단면도나 절단면에 치수를 기입하세요. 샤프트나 볼트에 있는 외부 나사산의 경우, 기본 뷰 또는 확대 상세도에 나사산의 전체 길이를 표시하세요.

2. 시리즈, 크기 및 피치 지정

모든 스레드 노트에는 다음이 포함되어야 합니다.

• 연속 (예: M, UNC, UNF, NPT)
• 공칭 직경 (예: 10mm, 1/4인치)
• 피치 또는 TPI (예: 1.5mm, 20 TPI)

예를 들어, 내부 메트릭 스레드:

• M10×1.5

이 지침은 기계공에게 외경 10mm, 피치 1.5mm의 미터법 나사산을 절삭하도록 지시합니다. 도면에 "M10"이라고만 적혀 있는 경우, 별도의 지시가 없는 한 기계공은 M10 나사산의 일반적인 표준 피치(1.5mm)를 사용합니다.

통합 외부 스레드의 경우:

• 1 / 4-20 UNC

기계공은 그것을 0.250인치 주요 직경, 인치당 20개의 나사산, 거친 나사산 시리즈라고 읽습니다.

3. 클래스 적합성 또는 허용 오차를 보여주세요

설계자는 클래스 피팅을 사용하여 나사산 피팅의 조임 정도를 조절합니다. 애플리케이션에서 표준 피팅이 필요한 경우, 도면에는 클래스 피팅이 생략되는 경우가 많습니다. 제조업체는 기본적으로 중간 피팅을 가정합니다.

• 미터법 나사산: 내부 6H, 외부 6g
• 통합 스레드: 내부용 2B, 외부용 2A

더 꽉 끼거나 특별한 여유가 필요한 경우, 도면에 이를 명시해야 합니다. 예:

• M10 × 1.5 – 6H × 6g

이 참고 사항은 내부 구멍 나사산(6H 공차)과 결합 볼트(6g 공차) 모두 중간 맞춤을 따라야 함을 의미합니다. 기계공은 6H/6g로 표시된 탭과 다이를 사용합니다.

지정된 맞춤이 있는 통합 스레드의 경우:

• 1 / 4-20 UNC-2B

여기서 2B는 2A 외부 볼트와 호환되는 중간 내부 등급의 체결력을 의미합니다. 높은 응력이나 진동을 받는 조립품의 경우, 유격을 줄이고 풀림을 방지하기 위해 3A/3B 등급이 필요할 수 있습니다.

4. 나사산 깊이 표시(막힌 구멍)

막힌 구멍에는 명확한 깊이 표시가 필요합니다. "M8 × 1.25 THRU"라고 쓰면 기계공은 구멍을 부품 전체에 걸쳐 가공해야 합니다. "M8 × 1.25 × 12H"라고 쓰면 나사산을 12mm 깊이까지만 가공해야 합니다. 숫자 뒤에 "H"를 사용하여 깊이가 구멍의 전체 깊이가 아닌 나사산을 나타낸다는 것을 나타냅니다.

눈먼 적의 예:

• M8 × 1.25 × 15 DP RH

이 메모는 기계공에게 15mm 외경, 8mm 피치, 오른나사를 사용하여 1.25mm 깊이의 막힌 구멍을 뚫으라고 알려줍니다. "× 15 DP"를 잊으면 기계공이 볼트를 완전히 수용할 수 없는 표준 막힌 구멍을 뚫거나, 너무 깊이 파서 탭이 파손될 수 있습니다.

5. 실의 방향을 표시하세요(표준이 아닌 경우)

나사산의 방향이 표준 오른나사와 다를 경우, 직접 표시해야 합니다. 왼나사산을 나타내려면 "LH"를 사용하십시오. 많은 커플링, 잼 너트 또는 회전 샤프트는 의도치 않은 풀림을 방지하기 위해 왼나사산을 사용합니다. 예를 들어,

• M12 × 1.75 좌측

이 나사산은 시계 반대 방향으로 조입니다. "LH"를 빼면 기계공은 오른나사를 자릅니다.

다운로드 가능한 실 사이즈 차트

다음 표준 나사산 차트를 사용하면 호환되는 드릴 크기를 빠르게 식별할 수 있습니다.

맺음말

나사산 종류와 적절한 설계 방법을 이해하면 CNC 가공 부품의 제조 및 조립성이 크게 향상될 수 있습니다. 표준을 준수하고, 명료하게 설명하고, 구멍 크기를 나사산 사양과 항상 다시 한번 확인하세요.

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