선반에 스레딩: 방법, 설정 및 단계별 가이드

선반 스레딩이란 무엇이며 왜 중요한가요?

선반에서의 나사 가공은 회전하는 공작물의 표면을 따라 균일한 프로파일의 나선형 홈을 절단하는 과정입니다. 그 결과 나사, 볼트, 너트, 피팅 및 정밀 샤프트를 결합하고 하중을 전달할 수 있는 기본적인 기계적 기능인 스레드가 탄생했습니다. 고정, 밀봉 또는 조정을 수행하는 거의 모든 제조 어셈블리는 나사형 구성 요소에 의존하므로 선반 나사 가공은 모든 기계 작업장에서 가장 중요한 기술 중 하나입니다.

기본 원리는 간단합니다. 선반 스핀들이 공작물을 회전시키는 동안 절삭 공구는 스핀들 속도와 정확하게 동기화된 이송 속도로 세로 방향으로 이동합니다. 기어박스와 리드스크류를 통해 유지되는 이러한 동기화는 결과 스레드의 피치를 결정합니다. 동기화가 중단되면 나선이 무너집니다. 모든 패스에서 이를 정밀하게 유지하면 공구는 나사산이 올바른 형태와 깊이에 도달할 때까지 연속 절단할 때마다 동일한 홈을 더 깊게 추적합니다.

선반 스레딩은 항공우주, 자동차, 의료 기기 제조, 금형 제작 및 일반 산업 생산을 포함한 산업 전반에 걸쳐 사용됩니다. 부품이 미세한 피치의 기구용 나사이든 거친 나사산 유압 피팅이든 관계없이 선반은 표준 탭과 다이가 수용할 수 없는 맞춤형, 대구경 또는 비표준 나사산 형태를 생산하기 위한 가장 유연한 플랫폼으로 남아 있습니다.

선반에 나사산을 가공하는 세 가지 주요 방법

선반에 나사를 끼우는 "올바른" 단일 방법은 없습니다. 올바른 방법은 나사 크기, 수량, 필요한 정밀도 및 사용 가능한 도구에 따라 다릅니다. 세 가지 접근 방식은 대부분의 매장 애플리케이션을 포괄합니다.

단일 지점 나사 절단

단일 지점 스레딩은 공구 포스트에 장착된 정확한 스레드 프로파일(일반적으로 통합(UN) 및 ISO 미터법 스레드의 경우 60°)에 연삭되거나 인덱싱된 절단 도구를 사용합니다. 공구는 스핀들 회전과 동기화되어 공작물을 이동하여 반복적인 패스를 만들고 각 패스마다 점점 더 깊게 절삭합니다. 이 방법은 도구가 복제할 수 있는 모든 피치, 직경, 나사 형태 등 최고의 유연성을 제공합니다. 맞춤형 스레드, 큰 직경 및 정확한 스레드 형상이 중요한 상황에 선호되는 선택입니다. 트레이드오프는 시간입니다. 각 스레드에는 여러 번의 패스와 세심한 작업자 주의가 필요합니다.

탭과 다이를 이용한 스레딩

더 작은 직경의 표준 스레드 크기의 경우 탭(내부 스레드용)과 다이(외부 스레드용)가 훨씬 더 빠른 사이클 시간을 제공합니다. 공작물은 선반 척에 고정되고 탭이나 다이는 심압대에 의해 안내되어 축 정렬을 보장합니다. 이 방법은 나사 등급 공차가 보통인 알루미늄 및 연강과 같은 부드러운 재료에 대한 반복 작업에 매우 적합합니다. 큰 직경, 비표준 피치 또는 엄격한 조건에서 탭이 파손되기 쉬운 재료에는 적합하지 않습니다.

스레드 밀링

CNC 선반 및 머시닝 센터에서 나선형 도구 경로를 따라 회전하는 커터를 사용한 스레드 밀링은 표면 조도 및 치수 제어가 뛰어난 스레드를 생성합니다. 나사산 밀링은 대구경 나사산, 단단하거나 특이한 재료, 탭이 부러지면 재앙이 될 수 있는 상황에 특히 유용합니다. 또한 많은 경우에 동일한 도구를 사용하여 내부 나사산과 외부 나사산을 모두 생산할 수 있습니다. 스레드 밀링이 선호되는 전략인 응용 분야의 경우 목적에 맞게 설계된 툴링이 최상의 결과를 제공합니다. 단일 지점 선삭보다 이 접근 방식을 선택하는 경우에 대한 아래 섹션을 참조하세요.

툴링 및 설정: 절단 직전에 준비하기

스레딩은 터닝이나 페이싱보다 덜 관대합니다. 설정 오류는 모든 패스를 통해 전파되며 일단 커팅이 시작되면 수정하기 어렵습니다. 첫 번째 칩을 가져오기 전에 설정에 시간을 투자하세요.

부분 프로필 삽입과 전체 프로필 삽입 중에서 선택

인덱서블 툴링의 경우 부분 프로파일(비토핑)과 전체 프로파일 인서트 중에서 선택하는 것이 중요합니다. 부분 프로파일 인서트는 스레드 측면과 루트를 절단하지만 크레스트는 그대로 유지하므로 하나의 인서트가 다양한 피치를 처리할 수 있습니다. 풀 프로파일 인서트는 더 적은 패스로 전체 스레드 형태(측면, 루트 및 문장)를 절단하여 더 강한 스레드를 생성하고 별도의 문장 작업이 필요하지 않게 합니다. 단일 피치의 생산 작업에는 풀 프로파일 인서트가 더 효율적입니다. 최소한의 툴링 투자로 다양한 피치를 나사로 가공하는 작업장의 경우 부분 프로파일 인서트가 더 나은 유연성을 제공합니다. 점진적으로 더 깊은 절삭에서 여러 개의 날을 직렬로 전달하는 다날 인서트는 통과 횟수를 최대 80%까지 줄일 수 있지만 절삭 끝 부분에 견고한 설정과 적절한 나사산 릴리프가 필요합니다.

복합 정지 각도

수동 선반에서는 표준 60° 나사 절삭을 위해 복합 받침대가 일반적으로 29°(또는 29.5°)로 설정됩니다. 이 수정된 측면 인피드 방법은 절삭력을 주로 공구의 한쪽 측면으로 전달하여 직선 플런지 이송에 비해 칩 부하와 열 축적을 줄입니다. 또한 복합 각도는 패스 간 다이얼 관리를 단순화합니다. 각 패스 후에 교차 피드 다이얼이 0으로 설정되므로 누적 인피드를 추적할 필요가 없습니다. 난삭재의 경우 "수정된 플랭크" 접근 방식을 통해 복합 각도를 29° 미만으로 약간 줄이면 절삭력과 채터링 경향을 더욱 줄일 수 있습니다.

속도 선택

나사 가공에는 일반 절삭 조건에서 동일한 직경을 선삭하는 것보다 훨씬 낮은 스핀들 속도가 필요합니다. 일반적인 시작점은 해당 재료 및 직경에 대한 회전 속도의 1/4입니다. 특히 수동 선반의 경우 속도가 낮을수록 작업자는 나사산 런아웃이나 숄더에 도달하기 전에 하프너트를 풀고 공구를 후퇴시킬 수 있습니다. CNC 스레딩의 경우 공구 후퇴가 프로그래밍되어 있기 때문에 더 높은 속도가 가능합니다. 하지만 특히 강철과 스테인리스강에서는 중간 속도에서도 칩 배출과 공구 부하가 여전히 향상됩니다.

단계별: 외부 스레드 절단

다음 절차는 수동 엔진 선반의 단일 지점 외부 나사 가공에 적용되며, 이는 모든 선반 나사 가공 방법을 이해하기 위한 기본 기술로 남아 있습니다.

1. 장경을 돌립니다. 공작물 OD를 스레드의 주요 직경으로 가공합니다. 대부분의 유니파이드 나사산의 경우 이는 공차 허용치가 작은 공칭 직경입니다(예: 3/4-10 UNC 나사산의 경우 0.750").
2. 모따기를 자릅니다. 스레드 시작 끝에 45° 모따기를 추가하여 내경보다 약간 아래로 줄입니다. 이는 스레드 시작을 보호하고 결합 부품이 원활하게 맞물리는 데 도움이 됩니다.
3. 스레드 릴리프(언더컷)를 자릅니다. 허용되는 경우 나사산 런아웃 지점의 홈을 나사산 작은 직경보다 약간 좁게 자릅니다. 이를 통해 공구가 작업물을 가로질러 끌리지 않고 안전하게 절단을 종료할 수 있으며 나사산이 깔끔하게 마무리됩니다.
4. 기어박스를 설정합니다. 선반 헤드스톡의 스레드 및 피드 차트를 참조하여 필요한 TPI(인치당 스레드 수) 또는 피치로 퀵 체인지 기어박스를 구성합니다.
5. 컴파운드 레스트를 29°로 설정합니다. 오른쪽 스레드의 경우 컴파운드를 오른쪽으로 정렬합니다.
6. 스레딩 도구를 정렬합니다. 중앙 게이지(피쉬테일 게이지)를 사용하여 공구 팁이 중앙 높이에 있는 상태에서 공작물 축에 수직으로 공구를 설정합니다.
7. 스크래치 패스를 받으세요. 절삭유가 없으면 가공물 전체에 0.001~0.002"의 패스를 가합니다. 더 깊게 절단하기 전에 선반을 멈추고 나사 피치 게이지로 피치를 확인하십시오.
8. 프로그레시브 패스의 깊이를 잘라냅니다. 초기 패스의 경우 절삭유를 도포하고 컴파운드를 0.005~0.020"로 공급하고 나사산이 최종 깊이에 접근하면 0.001~0.002"로 줄입니다. 60° 스레드의 총 깊이는 0.6495를 통합 스레드의 TPI로 나누어 계산됩니다.
9. 스프링 패스로 마무리하세요. 최종 깊이에서는 추가 인피드 없이 한 번의 추가 패스를 수행하여 잔류 편향을 제거하고 표면 마감을 개선합니다.
10. 스레드 크레스트를 모따기합니다. 문장을 따라 있는 가벼운 모따기는 취급 및 조립 중에 나사산이 손상되지 않도록 보호합니다.

선반의 내부 스레딩

내부 나사산은 여러 가지 이유로 외부 나사산보다 더 까다롭습니다. 보어는 공구 접근 및 가시성을 제한하고, 칩은 제한된 공간에서 배출되어야 하며, 편안한 공구 출구 지점을 제공하기 위한 나사산 릴리프 홈과 동등한 것이 없습니다. 이러한 어려움에도 불구하고 선반은 태핑 또는 단일 포인트 보링 바 방법을 사용하여 고품질 내부 나사산을 완벽하게 생산할 수 있습니다.

파일럿 홀 드릴링

내부 나사 가공 작업 전에 파일럿 구멍을 올바른 탭 드릴 크기(일반적으로 나사산의 작은 직경)로 드릴링하여 나사산 측면에 충분한 재료를 남겨야 합니다. 표준 75% 나사 결합(대부분의 응용 분야에서 업계 기본값)의 경우 게시된 탭 드릴 테이블에서 정확한 직경을 직접 제공합니다. 사용 텅스텐 카바이드 드릴 비트 파일럿 홀의 경우 강철 및 더 단단한 합금의 깨끗하고 정확한 보어 형상을 보장하여 후속 스레드의 품질을 직접적으로 향상시킵니다.

선반을 두드리다

더 작은 내부 나사산(일반적으로 3/8"/M10 미만)의 경우 심압대 드릴 척에 의해 안내되는 탭으로 태핑하는 것이 가장 효율적인 접근 방식입니다. 탭은 보어 축과 동일 선상에서 시작해야 합니다. 심압대가 이러한 정렬을 제공합니다. 절삭유를 적용하고, 가벼운 심압대 압력으로 탭을 전진시키고 탭이 맞물린 후 탭이 자체적으로 공급되도록 합니다. 막힌 구멍 작업에서는 브레이크로 되돌리고 주기적으로 칩을 제거합니다.

단일 지점 내부 스레딩

내부 나사산이 더 크거나 탭 파손 위험이 허용되지 않는 경우 내부 나사산 바를 사용한 단일 지점 나사산 가공이 올바른 접근 방식입니다. 이 절차는 외부 나사 가공을 반영하지만 반대 방향(안쪽에서 바깥쪽으로 절단)으로 작동하는 왼손 툴링이 필요하므로 채터링이 줄어들고 칩 간격이 향상됩니다. 보어가 외부 나사산에 대한 직접적인 시각적 참조를 방지하므로 작업자는 나사산 깊이를 주의 깊게 모니터링해야 합니다. 보어에 나사산 가공 전에 크기 조정이 필요한 경우 정밀도 솔리드 초경 리머 우수한 마감 처리로 파일럿 홀을 정확한 직경으로 가져올 수 있어 스레드 형상을 위한 더 나은 시작점을 제공합니다.

더 나은 스레드 품질을 위한 재료별 팁

나사 절삭 동작은 공작물 재료에 따라 크게 다릅니다. 모든 재료에 일반 설정을 적용하면 마감 처리 불량, 도구 마모 및 치수 부정확성이 발생합니다. 다음 지침은 선반 스레딩에서 발생하는 가장 일반적인 세 가지 재료 범주를 다룹니다.

알루미늄 합금

알루미늄은 부드럽고 열 전도성이 높아 유리해 보이지만 절삭 공구의 구성인선(BUE) 경향은 나사 가공에서 지속적인 문제입니다. BUE는 공구 측면에 알루미늄을 증착하여 나사산 프로파일을 효과적으로 변경하고 표면 마감을 저하시킵니다. 포지티브 경사각이 높은 날카롭고 광택이 나는 인서트를 사용하십시오. 각 패스 중에 WD-40 또는 전용 알루미늄 절삭유를 넉넉하게 도포하면 BUE를 방지하고 깨끗하고 밝은 나사 측면을 생성합니다. 스핀들 속도는 강철보다 높을 수 있지만 공구가 런아웃에 도달하기 전에 하프너트를 깨끗하게 풀어야 합니다.

탄소 및 합금강

강철은 표준 나사 가공 재료이며 잘 선택된 툴링이 이를 안정적으로 처리합니다. 황화 스레딩 오일(어두운 스레딩 오일)을 사용하십시오. 이는 나사 절삭의 높은 이송 속도 조건에서 공구-작업물 인터페이스에 필요한 극압 윤활을 제공합니다. HRC 40이 넘는 완전 경화 합금강의 경우 HSS 공구 대신 TiAlN 또는 유사한 경질 코팅이 적용된 전체 프로파일 초경 인서트를 고려하십시오. 어닐링된 강철에 비해 패스당 절삭 깊이를 줄이고 패스 수를 늘려 절삭력을 제어합니다.

스테인레스 스틸

스테인리스강은 가장 까다로운 일반 나사 가공 재료입니다. 가공 경화 경향은 공구가 전진하지 않고 절단부에 머무르면 그 앞의 표면이 경화되어 후속 가공이 점점 더 어려워진다는 것을 의미합니다. 모든 패스는 도구를 발전시켜야 합니다. 최종 깊이에서 의도적인 스프링 패스를 제외하고는 제로 피드 드웰 패스를 사용하지 마십시오. 스테인리스용으로 특별히 제작된 절삭유를 사용하고, 각 패스에서 일관된 스핀들 속도를 유지하고, 날카로운 모서리와 포지티브 형상을 갖춘 나사 인서트를 선택하십시오. 동일한 직경의 탄소강에 비해 나사 가공 속도를 30~40% 줄입니다.

실 검사 방법

시각적으로 올바르게 보이는 스레드라도 기능적으로 가장 중요한 스레드 치수인 피치 직경의 허용 오차를 벗어날 수 있습니다. 신뢰할 수 있는 검사를 위해서는 올바른 도구와 각 방법이 무엇을 측정하는지에 대한 명확한 이해가 필요합니다.

나사산 피치 게이지(스크래치 통과 검증)

깊이 절단하기 전에 나사 피치 게이지를 사용하여 스크래치 패스의 피치를 확인하십시오. 이 저렴한 도구는 기어박스가 올바르게 설정되었는지, 동기화를 통해 의도한 나사산 피치가 생성되는지 확인합니다. 30초가 걸리며 기어박스 설정 오류가 되돌릴 수 없게 되기 전에 이를 포착합니다.

Go/No-Go 스레드 게이지

스레드 링 게이지(외부 스레드용) 및 스레드 플러그 게이지(내부 스레드용)는 스레드 등급 준수에 대한 가장 실용적인 현장 검증을 제공합니다. Go 게이지는 전체 스레드 길이에 맞물려야 합니다. No-Go 게이지는 2회전 이상 작동해서는 안 됩니다. 이 2단계 확인 시스템은 스레드가 지정된 맞춤 클래스(일반적으로 일반 응용 분야의 경우 2A/2B, 정밀 맞춤의 경우 3A/3B)에 대한 최소 및 최대 피치 직경 제한 내에 있는지 확인합니다.

3선 측정

특히 공구실과 검사 환경에서 외부 나사산의 정확도를 높이기 위해 3선 방법은 마이크로미터로 직접 피치 직경을 측정합니다. 보정된 직경의 와이어 3개를 나사산 홈에 배치하고(한쪽에 2개, 다른쪽에 1개) 마이크로미터 판독값을 나사산 형태에 대한 표준 공식을 사용하여 피치 직경으로 변환합니다. 이 방법은 스레드 게이지 마모와 무관하며 링 게이지가 할 수 없는 추적 가능한 측정을 제공합니다.

결합 부품 맞춤 확인

정밀 게이지를 사용할 수 없는 수리 및 프로토타입 작업에서 실제 결합 부품(또는 알려진 양호한 너트/볼트)을 장착하면 실제적인 진행 여부를 확인할 수 있습니다. 흔들리지 않고, 묶이지 않고, 맞물리는 동안 일관된 토크와 같이 올바른 느낌으로 부드럽게 맞물리는 스레드는 대부분의 중요하지 않은 응용 분야에서 기능적으로 허용됩니다. 정밀하거나 안전이 중요한 나사산의 경우 이 접근 방식은 교정된 측정을 대체할 수 없습니다.

선반 스레딩 대신 스레드 밀링을 선택해야 하는 경우

단일 지점 선반 스레딩은 대부분의 스레딩 작업에 적합한 도구이지만 스레드 밀링이 더 나은 선택인 상황도 있습니다. 이를 인식하면 응용 분야에 반대되는 방법으로 불필요한 어려움을 피할 수 있습니다.

스레드 밀링은 ​​단일 지점 툴링이 효율적으로 처리할 수 있는 것에 비해 스레드 직경이 클 때, 가공물 재료가 단단할 때(50HRC 이상), 관통홀 또는 막힌홀 형상으로 인해 탭 파손 복구가 어려울 때, 또는 단일 스레드 밀링 도구가 프로그래밍된 공구 경로를 조정하여 여러 피치 직경을 생성해야 하는 경우에 탁월합니다. 또한 스레드 밀링은 ​​절단 중에 가공물에 축 방향 추력을 생성하지 않으므로 태핑 힘으로 인해 왜곡이 발생할 수 있는 벽이 얇거나 섬세한 부품에 적합합니다.

CNC 선반 및 머시닝 센터에서 특수 목적으로 제작됨 스레드 밀링 커터 높은 재료 제거율과 엄격한 공차 및 뛰어난 표면 조도를 결합합니다. 특히 필요한 정밀도로 선반 스레딩이 느리고 도구 집약적인 스테인레스강, 티타늄 및 경화 공구강에서 그렇습니다. 스레드 사양, 재료, 배치 크기 및 사용 가능한 기계 기능을 함께 평가하면 어떤 방법이 특정 작업에 대해 최상의 결과를 제공하는지 가장 명확하게 파악할 수 있습니다.