보링
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1. 개요
보링은 공작 기계에서 수행되는 절삭 가공 공정으로, 기존 구멍을 확대하거나 정밀하게 가공하여 원통형 또는 원뿔형 표면을 만드는 데 사용된다. 선반, 밀링 머신, 보링 머신 등 다양한 기계에서 수행되며, 수직 보링 밀과 수평 보링 머신이 주요 유형이다. 보링은 범용 기계와 전용 기계에서 모두 가능하며, 다양한 크기의 공작물에 적용할 수 있다. 이 공정은 구멍의 정밀도를 높이는 데 중요한 역할을 하며, 깊은 구멍 가공에도 활용된다. 보링은 G-코드와 같은 CNC 제어를 통해 자동화될 수 있으며, 표면 거칠기와 공차를 조절하여 다양한 요구 사항을 충족한다.
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| 보링 | |
|---|---|
| 개요 | |
 | |
| 정의 | 이미 드릴로 뚫린 구멍을 넓히는 가공 공정 |
| 사용 도구 | 단일점 절삭 공구 |
| 관련 공정 | 드릴링 리밍 탭핑 카운터보링 카운터싱킹 스폿 페이싱 |
| 상세 정보 | |
| 설명 | 보링은 기존 구멍의 크기를 정밀하게 확대하는 데 사용되는 가공 공정이다. |
| 가공 방법 | 단일점 절삭 공구를 사용하여 구멍의 내경을 넓힌다. |
| 적용 분야 | 정밀한 내경 치수가 요구되는 부품 가공에 사용된다. |
| 장비 | 보링 머신, 선반 등 |
| 특징 | 높은 정밀도와 표면 조도를 얻을 수 있다. |
2. 공작 기계
보링 공정은 선반(터닝 센터) 또는 밀링 머신(머시닝 센터)과 같은 범용 기계나, 지그 보러 및 '''보링 머신''' 또는 '''보링 밀'''과 같이 보링을 주요 기능으로 전문화하도록 설계된 기계에서 수행할 수 있다. 보링 머신은 보링 바/헤드의 움직임과 공작물의 회전축에 따라 수직 보링 밀과 수평 보링 머신으로 나뉜다.[1]
2. 1. 범용 기계
보링 공정은 선반(터닝 센터) 또는 밀링 머신(머시닝 센터)과 같은 범용 기계에서 수행할 수 있다. 또한 지그 보러 및 '''보링 머신''' 또는 '''보링 밀'''과 같이 보링을 주요 기능으로 전문화하도록 설계된 기계에서도 가능하다. 보링 머신에는 수직 보링 밀(보링 바/헤드가 선형으로 움직이는 동안 공작물이 수직 축을 중심으로 회전하며, 수직 선반과 유사)과 수평 보링 머신(보링 바가 수평 축을 중심으로 회전하는 동안 공작물이 테이블 위에 놓이며, 특수화된 수평 밀링 머신과 유사)이 있다.
2. 2. 전용 기계
보링 공정은 선반(터닝 센터) 또는 밀링 머신(머시닝 센터)과 같은 범용 기계나, 지그 보러 및 '''보링 머신''' 또는 '''보링 밀'''과 같이 보링을 주요 기능으로 전문화하도록 설계된 기계에서 수행할 수 있다. 보링 머신에는 수직 보링 밀(보링 바/헤드가 선형으로 움직이는 동안 공작물이 수직 축을 중심으로 회전)과 수평 보링 머신(보링 바가 수평 축을 중심으로 회전하는 동안 공작물이 테이블 위에 놓임)이 있다.
3. 절삭 공구
부품과 공구 비트 사이의 치수는 두 축을 중심으로 변경하여 수직 및 수평으로 내부 표면을 절삭할 수 있다. 절삭 공구는 일반적으로 M2 및 M3 고속도강 또는 P10 및 P01 초경합금으로 만들어진 단일 포인트이다. 테이퍼 구멍은 절삭 날을 반경 방향과 축 방향으로 동시에 공급하여 만들 수 있다.
보링 머신은 다양한 크기와 스타일로 제공된다. 작은 공작물에 대한 보링 작업은 선반에서 수행할 수 있으며, 더 큰 공작물은 보링 밀에서 가공된다. 공작물의 직경은 일반적으로 1m에서 4m 사이이지만, 20m만큼 클 수도 있다. 필요한 동력은 200hp에 달할 수 있다. 보어 냉각은 냉각수가 자유롭게 흐를 수 있는 보링 바를 통과하는 속이 빈 통로를 통해 수행된다. 텅스텐 합금 디스크는 보링 중에 진동과 채터를 방지하기 위해 바에 밀봉된다. 제어 시스템은 컴퓨터 기반으로 자동화 및 일관성을 높일 수 있다.
보링은 기존 구멍의 제품 공차를 줄이기 위한 것이므로 몇 가지 설계 고려 사항이 적용된다. 첫째, 절삭 공구의 처짐으로 인해 구멍 지름에 대한 긴 길이는 선호되지 않는다. 다음으로, 관통 구멍(공작물 두께를 통과하는 구멍)이 막힌 구멍보다 선호된다. 절삭 공구와 표면이 불연속적으로 접촉하는 중단된 내부 작업 표면은 피하는 것이 좋다. 보링 바는 절삭 공구를 잡는 기계의 돌출된 팔이며 매우 견고해야 한다.[2]
깊은 구멍 드릴링과 깊은 구멍 보링은 특별한 공구 및 기술이 필요한 본질적으로 어려운 실무 분야이다. 그럼에도 불구하고 인상적인 정밀도로 깊은 구멍을 생성하는 기술이 개발되었다. 대부분의 경우, 서로의 처짐 힘을 상쇄하는 직경 방향으로 반대되는 여러 절삭 포인트가 포함된다. 또한 일반적으로 절삭 날 근처의 오리피스에 공구를 통해 압력을 가하여 펌핑된 절삭유를 공급하는 것이 포함된다. 총 드릴링과 캐논 보링은 고전적인 예이다. 처음에는 총기 및 포병의 총신을 만들기 위해 개발된 이러한 가공 기술은 오늘날 많은 산업에서 제조에 널리 사용된다.
보링을 위한 다양한 고정 사이클이 CNC 제어에 사용 가능하며, 이는 공구를 연속적인 절삭, 후퇴, 전진, 다시 절삭, 다시 후퇴, 초기 위치로 복귀 등의 단계를 거치도록 이동시키는 사전 프로그래밍된 서브루틴이다. 이러한 사이클은 G76, G85, G86, G87, G88, G89와 같은 G-코드 및 특정 제어 빌더 또는 공작 기계 빌더에 특정한 다른 덜 일반적인 코드를 사용하여 호출된다.
4. 공정 특징 및 고려 사항
부품과 공구 비트 사이의 치수는 두 축을 중심으로 변경하여 수직 및 수평으로 내부 표면을 절단할 수 있다. 절삭 공구는 일반적으로 M2 및 M3 고속도강 또는 P10 및 P01 초경합금으로 만들어진 단일 포인트이다. 테이퍼 구멍은 절삭 날을 반경 방향과 축 방향으로 동시에 공급하여 만들 수 있다.
보링 머신은 다양한 크기와 스타일로 제공된다. 작은 공작물에 대한 보링 작업은 선반에서 수행할 수 있으며, 더 큰 공작물은 보링 밀에서 가공된다. 공작물의 직경은 일반적으로 1m에서 4m 사이이지만, 20m만큼 클 수도 있다. 필요한 동력은 200hp에 달할 수 있다. 보어 냉각은 냉각수가 자유롭게 흐를 수 있는 보링 바를 통과하는 속이 빈 통로를 통해 수행된다. 텅스텐 합금 디스크는 보링 중에 진동과 채터를 방지하기 위해 바에 밀봉된다. 제어 시스템은 컴퓨터 기반으로 자동화 및 일관성을 높일 수 있다.
보링은 기존 구멍의 제품 공차를 줄이기 위한 것이므로 몇 가지 설계 고려 사항이 적용된다. 첫째, 절삭 공구의 처짐으로 인해 구멍 지름에 대한 긴 길이는 선호되지 않는다. 다음으로, 관통 구멍(공작물 두께를 통과하는 구멍)이 막힌 구멍보다 선호된다. 절삭 공구와 표면이 불연속적으로 접촉하는 중단된 내부 작업 표면은 피하는 것이 좋다. 보링 바는 절삭 공구를 잡는 기계의 돌출된 팔이며 매우 견고해야 한다.[2]
깊은 구멍 드릴링과 깊은 구멍 보링은 특별한 공구 및 기술이 필요한 본질적으로 어려운 실무 분야이다. 그럼에도 불구하고 인상적인 정밀도로 깊은 구멍을 생성하는 기술이 개발되었다. 대부분의 경우, 서로의 처짐 힘을 상쇄하는 직경 방향으로 반대되는 여러 절삭 포인트가 포함된다. 또한 일반적으로 절삭 날 근처의 오리피스에 공구를 통해 압력을 가하여 펌핑된 절삭유를 공급하는 것이 포함된다. 총 드릴링과 캐논 보링은 고전적인 예이다. 처음에는 총기 및 포병의 총신을 만들기 위해 개발된 이러한 가공 기술은 오늘날 많은 산업에서 제조에 널리 사용된다.
보링을 위한 다양한 고정 사이클이 CNC 제어에 사용 가능하다. 이는 공구를 연속적인 절삭, 후퇴, 전진, 다시 절삭, 다시 후퇴, 초기 위치로 복귀 등의 단계를 거치도록 이동시키는 사전 프로그래밍된 서브루틴이다. 이러한 사이클은 G76, G85, G86, G87, G88, G89와 같은 G-코드 및 특정 제어 빌더 또는 공작 기계 빌더에 특정한 다른 덜 일반적인 코드를 사용하여 호출된다.
5. 선반 보링
단일 포인트 절삭 공구 또는 보링 헤드를 사용하여 공작물에 있는 기존 구멍을 확대하여 원뿔형 또는 원통형 표면을 생성하는 절삭 작업이다.[3] 테이퍼가 없는 구멍의 경우, 절삭 공구는 회전축과 평행하게 움직인다. 테이퍼 구멍의 경우 절삭 공구는 회전축에 대해 각도로 움직인다. 보링 응용 분야를 사용하여 다양한 직경의 단순한 형상에서 매우 복잡한 형상까지 제작할 수 있다. 보링은 선삭 및 드릴링 다음으로 가장 기본적인 선반 작업 중 하나이다.
선반 보링은 일반적으로 공작물을 척에 고정하고 회전시켜야 한다. 공작물이 회전하면 바 끝에 인서트가 부착된 보링 바가 기존 구멍으로 공급된다. 절삭 공구가 공작물에 맞물리면 칩이 형성된다. 사용되는 공구 유형, 재료 및 이송 속도에 따라 칩은 연속적이거나 분절될 수 있다. 생성된 표면을 보어라고 한다.
선반 보링으로 생성되는 형상은 일반적으로 스트레이트 홀과 테이퍼 홀 두 가지 유형이다. 필요한 경우 각 형상 구멍에 여러 개의 직경을 추가할 수도 있다. 테이퍼를 생성하기 위해 공구를 회전축에 대해 각도로 이송하거나 이송 및 축 방향 운동을 모두 동시에 수행할 수 있다. 스트레이트 홀과 카운터보어는 공구를 공작물 회전축과 평행하게 움직여서 생성된다.
가장 일반적으로 사용되는 4가지 공작물 고정 장치는 3-조 척, 4-조 척, 콜릿, 그리고 페이스 플레이트이다. 3-조 척은 공작물이 자동으로 중심을 잡기 때문에 둥글거나 육각형 공작물을 고정하는 데 사용된다. 이러한 척에서는 런아웃에 제한이 있다. 최신 CNC에서는 모든 조건이 우수하면 매우 낮을 수 있지만, 전통적으로는 일반적으로 최소 0.025mm-0.075mm이다. 4-조 척은 불규칙한 형상을 고정하거나, 각 조의 독립적인 작동으로 인해 둥글거나 육각형을 매우 낮은 런아웃(각 부품을 표시하고 클램핑하는 데 시간 소요)으로 고정하는 데 사용된다. 페이스 플레이트도 불규칙한 형상에 사용된다. 콜릿은 자동 중심 척킹과 낮은 런아웃을 결합하지만 비용이 더 많이 든다.
6. 한계 및 정밀 가공
보링 머신은 다양한 크기와 스타일로 제공된다. 작은 공작물은 선반에서, 큰 공작물은 보링 밀에서 가공할 수 있다. 공작물의 직경은 보통 1m에서 4m 사이지만, 20m까지 커질 수 있다. 필요한 동력은 200hp에 달할 수 있다. 보어 냉각은 냉각수가 자유롭게 흐르는 보링 바의 속이 빈 통로를 통해 이루어진다. 텅스텐 합금 디스크는 진동과 채터를 방지하기 위해 바에 밀봉된다. 제어 시스템은 컴퓨터 기반으로 자동화와 일관성을 높일 수 있다.[2]
보링은 기존 구멍의 공차를 줄이기 위한 것이므로 몇 가지 설계 고려 사항이 있다. 절삭 공구의 처짐 때문에 구멍 지름에 비해 긴 길이는 좋지 않다. 관통 구멍이 막힌 구멍보다 낫다. 절삭 공구와 표면이 불연속적으로 접촉하는 중단된 내부 작업 표면은 피해야 한다. 보링 바는 매우 견고해야 한다.[2]
깊은 구멍 드릴링과 깊은 구멍 보링은 특별한 공구와 기술이 필요한 어려운 작업이다. 인상적인 정밀도로 깊은 구멍을 생성하는 기술이 개발되었다. 대부분 직경 방향으로 반대되는 여러 절삭 포인트를 포함하여 서로의 처짐 힘을 상쇄한다. 또한 절삭 날 근처의 오리피스에 공구를 통해 압력을 가해 절삭유를 공급한다. 총 드릴링과 캐논 보링은 고전적인 예시이다. 원래 총기 및 포병의 총신을 만드는 데 사용되었으나, 현재는 여러 산업에서 널리 사용된다.
보링을 위한 다양한 고정 사이클이 CNC 제어에 사용 가능하다. 이는 G76, G85, G86, G87, G88, G89와 같은 G-코드 및 특정 제어 빌더나 공작 기계 빌더에 특정한 코드로 호출되는 사전 프로그래밍된 서브루틴이다.
대부분의 선반 보링 작업에서 ±0.25mm 이상의 공차는 쉽게 유지된다. ±0.13mm까지의 공차는 깊은 구멍에서도 특별한 어려움 없이 유지된다. ±0.10mm에서 ±0.025mm 사이의 공차는 어려움이 커지는 지점이다. 이처럼 좁은 공차를 가진 깊은 구멍의 경우, 제한 요소는 크기 제약만큼이나 기하학적 제약인 경우가 많다. 최고 정밀도 적용 분야에서는 얕은 구멍에 대해 ±0.013mm 이내의 공차를 유지할 수 있다. 어떤 경우에는 얕은 구멍에서 ±0.0038mm 만큼 좁은 공차를 유지할 수 있지만, 비용이 많이 든다. 보링 반복성 및 정확도의 한계가 충족되면 연삭, 호닝, 래핑이 사용된다.
보링의 표면 조도(거칠기)는 8~250 마이크로인치 범위이며, 일반적인 범위는 32~125 마이크로인치이다.
때로는 부품이 보링으로 제공할 수 있는 것보다 더 높은 형태 및 크기 정확도를 요구할 수 있다. 최적화된 보링에서도 보어 직경 변화량은 3 마이크로미터영어 미만인 경우가 드물고, 5~20 마이크로미터가 될 수 있다. 이러한 구멍의 테이퍼, 진원도, 원통형도 오류는 일부 적용 분야에서는 허용되지 않을 수 있다. 이러한 경우 내부 원통 연삭이 일반적인 후속 작업이다. 부품은 거칠게 및 반가공된 후 열처리되고, 내부 원통 연삭으로 마무리된다.
보링의 기하학적 정확도 및 공작물 경도 제한은 최근 수십 년 동안 줄어들고 있다. 새로운 등급의 초경 및 세라믹 절삭 인서트는 연삭 없이 달성 가능한 정확도와 표면 품질을 향상시켰다. 그러나 마이크로미터 단위의 공차로 작업할 때는 실제 공작물이 이상적으로 견고하지 않다는 점을 고려해야 한다. 절삭이나 온도 변화 시 공작물이 변형될 수 있다. 어떤 경우에는 한 영역의 미세한 움직임이 증폭되어 다른 부분에 큰 위치 오류를 생성할 수 있다. 이러한 요인으로 인해 내부 및 외부 원통 연삭이 필요할 수 있다. 극단적인 경우, 부품 제작 시 공차가 허용 범위 내에 있더라도 나중에 변형될 수 있다.
참조
[1]
서적
Pictorial History of England: Being a History of the People, as Well as a History of the Kingdom
https://books.google[...]
[2]
논문
[3]
논문
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