정밀 기어 절삭은 탁월한 성능을 발휘합니다. 치형, 공정 단계 및 검사를 고객의 하중, 속도 및 소음 목표에 맞춰 조정합니다. Yonglihao Machinery에서는 이러한 정밀 기어를 생산합니다. CNC 가공 부품 시제품부터 양산까지.
이 글에서는 CNC 기어 절삭에 대해 다룹니다. 주요 절삭 및 마무리 단계를 포함하며, 당사에서 가공하는 일반적인 기어 유형을 나열하고 간단한 선택 워크플로를 제시합니다. CNC 기어 절삭에 중점을 두고 있으며, 안정적인 맞물림과 긴 수명을 보장하는 관련 후가공 단계도 포함합니다.
CNC 가공에서의 기어 절삭
기어 절삭은 가공 대상물에서 재료를 제거하여 정확한 톱니 간격을 만듭니다. 이렇게 만들어진 기어는 부드럽게 맞물리고, 소음과 마모를 최소화하면서 토크를 전달합니다. 저희 공장에서는 정밀도란 톱니 형상, 피치 안정성, 런아웃, 그리고 표면 마감이 완벽하게 조화를 이루는 것을 의미합니다. 이러한 정밀 가공은 진동을 줄이고, 고객 환경 조건에서 조기 고장을 방지합니다.
대부분의 기어 톱니는 정해진 형상을 따릅니다. 절삭 공구가 남기는 흔적에 의존하지 않습니다. 이 형상이 접촉 패턴과 하중 분산을 결정하며, 효율에 영향을 미칩니다. 또한 조립 시 정렬 오차를 어떻게 처리하는지도 보여줍니다.
치아 형태: 내향형 vs. 원환형
인벌류트형 치형은 흔히 사용되며, 중심 거리 오차가 작을 때에도 잘 맞물리고 우수한 맞물림 특성을 유지합니다. 사이클로이드형 치형은 특정 메커니즘에 사용되며, 오래된 설계에서 찾아볼 수 있습니다. 특정 접촉 조건에서 유용하지만, 맞물림 형상에 대한 엄격한 관리와 검사가 필요합니다.
에서 가공, 핵심은 곡선 이름이 아니라 도면에서 프로파일이 명확하게 정의되어 있는지 여부입니다. 그리고 이를 어떻게 검증하느냐가 중요합니다. 검증이 모호하면 규격은 통과하지만, 노이즈나 불균일한 마모가 발생할 위험이 있습니다.
압력각 (14.5° / 20° / 25°)
압력각은 치아의 강도와 거동에 영향을 미칩니다. 이는 설계 의도이며 기본값이 아닙니다. 압력각이 클수록 치아가 강해지고 하중 지지력이 높아집니다. 하지만 시스템 설계에 이를 고려하지 않으면 소음과 진동이 증가할 수 있습니다.
일반적으로 20°의 압력각이 사용됩니다. 이는 많은 산업 분야에서 강도와 효율성의 균형을 맞춰줍니다. 소음 제한이 엄격하거나 특이한 하중이 가해지는 환경에서는 압력각을 조기에 확인해야 합니다. 압력각은 여러 요소에 영향을 미칩니다. 공구 선택, 절단기 모양 및 합격 기준.
피치 및 톱니 간격
피치는 기어 톱니 사이의 간격을 조절합니다. 피치가 안정적이면 기어가 부드럽게 작동하고, "일의 대부분"이 한 곳에 집중되는 현상을 방지할 수 있습니다. 톱니의 간격이 정확해 보이더라도 간격이 불량하면 문제가 발생합니다. 인덱싱 오류나 높은 런아웃은 하중 변화를 일으키고, 이는 진동, 열 발생, 빠른 마모로 나타납니다.
피치 요구 사항은 CNC 설정에서 가장 중요한 부분입니다. 공작물 고정의 안정성이 핵심이며, 회전축 교정 또한 중요합니다. 블랭크 기준점은 기어가 정밀하게 작동하는지 아니면 소음이 발생하는지를 결정합니다.
주 기어 절삭 공정
단 하나의 최적 기어 절삭 방법은 없습니다. 적합한 방법은 톱니의 종류, 생산 배치 크기, 필요한 정밀도, 열처리 등에 따라 달라집니다. 아래는 당사 CNC 가공에 사용하는 주요 공정이며, 각 공정의 장점을 설명합니다.
기어 호빙
기어 호빙은 외측 스퍼 기어와 헬리컬 기어에 흔히 사용되는 공법입니다. 생산 속도가 빠르고 반복성이 뛰어납니다. 회전하는 호브와 가공물이 동시에 움직이므로, 기어 톱니를 연속적이고 효율적으로 제작할 수 있습니다.
호빙 가공은 공구 접근성 문제로 내부 기어 가공을 생략합니다. 내부 톱니 가공에는 셰이핑 또는 브로칭을 사용합니다. 이는 생산량 및 형상 제한을 고려하여 결정합니다.
기어 형상
기어 형상 가공은 앞뒤로 움직이는 절삭 공구를 사용합니다. 이 공구는 톱니 간격을 대칭으로 가공하며, 절삭 공구와 가공물이 함께 회전합니다. 이 방법은 내경 기어 가공에 적합하며, 공구가 닿지 않는 어깨 부분이나 블록 부분과 같은 형상 가공에 유용합니다.
성형 공정은 빠른 연속 공정보다 속도가 느릴 수 있습니다. 복귀 스트로크가 속도를 늦추는 요인입니다. 하지만 복잡한 형상이나 소량에서 중량 생산에는 안정적인 공정입니다. 디자인에 좁은 공간이나 위험 요소가 있는 경우, 좋은 치아 형상을 얻기 위해서는 성형 공정이 가장 안전한 방법인 경우가 많습니다.
기어 밀링
기어 밀링은 한 번에 한 개의 톱니 간격을 절삭합니다. 형상 커터 또는 밀링 플랜을 사용하며, 절삭 사이에 가공 대상물을 이동시킵니다. 시제품 제작이나 소량 생산에 적합하며, 호브 가공이 비실용적인 매우 큰 기어에도 사용할 수 있습니다. 하지만 이러한 경우 공구 비용이 높아 비용 효율성이 떨어집니다.
밀링은 특수 기어 공구 없이 맞춤형 작업이 필요할 때 유용합니다. 하지만 시간이 걸린다는 단점이 있습니다. 톱니 하나하나를 가공하는 방식은 연속 가공 방식보다 생산 속도가 느립니다.
기어 브로칭
기어 브로칭은 여러 개의 톱니가 있는 브로치를 구멍을 통해 밀거나 당겨서 가공하는 기술입니다. 이 기술은 한 번의 가공으로 내부 스플라인이나 기어 프로파일을 생성합니다. 전용 브로치를 사용하면 빠르고 일관된 가공이 가능합니다. 생산량이 공구 비용을 감당할 수 있어야 합니다.
한계는 비용과 유연성입니다. 브로치 가공은 특정 형상과 크기에 맞춰야 합니다. 소량 맞춤형 내경 기어의 경우, 브로칭 가공은 경제적인 경우가 드뭅니다.
기어 연삭
기어 연삭은 연마 휠을 사용하여 기어 톱니 표면을 마무리하는 공정입니다. 열처리 후에 자주 사용되며, 매우 정밀한 공차가 요구되는 경우에 적합합니다. 또한, 더 나은 표면 마감과 소음 감소를 위해 사용되며, 고속 회전 작업에 적합합니다.
연삭 작업은 시간이 더 오래 걸리고 특수 장비가 필요합니다. 일반적인 기어 제작보다는 고성능이 요구되는 경우에 사용하는 것이 좋습니다. 열처리가 필요한 경우에는 별도로 논의하겠습니다. 연마. 왜곡을 수정하고 최종 규정을 충족합니다.
기어 마무리 작업(호닝/래핑/버니싱)
호닝, 래핑, 버니싱과 같은 마무리 가공 방법은 표면 질감을 개선합니다. 이러한 방법은 접촉 특성을 향상시키지만, 큰 오차를 제거하지는 못합니다. 대신 노이즈를 줄이고, 이전 가공에서 발생한 미세한 결함을 제거하여 메시 형성을 향상시킵니다.
마감 처리는 정확한 형태를 대체하는 것이 아닙니다. 하지만 형태와 간격이 목표에 부합할 때 최종 단계로 작용합니다. 당사는 고객의 소음, 수명 및 윤활 목표에 맞춰 마감 처리를 진행하며, 일반적인 광택제 사용은 지양합니다.
당사에서 가공하는 주요 기어 종류
기어 종류 선택은 성능 요구 사항과 공간 제약을 고려하여 이루어집니다. 동일한 기어비라도 다양한 방식으로 사용할 수 있으며, 이는 효율성과 소음 수준에 영향을 미칩니다. 당사는 일반적인 기어 종류를 CNC 가공으로 제작하고, 각각의 기어를 일반적인 사용 환경에서 검토합니다. 또한 제조 과정에서 발생하는 품질 저하 요인을 분석합니다.
웜 기어
웜 기어는 높은 감속비를 제공합니다. 소형 설치에 적합하며, 일부 구성에서는 자체 잠금 기능이 있습니다. 공간 활용도가 낮은 공간에 적합하며, 단일 단계에서 큰 감속이 필요한 경우에 적합합니다.
효율성 측면에서 절충점이 있습니다. 슬라이딩 접촉은 다른 접촉 방식보다 더 많은 열과 손실을 발생시킵니다. 재질 조합이 중요하며, 특히 마모 수명과 마찰 사이의 관계에서 표면 품질이 중요합니다.
베벨 기어
베벨 기어는 교차하는 축 사이에서 동력을 전달합니다. 구동 장치와 각도 기어박스에 사용되며, 각도를 이용하여 동력을 전달하는 시스템에 적합합니다. 직선형, 나선형, 하이포이드형 등 다양한 변형이 있으며, 각각 하중, 소음, 작동 평활도에 따라 차이가 있습니다.
베벨 기어의 톱니 형상은 설정 및 검사에 민감할 수 있습니다. 따라서 변형 및 연락처 정보를 사전에 확인합니다. 베벨 기어는 하나의 표준 톱니 형상이 아니라 여러 가지 톱니 형상을 아우르는 패밀리입니다.
스퍼 기어
스퍼 기어는 구조가 간단합니다. 톱니가 축과 평행하게 배열되어 있습니다. 평행한 축에 효율적으로 작동하며, 소음이 중요하지 않은 경우 비용 효율적이고 내구성이 뛰어납니다.
스퍼 기어의 한계는 헬리컬 기어에 비해 고속에서 발생하는 소음입니다. 시스템이 속도에 민감하거나 소음 목표치가 엄격한 경우 스퍼 기어가 적합할 수 있지만, 톱니의 정밀도와 정렬이 매우 중요합니다.
헬리컬 기어
헬리컬 기어는 톱니가 각진 형태를 가지고 있어 점진적인 맞물림이 가능합니다. 스퍼 기어보다 부드럽게 작동하며, 높은 하중을 견뎌야 하고 소음이 적어 효율적입니다.
축 방향 추력을 고려해야 합니다. 베어링은 이를 지지해야 하며, 조립 시 이를 고려해야 합니다. 이 점은 초반에 언급됩니다. 기어 교체는 간단해 보일 수 있지만, 시스템 하중은 다릅니다.
헤링본 기어
헤링본 기어는 서로 반대되는 나선 각도를 결합하여 축 방향 추력을 상쇄하고 부드러운 맞물림을 유지합니다. 높은 하중과 안정적인 작동이 요구되는 까다로운 환경에 적합합니다.
헬리컬 기어는 제작이 복잡하고 비용이 많이 듭니다. 성능이 제조 노력보다 중요할 때 사용됩니다. 스퍼 기어보다 조용한 기어가 필요하다면 헬리컬 기어가 더 간단한 경우가 많습니다.
기어 종류와 절삭 방식은 어떻게 선택할까요?
안정적이고 경제적인 기어를 위해 기어 유형과 공정을 함께 선택하십시오. 실제로, 우리는 고객의 목표를 파악하고, 이를 바탕으로 필요한 기어를 도출한 다음, 고객의 생산량에 맞춰 안정적으로 목표를 달성할 수 있는 방법을 선택합니다.
우리는 형상 접근성, 생산량, 정밀도 요구 사항이라는 세 가지 축을 사용합니다. 재료와 후처리 과정은 이러한 축에 맞춰집니다.
경로 확정 전에 확인해 주셔야 할 사항 (체크리스트 1개):
- 기어 유형 및 톱니가 외부에 있는지 내부에 있는지 여부, 그리고 어깨/간섭 제약 조건이 있는지 여부.
- 부하, 속도비, 소음 제한 및 환경(윤활, 온도, 오염).
- 압력각, 피치 정의, 특수 치형 요구 사항, 그리고 기어 검사/승인 방법에 대한 계획을 포함하십시오.
이 프레임워크는 과도한 가공을 방지합니다. 기어가 적합성과 기본 기능을 위한 프로토타입이라면 밀링 가공 후 꼼꼼한 검사만으로도 충분할 수 있습니다. 연삭 가공은 불필요한 비용을 초래할 수 있습니다. 고속 회전이나 소음에 민감한 용도라면, 정밀 가공을 생략하면 소음 발생 및 기타 문제가 발생할 수 있습니다. 이는 기어가 기본 치수를 충족하더라도 마찬가지입니다.
생산 워크플로, 툴링 및 품질 관리 검사 지점
신뢰할 수 있는 기어 절삭 제어는 기준점 설정 및 검사를 통해 이루어집니다. 단순히 프로그램을 실행하는 것만이 아닙니다. 당사의 워크플로는 가공물의 안정성을 유지하고, 인덱싱의 일관성을 보장하며, 열과 공구 마모를 관리하고, 맞물림 동작을 예측하는 매개변수를 검증합니다.
블랭크 준비 및 워크홀딩을 통한 런아웃 제어
우수한 기어는 우수한 원자재에서 시작됩니다. 치형의 정밀도만으로는 불안정한 형상을 보정할 수 없습니다. 따라서 원자재의 치수와 재질 상태를 확인하고, 중심 구멍이나 장착면과 같은 기준 형상을 검사합니다. 이러한 요소들이 절삭 후 런아웃과 피치 안정성에 영향을 미칩니다.
공작물 고정은 하중 하에서 런아웃과 휜 정도를 최소화합니다. 공작물의 작은 움직임은 기어 이빨의 오차로 이어집니다. 기어가 축이나 허브에 조립되는 경우, 기능 기준점에 맞춰 기준선을 정렬합니다. 이렇게 하면 잘못된 축에 완벽한 기어 이빨이 형성되는 것을 방지할 수 있습니다.
기계 설정 및 공정의 반복성을 확보하는 데 필요한 도구
핵심 장비는 공정에 따라 달라집니다. 목표는 일관된 인덱싱 및 정렬입니다. CNC 밀링 센터는 시제품 및 맞춤형 작업에 사용됩니다. 호빙 머신이나 셰이퍼와 같은 전용 기계는 양산 또는 내부 기어 작업에 적합합니다.
공구는 치형과 가공 공정에 따라 선택됩니다. 호브, 셰이퍼 커터, 폼 커터, 브로치, 연삭 휠 등이 각각 중요한 역할을 합니다. 분할 헤드 또는 회전 테이블은 정밀 가공에 필수적입니다. 정확한 회전과 인덱싱은 치간 간격을 정밀하게 유지하는 데 핵심적인 요소입니다.
프로그래밍 레버: 이송 속도, 절삭 속도, 공구 경로 및 냉각수
프로그래밍은 표면 품질, 공구 수명 및 시간을 균형 있게 조절합니다. 또한 절삭날의 형상을 보호합니다. 이송 속도와 절삭 속도는 재료와 공구에 맞게 조정됩니다. 절삭 깊이와 가공 경로도 조정됩니다. 지나치게 공격적인 설정은 마모와 열 발생을 증가시키고, 지나치게 보수적인 설정은 비용을 높이며 표면 품질을 저하시킬 수 있습니다.
기어 절삭에서 냉각과 윤활은 매우 중요합니다. 열팽창은 치수 적합도와 마모에 영향을 미치며, 열영향층 또한 마찬가지입니다. 우리는 재질, 공구 코팅, 칩 부하를 고려하여 냉각수량을 계획합니다. 이를 통해 기어 이빨의 형상을 안정적으로 유지할 수 있습니다.
후처리: 버 제거, 열처리 및 마무리 단계
후처리 공정은 기어의 성공 여부를 결정짓는 중요한 단계입니다. 조립 및 마모에 영향을 미치는 버(burr)와 모서리를 제거하는 공정입니다. 디버링은 날카로운 모서리를 제거하여 기어 이빨의 형태 손상을 방지합니다. 하지만 제대로 제어되지 않은 디버링은 이빨을 둥글게 만들 수 있으며, 접촉면을 변화시킬 수도 있습니다.
열처리 계획이 있는 경우, 변형에 대비합니다. 최종 공차를 충족하기 위해 정밀 가공 계획을 수립합니다. 연삭, 호닝, 래핑과 같은 가공 작업은 표면 품질 및 소음 목표에 부합하도록 설계합니다. 불필요한 추가 가공은 지양합니다.
실제 메시 동작을 예측하는 검사 지점
품질 관리에서는 맞물림 특성을 검증합니다. 이러한 특성에는 치형, 피치 정확도, 런아웃 및 표면 조도가 포함됩니다. 필요성과 생산량에 따라 계측 장비를 사용하며, 반복성과 추적성을 위해 결과를 문서화합니다.
검사는 공정 제어를 향상시킵니다. 기어 절삭은 공구 상태와 정렬에 민감하게 반응합니다. 문제가 발생하면 공구 마모, 기계 교정, 공작물 고정 안정성, 편차에 영향을 미치는 절삭 매개변수를 점검합니다.
결론
정밀 기어 절삭은 신뢰성이 높습니다. 처음부터 세 가지를 제대로 맞춰야 합니다. 첫째, 용도에 맞는 기어 유형을 선택해야 합니다. 둘째, 생산량에 맞춰 정확도를 유지할 수 있는 절삭 방법을 선택해야 합니다. 셋째, 기어 맞물림을 검증하는 검사 계획을 수립해야 합니다. CNC 가공은 이러한 모든 것을 가능하게 하지만, 압력각, 피치, 후처리 등의 명확한 입력값이 필요합니다.
Yonglihao Machinery에서는 CNC 기어 절삭을 전문으로 합니다. 프로토타입 제조 배치 생산 방식도 고려합니다. 공정 선택과 설정 및 품질 관리 검사를 함께 진행합니다. 도면, 생산량, 재질 및 제약 조건을 공유해 주시면 최적의 경로와 검사 방법을 제안해 드립니다. 이를 통해 조립 과정에서 신뢰할 수 있는 기어를 생산할 수 있습니다. 단순히 도면상으로만 좋아 보이는 부품이 아닌, 완벽한 부품을 제공합니다.
자주 묻는 질문
정밀 기어 절삭에 가장 일반적으로 사용되는 방법은 무엇입니까?
호빙 가공은 외측 기어에 가장 일반적으로 사용되는 가공 방식입니다. 스퍼 기어와 헬리컬 기어 모두에 빠르고 반복 가공이 가능하며, 중대형 생산량에 가장 적합합니다. 기어는 외측에 위치해야 하며, 호빙 가공에 필요한 접근성이 좋아야 합니다. 내측 기어의 경우에는 셰이핑 또는 브로칭 가공을 사용하십시오.
내 기어 적용 분야에 맞는 정확한 압력각을 어떻게 결정하나요?
적절한 압력각은 강도와 소음 요구 사항을 충족해야 합니다. 또한 맞물림 조건 및 제약 조건에도 부합해야 합니다. 일반적으로 20° 각도가 많이 사용되며, 산업용으로 적합한 치형 강도와 효율성의 균형을 제공합니다. 각도가 클수록 치형 강도는 높아지지만, 고속 주행 시 소음과 진동이 증가할 수 있습니다.
기어 절삭에서 분할 헤드 또는 회전 테이블의 역할은 무엇입니까?
분할 헤드 또는 회전 테이블은 정확한 인덱싱을 제공합니다. 각 톱니 간격은 이전 톱니 간격에 대해 정확한 위치에 고정됩니다. 인덱싱 정확도는 피치 일관성 및 원활한 맞물림과 밀접한 관련이 있습니다. 불안정한 인덱싱은 기어가 기본 치수를 충족하도록 하지만 소음이 발생합니다.
CNC 가공으로 복잡하거나 맞춤형 톱니 형상을 가진 기어를 가공할 수 있습니까?
네. CNC는 복잡하거나 맞춤형 형상을 제작할 수 있습니다. 단, 형상이 명확해야 하며, 공정 검증이 가능해야 합니다. 밀링 방식은 프로토타입 및 특수 형상 제작에 유연하게 적용할 수 있으며, 전용 공구 제작이 필요 없습니다. 따라서 한계는 형상 제작 자체가 아니라 검사 및 공차 검증에 있는 경우가 많습니다.
기어 유형을 선택할 때 고려해야 할 주요 요소는 무엇입니까?
주요 고려 사항은 하중과 속도 비율입니다. 공간 제약 및 소음 제한도 포함됩니다. 효율성과 환경도 중요한 요소입니다. 이러한 요소들을 고려하여 스퍼, 헬리컬, 헤링본, 웜 또는 베벨 기어 중 어떤 것이 가장 적합한지 결정해야 합니다. 제조 가능성과 목표에 대한 후처리도 고려해야 합니다.
피치는 장비 성능에 어떤 영향을 미치나요?
피치 일관성은 맞물림, 진동 및 마모에 영향을 미칩니다. 간격이 일정하지 않으면 주기적인 하중이 발생하여 소음, 열 발생 및 조기 손상으로 나타납니다. 정밀 기어 절삭에서 설정, 인덱싱 제어 및 런아웃 관리는 매우 중요합니다.
