기어 5축 밀링

5축 밀링은 기어가공에서 새로운 자유도를 허가한다. 이를 통해 기어의 성능과 수명의 잠재력을 키울 수 있다.

Dr. 라파엘 비커(Rafael Bieker): GIF GmbH 이사

기어 5축 밀링가공이 점점 중요해지고 있다. 지오메트리 및 재료와 무관하게 설계 자유도에서 무한한 잠재력을 키울 수 있고, 개별화를 통한 수익성 그리고 짧은 납기 등이 그 이유이다. 정교한 기어 부품의 고품질을 유지하기 위해서는 생산 체인의 모든 요소를 포괄적으로 지배하는 것이 중요하다. 여기에는 CAD/CAM 프로그래밍과 적합한 밀링 공구, 절삭값, 밀링 전략, 정밀한 5축 머시닝 센터와 광학식 측정법 등이 포함된다.

CAD/CAM 프로그래밍

Euklid CADCAM AG가 개발한 Gear CAM은 기어 5축 가공을 위한 CAD/CAM 시스템이다.
치절 기술에 맞춘 그리고 CAD/CAM 전문가가 필요하지 않은 직관적인 사용자 가이드를 제공한다.

기어휠 제작 시 수 백분의 1mm의 극도로 엄격한 공차는 치면의 5축 밀링 가공에 까다로운 요구 조건을 제시한다. 이를 위해서는 CAD/CAM 프로그래밍이 중요한 요소 중 하나이다. Euklid CADCAM AG가 개발한 기어 5축 가공을 위한 CAD/CAM 시스템, Gear CAM은 밀링커터 경로 계산에 절대적인 정밀도와 치절 기술에 맞춘 직관적인 사용자 가이드를 제공한다. Gear CAM은 옵션으로 Invomilling을 제공한다. 이는 Sandvik Coromant이 개발한, 스퍼 기어 및 헬리컬 기어휠에 대한 3축 밀링 프로세스로, 3개 ~ 4개를 한 세트로 하는 밀링 커터로 계수가 0.8 ~ 12인 거의 모든 기어를 가공할 수 있다.

복잡한 윤곽 정의하기

Gear CAM은 치면 수정에서 큰 장점을 가지고 있다. 이끝 릴리프, 이뿌리 릴리프, 넓이 및 높이 크라우닝과 같은 복잡한 수정작업을 쉽고 일목요연하게 정의할 수 있다. 고정요소는 스마트한 포스트 프로세서로 거의 모든 기계에 맞출 수 있고 많은 추가 기능을 제공된다. 정삭가공에서 5축 호빙을 위한 밀링커터 반경 수정은 고도로 정확한 기어에 특히 중요하다. 치절 기술은 완벽하게 보급되어 있고 포괄적인 프로세스 지식이 있는 반면, 5축 밀링 기술은 순수한 사용자 보고서를 넘어서는 체계적 조사는 거의 없었다. 기존의 고정밀 기어휠 연마 시에는 폐회로 전략을 이용한다. 기어휠은 여러 단계의 최적화 프로세스(연마 – 측정 – 수정 연마)를 통해 요구되는 기어품질과 원하는 접촉패턴에 접근하였다. 바로 첫 번째 가공단계에서 품질이 달성되어야 한다. 지정된 커팅에지로 절삭하기 위한 최소 절삭두께를 훨씬 하회하여, 남아있는 가공여유 2-3/100 mm는 이어지는 밀링 프로세스에서 더 이상 수정할 수 없기 때문이다.

GIF는 고정밀 기어를 안전하게 제조하기 위한 상세한 프로세스 분석을 위해, 아헨 공과대학과 (BMWi의 ZIM 프로그램 범위에서 후원을 받아) 고정밀 베벨 기어 세트의 5축 밀링 생산 시스템을 개발할 목적으로, WZL과 2년 간의 공동 프로젝트를 시작하였다. 연구의 중심에는 포괄적인 프로세스 분석, 적합한 보상모델 개발, 베벨기어 세트 테스트와 검증이었고, 이 프로젝트에서 얻은 첫 번째 결과는 뷔츠부르크에서 열리는 올해 Getpro에서 소개할 수 있었다.

밀링/터닝 머시닝 센터 ALzmetall GS 1400/5 FDT에서 제작한 크라운 기어(60 HRC) 예시이다. 오차는 10 μm 이내이다.

기계 정밀도는 정밀한 기어의 5축 가공을 위한 절대적인 전제조건이다. 여기에서 밀링머신의 정적 위치 결정 정확도는 필요 조건이며, 동적 정확도는 충분 조건이다. GIF는 광범위한 시장분석과 크라운 기어테스트를 진행한 후에 밀링/터닝 머시닝 센터인 Alzmetall GS1400/5 FDT를 설치하였다. 이 장비는 C축과 A축에 역동적이고 정밀한 토크 드라이브를 갖추고 있으며, 정밀 디자인을 통해 기어휠 가공을 위한 최적의 전제 조건을 제공한다. CNC(Heidenhain TNC 640)는 특수 옵션을 갖추고 있으며, 공작물 무게와는 무관하게 동시 5축 가공의 일정한 경로 정확성을 보장한다(동적 정밀성).