가공된 각 샤프트는 의도된 분야의 특정 요구 사항과 일치해야 하기 때문에 샤프트 가공에 대한 모든 것을 이해하는 것이 중요합니다. 이번 글에서는 샤프트 제작 공정 기술 및 정밀 샤프트 제조에 사용되는 5가지 기술 관련해서 자세히 살펴보도록 하겠습니다.
개요
샤프트 제작 공정은 장비 내 동력 및 토크 전달을 담당하는 엔진의 길고 원통형 기계 부품을 제조하는 효율적인 방법입니다.
게다가 이러한 정밀 샤프트는 다양한 유형이 있으며 건설 산업에서 산업 기계에 이르기까지 다양한 응용 분야와 산업에서 일반적으로 사용되는 필수 구성 요소라고 할 수 있습니다.
샤프트 가공이란?
가공된 샤프트는 다양한 기계 구성요소 간에 회전 운동과 동력을 전달하는 원통형 또는 원형 기계 부품입니다.
의도한 응용 분야의 요구 사항에 따라 이러한 가공 샤프트는 알루미늄, 티타늄, 강철 또는 스테인리스강과 같은 금속으로 만들어지는 경우가 많습니다.
이러한 샤프트 부품은 기계 내부의 회전력과 토크를 전달하여 원활한 작동과 효율성을 촉진하는 데 중요하기 때문에 맞춤형 샤프트는 기계의 더 나은 성능과 기능을 유지할 수 있습니다.
맞춤형 샤프트 제작 처리 절차
맞춤형 샤프트 제작에는 요구하는 치수, 정밀도 및 표면 마감을 이끌어내는 데 도움이 되는 일련의 절차가 포함됩니다.
따라서 기능적인 맞춤형 샤프트를 만들기 위해서는 요구된 용도, 작업 조건 및 프로젝트 요구 사항을 식별하는 것이 가장 좋으며 이러한 절차에 따라 처리하는 방법은 다음과 같습니다.
1. 설계 및 프로그래밍
맞춤형 샤프트를 제작하는 첫 번째 단계는 설계와 프로그래밍입니다.
샤프트 재질, 직경 및 길이 사양을 결정해야 하고 그런 다음 CAD 소프트웨어를 사용하여 맞춤형 가공 샤프트에 대한 CAD(컴퓨터 지원 설계) 파일을 만듭니다.
이후 CAM(컴퓨터 지원 제조) 소프트웨어 패키지를 사용하여 샤프트 부품의 요구 사항에 따라 CNC 기계의 도구 경로를 생성합니다.
이렇게 CAM 소프트웨어를 사용하여 CNC 프로그램(G 코드로 알려진 기계 판독 가능 명령어 세트)을 생성해야 합니다.
생성이 완료되었다면 이를 CNC 기계 컨트롤러에 로드하여 가공 프로세스를 입력하게 됩니다.
2. 기계 설정
샤프트를 제조하기 위해 CNC 기계를 설정할 때 밀링 기계나 선반과 같은 적절한 기계 유형을 선택해야 합니다.
선택이 완료되었다면 공작물을 준비하고 엔드밀이나 선삭 공구와 같은 적절한 절삭 공구를 선택하세요.
또한 공작물이 올바른 고정 장치로 단단히 고정되어 있는지 확인하고 공구의 상태를 확인하여 교체가 필요하다면 교체 후 상태가 좋은 공구를 사용하시는 것을 권장합니다.
3. 샤프트 가공 공정
CNC 기계를 사용하여 맞춤형 샤프트를 요구된 사양으로 제작하는 것이 더 좋습니다.
작업자는 맞춤형 샤프트와 같은 원통형 구성 요소를 가공할 때 다양성과 높은 정밀도로 인해 CNC 선삭 방법을 활용하는 경우가 많습니다.
가공 과정은 잘 아시겠지만 커터가 재료를 제거할 때 원통형 샤프트가 회전합니다. 하지만 품질을 높이려면 가공 단계를 계속 모니터링하고 가공된 샤프트를 면밀히 검사해야 합니다.
4. 표면 마무리
맞춤형 샤프트를 제조한 후 선택할 수 있는 다양한 표면 마감 방법이 있습니다.
이러한 표면 마감은 가공된 샤프트의 기능과 물리적 외관을 개선하는 데 적합하며 의도된 용도의 요구 사항과 일치하는지 확인합니다.
비드 블라스팅(Bead blasting), 아노다이징(Anodizing) 및 패시베이션(Passivation)은 맞춤형 샤프트에 적합한 표면 마감의 전형적인 예입니다.
가공된 샤프트의 종류와 용도
가공된 샤프트는 다양한 유형이 있으며 각각 부하 용량, 회전 속도 및 용도가 다릅니다. 일반적인 유형의 샤프트와 그 용도는 아래와 같습니다.
1. 중공축(Hollow Shafts)
중공축에는 유체, 와이어 및 기타 구성 요소가 통과할 수 있도록 중앙에 구멍이나 빈 공간이 있는 경우가 많습니다.
일반적으로 비슷한 크기의 속이 꽉 찬 샤프트에 비해 무게가 가볍기 때문에 중공축은 경주용 차량과 항공기에 적용되어 무게를 줄일 수 있다는 장점이 있습니다.
또한 컨베이어 시스템, 펌프, 의료기기에도 응용이 가능합니다.
2. 나사산 샤프트
가공된 샤프트의 내부 또는 외부에 나사산이 가공되면 너트와 같은 해당 부품이 나사산에 결합이 가능합니다.
이러한 형태의 연결은 전기 또는 배관 작업과 같이 자주 부착하거나 분리해야 하는 응용 분야에서 흔히 볼 수 있습니다.
나사산이 가공된 샤프트는 대표적으로 스핀들, 리드 스크류 및 고정 메커니즘에 많이 사용되고 있습니다.
3. 키 샤프트
키 샤프트는 스프로킷, 풀리 또는 기어와 같은 구성요소를 고정하기 위해 키 홈이 절단된 가공 샤프트 유형이라고 할 수 있습니다.
가공된 키 홈은 키와 동일한 너비를 갖기 때문에 키 홈은 키를 조립하여 다른 구성 요소와 맞물려 키가 독립적으로 회전하거나 미끄러지는 것을 방지합니다.
키 홈이 가공된 샤프트는 흔히 모터 및 펌프와 같이 토크가 높은 응용 분야에서 쉽게 볼 수 있으며 다른 구성 요소와의 연결을 유지하는 데 이상적입니다.
4. 스플라인 샤프트
가공된 샤프트에는 풀리나 기어와 같은 해당 구성 요소에 적합한 스플라인에 맞는 세로 홈 또는 스플라인이 길이를 따라 가공되어 있습니다.
이는 강력한 연결 형태로 두 부분 사이에 상대적인 움직임이 발생하지 않기 때문에 원활한 동력 전달이 가능합니다.
이런 스플라인 샤프트는 자동차 변속기나 기어 커플링과 같이 정확한 위치 지정이나 토크 전달이 필요한 곳에서 쉽게 보실 수 있습니다.
5. 테이퍼 샤프트
테이퍼 샤프트는 길이를 따라 직경이 점점 작아지는 쐐기 형태의 축입니다.
테이퍼 샤프트는 자동차 휠 허브, 풀리 또는 기어와 같은 구성 요소를 단단히 장착해야 하는 곳에 자주 사용됩니다.
정밀 샤프트 제작에 사용되는 5가지 기술
제조업체는 선호하는 공차와 표면 마감을 위해 정밀 샤프트 가공에 다양한 기술을 사용하는 경우가 많습니다. 일반적인 샤프트 제조 공정은 아래와 같습니다.
1. CNC 터닝
이 공정은 정밀 샤프트와 같은 원통형 회전 부품을 가공하는 데 이상적이며 CNC 기계는 척에 부착된 샤프트를 회전시키는 반면 절삭 공구는 표면에서 재료를 제거합니다.
CNC 터닝은 가공된 샤프트에 요구된 직경 가공은 물론 표면 조도도 가능합니다.
더 중요한 것은 CNC 터닝 작업의 효율을 극대화하기 위해서 작업자는 많은 샤프트를 신속하게 생산해야 하는 대량 생산 상황에 적합한 옵션이라는 것을 알아야 합니다.
2. CNC 밀링
밀링은 정밀 샤프트 표면에 스플라인, 플랫, 키 홈과 같은 형상을 제작하기 위해 회전 커터로 블랭크를 절단하는 효율적인 기술입니다.
이 과정에서 회전하는 다점 도구를 사용하여 고정 샤프트를 원하는 모양과 크기로 절단하는 작업이 포함됩니다.
3. CNC 연삭
정밀 CNC 연삭은 연마 회전 휠을 사용하여 가공된 샤프트의 표면을 매끄럽게 하여 샤프트가 선호하는 치수와 공차를 충족하도록 하는 가공 기술입니다.
이 공정은 절삭 공구를 사용하지 않지만 CNC 가공과 유사하게 작동하며 회전식 연삭 휠이 샤프트 표면과 맞물려 모양을 형성합니다.
4. CNC 드릴링
CNC 드릴링 공정은 정밀 샤프트에 구멍과 채널을 가공하여 기어를 샤프트에 부착하는 데 도움이 됩니다.
다양한 직경과 깊이의 홈을 만들어 가공된 샤프트가 예상대로 작동하도록 하고 알고 계신 것처럼 드릴링은 다른 기술에 비해 어렵지 않고 간단합니다.
5. EDM(방전 가공)
방전 가공은 정밀 샤프트 가공을 위한 보조 기술로써 전기를 사용하여 공작물 블랭크를 기화시켜 절단합니다.
EDM은 금속 재료에서 작은 형상을 잘라내는 데 사용됩니다. 더욱이 EDM은 견고한 가공 샤프트의 복잡한 형상을 제작하는 효율적인 기술로 알려져 있습니다.