정밀도와 정확도는 엔지니어링에서 매우 중요하며 축 방향 흔들림은 가공 시 실수가 발생하는 가장 일반적인 방법 중 하나입니다.
축 방향 런아웃은 절삭 공구의 회전축이 평면에서 벗어난 양입니다.
이는 완제품의 정확도에 큰 영향을 미쳐 값비싼 재작업, 더 많은 낭비, 효율성 저하로 이어질 수 있습니다.
기계가공이 제대로 작동하고 정밀성을 유지하는지 확인하려는 공학 학생과 전문가에게는 축방향 런아웃을 이해하는 것이 중요합니다.
이 블로그 게시물에서는 축 방향 흔들림의 원인과 영향, 측정 방법, 가공 작업에 미치는 영향을 최소화하는 최선의 방법에 대해 설명합니다.
따라서 숙련된 엔지니어이든 호기심 많은 학생이든 안전벨트를 매고 매혹적인 축 방향 흔들림의 세계에 대해 배울 준비를 하십시오.
축 런아웃 소개
공식적인 정의:
절삭 공구의 회전이 평면에서 벗어나는 회전축의 총량.
축 방향 런아웃은 절삭 공구의 회전축이 평면에서 얼마나 떨어져 있는지를 나타내는 런아웃 유형입니다.
회전축과 스핀들의 중심축이 같지 않을 때 발생하며 그 차이는 회전축을 따라 측정됩니다.
반면에 방사형 흔들림은 회전축이 스핀들의 중심선 축에서 멀어지지만 평행을 유지하는 경우에 발생합니다.
두 종류의 런아웃 모두 진동, 소음 및 정확도 손실과 같은 문제를 일으킬 수 있습니다.
방사형 대 축방향 런아웃
중심선 축의 길이를 따라 방사형 흔들림의 양은 항상 동일하지만 축 방향 흔들림의 양은 베이스와 관련하여 측정되는 위치에 따라 달라집니다.
표면이 수직면에서 회전할 때 표면의 위치는 축방향 런아웃의 영향을 받습니다.
반면에 방사형 흔들림은 얼마나 둥글거나 중앙에서 벗어난지를 나타냅니다.
일반적으로 로터리 스테이지와 테이블은 방사형 및 축 방향 런아웃으로 만들어집니다.
축 방향 흔들림 측정
축 런아웃은 동일한 평면에 있지 않은 두 축 사이의 각도입니다.
이 경우 부품과 참조 축 간의 차이는 만나는 위치에서 멀어짐에 따라 커집니다.
회전 테이블 또는 스테이지의 스핀들에 다이얼 표시기를 놓아 축방향 흔들림을 측정합니다.
그런 다음 표시기가 기준면에 닿도록 이동하고 기준면에서 얼마나 멀리 떨어져 있는지 확인하기 위해 테이블을 돌립니다.
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Axial Runout의 원인과 영향
축 방향 흔들림을 유발할 수 있는 일부 요인으로는 마모되거나 정렬되지 않은 베어링, 구부러진 스핀들 또는 가공물, 엉성한 공구 또는 고정 장치 정렬, 가열에 따른 공작 기계 팽창 등이 있습니다.
가공 중에 축 방향 런아웃을 고려하지 않거나 수정하지 않으면 부품의 정확도가 떨어지고 부품이 거부되며 비용이 증가하고 생산성이 저하될 수 있습니다.
축 런아웃의 영향
축 방향 흔들림은 칩 부하를 고르지 않게 만들거나 공구가 너무 많이 떨리게 함으로써 가공 작업에 영향을 미칠 수 있습니다.
이로 인해 팁이 이동하여 표면이 만들어지는 방식과 거친 정도가 변경될 수 있습니다.
또한 표면의 지형에 변화를 일으킬 수 있습니다.
예를 들어 값이 충분히 높으면 공구 자국 사이의 거리가 변경될 수 있으며 k번째 치아가 남긴 공구 자국을 제거할 수 있습니다.
또한 절삭 공구가 수직면에 있는 경우 축 방향 런아웃이 변경되어 칩 부하가 고르지 않고 공구 수명이 단축되며 진동이 증가할 수 있습니다.
이로 인해 공작물 표면의 거칠기, 물결 및 채터 마크와 같은 불량 마감이 발생할 수 있습니다.
Z축을 따라 가공할 때 축 방향 런아웃은 절삭 깊이를 변경하고 테이퍼와 같은 치수 오류를 유발할 수도 있습니다.
섬세하거나 고정밀 부품을 가공할 때 표면 조도에 대한 축방향 런아웃의 영향이 매우 두드러질 수 있습니다.
방사형 런아웃
반면에 방사형 흔들림은 회전축이 스핀들의 중심선 축에서 멀어지지만 평행을 유지하는 경우에 발생합니다.
두 종류의 런아웃 모두 도구나 장비의 정확성을 떨어뜨릴 수 있으며, 이는 이상적인 축에서 벗어나게 만들 수 있습니다.
방사형 흔들림으로 인해 부품을 테이블 중앙에 배치하기가 어려워지므로 허용하기에 너무 큰 각도 오류가 발생할 수 있습니다.
방사형 및 축 방향 런아웃은 절삭 공구가 너무 빨리 또는 고르지 않게 마모되도록 하여 너무 빨리 파손되어 공정의 안전성을 떨어뜨릴 수 있습니다.
이러한 파손으로 인해 남은 절삭날을 재조정하거나 사용하기가 더 어려워져 소모품 비용이 상승할 수 있습니다.
런아웃은 가공의 정확도와 공구 수명에 큰 영향을 미칩니다.
축 방향 흔들림 측정
얼마나 정확하고 사용하기 힘든지에 따라 축 방향 흔들림을 측정하는 여러 가지 방법이 있습니다.
정적 테스트 방법
정적 테스트는 동적 테스트보다 쉽고 비용이 적게 들기 때문에 축방향 흔들림을 측정하는 일반적인 방법입니다.
정적 테스트는 스핀들 또는 공작물이 가만히 있을 때 수행됩니다.
이를 수행하는 방법에는 여러 가지가 있으며, 미국 기계 엔지니어 협회의 회전 축에 설명되어 있습니다.
표준 마그네틱 베이스가 있는 다이얼 표시기는 커플링 또는 샤프트의 런아웃을 측정하는 간단하고 일반적인 방법입니다.
이 테스트를 수행하려면 마그네틱 베이스를 커플링 또는 샤프트 근처의 평평한 표면에 놓고 다이얼 표시기를 커플링 또는 샤프트에 놓고 런아웃을 측정합니다.
런아웃이 너무 크면 커플링 허브의 내경이 마모되었거나 샤프트가 구부러졌음을 의미합니다.
경우에 따라 커플링 허브의 외면에 다이얼 인디케이터를 부착하여 커플링의 축 방향 흔들림을 확인하는 것도 좋은 방법입니다.
동적 테스트 방법
동적 테스트 방법은 이해하기 어렵지만 열, 진동 및 원심력을 고려하기 때문에 약간 더 정확한 결과를 제공합니다.
스핀들 또는 공작물이 움직이는 동안 동적 테스트가 수행됩니다.
또한 시간 기반 또는 빈도 기반 방법을 사용하는 것과 같은 다양한 방법으로 수행할 수 있습니다.
시간 기반 방법에서는 회전 속도계를 사용하여 스핀들이 얼마나 빨리 회전하는지 측정하고 가속도계를 사용하여 런아웃으로 인해 기계가 흔들리는 정도를 측정합니다.
주파수 기반 방법은 주파수 분석기로 런아웃으로 인해 발생하는 진동의 주파수를 측정합니다.
장비 및 교정
축 런아웃 측정의 정확도는 사용된 장비와 설정 및 보정 방법에 따라 다릅니다.
어떤 방법을 사용하든 정확한 측정을 올바르게 설정하고 교정해야 합니다.
정확한 판독값을 제공할 수 있도록 장비를 올바르게 설정하고 보정했는지 확인하는 것이 중요합니다.
샤프트 런아웃
대부분의 경우 스러스트 베어링의 상태를 확인하기 위해 액시얼 샤프트 런아웃이 사용됩니다.
샤프트의 중앙(회전축)에서 측정됩니다.
페이스 흔들림은 중앙에 있지 않은 측정값을 나타내는 용어입니다.
이 경우 평탄도와 직각도가 측정의 일부가 되지만 대부분의 응용 프로그램에서는 신경쓰지 않습니다.
방사형 축 흔들림은 원형 축이 회전할 때 중심 주위로 얼마나 많이 움직이는지를 측정하는 방법입니다.
드라이브/샤프트 정렬, 베어링 강성, 베어링 마모에 따른 런아웃 증가, 밸런스 등이 모두 이를 유발할 수 있습니다.
축 방향 런아웃과 방사형 런아웃의 차이점
런아웃의 두 가지 유형 모두 의도한 회전축에서의 편차이지만 편차의 방향과 공작물에 미치는 영향은 유형마다 다릅니다.
방사형 런아웃 설명
방사형 런아웃은 회전축이 스핀들의 중심선과 일치하지 않지만 여전히 떨어져 있는 경우입니다.
방사형 흔들림은 기계의 축을 따라 완전히 동일한 측정값입니다.
회전 테이블이 수평면에서 회전할 때 어떻게 움직이는지 보여줍니다.
이심률 또는 측면 변환이라고도 합니다.
축 런아웃 설명
절삭 공구의 회전축이 회전축을 따라 평면에서 멀어지면 이를 축 방향 흔들림이라고 합니다.
편차로 인해 이제 축이 기울어지고 더 이상 기본 축과 평행하게 실행되지 않습니다.
얼마나 많은 축 방향 흔들림이 있는지는 측정되는 베이스의 위치에 따라 다릅니다.
축 방향 런아웃은 불균일한 칩 부하, 너무 많은 공구 채터, 팁 드리프트, 표면 거칠기 및 생성 문제와 같은 여러 가지 문제로 이어질 수 있습니다.
방사형 및 축방향 흔들림의 영향
두 종류의 런아웃 모두 도구나 장비의 정확성을 떨어뜨릴 수 있으며, 이는 이상적인 축에서 벗어나게 만들 수 있습니다.
방사형 흔들림으로 인해 부품을 테이블 중앙에 배치하기가 어려워져 진원도 오류의 형태로 각도 오류와 표면 조도 불량이 발생합니다.
절삭 공구가 수직 평면에 있는 경우 축 방향 런아웃이 변경되어 칩 부하가 고르지 않고 공구 수명이 단축되며 진동이 증가합니다.
이로 인해 공작물 표면의 거칠기, 물결 및 채터 마크와 같은 불량 마감이 발생할 수 있습니다.
Z축을 따라 가공할 때 축 방향 런아웃은 절삭 깊이를 변경하고 테이퍼와 같은 치수 오류를 유발할 수도 있습니다.
축 방향 및 방사형 흔들림 측정
대부분의 경우 표준 자기 베이스가 있는 다이얼 표시기가 커플링 또는 샤프트의 런아웃을 측정하는 데 사용됩니다.
샤프트나 커플링에 가까운 평평한 표면에 마그네틱 베이스를 놓기만 하면 됩니다.
그런 다음 다이얼 인디케이터를 커플링이나 샤프트에 놓고 다이얼이 어떻게 움직이는지 지켜보십시오.
런아웃이 너무 크면 커플링 허브의 내경이 마모되었거나 샤프트가 구부러졌음을 의미합니다.
경우에 따라 커플링 허브의 외면에 다이얼 인디케이터를 부착하여 커플링의 축 방향 흔들림을 확인하는 것도 좋은 방법입니다.
축 방향 흔들림은 다양한 방법으로 측정할 수 있습니다.
다이얼 표시기, 레이저 센서 및 좌표 측정기는 이를 수행하는 가장 일반적인 방법 중 일부입니다.
간단한 측정은 종종 마그네틱 베이스가 있는 것과 같은 다이얼 표시기로 이루어집니다.
테스트는 마그네틱 베이스를 평평한 표면에 놓고 샤프트 또는 커플링에 다이얼 인디케이터를 놓고 런아웃을 측정하는 방식으로 수행됩니다.
레이저 센서 또는 3차원 측정기를 사용하여 보다 정확하고 정밀한 측정을 할 수 있습니다.
이러한 장치를 사용하면 만지지 않고 측정할 수 있으며 동시에 둘 이상의 축을 따라 런아웃을 측정할 수 있습니다.
축 방향 런아웃 최소화 및 제거
축 런아웃을 줄이거나 없애려면 기계를 올바르게 설정하고 유지하는 것이 중요합니다.
축방향 흔들림을 줄이는 가장 좋은 방법은 다음과 같습니다.
- 정밀 공구 홀더: 열박음 또는 압입 공구 홀더와 같은 정밀 공구 홀더를 사용하면 정확하고 정밀한 공구 회전을 제공하여 런아웃을 줄이는 데 도움이 될 수 있습니다.
- 런아웃이 최소화된 기계 및 공구 홀더 선택: 런아웃이 최소인 기계 및 공구 홀더를 선택하는 것은 시스템의 전체 런아웃을 최소로 유지하는 데 중요합니다.
- 균일한 압력: 흔들림을 줄이기 위해 섕크 전체에 동일한 양의 압력이 있는지 확인하십시오.
- 마모된 베어링 점검 및 교체: 축방향 흔들림을 줄이려면 마모되거나 손상된 베어링을 정기적으로 점검하고 교체해야 합니다.
- 절삭력 모니터링 및 제어: 예를 들어 올바른 절삭 매개변수를 사용하면 절삭력을 제어하고 축방향 런아웃을 줄이는 데 도움이 될 수 있습니다.
산업 표준 및 사양
부품이 특정 정확도 및 정밀도 요구 사항을 충족하는지 확인하는 데 사용되는 축 방향 런아웃에 대한 산업 표준 및 사양이 있습니다.
ISO(International Organization for Standardization) 및 American National Standards Institute와 같은 조직에서 이러한 규칙 및 요구 사항(ANSI)을 설정합니다.
원형 런아웃은 축 방향 런아웃에 대해 가장 자주 사용되는 산업 표준 중 하나입니다.
원형 런아웃은 표면이 수평면에서 회전할 때 위 또는 아래로 움직이는 양을 측정하는 데 사용되는 일종의 기하학적 공차입니다.
원형 런아웃에서 데이텀 축은 공차 영역의 기준점으로 사용됩니다.
이렇게 하면 데이텀 축 주위에 2D 공차 영역이 만들어집니다.
콜아웃을 충족하려면 실제 표면의 모든 점이 이 공차 영역 내에 있어야 합니다.
부품 끝에서 두 개의 짧은 축을 결합하여 원형 런아웃을 사용하여 다른 중앙 부품 기능을 확인할 수도 있습니다.
비즈니스 세계에는 다음과 같은 축 런아웃에 대한 다른 규칙이 있습니다.
- ISO 1101: 이 표준은 모양, 방향 및 위치를 제어하기 위한 공차 영역 사용을 포함하여 공작물의 기하 공차에 대한 일반 요구 사항을 설명합니다.
이 표준인 ANSI Y14.5에서는 엔지니어링 도면에서 GD&T(기하학적 치수 및 공차)를 사용해야 하는 방법을 설명합니다.
이 표준 ASME B89.3.4에서는 다이얼 표시기 또는 전자 변위 프로브로 축 방향 흔들림을 측정하는 방법을 설명합니다.
이러한 산업 표준 및 사양은 엔지니어, 제조업체 및 품질 관리 담당자가 서로 대화하고 부품이 특정 요구 사항을 충족하는지 확인할 수 있는 방법을 제공합니다.
이러한 표준 및 지침을 따르면 제조업체는 부품이 정확하고 고객의 요구 사항을 충족하는지 확인할 수 있습니다.
결론
결론적으로, 축 방향 런아웃은 엔지니어와 기계 기술자가 작업을 정확하게 하려면 고려해야 할 중요한 사항입니다.
항상 가공 작업의 정확성과 효율성에 위협이 되지만 올바른 도구, 기술 및 지식이 있으면 대처할 수 있습니다.
축 방향 흔들림의 원인과 영향을 이해하고 모범 사례를 사용하여 그 영향을 줄임으로써 엔지니어링 전문가는 높은 수준의 정확도를 달성하고 생산성을 향상하며 낭비를 줄일 수 있습니다.
그러나 축방향 흔들림은 또한 물건을 만드는 복잡성과 완벽에 대한 열망 사이에서 유지되어야 하는 섬세한 균형을 상기시켜줍니다.
계속해서 새로운 아이디어를 내놓고 가능한 것의 한계를 뛰어넘기 위해 우리는 도전에 직면했을 때 겸손함을 유지하고 항상 주변 세상에 대해 더 많이 배우고 더 잘하려고 노력해야 합니다.
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