스위스형 선반 마이크로 부품 가공: 주축대 이동형 선반이 적합한 경우
스위스형 선반은 작고 가는 선삭 부품을 만드는 표준 기계입니다. 부품이 둥글고, 폭보다 길며, 지름을 몇 미크론 이내로 유지해야 한다면, 거의 틀림없이 스위스형 선반에서 만들어집니다. 이 가이드는 기계가 작동하는 방식, 적합한 부품, 기대할 수 있는 공차, 다른 공정이 더 나은 경우를 설명합니다. 공정과 공차의 전체적인 그림은 먼저 마이크로 가공 구매 가이드를 참고하십시오.
주축대 이동형 선반의 작동 방식
일반 CNC 선반에서는 바 소재가 척에 물리고 절삭 공구가 그 위를 이동합니다. 공구가 척에서 멀어질수록 절삭력으로 부품이 더 많이 휘어집니다. 10 mm 돌출된 1 mm 핀은 낚싯대처럼 움직입니다.
스위스형 선반은 이를 뒤집습니다. 주축대가 바 소재를 잡고, 공구 앞에 고정된 정밀 슬리브인 가이드 부시를 통해 앞뒤로 밀어 보냅니다. 공구는 부시 가까이에 고정되어 있습니다. 절삭은 언제나 지지부에서 1 ~ 2 mm 떨어진 곳에서만 일어나므로, 부품이 아무리 길어져도 거의 휘지 않습니다.
이 설계는 19세기 후반 스위스 시계 산업에서 나왔으며, 당시에는 작은 나사와 피니언을 수천 개씩 만들어야 했습니다. 최신 CNC 스위스형 기계에는 다음이 더해졌습니다.
- 구동 공구: 부품이 아직 바 소재에 붙어 있는 상태에서 가로 구멍 천공, 평면, 홈, 다각형 밀링을 합니다.
- 보조 주축: 절단 시점에 부품을 넘겨받아 뒷면을 가공합니다.
- 복수의 공구대: 선삭, 드릴링, 밀링을 시간상 겹쳐서 수행합니다.
- 고압 절삭유: 작은 구멍에서 칩을 분쇄하여 씻어 냅니다.
그 결과 몇 초에서 몇 분마다 완성품이 기계에서 떨어지며, 대개 2차 가공이 필요 없습니다.
스위스형 선삭에 적합한 부품
가장 좋은 지표는 길이 대 지름의 비입니다. 약 3:1을 넘으면 일반 선반은 휨과 씨름하기 시작하고, 스위스형이 자연스러운 선택이 됩니다.
| 부품군 | 일반적인 크기 | 스위스형이 적합한 이유 |
|---|---|---|
| 커넥터 접점과 핀 | ⌀0.5 ~ 3 mm, 길이 5 ~ 20 mm | 가늘고 길며 물량이 매우 많음 |
| 뼈 고정용 및 치과용 나사 | ⌀1 ~ 5 mm | 기계에서 나사 훨링, 엄격한 지름 |
| 시계 피니언과 축 | ⌀0.3 ~ 2 mm | 아주 작은 지름, 미세한 마감 |
| 캐뉼라와 바늘 허브 | ⌀0.8 ~ 4 mm | 긴 보어, 얇은 벽 |
| 센서 하우징 | ⌀3 ~ 12 mm | 외경 선삭, 밀링 형상, 한 사이클로 완료 |
| 밸브 스풀과 소형 샤프트 | ⌀2 ~ 10 mm | 여러 지름에 엄격한 런아웃 |
크기 범위는 일반적인 값이며 기계의 한계가 아닙니다.
스위스형 선반에 맞지 않는 부품은 다음과 같습니다. 각형 하우징, 평면에 큰 포켓이 있는 부품, 둥근 바나 육각 바에서 시작하지 않는 모든 부품, 길이가 폭보다 짧은 부품. 이런 부품은 마이크로 밀링 머신이나 일반 선반으로 보냅니다.
스위스형 가공의 일반적인 공차
절삭이 지지부 옆에서 일어나므로 스위스형 기계는 지름과 동심도를 매우 잘 유지합니다. 마이크로 가공 업체의 일반적인 양산 값은 다음과 같습니다.
| 항목 | 일반적인 가공 능력 |
|---|---|
| 지름 | 일부 지름은 ±0.005 mm, 일반은 ±0.01 mm |
| 축의 끼워맞춤 | h5 ~ h6 |
| 한 사이클 내 지름 간 런아웃 | 0.005 ~ 0.01 mm |
| 길이 | ±0.01 ~ ±0.02 mm |
| 나사 | 6g / 6H 표준, 마이크로 나사는 M0.6부터 |
| 표면 거칠기 | Ra 0.4 ~ 1.6 μm |
수치는 일반적인 값이며 보증이 아닙니다.
4 mm 축에서 h5는 지름이 4.000 ~ 3.995 mm 사이일 수 있다는 뜻이며, ISO 286에서 5 μm의 폭입니다. 잘 운영되는 스위스형 기계에서는 일상적인 수준입니다. 한계는 기계 자체보다 한 교대 동안의 열 안정성과 측정 방법인 경우가 많습니다. 핵심 지름을 어떻게, 얼마나 자주 측정하는지 업체에 물어보십시오.
바 소재: 도면에는 아무도 적지 않는 부분
가이드 부시는 바 소재가 꼭 맞아야만 작동합니다. 구매자가 알아야 할 결과가 세 가지 있습니다.
연삭 바 소재가 보통 필요합니다. 일반 인발 바 소재는 지름이 100분의 몇 mm씩 달라질 수 있어, 부시 안에서 떨림이 생깁니다. 업체는 보통 h6 또는 h7 등급의 센터리스 연삭 바를 주문하며, 이는 킬로그램당 가격이 더 높습니다. 대부분의 마이크로 부품에서는 개당 추가 비용이 작지만, 재종이 특수하면 납기에 영향을 줍니다.
잔여 소재 손실. 각 바 소재의 마지막 부분, 대개 100 ~ 300 mm는 콜릿에 물려 있어 쓸 수 없습니다. 작은 부품에서는 이 잔여분이 바에서 만든 부품들보다 무거울 수도 있습니다. 티타늄이나 귀금속 합금 같은 고가의 재료에서는 가격에 나타납니다.
가이드 부시 없는 모드. 많은 최신 기계는 짧은 부품에 대해 가이드 부시 없이 운전할 수 있습니다. 이렇게 하면 더 저렴한 인발 바와 더 적은 잔여 소재를 쓸 수 있지만, 가는 부품에서의 장점 일부를 잃게 됩니다. 부품이 짧다면 업체가 그 방식으로 가공할 수 있는지 물어보십시오.
셋업 시간 대 사이클 타임
스위스형 선삭의 비용 구조는 밀링과 크게 다릅니다.
- 셋업은 최대 20개 이상의 공구를 장착하고 조정하며, 겹치는 가공을 프로그래밍하고, 첫 부품을 확인하는 작업입니다. 몇 시간에서 꼬박 하루가 걸리는 것이 보통입니다.
- 사이클 타임은 짧습니다. 작은 핀은 20 ~ 60초마다 한 개씩 나올 수 있습니다. 밀링이 포함된 복잡한 부품은 몇 분이 걸립니다.
가상의 예를 들어 보겠습니다. 센서 핀에 셋업 3시간과 90초 사이클이 필요합니다. 20개에서는 셋업이 기계 시간의 약 85퍼센트를 차지합니다. 5,000개에서는 3퍼센트 미만입니다. 따라서 같은 부품이 시제품일 때는 비싸 보이고 양산에서는 매우 저렴해질 수 있습니다. 공정하게 비교하려면 업체에 두세 가지 수량으로 견적을 요청하고 연간 수량을 알려 주십시오.
시제품의 경우, 처음 10 ~ 50개를 밀링 기능이 있는 CNC 선반이나 마이크로 밀링 머신에서 만들고 양산에서 스위스형으로 옮기는 업체도 있습니다. 핵심 형상을 두 방식에서 같은 방법으로 측정한다면 문제없습니다.
스위스형 선삭 부품의 2차 가공
스위스형으로 선삭한 마이크로 부품 중 다수는 완성된 상태로 기계에서 나오지만, 절삭 후에도 작업이 필요한 것이 있습니다. 어떤 것이 필요한지 알면 납기를 판단하고 견적을 비교하는 데 도움이 됩니다.
- 버 제거. 가로 구멍이 전형적인 문제입니다. ⌀1 mm 보어로 이어지는 ⌀0.3 mm 가로 구멍의 출구는 공구로 닿기가 거의 불가능합니다. 업체는 이런 경우 전해 버 제거, 연마재 유동, 열 버 제거를 쓰거나, 버가 최소가 되도록 천공 순서를 계획합니다.
- 세척. 스위스형 기계는 절삭유를 쓰며 운전합니다. 부품은 검사와 포장 전에 대개 초음파로 세척합니다. 의료 부품에는 검증된 세척 공정이 필요할 수 있습니다.
- 열처리. 경화 가능한 스테인리스와 공구강은 선삭 후에 경화합니다. 길고 가는 부품은 열처리 중 휠 수 있으므로, 이후에 직진도를 확인하거나 교정해야 할 수 있습니다.
- 표면 처리. 스테인리스의 부동태 처리, 황동 접점의 니켈이나 금 도금, 알루미늄의 아노다이징이 흔합니다. 도금 두께는 지름에 더해지므로, 엄격한 지름에는 이를 반영해야 합니다.
- 연삭 또는 래핑. ±0.002 mm보다 엄격한 지름이나 Ra 0.2 μm 미만의 마감에는 선삭 뒤에 센터리스 연삭이나 래핑 단계가 이어질 수 있습니다.
| 2차 공정 | 일반적인 이유 | 납기에 미치는 영향 |
|---|---|---|
| 전해 또는 열 버 제거 | 가로 구멍, 내측 모서리 | 외주 시 며칠 추가 |
| 초음파 세척 | 오일과 칩 제거 | 미미함, 보통 자체 수행 |
| 열처리 | 420, 440C, 공구강의 경도 | 며칠 추가, 교정이 필요할 수 있음 |
| 도금 또는 부동태 처리 | 전도성, 내식성 | 외주 시 며칠에서 1주일 추가 |
| 센터리스 연삭 | 선삭 능력을 넘는 지름 | 공정 한 단계 추가 |
수치는 이해를 돕기 위한 일반적인 값입니다.
CNC 선반이나 마이크로 밀링이 더 나은 경우
스위스형이 항상 정답은 아닙니다. 다음의 경우에는 대안을 검토하십시오.
- 부품이 짧고 뭉툭하다. 길이 대 지름 비가 약 2:1 미만이면 보조 주축이 있는 정밀 CNC 선반에서 잘 가공되며, 바 소재도 더 저렴한 경우가 많습니다.
- 수량이 매우 적고 앞으로도 적을 것이다. 연 10개로는 본격적인 스위스형 셋업이 정당화되지 않습니다.
- 대부분의 형상이 밀링 가공이다. 선삭 보어가 하나뿐인 작은 하우징은 밀링 부품입니다. 일반적인 한계값의 비교는 공차 및 재료 레퍼런스에서 볼 수 있습니다.
- 재료를 바 형태로 구할 수 없다. 일부 플라스틱과 특수 합금은 가이드 부시에 맞지 않는 크기의 판재나 환봉으로만 나옵니다.
스위스형 RFQ에 넣을 내용
스위스형 업체에서 비교 가능한 견적을 받으려면 다음을 포함하십시오.
- STEP 모델과 PDF 도면. 핵심 지름과 런아웃을 표시합니다.
- 재질과 등급, 그리고 연삭 바 소재가 괜찮은지 특정 공급업체가 필요한지.
- 나사 사양. 전조, 훨링, 절삭 중 허용되는 방식을 포함합니다.
- 가로 구멍의 모서리와 버 요건. 선삭 부품에서 버 제거가 가장 어려운 곳입니다.
- 두세 단계의 수량과 예상 연간 수량.
- 가장 엄격한 지름의 검사 방법과 초도품 검사 보고서의 필요 여부.
Micropartz는 매칭 서비스입니다. 귀사의 RFQ를 부품 크기와 재질에 맞는 스위스형 또는 주축대 이동형 선반을 갖춘 최대 3개 업체에, 선택하신 공급 지역에서 골라 보내고, 영업시간 기준 24시간 이내에 회신드립니다. 각 공정의 자세한 내용은 마이크로 가공 페이지에 있습니다. 도면이 준비되면 RFQ를 보내 주십시오.
자주 묻는 질문
스위스형 선반과 일반 CNC 선반은 무엇이 다릅니까?
일반 CNC 선반에서는 바 소재가 고정된 척에 물리고 공구가 그 위를 따라 이동하므로, 길고 가는 부품은 공구에서 멀어지듯 휘어집니다. 스위스형 선반에서는 주축대가 바 소재를 가이드 부시에 통과시켜 움직이고 공구는 그 지지부 옆에서 절삭하므로, 가는 부품도 곧게 유지됩니다.
스위스형 선반으로 선삭할 수 있는 가장 작은 지름은 얼마입니까?
소형 스위스형 기계는 ⌀0.5 mm 정도부터의 바 소재를 다루며, 부품의 형상은 전문 업체에서 짧은 길이에 한해 0.1 mm 안팎까지 더 가늘게 선삭할 수 있습니다. 일반적인 양산 작업은 ⌀1 mm 전후에서 시작합니다.
스위스형 선반은 둥근 부품만 만듭니까?
아닙니다. 최신 기계에는 구동 공구와 보조 주축이 있어 가로 구멍을 뚫고, 평면, 홈, 육각 형상을 밀링하며, 부품 뒷면의 마무리까지 한 사이클에서 끝냅니다. 다만 부품은 바 소재에서 시작해야 하고 대부분 회전체여야 합니다.
스위스형 견적은 왜 많은 수량을 요구합니까?
셋업과 프로그래밍에 몇 시간에서 꼬박 하루가 걸리는 경우가 많고, 바 소재마다 잔여 소재가 남습니다. 10개에서는 그 비용이 얇게 분산됩니다. 10,000개에서는 짧은 사이클 타임이 이깁니다.
참고한 규격 및 자료
- Wikipedia: Screw machine (includes Swiss-style automatic lathes)
- ISO 286-2:2010, Tables of standard tolerance classes and limit deviations for holes and shafts
이 가이드의 수치는 이해를 돕기 위한 일반적인 값입니다. 실제 값은 도면, 재료 성적서, 매칭된 업체가 결정합니다.