2025년 어깨 밀링의 궁극적 가이드

숄더 밀링은 밀링 커터가 공작물에 평평한 바닥면(또는 면)과 수직 숄더(계단식 모서리)라는 두 개의 별도 표면을 동시에 생성하는 CNC 가공의 기본 작업으로, 일반적으로 정확한 90도 각도로 수행됩니다. 이 공정은 평면 가공(평평한 표면용)과 주변(측면) 밀링(수직 벽면용)의 요소를 결합하여 단일 패스로 효율적인 재료 제거를 가능하게 합니다.

핵심 개념: 정면 가공 vs 측면 가공 vs 어깨 가공

올바른 전략을 선택하려면 절삭 동작의 물리적 원리를 이해해야 합니다. 주요 차별화 요소는 리드 각도(Kr)입니다.) 그리고 절삭력(F)을 축방향(Fa)과 반경방향(Fr) 성분으로 분해하는 방식.

A. 힘의 물리학

절삭력과 리드각 사이의 관계는 다음에 의해 결정된다:

• 방사형 힘 (프): Fr ≈ F × sin(Kr) (변형/진동을 담당함)
• 축방향 힘 (Fa): Fa ≈ F × cos(Kr) (부품을 테이블에 눌러 고정)

B. 상세 비교 매트릭스

기능	페이스 밀링 (45°)	어깨 밀링 (90°)	사이드 밀링 (0°/90°)
리드 각도 (Kr)	45° (표준)	90°	0° – 90° (헬릭스에 따라 다름)
힘 분해	균형: ~50% 방사형, ~50% 축방향	주요 방사형 (~95%), 최소 축	100% 방사형 힘
칩 얇아짐 계수	0.707 (상당한 엷어짐)	1.00 (50% Ae 이상에서는 얇아짐 없음)	방사형 깊이(Ae)에 따라 다름
도구 참여	바닥면만	바닥 + 측벽	측벽(주변부)만
편차 위험	낮음 (스핀들로 전달되는 힘)	높음 (캔틸레버 효과)	매우 높음 (도구가 밀려나감)
1차 지원	높은 MRR 마주보기, 평탄도	계단, 포켓, 90° 벽	프로파일링, 컨투어링

볼 수 있는 세부 사항 페이스 밀링, 숄더 밀링, 프로파일 밀링, 고속 이송 밀링 기사.

C. 심층 분석

1. 페이스 밀링 (45° 리드 각도)

• 메커니즘: 45° 각도는 절삭력을 스핀들 쪽으로 위쪽으로, 그리고 부품 쪽으로 아래쪽으로 전달합니다.
• 칩 물리학: 각도 때문에 실제 칩 두께(h{ex})는 프로그래밍된 이빨당 이송량(fz)보다 얇습니다.
  • 공식: 공식: h{ex} = fz *（sin45°）≈0.7*fz
  • 함의: 이송 속도를 설정할 수 있습니다 1.4배 더 높음 동일한 칩 부하를 달성하기 위해 90° 커터보다.

2. 어깨 밀링 (90° 리드 각도)

• 메커니즘: 힘은 스핀들 축에 수직으로 작용한다.
• 위험 지대: Fr이 최대화되기 때문에 공구는 캔틸레버 보처럼 작용한다.
  • 편향 공식: δ = Fr × L³/3 × E × I
  • 함의: 공구 돌출 길이(L)를 두 배로 늘리면 휨이 8배 증가합니다. 이 때문에 어깨 밀링은 평면 밀링보다 더 짧은 공구 홀더가 필요합니다.

3. 측면 밀링 (주변 밀링)

조정 계수: Ae < 50%인 경우, 칩 부하를 유지하기 위해 이송 속도를 증가시켜야 합니다.

메커니즘: 플루트의 나선형을 이용한다.

방사형 칩 얇아짐 (무작위 대조 시험): 라디얼 절삭 깊이(Ae)가 커터 직경(Dc)의 50% 미만일 때, 칩이 현저히 얇아진다.

공구 선정 전략: 단순한 직경 이상의 고려 사항

“90°”라고 표시된 모든 공구가 완벽한 90° 어깨를 절삭하는 것은 아닙니다.

A. 초경합금 엔드밀

• 가장 적합한 대상: 마감 가공, 소구경(<20mm / 0.75″), 고정밀도.
• 선택 키:
  • 가변 헬릭스/피치: 고조파 공진을 차단하고 진동을 방지하는 데 필수적입니다.
  • 플루트 개수: 알루미늄 가공 시 2~3개의 플루트 사용(칩 배출 우선); 강철/스테인리스 가공 시 4~6개의 플루트 사용(코어 강도 우선).

B. 인덱서블 인서트 커터

• 가장 적합한 대상: 거친 가공, 대경(>20mm / 0.75″), 대량 재료 제거.
• “진정한 90°” 도전: 많은 표준 어깨 인서트는 실제로 89.5°로 절삭하거나 인서트 끝을 보호하기 위해 약간의 테이퍼를 가집니다.
• 해결책: 인쇄물에 엄격한 직각도가 요구되는 경우, “고정밀 90°” 또는 “진정한 90°” 바디 및 인서트를 지정하거나, 솔리드 카바이드 피니셔 가공을 위해 0.5mm(0.020″)의 재고를 남겨두십시오.

C. 확장 플루트 / 옥수수 알갱이 커터

• 가장 적합한 대상: 깊은 어깨 (깊이 > 공구 직경의 3배).
• 고통 포인트: 높은 진동 민감도.
• 전략: 칩 분할기 형상의 인서트를 사용하여 절삭력을 분산시켜, 전력 소모와 진동을 현저히 감소시킵니다.

핵심 기술: 클라임 밀링 대 기존 밀링

엔지니어링 관점에서 볼 때, 핵심적인 차이는 등반 및 일반 밀링 칩 두께 변동률과 그로 인해 발생하는 전단면의 물리적 특성에 있습니다.

A. 클라임 밀링(다운 밀링) – 이상적인 전단 상태

클라임 밀링에서는 커터가 같은 사료와 같은 방향으로.

• 칩 형성 역학 (두꺼운 칩에서 얇은 칩으로):
  • 날은 최대 칩 두께($h_{max}$)에서 재료에 접촉한다. 이는 공구가 즉시 금속을 파고들어 전단 변형을 즉각적으로 시작함을 의미한다.
  • 마찰 제로: “축적” 단계가 없기 때문에 절삭날이 표면을 미끄러지지 않아 가공 경화를 효과적으로 제거합니다.
• 열역학:
  • 절삭 열의 대부분은 전단 영역에서 발생합니다. 칩이 두껍고 빠르게 형성되기 때문에 열은 칩 자체 내에 집중되어 배출됩니다. 공작물과 공구는 상대적으로 차갑게 유지됩니다.
• 힘 벡터 분석:
  • 절삭력의 수직 성분은 아래쪽을 향합니다. 이는 공작물을 작업대나 고정 장치에 눌러대어(시스템 강성을 증가시킴) 박판 가공 시 진동을 감쇠시킵니다.
• 고장 모드:
  • 주로 예측 가능한 측면 마모.

B. 일반 밀링(상향 밀링) – 마찰과의 싸움

일반 밀링 가공에서는 커터가 회전한다 반대하여 이송 방향.

• 칩 형성 역학 (얇은 것에서 두꺼운 것으로):
  • 접촉 시 이론적 칩 두께는 제로이다. 공구는 즉시 절삭할 수 없으며, 대신 다음과 같은 단계를 거친다. 문지르기 및 경작.
  • 임계 두께: 진정한 전단 변형은 축적된 압력이 재료의 항복 강도를 초과한 시점에서 비로소 시작된다. 이 시점 이전에는 재료가 극심한 압축과 마찰에 노출된다.
• 열역학적 재앙:
  • 마찰 단계에서는 극심한 마찰열이 발생합니다. 이 열은 공작물 표면(열 변형 유발)과 공구 날(마모 가속)로 직접 전달됩니다.
  • 작업 경화: 스테인리스강과 초합금의 경우, 마찰 효과로 인해 표면 피막이 순간적으로 경화되어 후속 절삭날이 더 단단한 재료를 절삭하게 되며, 이는 악순환을 초래합니다.
• 힘 벡터 분석:
  • 수직 방향 힘 성분은 위쪽으로, 공작물을 작업대에서 들어 올리려는 시도가 발생합니다. 이는 탁월한 클램핑 힘을 요구합니다.

C. 의사결정 매트릭스: 언제 규칙을 어겨야 할까?

어깨 밀링의 95%는 클라임 밀링을 사용해야 하지만, 특정 엔지니어링 시나리오에서는 컨벤셔널 밀링이 필요합니다:

시나리오	물리학 / 이성	권장 전략
주철 / 단조 스케일	클라임 밀링은 날이 단단하고 마모성이 강한 스케일에 충격을 가하도록 강제한다. 전통적인 도구가 부드러운 내부 매트릭스에서 절삭할 수 있도록 합니다 바깥쪽으로, 저울을 떼어내며.	거친 가공에는 일반 가공을 사용하십시오
역작용 (수동 기계)	볼 스크류가 없는 기계에서 클라임 밀링은 테이블을 커터 쪽으로 당겨서 예측 불가능한 이송과 파손을 유발합니다. 전통적인 유격을 제거하기 위한 저항력을 제공합니다.	반드시 기존 방식을 사용해야 합니다.
얇은 벽 보정	상승 공구는 공구를 밀어내어 (벽 두께 증가); 기존 공구는 공구를 당겨 (언더컷 발생).	대체 등반/통과 경로 변형을 균형 잡기 위해.

진입 전략

더 이상 추락하지 마! 표준 어깨 밀링 머신을 드릴처럼 곧바로 아래로 꽂아 넣지 마십시오. 이렇게 하면 하단 모서리가 손상됩니다.

• 램핑: 절단 경로를 따라 3°-5° 경사로 진입하십시오.
• 나선 보간법: 주머니를 열거나 시작 구멍을 만드는 가장 좋은 방법.

동적 밀링 가이드

깊은 어깨 가공(예: 깊이 30mm, 너비 15mm)의 경우, 기존 전략은 여러 번의 얕은 깊이 패스(예: 패스당 3mm)를 수행하는 것입니다. 이 방법은 비효율적이며 공구의 절삭날 일부만 활용합니다.

현대 공학 표준은 트로코이드 / 동적 밀링.

A. 전통적인 어깨 밀링이 모서리에서 실패하는 이유

도구가 직선 경로를 따라 90° 내부 모서리로 진입할 때:

1. 관여도 각도 급증: 공구와 재료 사이의 접촉각이 50%(90도)에서 100%(180도)로 순간적으로 점프합니다.
2. 부하 과부하: 절삭력이 두 배로 증가하여 심한 채터 현상과 진동을 유발합니다.
3. 열 트랩: 냉각수가 모서리까지 침투하지 못해 칩이 갇히게 되며, 이는 치명적인 절삭날 파손으로 이어집니다.

B. 동적 밀링의 핵심 논리

동적 밀링은 알고리즘을 사용하여 공구 경로(주로 나선형 또는 박리 운동)를 지속적으로 조정하여 일정한 접촉각을 유지합니다.

• 낮은 Ae (너비): 항상 최소한의 방사형 깊이(일반적으로 5-10mm)를 유지합니다.
• 높은 Ap (깊이): 공구 직경 200%-300%를 활용하여, 초경합금 엔드밀의 전체 플루트 길이를 활용합니다.
• 결과: 일정한 공구 하중과 신속한 열 배출로 놀라운 이송 속도를 실현합니다.

C. 실용적인 CAM 설정 가이드 (단계별)

Mastercam (Dynamic), Fusion 360 (Adaptive Clearing) 또는 NX (Adaptive Milling) 설정 가이드:

1단계: 축 방향 절삭 깊이(Ap) 최대화

• 설정: 설정됨 90% – 95% 공구의 플루트 길이.
• 이유: 마모를 절삭날 끝 부분에 집중시키지 않고 전체 절삭날에 고르게 분산시킵니다.

단계 2: 절삭 반경 폭 최적화 (Ae – 최적 부하)

• 설정: 설정됨 8% – 12% 공구 직경(강철) 또는 15% – 20% (알루미늄).
• 경고: 25%를 초과하지 마십시오. 그렇지 않으면 방사형 칩 얇아짐 효과가 감소하고 열이 급증합니다.

3단계: 이송 속도 보정값 계산. 동적 밀링에서 가장 간과되지만 중요한 단계입니다. 절삭 폭($Ae$)이 최소화되어 있기 때문에, 반경 방향 칩 얇아짐(RCT) 현상으로 인해 실제 칩 두께는 프로그래밍된 이송량보다 훨씬 얇아집니다. 이를 보정하지 않으면 공구가 “절삭”이 아닌 “마찰”을 일으키게 됩니다.

핵심 공식

• 변수 정의:
  • F（신규） (보정 이송 속도): CNC 또는 CAM에 입력하는 실제 프로그래밍 이송 속도(mm/min 또는 mm/z).
  • F（정상） (표준 이송 속도): 제조사에서 권장하는 재료별 이빨당 원본 이송량(mm/z). 예: 0.05 mm/z.
  • 애 (방사형 폭/스텝오버): 단계 2에서 설정된 측면 스텝오버 양(mm).
  • DC (공구 직경): 커터의 공칭 직경(mm).
• 계산 사례 연구:
  • 시나리오: φ12mm 엔드밀을 이용한 스테인리스강 가공.
  • 제조사 권장(Fnormal): 0.05 mm/z.
  • 스텝오버 설정 (애): 0.6mm (5% 직경).
  • 계산 단계:
    1. 반경 비율(Ae/Dc) 계산: 0.6 / 12 = 0.05
    2. 희석 계수 계산（√0.05）≈0.2236
    3. 공식 적용: (√0.05)≈0.2236
  • 최종 결과 (F-new): 프로그래밍해야 합니다 0.22 mm/z, 0.05 mm/z가 아닙니다.
  • 결론: 이송 속도는 증가됩니다. 4.4배, 그러나 공구는 여전히 안전한 0.05mm의 절삭 부하를 유지합니다.

단계 4: 최소 트로코이드 반경 설정

• 설정: 설정됨 10% – 20% 공구 직경의.
• 이유: 공구가 모서리에서 급격한 “정지 및 회전” 동작을 하지 못하도록 하여 기계의 유연한 동작을 유지합니다.

5단계: 미세 리프트

• 설정: 설정 0.2mm – 0.5mm 비절단 백 동작 시 리프트.
• 이유: 도구의 하단이 후퇴 시 마감된 바닥에 끌리는 것을 방지하여 열 축적을 제거합니다.

“불일치” 라인을 피하기

어깨 깊이가 플루트 길이보다 깊을 때(예: 100mm 깊이) 여러 번의 깊이 가공을 수행해야 하는 경우:

테이퍼드 벽: 황삭 가공 시 약간의 테이퍼를 남기고, 벽면을 곧게 하기 위해 최종 전단 스프링 패스를 수행하십시오.

벽 중첩: CAM에서 두 개의 깊이 패스를 블렌딩하기 위해 0.5mm 오버랩을 설정하십시오.

문제 해결 가이드

현장 문제 해결을 위한 “황금률”.

문제	가능한 원인	해결책
진동 / 채터링	1. 과도한 돌출부 2. 불량한 작업물 고정 3. Ae(너비)가 너무 큼	1. 가변 헬릭스 엔드밀 사용 2. 잔액 확인 3. 회전수(RPM) 감소, 이송량 증가 (감쇠를 추가함)
벽의 계단/불일치	1. 공구 변형 2. 좌석 배치 오류	1. “스프링 패스”(재고 감축 없음) 추가 2. 스핀들 런아웃 확인
불량한 바닥 마감	1. 와이퍼 날개 마모 2. 치아당 급여량이 너무 높음	1. 삽입물을 사용하십시오. 와이퍼 기하학 2. 피드는 와이퍼 평면 너비의 80% 미만이어야 합니다.
벽의 버	1. 무딘 도구 2. 부적절한 퇴출 전략	1. 삽입물/공구 교체 2. 사용하십시오 45° 롤오프 탈출 경로
마모된 가장자리	1. 불안정한 절단 2. 칩 재절삭	1. 더 강한 것으로 바꾸다 등급 2. 사용 에어 블래스트 (강철용) 칩 제거

재료별 팁 및 전략 (ISO 그룹)

A. ISO N – 알루미늄 및 비철금속

• 핵심 과제: 축적된 날(BUE) 및 칩 배출. 알루미늄은 “점착성이 강해” 플루트에 용접됩니다.
• 공구 형상:
  • 플루트 개수: 2개 또는 3개의 플루트. 높은 MRR을 처리하기 위해 큰 굴렛이 필수입니다.
  • 나선 각도: 높은 나선각(45° 또는 55°)로 절삭면에서 칩을 수직으로 배출합니다.
  • 코팅: 광택 처리된 플루트(코팅되지 않은) 또는 DLC/ZrN을 반드시 사용해야 합니다.
• 금지됨: 절대 AlTiN 또는 TiAlN 코팅을 사용하지 마십시오. 알루미늄 친화성으로 인해 즉시 칩 용접이 발생합니다.
• 전략: RPM을 최대로 올립니다. 고압 플러드 냉각수는 주로 칩을 씻어내기 위해 사용하며, 단순히 냉각만을 위한 것이 아닙니다.

B. ISO P – 탄소강 및 합금강

• 핵심 과제: 열 균열 및 크레이터 마모.
• 냉각수의 역설:
  • 러프닝: 강력히 추천합니다 에어 블라스트 (건식). 밀링 가공은 불연속 절삭 가공입니다. 절삭유는 “열충격”(급격한 가열/냉각 사이클)을 유발하여 초경합금에 미세 균열을 발생시킵니다.
  • 마무리: 냉각수(에멀젼)를 사용하여 칩을 제거하고 표면 마감을 개선하십시오. 이는 열 발생이 적기 때문입니다.
• 공구:
  • 코팅: 알티엔 또는 알크로뮴. 이들은 고온에서 보호용 알루미늄 산화물 층을 형성합니다.
  • 디자인: 경도가 높은 강재에서 고조파 진동을 억제하기 위한 가변 헬릭스/피치.

C. ISO M – 스테인리스강 (304/316)

• 핵심 과제: 일경화, 열전도율이 낮고, 강도가 낮으며, 내구성이 떨어진다.
• 황금률: “자르되 문지르지 마세요.”
• 전략:
  • 피드 속도 (fz): 각 이빨당 큰 이송량(일반적으로 >0.05mm)을 유지하여 날이 가공 경화된 표면 아래로 침투하도록 하십시오. 절대로 가벼운 이송량(예: 0.01mm)으로 공구를 아끼지 마십시오. 그렇지 않으면 표면이 유리질화됩니다.
  • 머무름 없음: 도구를 계속 움직이십시오. 모서리에 오래 머무르면 즉시 국부적인 경화가 발생합니다.
  • 냉각수: 윤활성과 냉각 성능을 위해 고농도 유화액(>8% 농도)이 필수적이다.
• 밀링 모드: 클라임 밀링은 필수입니다. 기존 밀링 공정의 초기 마찰 단계에서는 즉시 단단한 표면층이 형성됩니다.

D. ISO S – 티타늄 및 초합금

• 핵심 과제: 열 집중. 티타늄은 칩으로 열을 전달하지 않으며, 열은 공구 날에 머무릅니다.
• 동적 전략:
  • 방사형 깊이 (애): 제한 <30% 직경. 칩 얇게 가공을 활용하여 방열을 위한 접촉 길이를 증가시킵니다.
  • 아크-인: 절삭 방향으로 항상 아크를 그리며 진입하십시오. 직선 진입은 부서지기 쉬운 카바이드 날을 충격으로 손상시킵니다.
  • 속도 제어: 표면 속도(Vc)에 극도로 민감합니다. 일반적으로 제한됩니다. 60-100 m/min. 이를 초과하면 공구 수명이 즉시 소멸됩니다.
• 도구 기능: 높은 절삭각, 높은 플루트 수(저속 회전 시 테이블 이송량 증가를 위해), 그리고 강도를 위한 큰 모서리 반경(re).

E. ISO K – 주철

• 핵심 과제: 마모 및 분진.
• 전략:
  • 건식 가공: 강력한 진공 추출과 함께 적극 권장합니다. 철분 가루 + 냉각수 = 가공 경로를 파괴하고 공구를 손상시키는 연마성 슬러리(연마 페이스트)를 생성합니다.
  • 코팅: 두꺼운 CVD 코팅 마모에 저항하기 위한 (TiCN/Al2O3) 또는 경질 PVD 코팅.
  • 항목: 주철은 종종 단단한 “표면층” 또는 스케일을 형성합니다. 첫 번째 패스에서는 스케일 아래에서 절삭하기 위해 일반 밀링을 사용하거나, 이송량을 20%만큼 줄이십시오.

필수 공식

매개변수 조정을 위해 이들을 가까이에 두세요:

1. RPM 계산 (Vc = 표면 속도 m/min, Dc = 공구 직경 mm)

1. 테이블 공급 (분당 미터 / 분당 인치)(z = 플루트 수, fz = 이당 이송량)

1. 재료 제거율 (MRR)(ap = 절삭 깊이, ae = 절삭 폭)

결론

숄더 밀링은 속임수를 부린다. 단순한 기하학적 작업처럼 보이지만, 실제로는 CNC 가공에서 가장 복잡한 균형 잡기 작업 중 하나를 대표한다. 우리가 살펴본 바와 같이, 성공은 카탈로그 속도 차트를 맹목적으로 따르는 데 있지 않고, 방사형 힘(Fr)의 근본적인 물리학을 이해하는 데 있다.), 칩 형성 역학, 및 열 관리.

경쟁사를 지속적으로 능가하고 “초고층 건물” 수준의 탁월한 성과를 달성하려면 다음 세 가지 핵심 원칙을 기억하십시오:

1. 군대를 존중하라: 90° 리드 각도가 발생하는 막대한 방사형 편향을 이해하십시오. 이를 적절한 공구 형상(가변 헬릭스), 올바른 밀링 방향(클라임), 그리고 견고한 공작물 고정으로 상쇄하십시오.
2. 역동성을 포용하라: 깊은 어깨 가공에는 기존의 정적 공구 경로가 더 이상 적합하지 않습니다. 동적 밀링(HEM)을 통해 솔리드 카바이드 공구의 잠재력을 최대한 활용할 수 있으며, 공구 수명을 300% 이상 연장하는 동시에 가공 주기를 획기적으로 단축합니다.
3. 물질 지능: 모든 재료를 고유한 적대자로 간주하라. 알루미늄에 효과적인 방법(고속 가공, 과도한 절삭유)은 탄소강(열충격 위험)이나 스테인리스강(가공 경화 위험)에는 치명적이다.

본 가이드에 제시된 전략, 공식 및 문제 해결 프로토콜을 적용함으로써, 단순히 금속을 절단하는 것이 아니라 예측 가능하고 고효율적인 공정을 설계하는 것입니다.

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자주 묻는 질문