CNC 선삭의 기본
CNC 터닝은 회전하는 공작물에서 재료를 제거하는 절삭 가공 공정입니다. 수동 선반과 달리, CNC 터닝은 컴퓨터 프로그래밍을 사용하여 절삭 공구를 매우 정밀하게 제어합니다.
이 공정에서는 원재료를 척에 고정하고 고속으로 회전시킵니다. 원재료가 회전하는 동안 절삭 공구가 가공물 내부로 이동하여 원치 않는 재료를 절단합니다.
컴퓨터는 절삭 공구의 정확한 위치, 속도, 경로를 제어합니다. 이를 통해 공차가 엄격한 복잡한 원통형 형상을 제작할 수 있습니다.
대부분의 CNC 선삭은 선반이라는 기계에서 이루어집니다. 최신 CNC 선반은 선삭, 보링, 드릴링, 나사 가공 등 여러 작업을 단일 설정으로 수행할 수 있습니다.
CNC 선삭과 밀링의 차이점
CNC 터닝과 밀링은 모두 절삭 가공 공정이지만 작동 방식이 다릅니다. 터닝에서는 절삭 공구가 상대적으로 고정된 상태에서 공작물이 회전합니다. 밀링에서는 절삭 공구가 회전하는 반면 공작물은 고정되어 있습니다.
선삭은 중심축을 중심으로 대칭을 이루는 원통형 부품을 제작하는 데 적합합니다. 밀링은 평평한 표면, 슬롯, 윤곽이 있는 형상에 더 적합합니다.
원통형 물체를 가공할 때 터닝은 일반적으로 밀링보다 더 빠르게 부품을 생산합니다. 하지만 밀링은 대칭이 아닌 복잡한 기하학적 형상에 대해 더 많은 유연성을 제공합니다.
주요 차이점은 선삭은 회전하는 부품의 외경, 내경 또는 면에서 접근 가능한 재료만 절단할 수 있다는 것입니다. 반면 밀링은 여러 각도에서 재료에 접근할 수 있습니다.
CNC 선삭에 사용되는 일반적인 재료
CNC 선삭은 다양한 소재를 사용하여 다양한 응용 분야 요구 사항을 충족합니다.
궤조:
- 알루미늄(가공이 쉽고 가벼움)
- 강철(강도와 내구성에 따라 다양한 등급)
- 스테인리스 스틸(내식성)
- 황동(전기 전도성이 좋음)
- 티타늄(강도 대 중량 비율)
플라스틱:
- 델린/아세탈(내마모성)
- 나일론(견고성과 유연성)
- PEEK(고온 응용 분야)
- 폴리카보네이트(충격 저항성)
소재 선택은 부품의 강도, 무게, 비용 및 환경적 요인에 따라 달라집니다. 알루미늄이나 플라스틱처럼 부드러운 소재는 일반적으로 스테인리스강이나 티타늄처럼 단단한 소재보다 가공 속도가 빠르고 공구 마모가 적습니다.
선택한 소재의 경도, 연성, 열적 특성은 선삭 공정 중 절삭 속도, 공구 선택, 냉각 요구 사항에 영향을 미칩니다.
CNC 선삭 작업
CNC 선반은 금속 부품을 성형하기 위해 다양한 작업을 수행합니다. 각 작업은 특정 도구와 기술을 사용하여 나사산, 구멍, 표면 마감과 같은 형상을 만듭니다.
페이싱, 스레딩 및 보링
페이싱은 가공물 끝부분에 평평한 표면을 만듭니다. 원통형 부품의 완벽한 직각 끝이 필요할 때, 페이싱 도구가 회전하는 소재 위를 움직이며 얇은 층을 제거합니다. 이 작업을 통해 부품이 조립품에 정확하게 맞물리게 됩니다.
나사 가공은 가공물에 나선형 홈을 파서 나사나 나사 구멍을 만듭니다. 미터법, 영국식 단위 또는 맞춤 디자인 등 다양한 나사산 유형을 제작할 수 있습니다. 나사 가공 도구는 가공물이 회전하는 동안 정밀한 이송 속도로 움직이며 일관된 나사산을 형성합니다.
보링은 가공물의 기존 구멍을 확장하고 마무리하는 작업입니다. 이 작업은 구멍 직경의 정확도를 높이고 매끄러운 내부 표면을 만듭니다. 보링 공구는 캐비티 내부까지 도달하여 높은 정밀도로 재료를 제거하며, 종종 0.001인치(약 0.001인치) 이상의 공차를 달성합니다.
널링 및 드릴링
널링은 작업물 표면에 돌출된 패턴을 만들어 그립감을 향상시킵니다. 미끄러짐 방지 손잡이나 썸휠이 필요할 때, 널링 공구는 회전하는 소재에 압력을 가하여 마름모꼴이나 직선 패턴을 형성합니다. 이 과정은 소재를 제거하는 것이 아니라, 소재를 변위시키는 역할을 합니다.
드릴링은 회전하는 드릴 비트를 사용하여 가공물에 구멍을 뚫는 작업입니다. CNC 선반은 고정된 드릴이 앞으로 이동하는 동안 가공물이 회전하기 때문에 완벽한 중심 위치에 구멍을 뚫을 수 있습니다. 드릴 비트를 교체하여 다양한 크기의 구멍을 만들 수 있습니다.
CNC 기계는 재료 종류와 구멍 직경에 따라 속도와 이송 속도를 자동으로 조절합니다. 더 나은 결과를 위해 기계는 종종 펙 드릴링(peck drilling)을 사용합니다. 펙 드릴링은 드릴이 주기적으로 후퇴하여 칩을 제거하고 과열을 방지하는 기술입니다.
파팅 및 홈 가공
파팅은 가공물의 완성된 부분을 절단하는 작업입니다. 파팅 공구는 소재가 회전하는 동안 중심축을 향해 안쪽으로 이동하며, 소재가 분리될 때까지 좁은 통로를 만듭니다. 이 작업은 완성된 부품을 제거하여 선삭 작업을 완료하는 경우가 많습니다.
홈 가공은 가공물에 홈, 홈 또는 슬롯을 만듭니다. O-링, 고정 링 또는 장식용 홈이 필요할 수 있습니다. 홈 가공 공구는 특정 요구 사항에 맞게 다양한 너비와 모양으로 제공됩니다.
두 작업 모두 절삭 속도와 냉각에 세심한 주의를 기울여야 합니다. 과도한 열은 공구와 부품을 손상시킬 수 있습니다.
CNC 프로그램은 일반적으로 이러한 작업 중에 회전 속도를 낮추고 냉각수 흐름을 늘려 품질을 유지하고 도구 수명을 연장합니다.
CNC 터닝 머신
CNC 선반이라고도 하는 CNC 터닝 머신은 컴퓨터 제어를 통해 선삭 공정을 수행하는 특수 장비입니다. 이 기계는 가공물을 고정하고 회전시키는 동시에 절삭 공구가 재료를 제거하여 원하는 형상을 만듭니다.
CNC 선반의 종류
수평 선반 가장 일반적인 유형입니다. 공작물을 수평으로 고정하기 때문에 길고 원통형 부품을 가공하는 데 적합합니다. 일상적인 선삭 작업을 처리하는 많은 기계 작업장에서 이러한 유형의 공구를 찾아볼 수 있습니다.
수직 선반 작업물을 수직으로 놓으세요. 수평으로 지지하기 어려운 크고 무거운 부품에 적합합니다. 직경이 큰 부품에 매우 적합합니다.
스위스형 선반 작고 정밀한 부품용으로 설계되었습니다. 초소형 부품을 매우 정밀하게 가공할 수 있어 의료 기기 및 시계 부품 제작에 적합합니다.
다축 선반 4축 또는 5축으로 이동이 가능합니다. 이를 통해 단일 설정으로 복잡한 형상을 생성할 수 있어 처리 시간이 단축되고 정확도가 향상됩니다.
CNC 터닝 센터의 주요 특징
터렛 시스템 여러 개의 절삭 공구를 빠르게 회전시켜 원하는 위치로 고정할 수 있습니다. 공구 교체가 자동으로 이루어지도록 프로그래밍하여 작업 간 시간을 절약할 수 있습니다.
라이브 툴링 드릴이나 밀링 머신과 같은 회전 공구를 부품이 장착된 상태에서 작업할 수 있습니다. 이 기능을 사용하면 다른 기계로 옮기지 않고도 복잡한 부품을 완성할 수 있습니다.
파트 캐처 완성된 조각을 잘라내는 즉시 수집하세요. 작업자의 개입 없이 기계가 계속 작동할 수 있으므로 생산 효율이 향상됩니다.
제어 시스템 복잡성과 기능은 다양합니다. 최신 제어 시스템은 직관적인 인터페이스, 시뮬레이션 기능, 네트워크 연결을 제공하여 원격으로 생산을 모니터링할 수 있습니다.
자동 바 공급기 필요에 따라 새 자재를 공급합니다. 이 자동화를 통해 장시간, 심지어 경우에 따라 밤새도록 무인으로 기계를 가동할 수 있습니다.
CNC 선삭 프로그래밍
프로그래밍은 CNC 터닝 작업의 핵심입니다. 부품을 제작하기 위해 기계가 어떻게 움직여야 하는지 정확하게 알려주고 절삭 속도부터 공구 선택까지 모든 것을 제어합니다.
G-코드 이해
G 코드는 CNC 선반 기계가 이해하는 언어입니다. 기계에 무엇을 해야 하고 어떻게 움직여야 하는지 알려주는 일련의 명령입니다. 각 코드 줄은 특정 동작이나 움직임을 나타냅니다.
선삭에 사용되는 일반적인 G 코드는 다음과 같습니다.
- G00: 빠른 위치 지정
- 지01: 선형 보간(직선 절단)
- G02/G03: 원호 보간(호 생성)
- G70: 마무리 사이클
- G71: 거친 선삭 사이클
- G73: 패턴 반복 주기
G 코드를 작성하면 기본적으로 기계에 대한 단계별 가이드를 만드는 것입니다. 각 명령에는 공구의 이동 위치를 알려주는 좌표가 포함되어 있습니다.
모든 G 코드를 암기할 필요는 없습니다. 최신 기계에는 프로그래밍을 더 쉽게 해주는 유용한 인터페이스가 있습니다.
CNC 선삭의 CAM 소프트웨어
컴퓨터 지원 제조(CAM) 소프트웨어는 CNC 터닝 프로그래밍에 혁명을 일으켰습니다. G-코드를 수동으로 작성하는 대신 CAM 소프트웨어를 사용하여 자동으로 생성할 수 있습니다.
이 과정은 다음과 같습니다.
- 3D 모델을 CAM 소프트웨어로 가져오기
- 수행할 작업을 선택하세요
- 도구 및 절단 매개변수 선택
- 소프트웨어가 당신을 위한 G-코드를 생성합니다
선삭 작업에 널리 사용되는 CAM 소프트웨어로는 Mastercam, Fusion 360, ESPRIT 등이 있습니다. 이러한 프로그램은 코드를 기계로 전송하기 전에 절삭 공정을 시뮬레이션합니다.
이 시뮬레이션은 매우 중요합니다. 실제 절단을 시작하기 전에 잠재적인 문제를 파악하여 시간과 재료를 절약할 수 있습니다. 공구가 어떻게 움직이는지 정확히 확인하고 필요에 따라 조정할 수 있습니다.
CNC 선삭의 응용 분야
CNC 선삭은 다양한 산업 분야에서 정밀한 원통형 부품을 제작합니다. 이 공정은 중요한 응용 분야에서 높은 정확도와 일관된 품질이 요구되는 부품을 제작하는 데 탁월합니다.
항공우주 및 자동차 부품
항공우주 산업에서 CNC 선삭은 엄격한 안전 기준을 충족해야 하는 엔진 부품, 샤프트, 패스너를 생산합니다. 이러한 부품은 극한의 조건을 견뎌내기 위해 완벽한 균형과 정밀성을 요구합니다. 제트 엔진, 랜딩 기어, 제어 시스템에서 CNC 선삭 부품을 찾아볼 수 있습니다.
자동차 제조에서 CNC 선삭은 구동축, 피스톤, 브레이크 부품과 같은 필수 부품을 제작하는 데 사용됩니다. 이 공정을 통해 이러한 부품들이 차량의 정상적인 작동에 필요한 정확한 치수를 갖도록 보장합니다.
이러한 산업에 대한 혜택은 다음과 같습니다.
- 일관성 수천 개의 동일한 부품에 걸쳐
- 내구성 정확한 소재 선택을 통해
- 체중 감량 불필요한 자료를 제거하여
자동차 제조업체는 엄격한 허용 오차가 필요한 프로토타입 개발과 대량 생산 부품 모두에 CNC 선삭을 사용합니다.
의료기기 및 장비
CNC 선삭은 정밀성이 생명을 구할 수 있는 의료 기기 제작에 필수적입니다. 수술 도구, 임플란트, 진단 장비 등에서 CNC 선삭 부품을 찾아볼 수 있습니다.
일반적인 의료 적용 분야는 다음과 같습니다.
- 뼈 나사와 치과 임플란트
- MRI 및 CT 스캐닝 장비용 구성 요소
- 복잡한 기능을 갖춘 수술 도구
- 의료용 펌프 및 모니터용 정밀 부품
의료용 CNC 선삭에 사용되는 생체적합성 소재(티타늄, 의료용 스테인리스 스틸 등)는 부품이 인체에 사용해도 안전함을 보장합니다.
CNC 선삭은 의료 제조 과정에서 일관된 품질 관리를 가능하게 하며, 미세한 차이조차도 환자의 예후에 영향을 미칠 수 있습니다. 최신 CNC 선삭 기계의 정밀성은 이식형 기기에 필요한 매끄럽고 광택 있는 표면을 제작하는 데 이상적입니다.
CNC 선삭의 품질 관리
CNC 선삭에서 품질 관리는 부품이 사양을 충족하고 의도한 대로 기능하도록 보장하는 데 필수적입니다. 적절한 품질 관리는 값비싼 오류를 방지하고 고객 만족을 보장하는 데 도움이 됩니다.
허용 오차 및 표면 마감
CNC 선삭에서 공차는 완성된 부품의 치수에 허용되는 편차를 나타냅니다. 일반적인 선삭 공차는 표준 작업의 경우 ±0.005인치(약 0.16cm)에서 정밀 작업의 경우 ±0.0005인치(약 0.16cm)까지입니다.
표면 조도는 Ra(조도 평균) 값으로 측정됩니다. Ra 값이 낮을수록 표면이 매끄러워집니다. CNC 선삭은 거친 절삭의 경우 32 Ra부터 마무리 가공의 경우 8 Ra 이상까지 다양한 조도를 얻을 수 있습니다.
사양서에는 필요한 공차와 표면 마감이 명확하게 명시되어야 합니다. 이를 통해 기계공이 CNC 선반을 사용자의 요구에 맞게 정확하게 프로그래밍할 수 있습니다.
최신 CNC 터닝 센터는 생산 과정 전반에 걸쳐 정밀한 공차를 유지할 수 있습니다. 이러한 일관성은 수동 터닝 방식에 비해 중요한 장점입니다.
검사 및 품질 보증 방법
선삭된 부품은 품질 검증을 위해 다양한 검사 방법을 거칩니다. 일반적으로 사용되는 검사 도구는 다음과 같습니다.
- 마이크로미터와 캘리퍼스 치수 검사를 위해
- 표면 거칠기 테스터 마무리 검증을 위해
- 좌표 측정기(CMM) 복잡한 형상 검증을 위해
초도품 검사는 본격적인 생산에 들어가기 전에 첫 번째 부품을 철저히 검사하는 표준 관행입니다. 이를 통해 잠재적인 문제를 조기에 발견할 수 있습니다.
통계적 공정 관리(SPC)는 지속적인 생산 품질을 모니터링하는 데 도움이 됩니다. 샘플 부품의 측정값을 추적하여 문제가 발생하기 전에 추세를 파악합니다.
공작기계 프로빙 시스템은 가공 중에 공정 중 측정을 수행할 수 있습니다. 이를 통해 품질 검사를 자동화하고 실시간 조정이 가능합니다.
귀사의 품질 요구 사항은 적절한 검사 방법이 적용되는지 확인하기 위해 기계 공장에 명확하게 전달되어야 합니다.