안녕하세요
오늘 CNC(MCT) 가공에 대해 총정리를 해 볼까 합니다
CNC(computer numerical control)는 흔히 공작기계 라고 합니다.
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다양한 절삭 공구를 사용할 수 있고, 다양한 재료를 정밀하게 제작할 수 있습니다.

CNC는 세상의 어떤 것 보다도 정교한 결과물을 내놓는 매력적인 도구입니다.

모든 작업은 컴퓨터를 통해 자동으로 처리되죠.

* CNC 가공 방식
1. CNC 대표주자 <CNC 밀링>

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밀링 머신은 바이스로 부품을 고정한 뒤 고속으로 회전하는 툴을 움직여 형상을 제조합니다.

대체로 X, Y, Z 축으로 움직이는 절삭 공구가 장착된 3축 밀링 머신이 사용됩니다.

3축 밀링 머신의 특징은 다음과 같습니다.
• 간단한 세팅으로 제조할 수 있습니다.
• 대부분의 제품을 제조할 수 있습니다.
• 날카로운 모서리 조형, 구멍 뚫기, 단차 생성 등에 능합니다.
• 다축 머신보다 비교적 낮은 수준의 품질의 제품을 생산합니다.
• 다축 머신보다 비교적 작업 효율성이 낮습니다.

일반적으로 3축 밀링 머신은 한 번의 세팅으로 한 면을 가공할 수 있기 때문에 설계적 제한 사항이 있습니다.

추가적인 면이 필요하다면 또 한 번의 세팅이 요구됩니다.
더 많은 인건비와 운용료가 필요하고, 최종 제품의 정밀도가 낮아질 수 있습니다.

하지만 허용 범위 외 오차를 발생시키지는 않기 때문에 일반적인 요구사항을 충족하는 데에는 문제가 없습니다.

다만 자동차나 우주항공 분야 처럼 한치의 오차도 허용하지 않는 초정밀 분야나, 유선형으로 제작해야 하는 경우에는 적합하지 않습니다.

이때는 4, 5축 밀링 머신 혹은 동시 5축 CNC 머신을 사용해야 합니다.
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장점
• 대부분의 간단한 형상의 부품을 생산할 수 있습니다.
• 비교적 정밀한 공차를 보장합니다.
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단점
• 공구 접근성에 한계가 있습니다.
• 입체 조형 시 공작물의 수동 재배치가 필요합니다.
• 제작하는 형상이 제한적입니다.

2. 저렴하게, 하지만 빠르고 강력하게. <선반>

선반 역시 CNC 기술의 주춧돌입니다. 스핀들에 고정된 대상물이 고속으로 회전하며 절삭 공구와 맞닿아 절삭되는 방식이 선반입니다.
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대상물의 회전 운동이 주된 동력이기 때문에 원통 형상을 제작하는 데 특화돼 있습니다.
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도자기를 만들 때 사용하는 물레를 떠올리면 됩니다.
선반은 원하는 형상을 제조하기 위해 절삭 공구를 X, Y, Z 축으로 이송합니다. 이송의 방향과 순서는 도면의 데이터와 코드화된 경로를 따릅니다.
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선반의 스핀들은 밀링 머신의 절삭 공구보다 훨씬 더 빨리 회전하기 때문에 생산성이 뛰어납니다. 또 밀링 보다 저렴해 산업에서 감초와 같은 역할을 담당하고 있습니다.
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선반의 가공 분야는 다음과 같습니다.

신속하고 다양한 생산이 가능한 선반 이지만, 그 한계점도 명확합니다.

원통 형상에 국한되기 때문입니다. 하지만 걱정 마세요. 선반 가공과 밀링 가공을 순차적으로 작업하거나 다축 CNC 머신을 이용하면 문제를 해결할 수 있습니다.

선반의 장단점을 숙지하고 프로젝트의 제조 프로세스를 점검해 보세요.

장점
• CNC 기술 중 생산 속도가 가장 빠릅니다.
• CNC 기술 중 생산 단가가 가장 저렴합니다.
• 정교한 대칭 형태의 생산이 가능합니다.

단점
• 회전 대칭의 형상만 제작 가능합니다.
• 간단한 부품의 형상만 제작 가능합니다.
• 추가적인 프로세스가 요구되는 경우가 많습니다.

3. 높은 자유도 < MCT 3+2 축 밀링 머신 >

1 + 1 = 3. 제조 업계에서는 성립될 수 있습니다.
혁신적인 아이디어와 숙련된 장인이 만났을 때의 시너지 효과를 상상해 보세요.

다축 CNC 머신은 전통적인 방식의 3축 머신에 축을 추가합니다.

더욱 정교하고 복잡한 형상을 제조할 수 있습니다. X, Y, Z 3개의 축이 선형으로 이송하는 것은 물론, 제품이 고정된 테이블과 절삭공구가 장착된 툴 헤드의 회전이 가능합니다.

이러한 5축 CNC 방식을 3 + 2축 CNC라고 합니다.
왜냐하면 X, Y, Z 축으로 이송하는 축에 추가적인 회전축이 삽입되기 때문입니다.

이러한 회전축은 상당한 자유도를 줍니다. 기존 3축 머신과 달리 공작물을 수동으로 재배치할 필요도 없습니다.

하지만 모든 기술이 그렇듯 5축 역시 한계점이 있습니다.
5축 머신은 가공이 진행되는 동안에는 X, Y, Z 3축으로만 이송할 수 있습니다.

필요시에 생산을 멈추고 공작물을 회전시킨 후 작업을 재개해야 합니다. 이로 인해 형상의 한계가 발생할 수 있습니다.
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장점
• 인력이 투입되어 수동으로 제품을 재배치할 필요가 없습니다.
• 주축과 정렬되지 않은 형상도 정밀하게 절삭이 가능합니다.
• 위의 2개의 장점으로 인해 리드 타임이 짧아집니다.

단점
• 3축 대비 높은 비용을 요구합니다.
• 표면 조도에 한계점이 있습니다.
• 툴이 닿지 않는 면을 절삭할 수 없습니다.
• 5축을 동시에 사용할 수 없기 때문에 절삭할 수 있는 형상에 한계점이 있습니다.

4. 곡선 처리에 능한 첨단 머신 < MCT 동시 5축 밀링 머신 >

5축 밀링 머신과 유사한 구조로 되어 있으나, 5개의 축을 동시에 움직이며 제조할 수 있습니다.

이러한 높은 자유도 덕분에 기존 방식으로는 불가능했던 형상을 손쉽게 제조할 수 있습니다.

동시 5축 밀링머신은 매끄러운 곡선 표현에 능합니다. 블리스크(블레이드와 디스크의 합성어), 임펠러(원심 펌프류의 부품)등을 만들어냅니다.

이 부품들은 얇은 유선형의 형태가 연속적으로 배열된 형상이라, 기존의 방식으로는 만들기가 어렵습니다.

동시 5축 밀링 머신만이 제조할 수 있죠.
공구의 접근성도 높습니다. 동시 5축 밀링 머신은 공구가 삽입될 최적의 각도를 실시간으로 설정할 수 있습니다.

덕분에 깊은 대상물의 바닥 면도 문제없이 절삭할 수 있죠.
반면 3축 밀링 머신이 대상물의 바닥 면을 조형하려면 긴 공구가 필요합니다.

공구가 길수록 안정성이 떨어지는데, 이는 곧 진동으로 인한 채터링 현상이 발생할 수 있다는 뜻입니다.

게다가 공구의 파손 위험이 높아지고 표면 조도의 저하가 발생하는 둥 품질과 직결되는 문제도 생깁니다.
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장점
• 복잡한 유기적인 형태를 조형할 수 있습니다.
• 높은 표면 조도를 가진 제품을 생산할 수 있습니다.
단점
• CNC 기술 중 비용이 가장 비쌉니다.
• 때에 따라 오버테크놀로지일 수 있습니다. (산업에서 생산되는 대부분의 형상이 3축 CNC0 혹은 3 + 2축 CNC를 사용합니다.)
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5. 밀링과 선반의 결합 < MCT 밀 터닝 머신 >
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밀 터닝 머신은 터닝(선반) 머신에 밀링 머신이 결합된 5축 CNC 머신입니다.

일반적으로 밀 터닝 머신은 보다 높은 정밀도를 위해 스위스식 선반 형태를 띠고 있습니다. (스위스식 선반은 대상물이 Z 축을 따라서 가공 위치로 이송됩니다.)

밀 터닝 머신의 스핀들은 대상물을 고정한 채로 정밀한 각도와 위치로 이송합니다.

동시에 스핀들과 절삭 공구가 함께 회전하며 형상을 조형합니다.
밀 터닝 머신은 선반의 높은 생산성과 밀링의 자유도 높은 표현력을 모두 가지고 있습니다.

5축 CNC 머신 중 가장 저렴한 단가로 생산할 수 있습니다.
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장점
• 5축 머신 중 비용이 가장 저렴한 편입니다.
• 높은 설계 자유도가 보장됩니다. 원통형 대칭에 가까운 부품 생산에 적합합니다.

단점
• 공구 접근성에 한계가 있습니다.

* CNC 가공 설계 하는 법
선반과 밀링은 장단점이 명확합니다. 그리고 상호 보완적입니다. 이 두 가지 공법을 각각의 도구라고 생각해 보세요.

선반과 밀링은 공작물 제작에 있어 매우 강력한 도구입니다.

모든 도구는 용도와 한계점을 명확하게 파악하고 있어야 진가를 발휘합니다. 아래의 글은 자칫 지루할 수 있습니다.

하지만 이 설계 가이드는 여러분의 제조를 지름길로 안내할 것입니다.

1. 대표적인 절삭 공법

1. Pocket Milling
• 대상물에 깊은 구멍을 생성하여 단차를 형성하는 방법입니다.
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2. Ramping
• 경사면을 생성하며 깎아내는 방법입니다.
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3. 3D Profile Milling
• 3차원 입체 조형으로 복잡한 형상을 유기적으로 절삭하는 방법입니다.
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4. Slot Milling
• 긴 직선의 단차를 깎아 조형하는 방법입니다.
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5. Face Milling
• 대상물의 넓은 표면을 평평하게 깎는 방법입니다.
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6. Shoulder Milling
• 대상물의 외벽을 90도의 각도로 깎아 내는 방법입니다.

2. 대표적인 절삭 공구
(플랫, 볼, 불) 헤드

• 홈파기, 포켓 생성, 수직 벽 깎기 등에 쓰입니다.
• 각기 다른 형태를 띠고 있으며 이 형태를 이용하여 구조를 생성합니다.

• 구멍을 뚫는 작업에 쓰이는 가장 빠르고 경제적인 툴입니다.
• 표준 규격 외의 지름을 가진 구멍은 맞춤으로 제작된 드릴을 이용하거나 플랫 헤드 등으로 추가적인 조형을 합니다.

슬롯 커터

• 공작물의 슬롯을 제작하는 데 쓰이는 툴입니다.
• 일반적으로 슬롯 커터는 절삭 날보다 샤프트가 좁아 T자 깎기가 가능합니다.
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탭

• 나사산을 형성하는 데 쓰입니다.
• 정교한 피팅을 위하여 정밀하고 일정한 안정성이 필요합니다.

페이스 밀링 커터

• 넓은 면을 고르게 깎는 데에 능한 도구입니다.
• 깎는 면적이 넓어 전처리 과정에 사용되기도 합니다.
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이상으로 CNC(MCT)가공 총정리 하면서
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