CNC 워크홀딩 스타일 선택 가이드: 핵심 고려사항

공작기계 조작자는 가공 작업을 위한 장치 설정 시 여러 변수를 고려해야 합니다. CNC 워크홀딩(workholding) 측면에서 10분 사이클 타임의 느슨한 공차 중복 부품을 고정하는 것과 10시간 사이클 타임의 타이트한 공차 특수 부품을 고정하는 것 사이에는 주요 차이가 있습니다. 가공 작업에 가장 적합한 방법을 결정하는 것은 효율적인 운영을 유지하는 데 필수적입니다.

CNC 워크홀딩 장치

이상적인 워크홀딩 장치는 쉽게 반복 가능한 셋업을 가집니다. 이 때문에 일부 기계에는 표준 워크홀딩 장치가 있습니다. 바이스는 일반적으로 밀링 머신에 사용되며 척(chucks)이나 콜렛(collets)은 선반 머신 가동 시 사용됩니다. 때로는 부품이 제대로 고정되도록 맞춤형 CNC 워크홀딩 셋업이 필요할 수 있습니다. 고정구(fixtures)와 지그(jigs)가 맞춤형 장치의 예입니다.

고정구와 지그

지그(jig)는 공작물을 고정, 지지, 위치 결정하고 절삭 공구를 특정 작업으로 안내하는 워크홀딩 장치입니다(보통 하나 이상의 부싱 사용). 고정구(fixture)는 본질적으로 같은 유형의 장치지만 주요 차이점은 절삭 공구를 지정된 작업으로 안내하지 않는다는 것입니다. 고정구는 일반적으로 밀링 작업에 사용되고 지그는 드릴링, 리밍, 태핑, 보링에 일반적으로 사용됩니다. 지그와 고정구는 표준 CNC 워크홀딩 장치보다 더 정밀하여 더 타이트한 공차를 이끕니다. 이들은 인덱서블(indexable)할 수도 있어 절삭 공구 이동과 공작물 이동을 모두 제어할 수 있습니다. 지그와 고정구는 동일한 기본 구성요소로 구성됩니다: 고정구 본체, 로케이터, 서포트, 클램프.

4가지 고정구 본체 유형

기본적인 고정구 본체 유형은 4가지입니다: 페이스플레이트, 베이스플레이트, 앵글 플레이트, 툼스톤.

• 페이스플레이트(Faceplates): 일반적으로 선반 작업에 사용되며, 구성요소가 페이스플레이트에 고정된 후 스핀들에 장착됩니다.
• 베이스플레이트(Baseplates): 밀링 및 드릴링 작업에 흔히 사용되며 작업대에 장착됩니다.
• 앵글 플레이트(Angle plates): 서로 수직인 두 플레이트지만 일부는 조정 가능하거나 공작물 각도를 변경하기 위해 맞춤 제작됩니다.
• 툼스톤(Tombstones): 공작물을 작업대와 수직으로 향하게 하는 대형 수직 직사각형 고정구입니다. 툼스톤은 여러 부품을 수용하기 위해 두 면을 가집니다.

로케이터(Locators)

로케이터는 네 가지 기준으로 특징지어집니다: 조립식(assembled), 일체형(integral), 고정식(fixed), 조정식(adjustable). 조립식 로케이터는 고정구에 부착 및 제거 가능하며, 이는 고정구에 내장된 일체형 로케이터와 대조됩니다. 고정식 로케이터는 이동 구성요소를 허용하지 않으며, 조정식 로케이터는 나사 및/또는 스프링을 통해 이동을 허용하고 공작물 크기에 맞게 조정할 수 있습니다. 이들은 적절한 강성-조립 편의성 비율을 제공하도록 결합될 수 있습니다. 예를 들어 V-로케이터 고정구는 조립식과 고정식 로케이터의 조합입니다. 고정구에 고정될 수 있지만 이동 구성요소는 없습니다.

서포트(Supports)

서포트는 이름 그대로 공작물을 가공 공정 동안 지지하여 공작물 변형을 방지합니다. 이 구성요소는 로케이터 역할도 겸할 수 있으며 고정식, 조정식, 일체형, 조립식으로도 제공됩니다. 일반적으로 서포트는 제조 중 공작물 아래에 배치되지만 이는 공작물 형상, 작동 중인 기계, 절삭 공구가 접촉할 위치에 따라 달라집니다. 서포트는 다양한 모양과 크기로 제공됩니다. 예를 들어 레스트 버튼(rest buttons)은 공작물 아래쪽이나 옆에서 직렬로 사용되는 더 작은 서포트 구성요소입니다. 동시에 평행 서포트는 부품 양쪽에 배치되어 일반적인 지지를 제공합니다.

클램프(Clamps)

클램프는 물건을 강화하거나 고정하는 데 사용되는 장치로 다양한 모양, 크기, 강도로 제공됩니다. 바이스와 척은 이동식 조를 가지며 표준 클램프로 간주됩니다. 비전형적인 예로는 토글 클램프(toggle clamp)가 있는데, 지렛대 시스템의 받침점 역할을 하는 피벗 핀이 있습니다. 더 편리한 유형 중 하나는 파워 클램핑 시스템입니다. 파워 클램핑 방법에는 유압식과 공압식 두 가지가 있습니다.

유압 워크홀딩 시스템

유압 시스템은 액체 압축으로 동력을 얻어 파지력을 생성합니다. 이 유형의 파워 클램프는 일반적으로 더 큰 공작물에 사용되며 공압 클램프에 비해 보통 더 적은 공간을 차지합니다.

공압 클램프

공압 클램프는 압축 가스(보통 공기)에서 생성된 동력으로 파지력을 얻습니다. 이 시스템은 일반적으로 더 부피가 크고 작업대에서 더 적은 공간을 필요로 하는 더 작은 공작물에 사용됩니다. 파워 클램핑은 기존 클램핑보다 몇 가지 이점을 제공합니다. 첫째, 이 시스템들은 교체 시간을 절약하기 위해 빠르게 활성화 및 비활성화할 수 있습니다. 둘째, 부품에 균일한 압력을 가하여 오류와 변형을 방지하는 데 도움이 됩니다. 이들이 제기하는 중요한 단점은 시스템 비용이지만 이는 절약된 생산 시간으로 빠르게 상쇄될 수 있습니다.

따라야 할 핵심 지침

마지막으로 적절한 CNC 워크홀딩 고정구 또는 지그 셋업 선택 시 따라야 할 몇 가지 지침이 있습니다.

적절한 공차 보장

사용되는 워크홀딩 장치의 공차는 공작물 공차보다 20~50% 더 타이트해야 합니다.

허용 가능한 로케이팅 및 서포팅 부품 활용

로케이팅과 서포팅 부품은 마모를 방지하고 여러 번 사용해도 그들이 지지하는 공작물이 공차 밖으로 나가지 않도록 경화 소재로 만들어져야 합니다. 서포트와 로케이터는 쉽게 교체할 수 있도록 표준화되어야 합니다.

워크홀딩 클램프 올바른 위치 배치

클램프는 서포트 위치 위에 배치되어 클램프 힘이 서포트로 전달되어 공작물 변형 없이 통과하도록 해야 합니다. 클램프, 로케이터, 서포트는 절삭 힘을 부품 전체에 가능한 한 고르게 분산시키도록 배치되어야 합니다. 셋업은 쉬운 클램핑을 허용하고 많은 교체 시간을 요구하지 않아야 합니다.

가공 유연성 극대화

고정구 또는 지그 설계는 한 방향에서 수행할 수 있는 작업량을 최대화해야 합니다. 가공 작업 중 셋업은 강성 있고 안정적이어야 합니다.

결론

워크홀딩은 여러 다른 방식으로 수행될 수 있으며 가공 작업 중 부품을 성공적으로 고정하여 최종 결과가 공차 내에 있도록 하는 동일한 작업을 수행합니다. 이 워크홀딩의 품질은 크게 다를 수 있으며 일부 셋업이 다른 것보다 더 효율적일 수 있습니다. 예를 들어 직사각형 알루미늄 벽돌 중심에 작은 슬롯을 만드는 데 정교한 지그를 만들 이유가 없습니다; 바이스 그립으로도 충분합니다. 오퍼레이터의 CNC 워크홀딩 셋업 효율성과 효과를 극대화하면 교체 시간, 비용, 공차 외 폐기 부품 비용을 절약하여 생산성을 높일 수 있습니다.