CNC 기계
산업 제조
가공 부품은 어디에나 있으며, 그 이유는 명확합니다: CNC 가공은 다양한 금속과 플라스틱에 적합하며, 금형 없이 신속하고 경제적으로 부품을 제작할 수 있습니다.
3ERP에서는 공정한 가격과 짧은 납기로 가공 부품과 시제품을 제공하며, 다양한 분야의 고객과 협업해온 경험이 있습니다. 하지만 왜 사출 성형이나 3D 프린팅 부품 대신 가공 부품을 선택해야 할까요? 때로는 선택이 명백하지만, 때로는 결정하기 어렵습니다. 그리고 가공용 부품을 어떻게 설계해야 할까요? 사내 제작이든 외주 제작이든 말입니다.
이 가이드는 가공 부품의 기초를 다룹니다: 정의, 기업이 필요로 하는 이유, 최적 가공 소재, 일반적인 공차, 설계 방법 등.
가공 부품은 어디에나 있습니다. 작은 금속 패스너부터 항공기 엔진 부품까지, 모든 종류의 부품이 가공 공정으로 제작됩니다. 하지만 가공이 정확히 무엇이며, 가공 부품이란 무엇일까요?
가공 부품을 말할 때, 우리는 단순히 기계를 사용해 만든 물체보다 더 구체적인 의미를 지닙니다. 우리는 밀링 머신, 선반, 라우터 같은 절삭 기계를 사용해 제작된 부품을 의미합니다. 이 기계들은 작동 방식이 다르지만 근본 목적은 동일합니다: 날카로운 절삭 공구로 공작물이라 불리는 재료 블록에서 부분을 잘라냅니다.
이 정의 안에서도 가공 부품은 다양한 방식으로 형성될 수 있습니다. 가공 공정은 숙련된 기계 조작자(머시니스트)가 밀링 머신 같은 기계를 직접 조작해 공작물을 원하는 형상으로 절삭하는 수동 방식일 수 있습니다. 또는 모터 구동 CNC 기계가 컴퓨터 지시에 따라 자동으로 부품을 절삭하는 디지털 방식일 수 있습니다.
요즘은 복잡하거나 맞춤형 가공 부품의 대부분이 CNC 기계로 제작되지만, 특정 작업에서는 디지털 설계와 프로그래밍보다 빠를 수 있어 머시니스트가 여전히 수동 가공을 수행하기도 합니다.
가공 부품은 금속이나 플라스틱(때로는 기타 소재)일 수 있지만, 절삭 시 심하게 변형되지 않는 소재여야 합니다.
때로는 다른 제조 공정으로 제작된 후 가공되는 부품도 있습니다. 예를 들어 주조나 성형된 아이템에 나중에 특정 디테일이나 기능을 가공으로 추가할 수 있습니다. 이를 부분 가공 부품이나 후가공 부품이라 부를 수 있습니다.
기업, 제품 설계자, R&D 부서, 기타 전문가들이 가공 부품을 사용하는 데는 많은 이유가 있으며, 구체적 장점은 다음 섹션에서 설명합니다.
간단히 말해, 가공 부품은 단단한 소재 블록에서 깎아내므로 우수한 강도를 가지며, 다양한 형상과 두께로 제작 가능합니다. 매우 세밀한 특징을 가질 수 있고, 매우 다양한 소재를 사용할 수 있습니다. 금형이 필요 없으므로 소량의 가공 부품을 신속하게 제작할 수 있으며, 가공 속도를 낮추면 매우 엄격한 공차도 달성 가능합니다.
기업은 가공이 수십 년간 산업 표준으로 검증된 제조 기술이기에 가공 부품을 선택하기도 합니다. 따라서 가공 부품은 산업별 표준과 인증을 충족할 가능성이 높습니다.
가공 부품은 사출 성형 부품이나 3D 프린팅 부품에서는 불가능할 수 있는 특정 이점을 제공합니다. 주요 장점은 다음과 같습니다.
가공 부품의 주요 장점 중 하나는 최소 주문 수량 없이 구매 가능하다는 점입니다.
사출 성형 부품의 경우 금속 금형 제작이 필수적인데, 이는 오랜 시간과 수만 달러의 비용이 소요됩니다. 반면 가공 부품은 공작물 블랭크에서 직접 절삭하므로, 소량이나 단일 부품 주문도 비용 효율적입니다.
물론 대량의 (플라스틱) 부품이 필요하면 성형이 더 나을 수 있습니다. 하지만 고품질 부품을 MOQ 없이 제공하는 것은 가공이 거의 유일하며, 이는 소규모 기업, 소량 생산, 시제품 제작에 적합합니다.
일부 기업은 사출 성형 시제품을 주문하지만, 일반적으로 대기업만 감당할 수 있습니다. 금형 비용 때문에 시제품 제작이 지나치게 비쌀 수 있습니다.
가공 부품은 단일 제작이 가능해 시제품으로 적합하고 경제적입니다. 가공은 성형보다 훨씬 빠르므로, R&D 부서는 부품의 여러 버전을 빠르게 반복 제작해 테스트나 평가 후 생산으로 넘어갈 수 있습니다.
가공의 소재 다양성 덕분에 기업은 예를 들어 여러 금속 합금이나 복합 플라스틱으로 가공 부품을 주문해 테스트 조건에서 어떤 소재가 가장 우수한지 확인할 수 있습니다.
가공 부품은 다양한 형상과 크기를 가질 수 있습니다. CNC 가공은 얇은 벽과 테이퍼 같은 극단적인 성형 설계 제약을 받지 않기 때문입니다. 가공 부품은 두껍고 견고할 수 있지만, 특징은 미세하고 세밀할 수도 있습니다.
내부 구간과 깊은 채널 등 일부 제한은 있지만, 가공은 여전히 기하학적으로 가장 유연한 제조 공정 중 하나입니다.
반면 성형 부품은 얇은 벽이어야 하며 일반적으로 더 엄격한 설계 기준을 따라야 합니다.
설계 자유도 측면에서 최고로 여겨지는 3D 프린팅조차 오버행 회피 같은 제약이 있습니다. (복잡하고 뻗어 나가는 설계에는 광범위한 서포트 구조가 필요할 수 있으며, 이는 비용이 많이 드는 후공정으로 제거해야 합니다.)
가공 부품은 매우 높은 표준으로 제작 가능합니다. 더 중요하게는, 고객이 가공업자가 충족해야 할 공차를 지정할 수 있습니다. 즉, 가공업자나 기계 조작자는 엄격한 공차 부품과 개별 특징에 더 많은 시간을 들일 수 있습니다.
사출 금형도 엄격한 공차로 제작 가능하지만, 개별 성형품을 그만한 높은 표준으로 유지할 수는 없습니다. 금형 수명 말기에 생산된 성형품은 초기 제품만큼의 정밀도를 갖추지 못할 수 있습니다.
가공 부품은 성형 같은 다른 생산 공정보다 빠르게 제작됩니다.
이는 노동 집약적인 금형이 없기 때문이기도 하지만, 제조 공정 자체가 고효율이기도 합니다: 리니어 가이드 레일을 장착한 고속 가공 센터는 분당 약 4,000cm의 빠른 이송 속도를 가집니다(실제 가공은 이 속도로 하지 않습니다).
가공의 원스텝 특성과 CNC 가공 센터의 속도가 결합되어, 가공 부품은 (소량 생산 시) 가장 빠르게 제작되는 부품 중 하나이며, 시장 출시 시간 단축과 실용적인 신속 시제품 제작을 위한 납기 단축을 가능케 합니다.
CNC 가공 부품은 디지털 CAD 파일에서 제작되므로, 제작 직전 순간까지 디지털 설계를 변경할 수 있습니다.
이는 엔지니어가 가공 부품에 미세 조정을 가하거나 여러 버전을 만들고 싶을 때 R&D와 시제품 제작에 유용합니다. 또한 불량 부품 제작 가능성이 줄어들어 폐기물 감소에도 기여합니다.
이는 성형 부품 대비 가공 부품의 중요한 장점입니다: 금형은 쉽게 변경할 수 없으며, 막바지 변경이 필요할 경우 새 금형을 만드는 것은 막대한 비용 낭비입니다.
가공 부품은 블랭크라 불리는 단단한 소재 조각에서 깎아내며, 이는 일반적으로 주조나 압출된 상태입니다. 이는 예를 들어 3D 프린팅 부품보다 매우 강한데, 3D 프린팅은 한 층이 다음 층 위에 쌓이는 축 방향에서 훨씬 약할 수 있습니다.
많은 가공 부품은 성형 부품보다도 강한데, 성형 부품은 얇은 벽을 가져야 하므로 기계적 성능이 제한됩니다.
가공 부품은 흐름 자국, 제팅, 파팅 라인의 플래시 등 성형 관련 표면 품질 문제를 피할 수 있습니다. 적절한 후공정으로 가공 부품은 매우 높은 수준의 표면 마감을 달성할 수 있습니다.
가공은 후공정 전에도 3D 프린팅보다 훨씬 우수한 표면 마감을 제공합니다. 특히 FDM 프린팅은 부품 표면에 눈에 보이는 층 선을 남길 수 있으며, 이는 샌딩이나 화학 처리로 평활화해야 합니다. 가공 부품에는 이런 층 선이 없습니다.
설계는 항상 제조 공정(DfM) 원칙에 따라야 합니다: 사용할 제조 공정을 기반으로 부품을 설계하십시오. 가공용 부품은 3D 프린팅용 부품과 다르게 설계되어야 합니다.
다행히 가공 부품 설계는 몇 가지 규칙만 지키면 그리 어렵지 않습니다. 아래에 규칙을 정리했습니다.
언더컷은 공작물의 일부가 방해하여 표준 절삭 공구로 실행할 수 없는 절삭입니다. T자형 같은 특수 절삭 공구와 특별한 설계 고려가 필요합니다.
절삭 공구는 표준 크기로 제작되므로, 언더컷 치수는 공구와 매칭되도록 정수 밀리미터여야 합니다. (표준 절삭의 경우 공구가 미세하게 전후 이동 가능하므로 상관없습니다.)
언더컷 폭은 절삭 공구에 따라 3~40mm 범위이며, 깊이는 폭의 최대 2배까지 가능합니다.
언더컷을 완전히 피할 수 있다면 가공 부품을 훨씬 빠르고 수월하게 제작할 수 있습니다.
벽이 너무 두꺼우면 변형되는 성형 부품과 달리, 가공 부품은 특히 얇은 벽을 감당할 수 없습니다. 설계자는 얇은 벽을 피하거나, 얇은 벽이 설계에 필수적이라면 사출 성형 같은 공정을 사용해야 합니다.
가공 시 벽 두께는 금속 최소 0.8mm, 플라스틱 최소 1.5mm 이상이어야 합니다.
얇은 벽과 마찬가지로, 높은 돌출 구간은 가공하기 어렵습니다. 절삭 공구의 진동이 구간을 손상시키거나 정밀도를 떨어뜨릴 수 있기 때문입니다.
돌출 특징의 높이는 폭의 4배를 초과하지 않아야 합니다.
가공 부품 설계 시 홀과 캐비티가 절삭 공구에 의존한다는 점을 기억해야 합니다.
캐비티와 포켓은 캐비티 폭의 4배 깊이까지 가공 가능합니다. 더 깊은 캐비티는 필연적으로 필렛(둥근 모서리)이 생기는데, 이는 필요한 절삭 공구 직경 때문입니다.
드릴 비트로 만드는 홀도 드릴 비트 폭의 4배 이하 깊이가 적절합니다. 홀 직경은 가능하면 표준 드릴 비트 크기에 맞춰야 합니다.
나사나 볼트 같은 체결부를 위한 나사산은 직경의 3배보다 깊을 필요가 없습니다.
CNC 가공 부품은 기계의 빌드 엔벨로프 내에서 제작되므로 크기 제한이 있습니다. 밀링 부품은 400 x 250 x 150mm 이하, 선삭 부품은 Ø500mm x 1000mm 이하가 일반적입니다.
더 큰 치수는 더 큰 기계로 가능하지만, 제작 전 가공업자와 상의해야 합니다.
가공 부품은 금속과 플라스틱을 포함한 다양한 소재로 제작 가능합니다.
하지만 일부 소재는 다른 소재보다 가공하기 쉽습니다. 매우 단단한 소재는 절삭 공구로 관통하기 어렵고 공구 진동을 유발해 품질을 저하시킬 수 있습니다. 매우 부드럽거나 융점이 매우 낮은 소재는 절삭 공구 접촉 시 변형될 수 있습니다.
가장 일반적인 가공 부품 소재는 다음과 같습니다. 기타 소재도 제조업체 요청 시 가공 가능합니다.
금속: 알루미늄, 강철, 스테인리스 강(17-4, 인코넬 625 & 718), 마그네슘, 티타늄, 아연, 황동, 청동, 구리.
플라스틱: ABS, PC, ABS+PC, PP, PS, POM, PMMA(아크릴), PAGF30, PCGF30, 테플론, DHPE, HDPE, PPS, PEEK. (덜 일반적: PA GF50, PPS GF50.)
가공 부품은 가공 후 표면 질감과 외관을 변경하기 위해 처리할 수 있습니다. 마감은 기능적 또는 심미적일 수 있습니다.
가공 그대로(As-machined): 표면 마감 추가 없음. 많은 내부 비심미적 기능 부품에 적합.
비드 블라스팅(Bead blasted): 연마재를 분사해 무광 외관을 만듭니다. 거칠기 수준 조절 가능. 미세 특징에는 부적합할 수 있음(재료 제거로 형상 영향).
아노다이징(Anodized): 알루미늄 가공 부품에 적합한 전해 산화 피막 처리로, 내스크래치성 컬러 코팅 생성. Type II는 내식성, Type III는 더 두꺼워 내마모성 추가.
분체 도장(Powder coated): 분말 페인트를 분사하고 오븐에서 굽는 공정으로, 일반 도장보다 내구성 강한 내마모/내식성 층 형성.
가공 부품은 엄격한 공차로 제작 가능하며, 이는 다른 부품과 상호작용하는 중요한 기계 부품에 필요할 수 있습니다. 시제품과 비기계 부품에는 느슨한 공차를 선택할 수 있습니다.
| 공차 표준 | |||||||
| 공차 등급 | 전체 치수 범위 | ||||||
| 사양 | <<3, >0.5 | <<6, >3 | <<30, >6 | <<120, >30 | <<400, >120 | <<1000, >400 | <<2000, >1000 |
| F | ±0.05 | ±0.05 | ±0.1 | ±0.15 | ±0.2 | ±0.3 | ±0.5 |
| M | ±0.1 | ±0.1 | ±0.2 | ±0.3 | ±0.5 | ±0.8 | ±1.2 |
| C | ±0.2 | ±0.3 | ±0.5 | ±0.8 | ±1.2 | ±2 | ±3 |
| V | – | ±0.5 | ±1 | ±1.5 | ±2.5 | ±4 | ±6 |
가공 부품은 항공우주부터 의료까지 거의 모든 산업에서 사용됩니다. 일반적인 일상 및 범용 부품과 특정 산업 응용 분야를 소개합니다.
일반적인 가공 부품:
가공 가능한 항공우주 부품에는 시제품 엔진 부품, 연료 패널, 착륙 장치 부품, 엔진 마운트 등이 있습니다.
자동차 가공 부품에는 조명, 엔진, 변속기 및 조향 시스템 같은 기능 테스트 부품과 일회성 맞춤 부품이 포함됩니다.
가공된 티타늄과 스테인리스 강 부품에는 임플란트, 의료 기기, 메스 같은 수술 도구가 있습니다.
가공 부품은 가전제품과 가정용품에 사용됩니다. 스포츠 장비도 CNC 가공될 수 있으며, 많은 금속 및 플라스틱 가공 부품이 가전제품에 들어갑니다. 노트북 케이스, 커넥터, 소켓 등도 가공 가능합니다.
대소 기업을 막론하고 하드웨어 기업은 CNC 가공 니즈를 전문 업체에 외주하는 경우가 많습니다. 시제품이라도 공장 공간과 가공 장비 조작에 필요한 숙련 인력 때문에 사내 솔루션보다 제3자 CNC 가공 업체 활용이 합리적일 수 있습니다.
가공 부품 제작 업체 선정은 어려워 보일 수 있지만, 다음 요소와 관행에 집중하면 수월해집니다.
외주 가공 부품 제작을 주문할 때 다음 팁을 참고하면 도움이 됩니다.
CNC 기계
황동은 다양한 바람직한 특성 덕분에 여러 산업에서 널리 사용되는 금속입니다. 이 합금은 구리, 아연, 그리고 마그네슘, 철, 납 같은 다른 금속을 포함합니다. 이러한 금속들은 모두 황동의 특성에 기여하며, 특히 납의 함유는 가공성을 크게 향상시킵니다. 이 때문에 황동은 CNC 가공에 매우 적합한 소재입니다. 이 황동 CNC 가공 가이드에서는 황동의 특성과 맞춤형 황동 부품에 사용되는 다양한 황동 등급을 살펴봅니다. 또한 황동 제조의 응용 분야와 가공 프로젝트에 황동을 선택할 때 고려해야 할 요소들을 검토합니다. 황동의 어떤 특
CNC 기계의 기술 혁신이 가공 서비스를 더 쉽게 만들었다는 것은 더 이상 새로운 소식이 아닙니다. 더군다나 CNC 기계는 다양한 금속 및 플라스틱 소재와 호환되어 정밀하고 품질 좋은 부품을 생산합니다. 그러나 언더컷 부품 같은 까다로운 형상을 가공하려면 최상의 결과를 얻기 위한 몇 가지 핵심 고려사항과 노하우가 필요합니다. 따라서 이 가이드에는 CNC 가공 부품을 위한 언더컷 가공과 그 응용 분야에 대해 알아야 할 모든 내용이 담겨 있습니다. 언더컷 가공이란? 언더컷 가공은 가공 부품에 움푹 들어가거나 가라앉은 형상을 만