CNC 프로그래밍의 진화: 간결한 역사적 개요

제조 분야에서 CNC 가공만큼 다재다능한 공정은 드뭅니다. CNC(컴퓨터 수치 제어)는 컴퓨터를 통해 가공 작업을 자동화하는 방식입니다. 절삭형 CNC 가공에서 금속 조각은 컴퓨터에 프로그래밍된 사양에 맞춰 형상화되고 절단되어, 조작자나 감독자 없이도 높은 정밀도로 부품이 제작되며 가공 과정에서 인적 오류가 제거됩니다.

컴퓨터 제어 가공이 비컴퓨터화 가공보다 눈에 띄게 개선되었다는 건 놀라운 일이 아닙니다. 하지만 컴퓨터 수치 제어는 어디에서 왔을까요? 혁신과 기술은 300년도 안 되어 먼 길을 왔습니다. CNC의 간략한 역사를 살펴보겠습니다.

시작보다 좋은 곳은 없겠죠? 제임스 와트와 매튜 볼턴은 1760~70년대에 증기기관을 만들었지만 해머로 단조한 철을 사용해야 해 피스톤 틈으로 누설이 발생했습니다. 1775년 존 윌킨슨이 양단에 절삭 공구를 고정해 실린더 관통하는 최초의 공작기계로 널리 인정받는 보링 머신을 발명하기 전까지는 그랬습니다. 이 기계는 직경 50인치 실린더를 생산해 볼턴과 와트의 증기기관 효율을 높여 산업혁명을 견인했습니다.

1775년 존 윌킨슨이 최초의 공작기계를 발명해 더 효율적인 증기기관 탄생에 기여했습니다.

조금 더 거슬러 올라가 1725년 프랑스, 바실 부숑이 종이에 펀치 홀을 뚫어 데이터를 인코딩하는 방식으로 직기 제어법을 발명했습니다. 획기적이었지만 여전히 조작자가 필요했습니다. 1805년 조제프 자카드가 더 견고한 카드를 순차적으로 사용해 공정을 자동화했으나, 작업자가 카드를 '코딩'해야 했습니다: 손으로 구멍을 뚫는 방식으로. 본질적으로 직기는 카드를 '읽어' 실을 '선택'하고 후크가 통과하도록 예/아니오 기준(이진법)으로 제어했습니다.

펀치 카드는 1800년대 전신, 자동 연주 피아노 등 다양한 용도로 활용되었습니다. 허만 홀러리스는 전자기계식 용도로 사용했고 1896년 제표 기계 회사를 설립했는데, 이것이 오늘날의 IBM입니다.

이 시점에서 기계와 컴퓨터가 있으니 이들을 결합해야 했습니다. 이로써 서보메커니즘이 탄생했는데, 1896년 영국 H. 캘린더가 개발했습니다. 서보는 기계나 메커니즘의 성능을 자동으로 보정하는 장치입니다. 서보메커니즘은 피제어 장치, 명령 장치, 오차 검출기, 오차 보정기로 구성됩니다. CNC 가공에서 서보는 요구 공차 달성에 필수적입니다.

서보메커니즘이 있었음에도 항공우주 분야 적용까지 거의 50년이 걸렸습니다. 1942년 선구자 존 파슨스가 수치 제어(NC)를 헬리콥터 로터 블레이드 제작에 사용하기 시작했고, 1946년 엔지니어 프랭크 스툴렌을 고용해 공정을 완성했습니다. 스툴렌은 IBM 펀치 카드(여전히 수작업으로 펀칭!)를 사용해 로터 블레이드가 견딜 수 있는 응력을 더 정확히 결정하는 아이디어를 냈습니다. 그 직후 1949년 미 공군이 파슨스에게 정밀 항공기 날개 제작을 의뢰했습니다.

다음 진화는 1956년 MIT가 MIT의 수치 제어(NC) 머신과 연동되는 APT(자동 프로그래밍 툴) 언어를 개발하면서 왔습니다. 프로젝트 리더 더글라스 로스는 나중에 '컴퓨터 지원 설계'라는 용어를 만들었는데, 이것이 오늘날 CAD입니다. 다만 1957년 GE의 컴퓨터 과학자 패트릭 해너티가 프론토(Pronto) 언어를 작성해 이후 CAD 프로그램들이 사용하게 되면서 'CAD의 아버지' 칭호를 얻게 되었습니다.

CAD 소프트웨어를 통해 엔지니어는 복잡한 부품을 설계하고 정보를 직접 CNC 머신에 전송해 생산할 수 있습니다.

1960년대 컴퓨터가 소형화되면서 컴퓨터와 NC가 결합해 마침내 CNC가 탄생했습니다. 1970년대 느린 경제 성장 속에서 CNC는 비용 효율적 솔루션이 되었고, 애플 II와 매킨토시 같은 퍼스널 컴퓨터가 일상인들, 그리고 중요하게는 기계 조작자들의 손에 컴퓨팅 파워를 쥐어주면서 그 유용성은 더욱 커졌습니다.

오늘날 CNC는 가공의 한계를 계속 넓히고 있습니다. 장비가 한 가지 작업만 하던 시대는 지났습니다. 과거에는 밀링이나 터닝만 가능했지만, 이제는 여러 작업을 수행하고 최대 6축(미래 기술이 이 말을 언젠가는 구식으로 만들 것입니다)까지 작동하는 머신들이 있습니다.