최적 제작을 위한 4가지 핵심 CNC 기계 유형 살펴보기

우리 회사 중간 이름인 'Fab'은 제작(Fabricating)을 뜻하며, 우리가 많이 파는 장비가 프레스 브레이크, 셰어, 레이저, 워터젯, 플라즈마 커터 등 제작 기계입니다. 제작 장비로 꽤 잘나가지만, 중고 CNC 기계 매매에도 강하고 우리 중 일부는 평생 CNC 기계와 일해 왔습니다.

서던 팹 세일즈(Southern Fab Sales)의 CNC 부문은 터닝과 밀링 같이 '칩 메이킹(Chip making)' 기계 도구로 흔히 분류되는 다양한 CNC(컴퓨터 수치 제어) 카테고리를 다룹니다. 금속을 절삭하며 칩을 만들기 때문입니다. 이 설명에 부합하는 CNC 기계 4가지 유형은 다음과 같습니다:

1) 터닝(Turning)

일반적으로 터닝 기계는 수평이며 공구의 단순 2축 제어로 시작합니다. 절삭 공구는 수동 장착 단일 툴포스트 스타일이거나 인덱싱 터렛에 장착된 일련의 공구일 수 있습니다. 이는 고정 헤드스톡(Fixed headstock) 원리로, 공작물을 척이나 콜렛에 고정하고 공구가 부품 주위를 움직입니다.

미국에서 팔리는 터닝 기계의 매우 높은 비율이 단순 2축 구성입니다. 대구경 부품(길이가 직경에 비해 보통 짧은)에 버티컬 터닝이 쓰이는데, 이는 별도 블로그에서 더 다룹니다.

밀링 기능도 공작물 스핀들의 'C' 회전축과 터렛의 회전/구동 공구로 활용 가능해 공작물에 다양한 밀링 피처를 포함할 수 있습니다. '밀턴(Mill-turn)' 선반의 추가 향상은 'Y' 축 추가로, 구동 공구가 스핀들 중심선 위아래로 움직일 수 있게 합니다.

위 개념에서 제2 스핀들을 메인에 대향해 추가할 수 있습니다. 제2 스핀들(서브 스핀들)은 메인 스핀들에서 절단된 부품을 픽오프(pick-off)해 부품 후면에 추가 가공이 가능합니다. 여기서 제2 터렛이 추가되면 공구 용량이 늘고 각 스핀들에 공구가 동시에 절삭돼 사이클 타임이 단축됩니다. 3개, 심지어 4개 터렛도 척킹 스타일 부품이나 바스톡 머신에 추가 가능합니다.

2축부터 12축 이상까지 CNC 선반은 최종 사용자 애플리케이션에 맞춰 활용됩니다.

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2) 스위스 터닝(Swiss Turning)

'슬라이딩 헤드스톡(Sliding headstock)' 원리는 바스톡 가동에 엄격히 적용되며, 보통 바스톡은 바가 통과하는 가이드 부싱과 밀착되도록 정밀 연마됩니다. 절삭 공구는 가이드 부싱 면 가까이 위치합니다.

터렛 스타일 선반 외에, 주로 단순 2축 터닝용 갱 스타일 선반과 바스톡에서만 복잡한 다축 부품을 만드는 스위스 스타일 선반이 있습니다. 스위스 기계는 '고정 헤드스톡 선반'에서 발생할 처짐 문제 없이 길고 가는 부품을 가공하는 독보적 능력을 가집니다.

3) 버티컬 CNC 밀링(Vertical CNC Milling)

대부분 CNC 밀링은 수직 평면에서 이뤄지며, 기본적인 2~3축 브리지포트 니 밀(Bridgeport knee mill) 스타일부터 전형적인 VMC(버티컬 머시닝 센터)의 X, Y, Z 축 운동까지 다양합니다.

VMC 기계는 툴 매거진과 자동 공구 교환 장치(ATC)를 갖춰 완료된 기존 공구를 제거하고 매거진에서 다른 공구로 교체합니다.

대부분 VMC는 BT나 CAT 같은 테이퍼 스타일 툴링을 쓰지만 HSK 같은 더 현대적 툴링(유럽 표준)도 쓸 수 있습니다. 공구가 스핀들에 클램핑되므로 고속 기계(10,000 RPM 이상)는 공구 밸런싱이 필요할 수 있습니다.

머시닝 센터 툴링은 버티컬과 호리젠탈 기계에 공통입니다.

로터리 테이블을 추가해 추가 축으로 더 많은 기능을 제공할 수 있습니다. 보통 4축이나 5축을 추가하고, 둘 다 추가하는 경우도 많습니다. 회전은 부품 측면이나 단면에 제공될 수 있습니다. 그 이상으로 로터리 틸트도 아래 그림처럼 테이블로 구현 가능합니다.

4) 호리젠탈 CNC 밀링(Horizontal CNC Milling)

버티컬 밀링과 마찬가지로 공구가 회전하고 공작물은 고정되지만 스핀들이 90도 회전합니다. 부품은 최소 X, Y 축으로 공구 주위를 움직이는 테이블에 장착됩니다.

X, Z 축에 장착된 로터리 축(4축)은 호리젠탈 머시닝 센터에서 매우 흔합니다. 호리젠탈은 아래 그림처럼 팔레트와 다중 팔레트 시스템 적용에도 적합합니다. 자동화는 호리젠탈 머시닝 센터의 핵심 이점으로, 머시닝 영역 밖의 팔레트를 스핀들 가동 중에 적재/하역할 수 있어 버티컬 머시닝보다 효율을 높입니다.