밀링(Milling) 가공 완전 정복: 정의, 공정, 주요 작업 유형

밀링(Milling)이란?

밀링은 회전하는 커터(cutter)를 공작물(workpiece)에 전진시켜 재료를 제거하는 기계 가공 공정입니다. 밀링은 소형 개별 부품부터 대형 중량 그룹 밀링 작업까지, 다양한 작업과 기계를 포괄합니다. 정밀한 공차가 요구되는 맞춤형 부품 제작에 가장 널리 쓰이는 공정 중 하나입니다.

밀링은 하나 이상의 축에서 다양한 방향으로 수행할 수 있으며, 커터 헤드 속도와 압력도 조절 가능합니다. 다양한 공작기계로 수행할 수 있습니다. 밀링 공정에는 밀링 머신, 공작물, 지그(jig), 밀링 커터가 필요합니다. 공작물은 미리 형상이 잡힌 재료로, 지그에 고정되고 이는 밀링 머신 내 플랫폼에 장착됩니다.

밀링 커터는 날카로운 이(teeth)를 가진 절삭 공구로, 밀링 머신에 장착되어 고속 회전합니다. 공작물을 회전하는 밀링 커터에 이송시키면, 공작물에서 작은 칩(chip) 형태로 재료가 깎여 원하는 형상이 만들어집니다.

밀링은 주로 축대칭이 아니며 홀, 슬롯, 포켓, 3차원 표면 윤곽 등 다양한 특징을 가진 부품 제작에 사용됩니다. 밀링만으로 전공정 제작되는 부품은 주로 시제품용 맞춤형 패스너나 브라켓처럼 소량 생산되는 컴포넌트를 포함합니다.

밀링의 또 다른 용도는 다른 공정용 툴 제작입니다. 예를 들어 3차원 형상은 주로 밀링으로 만듭니다. 밀링은 다른 공정으로 기본 형상이 만들어진 부품에 정밀 특징을 추가하거나 다듬는 2차 공정으로도 자주 쓰입니다. 밀링이 제공하는 높은 공차와 표면 조도 덕분에 기본 형상이 잡힌 부품에 정밀 피처를 추가하는 데 이상적입니다.

밀링 공정 (Milling Process)

밀링은 밀링 커터를 사용해 공작물 표면에서 재료를 제거하는 절삭 공정입니다. 밀링 커터는 여러 개의 절삭 날을 가진 회전 절삭 공구입니다. 드릴링이 공구 회전 축 방향으로 전진하는 것과 달리, 밀링에서는 밀링 커터가 보통 자신의 축에 수직으로 움직여 커터 둘레에서 절삭이 일어납니다.

밀링 커터가 공작물로 들어가면 공구의 절삭 날이 재료에 들어갔다 나왔다를 반복하며, 각 패스마다 칩이 공작물에서 긁혀 나옵니다.

절삭 작용은 전단 변형(shear strain)입니다. 공작물에서 아주 작은 덩어리로 재료가 밀려나오며, 이들은 어느 정도 연결되어 칩을 형성합니다. 이로 인해 금속 절삭은 블레이드로 부드러운 재료를 자르는 것과는 조금 다릅니다.

밀링 공정은 수많은 개별적인 미세 절삭으로 재료를 제거합니다. 이는 다중 날 커터 사용, 고속 회전, 공작물을 커터에 천천히 이송하는 방식(대개 이 세 가지 조합)으로 달성됩니다.

사용되는 속도와 이송은 여러 변수 조합에 맞춰 조정됩니다. 공작물이 절삭 장치를 통과하는 속도를 이송 속도(feed rate) 또는 단순히 이송(feed)이라 하며, 주로 단위 시간당 거리로 측정하지만 회전당 거리나 커터 날당 거리로 표현하기도 합니다.

밀링 공정의 두 가지 주요 분류:

페이스 밀링(Face Milling)에서는 절삭 작용이 주로 밀링 커터의 끝 코너(end corners)에서 일어납니다. 페이스 밀링은 공작물에 평평한 면을 내거나 평평한 바닥의 캐비티를 가공하는 데 쓰입니다.

페리페럴 밀링(Peripheral Milling)에서는 절삭 작용이 주로 밀링 커터의 외주(periphery)를 따라 일어나며, 최종 밀링 표면의 단면이 커터 형상을 취하게 됩니다. 이때 밀링 커터의 날들을 공작물에서 재료를 배출시키는 역할로 볼 수 있습니다. 페리페럴 밀링은 깊은 홈, 나사산, 기어 이빨 가공에 적합합니다.

밀링 커터(Milling Cutter)란?

밀링 커터는 밀링 머신이나 머시닝 센터에서 밀링 작업을 수행하는 데 쓰이는 절삭 공구입니다. 머신 내부에서 재료를 움직이거나 절삭 다이에서 직접 재료를 제거합니다.

모든 밀링 머신에는 밀링 커터가 있습니다. 일반적인 밀링 공정에서 밀링 커터는 자신의 축에 수직으로 움직여 공작물에서 커터 둘레 부분으로 재료를 제거합니다.

밀링 커터의 목적은 공작물에서 재료를 제거하는 것입니다. 커터는 단일 날로 구성되지 않습니다. 선반 작업에서 단일 날 절삭 공구를 쓰는 것과 달리, 밀링 커터는 여러 절삭 날을 가집니다. 밀링 커터가 고정 공작물에 맞서 회전하며 재료를 긁어냅니다.

밀링 커터는 상당한 응력을 견디며 파손이나 손상 없이 버틸 수 있는 단단하고 강한 재질로 만들어지는 경우가 많습니다.

밀링 작업 유형 (Milling Operations)

공정 사이클 동안 공작물에 다양한 작업을 수행해 원하는 부품 형상을 얻습니다. 다음 작업들은 사용되는 밀링 커터 유형과 이 커터가 공작물에서 재료를 제거하는 경로에 따라 정의됩니다.

• 엔드 밀링 (End Milling). 엔드 밀은 이송 거리에 따라 페리페럴 컷이나 홈 가공을 수행해 프로파일, 홈, 포켓, 복잡한 표면 윤곽 같은 특정 피처를 가공합니다. 피처 깊이는 한 패스로 가공하거나, 더 작은 축 방향 절삭 깊이로 여러 패스를 거쳐 달성할 수 있습니다.
• 챔퍼 밀링 (Chamfer Milling). 챔퍼 커터는 공작물이나 피처 가장자리를 따라 페리페럴 컷을 수행해 경사면(챔퍼)을 만듭니다. 보통 45도 각도로, 부품 안쪽이나 바깥쪽, 직선이나 곡선 경로를 따라 가공할 수 있습니다.
• 페이스 밀링 (Face Milling). 엔드 밀로 공작물의 평평한 면을 가공해 매끄러운 표면을 만듭니다. 보통 아주 작은 엔드 페이스 깊이는 한 패스로, 또는 더 작은 축 방향 절삭 깊이로 여러 패스로 가공합니다.
• 드릴링 (Drilling). 드릴이 공작물 축 방향으로 관통해 공구 직경과 같은 구멍을 냅니다. 드릴링으로 일정 깊이까지 들어가는 막힌 구멍(blind hole)이나 공작물을 완전히 관통하는 관통 구멍(through hole)을 만들 수 있습니다.
• 보링 (Boring). 보링 툴이 공작물 축 방향으로 관통해 내부 면을 따라 절삭하며 다양한 피처를 만듭니다. 보링 툴은 단일 날 절삭 공구로, 조정 가능한 드릴 헤드로 원하는 직경으로 설정할 수 있습니다. 보통 구멍을 뚫은 후 직경을 확대하거나 더 정밀한 치수를 얻기 위해 수행합니다.
• 카운터보링 (Counterboring). 카운터보어 툴이 공작물 축 방향으로 들어가 기존 구멍의 상부를 공구 직경까지 확대합니다. 볼트 머리 등이 부품 표면 아래에 자리 잡을 공간을 만들기 위해 드릴링 후 수행합니다. 카운터보어 툴 끝에는 기존 구멍으로 정확히 안내하는 가이드가 있습니다.
• 카운터싱킹 (Countersinking). 카운터싱크 툴이 공작물 축 방향으로 들어가 기존 구멍 상부를 테이퍼진 구멍으로 확대합니다. 나사 머리가 공작물 표면과 플러시(flush)되게 공간을 만들기 위해 드릴링 후 수행합니다. 일반적인 카운터싱크 각도는 60°, 82°, 90°, 100°, 118°, 120°입니다.
• 리밍 (Reaming). 리머가 공작물 축 방향으로 들어가 기존 구멍을 공구 직경까지 확대합니다. 리밍은 최소한의 재료만 제거하며, 드릴링 후 더 정확한 직경과 매끄러운 내부 마감을 위해 수행합니다.
• 탭핑 (Tapping). 탭이 공작물 축 방향으로 들어가 기존 구멍에 내부 나사산을 깎습니다. 기존 구멍은 원하는 탭을 수용할 수 있는 탭 크기로 드릴링됩니다. 나사산은 구멍 내 특정 깊이(bottom tap)까지 또는 관통 구멍 전체 깊이에 걸쳐 깎을 수 있습니다.

자주 묻는 질문 (FAQs)

밀링은 회전 커터를 공작물에 전진시켜 재료를 제거하는 기계 가공 공정입니다. 하나 또는 여러 축에서 다양한 방향, 커터 헤드 속도, 압력으로 수행할 수 있습니다. 밀링은 소형 개별 부품부터 대형 중량 갱 밀링(gang milling) 작업까지 다양한 작업과 기계를 포괄합니다.

밀링 공정은 수많은 개별적인 미세 절삭으로 재료를 제거합니다. 이는 다중 날 커터 사용, 고속 회전, 공작물을 커터에 천천히 이송하는 방식(대개 이 세 가지 조합)으로 달성됩니다. 속도와 이송은 여러 변수 조합에 맞춰 조정됩니다.

밀링은 회전 커터를 공작물에 전진시켜 재료를 제거하는 기계 가공 공정입니다. 하나 또는 여러 축에서 다양한 방향, 커터 헤드 속도, 압력으로 수행할 수 있습니다. 밀링용 공작기계의 원형은 밀링 머신(흔히 밀이라 부름)입니다.