커터 보정 마스터하기: 정밀 CNC 가공을 위한 G41 vs G42

CNC 가공은 거대한 산업입니다. 2020년 기준 CNC 가공 시장 규모는 819.5억 달러로 추산되며, 2028년까지 1,284억 달러에 달할 것으로 예상됩니다.

이 성장은 기술 발전과 맞춤화 수요 증가로 인한 정밀 부품 수요 증가가 주도하고 있습니다. 더불어 항공우주, 의료, 군수 산업의 지속가능성 요구사항과 엄격한 표준도 한몫합니다.

기술과 고객의 높은 공차 요구가 수렴함에 따라 정밀 제조업체는 가용한 모든 도구를 충분히 활용해 기대를 충족해야 합니다. 적절한 소재 강도 특성 선택, 적절한 머신 선택, 적절한 툴링 품질 선택까지, 기업은 모든 부품에서 더 높은 정밀도를 달성해야 하는 압박을 받고 있습니다.

그러한 방법 중 하나가 커터 보상(Cutter Compensation) 사용입니다.

커터 보상이란?

커터 보상(커터 컴프, Cutter Comp) 또는 커터 직경 보상(CDC, Cutter Diameter Compensation)은 CNC 머신에서 프로그래밍된 경로 조정을 가능하게 해 머신, 공구, 소재 특성을 보정함으로써 더 높은 정밀도를 구현합니다.

공구 축 중심선에서 커터 날 끝으로 중심선을 이동시킴으로써, 프로그램은 공구 축 중심점이 아닌 기하학적 방식으로 오프셋 방향을 결정할 수 있습니다.

이 프로세스의 한 가지 장점은 직경이 다른 공구에 동일한 프로그램을 사용할 수 있다는 것입니다. 또한 공구 크기, 공구 마모, 공구 처짐(Deflection) 같은 이슈를 보정할 수 있어 품질, 정밀도, 다재다능함 측면에서 필수적입니다.

커터 보상은 정밀도를 위한 추가적인 가드 역할도 합니다. 많은 CAD 프로그램이 복잡한 부품의 공구 경로를 자동으로 계산합니다. 이는 CAD 소프트웨어로 정확히 수행되지만, 작업자가 다른 공구를 사용해 공구 교환 시간을 절약하는 것을 허용하지 않습니다. 또한 공구 마모를 보정해 약간 마모된 공구로도 부품이 정확히 절삭되도록 보장하지 못할 수 있습니다.

커터 보상은 커터 컴프 G코드를 사용해 수행할 실제 오프셋을 정의합니다. 이는 절삭 유형과 공구 크기에 따라 커터 직경 보상 또는 커터 반경 보상이 될 수 있습니다. 중심선은 항상 공구 반경을 기준으로 설정됩니다. 이보다 작으면 부품이 언더컷(Undercut)됩니다.

하지만 복잡한 부품 형상이나 윤곽에서는 공구 형상과 프로그래밍만으로 요구되는 정밀도로 절삭하지 못할 수 있습니다. 이때 커터 보상이 개입합니다. 절삭이 공구 반경과 같거나 작으면 공구 반경이 오프셋으로 사용됩니다. 공구 크기와 필요한 절삭이 반경보다 크면 공구 직경 오프셋이 중심선을 사용해 최적 경로를 결정할 수 있습니다.

언제 커터 보상을 사용해야 하는가?

CNC 머신은 G코드를 실행해 작업물의 공구 경로를 결정합니다. 하지만 종종 처짐이나 공구 마모를 고려한 미세 조정이 필요합니다. 커터 보상은 공구를 교체하거나 G코드를 다시 작성하지 않고도 미세 조정이 가능하게 합니다.

머신 컨트롤에 공구 직경을 수동으로 입력하면 공구 위치를 재보정할 수 있습니다. 공구를 교체하거나 캐리어에서 재배치할 필요가 없는 경우가 많습니다.

광범위한 윤곽이나 복잡한 형상을 가진 부품은 커터 컴프의 후보가 됩니다. 툴팁(Tool Tip) 논의에서 예시를 찾을 수 있습니다. 툴팁 중심의 좌표가 설정 좌표를 결정하는 경우가 많기 때문에, 프로그램은 절삭 날의 실제 좌표를 반영하지 않을 수 있습니다. 부품 치수가 팁에서의 절삭에 영향을 미치면 커터 보상을 사용할 수 있습니다.

커터 보상 사용 방법

커터 보상은 수동 프로그래밍 CNC 머신에서 효과적으로 사용할 수 있으며, 과도한 공구 교체와 기타 조정 없이 부품 정확도를 달성하는 좋은 방법입니다. 하지만 자동화된 CNC 머신도 정밀도를 위해 커터 컴프를 사용합니다. G코드를 사용하면 커터 보상으로 생산 시간을 단축하고, 실수를 수정하며, 수동 밀링을 줄일 수 있습니다.

CNC 머신은 G코드 지침을 읽어 공구를 공작물에 대해 어디에 위치시킬지, 공구 직경에서 얻은 반경을 기준으로 결정합니다. 이렇게 하면 작업자가 오프셋 테이블에서 커터 반경 보상을 수동 계산하는 대신 공구 직경을 입력할 수 있어 인적 오류를 줄이고 시간을 절약합니다.

조정 코드 중 일부는 다음과 같습니다:

• G41 코드는 공구 경로 왼쪽으로 왼쪽 보상을 허용합니다.
• G42 코드는 공구 경로 오른쪽으로 오른쪽 보상을 허용합니다.
• G코드 뒤에 따라오는 D 번호 코드가 연관된 경우, 오프셋에 직경이 사용됩니다. D 번호는 머신에 어떤 공구를 사용할지 알려주며, CNC 머신 컨트롤이 공구 직경을 사용해 오프셋을 계산합니다.

출처

코드가 없으면 프로그래밍은 공구 반경을 사용합니다. 이 구분 덕분에 필요한 절삭에 더 큰 공구를 사용할 수 있게 됩니다. 커터 반경 보상, 즉 오프셋을 CNC 머신이 수학적으로 결정할 수 있기 때문입니다.

클라임 밀링(Climb Milling)

필요한 공구 보상은 머신이 클라임 밀링을 사용하는지 일반 밀링을 사용하는지에 따라 달라질 수 있습니다. 클라임 밀링에서는 절삭 방향이 소재 공급 방향과 동일하며, 툴팁이 절삭 상단에서 공작물을 때립니다. 이 방식은 칩이 커터 뒤로 떨어져 재절삭이 적게 필요합니다. 전력 소비 면에서도 더 효율적이며 공구 수명이 최대 50% 더 깁니다.

클라임 밀링은 자동화된 CNC 머신에서 자주 사용됩니다. 백래시(Backlash)는 항상 고려사항이지만, 부품 가공이 더 수월합니다. 이 공정은 더 나은 표면 조도를 생성하고 더 적은 보상을 필요로 합니다.

일반 밀링(Conventional Milling)

대부분의 최신 CNC 밀링 머신은 클라임 밀링을 사용합니다. 하지만 공작물이 가공 경화를 요구하는 경우 일반 밀링이 필요할 수 있습니다. 이 방식은 열을 발생시키기 때문입니다. 또한 공구 마모가 더 심하고, 커터가 절삭 칩의 대부분을 잡아 작업 중에 재절삭합니다.

일반 밀링을 사용하는 수동 CNC 머신은 오프셋 테이블을 사용한 커터 보상 프로그래밍으로 많은 문제를 해결할 수 있습니다. 작업자는 공구 테이블에서 값을 선택해 입력합니다. 이는 공구 교체나 사양 달성을 위한 지속적인 재패스(Repass)의 수동 작업을 줄여줍니다.

출처: MachMotion

커터 컴프 사용의 다양한 방법

커터 보상의 유형과 목적은 필요한 동작 방향에 따라 달라집니다. 대부분의 CNC 머신은 X/Y 또는 X/Z 두 축에서 보상을 허용합니다.

절삭 공구 반경은 절삭 영역에 수직이어야 합니다. 커터 보상은 프로그래밍된 공구 경로와 공구 직경 대비 실제 공구 경로의 차이를 고려하는 데도 사용될 수 있습니다. 이 경우 보상은 동일한 공구 경로를 따릅니다.

예를 들어, 재연마된 커터를 사용해 연마 중 0.10mm 직경이 제거되었다면, 보상은 실제 반경과 양의 오프셋을 사용해 공구 경로를 다시 따라가며 추가 0.10mm를 보정 제거합니다.

커터 보상은 더 큰 직경의 공구를 고려하는 데도 사용됩니다. CNC 머신은 실제 공구 직경을 읽고 음의 값으로 조정해 더 큰 직경 공구가 직경 오프셋을 사용해 동일한 절삭을 할 수 있게 합니다.

자동화와 모니터링으로 커터 보상 더 쉽게

커터 보상은 자동화된 CNC 구동 머신과 수동 프로그래밍 머신 모두에서 사용됩니다. 하지만 관련 요소들을 고려해 보세요. 머신은 G41 또는 G42 코드로 프로그래밍되어 보상에 필요한 램프온(Ramp-on)과 램프오프(Ramp-off) 동작을 수행해야 합니다. 또는 G40 '해제' 명령이 따라와야 보상이 필요 없는 곳에서 발생하지 않습니다.

커터 보상이 정밀 부품을 보장하는 강력한 도구지만, 수동으로 수행하면 여전히 인적 오류에 노출됩니다. 예를 들어, 작업자가 P코드를 사용해 공구 반경을 수동으로 프로그래밍할 수 있습니다.

하지만 이는 공구 반경을 알고, 그것이 완벽한 상태임을 알고, 프로그래밍 요건을 이해해야 합니다. G41 또는 G42 코드를 사용하면 CNC 머신이 변수 측정에 기반해 커터 보상을 자동으로 적용하도록 프로그래밍할 수 있습니다. 이는 시간과 노동을 절약하고 공구 테이블을 사용한 수동 계산의 인적 오류 가능성을 줄입니다. 커터 보상을 자동화하면 머신이 더 정밀하게 작업을 완료할 수 있습니다.

툴링에서 최대 가치 끌어내기

공구 모니터링 솔루션을 활용하면 정밀 제조업체가 공구 수명을 더 잘 이해하고 최대한 활용하며, 치명적인 고장과 과도한 공구 교체로 인한 다운타임을 방지하고, 마모된 공구로 인한 스크랩 부품을 크게 줄일 수 있습니다.

금속 부품 제조업체인 BC Machining은 너무 많은 스크랩을 생산해 생산 목표를 달성하기 위해 머신을 200% 용량으로 가동해야 했습니다. 공구가 언제 마모되거나 파손될지 알 수 없어 BC Machining은 스크랩 생산과 파손 공구 교체로 상당한 비용을 누적했습니다.

스크랩 생산을 방지하고 공구 수명을 극대화하기 위해 MachineMetrics와 파트너십을 맺었습니다. BC Machining이 공구 마모로 인한 스크랩을 사실상 근절하고, 체인지오버 시간을 크게 단축하며, 머신당 연간 72,000달러를 절감한 방법을 사례 연구에서 확인하세요.

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