커스텀 밀링 & 터닝: 정밀 가공을 위한 초보자 가이드

기계의 회전 커터를 사용하여 소재를 제거하는 공정을 밀링(milling)이라고 합니다. 이는 커터가 공작물에 진입할 때, 그리고 축 또는 여러 축에서 방향을 변화시키고, 압력을 변화시키며, 커터 헤드의 속도를 변화시킴으로써 달성됩니다.

다양한 기계와 작업이 밀링이라는 설명 하에 포함됩니다. 이는 개별 소형 부품부터 매우 크고 중장비급 갱 밀링 작업까지 범위가 넓습니다. 밀링은 일반적인 부품을 가공하여 정밀한 공차를 달성하는 데 가장 일반적으로 적용되는 공정 중 하나로 꼽힙니다.

반면 터닝(turning)은 절삭 공구, 전통적으로 회전하지 않는 공구 비트가 공작물을 회전시키면서 선형 운동을 통해 나선형 공구 경로를 정의하는 가공 공정입니다. 터닝은 일반적으로 절삭 작용의 결과로 생성되는 외부 표면을 설명하는 용어로 사용됩니다.

이와 동일한 절삭이 내부 표면(구멍 등)에 사용될 때는 보링(boring)이라고 합니다. 이제 '터닝과 보링'이라는 문구가 선반 가공(lathing)이라는 더 큰 공정 클래스의 용어가 된 이유를 이해할 수 있습니다.

밀링 공작 기계 툴링

다양한 공작 기계가 밀링에 사용될 수 있습니다. 밀(mill) 또는 밀링 머신은 원래 공작 기계 제품군이었습니다. 1960년대 컴퓨터 수치 제어(CNC)가 발명되면서, 이 밀링 머신들은 머시닝 센터로 진화했습니다.

이 센터들은 툴 캐러셀 또는 매거진, 쿨런트 시스템, CNC 기능, 인클로저, 자동 공구 교환 장치로 보강된 밀링 머신들입니다. 이 머시닝 센터들은 나중에 수직(VMC) 또는 수평(HMC) 센터로 분류되었습니다. 밀을 터닝 작업과 선반의 라이브 툴링에 가끔 사용하면서 밀링이 터닝 세계에 통합되는 계기가 되었습니다.

이미 언급했듯이, 밀링은 밀링 커터의 작업을 통해 공작물 표면에서 소재를 제거하는 절삭 공정입니다. 이 밀링 커터는 여러 개의 절삭 포인트를 가진 회전 공구입니다. 이는 공구가 회전 축을 따라 앞으로 눌러지는 드릴링과 다릅니다. 밀링에서는 커터가 축에 수직으로 이동하므로 커터의 원주에서 절삭이 일어납니다.

휘트링(Whittling) 툴링

이 커터가 반복적으로 공작물에 진입하면, 절삭 날이 소재를 관통합니다. 각 반복 관통마다, 공구의 절삭 날 이빨 또는 플루트에서 매 패스마다 스와프(swarf) 또는 칩이 소재에서 떨어져 나옵니다. 이는 실제로 소재의 변형으로 볼 수 있는데, 공작물에서 소재의 미세한 부분이 덩어리 형태로 깎여 나가 결국 칩을 형성하기 때문입니다. 이러한 칩 형성은 금속 절삭을 다른 부드러운 소재의 절삭과 기계적으로 다르게 만듭니다.

밀링 공정은 여러 번의 작은 절삭을 통해 소재를 제거합니다. 이를 위해 여러 개의 이빨을 가진 커터를 사용합니다. 이 커터는 매우 높은 속도로 회전하거나, 소재가 커터를 향해 천천히 압착됩니다.

일부 공정은 커터의 다중 이빨, 고속 회전 커터, 소재의 느린 압착 이 세 가지를 모두 활용하여 밀링을 수행합니다. 공작물이 커터를 지나가는 속도를 이송 속도(feed rate) 또는 단순히 이송(feed)이라고 합니다. 이는 커터가 한 바퀴 완전히 회전할 때마다 소재의 길이로 측정됩니다. 이송과 속도는 조정 가능하며, 매우 다양한 변수에 맞춰 조정됩니다.

가공의 다른 끝: 터닝

터닝은 수동 또는 자동 두 가지 방식으로 달성할 수 있습니다. 수동으로 할 때는 선반 모드이며 지속적인 작업자 감독이 필요합니다. 자동화되면 지속적인 감독의 필요성이 사라집니다. CNC(컴퓨터 수치 제어)가 자동화된 터닝의 가장 일반적인 형태입니다. 터닝에서 절삭 공구는 보통 3개를 넘지 않는 여러 축을 통해 이동하는 반면, 공작물은 상대적으로 단단한 위치에 고정됩니다. 이는 매우 정밀한 깊이와 직경을 생성합니다.

선반은 터닝 공정에 일반적으로 사용됩니다. 이는 공작 기계 중 아마도 가장 오래된 것으로 여겨지며 다양한 유형으로 알려져 있습니다. 이들은 테이퍼 터닝, 직선 터닝, 외부 홈 가공 또는 프로파일링에서 볼 수 있습니다. 이를 통해 원뿔형, 직선형, 홈 가공된 또는 곡선형 모양 등 다양한 형태가 공작물에 생성되었습니다. 과거 선반은 매우 복잡한 기하학적 형태, 심지어 플라톤 입체까지 생산하는 데 사용되었습니다. 그러나 CNC 등장 이후 터닝 공정이 수동으로 수행되는 것은 드문 일이 되었습니다.

일반적으로 절삭은 단순한 단일 포인트 절삭 공구를 사용하며, 각 공작물 세트에는 시간이 지남에 따라 개발된 최대 각도 세트가 있습니다. 공구의 이동 축은 문자 그대로 직선일 수도 있고, 일련의 곡선 경로나 각도를 횡단할 수도 있습니다. 그러나 그 움직임이 직선이든, 곡선이든, 각도이든, 이 움직임들은 비수학적 의미에서 본질적으로 선형적입니다.

밀링과 터닝 사이

그렇다면, 만들고자 하는 부품을 제조하기 위해 밀링 공정을 사용해야 할지 터닝 공정을 사용해야 할지 어떻게 알 수 있을까요? 귀사의 작업에 가장 효율적인 공정이 무엇인지 분명히 알고 싶을 것입니다. 다른 말로 하면, 이는 두 가공 옵션의 차이점을 묻는 것과 같습니다.

이제 터닝에서는 고정된 절삭 공구를 사용하여 회전 척에 장착된 부품에서 소재를 제거합니다. 이를 고려할 때, 중심축을 기준으로 대칭인 부품을 가공하는 것이 훨씬 쉽습니다. 일반적으로 터닝된 부품은 밀링된 부품에 비해 더 저렴하고 더 빠르게 생산됩니다. 이는 제로 아워 파츠(Zero Hour Parts)나 기타 평판 좋은 회사 같은 프로토타입 머신 샵에서도 마찬가지일 것입니다.

그러나 밀링이 더 대중적인 가공 공정임에도 불구하고, 공구 접근성이 설계에 큰 걸림돌이 될 수 있습니다. X, Y, Z 세 개의 축만으로 작업해야 하므로 특정 영역에 도달하는 것이 불가능할 수 있기 때문입니다. 부품을 한 번만 회전하면 되는 상황이라면 문제가 되지 않습니다. 그러나 여러 번 회전해야 하는 상황에서는 가공 시간과 인건비를 증가시키는 문제가 발생합니다.

결론

터닝 작업과 밀링 작업의 기본적인 차이점은 터닝에서는 가공하려는 부품이 회전한다는 것입니다. 반면 밀링에서는 공구가 회전하면서 가공될 부품은 고정되어 있습니다. 터닝은 원통형 부품에 매우 적합하며, 실린더의 직경을 줄이는 데 사용됩니다. 이는 더 복잡하고 상세한 부품으로 대량 생산을 목적으로 할 경우, 터닝 머신을 사용하는 것이 더 낫다는 것을 의미합니다.