프로젝트에 적합한 CNC 가공 선택하기

기원전 수백 년 전부터 물체 제작에 가공이 사용됐다는 증거가 있지만, 우리가 아는 컴퓨터 수치 제어(CNC) 가공은 18세기 증기를 사용해 생산 공정을 자동화하면서 시작됐습니다. 1940년대 후반 MIT 연구자들이 천공 종이 카드(수치 제어 기술이라고도 함)를 사용해 기계 움직임을 지시하는 최초의 프로그래밍 가능 가공 시스템을 개발했습니다. 20세기 중반 디지털 컴퓨팅의 붐은 제조 분야에 혁명을 일으켜 결국 오늘날의 고급 로봇 CNC 기계로 이어졌습니다.

CNC 가공은 금속, 플라스틱, 복합재, 폼, 심지어 나무까지 거의 모든 소재에서 높은 정확도의 일관된 품질 부품을 제조할 수 있게 해줍니다. CNC 가공은 고도로 자동화되어 있어 제조사에게 맞춤형 일회성 프로젝트와 중량 생산 런 모두를 비용 효율적으로 실행할 수 있는 방법을 제공합니다.

이 글에서는 다양한 종류의 CNC 가공과 특정 부품 및 응용 분야에 가장 적합한 유형을 안내해 드립니다.

CNC 가공 작동 원리

3D 프린팅 같은 적층 공정이 부품을 처음부터 만드는 반면, CNC 가공은 감산적입니다. 즉, 고체 블록( "블랭크" 또는 "공작물"이라 불림)에서 소재를 점진적으로 제거해 완제품을 만드는 역방향으로 작동합니다. CNC 기계는 디지털 설계 파일을 통해 지시되며, 이는 공작물을 어떻게 절삭해야 하는지에 대한 지침으로 변환됩니다.

컴퓨터를 사용해 가공 공정을 자동화하고 제어하면 제조사 생산성에 엄청난 향상을 줍니다. 여러 CNC 기계가 동일한 설계 파일을 사용해 여러 균일한 공작물에 동일한 일련의 절삭을 수행할 수 있어 인간 대응보다 훨씬 빠르게 부품을 만들 수 있습니다.

높은 재현성의 생산 공정인 CNC 가공은 제조 부문에서 근본적인 역할을 했으며, 급속 프로토타이핑의 탄생을 가능하게 한 주요 원인입니다. 천공 테이프와 컴퓨터 수치 제어 기술이 존재하기 전에는 부품을 손으로 가공해야 했습니다. 이는 필연적으로 최종 프로토타입 제품에 큰 오차 범위를 만들었고, 특히 기계가 대규모 수동 제조에 사용될 때 더욱 그랬습니다. CNC 가공은 공정에 더 큰 효율성을 도입해 제조에 혁명을 일으켰고, 급속 프로토타이핑과 균일한 품질과 속도의 대규모 생산을 가능하게 했습니다.

현대 CNC 가공은 고정밀 부품을 생성하는 다재다능한 제조 공정으로, 자동차 섀시와 비행기 엔진부터 정원 도구와 수술 장비에 이르기까지 다양한 산업 전반에 걸쳐 광범위한 제품을 만드는 데 유용합니다.

CNC 기계 유형

CNC 기계에는 3축과 다축 두 가지 유형이 있습니다.

3축 가공

3축 가공에는 CNC 밀링과 CNC 터닝 공정이 포함되며, 둘 다 공작물이 절삭되는 동안 절삭 장치를 세 개의 선형 축(좌우, 전후, 상하)을 따라 이동시킵니다.

CNC 밀링 기계에서는 공작물이 고정된 상태로 절삭 공구나 드릴이 고속 회전해 소재를 제거하며, 그 결과 높은 정확도의 부품이 생성됩니다. 기계는 프로그래밍하고 조작하기 쉽고, 단순한 기하학적 설계가 특징인 대부분의 부품을 만드는 데 사용할 수 있습니다.

그러나 절삭 공구와 드릴이 세 축만 따라 움직일 수 있기 때문에 특정 설계나 공작물 영역을 완료하거나 도달하기 어려울 수 있습니다. 공작물을 회전시키는 것이 종종 해결책이지만, 밀링 공정에서 부품당 여러 번 회전하면 제작 비용이 빠르게 증가할 수 있습니다.

반면 CNC 터닝 공정은 공작물을 회전하는 스핀들에 부착하고 선반을 사용해 부품을 성형합니다. 선반은 특히 대량 생산 런에 사용될 때 CNC 밀링 기계보다 더 빠르고 저렴하게 피스를 생산할 수 있지만, 주요 제한사항은 회전 대칭인 피스만 만들 수 있다는 것입니다. 이는 나사, 그릇, 의자 다리 같은 부품을 포함합니다.

다축 가공

다축 CNC 가공 제품군에는 인덱스 5축 CNC 밀링, 연속 5축 CNC 밀링, 라이브 툴링이 있는 밀-터닝 가공 세 가지 공정이 포함됩니다.

3축 가공과 비교해 다축 공정은 밀링과 터닝 공정 중 더 큰 이동 자유도를 가능하게 합니다. 3축 공정에서는 공작물이나 절삭 공구 중 하나만 회전(둘 다는 아님)하는 반면, 5축 공정에서는 둘 다 회전하고 세 선형 축을 따라 이동할 수 있습니다. 이는 더 복잡한 부품 제작 기회를 열지만, 다축 기계는 더 비싸고 전문 기계와 작업자가 필요합니다.

인덱스 5축 CNC 밀링은 가공 공정 중 절삭 공구가 세 선형 축만 따라 움직이면서 공작물이 두 회전 자유도를 가지기 때문에 3+2 CNC 밀링이라고도 불립니다. 5축 밀링의 주요 이점은 공작물이 작업 간 수동으로 재배치될 필요가 없어 복잡한 기하학을 가진 피스를 더 빠르고 정확하게 만들 수 있다는 점입니다.

연속 5축 CNC 밀링 기계는 각 작업 중 절삭 공구와 공작물이 동시에 회전하고 이동할 수 있게 합니다. 이는 다른 기술로는 비교 가능한 정확도로 복제할 수 없는 매끄러운 "유기적" 표면을 가진 극도로 복잡한 기하학을 만들 수 있게 합니다. 일반적으로 이는 부품당 가장 비싼 CNC 가공 형태입니다.

밀-터닝 CNC 센터는 CNC 선반 기계 요소와 밀링 공구를 결합합니다. 공작물은 선반처럼 회전하거나 특정 각도에서 공작물을 고정할 수 있는 스핀들에 고정됩니다(5축 CNC 밀링 기능과 유사). 이 높은 생산성과 기하학적 제조 다재다함의 조합은 원심 압축기와 캠샤프트처럼 비교적 느슨한 회전 대칭을 가진 부품을 만드는 데 이상적인 공정입니다.

다재다능하고 비용 효율적인 제조 솔루션

모든 CNC 가공 공정은 제조사가 다양한 소재에서 일관되게 정밀한 부품을 만들 수 있게 하지만, 서로 다른 기계의 축 수는 특정 종류의 부품 제작에 적합합니다. 예를 들어 단순한 설계는 3축 시스템으로 빠르고 저렴하게 만들 수 있는 반면, 5축 기계는 기하학적으로 복잡한 피스를 더 빠르고 정확하게 만들기에 적합합니다.

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