컴퓨터 수치 제어(CNC) 가공은 제조업체가 플라스틱, 금속, 복합재를 포함한 다양한 소재에서 반복 가능하고 일관된 품질의 부품을 만들 수 있게 하는 현대적이고 효율적이며 자동화된 절삭 제조 공정입니다. 오늘날 CNC 가공 부품은 항공우주, 자동차, 의료 등 다양한 산업에서 찾아볼 수 있습니다.
CNC 기술의 기원은 역사상 몇 가지 다른 시점으로 거슬러 올라갑니다. 최초의 현대적 가공 도구는 1775년 산업가들이 더 일관된 정확도와 정밀도로 증기 기관 실린더를 생산할 수 있게 해주는 보링 도구를 개발했을 때 등장했습니다.
현대 컴퓨팅의 기술적 선구자들은 더 일찍인 18세기에 섬유 산업에서 등장했습니다. 1725년 바실 부숑(Basile Bouchon)은 종이 테이프의 구멍 시스템을 사용하여 데이터를 인코딩하기 시작했습니다. 수십 년 후인 1805년 조셉 마리 자카드(Joseph Marie Jacquard)는 종이 테이프를 튼튼한 펀치 카드로 대체하며 공정을 개선했습니다. 순서대로 묶인 펀치 카드는 직물이 베틀에 추가되는 방식을 지시하여 공정을 단순화하고 프로그래밍의 초기 사례 중 하나를 제공했습니다. 이 기계인 자카드 베틀은 어떤 의미에서 현대 컴퓨팅과 자동화 솔루션의 선구자입니다.
오늘날 CNC 가공이라는 우산 아래에는 여러 기술 공정이 포함됩니다.
작업자가 가공 지시를 입력하면 3축 CNC 기계는 절삭 공구를 사용하여 세 축을 따라 절단함으로써 입력된 작업을 수행합니다: X(좌우), Y(전후), Z(상하). CNC 밀링과 CNC 터닝은 3축 가공의 두 가지 일반적인 예입니다.
3축 CNC 밀링은 소재 블록(워크피스 또는 '블랭크'라고도 함)을 바이스나 기계 베드로 고정하는 것을 포함합니다. 이는 회전 드릴과 절삭 공구가 중앙 스핀들에 부착되어 소재를 제거하고 최종 구성요소를 형성하면서 워크피스를 고정된 상태로 유지합니다. 3축 CNC 밀링 기계는 프로그래밍하고 조작하기 쉽고 단순한 기하학적 설계의 대부분의 부품을 만드는 데 사용할 수 있습니다.
절삭 공구와 드릴이 세 축으로 제한되기 때문에 일부 설계 특징이나 블랭크의 영역은 완료하거나 도달하기 어려울 수 있습니다(예: 파격적인 모양이나 깊고 좁은 캐비티). 그러나 다중 셋업은 기계가 이러한 특징에 도달할 수 있도록 워크피스를 재배치하는 데 도움이 될 수 있습니다. 거의 모든 3축 가공 작업은 부품당 하나 이상의 셋업을 가지지만, 부품당 너무 많은 셋업은 생산 비용을 빠르게 증가시킬 수 있습니다. 기하학적으로 복잡한 부품을 가공하면 작업자가 워크피스를 수동으로 재배치해야 할 수 있으며, 이는 가공 속도에 영향을 주고 인건비를 증가시키며 인적 오류의 기회를 더 많이 만들 수 있습니다.
CNC 터닝 공정은 조금 다르게 작동합니다. 블랭크가 회전하는 스핀들에 고정되고, 선반이 공작물의 중심축을 중심으로 내외부 둘레를 형성하거나 구멍을 뚫습니다. CNC 선반의 가장 중요한 설계 제한은 회전 대칭 부품만 생성한다는 것입니다. 따라서 나사, 그릇, 의자 다리 같은 둥근 유형의 부품 제조에 이상적입니다. 이러한 유형의 둥근 부품에 대해 선반은 CNC 밀링 기계보다 더 빠르고 저렴하게 부품을 생산할 수 있으며, 특히 대량 생산 시 더욱 그렇습니다.
다축 가공 공정은 워크피스가 밀링되거나 터닝되는 동안 절삭 도구에 더 큰 이동 자유도를 허용합니다. 3축 공정은 블랭크나 절삭 공구 중 하나만 회전할 수 있지만, 5축 공정은 워크피스와 공구 모두 X, Y, Z 축을 따라 동시에 회전하고 이동할 수 있습니다. 5축 CNC 가공은 시간을 절약하고 의료, 석유 및 가스, 항공우주 산업에서 발견되는 것과 같은 복잡하고 정밀한 부품을 만드는 데 이상적입니다.
다축 CNC 가공 제품군에는 세 가지 공정이 포함됩니다:
부품에 대한 제조 공정을 선택할 때 3축 또는 5축 가공 중 어느 것이 더 적합한지 평가해야 합니다. 일반적으로 단순한 설계의 부품은 3축 기계를 사용하여 빠르고 저렴하게 만들 수 있는 반면, 5축 기계는 기하학적으로 복잡한 부품을 더 빠르고 정확하게 만드는 데 더 적합합니다.
예산이 제한적이거나 평평한 표면만 절단해야 한다면 3축 기계가 좋습니다. 더 저렴할 뿐만 아니라 3축 기계는 프로그래밍이 더 간단하므로 비싼 5축 프로그래머와 작업자와 협업하는 비용을 들이지 않아도 됩니다. 또한 3축 가공은 준비 시간이 더 짧습니다.
더 깊은 부품이나 복잡한 기하학의 부품을 생산해야 한다면 5축 가공을 사용해야 합니다. 5축 기계를 사용하면 수동 회전 없이 워크피스의 모든 면을 가공할 수 있습니다. 5축 가공을 사용하면 더 높은 수율, 더 높은 정확도, 증가된 이동 자유도, 더 큰 부품을 더 빠르게 제조할 수 있는 능력을 갖게 됩니다.
CNC 가공의 장점 중 하나는 이 공정이 많은 다양한 소재와 호환된다는 것입니다. 플라스틱과 금속이 가장 일반적인 두 소재군입니다. 여기에 여러분이 마주칠 가능성이 있는 일부 플라스틱과 금속을 소개합니다.
강철과 스테인리스강, 알루미늄, 황동, 청동, 티타늄, 구리 같은 연질 금속이 가장 인기 있는 가공 가능 금속입니다. 강철과 알루미늄이 가장 일반적으로 가공되지만, 각 금속 제품군은 서로 다른 물리적 특성과 가격대를 제공합니다.
부품이나 구성요소가 가공된 후 하나 이상의 마감 공정을 거쳐야 할 수 있습니다. 이러한 공정은 미적 결함 제거, 제품 외관 개선, 추가 강도 및 저항 제공, 전기 전도도 조정 등에 사용될 수 있습니다. 가공 부품의 일반적인 마감 공정은 아노다이징, 분체 도장, 비드 블라스팅입니다. 그러나 다른 마감이 필요하지 않을 때는 부품을 가공 상태 그대로(as-machined 또는 as-milled) 두는 것도 일반적입니다.
부품의 소재와 후처리 옵션 선택은 부품이 어떻게, 어디에 사용될지에 크게 의존합니다. 부품 소재와 표면 마감 선택을 위한 주요 최종 용도 고려사항은 다음과 같습니다:
예상대로 작동하는 고품질 부품을 설계하는 것은 도전의 절반일 뿐입니다. 부품을 효율적이고 비용 효율적으로 가공할 수 있어야 합니다. 제조 가능 설계(DFM)는 부품이 어떻게 만들어질지를 부품 설계와 통합하는 공정 프레임워크입니다. DFM은 제조에 필수적이며 생산 일정과 비용부터 운영 효율성과 부품 품질 자체까지 모든 것에 영향을 미칩니다. CNC 가공을 위한 가장 일반적인 설계 고려사항은 다음과 같습니다:
깊은 포켓:
깊거나 좁은 포켓과 슬롯 같은 특징은 제대로 가공하려면 더 긴 공구가 필요합니다. 그러나 더 긴 절삭 공구는 부러지기 쉽고 가공 진동(채터)으로 인해 정밀도가 떨어지는 경우가 많습니다. 깊은 특징은 일반적으로 제대로 가공하려면 여러 번의 절단이 필요하며, 이는 가공 시간과 생산 비용을 모두 증가시킵니다. 특히 마무리 패스를 완료하려면 더 작은 공구가 필요할 가능성이 높기 때문입니다. 슬롯이나 깊은 포켓을 가공해야 한다면 특징의 깊이를 가능한 한 줄이거나 포켓 단면적을 늘리는 것을 목표로 하세요. 포켓이나 슬롯의 깊이는 필요한 가장 작은 공구 직경의 3배를 넘지 않아야 합니다.
좁은 영역:
좁은 특징은 생존 가능한 절삭 공구의 크기를 제한합니다. 이는 길고 작은 직경의 공구가 채터와 파손에 취약하기 때문에 제조업체에게 도전이 될 수 있습니다. 깊은 특징과 마찬가지로 좁은 영역은 가장 작은 절삭 공구 직경의 3배 미만이어서는 안 됩니다. 이러한 특징의 깊이를 최소화하면 더 짧고 큰 직경의 절삭 공구를 사용할 수 있어 기계 채터를 줄이는 데 도움이 됩니다.
날카로운 내부 모서리:
CNC 엔드밀은 원형이어서 날카로운 내부 모서리를 가공하기 어렵습니다. 비트가 내부 수직 가장자리를 밀링할 때 항상 코너 반경을 남기기 때문입니다. 이는 부품이 제대로 맞물리지 않게 하거나 엔드밀이 공정 중간에 멈추게 할 수 있습니다. 날카로운 내부 모서리를 가공하는 방법도 있지만 이러한 공정은 비용이 많이 드는 경향이 있습니다. 일반적으로 가공 부품에는 날카로운 내부 모서리를 피해야 합니다. 내부 코너 반경도 의도된 절삭 공구의 반경보다 커야 합니다. 내부 반경을 절삭 공구보다 크게 설계하면 기계가 벽 사이에 매끄러운 전환을 만들 수 있습니다. 반면 내부 반경이 절삭 공구와 같은 크기면 기계가 방향을 갑자기 바꿔야 해 덜 매끄러운 마감이 됩니다.
접근 불가능한 특징:
카운터보어(다른 포켓 내부에 열리는 것)나 네거티브 드래프트가 있는 포켓처럼 내부에 열리는 특징들은 생산 팀에 상당한 도전이 될 수 있습니다. 이러한 설계 특징은 절삭 공구의 접근을 허용하는 것이 얼마나 어려운지에 따라 가공하는 데 훨씬 더 많은 시간이 걸립니다. 절삭 공구가 다른 특징에 의해 차단되지 않고 부품의 모든 특징에 자유롭게 접근할 수 있도록 하는 것이 중요합니다.
외부 필렛:
포켓, 보스, 슬롯 및 기타 특징의 상단 모서리를 따라 있는 외부 필렛(라운드 모서리)은 정밀한 가공 셋업이 뒷받침되는 맞춤형 절삭 공구를 필요로 하며, 이는 빠르게 비싸질 수 있습니다. 외부 모서리를 베벨링하거나 챔퍼링하면 이러한 비용을 피할 수 있습니다.
벽 두께:
얇은 벽은 금속과 플라스틱 부품 모두에 문제를 일으킬 수 있으며 가능한 한 피해야 합니다. 얇은 금속 벽은 채터에 더 취약하여 부품의 정확도와 표면 마감에 부정적 영향을 미칩니다. 얇은 벽의 플라스틱 부품도 뒤틀리거나 부드러워질 가능성이 더 높습니다. 금속 부품의 최소 벽 두께는 0.03인치(0.762mm), 플라스틱 부품은 0.06인치(1.524mm)여야 합니다.
평바닥 구멍:
평바닥 구멍은 가공하기 어려울 뿐만 아니라 후속 작업에도 어려움을 만듭니다. 일반적으로 제품 팀은 평바닥 블라인드 홀 대신 원뿔 모양 바닥을 만드는 표준 트위스트 드릴을 선호해야 합니다.
나사산 부품:
내부 또는 외부 나사산을 가공할 때 몇 가지 다른 설계 고려사항이 있습니다.
내부 나사산의 경우:
외부 나사산의 경우:
드릴 진입 및 퇴출:
워크피스 표면이 드릴 축에 수직이 아니면 드릴 팁이 소재와 접촉할 때 방황합니다. 고르지 않은 퇴출 버를 최소화하고 버 제거 공정을 간소화하려면 홀 특징의 시작면과 끝면이 드릴 축에 수직인지 확인하세요.
1. 부품을 단순하게 유지하세요
복잡한 설계나 제조 공정을 가진 부품은 여러 하류 효과를 가질 수 있습니다. 복잡성은 가공 시간과 비용을 증가시키고, 오류 기회를 도입하며, 최종 사용자가 구성요소나 부품의 정확한 용도를 이해하기 어렵게 만들 수 있습니다. 부품의 생존 가능성에 필수적인 특성과 설계 특징을 바람직하지만 비필수적인 것들로부터 분리하면 부품 설계와 가공 작업에서 불필요한 복잡성을 제거하는 데 도움이 됩니다.
2. 공구 형상과 셋업 방향을 염두에 두고 설계하세요
대부분의 CNC 가공 작업은 하나 이상의 셋업 방향을 필요로 하지만, 부품당 방향 수를 최소로 유지해야 합니다. 예를 들어 절삭 공구가 모든 특징에 접근하기 위해 워크피스를 세 번 뒤집어야 한다면, 각 셋업마다 부품 재장착, 기계 영점 설정(올바른 축 설정), 새 G-코드 프로그램 실행이 필요하므로 비용이 증가합니다. 5축 기계는 여러 셋업 없이 더 많은 특징에 도달할 수 있어 이 측면에서 더 유능하지만, 이는 특정 부품의 기하학에 따라 다릅니다.
필요한 절삭 공구 수를 최소화하는 것도 비용 절감 방법입니다. 가능한 한 반경을 일관되게 유지하여 내부 모서리를 가공하는 데 더 적은 공구가 필요하게 하세요. 마찬가지로 가능한 한 매우 작은 디테일은 피하세요. 더 작은 절삭 공구는 워크피스 깊숙이 절단할 수 없고 더 쉽게 부러집니다. 일반적으로 가공 가능한 가장 작은 내부 특징은 0.0394인치(1mm)지만, 구멍은 0.0197인치(0.5mm)까지 작을 수 있습니다.
3. 공차의 균형을 맞추세요
중요 치수를 신중하게 선택하세요. 모든 치수가 검사를 필요로 하거나 부품의 생존 가능성에 중요한 것은 아니므로 가장 필수적인 것들에 주의를 집중하세요. 특정 특징이 얼마나 정밀해야 하는지 결정하면 공차를 그에 맞게 조정하고 비용을 줄이며 제조 공정을 간소화할 수 있습니다. 공차가 여전히 가공 가능한 범위 내에 있고, 주어진 표준을 준수하며, 공차 누적을 고려하는지 확인하세요.
부품에 과도한 치수를 부여하는 것도 피하세요. 불분명한 부품 도면은 기하학적 치수 및 공차의 목적(의사소통을 명확히 하고 간소화하는 것)을 무효화합니다. Fast Radius에서는 도면 데이텀을 CNC 좌표계와 정렬할 것을 권장합니다. 가공과 측정 시스템 간에 일관된 데이텀 기준 프레임을 사용하는 것이 부품이 정확하게 위치될 가능성을 높입니다.
가능하면 모든 데이텀(측정 기준점으로 사용되는 점, 표면, 축)이 동일한 셋업을 참조하도록 하세요. 데이텀이 이전 셋업에서 가공된 경우 셋업 변경 후 엄격한 공차를 유지하기가 더 어려워집니다. 마지막으로 데이텀에 대해 신중하세요. 측정하기 쉬운 참조 데이텀을 선택하면 제조가 쉬워집니다.
4. 검사 수준을 맞춤화하세요
공차 균형 맞추기와 유사하게, 적절한 검사 수준을 전략적으로 적용하면 비용을 줄이고 생산 공정을 최적화할 수 있습니다. 일반적인 검사 옵션에는 부품 육안 검사, 수공구를 사용한 부품 치수 확인, 초도품 검사(FAI)(첫 생산 부품을 검사하여 모든 요구사항이 충족되었는지 확인) 등이 포함될 수 있습니다. 더 심층적인 검사는 더 많은 시간과 노동을 필요로 하여 제조 비용을 증가시킵니다.
검사하는 부품 수를 늘리면 생산 비용도 증가하므로 전체 주문에 대한 신뢰를 보장하기 위해 올바른 샘플링 계획을 선택하는 것이 중요합니다. Fast Radius에서는 기본 샘플링 비율이 ANSI ASQ Z1.4 Level 2를 기반으로 합니다.
5. 일반 재고 크기로 설계하세요
부품을 일반 재고 크기로 설계하면 워크피스에서 제거해야 하는 소재 양을 최소화하여 제조 공정을 간소화하는 데 도움이 될 수 있습니다. 예를 들어: 부품 표면이 재고 마감(125 μin Ra보다 거친 경우)을 유지해도 허용되고 가공할 필요가 없다면 부품 품질을 희생하지 않고 가공 시간을 줄일 기회가 있습니다.
이것이 다양한 소재의 일반 재고 크기를 아는 것이 중요한 이유입니다. 금속의 경우 일반적으로 시트, 로드, 바, 튜브 등 여러 재고 형태로 제공되며 길이, 너비, 두께, 직경 같은 치수에 따라 구매할 수 있습니다.
메트릭 크기는 아시아에서 더 일반적으로 구할 수 있고, 인치 크기는 미국에서 더 일반적으로 구할 수 있다는 점을 염두에 두세요.
6. 변형 위험 최소화
워크피스에서 많은 양의 소재를 제거하면 소재가 변형될 수 있습니다. 이는 변형을 방지하기 위해 가공 중 추가 공정이 필요하게 하여 비용을 높입니다. 플라스틱은 금속보다 변형 위험이 더 높습니다.
7. 소재를 신중하게 선택하세요
선택한 소재는 부품 전체 비용에 상당한 영향을 미칩니다. 예를 들어 금속은 일반적으로 플라스틱보다 비쌉니다. 부품을 과도하게 엔지니어링하지 말고 특정 등급이나 소재 인증서가 부품에 필요한지 고려하세요. 일반 소재가 부품 요구사항을 충족하거나 여러 소재가 허용된다면 더 저렴한 소재를 선택하여 비용을 낮추세요.
소재의 가공성도 고려해야 합니다. 예를 들어 강철은 일반적으로 가공하기 더 어려워 강철 부품은 가공하는 데 더 오래 걸리고 절삭 공구의 마모를 증가시키므로 비용이 더 높습니다.
많은 산업이 신뢰할 수 있고 정확한 부품을 생산하기 위해 CNC 가공 공정에 의존하며, 엄격한 사양과 규제 요구사항을 충족합니다. 항공우주, 자동차, 의료 기기, 전자, 상업용 부품 제조 분야가 포함됩니다.
항공우주 부품은 적절한 기능, 맞춤, 안전을 보장하기 위해 높은 품질, 테스트, 규제 표준을 충족해야 합니다. CNC 가공은 항공우주 제조업체가 필요로 하는 놀라운 정밀도와 고도로 전문화된 부품 범위를 만족하는 플라스틱과 금속 부품을 매우 엄격한 공차로 만드는 데 탁월합니다. 자동차 부품도 마찬가지입니다.
CNC 가공은 임플란트부터 수술 도구, 의료 전자 부품에 이르기까지 다양한 의료 기기를 만드는 데도 사용될 수 있습니다.
이러한 장치와 도구를 생산할 때는 추가 안전 표준과 요구사항이 적용되므로 주의와 정밀도가 중요합니다. 반도체와 전자 부품도 크기와 복잡성을 고려할 때 믿을 수 없을 정도로 엄격한 정밀도 요구사항과 공차 표준을 가집니다. 공정으로서 CNC 가공은 소재 제한이 거의 없어 실리콘 같은 전도성 소재와 함께 사용될 수 있습니다. 알루미늄 주물과 압출품부터 강철과 플라스틱 부품까지 많은 상업용 부품도 가공될 수 있습니다.
CNC 가공의 또 다른 일반적인 응용 분야는 툴링, 즉 생산에 사용될 다양한 구성요소, 도구, 기계, 마스터 패턴을 만드는 공정입니다. 툴링은 모든 제조와 몰딩 공정의 필수적인 부분으로 금형, 지그, 픽스처 같은 항목을 포함합니다.
Fast Radius에서는 CNC 가공 서비스를 통해 품질 부품을 간단하고 직관적으로 얻을 수 있습니다. 시작하려면 os.fastradius.com을 방문하여 부품 설계를 업로드하면 즉각적인 DFM 피드백을 받을 수 있습니다. 이 사이트는 또한 단일 직관적 인터페이스에서 설계와 주문을 관리할 수 있게 합니다.
Fast Radius를 선택하면 노련한 전문가 그룹과 협업하는 것입니다. 엔지니어, 고객 성공 매니저, 계정 임원, 비즈니스 전반의 다른 사람들로 구성된 우리 팀의 전폭적인 지원을 받을 수 있습니다. 또한 국내외 CNC 가공 옵션을 활용하여 품질을 희생하지 않고 프로젝트가 가능한 한 효율적으로 수행되도록 보장합니다.
오늘 문의하여 Fast Radius의 차이를 경험하거나 여기를 클릭하여 종합 가이드를 PDF로 다운로드하세요.
견적 요청하기
산업기술
엔지니어와 제품 팀은 금속 가공을 위한 많은 옵션을 가지고 있습니다. 부품 설계와 용도에 따라 절단, 접기, 전단, 스탬핑 등이 적절할 수 있습니다. 가장 널리 사용되는 금속 제조 방식 중에는 컴퓨터 수치 제어(CNC) 가공과 다이캐스팅이 있으며, 둘은 특정 유사점을 공유하지만 명심해야 할 주요 차이점도 있습니다. 다음 프로젝트에 CNC 가공 또는 다이캐스팅을 선택하기 전에 제품 팀이 알아야 할 모든 것을 소개합니다. CNC 가공이란? CNC 가공은 제조업체가 금속, 플라스틱, 목재, 복합 소재 등 거의 모든 소재로 중대량의 고정
아크릴은 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA)로도 알려져 있으며, 유리에 대한 대안으로 널리 받아들여지는 자연스럽게 투명하고 무색의 폴리머입니다. 가볍고 내구성이 있으며 파손, 스크래치, 풍화, UV 광선, 환경 마모에 대한 저항성을 자랑합니다. 아크릴은 또한 생체 적합성이 있어 정기적인 인체 접촉에 안전합니다. 내충격성, 투명성, 강인함 덕분에 아크릴은 널리 사용되는 제조 소재입니다. 아크릴은 콘택트 렌즈와 안경 같은 광학 장치뿐만 아니라 창문과 문 패널, 온실 패널, 조명 기구, 심지어 전자 스크린을 만들 수 있습니다. 아크릴의 의
