이 단원을 완료하면 다음을 수행할 수 있습니다:
CNC 기계는 3D 데카르트 좌표계를 사용합니다. Figure 1은 일반적인 수직 머시닝 센터(VMC) 모습입니다. 공작물은 기계 테이블에 고정. 테이블은 XY평면에서 이동. 운영자가 기계 정면에서 볼 때:
Figure 1. VMC Machine Motion
CNC 기계 좌표계는 Figure 2에 도시. 기계 좌표계 기준점(Control Point)은 스핀들 센터 면(Center-face of Machine Spindle)으로 정의. 기계 원점(Machine Home)은 Z축이 완전히 수축(Retracted)되고 테이블이 후방 좌측 구석 한계 근처로 이동했을 때 스핀들 센터 면의 위치.
Figure 2. VMC Machine Coordinate System (At Home Position)
Figure 3과 같이 CNC 작업 시 항상 공구 운동(Tool Motion) 관점에서 생각하고, 작업하고, 프로그램을 작성해야 합니다. 테이블 운동이 아님. 예: +X 값 증가 → 공구가 테이블 기준 오른쪽 이동 (실제 테이블은 왼쪽 이동). +Y 값 증가 → 공구가 기계 뒤쪽 방향 이동 (테이블은 작업자 쪽 이동). +Z 명령 → 공구 상향 이동 (테이블에서 멀어짐).
CNC 기계 최초 전원 투자 시 축들이 작업 공간 어디에 있는지 모릅니다. 홈 위치는 운영자가 제어판 버튼 눌러 파워 온 리스타트(Power On Restart) 시퀀스 개시 후 발견됩니다.
파워 온 리스타트 시퀀스는 3축을 천천히 기계적 한계 방향(-X, +Y, +Z)으로 구동. 각 축이 기계적 한계 도달 시 마이크로스위치(Microswitch) 작동 → 제어기에 해당 축 홈 위치 도달 알림. 3축 모두 정지하면 기계 "홈 완료(Homed)" 상태. 이후 기계 좌표는 이 홈 위치 기준 상대 좌표로 산출.
기계 좌표로 CNC 프로그램 작성하려면 홈 위치가 테이블에서 멀리 떨어져 있어 프로그램 수치가 크고 부품 모델과 직관적 관계 없어 어려움. 프로그래밍과 셋업 편의를 위해 각 CNC 프로그램마다 공작물 좌표계(WCS) 설정.
WCS는 CNC 프로그래머가 부품, 소재(Stock), 지그(Jig/Fixture) 상에서 선택한 점. CAD 상 부품 원점(Part Origin)과 같을 수 있으나 필수 아님. 기계 가공 영역(Envelope) 내 어디든 위치 가능하나 신중히 선정해야 함.
예: Figure 4는 바이스에 물린 부품. 외부 치수는 수동 기계에서 선가공 후 CNC 세팅. CNC로 구멍, 포켓, 슬롯 가공. WCS를 블록 좌상단 코너에 설정. 이 코너는 에지 파인더나 프로브로 쉽게 찾기 가능.
Top View Side View
Figure 3. Work Coordinate System (WCS)
바이스를 매번 기계상 정확히 같은 위치에 두기 어렵기 때문에 홈에서 WCS까지 거리는 바이스 셋업·정렬 완료 전엔 모름. 기계 셋업은 프로그램이 완전히 작성된 후 하는 게 최선. CNC 기계 유휴 시간 비싸고, 프로그래머가 CAM 중 생각 바꿀 수 있어 사전 셋업 무용지물 될 수 있음.
게다가 공구마다 스핀들에서 돌출 길이가 다르고, 이 또한 사전 파악 어려움. 롱 엔드밀은 스핀들 면에서 더 돌출, 스텁 드릴은 덜 돌출. 공구 마모/파손 교체 시 예전과 정확히 같은 돌출 길이로 맞추기 거의 불가능.
따라서 기계 좌표계를 부품 WCS와 연계하고 가변 공구 길이 고려하는 방법 필요. 이것이 기계·공구·지그 오프셋(Machine, Tool, and Fixture Offsets)입니다. CNC 기계엔 많은 오프셋 존재. 작동 원리 이해와 올바른 조합 사용이 CNC 가공 성공 필수.
지그 오프셋(Fixture Offset)은 기계 홈 위치와 부품 WCS 간 거리를 CNC 제어기가 알 수 있게 함. 공구 오프셋(Tool Offset)과 결합하여 프로그램을 기계 좌표 아닌 WCS 기준 작성 가능. 공작물 정확한 기계 내부 위치를 프로그램을 작성하기 전 알 필요 없어 셋업 용이.
공작물이 공구 도달 가능 범위 내 어디든 위치 가능. 지그 오프셋 값 찾아 제어기에 입력하고 CNC 프로그램에서 활성화하면, CNC 제어기가 내부적으로 프로그램 좌표를 WCS 좌표로 변환.
Figure 5와 같이 부품 오프셋(+X, -Y)으로 기계 스핀들 센터라인이 WCS 바로 위로 이동.
Figure 4: Part Offset Shifts Machine to WCS
부품 오프셋 Z값은 공구 길이 오프셋(TLO)과 결합되어 기계가 Z-데이터(Datum)를 부품 홈에서 부품 Z-제로(Part Z-Zero)로 이동시키는 데 활용. 공구 길이 고려. 지그 오프셋 Z는 기계 셋업/운용 방식에 따라 사용 여부 결정.
기계에 장착된 모든 공구는 길이가 다릅니다. 마모/파손으로 교체 시 새 공구를 홀더에 예전과 정확히 같은 위치로 장착 거의 불가능. CNC 기계는 각 공구가 스핀들 면에서 팁까지 얼마나 돌출되었는지 알아야 함. 이를 공구 길이 오프셋(TLO)로 해결.
Figure 5. Ways to set TLO
방법 2, 3은 공구 설정 위치(1-2-3 블록 상단 또는 프로브)에서 부품 데이터까지 거리 측정해 지그 오프셋 Z에 입력 필요. 기계가 두 값 합산해 총 공구 길이 오프셋 산출. 구체적 방법은 본문 포함.
산업기술
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