CNC 터닝 완벽 가이드: 공정, 종류, 장점 및 표면 마감 개선 팁

CNC 가공 작업장에서 부품을 제조하고 싶지만 올바른 공정을 잘 모르면 혼란스러울 수 있습니다. 특히 CNC 가공 서비스에 익숙하지 않다면 더욱 그렇습니다.

우선, 머시니스트는 부품 제작을 위해 특정 자동화 기술을 사용한다는 점을 기억하십시오. 가장 흔한 것은 CNC 밀링과 CNC 터닝입니다. 둘 다 고유한 목적이 있으며 서로 경쟁하지 않습니다. 즉, CNC 터닝을 이해하는 것은 CNC 밀링을 이해하는 것만큼 중요합니다.

이 글은 CNC 터닝에 관한 것이므로, 제조 현장에서 왜 이 공정이 중요한지 알아보겠습니다.

CNC 터닝이란?

컴퓨터 수치 제어 터닝(CNC 터닝)은 CNC 터닝 기계를 사용하여 공작물을 선형으로 절삭하면서 회전('터닝')시켜 원통형 부품을 성형하는 정밀 가공 공정입니다.

이 공정은 기계식 선반을 사용하여 수행되며, 공작물의 직경을 주어진 치수에 따라 특정 형상으로 깎아내어 광택이 나는 완성 부품을 얻습니다. 시작 소재는 보통 원형이지만 사각형, 육각형 등 다른 형태도 가능합니다.

CNC 터닝은 어떻게 작동하나요?

터닝 공정은 전용 CNC 터닝 작업장에서 수행됩니다. 이 공정에 사용되는 선반이 수평인지 수직인지는 가공 중인 공작물의 무게와 공차 범위에 따라 달라집니다.

CNC 터닝 공정에서 공작물(가공할 소재)은 '척(Chuck)'이라 불리는 장치에 장착되어 지정된 RPM으로 회전합니다. 동시에 공구가 공작물에 이송되어 소재를 제거하여 원하는 형상을 만듭니다. 액세서리 공구가 장착된 터렛은 프로그래밍되어 소재 막대로 이동하여 소재를 제거하고 프로그래밍된 결과를 생성합니다. 소재를 제거하는 과정이므로 '3D 프린팅'(적층)과 달리 '절삭 가공(Subtractive Manufacturing)'이라고도 합니다. 센터에 터닝과 밀링 기능이 모두 있으면 봉재 회전을 멈추고 드릴링, 홈 가공, 평면 밀링 등 다른 기능을 추가할 수 있습니다.

CNC 선반 또는 터닝 센터의 공구는 컴퓨터로 제어되는 터렛에 장착됩니다. 터렛이 더 많은 공구를 수용할수록 더 복잡한 부품 가공이 가능합니다.

CNC 터닝 센터에는 다양한 유형이 있습니다. 공구 옵션, 주축 옵션, 외경 한계, 동력 및 속도 기능 등이 다양하며, 이 모든 것이 터닝 부품 가격에 영향을 미칩니다.

CNC 밀링과 CNC 터닝의 차이

일반적으로 터닝과 밀링은 'CNC 가공'으로 통칭됩니다. 고객은 터닝이나 밀링을 특정하지 않고 CNC 가공을 의뢰하는 경우가 많습니다. 당연히 매번 가장 적합한 공정을 적용하는 것은 우리의 몫입니다.

간단히 말해, 이 두 공정의 차이는 '어디가 움직이는가'입니다. 일반적으로 공작물이 움직이는가, 기계가 움직이는가입니다.

CNC 터닝에서는 금속 공작물이 선반에 장착되어 고속 회전하고, 단일 포인트 절삭 공구가 금속 일부를 제거하여 원하는 형상을 만듭니다. 밀링에서는 공작물이 보통 고정되어 있고 다중 포인트 절삭 공구가 공작물 주위를 회전합니다. (관련 게시물: CNC 밀링과 CNC 터닝의 차이점)

CNC 터닝의 종류

직선, 곡선, 홈 등 다양한 공작물 형상을 절삭하기 위해 여러 터닝 작업이 사용됩니다.

1. 테이퍼 터닝 (Taper Turning)

테이퍼 터닝에서는 공작물의 전체 직경을 한 부분에서 다른 부분으로 점차 줄이거나 늘려 표준 면을 만듭니다. 원뿔 형상 요소는 주로 기계 구조물에 사용되며 내부 또는 외부일 수 있습니다.

2. 하드 터닝 (Hard Turning)

본질적으로 하드 터닝은 공작물의 터닝 강도가 45 HRC(로크웰 C)를 초과하는 공정입니다. 주로 열처리 후 부품에 사용되며, 보통 연삭 작업을 대체합니다.

3. 페이싱 (Facing)

페이싱 터닝에서는 절삭 공구와 회전 공작물 축을 적절한 각도로 하여 소재를 제거해 평면을 만듭니다. 4조 척을 사용하면 페이싱으로 다양한 비원통형 형상도 만들 수 있습니다.

4. 구면 터닝 (Spherical Turning)

구면 터닝에서는 소재가 점차 제거되면서 공작물에 구면 또는 볼 형상이 형성됩니다. 주로 기어, 사출 성형, 유압 부품 등에 적합합니다.

5. 보링 (Boring)

보링은 단일 포인트 절삭 팁으로 소재를 제거하여 공작물의 구멍을 확대하는 공정입니다. 실린더나 파이프 등 소재에 정밀 치수 구멍과 테이퍼 구멍을 가공하는 데 주로 사용됩니다.

6. 파팅 (Parting)

이름 그대로 파팅은 날 모양의 절삭 공구를 원소재에 이송하여 특정 길이의 부분을 잘라내는 작업입니다.

7. 그루빙 (Grooving)

파팅과 유사하게 그루빙은 원소재를 완전히 자르지 않고 특정 깊이까지 절삭합니다. 공작물 내부 및 외부 영역에서 수행 가능합니다.

8. 드릴링 (Drilling)

드릴링은 공작물 내부에 원형 구멍을 만들어 소재를 제거하는 공정입니다. 표준 드릴 기계를 선반 터렛에 단단히 고정하고 공작물에 직접 이송하여 드릴링 작업을 수행합니다.

9. 널링 (Knurling)

널링은 직선 또는 다이아몬드 패턴을 공작물 표면에 압입하여 외관과 그립감을 향상시키는 특수 터닝 공정입니다. 전용 공구를 사용합니다.

이러한 작업 하나하나는 단독으로는 대단하지 않아 보일 수 있습니다. 그러나 이 모든 것을 조합하고 컴퓨터 프로그래밍의 정밀성을 더하면 놀라운 고품질 부품이 탄생합니다.

CNC 터닝 개선 방법

어떤 작업장도 CNC 터닝 마지막에 부품이 망가지거나 폐기되는 것을 원치 않습니다. 올바른 기술과 공구 조합으로 제때 작업을 완료할 수 있지만, 마감 단계에 이르기 전 고려해야 할 다른 변수들도 있습니다. 최상의 표면 마감을 얻기 위한 조치들은 다음과 같습니다.

속도 높이기 (Increase Speed)

초경 공구 사용 시 가장 적용하기 좋습니다. 분당 표면 피트(SFM)를 높이면 소재가 공구 팁과 접촉하는 시간이 짧아지고, 공구에 생기는 축적 절삭층(BUE) 형성을 줄여 표면 마감 불량을 방지합니다.

이송률 낮추기 (Reduce Feed Rate)

이송 속도를 낮추면 표면 마감 개선에 도움이 됩니다. 이는 플랭크 마모를 줄이고 날 수명을 연장하는 데도 기여합니다. 또한 코 반경을 두 배로 늘리면 표면 마감 개선에 도움이 됩니다. 황삭 용도로는 높은 이송률의 공구로 빠르게 소재를 제거하는 것이 좋습니다. 정삭 시에는 이송 속도를 낮추고 절삭 각도를 줄이는 것이 이상적입니다.

칩 브레이커 사용 (Use Chip Breaker)

칩 분절 불량, 칩 제거를 위한 가동 중단, 공구 절삭날 온도 상승도 표면 마감 불량의 원인이 됩니다. 칩 브레이커는 더 작은 칩을 생성하여 절삭 영역에서 빠르게 배출시킵니다. 칩을 손으로 제거할 필요가 없어 안전성도 향상됩니다.

칩 브레이커가 칩을 충분한 길이로 자르면 진동이 최소화되고, 칩이 공작물이나 공구에 감기지 않으며 공구 손상도 방지됩니다. 칩 브레이커는 절삭 저항도 낮춰 치핑이나 절삭날 손상을 예방합니다. 낮은 절삭 저항은 열을 줄이고 공구 마모를 지연시킵니다.

올바른 기술 사용 (Use the Right Technique)

얇은 칩에서 두꺼운 칩으로, 다시 얇은 칩으로 생성되도록 하는 것이 목표입니다. 매끄러운 표면 마감을 얻으려면 기술이 필수적입니다. 코 반경보다 작은 공구를 선택해 라인 간 부드러운 전환을 프로그래밍하십시오.

최종 절삭 시 공작물만 확인하지 말고 최선을 다해야 합니다. 칩도 읽으십시오. 칩 특성이 어떤 가공 설정이나 공구 조정이 필요한지 알려줍니다.

황삭과 정삭에 다른 공구 사용 (Use Different Tools for Roughing and Finishing)

같은 인서트로 황삭과 정삭을 할 수 있다고 말할 수 있습니다. 하지만 별도 인서트를 사용하는 것이 더 좋습니다. 하나는 황삭용, 다른 하나는 정삭용. 황삭 시 큰 코 반경, 큰 래이크 앵글, 고이송의 크로스 피치 밀링 커터를 사용할 수 있습니다. 정삭 시에는 적절한 리드 앵글과 와이퍼 플랫이 있는 파인 피치 정삭 공구로 더 나은 표면 마감을 얻을 수 있습니다.

칩 제거 (Clear the Chips)

밀링 적용 시 절삭유 사용 여부는 논란이 있습니다. 하지만 수행 작업 유형(깊은 캐비티 밀링 등), 소재 종류, 사용하는 인서트에 따라 다릅니다. 경우에 따라 절삭유 사용을 피해야 합니다. 열균열을 유발하고 공구 수명을 단축하며 표면 마감에 악영향을 줄 수 있습니다. 그러나 알루미늄, 연강, 니켈 기반 합금에는 절삭유 사용이 공구의 공작물 달라붙음을 방지합니다.

공구 및 워크홀딩 점검 (Check Your Tools and Workholding)

공구 홀더 상태를 점검하는 것은 좋은 습관입니다. 낡고 마모된 공구 홀더는 날 이동을 유발할 수 있습니다. 이는 채터링을 일으켜 부품 표면 마감에 부정적 영향을 줍니다. 특히 금속 제거율이 높을 때는 안정적이고 강성 있는 지그가 필요합니다.