정밀 가공을 위한 CNC 보상 3대 기법: 공구 길이·반경·고정구 오프셋

보상은 기계 유형별로 다른 이유로 적용되지만, 모든 형태의 보상은 CNC 사용자가 공구 관련 예측 불가능한 조건을 고려할 수 있게 합니다.

CNC 사용에서 보상 적용 방식을 논하기 전, 일반적인 관점에서 보상을 먼저 살펴보겠습니다.

공구 보상은 가공 정밀도와 품질을 결정합니다. CNC 시스템에는 공구 길이 보상, 공구 반경 보상, 고정구 오프셋 보상 3가지가 있습니다. 이 3가지 보상은 가공 시 공구 형상으로 인한 경로 문제를 기본적으로 해결합니다.

공구 길이 보상 (Tool Length Compensation)

1. 공구 길이 개념

공구 길이는 매우 중요한 개념입니다. 부품 프로그래밍 시 먼저 부품 프로그래밍 중심을 지정하고 공작물 프로그래밍 좌표계 수립, 이 좌표계는 공작물 좌표계이며 영점은 보통 공작물 위에 있습니다. 길이 보상은 Z 좌표만 관련. X, Y 평면 프로그래밍 영점과 달리 공구는 주축 테이퍼 구멍으로 위치 결정되어 변경되지 않으며, Z 좌표 영점은 다릅니다. 각 공구 길이는 다릅니다. 예: 깊이 50mm 구멍 드릴링 후 45mm 깊이 탭핑 필요. 길이 250mm 드릴, 350mm 탭 사용. 먼저 드릴로 50mm 구멍 가공. 이때 공작물 영점 설정. 탭으로 교체 시 양 공구 모두 설정 영점에서 가공 시작하면 탭이 드릴보다 길어 너무 깊게 가공되어 공구·공작물 손상. 이때 공구 보상 설정하면 탭과 드릴 길이 보상. 공작물 영점 설정 후 탭 호출 시 Z 좌표 자동으로 탭 길이만큼 Z+ 이동해 올바른 가공 영점 보장.

2. 공구 길이 보상 작동

G43(G44) 및 H 명령 실행으로 공구 길이 보상 사용, 동시에 Z 좌표 값 부여하여 공구 보상 후 공작물 표면에서 거리 Z 이동. G49 명령으로 G43(G44) 취소. 사실 이 명령 불필요. 각 공구마다 자체 길이 보상 있어 공구 교체 시 G43(G44) H 명령으로 자체 공구 길이 보상 부여하면 이전 공구 길이 보상 자동 취소.

3. 공구 길이 보상 두 가지 방식

1) 공구 실제 길이를 공구 길이 보상으로 사용 (권장)

공구 세터로 공구 길이 측정 후 이 값을 공구 길이 보상 레지스터에 입력하여 공구 길이 보상 삼음.

이 방식 이유:

• 다른 공작물 가공 시 공구 길이 오프셋 계속 수정 불필요. 같은 공구 다른 공작물 사용 시 공구 길이 오프셋 수정 안 함. 공구 번호 규칙 따라 파일링, 공구 길이·반경 등 매개변수 표기. 대형 기계 가공 기업 다수 이 방식 채택. 전문 공구 관리 부서 있으면 작업자와 대면하여 공구 파라미터 전달 불필요. 공구 매거진 용량으로 공구 탈착 후 재장착 시 라벨상 공구 길이 값으로 보상 설정, 재측정 불필요.
• 공구 세터에서 다른 공구 길이 측정하며 공작기계 가동 가능, 공작기계 상 공구 세팅으로 가동 시간 점유 안 함, 가공 센터 효율 극대화. 주축이 프로그래밍 Z 좌표점으로 이동 시 주축 좌표 Z값에 공구 길이 보상 더함(또는 뺌).

2) Z방향 공구 팁과 프로그래밍 영점 사이 거리(양수/음수)를 보상값으로 사용

한 사람만 공작기계 조작, 공구 세터로 공구 길이 측정 시간 부족 시 적합. 한 공구로 다른 공작물 가공 시 공구 길이 보상 재설정 필요. 이 방식 보상값은 주축이 공작기계 Z 좌표 영점에서 공작물 프로그래밍 영점 이동 시 공구 팁 이동 거리이므로 보상값 항상 음수이고 큼.

공구 반경 보상 (Tool Radius Compensation)

1. 공구 반경 보상 개념

공구 길이 보상이 프로그래밍 시 공구 길이 기본 고려 안 함처럼, 공구 반경 보상으로 프로그래밍 시 공구 직경 크게 고려 안 함. 공구 길이 보상 모든 공구 적용, 공구 반경 보상 보통 밀링 커터만 사용. 밀링 커터로 공작물 외곽/내부 윤곽 가공 시 공구 반경 보상 사용, 엔드밀로 공작물 끝면 가공 시 공구 길이 보상만 필요. 공구 반경 보상 이해·사용 어려운 명령이라 많은 프로그래머 사용 꺼림. 하지만 이해·숙달하면 프로그래밍·가공에 큰 편의 제공.

프로그래머가 밀링 커터로 공작물 형상 가공 프로그램 작성 시, 공작물 형상과 공구 반경 따라 좌표값 신중 계산해 공구 중심 경로 명확히. 이때 사용 공구 반경은 밀링 커터 반경값만. 힘들게 밀링 커터 프로그래밍 후 이 밀링 커터 부적합해 다른 직경 교체 필요. 프로그래머 주저 없이 공구 중심 경로 좌표값 재계산. 단순 공작물엔 큰 문제 아니나 복잡 형상 금형엔 재계산 너무 어려움.

공작물 윤곽 가공은 황삭·정삭 나뉘어 황삭 프로그램 완료 후 황삭 완료. 황삭 후 공작물 치수 변경, 정삭용 공구 중심 좌표값 재계산, 작업량 더 큼. 이때 공구 반경 보상 사용하면 이런 번거로움 모두 해결. 공구 반경 무시하고 공작물 치수대로 프로그래밍, 공구 반경 반경 보상 레지스터에 입력. 밀링 커터 임시 교체나 황삭/정삭 시 공구 반경 보상값만 변경해 공작물 형상 크기 제어, 프로그램 기본 수정 불필요.

2. 공구 반경 보상 사용

G41, G42 명령 실행으로 공구 반경 보상 사용. 보상 방향 2가지, 절삭 이송 방향 수직 좌우 측 따라 보상, 왼손 법칙 따름. G41 좌측 보상, 왼손 법칙. G42 우측 보상, 오른손 법칙. G41 2 사용. G42 반경 보상 시 공구 이동 방향·좌표 특별 주의해 효과적 보상. 공구 반경 보상 시작 위치 매우 중요. 부적절한 공구 경로 사용 시 실수 쉬움.

고정구 오프셋 보상 (Fixture Offset Compensation)

공구 길이·반경 보상이 프로그래머가 공구 길이·크기 고려 안 하게 하듯, 고정구 오프셋은 공작물 고정구 위치 고려 안 하게 함.

가공센터가 소형 공작물 가공 시 툴링이 여러 공작물 동시 클램핑 가능. 프로그래머는 프로그래밍 시 각 공작물 좌표 영점 고려 불필요, 각자 프로그래밍 영점대로 프로그래밍 후 고정구 오프셋으로 공작기계 프로그래밍 영점 각 공작물로 이동. 고정구 오프셋 G54~G59 명령 실행. 다른 방법: G92 명령으로 좌표계 설정. 한 공작물 가공 후 다음 공작물 가공 시 G92로 새 공작물 좌표계 재설정.

이상 CNC 가공 흔히 쓰이는 3가지 보상으로, 프로그래밍·가공에 큰 편의 제공, 작업 효율 대폭 향상.