정밀 부품 제작을 위한 CNC 가공 보상 기법 TOP 3

공구 반경 보상(Tool Radius Compensation)

1. 공구 반경 보상 개념

CNC 머시닝 센터는 프로그램이 실행될 때 공구를 점으로 간주하여 궤적 운동을 수행합니다. 예를 들어, R3 공구로 변 길이 100인 정사각형 보스를 밀링할 때, 프로그램에 변 길이 100인 정사각형 크기를 입력하면 공구 축 궤적은 변 길이 106인 정사각형이 되어 공작물에 변 길이 100인 정사각형 보스가 밀링됩니다. 공구 반경 보상 기능을 사용하지 않으면 가공 중 공구 축 궤적은 변 길이 100인 정사각형이 되어 공작물에 변 길이 94인 정사각형 보스가 밀링되어 도면 치수 요건을 충족하지 못합니다.

공구 길이 보상이 사용되는 것처럼, 공구 반경 보상 덕분에 프로그래밍 시 공구 직경을 크게 고려하지 않아도 됩니다. 공구 길이 보상은 모든 공구에 적용되지만, 공구 반경 보상은 주로 밀링 커터에만 사용됩니다.

밀링 커터로 공작물의 외곽이나 내륜을 가공할 때 공구 반경 보상을 사용하고, 엔드밀로 공작물 단면을 가공할 때는 공구 길이 보상만 필요합니다. 공구 반경 보상은 이해하고 사용하기 비교적 어려운 명령이어서 많은 프로그래머가 사용을 꺼립니다. 하지만 일단 이해하고 마스터하면 프로그래밍과 가공에 큰 편의를 제공합니다.

2. 공구 반경 보상 사용법

공구 반경 보상에는 B 기능과 C 기능 두 가지 보상 형태가 있습니다. B 기능 공구 반경 보상은 현재 블록 프로그램에 따라 공구 보상만 계산하므로 블록 간 이행 문제를 해결할 수 없고, 공작물 윤곽을 둥근 이행으로 가공해야 하므로 공작물 날카로운 모서리의 공예성이 좋지 않습니다. C 기능 공구 반경 보상은 두 블록의 공구 중심 경로 이행을 자동으로 처리할 수 있고 공작물 윤곽에 따라 프로그래밍할 수 있습니다. 따라서 거의 모든 최신 CNC 공작기계는 C 기능 공구 반경 보상을 사용합니다.

공구 반경 보상 방향 판단 방법은? 판단 방법: "공구 진행 방향을 따라", 공구가 공작물 왼쪽에 있으면 좌측 보상(G41), 오른쪽에 있으면 우측 보상(G42)입니다. 보상은 '음수'일 수 있습니다. 공구 반경 보상이 음수 값을 가질 때 G41과 G42 기능이 서로 바뀝니다.

공구 반경 값은 메모리 Dxx에 미리 저장되며, xx는 메모리 번호입니다. 프로그램이 여러 공구를 필요로 할 때 공구 번호 Txx가 메모리 Dxx에 대응되도록 권장합니다. 즉, T1번 공구의 반경 보상 값은 D01 메모리를 사용하도록 하여 가공 중 실수를 방지합니다. 공구 반경 보상이 실행되면 CNC 시스템이 자동으로 계산하여 계산 결과에 따라 공구가 자동으로 보상합니다. 가공 중 부품 윤곽 치수와 도면 치수에 차이가 있으면 메모리 Dxx의 반경 보상 값을 수정하고 프로그램을 다시 실행하여 요건을 충족시킬 수 있습니다. 공구 반경 보상 취소는 G40 또는 D00을 사용합니다.

사용 시 주의사항: 공구 보상 생성 또는 취소 시 G41, G42, G40 명령은 G00 또는 G01 명령과 같은 블록에 있어야 합니다. 즉, G41, G42, G40 명령 사용 시 반드시 G00 또는 G01 명령과 함께 사용해야 하며, G02 또는 G03과는 함께 사용할 수 없습니다. 보상 생성 또는 취소 시 실행할 직선 세그먼트 길이는 보상할 공구 반경 값보다 커야 하며, 그렇지 않으면 보상 기능이 작동하지 않습니다. 보상 모드에서 2개 이상의 이동 블록(보조 기능, 일시정지 등)을 쓰면 공구가 과절삭 또는 미달삭됩니다.

3. 명령 형식

G17/G18/G19 G00/G01 G41/G42 IP_D_

• G41: 공구 반경 좌측 보상
• G42: 공구 반경 우측 보상

반경 보상은 지정된 좌표 평면에서만 수행할 수 있습니다. 평면 선택 명령 G17, G18, G19를 사용하여 XY, ZX, YZ 평면을 각각 보상 평면으로 선택합니다. 반경 보상에는 보상 번호가 지정되어야 하며, 공구 반경 값은 보상 번호 D에 저장됩니다. 위 명령 실행 시 공구는 자동으로 좌측(G41) 또는 우측(G42)으로 공구 반경 보상 값만큼 이동합니다. 공구 보상 설정은 이동을 포함한 블록에서 완료되어야 하므로 위 형식에 G00(또는 G01)도 기입됩니다. 보상은 프로그램 종료 전에 취소해야 합니다.

지그 오프셋 보상(Fixture Offset Compensation)

공구 길이 보상과 반경 보상이 프로그래머가 공구 길이와 크기를 무시하게 해주는 것처럼, 지그 오프셋은 프로그래머가 작업물 고정 위치를 무시하고 지그 오프셋을 사용할 수 있게 해줍니다.

머시닝 센터에서 소형 작업물을 가공할 때 여러 작업물을 지그에 한 번에 클램핑할 수 있습니다. 프로그래머는 프로그래밍 시 각 작업물의 좌표 원점을 고려할 필요 없이 각자의 프로그래밍 원점에 따라 프로그래밍하면 되며, 지그 오프셋을 사용하여 기계의 프로그래밍 원점을 각 작업물로 이동시킵니다. 지그 오프셋은 G54~G59 지그 오프셋 명령으로 실행됩니다. 또 다른 방법은 G92 명령을 사용하여 좌표계를 설정하는 것입니다. 한 작업물 가공 완료 후 다음 작업물 가공 시 G92로 새로운 작업물 좌표계를 재설정합니다.

공구 오프셋 간의 관계

1. 공구 길이 보상과 반경 보상 기능의 관계

부품 NC 가공 프로그램에 공구 길이 보상과 공구 반경 보상(컨트롤러 내 보상) 명령이 모두 있는 경우, 길이 보상을 포함한 블록을 반경 보상을 포함한 블록보다 먼저 작성해야 하며, 그렇지 않으면 반경 보상이 무효화됩니다.

예: 다음 프로그램 세그먼트에서

N50 G00 G41 X20 Y20 D02
N60 G00 G43 Z10

CNC 시스템이 공구 반경 보상을 수행하지 않으면 다음으로 변경:

N50 G00 G43 Z10
N60 G00 G41 X20 Y20 D02

그러면 CNC 시스템이 공구 반경 시스템과 공구 길이 보상 명령을 모두 실행합니다.

2. 공구 길이 보상과 다른 명령의 관계

1. G43과 G44 명령은 직선 운동에서만 사용할 수 있으며, 비직선 운동 문장에서 사용하면 알람이 발생합니다.
2. G43과 G44는 같은 그룹의 모달 명령으로, 마지막 공구 길이 보상을 자동으로 취소하므로 특수 G49 명령이 필요하지 않습니다. 안전을 위해 공구 가공 완료나 블록 종료 시 공구 길이 보상을 취소해야 합니다.
3. 공구 길이 보상은 독립적인 보간 운동(G00, G01, G81, G83 등)과 함께 있어야 유효합니다.

위에서 소개한 CNC 가공에서 흔히 사용되는 세 가지 보상 방식은 프로그래밍과 가공에 큰 편의를 제공하며 작업 효율을 크게 향상시킬 수 있습니다.