최적의 결과를 위한 필수 CNC 가공 설계 지침

사실, CNC 가공은 다목적이며 모든 설계가 가능한 것은 아닙니다. 즉, 원활한 가공을 보장하기 위해 알아야 할 제한 사항이 있습니다. 두 가지 주요 CNC 설계 제한 사항은 다음과 같습니다.

도구 기하학

대부분의 CNC 절단 도구는 절단 길이가 제한되어 있습니다. 또한 모두 원통형 모양과 기하학적 구조로 제공됩니다. 공작물에서 재료를 제거할 때 이러한 절단 도구는 원통형 형상을 공작물로 전송합니다. 이것이 공작물의 내부 모서리가 절삭 공구 크기에 관계없이 항상 반경을 갖는 이유입니다.

도구 액세스

깊이 대 너비 비율이 상당한 공작물을 작업할 때 도구 접근은 주요 관심사가 됩니다. 이러한 우려는 CNC 기계가 가공물 위에서 절삭 공구를 적용하여 절단하기 때문입니다.

즉, 위쪽 각도에서 접근할 수 없는 공작물을 가공하는 것이 어려울 수 있습니다. 이 규칙의 유일한 예외는 CNC 가공 부품의 언더컷 가공 중에 발생합니다.

부품 또는 구성 요소의 기능을 6가지 기본 방향 중 하나로 맞추는 것은 이러한 도구 액세스 문제를 완화하는 한 가지 방법입니다. 또한 뛰어난 공작물 유지 능력을 갖춘 5축 CNC 가공을 사용하면 더 이상 공구 접근이 제한되지 않습니다.

CNC 가공 세계에서는 일반적으로 어떤 표준도 허용되지 않습니다. 이는 주로 사용되는 산업과 기계가 항상 진화하기 때문입니다. 그러나 일부 모범 사례와 권장 사항은 설계 품질을 최고 수준으로 유지하는 데 도움이 됩니다. 이러한 권장 사항에는 다음이 포함됩니다.

1. 내부 가장자리

내부 모서리를 생성할 때 수직 모서리 반경은 캐비티 깊이의 1/3 이상이어야 합니다. 표시된 모서리 반경을 사용하는 경우 권장된 캐비티 깊이가 있는 직경 도구를 사용할 수 있습니다.

권장 값보다 약간 높은 모서리 반경을 사용하면 90도 각도가 아닌 원형 경로를 따라 절단할 수 있어 더 나은 품질 수준의 표면 마감을 생성할 수 있습니다. 대신 90도 각도가 필요한 경우 코너 반경을 줄이는 대신 T본 언더컷을 사용하는 것이 좋습니다.

2. 구멍

구멍을 만들기 위해 기계공은 드릴 비트나 엔드밀 장비를 활용할 수 있습니다. 디자인에 있는 구멍의 직경을 결정할 때 미터법 또는 영국식 단위로 측정된 표준 드릴 비트 크기를 가이드로 사용하는 것이 가장 좋습니다.

기술적으로 1mm보다 큰 치수는 모두 가능합니다. 기계 작업자는 리머와 보링 장비를 사용하여 정확한 공차 내에 있어야 하는 구멍을 완성합니다. 높은 정확도가 요구되고 20mm보다 작은 구멍에는 표준 직경을 활용하는 것이 가장 좋습니다.

CNC 가공용 부품을 설계할 때 모든 구멍에 대해 제안된 최대 깊이는 공칭 직경의 4배이지만 이 양의 40배도 가능합니다. 공칭 직경은 일반적으로 비율의 10배입니다.

3. 스레드

CNC 가공품을 개발할 때 사용되는 최소 나사산 크기는 M2이지만 일반적으로 M6 이상이 이상적입니다. 기계 기술자는 CNC 스레딩 기계를 사용하여 M6만큼 작은 나사산을 절단함으로써 탭 파손 위험을 제한할 수 있습니다.

최소 나사 길이는 공칭 직경의 1.5배이고 권장 길이는 일반 직경의 3배입니다. M6보다 작은 스레드의 경우 공칭 직경의 1.5배에 해당하는 구멍 바닥에 스레드되지 않은 길이를 추가해야 합니다. M6보다 큰 나사산에는 전체 길이에 걸쳐 구멍을 뚫는 것이 가장 좋습니다.

4. 구멍과 주머니

엔드밀 공구는 절단 길이에 제한이 있으므로 모든 설계에서 업계에서 권장하는 캐비티 깊이는 너비의 4배입니다. 깊이 대 너비 비율이 낮을수록 칩 배출, 공구 편향 및 진동이 더 커집니다.

CNC 설계에 더 큰 깊이가 필요합니까? 이 문제를 해결하는 한 가지 방법은 가변 캐비티 깊이와 특수 도구를 사용하는 것입니다.

5. 작거나 돌출된 텍스트

부품 번호나 회사 이름으로 부품을 표시해야 할 수도 있습니다. 맞춤형 CNC 디자인에서는 텍스트를 추가하는 것이 정말 멋져 보이지만 처리하는 데 시간이 많이 걸립니다. 일반적으로 전기화학적 에칭이나 레이저 마킹이 더 좋습니다.

모범 사례를 유지하고 CNC 가공 기본 사항을 아는 것은 부품 또는 제품의 고품질을 보장하는 데 도움이 됩니다. 이를 염두에 두고 가공 유형에 따라 CNC 가공용 부품을 설계할 때 염두에 두어야 할 몇 가지 모범 사례는 다음과 같습니다.

1. CNC 밀링을 위한 설계

CNC밀링(CNC milling)은 원형 커터를 이용해 원재료에서 소재를 빠르게 제거해 원하는 형상을 얻는 가공 기술이다. 밀링 머신은 3축부터 12축까지 다양한 디자인으로 제공됩니다.

1.1 일반적으로 사용되는 절단 도구

엔드밀 커터와 같은 CNC 부품 설계 아이디어를 만드는 동안 CNC 밀링을 위해 자주 사용할 수 있는 다양한 도구를 고려해보세요. 일반적인 도구를 사용하여 필요한 형상과 형상을 생성할 수 있다면 비용과 리드타임이 상당히 줄어들 것입니다.

또한 표준보다 반경이 작은 디자인은 디자인이 복잡해지고 비용이 많이 들기 때문에 디자인을 만들 때 도구 표준 크기를 고려하세요.

1.2 날카로운 내부 모서리를 피하세요

밀링 공구로는 날카로운 모서리를 만드는 것이 불가능합니다. 그 이유는 여기서 사용하는 절삭공구가 둥글기 때문이다. CNC 밀을 사용하려면 모서리에 반경이 있어야 하며, 이는 모서리를 만드는 데 사용된 커터보다 커야 합니다. 이상적으로 절단 도구의 직경은 만드는 반경의 두 배가 됩니다.

필렛은 경사지거나 구배된 표면이 수직 벽이나 날카로운 모서리와 만날 때도 필요합니다. 표면이 편평하고 공구에 수직이지 않는 한 정사각형 또는 볼 엔드밀은 항상 벽과 표면 아래 사이에 재료를 남깁니다.

1.3 깊고 좁은 슬롯 피하기

길이가 긴 공구는 종종 진동하고 편향되어 표면 조도가 좋지 않게 됩니다. 따라서 엔드밀의 최종 절삭 깊이는 플라스틱 절삭의 경우 직경의 15배, 알루미늄 절삭의 경우 직경의 10배, 강철 절삭의 경우 직경의 5배를 초과해서는 안 됩니다.

예를 들어, 0.55인치 폭과 0.5인치 엔드밀을 사용하여 가공된 강철 품목의 슬롯 컷은 2.75인치보다 깊어서는 안 됩니다. 이전 지점인 내부 필렛 반경도 이 경우 도구 직경에 따라 달라지므로 내부 반경은 0.25인치보다 커야 합니다.

1.4 가능한 가장 큰 내부 반경을 갖춘 설계

커터가 클수록 시간당 재료 제거량이 많아져 가공 시간과 비용이 절감됩니다. 설계하는 동안 항상 허용되는 최대 내부 반경을 사용하십시오. 가능하다면 0.8mm보다 작은 반경을 피하세요.

또한 필렛을 엔드밀의 반경보다 약간 크게 만드십시오. 예를 들어, 0.125″(3.175mm) 대신 0.130″(3.3mm)의 반경을 사용하십시오. 분쇄기는 더 부드러운 경로를 따라가며 표면에 더 미세한 광택을 줍니다.

2. CNC 터닝을 위한 설계

CNC 터닝은 선반에서 축 대칭과 원통형 형상을 갖춘 부품을 만드는 가공 공정입니다. 이 공정에는 절삭 공구가 공작물을 원하는 모양으로 절단하는 동안 회전 척에 공작물을 고정하는 작업이 포함됩니다. 이러한 가공 공정을 통해 표면 마감이 향상되고 공차가 더욱 엄격해졌습니다.

터닝 머신을 사용하여 CNC 절단을 위한 디자인을 만드는 데 필요한 몇 가지 팁은 다음과 같습니다.

2.2 날카로운 내부 및 외부 모서리 피하기

CNC 가공을 위해 설계할 때는 내부와 외부 모두 날카로운 모서리를 피하는 것이 중요합니다. 내부 모서리에 반경을 추가하는 것은 도구가 더 큰 표면 위로 올라가지 않도록 하는 한 가지 방법입니다. 날카로운 내부 모서리를 피하는 또 다른 방법은 가파른 측벽을 약간 기울이는 것입니다. 필요한 프로세스가 적기 때문에 단일 선반 절단 도구를 사용하여 윤곽을 가공하는 것이 더 간단할 수 있습니다.

2.3 길고 얇은 부분 피하기

길고 얇은 회전 조각은 고르지 않게 회전하고 도구에 부딪힐 가능성이 높으므로 사용하지 마십시오. 긴 부품을 만들 때 자유단에 센터 드릴을 위한 공간을 남겨두고 센터를 활용하여 부품이 직선으로 회전하도록 하십시오. 또한, 길이 대 직경 비율을 8:1 이하로 유지하는 것이 일반적인 지침입니다.

2.4 얇은 벽을 피하세요

밀링과 마찬가지로 과도한 재료 제거는 부품에 불필요한 응력을 유발할 수 있습니다. 벽이 너무 얇으면 강성이 감소합니다. 그러나 얇은 벽으로 인해 엄격한 공차를 유지하기가 어렵습니다. 이것이 바로 CNC 가공을 위한 설계에서 회전 단면의 벽 두께를 0.02인치 이상으로 유지하는 것이 가장 좋은 이유입니다.

2.5 특징 대칭

회전된 부품에 추가된 모든 형상은 일반적으로 회전축을 중심으로 대칭을 이루어야 합니다. 축 대칭이 아닌 형상이나 기능을 추가하려면 더 복잡한 가공 및 설정이 필요합니다. 단차, 테이퍼, 모따기, 곡선은 터닝에 탁월한 특성입니다.

축 대칭이 아닌 회전 부품에 특성을 추가해야 하는 경우가 종종 있으며, 이로 인해 다른 작업이 필요할 수 있습니다. 필요한 경우에도 약간의 대칭을 유지할 수 있습니다.

3. 드릴링을 위한 설계

공작물에 구멍을 만드는 작업에 사용되는 용어입니다. 이 작업에 사용되는 도구에는 원추형 팁이 있어 가공 중에 재료를 깊이 파고들 수 있습니다.

CNC 드릴링용 디자인을 만들 때 다음 제안 사항을 고려하십시오.

3.1 적절한 구멍 깊이

드릴링은 가장 가까운 비트 직경의 12배보다 더 깊어서는 안 됩니다. 그 이유는 이렇게 길거나 더 긴 드릴 비트는 강성을 잃고 엄격한 공차를 유지하는 능력을 잃어 파손될 가능성이 더 높기 때문입니다. 또한 더 깊게 파야 하는 경우 구멍 직경을 더 크게 만드는 것을 고려해보세요.

그러나 깊은 구멍이 필수인 경우 또 다른 대안은 부품의 양쪽에서 드릴링하는 것입니다. 두 번째 가공 설정이 필요하므로 제조 공정에 시간과 비용이 더 많이 소요된다는 점을 명심하세요.

3.2 부분적인 구멍 방지

팁이 휘어질 가능성이 높으므로 부분적인 구멍은 피하는 것이 가장 좋습니다. 그러나 구멍의 일부만 필요한 경우 구성 요소가 구멍의 대부분을 고정할 수 있도록 드릴 축을 재료 위에 유지하십시오.

3.3 드릴 축을 표면에 수직으로 유지

팁이 흔들리는 것을 방지하려면 드릴 축이 표면에 수직이어야 합니다. 둥근 물체의 표면에 가공된 얕고 평평한 바닥 포켓을 사용하면 드릴이 부품 표면에 수직으로 들어가는 경우가 많습니다. 이 문제를 해결하려면 파일럿 홀을 사용하는 것이 가장 좋습니다. 하지만 이 선택은 CNC 부품 설계보다는 CNC 기계 프로그래밍 중에 필요합니다.

3.4 구멍을 통한 드릴링 방지

CNC 설계 아이디어에서 드릴 구멍의 위치를 계획할 때 부품에 이미 구멍이 없는지 확인하십시오. 구멍의 중심 축이 교차한다면 필요한 경우 드릴 구멍이 캐비티와 약간 교차할 수 있습니다.