정밀 가공은 공차 마감을 유지하는 동안 공작물에서 재료를 제거하는 프로세스입니다. 정밀 기계에는 밀링, 터닝 및 방전 가공을 포함하여 많은 유형이 있습니다. 오늘날 정밀 기계는 일반적으로 CNC(Computer Numerical Controls)를 사용하여 제어됩니다.
거의 모든 금속 제품은 플라스틱 및 목재와 같은 다른 많은 재료와 마찬가지로 정밀 가공을 사용합니다. 이 기계는 전문화되고 훈련된 기계공에 의해 작동됩니다. 절단 도구가 작업을 수행하려면 올바른 절단을 위해 지정된 방향으로 이동해야 합니다. 이 기본 동작을 "절단 속도"라고 합니다. "피드"의 2차 동작으로 알려진 공작물도 이동할 수 있습니다. 이러한 움직임과 절삭 공구의 날카로움이 결합되어 정밀 기계가 작동할 수 있습니다.
고품질 정밀 가공을 위해서는 AutoCAD 및 TurboCAD와 같은 CAD(컴퓨터 지원 설계) 또는 CAM(컴퓨터 지원 제조) 프로그램에서 만든 매우 구체적인 청사진을 따를 수 있는 능력이 필요합니다. 이 소프트웨어는 도구, 기계 또는 물체를 제조하는 데 필요한 복잡한 3차원 다이어그램 또는 개요를 생성하는 데 도움이 될 수 있습니다. 이러한 청사진은 제품의 무결성을 유지하기 위해 매우 자세하게 준수되어야 합니다. 대부분의 정밀 가공 회사는 일부 형태의 CAD/CAM 프로그램으로 작업하지만 여전히 설계 초기 단계에서 손으로 그린 스케치로 작업하는 경우가 많습니다.
정밀 가공은 강철, 청동, 흑연, 유리 및 플라스틱을 비롯한 여러 재료에 사용됩니다. 프로젝트의 규모와 사용할 재료에 따라 다양한 정밀 가공 도구가 사용됩니다. 선반, 밀링 머신, 드릴 프레스, 톱 및 그라인더, 심지어 고속 로봇 공학의 모든 조합을 사용할 수 있습니다. 항공 우주 산업은 고속 기계 가공을 사용하는 반면 목공 도구 제작 산업은 광화학 에칭 및 밀링 공정을 사용할 수 있습니다. 실행 또는 특정 품목의 특정 수량에서 이탈하는 것은 수천 또는 소수에 불과할 수 있습니다. 정밀 가공에는 종종 CNC 장치의 프로그래밍이 필요합니다. 이는 컴퓨터가 수치적으로 제어된다는 것을 의미합니다. CNC 장치를 사용하면 제품 실행 전반에 걸쳐 정확한 치수를 따를 수 있습니다.
밀링은 로터리 커터를 사용하여 커터를 특정 방향으로 공작물에 전진(또는 공급)하여 공작물에서 재료를 제거하는 가공 프로세스입니다. 커터는 또한 도구의 축에 대해 일정한 각도로 유지될 수 있습니다. 밀링은 작은 개별 부품부터 대형 갱 밀링 작업에 이르기까지 다양한 작업과 기계를 포괄합니다. 정밀한 공차로 맞춤형 부품을 가공하는 데 가장 일반적으로 사용되는 공정 중 하나입니다.
밀링은 다양한 공작 기계로 수행할 수 있습니다. 밀링을 위한 공작 기계의 원래 클래스는 밀링 머신(종종 밀링이라고 함)이었습니다. CNC(Computer Numerical Control)가 등장한 후 밀링 머신은 자동 공구 교환 장치, 공구 매거진 또는 캐러셀, CNC 기능, 절삭유 시스템 및 인클로저로 보강된 밀링 머신과 같은 머시닝 센터로 발전했습니다. 밀링 센터는 일반적으로 수직 머시닝 센터(VMC) 또는 수평 머시닝 센터(HMC)로 분류됩니다.
선반용 라이브 툴링과 터닝 작업을 위한 밀 사용으로 시작하여 밀링을 터닝 환경으로 또는 그 반대로 통합했습니다. 이로 인해 동일한 작업 영역 내에서 밀링 및 터닝을 용이하게 하도록 특수 제작된 새로운 종류의 공작 기계인 멀티태스킹 머신(MTM)이 탄생했습니다.
부품 소싱에 의존하는 설계 엔지니어, R&D 팀 및 제조업체의 경우 정밀 CNC 가공을 통해 추가 처리 없이 복잡한 부품을 생성할 수 있습니다. 사실, 정밀 CNC 머시닝은 종종 단일 기계에서 완성된 부품을 만드는 것을 가능하게 합니다.
가공 공정은 재료를 제거하고 광범위한 절삭 도구를 사용하여 최종적이고 종종 매우 복잡한 부품 설계를 생성합니다. 공작 기계의 제어를 자동화하는 데 사용되는 CNC(컴퓨터 수치 제어)를 사용하여 정밀도 수준이 향상됩니다.
정밀 가공에서 "CNC"의 역할
코딩된 프로그래밍 지침을 사용하는 정밀 CNC 가공을 통해 기계 작업자의 수동 개입 없이 사양에 따라 공작물을 절단하고 성형할 수 있습니다.
고객이 제공한 CAD(Computer Aided Design) 모델을 사용하여 전문 기계공이 CAM(Computer Aided Manufacturing Software)을 사용하여 부품 가공 지침을 작성합니다. CAD 모델을 기반으로 소프트웨어는 필요한 도구 경로를 결정하고 기계에 다음을 알려주는 프로그래밍 코드를 생성합니다.
■ 정확한 RPM 및 이송 속도
■ 공구 및/또는 공작물을 이동하는 시기와 위치
■ 절단 깊이
■ 냉각수 도포 시기
■ 속도, 이송 속도 및 조정과 관련된 기타 모든 요소
그런 다음 CNC 컨트롤러는 프로그래밍 코드를 사용하여 기계의 움직임을 제어, 자동화 및 모니터링합니다.
오늘날 CNC는 선반, 밀, 라우터에서 와이어 EDM(방전 가공), 레이저 및 플라즈마 절단기에 이르기까지 광범위한 장비에 내장된 기능입니다. CNC는 가공 공정을 자동화하고 정밀도를 높이는 것 외에도 수동 작업을 없애고 기계 기술자가 동시에 실행되는 여러 기계를 감독할 수 있도록 합니다.
또한 공구 경로가 설계되고 기계가 프로그래밍되면 부품을 여러 번 실행할 수 있습니다. 이것은 높은 수준의 정밀도와 반복성을 제공하여 프로세스를 매우 비용 효율적이고 확장 가능하게 만듭니다.
가공된 재료
일반적으로 가공되는 일부 금속에는 알루미늄, 황동, 청동, 구리, 강철, 티타늄 및 아연이 포함됩니다. 또한 목재, 폼, 유리 섬유 및 폴리프로필렌과 같은 플라스틱도 가공할 수 있습니다.
사실 거의 모든 재료를 정밀 CNC 가공과 함께 사용할 수 있습니다. 물론 응용 프로그램과 해당 요구 사항에 따라 다릅니다.
정밀 CNC 가공의 몇 가지 장점
광범위한 제조 제품에 사용되는 많은 소형 부품 및 구성 요소의 경우 정밀 CNC 가공이 종종 선택되는 제조 방법입니다.
거의 모든 절단 및 가공 방법이 그렇듯이 재료에 따라 거동이 다르며 구성 요소의 크기와 모양도 공정에 큰 영향을 미칩니다. 그러나 일반적으로 정밀 CNC 가공 프로세스는 다른 가공 방법에 비해 이점을 제공합니다.
CNC 가공은 다음을 제공할 수 있기 때문입니다.
■ 높은 수준의 부품 복잡성
■ 일반적으로 ±0.0002"(±0.00508 mm) ~ ±0.0005"(±0.0127 mm) 범위의 엄격한 허용 오차
■ 맞춤형 마감재를 포함한 매우 매끄러운 표면 마감재
■ 높은 볼륨에서도 반복성
숙련된 기계공이 수동 선반을 사용하여 10개 또는 100개 수량의 고품질 부품을 만들 수 있지만 1,000개 부품이 필요하면 어떻게 됩니까? 부품 10,000개? 100,000 또는 백만 부품?
정밀 CNC 가공을 통해 이러한 유형의 대량 생산에 필요한 확장성과 속도를 얻을 수 있습니다. 또한 정밀 CNC 가공의 높은 반복성은 얼마나 많은 부품을 생산하든 처음부터 끝까지 동일한 부품을 제공합니다.
와이어 EDM(방전 가공), 적층 가공 및 3D 레이저 인쇄를 포함하여 매우 전문화된 CNC 가공 방법이 있습니다. 예를 들어, 와이어 EDM은 전도성 재료(일반적으로 금속)와 전기 방전을 사용하여 공작물을 복잡한 모양으로 침식합니다.
그러나 여기에서는 정밀 CNC 가공에 널리 사용되며 자주 사용되는 두 가지 절삭 방법인 밀링 및 선삭 공정에 중점을 둘 것입니다.
밀링 vs. 터닝
밀링은 회전하는 원통형 절단 도구를 사용하여 재료를 제거하고 모양을 만드는 가공 프로세스입니다. 밀링 또는 머시닝 센터로 알려진 밀링 장비는 금속으로 가공된 가장 큰 물체에 복잡한 부품 형상의 우주를 완성합니다.
밀링의 중요한 특징은 절삭 공구가 회전하는 동안 공작물이 정지 상태를 유지한다는 것입니다. 즉, 밀링에서 회전하는 절삭 공구는 베드에 고정된 상태로 공작물 주위를 이동합니다.
터닝은 선반이라는 장비에서 공작물을 절단하거나 성형하는 과정입니다. 일반적으로 선반은 수직 또는 수평 축에서 공작물을 회전시키는 반면 고정된 절삭 공구(회전할 수도 있고 회전하지 않을 수도 있음)는 프로그래밍된 축을 따라 이동합니다.
도구는 부품 주위를 물리적으로 이동할 수 없습니다. 재료가 회전하여 공구가 프로그래밍된 작업을 수행할 수 있습니다. (도구가 스풀 공급 와이어 주위를 회전하는 선반의 하위 집합이 있지만 여기에서는 다루지 않습니다.)
선삭에서는 밀링과 달리 공작물이 회전합니다. 부품 스톡이 선반의 스핀들을 켜고 절삭 공구가 공작물과 접촉합니다.
수동 대 CNC 가공
밀링과 선반 모두 수동 모델에서 사용할 수 있지만 CNC 기계는 작은 부품 제조 목적에 더 적합합니다. 즉, 공차가 엄격한 부품을 대량 생산해야 하는 응용 분야에 확장성과 반복성을 제공합니다.
공구가 X 및 Z축으로 움직이는 간단한 2축 기계를 제공하는 것 외에도 정밀 CNC 장비에는 공작물도 이동할 수 있는 다축 모델이 포함됩니다. 이것은 공작물이 회전으로 제한되고 도구가 원하는 형상을 생성하기 위해 이동하는 선반과 대조됩니다.
이러한 다축 구성을 통해 기계 작업자의 추가 작업 없이 한 번의 작업으로 더 복잡한 형상을 생산할 수 있습니다. 이를 통해 복잡한 부품을 더 쉽게 생산할 수 있을 뿐만 아니라 작업자 오류 가능성을 줄이거나 없앨 수 있습니다.
또한 정밀 CNC 가공과 함께 고압 절삭유를 사용하여 수직 스핀들이 있는 기계를 사용하는 경우에도 칩이 작업에 들어가지 않도록 합니다.
CNC 밀
밀링 머신마다 크기, 축 구성, 이송 속도, 절삭 속도, 밀링 이송 방향 및 기타 특성이 다릅니다.
그러나 일반적으로 CNC 밀은 모두 회전 스핀들을 사용하여 원하지 않는 재료를 잘라냅니다. 강철 및 티타늄과 같은 단단한 금속을 절단하는 데 사용되지만 플라스틱 및 알루미늄과 같은 재료에도 사용할 수 있습니다.
CNC 밀은 반복성을 위해 제작되었으며 프로토타입에서 대량 생산에 이르기까지 모든 작업에 사용할 수 있습니다. 고급 정밀 CNC 밀은 미세 다이 및 금형 밀링과 같은 엄격한 공차 작업에 자주 사용됩니다.
CNC 밀링은 빠른 턴어라운드를 제공할 수 있지만 밀링된 마무리는 가시적인 도구 표시가 있는 부품을 생성합니다. 또한 날카로운 모서리와 버가 있는 부품을 생성할 수 있으므로 이러한 기능에 대해 모서리와 버가 허용되지 않는 경우 추가 프로세스가 필요할 수 있습니다.
물론 순서대로 프로그래밍된 디버링 도구는 버를 제거하지만 일반적으로 최종 요구 사항의 최대 90%를 달성하고 최종 손 마무리를 위한 일부 기능을 남깁니다.
표면 마감의 경우 허용 가능한 표면 마감뿐만 아니라 작업 제품의 일부에 거울과 같은 마감을 제공하는 도구가 있습니다.
CNC 밀의 종류
밀링 머신의 두 가지 기본 유형은 수직 머시닝 센터와 수평 머시닝 센터로 알려져 있으며, 주요 차이점은 머신 스핀들의 방향입니다.
수직형 머시닝 센터는 스핀들 축이 Z축 방향으로 정렬된 밀입니다. 이러한 수직 기계는 두 가지 유형으로 더 나눌 수 있습니다.
■스핀들이 자축과 평행하게 움직이고 테이블이 스핀들 축에 수직으로 움직이는 베드밀
■터렛밀(Turret Mill)은 주축을 고정하고 테이블을 이동시켜 절삭가공시 항상 주축에 수직이고 평행이 되도록 하는 것
수평 머시닝 센터에서 밀의 스핀들 축은 Y축 방향으로 정렬됩니다. 수평 구조는 이러한 밀이 기계 작업장에서 더 많은 공간을 차지하는 경향이 있음을 의미합니다. 그들은 또한 일반적으로 수직 기계보다 무게가 더 무겁고 더 강력합니다.
수평 밀은 더 나은 표면 조도가 필요할 때 자주 사용됩니다. 스핀들의 방향이 절삭 칩이 자연스럽게 떨어지고 쉽게 제거된다는 것을 의미하기 때문입니다. (추가적인 이점으로 효율적인 칩 제거는 공구 수명을 늘리는 데 도움이 됩니다.)
일반적으로 수직 머시닝 센터는 수평 머시닝 센터만큼 강력하고 매우 작은 부품을 처리할 수 있기 때문에 더 널리 사용됩니다. 또한 수직 센터는 수평 머시닝 센터보다 설치 공간이 더 작습니다.
다축 CNC 밀
정밀 CNC 밀링 센터는 여러 축과 함께 사용할 수 있습니다. 3축 밀은 다양한 작업에 X, Y, Z축을 활용합니다. 4축 밀을 사용하면 기계가 수직 및 수평 축에서 회전하고 공작물을 이동하여 보다 연속적인 가공이 가능합니다.
5축 밀에는 3개의 기존 축과 2개의 추가 로터리 축이 있어 스핀들 헤드가 주위를 이동할 때 공작물을 회전할 수 있습니다. 이를 통해 공작물을 제거하고 기계를 재설정하지 않고도 공작물의 5면을 가공할 수 있습니다.
CNC 선반
선반(터닝 센터라고도 함)에는 하나 이상의 스핀들과 X 및 Z 축이 있습니다. 기계는 공작물에 다양한 도구를 적용하여 다양한 절단 및 성형 작업을 수행하기 위해 축에서 공작물을 회전시키는 데 사용됩니다.
라이브 액션 툴링 선반이라고도 하는 CNC 선반은 대칭 원통형 또는 구형 부품을 만드는 데 이상적입니다. CNC 선반과 마찬가지로 CNC 선반은 프로토타입 제작과 같은 소규모 작업을 처리할 수 있지만 높은 반복성을 위해 설정할 수도 있어 대량 생산을 지원합니다.
CNC 선반은 또한 비교적 핸즈프리 생산을 위해 설정할 수 있으므로 자동차, 전자, 항공 우주, 로봇 공학 및 의료 기기 산업에서 널리 사용됩니다.
CNC 선반 작동 원리
CNC 선반을 사용하면 스톡 재료의 빈 막대가 선반 스핀들의 척에 로드됩니다. 이 척은 스핀들이 회전하는 동안 공작물을 제자리에 고정합니다. 스핀들이 필요한 속도에 도달하면 고정된 절삭 공구가 공작물과 접촉하여 재료를 제거하고 정확한 형상을 얻습니다.
CNC 선반은 드릴링, 스레딩, 보링, 리밍, 페이싱 및 테이퍼 선삭과 같은 여러 작업을 수행할 수 있습니다. 다른 작업에는 도구 변경이 필요하며 비용과 설정 시간이 증가할 수 있습니다.
필요한 모든 가공 작업이 완료되면 필요한 경우 추가 처리를 위해 부품이 스톡에서 절단됩니다. 그러면 CNC 선반이 작업을 반복할 준비가 되며 일반적으로 그 사이에 추가 설정 시간이 거의 또는 전혀 필요하지 않습니다.
CNC 선반은 또한 수동 원료 처리의 양을 줄이고 다음과 같은 이점을 제공하는 다양한 자동 바 피더를 수용할 수 있습니다.
■ 기계 작업자의 시간과 노력을 줄입니다.
■ 정밀도에 부정적인 영향을 미칠 수 있는 진동을 줄이기 위해 바스톡을 지지합니다.
■ 공작 기계가 최적의 스핀들 속도로 작동하도록 허용
■ 전환 시간 최소화
■ 자재 낭비 감소
CNC 선반의 종류
다양한 종류의 선반이 있지만 가장 일반적인 것은 2축 CNC 선반과 중국식 자동 선반입니다.
대부분의 CNC 중국 선반은 하나 또는 두 개의 메인 스핀들과 하나 또는 두 개의 백(또는 보조) 스핀들을 사용하며, 전자는 회전 전송을 담당합니다. 메인 스핀들은 가이드 부싱의 도움으로 1차 가공 작업을 수행합니다.
또한 일부 중국식 선반에는 CNC 밀로 작동하는 두 번째 도구 헤드가 장착되어 있습니다.
CNC 중국식 자동 선반을 사용하면 스톡 재료가 슬라이딩 헤드 스핀들을 통해 가이드 부싱으로 공급됩니다. 이를 통해 도구는 재료가 지지되는 지점에 더 가깝게 재료를 절단할 수 있으므로 중국 기계는 길고 가느다란 선삭 부품 및 미세 가공에 특히 유용합니다.
다축 CNC 터닝 센터와 중국식 선반은 단일 기계를 사용하여 여러 가공 작업을 수행할 수 있습니다. 따라서 기존 CNC 밀과 같은 장비를 사용하여 여러 대의 기계 또는 도구를 변경해야 하는 복잡한 형상에 대해 비용 효율적인 옵션이 됩니다.