정밀 가공은 정밀한 공차 마감을 유지하는 동안 공작물에서 재료를 제거하는 프로세스입니다.정밀 기계에는 밀링, 터닝, 방전 가공 등 다양한 유형이 있습니다.오늘날 정밀 기계는 일반적으로 컴퓨터 수치 제어 장치(CNC)를 사용하여 제어됩니다.
거의 모든 금속 제품은 플라스틱, 목재 등 다른 많은 재료와 마찬가지로 정밀 가공을 사용합니다.이 기계는 전문적이고 훈련된 기계 기술자에 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 공작물을 이동할 수도 있습니다.이러한 움직임과 절삭 공구의 날카로움이 결합되어 정밀 기계가 작동할 수 있습니다.
고품질의 정밀 가공을 위해서는 AutoCAD 및 TurboCAD와 같은 CAD(컴퓨터 지원 설계) 또는 CAM(컴퓨터 지원 제조) 프로그램으로 작성된 매우 구체적인 청사진을 따르는 능력이 필요합니다.이 소프트웨어는 도구, 기계 또는 물체를 제조하는 데 필요한 복잡한 3차원 다이어그램이나 개요를 생성하는 데 도움이 될 수 있습니다.제품의 무결성을 유지하려면 이러한 청사진을 아주 자세하게 준수해야 합니다.대부분의 정밀 가공 회사는 일부 형태의 CAD/CAM 프로그램을 사용하지만 여전히 설계 초기 단계에서는 손으로 그린 스케치를 사용하는 경우가 많습니다.
정밀 가공은 강철, 청동, 흑연, 유리, 플라스틱 등 다양한 재료에 사용됩니다.프로젝트의 규모와 사용되는 재료에 따라 다양한 정밀 가공 도구가 사용됩니다.선반, 밀링 머신, 드릴 프레스, 톱, 그라인더, 심지어 고속 로봇까지 조합하여 사용할 수 있습니다.항공우주 산업에서는 고속 가공을 사용하는 반면, 목공 도구 제조 산업에서는 광화학 에칭 및 밀링 공정을 사용할 수 있습니다.대량 생산 또는 특정 품목의 특정 수량은 수천 개가 될 수도 있고 단지 몇 개가 될 수도 있습니다.정밀 가공에는 CNC 장치의 프로그래밍이 필요한 경우가 많습니다. 이는 컴퓨터 수치 제어가 가능함을 의미합니다.CNC 장치를 사용하면 제품 실행 전반에 걸쳐 정확한 치수를 따를 수 있습니다.
밀링은 회전식 커터를 사용하여 커터를 특정 방향으로 공작물로 전진(또는 공급)하여 공작물에서 재료를 제거하는 가공 프로세스입니다.커터는 도구의 축에 대해 특정 각도로 고정될 수도 있습니다.밀링은 작은 개별 부품부터 대규모의 대규모 갱 밀링 작업에 이르기까지 다양한 작업과 기계를 포괄합니다.이는 맞춤형 부품을 정확한 공차로 가공하는 데 가장 일반적으로 사용되는 프로세스 중 하나입니다.
밀링은 다양한 공작 기계를 사용하여 수행할 수 있습니다.밀링용 공작 기계의 원래 종류는 밀링 머신(종종 밀이라고 함)이었습니다.컴퓨터 수치 제어(CNC)의 출현 이후 밀링 기계는 머시닝 센터로 발전했습니다. 밀링 기계는 자동 공구 교환기, 공구 매거진 또는 캐러셀, CNC 기능, 절삭유 시스템 및 인클로저로 강화되었습니다.밀링센터는 일반적으로 수직형 머시닝센터(VMC)와 수평형 머시닝센터(HMC)로 분류됩니다.
선반을 위한 라이브 툴링과 선삭 작업을 위한 밀의 가끔 사용으로 밀링과 터닝 환경의 통합 및 그 반대의 통합이 시작되었습니다.이로 인해 동일한 작업 영역 내에서 밀링과 터닝을 용이하게 하기 위해 특별히 제작된 새로운 종류의 공작 기계인 멀티 태스킹 기계(MTM)가 탄생했습니다.
부품 조달에 의존하는 설계 엔지니어, R&D 팀 및 제조업체의 경우 정밀 CNC 가공을 통해 추가 처리 없이 복잡한 부품을 만들 수 있습니다.실제로 정밀 CNC 가공을 통해 단일 기계에서 완성된 부품을 만드는 것이 가능한 경우가 많습니다.
가공 공정에서는 재료를 제거하고 광범위한 절단 도구를 사용하여 최종적이고 종종 매우 복잡한 부품 설계를 만듭니다.가공 공구 제어를 자동화하는 데 사용되는 컴퓨터 수치 제어(CNC)를 사용하여 정밀도 수준이 향상됩니다.
정밀가공에서 "CNC"의 역할
코딩된 프로그래밍 지침을 사용하면 정밀 CNC 가공을 통해 기계 작업자의 수동 개입 없이 공작물을 사양에 맞게 절단하고 성형할 수 있습니다.
전문 기계 기술자는 고객이 제공한 CAD(컴퓨터 지원 설계) 모델을 사용하여 CAM(컴퓨터 지원 제조 소프트웨어)을 사용하여 부품 가공 지침을 작성합니다.CAD 모델을 기반으로 소프트웨어는 필요한 도구 경로를 결정하고 기계에 다음을 알려주는 프로그래밍 코드를 생성합니다.
■ 올바른 RPM과 이송 속도는 무엇입니까?
■ 공구 및/또는 공작물을 이동하는 시기와 장소
■ 절단 깊이
■ 절삭유 도포 시기
■ 속도, 이송 속도 및 조정과 관련된 기타 요소
그런 다음 CNC 컨트롤러는 프로그래밍 코드를 사용하여 기계의 움직임을 제어, 자동화 및 모니터링합니다.
오늘날 CNC는 선반, 밀, 라우터부터 와이어 EDM(방전 가공), 레이저, 플라즈마 절단 기계에 이르기까지 다양한 장비에 내장된 기능입니다.CNC는 가공 프로세스를 자동화하고 정밀도를 향상시키는 것 외에도 수동 작업을 없애고 기계공이 동시에 실행되는 여러 기계를 감독할 수 있도록 해줍니다.
또한 공구 경로가 설계되고 기계가 프로그래밍되면 부품을 여러 번 실행할 수 있습니다.이는 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, 유리섬유, 폴리프로필렌과 같은 플라스틱도 가공할 수 있습니다.
실제로 정밀 CNC 가공에는 응용 분야와 요구 사항에 따라 거의 모든 재료를 사용할 수 있습니다.
정밀 CNC 가공의 장점
광범위한 제조 제품에 사용되는 많은 소형 부품 및 구성요소의 경우 정밀 CNC 가공이 선택되는 제조 방법인 경우가 많습니다.
거의 모든 절단 및 가공 방법이 그렇듯, 다양한 재료는 다르게 작동하며 부품의 크기와 모양도 공정에 큰 영향을 미칩니다.그러나 일반적으로 정밀 CNC 가공 프로세스는 다른 가공 방법에 비해 이점을 제공합니다.
이는 CNC 가공이 다음을 제공할 수 있기 때문입니다.
■ 높은 수준의 부품 복잡성
■ 일반적으로 ±0.0002"(±0.00508mm) ~ ±0.0005"(±0.0127mm) 범위의 엄격한 공차
■ 맞춤형 마감을 포함하여 매우 매끄러운 표면 마감
■ 높은 볼륨에서도 반복성
숙련된 기계 기술자가 수동 선반을 사용하여 10개 또는 100개의 고품질 부품을 만들 수 있지만, 1,000개의 부품이 필요한 경우 어떻게 될까요?부품이 10,000개?100,000개 또는 백만 개의 부품?
정밀 CNC 가공을 통해 이러한 유형의 대량 생산에 필요한 확장성과 속도를 얻을 수 있습니다.또한 정밀 CNC 가공의 높은 반복성은 생산하는 부품 수에 관계없이 처음부터 끝까지 모두 동일한 부품을 제공합니다.
CNC 가공에는 와이어 EDM(방전 가공), 적층 가공, 3D 레이저 프린팅 등 매우 전문적인 방법이 있습니다.예를 들어, 와이어 EDM은 전도성 재료(일반적으로 금속)와 전기 방전을 사용하여 공작물을 복잡한 모양으로 침식합니다.
그러나 여기서는 정밀 CNC 가공에 널리 사용되고 자주 사용되는 두 가지 절삭 방법인 밀링 및 선삭 공정에 중점을 둘 것입니다.
밀링과 터닝
밀링은 회전하는 원통형 절단 도구를 사용하여 재료를 제거하고 모양을 만드는 가공 프로세스입니다.밀 또는 머시닝 센터로 알려진 밀링 장비는 금속을 가공한 가장 큰 물체 중 일부에서 복잡한 부품 형상의 세계를 완성합니다.
밀링의 중요한 특징은 절삭 공구가 회전하는 동안 공작물이 고정되어 있다는 것입니다.즉, 밀에서는 회전하는 절삭 공구가 공작물 주위를 이동하며 공작물은 베드에 고정되어 있습니다.
터닝은 선반이라는 장비에서 공작물을 절단하거나 성형하는 과정입니다.일반적으로 선반은 고정된 절삭 공구(회전할 수도 있고 회전하지 않을 수도 있음)가 프로그래밍된 축을 따라 이동하는 동안 공작물을 수직 또는 수평 축으로 회전시킵니다.
도구는 물리적으로 부품 주위를 이동할 수 없습니다.재료가 회전하여 도구가 프로그래밍된 작업을 수행할 수 있습니다.(도구가 스풀 공급 와이어 주위를 회전하는 선반의 하위 집합이 있지만 여기서는 다루지 않습니다.)
터닝에서는 밀링과 달리 공작물이 회전합니다.부품 스톡이 선반의 스핀들을 켜고 절삭 공구가 공작물과 접촉하게 됩니다.
수동 대 CNC 가공
밀과 선반 모두 수동 모델에서 사용할 수 있지만 CNC 기계는 소형 부품 제조 목적에 더 적합하며, 공차가 엄격한 부품을 대량 생산해야 하는 응용 분야에 확장성과 반복성을 제공합니다.
정밀 CNC 장비에는 공구가 X축과 Z축으로 이동하는 간단한 2축 기계 외에도 공작물도 이동할 수 있는 다축 모델이 포함됩니다.이는 공작물이 회전하도록 제한되고 도구가 이동하여 원하는 형상을 생성하는 선반과 대조됩니다.
이러한 다축 구성을 통해 기계 운영자의 추가 작업 없이 단일 작업으로 더 복잡한 형상을 생산할 수 있습니다.이를 통해 복잡한 부품을 더 쉽게 생산할 수 있을 뿐만 아니라 작업자 오류 가능성도 줄이거나 제거됩니다.
또한, 정밀 CNC 가공에 고압 절삭유를 사용하여 수직 방향의 스핀들을 사용하는 기계에서도 칩이 작업물에 들어가지 않습니다.
CNC 밀스
다양한 밀링 기계는 크기, 축 구성, 이송 속도, 절삭 속도, 밀링 이송 방향 및 기타 특성이 다릅니다.
그러나 일반적으로 CNC 밀은 모두 회전 스핀들을 사용하여 원치 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 프로토타입 제작부터 대량 생산까지 모든 작업에 사용할 수 있습니다.고급 정밀 CNC 밀은 미세 다이 및 몰드 밀링과 같은 엄격한 공차 작업에 사용되는 경우가 많습니다.
CNC 밀링은 신속한 처리를 제공할 수 있지만 밀링된 대로 마감 처리하면 눈에 띄는 도구 표시가 있는 부품이 생성됩니다.또한 날카로운 모서리와 버가 있는 부품을 생산할 수도 있으므로 모서리와 버가 해당 기능에 허용되지 않는 경우 추가 공정이 필요할 수 있습니다.
물론, 시퀀스에 프로그래밍된 디버링 도구는 디버링을 수행하지만 일반적으로 완성된 요구 사항의 최대 90%를 달성하고 일부 기능은 최종 손 마무리를 위해 남겨 둡니다.
표면 마감의 경우, 허용 가능한 표면 마감뿐만 아니라 작업 제품의 일부에 거울 같은 마감을 생성하는 도구가 있습니다.
CNC 밀의 종류
밀링 머신의 두 가지 기본 유형은 수직 머시닝 센터와 수평 머시닝 센터로 알려져 있으며, 주요 차이점은 기계 스핀들의 방향에 있습니다.
수직형 머시닝센터는 스핀들 축이 Z축 방향으로 정렬된 밀입니다.이러한 수직 기계는 두 가지 유형으로 더 나눌 수 있습니다.
■베드밀은 스핀들이 자체 축과 평행하게 이동하고 테이블이 스핀들 축에 수직으로 이동하는 베드밀입니다.
■터릿밀(Turret mill)은 스핀들이 고정되어 있고 테이블이 절삭 작업 중에 스핀들 축에 항상 수직 및 평행이 되도록 이동합니다.
수평 머시닝 센터에서는 밀의 스핀들 축이 Y축 방향으로 정렬됩니다.수평 구조는 이러한 공장이 기계 작업 현장에서 더 많은 공간을 차지하는 경향이 있음을 의미합니다.또한 일반적으로 수직 기계보다 무게가 더 무겁고 강력합니다.
더 나은 표면 마감이 필요할 때 수평 밀이 자주 사용됩니다.스핀들의 방향에 따라 절삭 칩이 자연스럽게 떨어져 쉽게 제거되기 때문입니다.(추가적인 이점으로 효율적인 칩 제거는 공구 수명을 늘리는 데 도움이 됩니다.)
일반적으로 수직형 머시닝 센터는 수평형 머시닝 센터만큼 강력하고 매우 작은 부품을 처리할 수 있기 때문에 더 많이 사용됩니다.또한 수직 센터는 수평 머시닝 센터보다 설치 공간이 더 작습니다.
다축 CNC 밀
정밀 CNC 밀 센터는 여러 축과 함께 사용할 수 있습니다.3축 밀은 다양한 작업에 X, Y, Z축을 활용합니다.4축 밀을 사용하면 기계가 수직 및 수평 축으로 회전하고 공작물을 이동하여 보다 연속적인 가공이 가능합니다.
5축 밀에는 3개의 기존 축과 2개의 추가 회전 축이 있어 스핀들 헤드가 공작물 주위를 이동할 때 공작물을 회전시킬 수 있습니다.이를 통해 공작물을 제거하고 기계를 재설정하지 않고도 공작물의 5개 측면을 가공할 수 있습니다.
CNC 선반
선반(터닝 센터라고도 함)에는 하나 이상의 스핀들과 X 및 Z축이 있습니다.이 기계는 공작물을 축으로 회전시켜 다양한 절단 및 성형 작업을 수행하고 공작물에 다양한 도구를 적용하는 데 사용됩니다.
라이브 액션 툴링 선반이라고도 불리는 CNC 선반은 대칭형 원통형 또는 구형 부품을 만드는 데 이상적입니다.CNC 밀과 마찬가지로 CNC 선반은 프로토타입 제작과 같은 소규모 작업을 처리할 수 있지만 높은 반복성을 위해 설정하여 대량 생산을 지원할 수도 있습니다.
CNC 선반은 상대적으로 핸즈프리 생산을 위해 설정할 수도 있으므로 자동차, 전자, 항공우주, 로봇 공학 및 의료 기기 산업에서 널리 사용됩니다.
CNC 선반의 작동 원리
CNC 선반을 사용하면 스톡 재료의 빈 바가 선반 스핀들의 척에 로드됩니다.이 척은 스핀들이 회전하는 동안 공작물을 제자리에 고정합니다.스핀들이 필요한 속도에 도달하면 고정된 절삭 공구가 공작물과 접촉하여 재료를 제거하고 올바른 형상을 얻습니다.
CNC 선반은 드릴링, 나사 가공, 보링, 리밍, 페이싱 및 테이퍼 터닝과 같은 다양한 작업을 수행할 수 있습니다.다양한 작업에는 도구 변경이 필요하며 비용과 설정 시간이 늘어날 수 있습니다.
필요한 가공 작업이 모두 완료되면 필요한 경우 추가 처리를 위해 부품이 재고에서 절단됩니다.그러면 CNC 선반은 일반적으로 그 사이에 필요한 추가 설정 시간이 거의 또는 전혀 없이 작업을 반복할 준비가 됩니다.
CNC 선반은 또한 다양한 자동 바 피더를 수용할 수 있어 수동 원료 처리량을 줄이고 다음과 같은 이점을 제공합니다.
■ 기계 작업자의 시간과 노력을 줄여줍니다.
■ 바스톡을 지지하여 정밀도에 부정적인 영향을 미칠 수 있는 진동을 줄입니다.
■ 공작 기계가 최적의 스핀들 속도로 작동하도록 허용합니다.
■ 전환 시간 최소화
■ 재료 낭비 감소
CNC 선반의 종류
선반에는 다양한 유형이 있지만 가장 일반적인 것은 2축 CNC 선반과 중국식 자동 선반입니다.
대부분의 CNC China 선반은 1개 또는 2개의 메인 스핀들과 1개 또는 2개의 후면(또는 보조) 스핀들을 사용하며 전자는 회전식 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 회전 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 기계 또는 도구 변경이 필요한 복잡한 형상에 대한 비용 효율적인 옵션이 됩니다.