가공물 형상에 따른 적절한 CNC가공 방식

모든 부품은 CNC 기계를 통해 가공하는 것이 좋을까요?

 

컴퓨터 수치 제어 시스템을 통해 부품을 제작하는 방식은 정확도와 정밀도가 높습니다. 고로 모든 부품을 CNC가공으로 제작한다면 제품의 질은 일률적으로 올라갈 것입니다. 

 

하지만 절삭가공이 다이캐스팅 등 기타 양산 공정 대비 생산 단가 면에서는 불리한점이 있습니다. 그리고 무엇보다 사람이 직접 제작하기 힘든 복잡한 형상을 더빠르고 정확하게 만들기 위해 고안된 기술이기에, 수량이 적거나 수작업으로 했을 때 더 효율적인 형상의 부품까지 CNC 공정을 통해 만들 필요는 없습니다.

 

그러한 것들은 범용 가공으로 충분히 제작이 가능하기 때문입니다. 

 

 

다시 말해서 CNC 공정은 주로 복잡한 형상을 가져 일반 공작 기계로는 가공하기 어려운 부품을 가공할 때 사용되는데요, 그렇다면 CNC 가공을 사용하기에 적합한 형상은 무엇이고 , 각각의 형상에 따라 어떤 CNC 가공 방식을 사용해야 할까요?

오늘은 다양한 가공 방식, 기계 및 축의 종류에 기반하여, 가공하고자 하는 형상과 난이도에 따른 적절한 CNC 가공 방식에 대해 말씀드리겠습니다. 

 

재료의 형태에 따른 가공 방식- 각재, 판재, 봉재

 

우선 가공하고자 하는 부품의 도면을 확인했다면, 해당 가공품을 제작하기 위해 어떠한 재료를 사용할지부터 선택해야 합니다. 가공에 사용되는 재료는 크게 각재, 판재, 봉재로 나뉘는데, 어떤 재료가 가장 효율적일지는 가공물의 형상에 따라 달라지기 때문입니다. 각 형태에 따른 일반적인 CNC 가공 방식은 다음과 같습니다.

 

• 각재

각재는 정사각형, 직사각형 단면 또는 그와 유사한 단면을 갖는 재료를 의미하는데요, 이러한 각재는 주로 밀링으로 가공합니다. 밀링은 회전하는 절삭 공구를 사용하여 재료의 표면을 삭제하는 방식이므로 두께가 어느 정도 있는 재료를 가공하기에 적합하기 때문입니다. 

 

• 판재

판재는 용어 그대로 판 형태의 재료를 의미하며, 밀링 가공, 레이저/플라즈마 가공, 워터젯 방식 등으로 가공할 수 있습니다. 레이저 가공은 뾰족한 라우터에서 뻗어 나오는 레이저 빔을 사용하여 판재를 절단합니다. 워터젯 가공은 고압력의 물과 모래가 단단한 노즐을 통해 분사되면서 판재를 절단하는 방식입니다. 레이저 및 플라즈마, 워터젯 가공은 회전하는 공구를 사용하는 가공 방식이 아니기 때문에 절단 가능한 두께의 상한선이 존재하여 얇고 판판한 현태를 가진 재료를 가공하기에 적합합니다. 

 

• 봉재

 

봉재는 원기둥 형태의 재료를 의미하며, 선반, 밀링, 드릴링 등으로 가공할 수 있습니다. 그중에서도 대표적인 것이 선반 가공인데요, 선반 가공은 공구는 고정한 채 가공물(봉재)를 회전시키며 표면을 절삭하는 방식으로, 좌우대칭의 원통 형태만 제작할 수 있기 때문입니다. 한편 드릴링 가공은 공작물을 고정하고 드릴, 리머, 탭 등의 공구를 회전시키며 공작물에 원형 구멍을 뚫거나 자리를 내는 가공법입니다. 봉재와 같이 표면이 곡선으로 이루어진 경우에는 수동 드릴링 작업 시 오류 발생 가능성이 더 높기 때문에 CNC 드릴링을 봉재에 사용했을 때 그 효과성이 보다 높다고 볼 수 있습니다. 

 

가공 형상의 난이도에 따른 가공 방식- 단순, 복잡, 정밀, 대형 

가공의 난이도를 상중하로 나누는 절대적인 기준은 없습니다. 다만 숙련된 작업자가 가공물의 도면을 봤을 때 직관적으로 단순 혹은 복잡해 보이는 것이 있으며, 주로 가공에 기울여야 하는 비용과 시간을 고려하여 그 난이도를 판단합니다. 난이도( 도면의 복잡도, 정밀도, 크기 등)에 따라 필요한 가공법이 달라지기 때문에 도면 제작자나 가공 작업자는 가공 난이도를 대략적으로나마 측정하는 기준을 가지고 있는 것이 좋습니다. 

 

• 단순 가공품

 

단순 가공은 가공물의 형상이 심플하고, 가공 공적인 적은 경우를 말합니다. 물론 비용이나 시간상으로 범용공작기계를 통한 수작업이 더 효율적인 단순 형상의 경우에는 수작업으로 하는 것이 바람직합니다. 따라서 해당 글에서 언급하고자 하는 단순 가공이란 사람이 하기는 힘들지만, CNC 기계가 하면 쉽고 빠른 경우이거나, 사람이 할 수도 있는 가공이지만 대량 생산인 경우를 의미합니다. 단순 가공품은 주로 선반, 드릴링 혹은 절단 기계의 단일 공정으로 제작할 수 있습니다. 대표적인 단순 가공으로는 판재를 원하는 라인에 따라 절단하거나 구멍을 내는 것이 있습니다. 

 

• 복잡 가공품

복잡 가공은 가공물의 형상이 복잡하고, 가공 공정이 많은 경우를 이야기합니다. 3D 형상, 곡면형, 연성이 낮은 소재의 가공물 등이 이에 해당하는데요, 이러한 복잡한 가공품들은 주로 5축 가공, CNC 3D 프린팅, 방전(EDM) 가공 등으로 제작됩니다. 예를 들어, 자동차 부품은 5축 가공으로 가공하는 경우가 많습니다. 

 

복잡 형상 가공 시 유의해야 할 점은 더 저렴한 방식으로 제작 가능한 도면을 오버 스펙인 가공법을 선택하여 제작하지 않도록 해야 한다는 것입니다. 물론 이는 모든 공정에서 중요하게 체크해야하는 부분이지만, 형상이 복잡해질수록 비용과 소요 시간 측면에서 적절하지 못한 가공법을 선택할 가능성이 커집니다. 따라서 복잡 가공품은 소모되는 비용과 시간의 최적화 지점에 위치한 가공법을 찾는 것이 중요합니다. 가공품의 복잡도와 다양성이 날이 갈수록 높아지는 만큼 적절한 견적을 대신 내주는 제조 플랫폼을 이용하는 것도 좋은 방법일 수 있습니다. 

 

• 정밀 가공품

정밀 가공은 가공물의 치수와 형상이 정밀하게 요구되는 경우를 의미합니다. 정밀 가공에는 공차허용 범위 내의 소형 가공도 해당되는데요, 이러한 정밀 가공은 선반, 밀링, 연삭(표면) 가공 등을 통해 실현되며, 항공기 부품, 의료 보철물 및 기기 등이 해당합니다. 크기가 작고 정교함이 중요한 시계 부품 또한 좋은 예시가 되며, 이는 연삭 가공 방식으로 제작될 수 있습니다. 

 

• 대형 가공품

 

대형 가공은 말 그대로 가공물의 크기가 큰 경우를 말합니다. 공작기계 특성상 항공기, 자동차, 선박, 그외 대형 기계들에 들어가는 부품을 제작하는 경우가 많기 때문에 대형 가공이 하나의 유형으로 분류되는 것입니다. 대형 부품은 일반적으로 무겁고 다루기 어려워 수작업으로 가공하기 어렵습니다. 또한 크기 특성상 대형 부품을 다룰 수 있는 대형 CNC 기계가 따로 존재하는데요, 대형 선반, 대형 밀링, 대형 절단기 등이 그에 해당합니다. 

 

물론 지금까지 설명드린 형상의 구분은 대략적인 것이며, 형상에 따라 사용되는 주된 가공법을 위주로 설명해 드렸기 때문에 당연히 그외에도 적용 가능한 가공법은 존재합니다.  

 

다양한 가공 방식이 궁금하다면? 

 

CNC 기계의 축에 대해 궁금하다면?