12 Key Lessons Learned in CNC Machining

CNC 가공 기능을 최대한 활용하려면 설계자는 특정 제조 규칙에 따라 설계해야 합니다. 그러나 특정 산업 표준이 존재하지 않기 때문에 이는 어려울 수 있습니다. 이 기사에서는 CNC 가공을 위한 최고의 설계 사례에 대한 포괄적인 가이드를 편집했습니다. 우리는 최신 CNC 시스템의 타당성을 설명하는 데 중점을 두고 관련 비용을 무시했습니다. CNC용 부품을 비용 효율적으로 설계하는 방법에 대한 가이드는 이 기사를 참조하세요.

CNC 가공

CNC 가공은 절삭 가공 기술입니다. CNC에서는 CAD 모델을 기반으로 부품을 만들기 위해 고속(수천 RPM)으로 회전하는 다양한 절단 도구를 사용하여 고체 블록에서 재료를 제거합니다. 금속과 플라스틱 모두 CNC를 사용하여 가공할 수 있습니다.

CNC 가공은 대량 생산과 일회성 작업 모두에 적합한 높은 치수 정확도와 엄격한 공차를 제공합니다. 실제로 이는 현재 3D 프린팅과 비교해도 금속 프로토타입을 제작하는 가장 비용 효율적인 방법입니다.

CNC 주요 설계 제한 사항

CNC는 뛰어난 설계 유연성을 제공하지만 특정 설계 제한 사항이 있습니다. 이러한 제한은 절단 공정의 기본 메커니즘, 주로 공구 형상 및 공구 접근과 관련이 있습니다.

1. 도구 형태

엔드밀, 드릴과 같은 가장 일반적인 CNC 공구는 원통형이며 절단 길이가 제한되어 있습니다. 공작물에서 재료가 제거되면 공구의 모양이 가공된 부품에 복제됩니다.
예를 들어, 이는 사용된 도구의 크기에 관계없이 CNC 부품의 내부 모서리에 항상 반경이 있음을 의미합니다.

2. 도구 호출
재료를 제거할 때 공구는 위에서 직접 공작물에 접근합니다. 나중에 논의할 언더컷을 제외하고는 CNC 가공으로는 이 작업을 수행할 수 없습니다.

구멍, 중공, 수직 벽 등 모델의 모든 기능을 6가지 기본 방향 중 하나에 정렬하는 것이 좋은 설계 방법입니다. 특히 5축 CNC 시스템이 고급 작업 고정 기능을 제공하기 때문에 이는 제한 사항이라기보다는 제안에 가깝습니다.

큰 종횡비가 있는 부품을 가공할 때는 툴링이 중요합니다. 예를 들어, 깊은 공동의 바닥에 도달하려면 샤프트가 긴 특수 도구가 필요합니다. 이로 인해 엔드 이펙터의 강성이 감소하고 진동이 증가하며 달성 가능한 정확도가 감소할 수 있습니다.

CNC 공정 설계 규칙

CNC 가공용 부품을 설계할 때 과제 중 하나는 특정 산업 표준이 없다는 것입니다. 이는 CNC 기계 및 공구 제조업체가 지속적으로 기술 역량을 강화하여 달성할 수 있는 범위를 넓히고 있기 때문입니다. 아래에는 CNC 가공 부품에서 발견되는 가장 일반적인 기능에 대한 권장 값과 실행 가능한 값을 요약한 표가 나와 있습니다.

1. 주머니와 오목한 부분

다음 텍스트를 기억하십시오. “권장 포켓 깊이: 포켓 너비의 4배. 엔드밀은 절삭 길이가 제한되어 있으며 일반적으로 직경의 3~4배입니다. 깊이 대 폭 비율이 작으면 공구 편향, 칩 배출 및 진동과 같은 문제가 더욱 두드러집니다. 좋은 결과를 얻으려면 캐비티 깊이를 너비의 4배로 제한하세요.”

더 많은 깊이가 필요한 경우 가변 캐비티 깊이로 부품을 설계하는 것을 고려해 볼 수 있습니다(예는 위 이미지 참조). 깊은 캐비티 밀링의 경우 캐비티의 깊이가 사용되는 공구 직경의 6배 이상이면 깊은 캐비티로 분류됩니다. 특수 툴링을 사용하면 직경 1인치의 엔드밀로 최대 깊이 30cm가 가능하며, 이는 공구 직경 대 캐비티 깊이 비율이 30:1인 것과 같습니다.

2. 내부 가장자리
수직 코너 반경: ⅓ x 캐비티 깊이(또는 그 이상) 권장

올바른 크기의 도구를 선택하고 권장되는 캐비티 깊이 지침을 준수하려면 제안된 내부 코너 반경 값을 사용하는 것이 중요합니다. 권장 값(예: 1mm)보다 모서리 반경을 약간 늘리면 공구가 90° 각도 대신 원형 경로를 따라 절단할 수 있어 표면 마감이 향상됩니다. 날카로운 90° 내부 코너가 필요한 경우 코너 반경을 줄이는 대신 T자형 언더컷을 추가하는 것이 좋습니다. 바닥 반경의 경우 권장 값은 0.5mm, 1mm 또는 반경 없음입니다. 그러나 어떤 반경이라도 허용됩니다. 엔드밀의 하단 가장자리는 평평하거나 약간 둥글게 되어 있습니다. 다른 바닥 반경은 볼 엔드 도구를 사용하여 가공할 수 있습니다. 권장 값을 준수하는 것은 기계 기술자가 선호하는 선택이므로 좋은 습관입니다.

3. 얇은 벽

최소 벽 두께 권장 사항: 0.8mm(금속), 1.5mm(플라스틱); 0.5mm(금속), 1.0mm(플라스틱)가 허용됩니다.

벽 두께를 줄이면 재료의 강성이 감소하여 가공 중 진동이 증가하고 달성 가능한 정확도가 감소합니다. 플라스틱은 잔류 응력으로 인해 휘어지고 온도 상승으로 인해 부드러워지는 경향이 있으므로 더 큰 최소 벽 두께를 사용하는 것이 좋습니다.

4. 구멍
직경 표준 드릴 크기를 권장합니다. 1mm보다 큰 직경은 가능합니다. 구멍 만들기는 드릴이나 엔드로 수행됩니다.CNC 밀링. 드릴 크기는 미터법 및 영국식 단위로 표준화되어 있습니다. 리머와 보링 도구는 엄격한 공차가 필요한 구멍을 마무리하는 데 사용됩니다. ⌀20 mm 미만의 직경에는 표준 직경을 사용하는 것이 좋습니다.

권장 최대 깊이 4 x 공칭 직경; 일반적인 10 x 공칭 직경; 40 x 공칭 직경 가능
비표준 직경의 홀은 엔드밀을 사용하여 가공해야 합니다. 이 시나리오에서는 최대 캐비티 깊이 제한이 적용 가능하며 최대 깊이 값을 사용하는 것이 좋습니다. 일반적인 값보다 깊은 구멍을 가공해야 하는 경우 최소 직경이 3mm인 특수 드릴을 사용하십시오. 드릴로 가공한 막힌 홀은 135° 각도의 테이퍼 베이스를 가지고 있는 반면, 엔드밀로 가공한 홀은 평평합니다. CNC 가공에서는 관통 구멍과 막힌 구멍 사이에 특별한 선호 사항이 없습니다.

5. 스레드
최소 스레드 크기는 M2입니다. M6 이상의 나사산을 사용하는 것이 좋습니다. 내부 스레드는 탭을 사용하여 생성되고 외부 스레드는 다이를 사용하여 생성됩니다. 탭과 다이를 모두 사용하여 M2 스레드를 생성할 수 있습니다. CNC 스레딩 도구는 탭 파손 위험을 줄이기 때문에 기계 기술자가 널리 사용하고 선호합니다. CNC 스레딩 도구를 사용하여 M6 스레드를 생성할 수 있습니다.

나사산 길이 최소 1.5 x 공칭 직경, 3 x 공칭 직경 권장

처음 몇 개의 톱니가 나사산에 가해지는 하중의 대부분을 지탱합니다(공칭 직경의 최대 1.5배). 따라서 공칭 직경의 3배보다 큰 나사산은 불필요합니다. 탭으로 만든 막힌 구멍의 나사산(즉, M6보다 작은 모든 나사산)의 경우 구멍 바닥에 공칭 직경의 1.5배에 해당하는 나사산이 없는 길이를 추가합니다.

CNC 나사 가공 도구를 사용할 수 있는 경우(예: M6보다 큰 나사산) 구멍을 전체 길이에 걸쳐 나사 가공할 수 있습니다.

6. 작은 기능
최소 권장 구멍 직경은 2.5mm(0.1인치)입니다. 최소 0.05mm(0.005인치)도 허용됩니다. 대부분의 기계 공장에서는 작은 구멍과 구멍을 정확하게 가공할 수 있습니다.

이 한도 미만의 모든 것은 미세 가공으로 간주됩니다.CNC 정밀 밀링이러한 기능(절단 공정의 물리적 변화가 이 범위 내에 있는 경우)에는 전문 도구(마이크로 드릴)와 전문 지식이 필요하므로 꼭 필요한 경우가 아니면 피하는 것이 좋습니다.

7. 공차
표준: ±0.125mm(0.005인치)
일반: ±0.025mm(0.001인치)
성능: ±0.0125mm(0.0005인치)

공차는 허용 가능한 치수 한계를 설정합니다. 달성 가능한 공차는 부품의 기본 치수와 형상에 따라 다릅니다. 제공된 값은 실제 지침입니다. 지정된 공차가 없는 경우 대부분의 기계 공장에서는 표준 ±0.125mm(0.005인치) 공차를 사용합니다.

8. 텍스트와 글자
권장 글꼴 크기는 20(또는 그 이상), 문자는 5mm입니다.

새겨진 텍스트는 양각 텍스트보다 선호되는데, 그 이유는 재료를 덜 제거하기 때문입니다. Microsoft YaHei, Verdana 등의 산세리프체 글꼴 크기가 20포인트 이상인 글꼴을 사용하는 것이 좋습니다. 많은 CNC 기계에는 이러한 글꼴에 대해 사전 프로그래밍된 루틴이 있습니다.

기계 설정 및 부품 오리엔테이션
여러 설정이 필요한 부품의 개략도는 다음과 같습니다.

공구 접근은 CNC 가공 설계에서 중요한 제한 사항입니다. 모델의 모든 표면에 도달하려면 공작물을 여러 번 회전해야 합니다. 예를 들어, 위 이미지에 표시된 부품은 세 번 회전해야 합니다. 두 번은 두 가지 주요 방향으로 구멍을 가공하고 세 번째는 부품 뒷면에 접근해야 합니다. 공작물이 회전할 때마다 기계를 재보정해야 하며 새 좌표계를 정의해야 합니다.

다음 두 가지 주요 이유로 설계 시 기계 설정을 고려하십시오.
1. 총 기계 설정 수가 비용에 영향을 미칩니다. 부품을 회전하고 재정렬하려면 수동 작업이 필요하며 총 가공 시간이 늘어납니다. 부품을 3~4회 회전해야 하는 경우 일반적으로 허용되지만 이 한도를 초과하는 것은 과도합니다.
2. 최대 상대 위치 정확도를 얻으려면 두 기능을 모두 동일한 설정에서 가공해야 합니다. 이는 새 호출 단계에서 작은(그러나 무시할 수 없는) 오류가 발생하기 때문입니다.

5축 CNC 가공

5축 CNC 가공을 사용하면 여러 기계를 설정할 필요가 없습니다. 다축 CNC 가공은 두 개의 추가 회전축을 제공하므로 복잡한 형상의 부품을 제조할 수 있습니다.

5축 CNC 가공을 통해 공구가 항상 절단 표면에 접선을 이룰 수 있습니다. 이를 통해 더욱 복잡하고 효율적인 공구 경로를 따라갈 수 있어 표면 마감이 향상되고 가공 시간이 단축되는 부품을 얻을 수 있습니다.

하지만,5축 CNC 가공또한 한계가 있습니다. 기본 도구 형상 및 도구 액세스 제한은 여전히 적용됩니다. 예를 들어 내부 형상이 있는 부품은 가공할 수 없습니다. 게다가, 그러한 시스템을 사용하는 데 드는 비용도 더 높습니다.

언더컷 디자인

언더컷은 일부 표면이 위에서 직접 접근할 수 없기 때문에 표준 절단 도구로 가공할 수 없는 기능입니다. 언더컷에는 T-슬롯과 더브테일의 두 가지 주요 유형이 있습니다. 언더컷은 단면 또는 양면일 수 있으며 특수 도구를 사용하여 가공됩니다.

T-슬롯 절삭 공구는 기본적으로 수직 샤프트에 수평 절삭 인서트가 부착되어 만들어집니다. 언더컷의 너비는 3mm에서 40mm까지 다양합니다. 도구가 이미 사용 가능할 가능성이 높으므로 너비에 대해 표준 치수(예: 전체 밀리미터 증분 또는 표준 인치 단위)를 사용하는 것이 좋습니다.

더브테일 도구의 경우 각도는 정의하는 형상 치수입니다. 45° 및 60° 더브테일 도구가 표준으로 간주됩니다.

내부 벽에 언더컷이 있는 부품을 설계할 때 도구에 충분한 여유 공간을 추가하는 것을 잊지 마십시오. 경험상 가장 좋은 방법은 가공된 벽과 다른 내부 벽 사이에 언더컷 깊이의 최소 4배에 해당하는 공간을 추가하는 것입니다.

표준 공구의 경우 절삭 직경과 샤프트 직경의 일반적인 비율은 2:1이므로 절삭 깊이가 제한됩니다. 비표준 언더컷이 필요한 경우 기계 공장에서는 종종 자체 맞춤형 언더컷 도구를 만듭니다. 이로 인해 리드 타임과 비용이 증가하므로 가능하면 피해야 합니다.