CNC 가공은 빠르고 정확하며 유연한 프로세스입니다. 하지만 작은 설계 실수라도 큰 문제를 일으킬 수 있습니다. 복잡한 모양, 꼭 맞거나 접근하기 어려운 특징을 가진 부품은 제조에 더 많은 시간이 필요한 경우가 많습니다. 또한 비용이 더 많이 들고 품질 문제로 이어질 수 있습니다. 엔지니어와 설계자가 이러한 세부 사항을 놓치면 작업이 지연되고 공구가 추가로 마모될 수 있습니다.
가공을 염두에 두고 부품을 설계하면 시간을 절약하고 정확도를 높이며 비용을 절감할 수 있습니다. 형상, 벽 두께, 구멍, 공차, 재료 및 표면 마감을 신중하게 고려하면 부품의 강도나 기능을 손상시키지 않으면서도 보다 간편하게 생산할 수 있습니다.
좋은 디자인은 디자이너, 기공사, 최종 사용자 등 관련된 모든 사람에게 도움이 됩니다. 아래 섹션에서는 CNC 가공을 더 원활하고 예측 가능하게 만드는 간단한 방법을 공유합니다. 목표는 잘 작동하고 저렴한 비용으로 생산할 수 있는 부품을 만드는 것입니다.
1. 지오메트리 및 기능 최적화
영리한 형상 설계로 가공 시간을 단축하고 공구 마모를 줄일 수 있습니다. 모서리, 캐비티 및 포켓을 신중하게 계획하면 부품을 더 쉽고 빠르게 가공할 수 있습니다.
현명한 내부 모서리 설계
내부 모서리는 많은 CNC 부품에서 흔히 볼 수 있지만, 날카로운 모서리는 특히 가공하기가 어렵습니다. 절삭 공구는 둥글기 때문에 내부 모서리를 완벽하게 날카롭게 만들 수 없습니다. 디자인에 날카로운 모서리가 있는 경우 추가 패스 또는 더 작은 커터가 필요하므로 시간과 비용이 모두 증가합니다.
내부 모서리에 필렛을 추가하면 가공성을 쉽게 개선할 수 있습니다. 필렛 반경은 공구 반경과 일치하거나 약간 더 커야 합니다. 예를 들어 6mm 엔드밀을 사용하는 경우 3mm 내부 필렛이 적합합니다. 이렇게 하면 공구가 부드럽게 움직이고 진동이 줄어들며 공구 파손의 위험이 줄어듭니다.
필렛은 또한 부품을 더 강하게 만듭니다. 날카로운 모서리는 응력 지점을 만들어 균열이나 피로를 유발할 수 있습니다. 모서리가 둥글면 응력이 고르게 분산되어 부품의 수명이 길어집니다.
캐비티 및 포켓 디자인 개선
캐비티와 포켓은 무게를 줄이거나 어셈블리를 맞추거나 부품을 고정하기 위해 필요한 경우가 많습니다. 그러나 깊거나 좁은 캐비티는 가공하기가 더 어렵습니다. 공구가 소재에 너무 깊숙이 침투하면 구부러지거나 진동하거나 거친 표면이 남을 수 있습니다.
이를 방지하려면 포켓의 깊이 대 너비 비율을 낮게 유지하세요. 좋은 규칙은 깊이를 공구 직경의 4배 미만으로 유지하는 것입니다. 예를 들어, 10mm 커터의 경우 40mm보다 깊은 포켓은 피하세요. 더 깊은 절단이 필요한 경우 깊이를 여러 단계로 나누거나 접근하기 쉽도록 부품을 재설계할 수 있습니다.
가능하면 평평한 바닥 모서리 대신 둥근 바닥 모서리를 사용하세요. 바닥이 평평한 캐비티는 특수 엔드밀이 필요하지만, 바닥이 둥근 캐비티는 표준 공구를 사용하여 더 효율적으로 가공할 수 있습니다. 가공 중 왜곡이나 응력을 방지하기 위해 벽 두께를 일정하게 유지합니다.
또한 포켓 내부의 급격한 전환을 피하세요. 부드러운 경사면이나 경사진 진입부는 절삭력을 분산시키고 재료를 더 효율적으로 제거하는 데 도움이 됩니다. 설계가 허용하는 경우 작은 구배 각도를 추가하면 공구 접근과 칩 제거가 향상되어 전체적으로 더 원활한 가공 공정이 이루어질 수 있습니다.
2. 효율적인 벽과 리브 설계
벽과 리브 디자인은 다음에 중요한 영향을 미칩니다. CNC 가공 성능. 좋은 설계는 부품을 더 튼튼하고 가볍고 쉽게 생산할 수 있게 해줍니다.
적절한 벽 두께 찾기
벽 두께는 가공 중 부품의 강도와 안정성에 영향을 미칩니다. 벽이 두꺼우면 재료가 낭비되고 절단 시간이 더 오래 걸립니다. 벽이 얇으면 공구의 압력에 의해 구부러지거나 진동할 수 있습니다. 두 경우 모두 공차 불량, 채터 자국 또는 거친 표면이 발생할 수 있습니다.
이상적인 벽 두께는 재료와 부품의 크기에 따라 다릅니다. 알루미늄의 경우 일반적으로 작은 부품의 경우 벽 두께는 최소 0.8mm 이상, 큰 부품의 경우 약 1.5mm가 적당합니다. 스테인리스 스틸의 경우 더 단단하고 절단에 더 잘 견디므로 1.0~2.0mm 두께를 목표로 하세요.
부품 전체에 걸쳐 일정한 벽 두께를 유지하면 응력과 뒤틀림을 방지하는 데 도움이 됩니다. 갑작스러운 두께 변화나 길고 지지되지 않은 벽은 피하세요. 디자인에 얇은 영역이 필요한 경우 리브나 플랜지를 추가하여 지지할 수 있습니다. 또한 과도하게 휘어질 수 있는 영역의 가공 깊이를 줄일 수도 있습니다.
더 나은 가공을 위한 얇은 벽 강화
얇은 벽은 무게를 줄이는 데 도움이 되지만 가공을 더 어렵게 만들기도 합니다. 공구가 얇은 벽을 밀면 벽이 약간 구부러질 수 있습니다. 이러한 움직임은 고르지 않은 절단과 추가 마감 작업을 초래합니다. 목표는 가벼우면서도 절삭력을 견딜 수 있을 만큼 튼튼한 벽을 설계하는 것입니다.
리브를 추가하는 것은 얇은 벽을 보강하는 가장 좋은 방법 중 하나입니다. 리브는 재료를 너무 많이 추가하지 않고도 응력을 분산시키고 부품을 더 단단하게 만듭니다. 리브는 주 하중과 같은 방향과 구부러질 가능성이 있는 부분에 배치합니다. 리브 두께는 벽 두께의 약 40%-60%를 기준으로 합니다.
또한 날카로운 모서리가 아닌 부드러운 필렛으로 리브와 벽을 연결하는 것이 중요합니다. 날카로운 교차점은 균열이나 고장으로 이어질 수 있는 응력 지점을 생성합니다. 둥근 전환은 부품을 더 튼튼하고 가공하기 쉽게 만듭니다.
3. 구멍 및 스레드 디자인 마스터하기
구멍과 실 설계는 가공 속도, 공구 수명 및 비용에 큰 영향을 미칩니다. 설계가 잘못되면 생산 속도가 느려지고 공구가 더 빨리 마모될 수 있습니다. 반면에 좋은 설계는 더 부드럽고 빠르며 정확한 가공을 가능하게 합니다.
효율성 향상을 위한 표준 구멍 크기 사용
표준 구멍 크기를 선택하는 것은 가공 효율성을 개선하는 가장 쉬운 방법 중 하나입니다. 표준 공구는 찾기 쉽고 비용이 적게 들며 공구 교환의 필요성을 줄여줍니다. 비표준 크기는 약간 다르더라도 특수 드릴이나 엔드밀이 필요한 경우가 많습니다. 이로 인해 추가 비용과 설정 시간이 발생합니다.
가능하면 1/8인치, 1/4인치, 3/8인치와 같은 표준 드릴 직경이나 3mm, 6mm, 10mm와 같은 미터법 크기를 사용하세요. 이러한 일반적인 치수를 고수하면 기계공이 표준 공구를 사용하고 프로그램 작업을 보다 효율적으로 수행할 수 있습니다.
구멍 간격도 중요합니다. 구멍을 가장자리나 서로 너무 가깝게 배치하지 마세요. 간단한 규칙은 구멍 가장자리와 주변 가장자리 또는 구멍 사이에 최소 구멍 직경의 공간을 유지하는 것입니다. 이렇게 하면 균열, 구부러짐 또는 공구의 휨을 방지하는 데 도움이 됩니다.
나사 구멍도 표준 탭 크기를 따라야 합니다. 대부분의 금속은 나사 깊이를 나사 직경의 약 1.5배로 유지합니다. 나사산을 더 깊게 만들면 강도가 크게 증가하지는 않지만 가공이 더 어려워지고 공구가 파손될 가능성이 높아집니다.
손이 닿기 쉬운 구멍 만들기
좋은 공구를 사용하면 CNC 가공에서 시간과 비용을 모두 절약할 수 있습니다. 공구가 구멍에 직접 닿지 않는 경우, 기계공은 종종 추가 설정이나 더 긴 공구를 사용해야 하므로 정확도가 저하될 수 있습니다.
공구가 장애물 없이 위나 옆에서 곧바로 들어갈 수 있도록 구멍을 설계하세요. 꼭 필요한 경우가 아니라면 구멍을 이상한 각도로 만들거나 좁은 공간에 깊게 만들지 마세요. 각진 구멍을 추가해야 하는 경우 도구를 쉽게 정렬할 수 있도록 평평한 표면을 포함하세요.
도구가 원활하게 시작하고 빠져나갈 수 있도록 각 구멍 주변에 충분한 공간이 있는지 확인하세요. 모서리나 주변 지형이 좁으면 공구가 휘어지거나 고르지 않은 구멍이 생길 수 있습니다. 깊은 구멍의 경우 칩을 제거하고 열을 제어하기 위해 릴리프 영역이나 냉각수 경로를 포함하세요.
또한 나사 구멍을 가장자리나 얇은 벽에 너무 가깝게 배치하면 부품의 강도가 손상될 수 있으므로 피하세요. 구멍을 약간 안쪽으로 이동하거나 해당 영역에 추가 지지대를 추가하세요. 구멍 개구부에 모따기를 추가하면 공구를 안내하고 나사산을 보호하며 조립 정렬을 개선하는 데 도움이 됩니다.
4. 현명한 허용 오차 지정
공차는 설계 크기와 실제 가공된 부품 사이의 허용 가능한 차이를 나타냅니다. 올바른 공차를 설정하면 추가 비용을 최소화하면서 높은 품질을 보장할 수 있습니다.
불필요한 엄격한 허용 오차 방지
공차 너무 꽉 조이는 것은 가공 비용을 높이는 가장 큰 이유 중 하나입니다. 많은 설계자가 더 빡빡할수록 더 좋다고 생각하여 기본값으로 사용합니다. 하지만 실제로는 지나치게 정밀하면 생산 속도가 느려지고 불량품이 더 많이 발생할 수 있습니다.
대부분의 기계 부품의 경우 ±0.1mm(±0.004인치)의 허용 오차면 충분합니다. 베어링 시트나 프레스 핏과 같은 고정밀 부품에는 ±0.01mm(±0.0004인치)의 공차가 필요할 수 있지만, 기능에 꼭 필요한 경우에만 허용 오차가 필요합니다. 공차를 부품의 용도에 맞게 조정하면 시간을 절약하고 불필요한 가공 작업을 줄일 수 있습니다.
모든 가공 공정에는 고유한 허용 오차 범위가 있습니다. 예를 들어 밀링은 다음보다 더 엄격한 허용 오차를 유지할 수 있습니다. 레이저 또는 플라즈마 절단. 각 프로세스에 대해 올바른 허용 오차를 선택하면 일관된 결과를 보장하고 재작업을 줄일 수 있습니다.
핏과 기능의 균형
공차 설계의 핵심은 균형입니다. 부품은 서로 정확하게 맞아야 하지만 여전히 저렴하고 쉽게 만들 수 있어야 합니다. 공차가 너무 느슨하면 어셈블리가 과도하게 움직일 수 있습니다. 너무 빡빡하면 조립 중에 부품이 맞지 않거나 손상될 수 있습니다.
각 부품이 어떻게 작동하고 다른 부품과 상호 작용할지 고려하세요. 슬라이딩 핏은 더 많은 여유 공간이 필요하고, 프레스 핏은 더 타이트하게 조절해야 합니다. 샤프트와 구멍의 경우 원하는 연결의 조임 또는 느슨함에 따라 H7/G6 또는 H8/F7과 같은 표준 맞춤을 사용합니다. 표준 맞춤 클래스는 생산을 간소화하고 호환성을 보장합니다.
항상 도면에 공차 의도를 명확하게 표시하세요. 부품의 작동 방식에 영향을 미치는 중요한 치수만 표시하고 나머지는 일반 공차를 적용하세요. 이렇게 하면 기계공이 정밀도가 꼭 필요한 부분에 집중할 수 있어 시간과 비용을 모두 절약할 수 있습니다.
5. 다양한 설정 및 접근성을 위한 설계
부품 접근성은 CNC 설계에서 가장 실용적인 부분 중 하나이지만 종종 잊혀지는 경우가 많습니다. 부품을 잘 설계하면 기공사가 모든 피처에 쉽게 접근할 수 있어 필요한 설정 횟수를 줄일 수 있습니다.
올바른 부품 방향 설정
올바른 부품 방향은 가공을 더 간단하고 빠르게 만듭니다. 부품의 표면이 투명하고 개방된 경우 더 적은 설정으로 완성할 수 있는 경우가 많습니다. 각 설정은 시간과 사소한 정렬 오류를 추가하므로 이를 줄이면 정확도가 향상되고 노동력이 절약됩니다.
설계할 때 부품이 기계 베드에 어떻게 놓일지 상상해 보세요. 최적의 방향은 한 번의 설정으로 공구의 가장 중요한 기능을 노출해야 합니다. 평평한 표면은 고정에 이상적이므로 부품을 단단히 고정할 수 있는 안정적인 베이스를 설계하세요. 뒤집기가 필요한 경우 정확한 위치 변경에 도움이 되는 정렬 기능이나 기준점을 포함하세요.
극단적인 공구 각도나 깊은 내부 접근이 필요한 디자인은 피하세요. 일반적으로 5축 가공이나 특수 픽스처가 필요하므로 비용이 증가합니다. 표준 3축 이동으로 접근 가능한 피처를 사용하여 디자인을 "평평한" 상태로 유지하면 더 효율적이고 일관성 있게 가공할 수 있습니다.
도구에 충분한 액세스 권한과 공간이 있는지 확인
공구 접근성은 부품을 얼마나 쉽게 가공할 수 있는지에 대한 핵심 요소입니다. 접근성이 좋지 않으면 기계공이 더 긴 공구나 복잡한 공구 경로를 사용해야 하므로 정밀도가 떨어지고 진동이 증가합니다. 명확한 공구 경로를 염두에 두고 설계하면 더 부드러운 절삭과 더 나은 표면 품질을 보장할 수 있습니다.
항상 도구가 내부 또는 측면 기능에 직접 접근할 수 있는지 확인하세요. 접근이 막혀 있다면 디자인을 약간 변경하는 것이 좋습니다. 모따기, 개방형 슬롯 또는 접근 구멍을 추가하면 공구를 깔끔하게 시작하고 종료할 수 있는 공간을 확보할 수 있습니다.
안전거리도 마찬가지로 필요합니다. 절삭 공구가 공작물 또는 스핀들과 충돌하지 않도록 벽, 보스 및 캐비티 사이에 충분한 공간이 있는지 확인하십시오. 이는 공간이 제한된 작은 반경의 모서리와 깊은 포켓에서 특히 중요합니다.
6. 적절한 원자재 선택
소재 선택은 가공 속도, 비용 및 부품 품질에 중요한 역할을 합니다. 설계 단계 초기에 올바른 소재를 선택하면 작업 시간을 절약하고 낭비를 줄일 수 있습니다.
부품의 목적에 맞는 소재 매칭
모든 부품에는 특정 기능이 있으며, 그 기능에 따라 어떤 소재가 가장 적합한지 결정됩니다. 설계할 때는 부품이 어떻게 사용될지, 즉 하중, 온도, 작동 환경 등을 고려해야 합니다. 이러한 요소는 최적의 소재 옵션을 좁히는 데 도움이 됩니다.
경량 부품이나 프로토타입의 경우 알루미늄이 가장 적합한 소재입니다. 알루미늄은 무게 대비 강하고 가공하기 쉬우며 자연적으로 부식에 강합니다. 또한 고속 절단에도 적합합니다. 해양이나 의료 환경과 같이 마모나 열악한 조건에 견뎌야 하는 부품에는 스테인리스 스틸이 더 좋습니다.
고강도 또는 내열성이 필요한 경우 티타늄 또는 합금강이 더 적합할 수 있습니다. 하지만 가공이 어렵고 공구 마모가 증가하여 비용이 증가합니다. 비구조 부품이나 프로토타입의 경우 ABS 또는 POM과 같은 플라스틱이 적합합니다. 이러한 플라스틱은 절단하기 쉽고 가벼우며 전기 절연성을 제공합니다.
가공성 고려
가공성은 소재를 쉽게 절단하고 마감할 수 있는 정도를 말합니다. 이는 절삭 속도, 표면 품질, 공구 수명에 영향을 미칩니다. 너무 단단하거나 끈적거리거나 마모성이 있는 소재는 가공 속도가 느려지고 공구가 빨리 마모됩니다.
알루미늄과 황동은 가공성이 뛰어나 최소한의 노력으로 매끄러운 마감 처리가 가능합니다. 연강도 쉽게 가공할 수 있지만 열을 제어하기 위해 냉각수가 필요합니다. 스테인리스강, 티타늄, 경화강은 작업하기가 더 까다롭습니다. 더 많은 열과 마찰을 발생시키므로 과열을 방지하기 위해 더 느린 절삭 속도 또는 특수 공구 코팅이 필요합니다.
소재를 선택할 때는 부품 성능과 가공 효율성의 균형을 고려해야 합니다. 때로는 약간 더 비싼 소재가 더 빨리 절삭되고 공구 수명이 연장된다면 전체적으로 더 비용 효율적일 수 있습니다.
7. 표면 마감 요구 사항 설명
표면 마감은 부품의 외관과 성능에 모두 영향을 미칩니다. 올바른 마감 처리를 계획하면 불필요한 비용을 추가하지 않고도 기능적 목표와 시각적 목표를 모두 달성할 수 있습니다.
필요한 것만 지정하기
모든 표면이 완벽하거나 반짝이는 마감 처리가 필요한 것은 아닙니다. 모든 영역에 미세한 표면 거칠기를 요구하려면 더 느린 절단 속도, 특수 공구 및 추가 가공 패스가 필요합니다. 그 결과 가시적인 이점 없이 시간과 비용이 증가합니다.
정말 세밀한 마감이 필요한 표면에만 집중하세요. 예를 들어 베어링 시트, 씰링 면 또는 슬라이딩 영역은 더 매끄럽게 마감해야 합니다. 비접촉식 표면은 절삭 공구가 남긴 표준 마크를 유지할 수 있습니다. 이러한 중요한 부분을 도면에 명확하게 표시하여 기계공이 어디에 힘을 집중해야 하는지 알 수 있도록 하세요.
외형과 성능의 균형
일부 부품은 조립할 때 눈에 보이므로 깔끔하고 균일한 모양이 필요합니다. 다른 부품은 숨겨져 있고 제대로 작동하기만 하면 됩니다. 부품의 용도에 맞게 마감 처리를 하세요.
눈에 보이는 부품은 폴리싱, 아노다이징 또는 파우더 코팅과 같은 후처리 방법을 활용하여 추가 가공 시간 없이도 매력적인 표면을 구현할 수 있습니다. 기능적인 영역의 경우 마찰을 줄이거나 조립을 용이하게 하는 등 성능을 향상시키는 마감 처리를 선택합니다.
부품의 기능을 향상시키지 않는 불필요한 연마나 연삭을 피하세요. 외관과 기능의 균형을 유지하면 생산 효율성과 경제성을 유지하면서 품질을 유지할 수 있습니다.
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안녕하세요, 저는 케빈 리입니다
지난 10년 동안 저는 다양한 형태의 판금 제작에 몰두해 왔으며 다양한 워크숍에서 얻은 경험에서 얻은 멋진 통찰력을 이곳에서 공유했습니다.
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케빈 리
저는 레이저 절단, 굽힘, 용접 및 표면 처리 기술을 전문으로 하는 판금 제조 분야에서 10년 이상의 전문 경험을 갖고 있습니다. Shengen의 기술 이사로서 저는 복잡한 제조 문제를 해결하고 각 프로젝트에서 혁신과 품질을 주도하는 데 최선을 다하고 있습니다.
