설계가 실제 절삭 조건을 지원할 때 가공된 부품의 성능이 우수해집니다. 많은 문제는 공구가 소재에 들어가기 훨씬 전인 CAD 단계에서 시작됩니다. 포켓 깊이, 모서리 반경, 공차 또는 나사산 크기와 같은 작은 선택이 비용, 표면 마감, 사이클 시간 및 검사 작업에 큰 영향을 미칠 수 있습니다.
업계 조사에 따르면 가공 문제의 절반 이상이 가공 기술보다는 설계 관련 결정에서 비롯된 것으로 나타났습니다. 이는 대부분의 지연, 재작업, 예상치 못한 비용을 조기에 방지할 수 있음을 의미합니다. 다음 섹션에서는 피해야 할 9가지 주요 실수를 간략하게 설명하고 엔지니어가 프로젝트 초기에 이를 해결할 수 있는 방법을 설명합니다.
실수 1 - 도구가 도달할 수 없는 기능 설계
일부 기능은 화면에서는 간단해 보이지만 기계로 자동화하기 어렵거나 불가능할 수도 있습니다. 툴링에는 항상 직경, 길이, 처짐에 대한 제한이 있습니다. 내부의 날카로운 모서리, 좁고 깊은 포켓, 유기적인 곡선, 작은 슬롯은 종종 이러한 제한을 위반합니다.
커터는 진동을 피할 수 있는 충분한 강성으로 해당 부위에 닿아야 합니다. 공구가 너무 길어지면 처짐이 급격히 증가합니다. 도달 거리가 긴 엔드밀은 더 느린 이송, 더 많은 정삭 패스 및 여러 번의 설정이 필요할 수 있습니다. 깊은 포켓은 커터가 재료를 적극적으로 제거할 수 없기 때문에 얕은 포켓보다 2~3배 더 오래 걸릴 수 있습니다.
도달할 수 없는 기능의 실제 지표
- 반경 0mm의 완벽한 90° 내부 모서리
- 폭의 3배보다 깊은 포켓
- 표준 엔드밀보다 작은 슬롯 폭
- 필요한 지오메트리 5축 액세스를 단순화할 수 있음에도 불구하고
- 사용자 지정 도구로만 도달 가능한 표면
이러한 위험 신호는 일반적으로 가공 속도 저하, 높은 비용 또는 재설계 요청으로 이어집니다.
개선된 설계와 열악한 설계 예시
| 특징 | 열악한 디자인 | 개선된 디자인 |
|---|---|---|
| 내부 모서리 | 반경 0 mm | 반경 3mm(일반적인 Ø6mm 공구에 적합) |
| 포켓 | 폭 6mm × 깊이 20mm | 폭 10mm × 깊이 10mm |
| 슬롯 | 1mm 너비 | 표준 커터를 사용한 폭 2mm 이상 |
이와 같은 실용적인 조정으로 가공 시간, 공구 마모 및 진동을 줄일 수 있습니다.
조기에 수정하는 방법?
- 사용 가능한 공구 직경과 일치하는 내부 반경을 추가합니다.
- 깊은 포켓을 얕게 유지하거나 넓혀서 커터 접근성을 개선하세요.
- 복잡한 부품을 두 개의 간단한 가공 부품으로 나누기
- 리브, 채널 또는 언더컷을 설계할 때 도구 액세스 검토하기
- 지오메트리를 확정하기 전에 가공 축 기능 확인
이러한 단계는 가공 효율성을 직접적으로 개선하고 비용을 절감하며 일관된 CNC 가공 결과를 지원합니다.
실수 2 - 필요 이상으로 엄격한 허용 오차 지정
공차는 치수가 CAD 모델과 얼마나 밀접하게 일치해야 하는지를 제어합니다. 그러나 많은 설계에서 중요하지 않은 피처에 엄격한 공차를 적용합니다. 이로 인해 불필요한 가공 패스가 발생하고 검사가 증가하며 불량률이 높아집니다.
정밀 절삭에는 느린 이송 속도와 작은 스텝오버가 필요합니다. 공차가 엄격하면 가공이 표준 가공에서 미세 정삭 가공으로 전환됩니다. 공장 데이터에 따르면 허용 공차는 특히 홀, 슬롯 및 정밀 면의 경우 가공 시간을 20~30%까지 증가시킬 수 있습니다. 또한 더 많은 프로빙과 계측이 필요합니다.
엄격한 허용 오차가 진정으로 중요한 곳?
- 베어링 맞춤
- 보스 찾기
- 슬라이딩 표면 결합
- 프레스 핏 또는 간섭 핏 기능
- 어셈블리 정렬을 제어하는 기준면
다른 모든 기능은 성능에 영향을 주지 않고 표준 일반 허용 오차를 사용할 수 있습니다.
열악한 대 개선된 허용 오차 설계
| 특징 | 열악한 디자인 | 개선된 디자인 |
|---|---|---|
| 외부 프로필 | ±0.01 mm | 일반 허용 오차 ±0.1mm |
| 비기능 슬롯 | ±0.02 mm | ±0.1 mm |
| 결합 핀 맞춤 | ±0.1 mm | ±0.01mm(기능적) |
이 접근 방식은 기능을 유지하면서 가공 비용과 검사 부하를 줄입니다.
조기에 수정하는 방법?
- 기능적 특징을 먼저 파악한 다음 엄격한 허용 오차를 선택적으로 적용합니다.
- 중요하지 않은 영역에는 일반 허용 오차(±0.1-0.2mm)를 사용합니다.
- 기능적 명확성을 추가하지 않는 한 불필요한 GD&T 기호는 피하세요.
- 도면을 마무리하기 전에 기공사와 공차 스택 업을 검토합니다.
이러한 단계는 제조 가능성을 개선하고 CNC 가공 중 위험을 줄입니다. 명확하고 적절한 공차 설계는 CNC 가공 비용을 직접적으로 절감하고 신뢰성을 높이며 프로토타입과 대량 부품 모두에 대한 고품질 생산을 지원합니다.
실수 3 - 얇은 벽이나 매우 깊은 구멍을 설계하는 경우
얇은 벽과 깊은 포켓은 강성을 감소시킵니다. 절단하는 동안 공구가 재료에 밀리고 약한 기하학적 구조가 구부러지거나 진동합니다. 약간의 굴곡만 있어도 진동음, 치수 드리프트 또는 표면 조도 저하가 발생할 수 있습니다.
절삭 공구에는 실질적인 길이 대 직경 제한이 있습니다. 공구가 직경의 4~5배를 초과하여 연장되면 처짐이 급격히 증가합니다. 얇은 벽도 마찬가지로 지지대가 없으면 절삭력에 의해 움직입니다. 많은 작업장에서 진동을 피하기 위해 이송 속도를 크게 낮춰 사이클 시간을 늘립니다.
일반적인 위험 신호
- 1.0-1.5mm보다 얇은 알루미늄 벽면
- 포켓 깊이 3-4× 포켓 너비보다 큰 포켓
- 여러 내부 레벨에 장거리 도구가 필요합니다.
- 진동 표시가 있는 크고 날씬한 기능
이러한 조건은 종종 느린 가공, 멀티 패스 마감 또는 재설계에 대한 논의를 촉발합니다.
열악한 지오메트리와 개선된 지오메트리 예시
| 특징 | 열악한 디자인 | 개선된 디자인 |
|---|---|---|
| 벽 두께 | 0.8mm | 1.5-2.0mm |
| 포켓 깊이 | 깊이 25mm × 폭 6mm | 깊이 12mm × 너비 10mm |
| 리브 높이 | 40mm 높이, 얇은 베이스 | 25mm 높이, 두꺼운 베이스 |
개선된 지오메트리는 강성을 높이고, 잡음을 줄이며, 사이클 시간을 단축합니다.
조기에 수정하는 방법?
- 가능하면 더 두꺼운 벽을 사용하세요.
- 깊은 구멍을 줄이거나 입구를 넓히세요.
- 리브 또는 지지 기능을 추가하여 높은 구조물을 단단하게 만들기
- 매우 깊거나 복잡한 피처를 두 개의 가공 부품으로 분할합니다.
- 커터 도달 거리를 안정적인 공구 비율 이내로 유지합니다.
벽 두께에 몇 밀리미터를 추가하면 몇 시간의 추가 가공 시간을 절약할 수 있습니다.
실수 4 - 소재 가공성 무시
소재 선택은 사이클 시간, 공구 마모, 열 거동 및 치수 안정성에 큰 영향을 미칩니다. 가공 성능을 고려하지 않고 강도나 외관만 보고 소재를 선택하기 때문에 많은 지연이 발생합니다.
더 단단하거나 끈적끈적한 소재는 더 느린 이송, 더 강한 커터, 더 많은 냉각이 필요합니다. 업계 가공 벤치마크에 따르면 스테인리스 스틸이나 티타늄과 같은 복잡한 합금을 가공할 경우 가공 시간이 30~50%까지 늘어날 수 있습니다. 또한 이러한 소재는 더 많은 공구 교환과 세심한 모니터링이 필요합니다.
일반적인 가공성 차이점
| 소재 | 가공 중 동작 |
|---|---|
| 알루미늄 6061 | 뛰어난 가공성, 시원한 절단 |
| 스테인레스 스틸 304 | 작업 강화, 느린 패스 필요 |
| 티타늄 5등급 | 열 발생, 도구에 스트레스 |
| 황동 / 구리 | 기계 가공은 쉽지만 비용이 많이 듭니다. |
이러한 차이점을 이해하면 성능과 비용을 맞추는 데 도움이 됩니다.
조기에 수정하는 방법?
- 강도와 가공성이 균형을 이루는 합금 선택
- 강철이 필요한 기능이 아니라면 프로토타입에는 알루미늄을 사용하세요.
- 가공 전 또는 후 열처리 적용 여부 확인
- 중요하지 않은 부품에 불필요한 프리미엄 합금 사용 방지
현명한 재료 선택은 공구 마모를 줄이고 표면 품질을 개선합니다.
실수 5 - 지오메트리를 지나치게 복잡하게 만들기
많은 CAD 모델이 필요 이상으로 복잡해집니다. 이는 설계자가 몰드에서 피처를 복제할 때 종종 발생합니다, 깁스, 또는 3D 프린팅 부품 를 가공한 디자인으로 가공하면 단순한 형상과 깨끗한 표면을 얻을 수 있습니다.
일반적으로 복잡한 기능이 필요합니다:
- 추가 설정
- 맞춤형 고정 장치
- 전문 커터
- 다축 가공
- 더 많은 표면 마무리
이러한 단계는 부품 성능을 개선하지 않고 비용을 증가시킵니다. 엔지니어는 CAM 공구 경로를 검토한 후 이러한 기능을 재설계하는 경우가 많습니다.
열악한 디자인 대 개선된 디자인 예시
| 문제 영역 | 열악한 디자인 | 개선된 디자인 |
|---|---|---|
| 유기적 곡선 | 조각된 표면 | 평면면 + 간단한 프로파일 |
| 장식용 홈 | 깊은 윤곽 | 얕거나 제거된 홈 |
| 언더컷 | 내부 언더컷 | 액세스를 위한 부분 분할 또는 재설계 |
형상이 단순해지면 부품을 안정적이고 예측 가능한 가공으로 되돌릴 수 있습니다.
조기에 수정하는 방법?
- 장식 표면을 평면 또는 원통형으로 교체하기
- 불필요한 포켓이나 깊은 윤곽선 감소
- 기능에 필요한 경우가 아니라면 둥근 유기적 모양은 피하세요.
- 복잡한 표면이 설치 횟수를 증가시키는지 확인합니다.
- 디자인을 잠그기 전에 기공사와 함께 지오메트리를 검토하세요.
이를 통해 프로토타입과 생산 실행 모두에서 위험을 줄이고 반복성을 개선할 수 있습니다.
실수 6 - 고정 및 설정 요구 사항 무시
모든 기계 부품은 단단히 고정되어야 합니다. CAD에서는 안정적으로 보이는 설계도 실제로는 고정하기 어려울 수 있습니다. 평평한 기준 표면이나 명확한 데이텀이 없는 경우, 기공사는 정확한 위치 지정을 위해 맞춤형 픽스처를 만들거나 부품을 여러 번 뒤집어야 합니다.
설정을 추가할 때마다 변수가 발생하고 시간이 소모됩니다. 많은 가공 작업장에서 추가 설정이 있을 때마다 재프로빙, 재정렬, 정확도 검증으로 인해 총 가공 시간이 10~20% 추가될 수 있다고 보고합니다. 설정이 많을수록 공차 누적 오류의 가능성도 높아집니다.
일반적인 설비 위험 신호
- 모든 면이 곡면이며 클램핑을 위한 평평한 면이 없습니다.
- 안정적으로 잡을 수 없는 키가 큰 특징
- 기공사가 부품을 여러 번 회전하도록 하는 기하학적 구조
- 서로 다른 방향의 표면에 위치한 중요 치수
- 맞춤형 소프트 죠 또는 진공 픽스처가 필요한 부품
이러한 문제로 인해 불필요한 비용이 발생하고 때로는 디자인이 거부되기도 합니다.
열악한 설비와 개선된 설비 설계 예시
| 이슈 | 열악한 디자인 | 개선된 디자인 |
|---|---|---|
| 클램핑 표면 | 완전 곡선형 외관 | 그립감을 위해 납작하게 추가 |
| 설정 횟수 | 4가지 설정 필요 | 재설계 후 2가지 설정 |
| 기준점 선택 | 명확한 기본 얼굴 없음 | 전용 플랫 데이텀 A |
단순한 평평한 표면이나 더 나은 기준점 계획으로 설정 횟수를 크게 줄일 수 있습니다.
조기에 수정하는 방법?
- 클램핑을 위해 평평하고 안정적인 면을 하나 이상 추가합니다.
- 한 방향에 가능한 한 많은 중요한 기능을 유지하세요.
- 얇거나 깨지기 쉬운 표면에 억지로 접점을 만들지 마세요.
- 2개 이하의 설정으로 공작물을 가공할 수 있는지 확인합니다.
- 매우 복잡한 도형을 두 개의 간단한 구성 요소로 나누기
이러한 조정은 안정성, 정확성 및 리드 타임을 개선합니다.
실수 7 - 비표준 구멍 크기, 나사산 또는 깊이 사용
구멍과 나사산은 가장 자주 발생하는 가공 특징 중 하나이지만 예방 가능한 문제를 일으키는 경우가 많습니다. 설계에 사용자 지정 직경, 깊은 나사산 또는 흔하지 않은 나사산 유형을 지정할 때 문제가 발생합니다.
표준 드릴 크기와 나사산 공구는 정해진 차트를 따릅니다. 설계에 비표준 값을 사용하는 경우 기공사는 특수 커터나 느린 이송 속도를 필요로 할 수 있습니다. 나사산이 깊으면 더 많은 문제가 발생하는데, 특히 스테인리스 스틸이나 티타늄과 같은 거친 소재의 경우 깊이가 지나치게 깊으면 탭이 파손될 위험이 높아집니다.
업계 관행에 따르면 나사산 깊이를 공칭 직경의 2~3배 이상으로 늘리면 강도는 거의 향상되지 않지만 가공 시간이 크게 늘어납니다.
일반적인 위험 신호
- 표준 드릴과 일치하지 않는 구멍 직경
- 기능 요구 사항을 초과하는 스레드 깊이
- 벽이나 얇은 피쳐에 너무 가까이 위치한 스레드
- 스레드 진입 지점에 모따기가 누락된 경우
- 간단한 부품에 이색 스레드 유형 사용
이러한 문제로 인해 드릴링, 태핑 및 검사 속도가 느려집니다.
열악한 구멍/나사 설계 예시와 개선된 구멍/나사 설계 예시
| 특징 | 열악한 디자인 | 개선된 디자인 |
|---|---|---|
| 스레드 깊이 | 직경 5× | 직경 1.5-2배(일반) |
| 구멍 지름 | 7.3mm 커스텀 | 7.0 또는 7.5mm 표준 드릴 |
| 스레드 항목 | 모따기 없음 | 0.5-1.0mm 모따기 |
사소한 조정으로 공구 수명을 늘리고 더 안정적인 가공을 보장합니다.
조기에 수정하는 방법?
- 표준 드릴 차트에서 구멍 크기 선택
- 재료 유형에 맞는 실용적인 스레드 깊이 사용
- 깔끔한 스레드 시작을 위한 모따기 추가
- 얇은 벽에 실이 닿지 않도록 하기
- 기능에서 달리 요구하지 않는 한 익숙한 스레드 시리즈를 선택합니다.
이러한 작업은 툴링 문제를 줄이고 가공 일관성을 개선합니다.
실수 8 - 포스트 프로세싱 효과 간과하기
대부분의 가공 부품에는 다음이 필요합니다. 마무리 손질아노다이징, 도금, 연마, 비드 블라스팅 또는 열처리가 포함될 수 있습니다. 이러한 공정은 표면 두께, 경도 및 최종 치수를 변경합니다. 디자인이 이러한 변화를 무시하면 문제가 발생합니다.
건축 자재로 표면을 마감합니다. 예를 들어 하드 아노다이징은 공정과 색상에 따라 한 면당 0.005~0.015mm가 추가됩니다. 도금 및 열처리로 인해 약간의 뒤틀림이 발생할 수 있습니다. 도면에 이를 고려하지 않으면 부품이 검사에 불합격하거나 조립 중에 잘 맞지 않을 수 있습니다.
일반적인 감독 사항
- 아노다이징 전에 가공된 오차 허용 오차 구멍
- 열처리 중 변형되는 얇은 벽
- 코팅이 쌓이는 것을 허용하지 않습니다.
- 어셈블리는 도금 후 여유 공간이 손실된 상태로 맞습니다.
- 아노다이징 후 막히기 전에 만들어진 스레드
이러한 문제는 부품이 거의 완성되었을 때 종종 발생하여 부품을 재작업하거나 교체해야 하는 경우가 많습니다.
열악한 마무리 계획과 개선된 마무리 계획 예시
| 이슈 | 열악한 디자인 | 개선된 디자인 |
|---|---|---|
| 아노다이징 홀 | 최종 Ø까지 가공 | 언더사이즈 → 아노다이징 후 리메딩 |
| 열처리 부품 | 얇은 벽이 휘어짐 | 두꺼운 벽 + 스트레스 완화 프로세스 |
| 코팅 간격 | 제로 수당 | 측면당 0.01~0.02mm 허용 |
마감 순서를 미리 계획하면 크기 변동과 코팅 관련 오류를 방지할 수 있습니다.
조기에 수정하는 방법?
- 엄격한 허용 오차 적용 이후 마무리 손질
- 키 구멍의 크기를 줄이고 아노다이징 후 리밍하기
- 열처리가 필요한 경우 안정적인 합금 사용
- 어셈블리가 포함된 코팅 두께에 맞는지 확인합니다.
- 마무리 순서를 지정하는 도면 메모 추가
이를 통해 코팅 또는 열 공정에서 정밀도가 저하되지 않습니다.
실수 9 - 머신 엔지니어와 일찍 상의하지 않음
이는 가장 큰 비용을 초래하는 실수 중 하나입니다. 공구 도달 거리, 공차 극한, 약한 벽 또는 비표준 나사산과 같은 많은 설계 문제는 기계공이 몇 분 안에 파악할 수 있지만 나중에 수정하는 데 며칠이 걸릴 수 있습니다.
제조 설문조사에 따르면 조기 DFM 검토를 통해 불필요한 피처를 제거하고, 설정 계획을 개선하고, 복잡한 형상을 제거함으로써 가공 비용을 20~401% 절감할 수 있다고 합니다. 또한 조기 커뮤니케이션을 통해 이메일 주기가 길어지고 도면 수정이 늦어지는 것을 방지할 수 있습니다.
초기 검토 중에 흔히 발견되는 문제
- 기능적 가치를 추가하지 않는 지나치게 엄격한 허용 오차 범위
- 장거리 도구가 필요한 딥 포켓
- 얇은 벽으로 인한 처짐 위험
- 약한 가장자리 근처에 배치된 스레드
- 통합할 수 있는 설정
- 가공 요구사항에 맞지 않는 재료 선택
간단한 검토로 나중에 심각한 문제를 예방할 수 있습니다.
조기에 수정하는 방법?
- 초기 제조 가능성 확인을 위한 CAD 파일 전송
- 어떤 기능이 설정 횟수를 증가시키는지 물어보세요.
- 공구 가용성 및 기계 크기 확인
- 재료 가공성 및 마감 요구 사항 논의
- 허용 오차 스택이 기능적 의도를 반영하는지 확인합니다.
이러한 단계를 통해 CAD에서 최종 부품까지 보다 원활한 경로를 만들 수 있습니다. 기계공과의 초기 협업을 통해 생산 시작 전에 문제를 파악하여 CNC 가공 품질을 개선하고 비용을 절감하며 재설계를 방지할 수 있습니다.
결론
대부분의 가공 문제는 생산 과정에서 발생하기 훨씬 전에 예방할 수 있습니다. 핵심은 절대적인 툴링 제한을 두고 설계하고, 잘 가공되는 재료를 선택하고, 불필요한 복잡성을 피하고, 마감 공정을 계획하고, 공정 초기에 기계 기술자를 참여시키는 것입니다. CAD 설계가 절삭 조건을 지원하면 부품이 더 정확해지고 사이클 시간이 단축되며 비용을 예측할 수 있게 됩니다.
가공은 설계자와 공급업체가 함께 작업할 때 가장 효과적입니다. 정확한 도면, 안정적인 피처, 스마트 공차, 초기 검토를 통해 프로토타입부터 대량 생산까지 신뢰할 수 있는 부품을 제작할 수 있습니다.
빠른 제조 가능성 확인이 필요하거나 허용 오차 선택, 설정 횟수 또는 마감 영향을 검증하려는 경우, CAD 파일을 공유할 수 있습니다.. 조기 검토는 종종 재설계를 방지하고 더 매끄러운 가공 결과를 얻는 데 도움이 됩니다.
안녕하세요, 저는 케빈 리입니다
지난 10년 동안 저는 다양한 형태의 판금 제작에 몰두해 왔으며 다양한 워크숍에서 얻은 경험에서 얻은 멋진 통찰력을 이곳에서 공유했습니다.
연락하세요
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.
