CNC 가공을 위한 설계에는 공정의 기능과 한계를 이해하는 것이 포함됩니다. 프로토타입 작업을 하든 대량 생산을 계획하든, 부품을 잘못 설계하면 비용 증가, 지연, 리소스 낭비가 발생할 수 있습니다. 이러한 문제를 방지하려면 처음부터 실용적인 설계 원칙을 적용하는 것이 최상의 결과를 얻기 위한 핵심입니다.
CNC 가공을 성공적으로 설계하려면 재료 선택, 형상, 공차 및 부품 방향을 고려해야 합니다. 설계를 단순하게 유지하고 제조의 용이성에 초점을 맞추며 불필요한 복잡성을 줄이세요. 또한 가공 공정, 툴링 및 생산되는 부품의 수를 고려하여 효율성과 비용 효율성을 최적화해야 합니다.
이러한 기본 사항을 염두에 두면 올바른 설계 접근 방식이 어떻게 생산 시간을 크게 개선하고 오류를 줄이며 비용을 절감할 수 있는지 쉽게 알 수 있습니다. 효과적인 CNC 가공 설계의 핵심 원칙을 자세히 살펴보겠습니다.
CNC 가공을 위한 핵심 설계 원칙
CNC 가공용 부품을 설계하려면 몇 가지 주요 요소를 신중하게 계획하고 고려해야 합니다. 성공적인 결과를 얻기 위해 따라야 할 핵심 원칙을 살펴보겠습니다.
제조 가능성을 위한 설계
제조 가능성을 고려한 설계(DFM)는 생산하기 쉽고 효율적인 부품을 만드는 것을 의미합니다. 이를 통해 비용을 절감하고 생산 속도를 높이며 오류를 최소화할 수 있습니다.
- 지오메트리 단순화: 불필요한 복잡함을 피하세요. 가능하면 직선, 단순한 곡선, 표준 도형을 사용하세요.
- 가공 단계 축소: 설정과 도구 변경이 덜 필요한 부품을 설계하세요. 이렇게 하면 시간을 절약하고 오류 발생 가능성을 줄일 수 있습니다.
- 기능 표준화: 표준 구멍 크기, 나사산 유형 및 패스너 크기를 사용하여 가공을 간소화하고 집회.
허용 오차 및 맞춤: 필수 가이드라인
공차는 부품의 치수가 얼마나 달라져도 올바르게 작동할 수 있는지를 정의합니다. 공차가 엄격하면 비용이 증가하므로 필요한 경우에만 공차를 사용하세요.
- 중요 기능 대 비 중요 기능: 결합 표면과 같이 부품의 기능에 영향을 미치는 피처에 엄격한 공차를 적용합니다. 중요하지 않은 영역에는 표준 공차를 사용합니다.
- 적합성 요구 사항 이해: 여유 공간이 있어 부품이 자유롭게 움직일 수 있습니다. 간섭 맞춤 긴밀한 유대감을 형성하세요. 애플리케이션에 적합한 것을 선택하세요.
- 명확한 커뮤니케이션: 도면에 공차를 명확하게 지정하여 생산 중 혼란을 방지하세요.
도구 액세스 및 이동 고려
CNC 기계는 절삭 공구를 사용하여 재료를 제거합니다. 이러한 공구가 부품의 모든 영역에 문제 없이 도달할 수 있도록 설계해야 합니다.
- 깊고 좁은 구멍을 피하세요: 가공이 어려울 수 있으며 특수 도구가 필요할 수 있습니다.
- 내부 모서리에서 반경 사용: 날카로운 모서리는 가공하기 어렵습니다. 반경을 사용하여 표준 도구가 효과적으로 작동할 수 있도록 합니다.
- 충분한 여유 공간 확보: 도구가 충돌 없이 자유롭게 움직일 수 있도록 기능 주변에 충분한 공간을 남겨둡니다.
기본 CNC 설계 규칙
CNC 가공을 위한 설계는 세부 사항에 주의를 기울이고 특정 규칙을 준수해야 합니다. 이 가이드라인은 가공하기 쉽고 비용 효율적이며 고품질의 부품을 만드는 데 도움이 됩니다. 기본 사항을 살펴보겠습니다.
재료 선택
올바른 소재를 선택하는 것이 가장 중요한 첫 번째 결정입니다. 이는 기계 가공성부터 최종 부품 성능에 이르기까지 모든 것에 영향을 미칩니다.
가공성 고려
소재는 가공하기 쉬운 정도에 따라 매우 다양합니다. 6061과 같은 알루미늄 합금은 빠르게 절삭되고 표면 마감이 좋기 때문에 CNC 작업에 탁월합니다. 강철은 더 많은 시간과 공구가 마모됩니다. 티타늄이나 인코넬과 같은 이국적인 소재는 특수 공구와 느린 속도가 필요합니다.
공구 수명은 재료 경도와 직접적인 관련이 있습니다. 황동이나 알루미늄처럼 부드러운 소재는 절삭 공구를 사용하기 쉬운 반면, 딱딱한 소재는 공구가 더 빨리 마모되고 특수 코팅이 필요할 수 있습니다.
재료 특성
가공성 외에도 소재가 애플리케이션에서 어떤 성능을 발휘하는지 고려하세요. 생각해 보세요:
- 강도 요구 사항
- 무게 제약
- 열적 특성
- 화학적 내성
- 비용 제한
벽 두께
벽 두께는 가공 가능성과 부품 강도 모두에 영향을 미칩니다. 이를 올바르게 설정하면 뒤틀림과 고장을 방지할 수 있습니다.
최소 요구 사항
재료마다 최소 벽 두께 요구 사항이 다릅니다. 알루미늄의 경우 0.8mm 이상을 유지합니다. 강철 부품은 최소 1mm 두께를 유지해야 합니다. 벽 두께가 얇으면 가공 중에 진동이 발생하여 표면 마감이 불량하거나 치수 오류가 발생할 수 있습니다.
포켓이나 캐비티가 깊을수록 주변 벽은 더 두꺼워야 합니다. 가공 중 휘어짐을 방지하기 위해 벽 두께는 벽 높이의 10% 이상이어야 한다는 것이 좋은 규칙입니다.
통일된 디자인
디자인 전체에 걸쳐 벽 두께를 일정하게 유지하세요. 두께가 다르면 냉각이 고르지 않게 되고 뒤틀림이나 내부 응력이 발생할 수 있습니다. 두께를 변경해야 하는 경우 갑작스러운 변화보다는 점진적인 전환을 사용하세요.
또한 균일한 벽은 도구 선택을 간소화하고 필요한 작업 횟수를 줄여 생산 비용을 절감합니다.
코너 디자인
모서리 디자인은 가공 난이도와 부품 강도에 큰 영향을 미칩니다. 여기서 작은 디테일이 큰 차이를 만듭니다.
내부 모서리 반경
내부 모서리에는 항상 내부 반경을 포함하세요. CNC 밀은 완벽한 90° 내부 모서리를 만들 수 없는 원형 절삭 공구를 사용합니다. 최소 내부 반경은 최종 절삭에 사용되는 공구 반경과 일치해야 합니다.
내부 반경이 클수록 응력 집중이 줄어들고 공구 수명이 연장됩니다. 생산을 간소화하려면 표준 엔드밀 크기(예: 1/8", 1/4")와 일치하는 반경을 사용하십시오.
외부 코너
외부 모서리는 반경이 거의 0에 가깝게 가공할 수 있지만 반경이 작아지면 장점이 있습니다. 날카로운 모서리는 쉽게 부서지고 응력 지점을 생성합니다. 작은 반경(0.5mm 이상)은 시각적 영향을 최소화하면서 모서리 강도를 극적으로 증가시킵니다.
또한 외부 반경은 급격한 방향 변경이 아닌 지속적인 공구 이동을 허용하여 가공 시간을 단축하고 표면 정삭을 개선합니다.
구멍 및 보어
적절한 홀 설계는 시간을 절약하고 품질을 향상시킵니다. 여기서 작은 변화도 생산 비용에 큰 영향을 미칠 수 있습니다.
구멍 깊이
가능하면 구멍 깊이를 구멍 직경의 4배 이하로 제한하세요. 구멍이 깊으면 가공하기 어렵고 특수 공구가 필요하며 공구 파손의 위험이 높아집니다.
CNC 가공 전에 드릴 프레스 작업을 사용하거나 깊은 구멍을 위한 여러 가공 설정을 위한 설계를 고려하세요.
표준 크기
가능하면 표준 드릴 크기를 사용하세요. 사용자 지정 직경 구멍에는 엔드밀 작업이 필요하므로 표준 드릴링보다 시간이 오래 걸립니다. 일반적인 분수 크기(1/8인치, 1/4인치 등) 또는 미터법 크기(3mm, 5mm 등)를 사용하면 제조가 간편해집니다.
정밀 구멍의 경우, 약간 작은 크기의 드릴링을 설계한 다음 최종 치수로 리밍합니다. 이 접근 방식은 더 나은 공차 제어를 제공합니다.
나사산 구멍
나사 구멍에 나사산이 제대로 맞물릴 수 있도록 충분한 깊이를 확보하세요. 강철의 경우 나사 직경의 1.5배, 알루미늄 또는 플라스틱의 경우 2배가 좋은 규칙입니다.
블라인드 홀의 바닥으로 가는 나사산은 설계하지 마십시오. 칩 여유 공간과 공구 런아웃을 위한 공간을 남겨둡니다. 바닥에 나사산이 없는 깊이를 나사 직경의 1/2 이상 추가합니다.
공차
적절한 허용 오차는 정밀도 요구와 제조 비용의 균형을 유지합니다. 더 엄격한 것이 항상 좋은 것은 아닙니다.
기본 허용 오차
표준 CNC 가공은 일반적으로 특별한 주의 없이 ±0.125mm(±0.005″)의 공차를 제공합니다. 공차가 엄격하면 비용이 크게 증가합니다. 전체 부품이 아닌 중요한 피처에만 엄격한 공차를 지정하세요.
결합 부품의 경우 전체 부품이 아닌 인터페이스 표면에 허용 오차 요구 사항을 집중합니다. 이 목표에 맞춘 접근 방식은 비용을 합리적으로 유지하면서 적합성을 개선합니다.
표면 마감
표면 마감 요구 사항은 가공 전략과 시간에 영향을 미칩니다. 표준 CNC 작업은 3.2μm Ra 이상의 표면 마감을 생성합니다. 더 매끄러운 마감을 위해서는 추가 마감 작업이 필요하고 비용이 증가합니다.
필요한 곳에만 표면 마감을 지정하세요. 기능적인 표면은 정밀한 마감 처리가 필요할 수 있지만, 눈에 보이지 않는 구조적 영역은 표준 마감 처리를 사용하여 비용을 절감할 수 있습니다.
CNC 가공 공정의 유형과 설계에 미치는 영향
CNC 가공 공정마다 고유한 요구 사항과 한계가 있습니다. 이를 이해하면 각 공정에 최적화된 부품을 설계하는 데 도움이 됩니다. 밀링, 터닝 및 드릴링에 대한 주요 설계 고려 사항을 살펴 보겠습니다.
밀링: 밀링 기계의 설계 고려 사항
갈기 회전하는 절단 도구를 사용하여 공작물에서 재료를 제거합니다. 복잡한 모양과 특징을 만드는 데 이상적입니다.
- 오버행 방지: 오버행에는 특수한 도구와 설정이 필요합니다. 최소한의 오버행으로 부품을 설계하여 가공을 간소화합니다.
- 표준 도구 크기 사용: 표준 공구 크기에 맞게 포켓 및 슬롯과 같은 기능을 설계할 수 있습니다. 이를 통해 가공 시간과 비용을 절감할 수 있습니다.
- 도구 액세스 고려: 밀링 공구가 부품의 모든 영역에 도달할 수 있는지 확인합니다. 가공하기 어려운 깊고 좁은 캐비티는 피하십시오.
터닝: 터닝 작업을 위한 필수 설계 지침
선회 절삭 공구가 재료를 제거하는 동안 공작물을 회전시킵니다. 원통형 부품을 만드는 데 가장 적합합니다.
- 대칭이 핵심: 터닝은 대칭 디자인에서 가장 잘 작동합니다. 프로세스를 복잡하게 만드는 비대칭 기능은 피하세요.
- 얇은 벽 최소화: 얇은 벽은 회전하는 동안 진동하거나 변형될 수 있습니다. 안정성을 위해 벽을 두껍게 설계하세요.
- 모따기 및 필렛 사용: 모서리에 모따기 또는 필렛을 추가하여 날카로운 모서리를 줄이고 부품 강도를 개선합니다.
드릴링: 드릴링을 위한 설계 요소
교련 회전하는 드릴 비트를 사용하여 공작물에 구멍을 만듭니다. CNC 가공의 표준 작업입니다.
- 구멍 깊이 및 직경: 구멍 깊이를 적당히 유지하세요. 깊이 대 직경 비율은 4:1 이하가 가장 적합합니다. 더 깊은 구멍은 특별한 도구가 필요합니다.
- 사각지대 방지: 스루 홀은 블라인드 홀보다 드릴링이 더 간단합니다. 필요한 경우에만 막힌 구멍을 사용하십시오.
- 구멍 크기 표준화: 표준 드릴 비트 크기를 사용하여 도구 교체를 줄이고 시간을 절약하세요.
CNC 설계 모범 사례
사려 깊은 디자인 선택은 더 빠르고 저렴하며 정확한 가공을 가능하게 합니다. 이러한 모범 사례를 따르면 디자인을 최적화하여 더 나은 결과를 얻을 수 있습니다.
파트 오리엔테이션 및 설정 최적화
가공 중 부품의 방향은 품질과 효율성 모두에 영향을 미칩니다. 올바른 방향 설정은 설정을 최소화하고 오류를 줄입니다.
- 설정 최소화: 가능한 한 적은 설정으로 가공할 수 있는 부품을 설계합니다. 이렇게 하면 시간이 절약되고 정렬 문제가 줄어듭니다.
- 안정적인 포지셔닝: 부품이 단단히 고정될 수 있는지 확인합니다. 무게 분포가 고르지 않거나 가공 중 파손될 수 있는 깨지기 쉬운 피처가 있는 디자인은 피합니다.
- 접근 가능한 기능: 중요한 피처를 가공하기 쉽도록 부품의 방향을 정합니다. 예를 들어, 공구 접근성을 높이기 위해 구멍이나 슬롯을 상단이나 측면에 배치해야 합니다.
도구 액세스를 염두에 둔 디자인
CNC 기계는 절삭 공구를 사용하여 부품을 성형합니다. 이러한 도구가 모든 영역에 문제 없이 도달할 수 있도록 설계해야 합니다.
- 깊고 좁은 기능 피하기: 포켓이 깊거나 슬롯이 좁으면 가공하기 어려울 수 있습니다. 가능하면 더 넓고 얕은 기능을 사용하세요.
- 모서리에서 반경 사용: 날카로운 내부 모서리는 가공하기 어렵습니다. 공구의 크기에 맞게 반경을 추가하고 공구 수명을 개선하세요.
- 여유 공간 확보: 공구가 자유롭게 움직일 수 있도록 피처 주변에 충분한 공간을 남겨두세요. 이렇게 하면 충돌을 방지하고 원활한 가공을 보장할 수 있습니다.
표준화된 부품 및 디자인 사용
표준화를 통해 생산을 간소화하고 비용을 절감하며 리드 타임을 단축할 수 있습니다.
- 표준 기능: 일반적인 구멍 크기, 나사 유형 및 패스너 크기를 사용합니다. 이렇게 하면 사용자 지정 도구와 설정의 필요성이 줄어듭니다.
- 모듈식 설계: 복잡한 부품을 더 단순하고 표준화된 구성 요소로 나누세요. 이렇게 하면 가공이 더 쉬워지고 수리나 교체가 더 간단해집니다.
- 디자인 재사용: 가능하면 기존 디자인이나 템플릿을 재사용하세요. 이렇게 하면 시간을 절약하고 프로젝트 전반에서 일관성을 유지할 수 있습니다.
결론
CNC 가공을 위한 설계에는 창의성과 실용성의 균형이 필요합니다. 단순성, 재료 선택, 공차 및 도구 액세스에 중점을 두면 효율적이고 비용 효율적인 고품질 부품을 만들 수 있습니다.
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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.
