CNC 가공이란? - CNC 기계의 유형

CNC 머시닝이란?

CNC는 Computerized Numerical Control의 약자입니다. CNC 가공은 사전 프로그래밍된 컴퓨터 소프트웨어가 공장 도구 및 기계의 움직임을 지시하는 컴퓨터화된 제조 프로세스입니다.
이 프로세스는 그라인더 및 선반에서 밀링 및 CNC 라우터에 이르기까지 다양한 복잡한 기계를 제어하는 데 사용할 수 있습니다. CNC 가공을 사용하면 단일 프롬프트 세트에서 3차원 절단 작업을 수행할 수 있습니다.
CNC 머시닝은 그라인더, 선반, 터닝 밀과 같은 다양한 복잡한 기계를 제어하며 이들 모두는 다양한 부품과 프로토타입을 절단, 형상화 및 생성하는 데 사용됩니다. 매일 CNC 기계공은 기계 설계, 기술 도면, 수학 및 컴퓨터 프로그래밍 기술의 요소를 결합하여 다양한 금속 및 플라스틱 부품을 생산합니다.
CNC 작업자는 금속판을 중요한 비행기나 자동차 부품으로 바꿀 수 있습니다.

 

읽어보면 도움되는 글

CNC선반의 가공 순서 및 특징

 

 

CNC기계란?

CNC 기계는 위에서 설명한 대로 컨트롤러에 프로그래밍된 대로 재료를 절단하거나 이동하는 공작 기계입니다. 절단 유형은 플라즈마 절단에서 레이저 절단, 밀링, 라우팅 및 선반에 이르기까지 다양합니다. CNC 기계는 조립 라인에서 항목을 집어 들고 이동할 수도 있습니다.

CNC 기계는 사전 프로그래밍된 제어 명령 시퀀스를 실행하는 컴퓨터에 의해 작동되는 자동화된 기계입니다. CNC 기계는 본질적으로 핸드 휠이나 레버로 수동으로 제어되거나 캠만으로 기계적으로 자동화되는 "구식" 장치의 반대입니다.

오늘날의 최신 CNC 기계는 이송 속도, 속도, 위치 및 조정과 같은 생산을 위한 정확한 측정을 알려주는 G 코드라고 하는 CNC 가공 언어를 사용하여 이해하고 작동합니다.

오늘날 CNC 시스템을 위한 설계 및 기계 부품은 고도로 자동화되어 있습니다. 예전에 생각했던 위험하고 오래된 공장 기계와 달리 말이죠. 부품의 기계적 치수는 CAD(Computer-Aided Design) 소프트웨어를 사용하여 정의한 다음 CAM(Computer-Aided Manufacturing) 소프트웨어를 통해 제조 지침으로 변환됩니다.

 

CNC 기계의 작동 원리

CNC 기계에는 일반적으로 CAD 소프트웨어 프로그램 버전이 있습니다. CAD 프로그램 또는 컴퓨터 지원 설계는 자르고 싶은 것을 그릴 수 있게 해주는 소프트웨어입니다. 도면은 2D 또는 3D이며 완료되면 CNC 기계가 읽을 수 있는 코드를 생성합니다.
CNC 기계는 축을 따라 좌표를 따라 작동합니다. 기본 기계는 한 축이나 두 축을 따라 이동하지만 고급 기계와 3D 항목을 만드는 기계는 세 축을 따라 이동합니다. 기계의 도구는 수천 개의 좌표를 따라 이동하면서 절단 및 성형을 합니다.
CNC 기계가 첫 번째 작업을 시작하기 전에 시운전이 수행됩니다. 이 시운전을 공기 절단이라고 하며 실수로 인해 기계나 부품이 손상될 수 있으므로 매우 중요합니다.

 

CNC머신 프로그래밍

CNC 제조에서 기계는 수치 제어를 통해 작동되며, 여기서 소프트웨어 프로그램은 대상을 제어하도록 지정됩니다. CNC 머시닝의 이면에 있는 언어를 G-code라고도 하며 속도, 이송 속도 및 조정과 같은 해당 기계의 다양한 동작을 제어하기 위해 작성되었습니다.

기본적으로 CNC 머시닝을 사용하면 공작 기계 기능의 속도와 위치를 사전 프로그래밍하고 소프트웨어를 통해 반복적이고 예측 가능한 주기로 실행할 수 있으며 모두 인간 작업자의 개입이 거의 없습니다. CNC 머시닝 프로세스에서 2D 또는 3D CAD 도면이 구상되고 CNC 시스템이 실행할 컴퓨터 코드로 변환됩니다. 프로그램을 입력한 후 작업자는 코딩에 실수가 없는지 확인하기 위해 시운전을 제공합니다.

이러한 기능으로 인해 제조 부문의 모든 부분에서 프로세스가 채택되었으며 CNC 제조는 특히 금속 및 플라스틱 생산 분야에서 매우 중요합니다. 아래에서 사용되는 가공 시스템 유형과 CNC 기계 프로그래밍이 CNC 제조를 완전히 자동화하는 방법에 대해 자세히 알아보십시오.

 

개방/폐회로 가공 시스템

CNC 제조 과정에서 위치 제어는 개방 루프 또는 폐쇄 루프 시스템을 통해 결정됩니다. 전자의 경우 신호는 CNC 컨트롤러와 모터 사이에서 단일 방향으로 실행됩니다. 폐쇄 루프 시스템에서 컨트롤러는 피드백을 수신할 수 있어 오류 수정이 가능합니다. 따라서 폐쇄 루프 시스템은 속도와 위치의 불규칙성을 수정할 수 있습니다.

CNC 가공에서 이동은 일반적으로 X 및 Y 축을 가로질러 이루어집니다. 도구는 차례로 G 코드에 의해 결정된 정확한 움직임을 복제하는 스테퍼 또는 서보 모터를 통해 위치를 지정하고 안내합니다. 힘과 속도가 최소인 경우 프로세스는 개루프 제어를 통해 실행할 수 있습니다. 다른 모든 경우에는 금속 가공과 같은 산업 응용 분야에 필요한 속도, 일관성 및 정확성을 보장하기 위해 폐쇄 루프 제어가 필요합니다.

CNC 머시닝에서 움직임은 일반적으로 X 및 Y 축을 가로 질러 지시됩니다.

 

CNC가공은 완전히 자동화

오늘날의 CNC 프로토콜에서는 사전 프로그래밍된 소프트웨어를 통한 부품 생산이 대부분 자동화됩니다. 주어진 부품의 치수는 CAD(Computer-Aided Design) 소프트웨어로 설정한 다음 CAM(Computer-Aided Manufacturing) 소프트웨어를 사용하여 실제 완제품으로 변환됩니다.
주어진 공작물에는 드릴 및 커터와 같은 다양한 공작 기계가 필요할 수 있습니다. 이러한 요구를 수용하기 위해 오늘날의 많은 기계는 여러 가지 기능을 하나의 셀에 결합합니다.
또는 설치가 여러 기계와 한 응용 프로그램에서 다른 응용 프로그램으로 부품을 옮기는 로봇 손 세트로 구성될 수 있지만 모든 것은 동일한 프로그램으로 제어됩니다. 설정에 관계없이 CNC 프로세스는 불가능하지는 않더라도 수동으로 복제하기 어려운 부품 생산의 일관성을 허용합니다.

 

CNC 기계의 다른 유형

1. CNC 밀링 머신
CNC 기계의 가장 일반적인 유형 중 하나인 CNC 밀은 컴퓨터 제어를 사용하여 다양한 재료를 절단합니다. Mills는 숫자와 문자의 특정 프로그램을 번역하여 스핀들을 다양한 방식으로 이동할 수 있습니다.
CNC 밀링 머신은 재료 공작물/블록을 정지 상태로 유지하면서 절삭 공구를 회전시키는 기능이 특징입니다. 평면 밀링 형상 및 주변 밀링 형상을 포함하여 다양한 형상을 가공할 수 있습니다. CNC 밀링 머신에서 제조되는 부품은 일반적으로 다양한 기능을 가진 정사각형 또는 직사각형입니다.
많은 공장에서 G 코드라고 하는 것을 사용합니다. 이 코드는 대부분의 CNC 기계에서 인식되는 표준화된 프로그래밍 언어입니다. 밀링 머신에 공작물을 삽입한 후 컴퓨터가 제어를 이어받습니다. 컴퓨터 코드는 스핀들과 툴링의 모든 움직임과 동작을 안내하고 지시하여 공작물을 높은 정확도로 절단하고 설계된 맞춤형 부품으로 변환합니다.
CNC 밀은 평면 밀링, 직각 밀링, 태핑, 드릴링 및 터닝과 같은 다양한 기능을 가질 수 있습니다. 대부분의 CNC 밀링 머신은 3축에서 6축 구성으로 제공됩니다. CNC 밀은 다른 도구에 비해 매우 크고 비용이 많이 들 수 있습니다. 일반적으로 CNC 밀은 단단한 금속을 가공하는 데 사용되며 CNC 라우터는 부드러운 소재에 사용됩니다.

2. CNC 라우터
CNC 라우터는 CNC 밀과 매우 유사한 기계이지만 일반적으로 더 부드러운 재료를 가공하는 데 사용되며 일반적으로 CNC 밀에 비해 정확도가 떨어집니다. CNC 라우터는 CNC 밀보다 훨씬 저렴합니다. 이 유형의 CNC 기계는 강철, 목재, 알루미늄, 복합 재료, 플라스틱 및 발포체를 절단하는 데 도움이 될 수 있습니다.
CNC 라우터는 컴퓨터 수치 제어를 사용하여 스핀들 및 공작 기계 경로를 지시하여 목재, 강철, 복합 재료, 알루미늄, 발포체 및 플라스틱과 같은 재료를 원하는 디자인 및 모양으로 자르고 형성하는 기능이 특징입니다. CNC 라우터는 다른 기계보다 훨씬 짧은 시간에 다양한 품목을 생산하여 낭비를 줄이고 생산성을 높입니다.
CNC 라우터는 일반적으로 기계 베이스, 스핀들, 스테퍼 모터, 스테퍼 드라이버, 컨트롤러 및 전원 공급 장치로 구성됩니다. CNC 라우터는 낭비를 줄이고 생산성과 정확도를 높이며 제품을 더 빠르게 생산합니다.
대부분의 라우터는 주어진 재료를 3차원으로 가공할 수 있으며 소규모 프로젝트와 프로토타입 모델 및 복잡한 디자인을 만드는 데 적합합니다. 3축, 4축, 5축 및 6축 라우터도 찾을 수 있습니다.
고품질 CNC 라우터는 $2,000 미만으로 구입할 수 있으며, 보급형 CNC Mill도 $10,000 이상입니다.
대부분의 CNC 라우터 기계는 3차원 모두에서 공작물을 가공할 수 있으며 작은 프로젝트를 만들고 단순하고 복잡한 디자인의 프로토타입을 만드는 데 탁월합니다. CNC Mills와 마찬가지로 CNC 라우터는 3축에서 6축까지 다양한 축으로 제공됩니다.

3. CNC 플라즈마 절단기
CNC 플라즈마 절단기는 재료를 절단하는 기능이 동일하다는 점에서 CNC 밀링 머신과 유사합니다. 그러나 CNC 플라즈마 절단기는 플라즈마 토치를 사용하여 재료를 절단하는 반면 밀링 기계는 스핀들에 부착된 엔드밀 또는 밀링 커터를 사용합니다.
CNC 플라즈마 절단기의 주요 요구 사항은 플라즈마 절단 시 절단할 재료 또는 공작물이 전기 전도성이어야 한다는 것입니다. CNC 플라즈마 절단기는 재료 절단에도 사용됩니다. 그러나 컴퓨터로 제어되는 강력한 플라즈마(전자적으로 이온화된 가스) 토치를 사용하여 이 프로세스를 수행합니다.
용접을 위한 휴대용 가스 구동 토치(화씨 최대 10,000도)와 기능이 유사한 플라즈마 토치는 최대 화씨 50,000도에 이릅니다. 플라즈마 토치는 공작물을 녹여 재료를 절단합니다. CNC 플라즈마 절단을 사용할 때마다 절단할 재료는 전기 전도성이어야 합니다. 일반적인 재료는 강철, 스테인리스강, 알루미늄, 황동 및 구리입니다.
정밀 CNC 가공은 작업 현장 환경에서 광범위한 부품 생산 및 마감 기능을 제공합니다. 배포 환경, 필요한 재료, 리드 타임, 볼륨, 예산 및 필요한 기능에 따라 일반적으로 원하는 결과를 얻을 수 있는 최적의 방법이 있습니다.
조선, 자동차제조, 화학제조, 공업용 철강 건설현장 등의 중공업에 주로 사용됩니다. 결과적으로 CNC 플라즈마 절단에서 공작물은 일반적으로 크고 무겁습니다. 보급형 플라즈마 절단 CNC 기계의 가격은 약 5,000달러인 반면 가장 비싼 기계는 수십만 달러입니다.

4. CNC 선반 기계
선반은 공작물이 회전하면서 절단하도록 설계된 CNC 기계입니다. CNC 선반은 다양한 도구를 사용하여 신속하게 정확한 절단을 할 수 있습니다. 이 CNC 기계는 수동 선반에 비해 정밀도가 매우 뛰어납니다. CNC 밀링 머신보다 축이 적은 경우가 많기 때문에 더 작고 컴팩트합니다.
CNC 선반은 CNC 밀링 머신과 유사한 제어를 하며 다른 독점 프로그래밍 언어뿐만 아니라 G 코드도 읽을 수 있습니다.
CNC 선반 및 터닝 머신은 가공 과정에서 재료를 회전(선회)하는 기능으로 유명합니다. 이 기계의 절삭 공구는 회전하는 스톡 막대와 함께 선형 동작으로 공급됩니다. 원하는 직경(및 기능)이 얻어질 때까지 주변의 재료를 제거합니다.
CNC 선반 및 터닝 머신은 드릴 구멍, 보어, 브로치, 리머 구멍, 슬롯, 나사산, 테이퍼 및 태핑과 같은 부품의 내부 및 외부 기능을 생성할 수 있습니다. 샤프트, 볼트 및 나사는 CNC 선반에서 만들어진 구성 요소 중 일부입니다.

 

5. CNC 레이저 커팅 머신
이러한 유형의 기계는 CNC 플라즈마 기계와 유사하지만 레이저가 주로 절단에 사용되며 금속, 플라스틱 또는 견목을 절단하는 데 적합하다는 유일한 차이점이 있습니다. 재료의 밀도와 강도에 따라 레이저의 강도를 조정할 수 있습니다.
CNC 레이저 기계에는 재료를 정확하게 절단, 절단 또는 조각하는 데 사용되는 고도로 집중된 레이저 빔이 있는 뾰족한 라우터가 있습니다. 레이저는 재료를 가열하고 재료를 녹이거나 기화시켜 재료를 절단합니다. 일반적으로 재료는 시트 형식이며 레이저 빔이 재료를 가로질러 앞뒤로 움직여 정확한 절단을 만듭니다.
이 프로세스는 선반, 터닝 센터, 밀링 커터와 같은 기존 절단 기계보다 더 다양한 디자인을 생성할 수 있으며 종종 추가 마무리 프로세스가 필요하지 않은 절단 및/또는 모서리를 생성합니다.
CNC 레이저 조각기는 일반적으로 부품 마킹 가공 부품에 사용됩니다. 예를 들어, CNC 선반 또는 CNC 가공 부품에 로고와 회사 이름을 통합하는 것은 어려울 수 있습니다. 그러나 레이저 조각을 사용하면 가공이 완료된 후 부품에 적용할 수도 있습니다.

6. CNC 방전 기계
CNC 방전 기계(EDM)는 고도로 제어된 전기 스파크를 사용하여 재료를 원하는 모양으로 조작합니다. 스파크 침식, 다이 싱크, 스파크 침식 또는 와이어 연소라고도 합니다.
구성 요소가 전극 와이어 아래에 배치되고 기계는 와이어에서 전기 방전을 방출하여 강렬한 열(화씨 21,000도)을 생성하도록 프로그래밍됩니다. 재료를 녹이거나 액체로 씻어내어 원하는 모양이나 특성을 만듭니다.
이 과정에서 두 전극 사이의 일련의 반복적인 방전에 의해 특정 공작물에서 재료가 제거됩니다. 이러한 전극은 종종 전위를 전달하는 유전성 유체로 분리됩니다. 이 기계에서 재료는 두 전극 사이에 놓이고 기계는 각 전극이 생성해야 하는 방전량을 계산하기 위해 계산합니다.
EDM은 부품이나 공작물에 정밀한 미세 구멍, 슬롯, 테이퍼형 또는 각진 형상, 기타 다양한 복잡한 형상을 생성하는 데 가장 일반적으로 사용됩니다. 일반적으로 원하는 모양이나 특성으로 가공하기 어려운 매우 단단한 금속에 사용됩니다. 이것의 좋은 예가 전형적인 기어입니다.

 

7. CNC 워터젯 절단기
CNC 워터젯 절단기는 이름에서 알 수 있듯이 고압의 물 분사를 사용하여 재료를 절단합니다.
일반적으로 CNC 워터젯 절단은 작업할 재료가 온도에 민감하고 플라스틱 및 알루미늄과 같은 고온에서 녹을 수 있는 경우에 선택됩니다. 이러한 기계는 물로만 절단할 수 있지만 일반적으로 보다 효율적인 절단을 위해 석류석(광물) 또는 산화알루미늄과 같은 추가 연마 재료가 물에 추가됩니다.
CNC 워터젯 절단기는 비슷한 사양의 플라즈마 절단기보다 비용이 많이 듭니다. 그러나 비슷한 사양의 CNC 레이저 커터에 비해 비용이 저렴합니다. CNC 워터젯 절단기의 한 가지 단점은 일반적으로 CNC 플라즈마 절단기 및 CNC 레이저 절단기보다 느리다는 것입니다.

8. CNC 그라인더
CNC 그라인더는 연마 도구를 사용하여 가공된 제품을 매끄럽게 마무리합니다. 그라인더는 일반적으로 엔진 부품 가공과 같이 매우 높은 정밀도가 필요한 응용 분야에 사용됩니다.
일반적으로 CNC Mill이나 Lathe를 이용하여 거친 표면으로 제품을 만든 후 CNC Grinder로 옮겨 최종 마무리합니다. CNC 그라인더는 표면 그라인더, 롤 그라인더, 원통형 그라인더 등 다양한 유형이 있습니다.
도금 또는 유리화 CBN, 다이아몬드 연삭 휠, 산화 알루미늄 및 세라믹 혼합 연삭 휠과 같이 연삭에 사용되는 연마재의 유형도 매우 다양합니다.

9. CNC 드릴링 머신
CNC 드릴링 머신은 일반적으로 대량 생산에 적용됩니다. 그러나 드릴링 머신에는 종종 혼합되고 때로는 뒤틀린 다기능 머시닝 센터가 있습니다. CNC 드릴링의 가장 큰 싱크 타임은 공구 교환으로 이루어지므로 속도를 위해서는 구멍 직경의 편차를 줄여야 합니다.
드릴링 구멍을 위한 가장 빠른 기계 크기는 드릴링을 위해 미리 장착된 다양한 직경의 드릴이 있는 터렛의 여러 스핀들로 구성됩니다. 이 유형의 CNC 기계는 리밍, 카운터 보링 및 태핑 홀을 수행할 수 있습니다.
이들은 오늘날 사용되는 가장 일반적인 유형의 CNC 기계입니다. 기계 선택은 작업 유형, 요구되는 작업 예산의 정확성, 작업을 완료하는 데 사용할 수 있는 시간에 따라 다릅니다.

 

CNC 머시닝 작업의 유형

1. CNC 밀링
절삭공구가 회전하는 작업입니다. 밀링 공구가 공작물과 접촉하면 칩이 제거됩니다.
밀링 작업에는 다음이 포함됩니다.

▷ 엔드 밀링
▷ 챔퍼 밀링
▷ 페이스 밀링
▷ 드릴링, 보링, 태핑 등

정확도와 허용 오차가 매우 높은 매우 보편적인 제조 방법입니다. 밀링은 다양한 재료에서 작동하며 매우 빠릅니다. 광범위한 복잡한 부품을 만드는 능력은 엄청난 자산입니다.
많은 양의 폐기물, 다양한 도구가 필요하고 높은 장비 비용이 단점입니다.

2. CNC 드릴링
드릴링은 다점 드릴 비트를 사용하여 공작물에 원통형 구멍을 만드는 가공 프로세스입니다.
CNC 드릴링에서 CNC 기계는 일반적으로 공작물 표면의 평면에 수직으로 회전하는 드릴 비트를 공급하여 드릴링 프로세스에 사용되는 드릴 비트의 직경과 일치하는 직경의 수직 방향 구멍을 만듭니다.
그러나 특수 기계 구성 및 공작물 고정 장치를 사용하여 각도 드릴링 작업을 수행할 수도 있습니다. 드릴링 프로세스의 작동 기능에는 카운터 드릴링, 카운터싱킹, 리밍 및 태핑이 포함됩니다.

3. CNC 터닝
이 둘은 흔히 CNC 머시닝이라고 하지만 터닝과 밀링은 상당한 차이가 있습니다. 터닝은 밀링과 거의 반대입니다. 이는 절삭 공구 대신 공작물이 회전한다는 것을 의미합니다.
예를 들어, CNC 터닝은 일반적으로 샤프트를 제조하는 데 사용됩니다. 칩 또는 부스러기로 알려진 금속 부품을 절단하기 위해 공구를 회전하는 공작물에 대고 가져옵니다. 적절한 종류의 한계값 및 조정 시스템에 대해 높은 정확도를 달성하는 것이 가능합니다.
실린더 외부 또는 내부에서 회전이 가능합니다. 후자의 작업을 보링이라고 합니다.

 

4. CNC 연삭
CNC 그라인더는 회전하는 그라인딩 휠을 사용하여 재료를 제거합니다. 목표는 금속 부품에 고정밀 마감을 제공하는 것입니다.
달성할 수 있는 표면 품질은 매우 높습니다. 따라서 원재료로 최종 조각을 만드는 것이 아니라 마무리 작업으로 사용됩니다.

5. CNC 라우팅
CNC 라우터는 CNC 밀링 머신과 겉보기에는 비슷합니다. 다시 말하지만, 회전하는 부분은 절단 헤드입니다. 주요 차이점은 절단에 적합한 재료에 있습니다.
라우터는 매우 높은 정확도가 필요하지 않은 부드러운 재료(금속이 아님)를 절단하는 데 적합합니다. 그 이유는 낮은 출력 전력입니다.
동시에 라우터가 더 빠릅니다. 이를 통해 더 짧은 시간에 부품을 제조할 수 있습니다.

 

CNC 머시닝은 무엇을 만들 수 있을까?

외관상으로는 CNC 가공에는 제한이 없습니다. 다양한 유형의 금속, 플라스틱, 폼, 복합 재료 및 목재를 포함한 광범위한 재료에 적합합니다. 3축 밀링 머신은 보다 기본적인 기하학적 형태의 대부분을 생성할 수 있습니다. 더 복잡한 부품의 경우 다축 밀링 센터를 사용할 수 있습니다.

예를 들어 5축 CNC 밀링 센터가 도움이 될 수 있습니다. 더 일반적인 3축 기계에는 3개의 선형 이동 축이 있지만 5축 기계는 커팅 헤드와 머신 베드도 회전할 수 있습니다. 이렇게 하면 유연성이 크게 향상되지만 비용도 증가합니다.

CNC가 훨씬 더 빠르지만 수동 가공은 여전히 ​​업계에서 그 자리를 지키고 있습니다. 특히 소량의 신속한 프로토타이핑에 적합합니다. 그러나 높은 정확도가 필요한 분야에서는 여전히 CNC 가공이 우세합니다. 이것이 다음을 포함하여 많은 산업 분야에서 활용하는 이유입니다.

▷ 항공우주
▷ 전기
▷ 방어
▷ 채광
▷ 산업 기계
▷ 식음료
▷ 의류
▷ 자동차
▷ 제품 디자인 등

대체로 CNC 가공은 부품을 생산하는 신뢰할 수 있고 유용한 방법으로 제조 부문에서 자리를 굳혔습니다. 동시에 CNC 가공 비용은 종종 다른 제조 방법에 비해 약간 높을 수 있습니다.