컴퓨터화된 수치 제어(CNC) 기계는 원자재를 원하는 모양으로 자르는 가공 도구입니다. CNC 기계는 밀링, 연삭기, 선반과 같은 복잡한 기계의 움직임을 제어하도록 개발된 소프트웨어를 사용합니다. 이러한 컴퓨터 지원 제조 방식은 수많은 복잡하고 정밀한 CNC 가공 작업을 처리할 수 있습니다. CNC 가공은 항공우주, 방위, 자동차 산업에서 널리 사용됩니다.
산업 분야에서 CNC는 금속 및 플라스틱 부품을 절단하는 데 자주 사용됩니다. 일반적인 절삭 공구로는 밀링 머신, 선반, 커터, 드릴, 연삭기, 워터젯, 레이저 등이 있습니다. 이러한 공구는 CNC와 호환되도록 자동화될 수 있습니다. 또한, CNC는 용접, 전자 장비 조립, 전선 감는 기계와 같은 비공작기계를 처리하는 데에도 사용될 수 있습니다.
다음 내용을 통해 자세히 살펴보겠습니다. CNC 기계는 무엇을 할 수 있나요?
목차
컴퓨터 수치 제어의 역사
지난 수십 년 동안 CNC 기술은 펀칭 벨트로 제어되는 장치에서 CNC 코드를 읽고 매우 정확한 3차원 기계 부품을 만들 수 있는 기계로 발전했습니다.
존 파슨스는 CNC 기계라는 아이디어를 생각해 낸 사람이었습니다. 그는 1949년에 최초의 CNC 기계를 제작했습니다. 이 기계는 펀치 카드를 사용하여 기계에 작업을 지시하는 방식으로 작동했습니다. 이후 1952년, 매사추세츠 공과대학교(MIT)의 전문가들이 대중에게 공개된 최초의 CNC 기계인 신시내티 밀라크론 하이드로텔(Cincinnati Milacron Hydrotel)을 제작했습니다.
컴퓨터 수치 제어는 어떻게 작동하나요?
CNC 시스템에서 기계 제어 장치(MCU)는 기계에 연결된 마이크로컴퓨터입니다. 이 마이크로컴퓨터는 제조해야 하는 각 품목에 대한 고유한 컴퓨터 프로그램을 저장하고 실행합니다. 이러한 프로그램은 일반적으로 국제 표준 언어인 G 코드로 작성됩니다. 프로그래밍 언어인 M 코드는 CNC 작업에 G 코드와 함께 사용될 수도 있습니다.
G 코드는 공작 기계의 이동 및 작업 방식을 지시하는 반면, M 코드는 프로그램의 외부 이동 방식을 지시합니다. 프로그램에는 소재 이송 속도, 부품 이동 위치 및 속도 등 공작 기계에 대한 명령과 설정도 포함되어 있습니다.
공정 초기에 엔지니어는 컴퓨터 지원 설계(CAD)를 사용하여 제조할 부품의 도면을 작성합니다. 이 도면은 G-코드로 변환됩니다. 이 프로그램을 마이크로컨트롤러에 설치한 후, 원자재 없이 테스트 실행을 통해 모든 것이 올바르게 설정되고 제대로 작동하는지 확인합니다. 이 단계는 매우 중요합니다. 속도나 위치가 잘못 설정되면 기계와 부품이 손상될 수 있기 때문입니다.
모든 준비가 완료되면 CNC 기계가 프로그램을 실행하여 필요에 따라 작업을 완료합니다. 이러한 작업은 처음부터 제작, 인쇄 또는 절단하여 수행할 수 있습니다.
일반적인 CNC 기계 유형 다음을 포함하되 이에 국한되지 않습니다.
- CNC 선반: 선삭 작업에 사용됨
- CNC 밀링 머신: 절단 및 드릴링 작업에 사용됨
- CNC 플라즈마 커터: 플라즈마 토치를 사용하여 금속을 절단하는 데 사용됩니다.
- CNC 라우터: 목재, 플라스틱, 금속 등 다양한 소재 절단에 사용
- 3D 프린터: 물체를 층층이 쌓아 올리는 적층 제조 기계
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CNC 공작 기계의 주요 기능
산업계에서 CNC 기계는 일반적으로 다음과 같은 목적으로 사용됩니다.
절단
CNC 기계는 정밀하고 빠른 절단이 필요한 프로젝트에 이상적입니다. 방전 성형(EDM)과 와이어 절단기라는 두 가지 최첨단 절단 기술을 사용할 수 있습니다.
EDM에서 열 부식은 두 전극 사이의 상호작용으로 인해 발생합니다. 하나는 공구에 부착된 구리 또는 흑연 전극이고, 다른 하나는 물체를 감싸는 유전체 유체입니다. 놀랍게도 공구와 가공되는 부품은 가공 중에 직접 접촉하지 않습니다. 와이어 절단 작업 EDM과 원리는 같지만, 정밀한 절단 도구로 와이어 전극을 활용한다는 점이 다릅니다.
교련
이 정밀 드릴링 방법은 회전 절삭 공구를 사용하여 고정된 공작물에 원형 구멍을 뚫는 방식입니다. 드릴이나 고속 워터젯이 그 예입니다. 대부분의 경우 이러한 구멍은 너트와 볼트를 조립하는 데 사용됩니다.
연마
CNC 도구 거의 완벽한 표면을 만들기 위해 연삭 휠을 장착하는 경우가 많습니다. 이러한 절삭 연삭은 어떤 적층 제조 방식보다 훨씬 정밀하며, 머리카락 굵기의 1/10만큼 작은 결함도 제거할 수 있습니다.
갈기
CNC 밀링 머신은 일반 밀링 머신 및 기타 수동 밀링 머신과 유사합니다. 선반, 워터젯 또는 선삭 공구를 사용하여 고정된 공급 원료에서 재료를 제거합니다. CNC 밀링 머신은 여러 축을 따라 이동할 수 있으므로 작업자는 수평, 수직, 경사 및 페이스 밀링 작업. 기계공이 원자재를 여러 번 교체하고 다시 고정할 필요가 없기 때문에 이러한 다각도 기능은 목재, 금속, 플라스틱으로 복잡한 부품을 제작하는 과정을 가속화합니다.
선회
CNC 기계에서 이 공정은 밀링과 유사하지만, 원자재가 작업대에 고정되어 있지 않습니다. 대신, 빠르게 회전하는 회전 장치에 연결됩니다. 작업자는 선반이나 CNC 기계와 유사한 공구를 사용하여 원자재가 원하는 모양이 될 때까지 작은 조각들을 제거합니다.
CNC가 중요한 이유는 무엇입니까?
CNC를 사용하면 다양한 공작 기계 더 매끄럽고 정확한 제품을 더 빠르게 제작할 수 있습니다. 이 공정은 수동 가공이나 많은 노동력을 필요로 하지 않아 시간과 인건비를 크게 절감합니다.
CNC의 장점은 다음과 같습니다.
비용 절감
CNC 공구는 더욱 정밀하게 가공될 수 있기 때문에 생산 비용이 절감되어 비용 효율성이 더욱 높아집니다. 재료 낭비 감소, 생산성 향상, 그리고 확장 가능성은 모두 에너지 소비 감소로 이어져 운영 비용을 절감합니다. 또한, 작업자 안전과 관련된 재정적 부담을 걱정할 필요가 없어 비용 절감에도 도움이 됩니다.
폐기물 감소
시뮬레이션과 반복적 최적화 개선 덕분에 다양한 소프트웨어를 실행하는 데 사용됩니다. CNC 기계의 유형 제조 과정에서 폐기물이 거의 발생하지 않습니다. 즉, 재료 낭비를 줄이면 가공 비용도 더욱 절감됩니다.
근로자 안전 개선
CNC 컴퓨터는 과도한 인간 상호 작용의 필요성을 없앰으로써 작업자의 안전을 보장하고 사고 발생을 예방합니다. 이제 대부분의 CNC 기계는 독립적으로 작동할 수 있어, 소프트웨어 업데이트, 설계 변경 또는 기타 정기적인 유지 보수를 위해 원격으로 제어할 수 있습니다.
인적 오류 감소
CNC 기계는 더 높은 정밀도, 복잡성, 속도, 자유도, 그리고 반복성을 제공한다고 알려져 있습니다. 이는 제조 과정에서 사람들이 실수를 하지 않도록 방지하기 때문입니다. 궁극적으로 이는 제품 제조 시 발생하는 실수가 줄어든다는 것을 의미합니다.
윤곽선을 따라 자르기
CNC를 사용하면 윤곽 가공과 같은 작업을 할 수 있습니다. 3D 프린팅이나 디자인 작업처럼 곡선이 있는 형상을 밀링 가공할 수 있습니다. 또한 부품 가공에 더 많은 옵션과 가능성이 제공됩니다.
더 빠른 MCU 코드
일부 CNC에는 CAD 소프트웨어와 컴퓨터 지원 제조 소프트웨어가 내장되어 있습니다. 이를 통해 MCU 작성 속도가 향상될 수 있습니다. 프로그래밍 속도가 향상되면 가공 공정도 단축되어 부품 가공의 효율성이 향상됩니다.
운영 인텔리전스 개선
기업 자원 계획(ERP) 소프트웨어 및 기업 자산 관리(ERM) 소프트웨어와 같은 관련 프로그램을 추가하면 운영 및 비즈니스 인텔리전스 작업이 더욱 수월해집니다. 이를 통해 플랜트 성능 및 유지보수가 향상되어 플랜트 비용 효율성이 더욱 높아집니다.
병목 현상 없음
CNC는 자동화된 장비를 더 많이 사용하므로 처리량과 제조 병목 현상이 줄어들어 작업 환경이 개선됩니다.
CNC 기계는 많은 장점이 있지만 몇 가지 단점도 있습니다. CNC는 가격이 비싸고, 유지 관리가 더 많이 필요하며, 회사에서는 숙련된 CNC 프로그래머를 고용해야 합니다.
CNC의 주요 응용 분야
CNC 기계는 의료, 항공우주, 군사, 방위 등 여러 중요 분야에서 중요한 역할을 합니다. 이러한 분야의 기업들은 파손된 부품이 생명을 위협할 수 있기 때문에 최대한 정밀한 부품이 필요합니다. CNC 공구는 이러한 정밀성을 제공할 수 있습니다.
CNC 기계를 사용하는 일반적인 산업은 다음과 같습니다.
항공우주
CNC 기술은 항공기의 모든 부품을 제작하는 데 필요한 정밀성을 더 쉽게 확보할 수 있게 해줍니다. 여기에는 외부 케이싱과 내부 부품이 포함됩니다. CNC 가공 항공기 부품, 이러한 부품은 종종 임무 수행에 필수적이기 때문에 최대한 정밀하고 정확해야 합니다. 또한, 컴퓨터 지원 가공은 평탄도, 진원도, 원통도에 대한 엄격한 기준을 충족하는 유일한 방법인 경우가 많습니다. 0.00004인치만큼 작은 공차도 일반적입니다.
항공우주 CNC 가공 다양한 소재로 제작할 수 있습니다. 알루미늄, 스테인리스강, 황동, 니켈, 청동, 세라믹, 플라스틱, 마그네슘, 티타늄, 그리고 인코넬과 같은 고성능 금속 등이 있습니다.
다음은 CNC 기계를 사용하여 제조된 부품의 몇 가지 예입니다.
- 랜딩기어 구성품
- 티타늄 덮개
- 에어포일
- 부싱
- 스테이터 어셈블리
- 매니폴드
- 마그네슘 기어박스 하우징
- 전기 커넥터
의료 장비
환자의 요구를 충족하기 위해 의료 분야는 CNC 공작 기계에 크게 의존합니다. 정밀하고 고품질의 맞춤형 제품을 생산합니다. COVID-19 팬데믹 기간 동안 마스크와 호흡기에 대한 수요 증가로 CNC 기계에 대한 의존도가 높아졌습니다. 의료 서비스를 받는 사람들도 감염병 예방을 위해 일회용 의료 도구를 사용하는 경우가 많습니다. 이러한 이유로 의료 분야에서 CNC 기계를 활용하여 더 많은 의료 용품을 더 빨리 생산하는 것이 더욱 중요해졌습니다.
CNC 기계로 제조할 수 있는 일반적인 제품은 다음과 같습니다.
- 자기공명영상장치
- 임플란트
- 보조 장치
- 모니터링 장치용 전자 인클로저
- 연구 장비
- 차폐된 인클로저
- 고온 플라스틱으로 만든 부품
- 의료기기
- 맞춤형 멸균 포장
- 식품의약국 승인 제품
자동차
자동차 산업은 CNC 가공에 있어 가장 중요한 산업 중 하나입니다. 연구 개발을 위한 시제품 제작부터 대량 부품 생산에 이르기까지 자동차 산업의 모든 측면은 CNC 가공을 통해 개선되어야 합니다.
또한, CNC 밀링 머신과 선반은 대형 엔진 블록부터 소형 기어와 패널까지 다양한 부품을 만드는 데 사용됩니다. 내연 기관의 경우, 여러 개의 CNC 공구가 필요합니다. 이러한 공구는 거대한 금속 덩어리를 가공하여 엔진 차체 패널을 만들 뿐만 아니라, 실린더, 피스톤, 그리고 엔진 블록의 실린더 구성품을 조립하는 데 사용되는 기타 부품을 만드는 데에도 사용됩니다.
CNC 기계로 가공할 수 있는 부품은 다음과 같습니다.
- 기어박스
- 엔진 부품
- 차축
- 밸브
- 대시보드 패널
- 실린더 블록
- 가스 게이지
전자제품
CNC 절단은 정밀하고 유연하여 전자 산업 제품을 제조하는 데 효과적인 방법입니다. 따라서 CNC 공구는 전도성 및 비전도성 재료를 포함한 다양한 폴리머 및 금속과 함께 사용할 수 있습니다.
CNC를 사용하여 컴퓨터 부품을 제조하면 미리 제작된 금형 단계가 필요 없기 때문에 더 빠릅니다. 또한, 별다른 지침 없이도 디자인을 수정하고 반복해서 시도할 수 있습니다. 애플은 1만 대의 CNC 기계를 보유하고 있으며, CNC 기계를 사용하여 수많은 노트북을 생산했다는 보도가 있습니다.
CNC 기계로 다음과 같은 제품을 만들 수 있습니다.
- 가전제품
- 반도체
- 방열판
- 인쇄 회로 기판
- 전기 절연
- 앰프 하우징
- 무선 주파수 간섭 차폐
가스 및 석유
CNC 공작 기계는 시추 장비와 공장에서 사용되는 대형 기계를 설계하여 완벽하게 조립되도록 하는 데 사용됩니다. 부품이 제대로 조립되지 않으면 실린더가 팽창하지 않고, 피스톤이 충분한 압력을 방출하지 못하며, 밸브가 누출될 수 있습니다. 이러한 이유로 석유 회사들은 CNC 가공 부품 부품이 완벽하게 맞는지 확인합니다.
CNC 기계를 사용하여 제조된 제품의 몇 가지 예는 다음과 같습니다.
- 드릴 비트
- 막대
- 피스톤
- 밸브
- 유압 부품
- 밸빙 시스템
선박
선박은 부양과 기능 유지를 위해 매우 정밀한 부품이 필요하기 때문에 해양 산업은 CNC 공작 기계에 크게 의존합니다. 선박에는 수중 센서와 변속 장치 등 다양한 장비가 필요합니다. 따라서 해양 산업은 보트 및 기타 해양 장비를 제작할 때 CNC 정밀 기술을 반드시 사용해야 합니다.
CNC 기계에서 제조되는 일반적인 부품은 다음과 같습니다.
- 프로펠러
- 절연 케이스
- 엔진용 구성품
- 프로토타입 금형
- 갈비 살
- 스팅거
결론
결론적으로, CNC 공작 기계는 제조 및 가공의 모습을 바꾼 기술적 경이로움입니다. 디지털 설계를 기반으로 복잡한 작업을 정확하고 효율적으로 수행할 수 있는 능력은 항공우주부터 목공에 이르기까지 다양한 산업에 혁명을 가져왔습니다.
컴퓨터 프로그래밍에 따라 제어되는 이러한 기계는 이전에는 상상할 수 없었던 수준의 정밀성과 반복성을 달성했습니다. 기술이 계속 발전함에 따라 CNC 기계의 성능은 더욱 확장되어 다양한 산업 분야에서 복잡하고 효율적인 생산을 위한 새로운 가능성을 열어갈 것입니다.
본질적으로 CNC 기계는 단순한 도구 그 이상입니다. CNC 기계는 현대 제조의 초석이며, 공정을 간소화하고 정밀 엔지니어링 분야를 발전시키는 역할을 합니다.