CNC 가공 매우 유연합니다. 하지만 모든 부품에는 물리적 크기 제한이 있습니다. 이러한 제한은 작업 범위, 축 이동 거리, 그리고 공구와 형상의 크기에 따라 결정됩니다.
이러한 한계를 일찍 이해하면 더 나은 부품을 설계할 수 있습니다. 부품은 사용 가능한 기계에 적합하고 적절한 공차를 유지합니다. 이를 통해 비용이 많이 드는 재작업이나 재설계를 방지할 수 있습니다. 이 문서에서는 엔지니어를 위한 크기 한계에 대해 다룹니다. 부품 포락선, 공정 한계, 최소 형상 크기에 대해 살펴보고, 이러한 한계에 도달했을 때 설계에서 변경해야 할 사항도 설명합니다.
부품 크기가 CNC 가공 결과에 미치는 영향
부품 크기에 영향을 미칩니다 어떤 기계 사용할 수 있습니다. 또한 공작물을 얼마나 단단히 고정할 수 있는지에도 영향을 미칩니다. 이로 인해 공차 제어가 더 어려워집니다. 작업 범위에 잘 맞는 작은 부품은 고정하기 쉽습니다. 한두 번의 설정으로 쉽게 접근하여 마무리할 수 있습니다.
부품이 길어지거나, 넓어지거나, 높아질수록 고정은 더욱 어려워집니다. 추가 셋업이 필요한 경우가 많으며, 이로 인해 변형률과 비용이 증가합니다. 매우 작은 부품은 또 다른 문제를 야기합니다. 바로 미세 가공의 세계로 진입하는 것입니다. 작은 공구와 낮은 강성으로 인해 공정이 훨씬 더 까다로워집니다.
일반 크기 제약
CNC 기계의 실제 치수 성능을 이해하려면 주로 작업 범위, X/Y/Z 축 이동 거리, 효과적인 도구 도달 범위라는 세 가지 제약 조건을 살펴봐야 합니다.
CNC 작업 범위 및 기계 설치 면적
CNC 작업 영역은 기계가 가공할 수 있는 3차원 공간입니다. 단일 설정에 대한 최대 부품 크기를 설정합니다. 밀링 머신의 경우 X, Y, Z축 이동 거리입니다. 선반의 경우 스윙과 중심 간 거리입니다.
고정 장치, 클램프, 그리고 안전한 공구 이동을 위한 공간도 필요합니다. 부품은 기술적으로는 치수에 맞게 제작될 수 있습니다. 하지만 고정 장치나 공구 경로를 위한 공간이 없다면 실제로는 여전히 너무 큽니다.
축 이동(X/Y/Z) 및 최대 부품 치수
축 이동 거리는 각 축의 선형 이동 거리입니다. 작업 범위를 수치적으로 정의합니다. X축과 Y축 이동 거리는 부품의 최대 길이와 너비를 제한합니다. Z축 이동 거리는 고정구 두께와 공구 길이를 고려한 후 사용 가능한 높이를 제한합니다.
부품이 축 이동 거리보다 큰 경우 두 가지 옵션이 있습니다. 설계를 더 작은 조각으로 분할하거나, 여러 설정으로 가공할 수 있습니다. 설정이 많아질수록 정렬 위험이 증가합니다. 또한 긴 형상의 경우 ±0.01mm와 같은 엄격한 공차를 유지하기가 더 어려워집니다.
공구 도달 범위, 공구 홀더 클리어런스 및 Z 방향 제한
공구 도달 거리는 커터가 충돌 없이 정확성을 유지하면서 얼마나 깊이 가공할 수 있는지를 나타냅니다. Z축 이동 거리가 크더라도 공구는 유효 깊이에 제한을 주는 경우가 많습니다. 공구 길이, 홀더 크기, 그리고 주변 형상이 주요 요인입니다.
일반적인 규칙은 밀링 깊이를 커터 직경의 3~4배 이내로 유지하는 것입니다. 이렇게 하면 안정적인 절삭이 보장됩니다. 더 긴 공구를 사용할 수도 있지만, 진동, 휨, 그리고 비용이 증가합니다. 따라서 꼭 필요한 경우에만 사용해야 합니다.
프로세스별 크기 제한: 밀링, 터닝 및 드릴링
동일한 부품 형상에 대해서도 밀링, 터닝, 드릴링은 작업 가능한 크기 범위와 한계가 매우 다르므로 각 CNC 공정의 일반적인 용량 경계를 별도로 이해하는 것이 중요합니다.
CNC 밀링
~ 안에 갈기, 테이블 크기와 축 이동 거리는 부품 외피를 제한합니다. 이는 한 번의 설정으로 고정하고 가공할 수 있는 가장 큰 부품입니다. 부품과 고정 장치는 테이블에 맞아야 하며, 기계의 무게 제한을 초과해서는 안 됩니다.
깊은 포켓과 높은 벽은 기계 자체보다는 공구의 도달 범위와 강성에 의해 제한되는 경우가 많습니다. 넓고 얕은 부품은 다루기가 더 쉽습니다. 좁고 깊은 하우징은 설계를 조정하지 않으면 안정성과 표면 품질에 문제가 발생할 수 있습니다.
CNC 터닝
을 위한 선회, 중심 간 거리는 샤프트의 최대 길이를 정의합니다. 샤프트는 스핀들과 테일스톡 사이에 지지되어야 합니다. 부품이 더 길면 더 큰 기계나 설계 변경이 필요합니다. 프로젝트를 계획할 때는 CNC 터닝 온라인 견적 도구를 사용하면 이러한 제약 조건 내에서 부품을 가공하는 것의 실행 가능성과 비용을 빠르게 평가할 수 있습니다.
베드 위의 스윙과 크로스 슬라이드 위의 스윙은 최대 직경을 정의합니다. 이는 공구가 회전하면서도 도달할 수 있는 최대 직경입니다. 사용 가능한 직경은 여유 공간을 확보하기 위해 이 값보다 약간 작습니다. 큰 플랜지나 디스크는 길이가 짧더라도 직경에 의해 제한될 수 있습니다.
CNC 드릴링
드릴링 시, 작업 범위는 전체 부품 크기를 제한합니다. 드릴 길이와 강성은 구멍 깊이를 제한합니다. 안전 한계는 드릴 직경의 약 10배입니다. 그 이상에서는 칩 제거 및 처짐이 심각한 문제가 됩니다.
최소 구멍 직경은 가장 작고 안정적인 드릴에 따라 달라집니다. 구멍이 마이크로 드릴링 범위에 있을 때는 다른 요소들이 중요해집니다. 여기에는 스핀들 런아웃, 냉각수 공급, 재료의 균일성 등이 포함됩니다. 사이클 시간 또한 크게 증가합니다.
최소 기능 크기, 벽 두께 및 캐비티 깊이
"너무 작거나, 너무 얇거나, 너무 깊지는 않은가"와 같은 일반적인 설계 질문은 기본적으로 최소 기능 크기, 최소 벽 두께, 캐비티 깊이가 안정적인 엔지니어링 범위 내에 있는지 여부로 귀결됩니다.
최소 기능 크기 및 미세 가공 고려 사항
최소 형상 크기는 공구 직경, 기계 정밀도, 그리고 고정구 안정성에 따라 결정됩니다. 매우 좁은 슬롯, 얇은 리브, 또는 아주 작은 단차에는 작은 커터가 필요합니다. 이러한 커터는 강성이 낮고 공구 런아웃에 더 민감합니다.
형상의 크기가 공구의 직경에 가까워지면 미세 가공 영역에 진입한 것입니다. 이 시점에서는 설정이나 소재의 작은 변화도 큰 오차를 초래할 수 있습니다. 부품의 기능에 필요하지 않은 한, 형상 크기는 이론적인 최소값보다 훨씬 높게 유지하는 것이 좋습니다.
얇은 벽
얇은 벽은 절삭력에 의해 휘어지는 정도에 제한을 받습니다. 가공 중에 벽이 휘어지면 나중에 원래 상태로 되돌아갑니다. 이로 인해 완벽한 툴패스를 사용하더라도 치수가 변하게 됩니다.
실제 최소 벽 두께는 재료의 강성과 벽 높이에 따라 달라집니다. 짧은 알루미늄 벽은 높은 강철 벽보다 얇을 수 있습니다. 하지만 종횡비가 높은 벽은 위험할 수 있습니다. 리브를 추가하거나, 지지되지 않는 높이를 줄이거나, 주요 부위를 두껍게 하면 안전 한계를 유지하는 데 도움이 될 수 있습니다.
깊은 구멍과 구멍
깊이 한계는 형상 깊이 대 공구 직경의 비율에 따라 결정됩니다. 매우 깊고 좁은 공동은 마치 긴 관처럼 작용하여 모든 진동을 증폭시키고 칩 제거를 어렵게 만듭니다.
밀링의 경우, 공구 직경보다 더 깊게 가공하려면 특별한 전략이 필요합니다. 여기에는 스텝다운 패스(step-down pass)나 마무리 작업용으로 긴 공구를 사용하는 것이 포함될 수 있습니다. 드릴링의 경우, 매우 깊은 구멍에는 펙 사이클(peck cycle)이나 공구 내부 절삭유가 필요한 경우가 많습니다. 또한, 더 큰 직경이나 더 짧은 깊이를 허용하도록 설계를 변경해야 할 수도 있습니다.
CNC 크기 제한 내 설계 지침
이론적으로 종이 위에서 가공 가능한 것과 작업 현장에서 견고하고 경제적인 것 사이에는 분명한 차이가 있으며, 이 차이를 메우려면 부품 분할, 고정 장치 방향, 허용 오차 및 구조적 세부 사항의 할당에 있어서 타깃을 맞춘 설계 최적화가 필요합니다.
대형 부품 분할 및 조인트 계획
부품이 사용 가능한 기계에 비해 너무 큰 경우, 분할하는 것이 가장 좋은 경우가 많습니다. 작은 부품 하나하나를 표준 기계와 고정 장치에 맞게 제작할 수 있습니다.
허용 오차를 유지하기 쉬운 곳에 조인트를 배치하세요. 핀이나 숄더 위치 지정과 같은 조립 기능을 활용하세요. 이렇게 하면 누적 오류 발생 위험을 줄이고 실제 크기 제한을 유지할 수 있습니다.
부품 방향 지정 및 다축 가공을 사용한 접근성 개선
스마트한 부품 방향 설정은 어려운 작업을 훨씬 쉽게 만들어줍니다. 고정구에서 모델을 회전하면 X 또는 Y 치수를 줄일 수 있습니다. 또한, 더 짧은 도구로 원하는 형상에 닿을 수 있도록 형상을 노출할 수 있습니다.
4축 및 5축 가공기는 회전축을 추가하여 이러한 문제를 개선합니다. 부품을 다시 고정하지 않고도 여러 면을 가공할 수 있습니다. 이를 통해 동일한 작업 범위 내에서 더 쉽게 접근하고 설정 횟수를 줄일 수 있습니다.
기계 성능에 맞게 허용 오차 및 기능 조정
크기와 공차는 서로 연관되어 있습니다. 고정구 근처의 작은 형상에서는 ±0.01mm를 유지하는 것이 더 쉽습니다. 축 이동 거리의 대부분을 차지하는 긴 형상에서는 훨씬 더 어렵습니다. 이러한 경우 직진도, 열 팽창, 공구 처짐과 같은 문제가 누적됩니다.
설계 시에는 꼭 필요한 경우에만 엄격한 공차를 적용하세요. 그 외의 모든 경우에는 ISO 2768과 같은 일반적인 공차를 사용하세요. 작은 디테일을 단순화하고 넓은 범위의 공차를 완화하면 설계를 안정적이고 비용 효율적인 프로세스로 되돌릴 수 있습니다.
크기 제한에 대한 빠른 디자인 체크리스트:
- 해당 부품과 고정 장치가 기계의 작업 범위와 중량 제한에 맞습니까?
- 깊은 포켓과 구멍이 합리적인 깊이 대 직경 비율 내에 있습니까?
- 최소 기능 크기가 표준 도구 직경과 호환됩니까?
- 얇은 벽이 재료와 벽 높이에 비해 충분히 단단합니까?
크기 제한이 비용 및 기계 선택에 미치는 영향
부품 범위와 피처 규모는 해당 CNC에서 부품을 가공할 수 있는지 여부를 결정할 뿐만 아니라 기계 종류 선택, 고정 장치 복잡성, 단위 비용을 좌우하므로 공정 계획 및 견적 단계에서 조기에 평가해야 합니다.
기계 등급(소형/중형/대형)에 맞는 부품 봉투
부품 크기에 따라 소형, 중형, 대형 CNC 기계의 필요 여부가 결정되는 경우가 많습니다. 소형 기계는 일반적으로 시간당 비용이 낮고, 설치 비용도 저렴합니다. 부품 크기를 작게 유지하면 비용이 절감되는 경우가 많습니다.
설계에 매우 큰 갠트리 밀링 머신이나 대형 선반이 필요한 경우, 비용이 더 많이 들 것으로 예상해야 합니다. 이는 추가 용량을 모두 사용하지 않더라도 마찬가지입니다. 이러한 기계는 더욱 복잡한 고정 장치가 필요합니다.
대형 부품이 설치, 고정 및 재배치에 미치는 영향
축 이동 거리나 테이블 크기의 한계에 가까운 부품에는 특수 고정 장치가 필요합니다. 또한 여러 개의 클램핑 위치가 필요합니다. 추가 설치는 시간을 늘리고 작은 정렬 불량 발생 가능성을 높입니다.
무거운 부품은 테이블 하중과 무게 분포를 신중하게 제어해야 합니다. 기계의 무게 용량을 무시하면 부품이 기술적으로 적합하더라도 정확도가 떨어지고 기계 수명이 단축될 수 있습니다.
엄격한 허용 오차, 크기 및 가공 시간 간의 균형
대형 부품 엄격한 허용 오차 가공하기 가장 어렵습니다. 장거리에서 작은 공차를 유지하려면 이송 속도가 느리고 절삭량이 적어야 합니다. 기계공은 더 많은 공구 경로와 더 많은 검사가 필요할 수 있습니다. 이 모든 것이 사이클 시간을 증가시킵니다.
가능하다면 대형 형상의 공차를 넓히면 가공 시간과 불량률을 크게 줄일 수 있습니다. 가공 파트너와 이러한 상충 관계에 대해 일찍 논의하십시오. 이는 기능과 비용의 균형을 맞추는 가장 빠른 방법입니다.
결론
CNC 가공에서 크기 제한은 단순히 테이블 치수에만 국한되지 않습니다. 작업 범위, 축 이동 거리, 공구 도달 거리, 그리고 최소 형상 크기가 모두 포함됩니다. 또한 벽 두께와 현실적인 공차 수준도 포함됩니다. 이러한 제한을 염두에 두고 설계하면 가공의 예측 가능성과 비용 효율성이 향상됩니다. 또한 후반 단계의 재설계 위험을 크게 줄일 수 있습니다.
~에 Yonglihao Machinery, 각 프로젝트를 면밀히 검토합니다. 부품의 형상을 장비의 실제 성능과 비교하여 매핑합니다. 작업 범위, 센터 간 거리, 베드 스윙, 공구 도달 거리, 고정 장치 옵션을 확인합니다. 공정 및 고정 장치 설계를 결정하기 전에 이 과정을 거칩니다. 이러한 접근 방식을 통해 실질적인 크기 제한을 유지할 수 있습니다. 또한 안정적인 품질과 리드타임을 제공할 수 있습니다. 부품이 CNC 가공에 적합한지 확인하는 경우, 가공 파트너와 이러한 크기 제한을 조기에 검토하십시오. 이는 재작업을 피하고 비용을 관리하며 설계의 제조 가능성을 보장하는 가장 빠른 방법입니다.
자주 묻는 질문
CNC 가공으로 만든 부품은 실제로 얼마나 커질 수 있나요?
부품은 작업 범위와 무게 허용 한도 내에서 최대 크기를 가질 수 있으며, 고정 장치와 공구 접근을 위한 추가 공간을 확보할 수 있습니다. 부품이 축 이동 거리나 무게 제한의 대부분을 사용하는 경우, 설정 및 비용 관리가 매우 어려워집니다. 큰 설계를 작은 부품으로 분할하는 것이 하나의 거대한 부품을 만드는 것보다 더 안정적인 경우가 많습니다.
미세 가공이 필요하기 전에 기능은 얼마나 작아질 수 있습니까?
형상의 크기가 공급업체에서 제공할 수 있는 가장 작은 공구 크기에 가까울 때 미세 가공 범위에 들어갑니다. 이 시점에서 공구 파손 및 소재 문제가 공정을 좌우합니다. 가능하다면 절대 최소 직경 대신 표준 공구 직경에 맞춰 좁은 슬롯과 작은 구멍을 설계하십시오.
CNC 가공에 필요한 실제 최소 벽 두께는 얼마입니까?
실용적인 최소 벽 두께는 너무 많이 휘지 않고 절삭력을 견딜 수 있는 두께입니다. 이는 소재와 벽 높이에 따라 달라집니다. 짧은 알루미늄 벽은 긴 강철 벽보다 얇을 수 있지만, 종횡비가 높은 벽은 위험할 수 있습니다. 매우 얇은 벽이 필요한 경우, 리브를 추가하거나 가공 중에 벽이 지지되도록 부품을 재설계하는 것을 고려하십시오.
구멍과 공동을 얼마나 깊이까지 정확하게 가공할 수 있나요?
구멍과 캐비티는 일반적으로 Z축 이동뿐만 아니라 깊이 대 직경 비율에 의해 제한됩니다. 드릴링의 경우, 구멍 직경의 약 10배 깊이가 일반적인 상한값입니다. 밀링의 경우, 안정적인 포켓 깊이는 일반적으로 훨씬 적습니다. 더 깊은 형상에는 직경을 늘리거나 깊이를 줄이기 위해 특수 공구, 펙 사이클 또는 설계 변경이 필요할 수 있습니다.
3축, 4축, 5축 기계는 크기 제한을 어떻게 변경합니까?
다축 가공기는 물리적 작업 범위를 변경하지 않지만, 접근성을 향상시켜 작업 범위를 더 효율적으로 활용합니다. 4축 또는 5축 가공기는 부품을 회전하고 기울일 수 있습니다. 이를 통해 더 짧고 단단한 공구로 여러 면과 복잡한 형상에 도달할 수 있습니다. 이를 통해 셋업이 줄어들고 정확도가 향상되며 동일한 기계 크기 내에서 가능한 작업이 더욱 다양해집니다.
