CNC 가공은 컴퓨터 제어 공작 기계를 이용한 정밀 제조 방식입니다. 현재 항공우주, 자동차, 의료기기 및 기타 분야에서 널리 사용되고 있습니다. CNC 가공에서 효율적이고 고품질의 생산을 달성하려면 설계 단계의 고려 사항이 매우 중요합니다. 이 CNC 가공 가이드에서는 설계자와 엔지니어의 생산성 향상을 돕기 위한 설계 원리와 최적화 방법을 자세히 설명합니다. 비용을 절감하고 부품 품질과 성능을 보장합니다..
목차
CNC 가공 가이드 설계 시 기본 규칙
CNC 가공을 설계할 때 따라야 할 몇 가지 기본 규칙은 다음과 같습니다.
- 대구경 공구를 사용한 가공을 용이하게 하여 가공 속도를 높일 수 있도록 설계하십시오. 또한, 특수 공구의 사용은 최대한 피해야 합니다.
- 공동은 너비보다 4배 이상 깊어서는 안 됩니다. 그렇지 않으면 가공이 약간 더 복잡해지기 때문입니다.
- 설계를 할 때는 문제를 최소화하기 위해 기계가 지원하는 기본 방향과 일반적인 축 개수를 고려하세요.
- 새겨진 글자의 오류를 방지하려면 가공할 때 20포인트보다 작은 크기를 사용하지 마십시오.
CNC 가공 가이드의 설계 제한 사항
사실, CNC 가공은 적응력이 뛰어나지만 모든 설계가 가능한 것은 아닙니다. 다시 말해, 매끄러운 가공을 위해서는 특정 한계와 제약을 인지해야 합니다. CNC 설계의 두 가지 주요 한계는 다음과 같습니다.
도구 기하학
대부분의 CNC 절삭 공구는 고정된 절삭 길이를 가지고 있으며, 모두 원통형 모양과 기하학적 구조를 가지고 있습니다. 공작물에서 소재를 제거할 때 이러한 절삭 공구는 원통형 형상을 공작물에 부여합니다. 따라서 절삭 공구의 크기에 관계없이 공작물의 내부 모서리는 항상 곡면 처리됩니다.
도구 접근
깊이 대 너비 비율이 높은 가공물을 작업할 때 공구 접근성은 중요한 과제가 됩니다. CNC 기계는 절삭 공구를 위에서 가공물에 대고 절삭하기 때문에 공구 접근성이 중요한 문제입니다.
즉, 상단 각도에서 접근할 수 없는 공작물을 밀링하는 것은 불가능합니다. 이 규칙의 유일한 예외는 CNC 가공 부품의 언더컷 가공입니다.
이러한 공구 접근 어려움을 해결하는 한 가지 방법은 부품 또는 구성 요소의 형상을 6가지 주요 방향 중 하나에 정렬하는 것입니다. 또한, 강력한 공작물 지지력을 갖춘 5축 CNC 가공 시스템을 도입하면 공구 접근 제한이 필요 없게 됩니다.
CNC 가공 설계 가이드
CNC 가공 분야에는 널리 인정되는 표준화된 지침이 없습니다. 이는 주로 업계와 사용되는 기계가 끊임없이 발전하고 있기 때문입니다. 하지만 몇 가지 모범 사례와 조언을 활용하면 높은 설계 품질을 유지하는 데 도움이 될 수 있습니다. 권장 사항은 다음과 같습니다.
내부 가장자리
안쪽 모서리를 제작할 때 수직 모서리 반경이 캐비티 깊이의 최소 3분의 1이 되도록 하십시오. 명시된 모서리 반경을 준수하면 권장 캐비티 깊이의 직경 공구를 사용할 수 있습니다.
권장하는 것보다 약간 더 큰 모서리 반경을 사용하면 90도 각도가 아닌 원형 경로로 절단할 수 있습니다. 이를 통해 더 높은 품질의 표면 마감을 얻을 수 있습니다. 90도 각도를 원할 경우 모서리 반경을 줄이는 대신 T-본 언더컷을 사용하세요.
구멍
기계공은 드릴 비트나 엔드밀로 구멍을 뚫을 수 있습니다. 설계 시 구멍의 직경을 결정할 때는 일반적인 드릴 크기를 사용하세요. 또한, 미터법이나 영국식 단위로 측정하는 것이 가장 좋습니다.
기술적으로 1mm보다 큰 모든 크기는 가공이 가능합니다. 기계 작업자는 리머와 보링 공구를 사용하여 정밀한 공차로 구멍을 메웁니다. 20mm보다 작고 높은 정확도가 요구되는 구멍에는 표준 직경을 권장합니다.
CNC 가공용 부품을 설계할 때, 모든 구멍의 최대 권장 깊이는 공칭 직경의 4배이지만, 이보다 40배까지 가능합니다. 일반적으로 공칭 직경은 비율의 10배입니다.
스레드
CNC 가공 제품 개발에 사용되는 가장 작은 나사산 크기는 M2이며, M6 이상이 선호되는 경우가 많습니다. 기계공은 CNC 나사산 가공기를 사용하여 M6 크기의 나사산을 가공함으로써 탭 파손 위험을 줄일 수 있습니다.
최소 나사산 길이는 공칭 직경의 1.5배여야 하며, 권장 길이는 일반적인 길이의 3배입니다. M6보다 작은 나사산의 경우, 구멍 바닥에 공칭 직경의 1.5배인 나사산이 없는 길이를 추가해야 합니다. M6보다 큰 나사산의 경우, 구멍에 나사산을 끼우는 것이 좋습니다.
충치와 주머니
엔드밀의 절삭 길이가 제한되어 있기 때문입니다. 따라서 모든 설계에 대한 산업 표준 캐비티 깊이는 폭의 4배입니다. 깊이 대 폭 비율이 낮으면 칩 배출, 공구 변형 및 진동이 증가합니다.
CNC 설계에 더 깊은 깊이가 필요하신가요? 이 문제에 대한 한 가지 해결책은 가변 캐비티 깊이와 맞춤형 장비를 사용하는 것입니다.
작거나 돋아난 텍스트
부품 번호나 회사명을 라벨에 표시해야 할 수도 있습니다. 맞춤형 CNC 디자인에 텍스트를 추가하는 것은 보기에는 좋지만, 처리하는 데 시간이 걸립니다. 일반적으로 전기화학 에칭이나 레이저 브랜딩이 더 좋습니다.
CNC 가공 가이드를 사용하여 부품 설계를 위한 모범 사례
CNC 가공의 모범 사례를 유지하고 기본 원리를 이해하면 고품질 부품과 제품을 확보하는 데 도움이 됩니다. 이를 염두에 두고, 가공 유형에 따라 CNC 가공 부품을 설계할 때 따라야 할 몇 가지 권장 사례를 소개합니다.
CNC 밀링을 위한 설계
CNC 밀링은 가공 방법입니다 원형 커터를 사용하여 원자재에서 재료를 빠르게 제거하여 원하는 형상을 만드는 작업입니다. 밀링 머신은 3축부터 12축까지 다양한 설계로 제공됩니다.
일반적으로 사용되는 절삭 도구
CNC 부품 설계 아이디어를 구상할 때 엔드밀 커터와 같이 CNC 밀링에 흔히 사용되는 다양한 공구를 고려하십시오. 필요한 기능과 형상을 표준 공구로 제작할 수 있다면 부품의 비용과 리드타임을 크게 줄일 수 있습니다. 따라서 설계 시 공구 표준 크기를 고려하십시오. 표준 크기보다 작은 반경은 설계 문제와 비용 증가로 이어질 수 있습니다.
날카로운 내부 모서리를 피하세요
날카로운 모서리는 밀링 공구로는 얻을 수 없습니다. 이 경우 사용된 절삭 공구가 원형이기 때문입니다. CNC 밀링 머신을 사용하려면 모서리에 반경이 있어야 하며, 이 반경은 밀링 머신을 제작하는 데 사용된 커터보다 커야 합니다. 이상적으로 절삭 공구의 직경은 밀링 머신이 생성하는 반경의 두 배입니다.
경사면이나 구배면이 수직 벽이나 날카로운 모서리와 만나는 경우에도 필렛이 필요합니다. 표면이 매끄럽고 공구와 평행하지 않으면, 사각 엔드밀이나 볼 엔드밀은 항상 벽과 그 아래 표면 사이에 재료를 남깁니다.
깊고 좁은 슬롯을 피하세요
긴 도구는 자주 진동하고 휘어져서 불량을 초래합니다. 표면 마감따라서 엔드밀은 플라스틱을 최종 절삭 깊이가 직경의 15배를 초과해서는 안 됩니다. 알루미늄 절삭 시에는 최종 절삭 깊이가 직경의 10배를 초과해서는 안 되고, 강철 절삭 시에는 최종 절삭 깊이가 직경의 5배를 초과해서는 안 됩니다.
예를 들어, 0.5인치 엔드밀과 0.55인치 폭의 가공된 강철 물체에 대한 슬롯 컷은 2.75인치보다 깊어서는 안 됩니다. 내부 필렛 반경과 공구 직경 간의 관계를 고려하면 모든 내부 반경은 0.25인치를 초과해야 합니다.
가능한 가장 큰 내부 반경을 갖춘 디자인
더 큰 커터는 시간당 더 많은 재료를 제거하여 가공 시간과 비용을 절감합니다. 설계 시에는 항상 허용된 최대 내경을 사용하십시오. 가능하면 0.8mm 미만의 내경은 피하십시오.
엔드밀의 반지름보다 필렛을 약간 크게 만드세요. 예를 들어 0.125인치(3.175mm) 대신 0.130인치(3.3mm) 정도면 됩니다. 엔드밀이 더 매끈한 경로를 따라 절삭하여 표면이 더 고운 광택을 냅니다.
CNC 선삭을 위한 설계
CNC선삭은 가공기술입니다 선반에서 축 대칭과 원통형 형상을 가진 제품을 생산하는 기술입니다. 이 기술은 절삭 공구가 필요한 형상으로 절삭하는 동안 공작물을 회전 척에 고정하는 방식을 사용합니다. 이러한 가공 과정은 더욱 매끄러운 표면 품질과 더욱 정밀한 공차를 제공합니다.
다음은 선반을 활용해 CNC 절단을 위한 설계를 만드는 데 대한 몇 가지 권장 사항입니다.
날카로운 내부 및 외부 모서리 방지
CNC 가공을 설계할 때는 안쪽과 바깥쪽 모두 날카로운 모서리를 제거하는 것이 중요합니다. 안쪽 모서리에 반경을 추가하면 공구가 넓은 표면을 따라 움직이는 것을 방지하는 데 도움이 됩니다. 날카로운 안쪽 모서리를 피하는 또 다른 방법은 가파른 측면을 약간 기울이는 것입니다. 단일 선반 절삭 공구를 사용하여 기계 윤곽을 가공하는 것이 필요한 작업이 적기 때문에 더 효율적일 수 있습니다.
길고 얇은 부분은 피하세요
길고 얇은 선삭 가공된 부품은 회전이 고르지 않고 공구에 부딪혀 덜컹거리는 경향이 있으므로 사용하지 마십시오. 긴 부품을 제작할 때는 자유단에 센터 드릴을 설치할 충분한 공간을 남겨두고, 이를 사용하여 부품 회전을 똑바로 유지하십시오. 또한, 일반적으로 길이 대 직경 비율은 8:1 이하이어야 합니다.
얇은 벽을 피하세요
밀링과 같은 과도한 소재 제거는 부품에 과도한 응력을 가할 수 있습니다. 벽 두께가 너무 얇으면 강성이 감소합니다. 또한, 벽 두께가 좁으면 엄격한 공차를 유지하기가 어렵습니다. 따라서 CNC 가공을 설계할 때 선삭 부품의 벽 두께를 0.02인치 이상으로 유지해야 합니다.
특징 대칭
선삭 가공된 부품에 추가되는 모든 형상은 선삭 축을 중심으로 대칭이어야 합니다. 비축대칭 형상이나 형상을 추가하면 더욱 복잡한 가공과 설정이 필요합니다. 스텝, 테이퍼, 챔퍼, 곡선은 선삭 가공에 적합합니다. 때로는 선삭 가공된 부품에 비축대칭 특성을 부여해야 할 수 있으며, 이를 위해 별도의 공정이 필요할 수 있습니다. 대칭이 필요한 경우에도 어느 정도 대칭성을 유지할 수 있습니다.
가공 경로를 최적화하고 비용을 절감하는 방법
표준 허용 오차의 신중한 사용, 재료 제거 효율성 최적화 및 적절한 재료 선택을 통해 가공 경로를 효과적으로 최적화할 수 있습니다. 부품 품질과 성능을 보장하면서 가공 시간과 비용을 절감할 수 있습니다. 이는 CNC 가공의 설계 및 제조 공정에 중요한 영향을 미쳐 더욱 효율적이고 비용 효율적인 생산으로 이어집니다.
표준 허용 오차 사용
사용 중 표준 공차 가공 비용과 시간을 크게 줄일 수 있습니다. 표준 공차는 제조 공정 중 부품에 지나치게 정밀한 측정 및 조정이 필요하지 않음을 의미하며, 따라서 가공 단계가 간소화되고 생산성이 향상됩니다. 일반적으로 ±0.1mm의 표준 공차는 추가 가공 비용 없이 대부분의 설계 요건을 충족하는 데 권장됩니다. 설계에 더 높은 정확도가 필요한 경우 공차를 ±0.02mm로 낮출 수 있지만, 이로 인해 가공 시간과 비용이 증가할 수 있습니다.
올바른 재료 선택
그만큼 재료 선택 CNC 가공 설계 및 비용에 직접적인 영향을 미칩니다. 알루미늄이나 플라스틱과 같은 연질 소재는 강철이나 티타늄과 같은 경질 소재보다 가공이 더 쉽습니다. 절삭 속도가 빠르고 공구 마모가 적어 가공 속도와 품질이 향상되기 때문입니다. 연질 소재의 또 다른 장점은 가공 중 변형이 적어 필요한 공차와 표면 조도를 더 쉽게 얻을 수 있다는 것입니다. 하지만 소재를 선택할 때는 최종 용도와 성능 요구 사항을 고려하는 것 또한 중요합니다.
재료 제거 효율성 증가
표준 공구 크기를 사용하도록 설계를 최적화하고 공구 교체 횟수를 줄이는 것이 재료 제거 효율을 높이는 데 중요합니다. 표준 크기 공구는 구하기 쉬울 뿐만 아니라 비용도 저렴하므로 가능하면 사용하는 것이 좋습니다. 또한, 설계 시 공구 사용을 줄이는 등 가공 단계 수를 줄이는 것도 고려해야 합니다. 효율성을 개선하기 위해 가공 경로를 최적화합니다. 설계 시 구멍과 슬롯의 직경을 표준화하여 동일한 도구로 여러 가공 단계를 수행할 수 있도록 하면 도구 교체 횟수와 조정 시간을 줄일 수 있습니다.
복잡한 형상 및 재료 선택의 설계 의미
복잡한 기하학적 형상의 설계 및 가공 효율성을 효과적으로 개선하고 부품의 품질과 기능을 보장하기 위해 Yonglihao Machinery는 더 나은 결정을 내리는 데 도움이 되는 모범 사례와 고려 사항 목록을 정리했습니다.
복잡한 형상을 설계하기 위한 모범 사례
복잡한 형상의 부품을 설계할 때는 몇 가지 중요한 사항을 고려해야 합니다. 첫째, 깊은 구멍, 좁은 슬롯, 날카로운 내부 모서리와 같이 지나치게 복잡한 내부 형상은 가공을 어렵게 만들고 비용을 증가시킬 수 있으므로 피해야 합니다. 둘째, 응력 집중을 최소화하고 부품 강도를 높이기 위해 더 큰 내부 필렛을 사용하는 것이 좋습니다. 또한, 모든 형상을 표준 공구로 가공할 수 있도록 설계 과정에서 공구 접근성을 고려해야 합니다.
권장되는 설계 도구로는 AutoCAD 및 SolidWorks와 같은 CAD 및 CAM 소프트웨어가 있습니다. 이러한 소프트웨어는 설계자가 복잡한 형상을 정확하게 생성하고 최적화된 가공 경로를 생성하는 데 도움을 줍니다. 이러한 도구를 사용하면 시행착오 시간을 줄이고 설계의 정확도와 제조성을 향상시킬 수 있습니다.
지침
복잡한 기하학적 형상의 부품을 가공할 때 몇 가지 일반적인 문제에 직면할 수 있습니다.
깊은 구멍과 좁은 홈은 공구 파손 및 가공 오류를 유발하는 경향이 있습니다. 이러한 문제를 방지하려면 단계별 절삭을 통해 각 이송 깊이를 줄이고, 특수 설계된 공구를 사용하여 가공 안정성을 향상시키십시오. 또한, 복잡한 내부 형상으로 인해 공구가 가공 표면에 완전히 접근하지 못할 수 있으므로, 다축 CNC 기계나 방전 가공(EDM)과 같은 특수 가공 방법을 고려할 수 있습니다.
CNC 가공에서는 소재에 따라 가공 특성이 다릅니다. 티타늄이나 스테인리스강처럼 단단한 소재는 가공이 어렵고 비용이 많이 드는 반면, 알루미늄이나 플라스틱처럼 부드러운 소재는 가공이 쉽습니다. 설계는 부품의 적용 요건을 기반으로 하고 소재의 가공 특성을 고려해야 합니다. 예를 들어, 알루미늄은 가공이 쉽고 비용이 저렴하지만, 고강도가 필요한 용도에는 적합하지 않을 수 있습니다.
재료 선택 및 설계 의미
설계자는 다양한 소재의 가공 특성과 설계 요구 사항을 이해함으로써 CNC 가공 부품의 설계를 최적화하여 최적의 성능과 비용 효율성을 보장할 수 있습니다.
CNC 가공에서 다양한 소재의 성능
CNC 가공에서는 다양한 소재의 가공 특성이 매우 다양합니다. 일반적으로 가공되는 소재로는 알루미늄, 강철, 티타늄, 플라스틱 등이 있습니다. 소재를 선택할 때는 부품 사용 환경과 기능적 요구 사항을 종합적으로 고려해야 합니다. 최적의 가공 소재를 선택하십시오.
알루미늄: 알루미늄은 CNC 가공에 가장 널리 사용되는 소재 중 하나입니다. 가볍고, 강도가 적당하며, 절삭성이 뛰어난 것이 특징입니다. 또한 열전도율이 높아 열을 빠르게 발산시켜 공구 마모를 줄이는 데 도움이 됩니다.
강철: 강철은 강도와 내마모성이 높지만 가공이 더 어렵습니다. 강철을 가공하려면 더 강한 공구와 더 낮은 절삭 속도가 필요하므로 가공 시간과 비용이 증가합니다.
티타늄: 티타늄은 강도와 내식성이 매우 뛰어나지만 가공이 매우 어렵습니다. 티타늄은 경도가 높고 열전도율이 낮아 공구 마모가 빠르므로 특수 공구와 냉각수가 필요합니다.
플라스틱: ABS나 폴리카보네이트와 같은 플라스틱 소재는 가공이 쉽고 저렴합니다. 그러나 플라스틱은 열 안정성이 낮아 가공 중 변형을 방지하기 위해 온도 조절이 필요합니다.
재료 특성이 디자인에 미치는 영향
재료 특성은 부품 설계에 직접적인 영향을 미칩니다. 알루미늄은 열전도율이 높고 가공이 용이하여 더욱 복잡한 형상을 구현할 수 있는 반면, 강철과 티타늄은 경도가 높아 설계 복잡성을 줄입니다. 플라스틱은 유연성이 뛰어나고 강도가 낮기 때문에 부품의 안정성과 내구성을 보장하기 위해 설계 과정에서 지지 구조를 추가해야 합니다. 설계자는 이러한 재료 특성을 이해함으로써 가공 효율과 부품 성능을 극대화하도록 설계를 최적화할 수 있습니다.
결론
본 논문에서는 CNC 가공 설계 가이드의 기본 설계 원리, 최적화된 가공 경로, 그리고 합리적인 소재 선택에 중점을 두고 자세히 설명합니다. 깊은 구멍, 좁은 슬롯, 날카로운 내각의 설계를 피하면 가공 난이도와 비용을 줄이는 데 도움이 됩니다. 큰 내경과 표준 공구 크기를 사용하면 소재 제거 효율을 높이고 가공 시간을 단축할 수 있습니다. 알루미늄, 강철, 티타늄, 플라스틱과 같은 적절한 소재를 선택하면 다양한 응용 분야의 요구를 충족하고 부품 품질을 향상시킬 수 있습니다.
이러한 설계 원칙과 최적화 방법을 따르면 CNC 가공의 효율성과 품질이 향상될 뿐만 아니라 생산 비용도 크게 절감됩니다. 가공 경로를 적절하게 설계하고 최적화하면 부품의 내구성과 기능성을 보장할 수 있습니다.
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자주 묻는 질문
CNC 가공이란 무엇입니까??
CNC는 컴퓨터 수치 제어(Computer Numerical Control)의 약자로, 컴퓨터를 사용하여 공작 기계를 자동화하는 것을 의미합니다. 즉, 컴퓨터 프로그램을 사용하여 선반, 밀링 머신, 연삭기 등의 공작 기계를 제어하는 공정을 의미합니다. 이 기술은 부품 및 제품 생산의 정확성, 효율성, 그리고 일관성을 향상시킵니다.
CNC 가공 설계에서 가장 흔한 문제는 무엇입니까?
일반적인 문제로는 가공을 어렵고 비용이 많이 드는 깊은 구멍과 좁은 슬롯, 가공하기 어려운 날카로운 내부 모서리, 가공 효율성과 품질에 영향을 미치는 부적절한 재료 선택 등이 있습니다.
CNC 가공에 적합한 재료를 선택하는 방법은 무엇입니까?
재료 선택은 용도와 성능 요구 사항을 종합적으로 고려하여야 합니다. 알루미늄은 경량 요구 사항에, 강철은 고강도 요구 사항에, 티타늄은 고성능 부품에, 플라스틱은 저비용 응용 분야에 적합합니다.
CNC 가공 경로를 최적화하는 가장 좋은 방법은 무엇입니까?
경로 최적화에는 표준 도구 크기를 사용하여 도구 교체 횟수를 줄이고, 설계를 최적화하기 위해 도구 사용을 줄이고, CAD/CAM 소프트웨어를 사용하여 최적화된 가공 경로를 생성하여 효율성을 개선하는 것이 포함됩니다.