기존가공방식 CNC란?

모형제작은 절삭가공방식과 적층가공방식을 활용해 제작하기도 하는데요, 오늘은 기존가공방식인 절삭가공방식 중 하나인 CNC란 무엇인지 그에 대해 알아보도록 하겠습니다.

1. CNC가공이란

CNC란 Computerized Numerical Control의 약자로 컴퓨터 수치제어를 말하는 것으로 흔히 공작기계라고 하는데 컴퓨터 마이크로 프로세서를 내장한 수치 제어 공작 기계 및 이를 응용한 기계공작 전반을 일컫는 말로 CNC라고 부르기도 하지만 최근에는 NC락 부르기도 합니다.

공작 기계를 제어하기 위해 컴퓨터 사용을 포함하는 제조 부문에서 사용되는 프로세스로 이 방식으로 제어할 수 있는 도구로는 선반, 라우터 및 그라인더가 있으며 다양한 절삭 공구를 사용하며 다양한 재료를 사용해 정밀하게 제작할 수 있습니다.

 

CNC공작기계와 일반 공작기계의 차이점은 전자는 프로그램에 따라 부품을 자동으로 처리하지만 후자는 사람이 조작해서 제작한다는 것입니다.

2. 역사

범용 공작 기계는 수동으로 공작물을 가공하기 때문에 정밀 부품을 대량 생산하는 것이 불가능하지만 CNC는 컴퓨터에 의해 정확한 수치로 절삭 공구의 움직임을 자동 제어하기 때문에 정밀 부품의 대량 생산을 가능하게 하는데요, 절삭공구가 입체적인 경로로 이송되면서 극미세 오차범위 안에서 매끄럽게 곡면 부품을 가공해주기 때문에 종전의 방식과는 제품의 가공 수준도 다르고 거의 예술품이라도 불러도 무방할 정도의 퀄리티입니다.

이 가공 기계는 1952년 미국에서 개발되었으며 일본은 1956년, 우리나라는 20년 후인 1977년에 개발에 성공했습니다.

 

우리나라가 70년대 중반부터 미국과 일본에서 도입하였는데 현재는 관련 기술을 얻어 국내에서 자체 생산이 가능하게 되었지만 이런 정밀기계들이 다 그렇듯 국내 장비라고 하더라도 제작은 국내에서 하지만 그 외 부속품들은 대부분 독일, 일본 등 해외의 제품을 사용하고 있습니다.

3. 작동원리

이 장비는 컴퓨터로 제어되는 조각 기계로 대부분 CAM소프트웨어를 사용하여 프로그래머가 프로그래밍해서 소프트웨어를 사용하는데 공구 경로를 원하는 부품의 3D 또는 2D모델에 적용하는데 먼저 가공 프로그램이 기계의 MCU에 삽입되어야 합니다.

MCU에서 모든 데이터 프로세스가 수행되고 준비된 프로그램에 따라 모든 동작 명령을 준비하고 이를 구동 시스템으로 보내며 이 구동 시스템은 MCU가 모션 명령을 전송할 때 작동하게 됩니다.

 

공구 및 공작물의 모션 좌표를 최소 단위 수량, 즉 최소 변위량으로 분할 한 다음 수치제어 시스템이 가공 프로그램의 요구 사항에 따라 기계의 서브 드라이브 시스템을 제어하므로 좌표 공구와 공작물 간의 상대적 관계를 실현하는 몇 가지 최소 변위로 움직이며 가공되는 공작물이 변경되면 재료를 다시 설치하고 공구를 교체하는 것 외에 프로그램을 교체하기만 하면 됩니다.

4. 특징

① 인치(inch) 단위의 프로그램을 쉽게 미터(m) 단위로 자동 변환할 수 있다.

② 품질이 균일한 생산품을 얻을 수 있다.

③ 공작 기계가 공작물의 가공 중에도 프로그램 수정이 가능하다.

④ 프로그램을 매크로 형식으로 저장해 필요하면 불러내 사용할 수 있다.

⑤ 고장 발생 시 자가진단이 가능하다.

⑥ 제조원가 및 인건비를 절감할 수 있다.

5. 가공의 종류

절삭가공은 전삭 가공과 선삭 가공 이 2가지 방식으로 나눠집니다.

전삭가공은 공구가 회전하며 움직이는 방식인데 대표적으로 프레이즈 가공이 있고, 선삭 가공은 공작물이 회전하며 작업을 진행하게 되는데 이 방식의 대표로는 선반가공이 있습니다.

프레이즈 가공과 선반가공 안에도 다양한 가공 종류들이 있는데요, 이번 포스팅에는 두 가지 가공의 특징만 간단히 소개하도록 하겠습니다.

 

1) 프레이즈 가공

- 회전 축에 설치된 프레이즈반이라는 절삭 공구를 회전시켜 가공하는 방법으로 고정한 공작물에 공구를 단속적으로 접촉시켜 절삭하는 방식이기 때문에 공작물의 표면을 평면이나 곡면으로 가공할 수 있고, 구멍을 뚫거나 홈 깎기 등 다양한 가공이 가능합니다.

프레이즈반에는 공구를 설치하는 주축의 방향에 따라서 수평형과 수직형이 있고, 본체는 도어 형상인 도어형 등의 종류가 있으며 정면 프레이즈, 홈 프레이즈, 엔드밀 등 공구를 이용해서 원하는 형상으로 가공합니다.

프레이즈 가공에는 범용프레이즈, NC프레이즈, 머시닝 센터, NC기어 가공기 등이 있습니다.

 

2) 선반 가공

- 선반 가공은 원통 형상의 공작물을 회전시키면서 주축에 고정한 바이트라는 날붙이 형태의 공구에 접촉시켜 가공하는 기술인데요, 선반을 이용하여 원통 형상의 공작물 외주를 원형이나 테이퍼 형상으로 만들기도 하고, 구멍을 뚫거나 구멍을 확대하는 나사 내기, 보링, 홈을 깎으면서 끝까지 잘라내는 절단 등을 합니다.

선반가공에는 범용선반과 NC선반이 있습니다.

6. CNC가공과 NC가공???

NC가공이란..?

NC란 numerical control의 약자로 수치제어, "부호와 수치로써 구성된 수치정보로 기계의 운전을 자동제어하는 것" 의미하는데요, 사람이 이해할 수 있게 작성된 설계나 도면을 기계가 받아들일 수 있는 고유의 언어로 정보화하고 이를 수치제어 장치에 입력시켜 입력된 정보대로 기계를 자동제어하는 것을 말합니다.

 

CNC 가공에서는 기계가 NC 작업을 수행하는 방식인데 컴퓨터 프로그램은 개체에 맞게 사용자 정의되는데 CNC 가공 언어를 사용해 기계가 프로그래밍 되어 이송 속도, 좌표, 위치 및 속도와 같은 모든 기능을 기본적으로 제어하고, CNC 가공을 통해 컴퓨터의 위치와 속도를 정확하게 지정할 수 있습니다.

 

이 두 가지의 차이점이라고 하면 NC공작기계는 각종 논리와 기억소자를 조합해서 만든 전자회로에 의해 필요한 기능을 발휘하는 제어 장치이므로 제한된 기능만 수행하며 기능 변경이 어렵고, CNC공작기계는 프로그래밍만으로 쉽게 기능이 변경되므로 유연성이 높고 계산능력이 훨씬 크다는 것입니다.

지금까지 기존가공방식인 CNC란 무엇인지 특징과 그에 대해 알아보았는데요, 3D프린터가 보급화되기 전에는 절삭가공방식을 통해 시제품이나 모형을 제작하기도 했지만 현재는 3D프린터를 더 많이 찾는 추세입니다.

각 방식의 장단점이 있으니 모형제작 시 적절한 방식을 잘 활용해 제작하는게 좋습니다.