CNC 가공 정보
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CNC 가공용 부품 설계 방법

CNC 가공용 설계에 대한 이 완벽한 가이드에서는 맞춤형 부품 제작에 최상의 결과를 얻을 수 있도록 기본 및 고급 설계 방법과 팁을 정리했습니다.

컴퓨터 수치 제어(CNC) 가공에 최적화된 설계를 위해 몇 가지 간단한 단계를 따르면 됩니다. 제조 용이성 설계(DFM) 원칙을 준수하면 CNC 가공의 광범위한 기능을 최대한 활용할 수 있습니다. 하지만 업계 전반에 걸친 표준이 존재하지 않기 때문에 이는 쉽지 않은 과제일 수 있습니다.

이 글에서는 CNC 가공을 위한 최적의 설계 방법을 종합적으로 안내합니다. 업계 전문가와 CNC 가공 서비스 제공업체의 의견을 수렴하여 최신 정보를 담은 이 방대한 자료를 준비했습니다. 비용 최적화를 목표로 한다면, CNC 가공에 적합한 비용 효율적인 부품 설계 가이드를 참고하세요.

CNC 가공 공정은 무엇인가요?

CNC 가공은 절삭 가공 기술입니다. CNC 가공에서는 다양한 절삭 공구가 고속(수천 RPM)으로 회전하면서 CAD 모델을 기반으로 재료를 제거하여 부품을 제작합니다. 금속과 플라스틱 모두 CNC 가공이 가능합니다.

CNC 가공 부품은 높은 치수 정확도와 엄격한 공차를 자랑합니다. CNC는 대량 생산과 단일 제품 제작 모두에 적합합니다. 실제로 CNC 가공은 현재 3D 프린팅과 비교해도 금속 프로토타입을 제작하는 가장 비용 효율적인 방법입니다.

CNC 설계의 주요 제약 사항은 무엇입니까?

CNC는 뛰어난 설계 유연성을 제공하지만 몇 가지 제한 사항이 있습니다. 이러한 제한은 절단 공정의 기본 메커니즘과 관련이 있으며 주로 도구 형상 및 도구 접근과 관련됩니다.

도구 형상

가장 일반적인 CNC 절단 도구(엔드밀 도구 및 드릴)는 원통형 모양이며 절단 길이가 제한되어 있습니다. 

공작물에서 재료가 제거되면 공구의 형상이 가공된 부품으로 전송됩니다. 예를 들어, CNC 부품의 내부 모서리에는 아무리 작은 절삭 공구를 사용하더라도 항상 반경이 있습니다.

도구 접근

재료를 제거하기 위해 절삭 공구는 위에서 직접 공작물에 접근합니다. 이런 방식으로 접근할 수 없는 기능은 CNC 가공이 불가능합니다.

이 규칙에는 예외가 있습니다. 바로 언더컷입니다. 이 글의 후반부에 언더컷에 대한 내용이 있습니다.

모델의 모든 형상(구멍, 공동, 수직 벽 등)을 6가지 주요 방향 중 하나에 정렬하는 것이 좋습니다. 하지만 이 규칙은 권장 사항일 뿐이며, 5축 CNC 시스템은 고급 공작물 고정 기능을 제공하므로 반드시 따라야 하는 것은 아닙니다.

깊이 대 너비 비율이 큰 형상을 가공할 때 도구 접근도 문제가 됩니다. 예를 들어, 깊은 구멍의 바닥에 접근하려면 도달 범위가 확장된 도구가 필요합니다. 이는 엔드 이펙터의 동작 범위가 넓어짐을 의미하며, 이로 인해 기계의 떨림이 증가하고 달성 가능한 정확도가 낮아집니다.

가능한 가장 큰 직경과 가장 짧은 길이를 가진 공구를 사용하여 CNC 가공이 가능한 부품을 설계하면 생산이 단순화됩니다.

CNC 설계 가이드라인

CNC 가공용 부품을 설계할 때 자주 발생하는 어려움 중 하나는 업계 전반에 걸친 표준이 없다는 점입니다. CNC 기계 및 공구 제조업체는 기술의 성능을 지속적으로 개선하여 가능한 범위의 한계를 넓혀가고 있습니다. 아래 표는 CNC 가공 부품에서 가장 흔히 볼 수 있는 형상에 대한 권장값과 실현 가능값을 요약한 것입니다. 

충치와 치주낭

권장 충치 깊이: 충치 폭의 4배

엔드밀 공구는 절삭 길이가 제한적입니다(일반적으로 직경의 3~4배). 캐비티의 깊이 대 폭 비율이 작을수록 공구의 휘어짐, 칩 배출 및 진동이 더욱 두드러지게 나타납니다.

공동의 깊이를 너비의 네 배로 제한하면 좋은 결과를 얻을 수 있습니다.

더 깊은 깊이가 필요한 경우, 가변형 캐비티 깊이를 가진 부품 설계를 고려하십시오.

심부 캐비티 밀링: 공구 직경의 6배 이상 깊이의 캐비티를 심부 캐비티라고 합니다. 특수 공구를 사용하면 공구 직경 대 캐비티 깊이 비율이 최대 30:1까지 가능합니다(최대 깊이: 1인치 직경 엔드밀 공구 사용 시 35cm).

충치와 치주낭

수직 모서리 반경
권장 사항: 충치 깊이의 ⅓배 (또는 그 이상)

내부 모서리 반경에 권장값을 사용하면 적절한 직경의 공구를 사용할 수 있고 권장 캐비티 깊이에 대한 지침과 일치하게 됩니다.
권장값보다 모서리 반경을 약간 크게(예: 1mm) 늘리면 공구가 90도 각도 대신 원형 경로를 따라 절삭하게 됩니다. 이렇게 하면 표면 마감 품질이 향상되므로 더 바람직합니다. 날카로운 90도 내부 모서리가 필요한 경우 모서리 반경을 줄이는 대신 T자형 언더컷을 추가하는 것을 고려하십시오.

바닥 반경

권장 사항 : 0.5mm, 1mm 또는 반경 없음
실현 가능 한: 임의의 반경

엔드밀 공구는 아래쪽 절삭날이 평평하거나 약간 둥글게 되어 있습니다. 볼 엔드 공구를 사용하면 다른 바닥 반경으로 가공할 수 있습니다. 설계 시에는 권장값을 사용하는 것이 좋으며, 이는 가공 전문가들이 선호하는 방식입니다.

얇은 벽

최소 벽 두께
권장 두께: 금속 0.8mm, 플라스틱 1.5mm
실현 가능 두께: 0.5mm(금속), 1.0mm(플라스틱)

벽 두께가 감소하면 재료의 강성이 떨어져 가공 중 진동이 증가하고 달성 가능한 정밀도가 저하됩니다. 플라스틱은 잔류 응력으로 인한 변형과 ​​온도 상승으로 인한 연화 현상이 발생하기 쉬우므로 최소 벽 두께를 더 두껍게 하는 것이 좋습니다. 위에 제시된 실현 가능 값은 사례별로 검토해야 합니다.

구멍

지름
권장 사항: 표준 드릴 비트
실현 가능: 직경이 1mm보다 큰 모든 크기

드릴 비트 또는 엔드밀 공구를 사용하여 구멍을 가공합니다. 드릴 비트의 크기는 표준화되어 있습니다(미터법 및 인치법 단위). 리머와 보링 공구는 정밀한 공차가 요구되는 구멍을 마무리하는 데 사용됩니다. 직경이 20mm 미만인 고정밀 구멍의 경우 표준 직경을 사용하는 것이 좋습니다.

최대 깊이

권장 사항 : 공칭 직경의 4배
전형적인: 공칭 직경의 10배
실현 가능 한: 공칭 직경의 40배

규격 외 직경의 구멍은 엔드밀 공구를 사용하여 가공해야 합니다. 이 경우 최대 구멍 깊이 제한이 적용되며 권장 최대 깊이 값을 사용해야 합니다. 일반적인 값보다 깊은 구멍은 특수 드릴 비트(최소 직경 3mm)를 사용하여 가공합니다. 드릴로 가공한 막힌 구멍은 원뿔형 바닥(135도 각도)을 가지는 반면, 엔드밀 공구로 가공한 구멍은 평평합니다.
CNC 가공에서 관통 구멍과 막힌 구멍 중 어느 것을 특별히 선호하는 것은 없습니다.

스레드

실 크기
최소 : M1 (경우에 따라 그 이하)
권장 사항 : M6 또는 그 이상

나사산은 탭으로 절삭하고, 외부 나사산은 다이로 절삭합니다. 탭과 다이를 사용하면 M2까지의 나사산을 절삭할 수 있습니다. CNC 나사산 가공 공구는 탭 파손 위험을 줄여주기 때문에 기계공들이 흔히 사용하고 선호합니다. CNC 나사산 가공 공구를 사용하면 M6까지의 나사산을 절삭할 수 있습니다.

실 길이

최소 : 공칭 직경의 1.5배
권장 사항 : 공칭 직경의 3배

나사산에 가해지는 하중의 대부분은 처음 몇 개의 톱니(공칭 직경의 최대 1.5배)에 의해 지탱됩니다. 따라서 공칭 직경의 3배보다 긴 나사산은 불필요합니다.

탭으로 가공한 막힌 구멍(즉, M6보다 작은 모든 나사산)에 나사산을 낼 경우, 구멍 바닥의 공칭 직경의 1.5배에 해당하는 나사산이 없는 길이를 추가해야 합니다. CNC 나사 가공 공구를 사용할 수 있는 경우(즉, M6보다 큰 나사산), 구멍 전체 길이에 걸쳐 나사산을 낼 수 있습니다.

작은 특징들

최소 구멍 직경
권장 사항 : 2.5mm (0.1인치)
실현 가능 한: 0.05mm (0.005인치)

대부분의 기계 가공 업체는 직경 2.5mm(0.1인치)까지의 정밀한 공구를 사용하여 캐비티와 구멍을 가공할 수 있습니다. 이보다 작은 크기의 가공은 마이크로 가공으로 간주됩니다. 이러한 미세 가공에는 특수 공구(마이크로 드릴)와 전문 지식이 필요하며, 절삭 과정의 물리적 특성이 이 규모에서 달라지기 때문입니다. 따라서 꼭 필요한 경우가 아니라면 마이크로 가공은 피하는 것이 좋습니다.

허용 오차

전형적인: +-0.1mm
실현 가능 한: +-0.02mm

당사의 공차는 2768 중간 또는 정밀입니다. 공차가 지정되지 않은 경우, 제조 협력업체는 선택하신 2768 등급을 사용합니다.

공차는 허용 가능한 치수의 범위를 정의합니다. 달성 가능한 공차는 기준 치수와 부품의 형상에 따라 달라집니다. 위의 값은 합리적인 지침입니다.

텍스트 및 글자

권장 사항: 글자 크기 20포인트(또는 그 이상), 각인 두께 5mm

양각된 텍스트보다 새겨진 텍스트가 선호되는데, 이는 재료가 덜 제거되기 때문입니다. 최소 크기 -20의 sans -serif 글꼴(예: Arial 또는 Verdana)을 사용하는 것이 좋습니다. 많은 CNC 기계에는 이러한 글꼴에 대해 사전 프로그래밍된 루틴이 있습니다.

CNC 기계 설정 및 부품 방향

여러 번의 설정이 필요한 부품의 개략도

CNC 가공에서 주요 설계 제약 조건 중 하나는 공구 접근성입니다. 모델의 모든 표면에 접근하려면 공작물을 여러 번 회전시켜야 합니다. 

가공물이 회전할 때마다 기계를 재보정하고 새로운 좌표계를 정의해야 합니다.

설계 과정에서 기계 설정을 고려하는 것이 중요한 이유는 두 가지입니다.

  • 기계 설정 횟수는 비용에 영향을 미칩니다. 부품을 회전시키고 재정렬하는 데에는 수작업이 필요하며 전체 가공 시간이 증가합니다. 부품을 3~4회 정도 회전시켜야 하는 경우에는 이러한 수작업이 용인될 수 있지만, 그 이상은 과도한 작업입니다.

  • 최대 상대 위치 정확도를 얻으려면 두 형상을 동일한 설정에서 가공해야 합니다. 이는 새로운 보정 단계에서 작지만 무시할 수 없는 오차가 발생하기 때문입니다.

5축 CNC 가공이란?

5축 CNC 기계는 절삭 공구 또는 부품을 5개의 축을 따라 동시에 이동시킵니다. 다축 CNC 기계는 두 개의 추가 회전축을 제공하므로 복잡한 형상의 부품을 제작할 수 있습니다. 이러한 기계를 사용하면 여러 번의 기계 설정을 거칠 필요가 없습니다.

5축 CNC 가공의 장점과 한계는 무엇인가요?

5축 CNC 가공은 공구가 절삭면에 항상 접선 방향으로 유지되도록 합니다. 이를 통해 더욱 복잡하고 효율적인 공구 경로를 구현할 수 있어 표면 조도가 우수하고 가공 시간이 단축된 부품을 얻을 수 있습니다.

하지만 5축 CNC에도 한계가 있습니다. 기본적인 공구 형상 및 공구 접근성 제한이 여전히 적용됩니다(예를 들어, 내부 형상이 있는 부품은 가공할 수 없습니다). 또한 이러한 시스템을 사용하는 데 드는 비용이 더 높습니다.

CNC 가공 언더컷

언더컷은 표면 중 일부가 위에서 직접 접근할 수 없기 때문에 표준 절단 도구를 사용하여 가공할 수 없는 기능입니다.

언더컷에는 T-슬롯과 더브테일의 두 가지 주요 유형이 있습니다. 언더컷은 단면 또는 양면일 수 있으며 특수 도구를 사용하여 가공됩니다.

T-슬롯 절단 도구는 수직 샤프트에 부착된 수평 절단 블레이드로 구성됩니다. 언더컷의 너비는 3mm에서 40mm까지 다양합니다. 적절한 도구가 이미 사용 가능할 가능성이 높으므로 너비에 대해 표준 크기(예: 전체 밀리미터 증분 또는 표준 인치 분수)를 사용하는 것이 좋습니다. 

더브테일 절단 도구의 경우 각도는 형상 크기를 정의합니다. 45도 및 60도 더브테일 도구는 모두 표준으로 간주됩니다. 5도, 10도 및 최대 120도(10도 증분)의 각도를 갖는 도구도 존재하지만 덜 일반적으로 사용됩니다.

T자형 홈(왼쪽), 장부 이음 홈(가운데), 그리고 내부 벽면의 한쪽 면만 깎아낸 홈(오른쪽).

CNC 가공용 언더컷 설계

내부 벽에 언더컷이 있는 부품을 설계할 때는 공구에 충분한 여유 공간을 확보해야 합니다. 일반적으로 가공된 벽과 다른 내부 벽 사이에는 언더컷 깊이의 최소 네 배에 해당하는 공간을 두는 것이 좋습니다.

일반적인 공구의 경우 절삭 직경과 축 직경의 비율은 보통 2:1이므로 절삭 깊이가 제한됩니다. 비표준 언더컷이 필요한 경우, 가공 업체에서는 자체적으로 맞춤형 언더컷 공구를 제작하는 것이 일반적입니다. 하지만 이는 납기와 비용을 증가시킬 수 있으므로 가능한 한 피하는 것이 좋습니다.

기술 도면 초안 작성

기술 도면은 때때로 엔지니어가 특정 제조 요구 사항을 기계 기술자에게 전달하는 데 사용됩니다. 

견적서와 함께 기술 도면을 업로드하세요

저희 플랫폼에서는 일반적으로 주문 시 기술 도면을 요구하지 않지만, 경우에 따라 견적 요청에 유용한 정보를 제공할 수 있습니다. 특정 설계 사양은 STEP 또는 IGES 파일에 포함할 수 없습니다. 예를 들어, 모델에 나사 구멍이나 축이 포함되거나 선택한 2768 등급보다 정밀한 공차를 가진 치수가 있는 경우 2D 기술 도면을 첨부해야 합니다.

기술 도면을 첨부하시는 경우, 업로드하신 파일의 사양과 일치하는지 확인해 주십시오. 기술 도면이 업로드하신 파일 또는 견적 사양과 일치하지 않는 경우:

  • 견적서의 사양은 기술, 재료 및 표면 마감에 대한 기준점으로 간주됩니다.

  • 기술 도면은 나사산 사양, 공차 사양, 표면 마감 세부 사항, 부품 표시 요청 및 열처리 사양에 대한 기준점으로 간주됩니다. 

  • CAD 파일은 부품 설계, 형상, 치수 및 특징 위치에 대한 기준점으로 간주됩니다.

CNC 가공에 있어 가장 효과적인 방법은 무엇일까요?

  • 공구의 최대 직경을 이용하여 가공할 수 있는 부품을 설계하십시오.

  • 내부 수직 모서리 전체에 큰 필렛(최소 공동 깊이의 ⅓배)을 추가하십시오.

  • 공동의 깊이는 너비의 4배를 넘지 않도록 하십시오.

  • 디자인의 주요 특징을 6가지 주요 방향 중 하나에 맞춰 정렬하십시오. 그것이 불가능하다면 5축 CNC 가공을 고려해 볼 수 있습니다.

  • 설계에 나사산, 공차, 표면 마감 사양 또는 기계 조작자를 위한 기타 참고 사항이 포함된 경우 기술 도면을 도면과 함께 제출하십시오.

CNC 가공이 필요한 부품이 있으신가요? Gazfull 팀에 문의해 주세요.