CNC 가공은 사전 프로그래밍된 컴퓨터 소프트웨어가 공장 도구와 기계의 움직임을 제어하는 제조 공정입니다. 이 공정은 연삭기, 선반, 밀링 머신, 라우터 등 다양한 복잡한 기계를 제어하는 데 사용될 수 있습니다. CNC 가공을 사용하면 단일 프롬프트 세트로 3차원 절삭 작업을 수행할 수 있습니다.
"컴퓨터 수치 제어"의 줄임말인 CNC 공정은 레버, 버튼, 휠을 통해 가공 공구의 명령을 실시간으로 지시하고 안내해야 하는 수동 제어의 한계와 대조적으로 작동하며, 이를 통해 수동 제어를 대체합니다. 겉보기에 CNC 시스템은 일반적인 컴퓨터 구성 요소 세트처럼 보일 수 있지만, CNC 가공에 사용되는 소프트웨어 프로그램과 콘솔은 다른 모든 형태의 계산과 구별됩니다.
CNC 가공은 어떻게 작동하나요?
CNC 시스템이 활성화되면 원하는 절단 작업이 소프트웨어에 프로그래밍되고 해당 도구와 기계에 지시됩니다. 그러면 해당 도구와 기계가 로봇과 비슷하게 지정된 치수 작업을 수행합니다.
CNC 프로그래밍에서 수치 제어 시스템 내의 코드 생성기는 오류 발생 가능성에도 불구하고 메커니즘에 결함이 없다고 가정하는 경우가 많습니다. 특히 CNC 기계가 여러 방향으로 동시에 절삭하도록 지시될 때 오류 발생 가능성은 더욱 커집니다. 수치 제어 시스템에서 공구의 배치는 파트 프로그램이라고 하는 일련의 입력을 통해 결정됩니다.
수치 제어 기계에서는 프로그램이 천공 카드를 통해 입력됩니다. 반면 CNC 기계의 프로그램은 작은 키보드를 통해 컴퓨터에 입력됩니다. CNC 프로그래밍은 컴퓨터 메모리에 저장됩니다. 코드 자체는 프로그래머가 작성하고 편집합니다. 따라서 CNC 시스템은 훨씬 더 광범위한 연산 능력을 제공합니다. 무엇보다도, CNC 시스템은 결코 고정적이지 않습니다. 코드를 수정하여 기존 프로그램에 새로운 프롬프트를 추가할 수 있기 때문입니다.
CNC 머신 프로그래밍
CNC에서 기계는 수치 제어(Numerical Control)를 통해 작동하며, 이때 소프트웨어 프로그램은 물체를 제어하도록 지정됩니다. CNC 가공의 기반이 되는 언어는 G 코드라고도 하며, 속도, 이송 속도, 좌표 등 해당 기계의 다양한 동작을 제어하기 위해 작성됩니다.
기본적으로 CNC 가공은 공작 기계 기능의 속도와 위치를 미리 프로그래밍하고 소프트웨어를 통해 반복적이고 예측 가능한 사이클로 실행할 수 있게 하며, 이 모든 과정에서 작업자의 개입이 거의 없습니다. 이러한 기능 덕분에 이 공정은 제조 분야 전반에 걸쳐 도입되었으며, 특히 금속 및 플라스틱 생산 분야에서 매우 중요합니다.
우선, 2D 또는 3D CAD 도면을 구상한 후 CNC 시스템이 실행할 컴퓨터 코드로 변환합니다. 프로그램이 입력되면 작업자는 코딩에 오류가 없는지 확인하기 위해 시운전을 실시합니다.
개방/폐쇄 루프 가공 시스템
위치 제어는 개루프 또는 폐루프 시스템을 통해 결정됩니다. 개루프 시스템에서는 신호가 컨트롤러와 모터 사이에서 단일 방향으로 전달됩니다. 폐루프 시스템에서는 컨트롤러가 피드백을 수신하여 오류 수정이 가능합니다. 따라서 폐루프 시스템은 속도와 위치의 불규칙성을 교정할 수 있습니다.
CNC 가공에서 이동은 일반적으로 X축과 Y축을 따라 이루어집니다. 공구는 스테퍼 모터 또는 서보 모터를 통해 위치 및 가이드되며, 이 모터는 G 코드에 따라 결정된 정확한 이동을 구현합니다. 힘과 속도가 최소인 경우, 공정은 개루프 제어를 통해 실행될 수 있습니다. 그 외의 모든 경우에는 금속 가공과 같은 산업 분야에 필요한 속도, 일관성, 정확성을 보장하기 위해 폐루프 제어가 필수적입니다.
CNC 가공은 완전 자동화되었습니다
오늘날 CNC 프로토콜에서는 사전 프로그래밍된 소프트웨어를 통한 부품 생산이 대부분 자동화됩니다. 주어진 부품의 치수는 컴퓨터 지원 설계(CAD) 소프트웨어를 통해 설정되고, 컴퓨터 지원 제조(CAM) 소프트웨어를 통해 실제 완제품으로 변환됩니다.
어떤 작업물이든 드릴이나 커터와 같은 다양한 공작 기계가 필요할 수 있습니다. 이러한 요구를 충족하기 위해 오늘날 많은 기계는 여러 기능을 하나의 셀에 통합합니다. 또는 여러 대의 기계와 한 작업에서 다른 작업으로 부품을 전달하는 로봇 팔 세트로 구성될 수도 있지만, 모든 작업은 동일한 프로그램으로 제어됩니다. CNC 공정은 설정과 관계없이 부품 생산의 일관성을 유지하며, 이러한 일관성은 수동으로는 재현하기 어렵거나 불가능할 수 있습니다.
다양한 유형의 CNC 기계
최초의 수치 제어 기계는 1940년대에 등장했는데, 당시 모터는 기존 공구의 움직임을 제어하는 데 처음 사용되었습니다. 기술이 발전함에 따라 이러한 메커니즘은 아날로그 컴퓨터로 개선되었고, 궁극적으로 디지털 컴퓨터로 발전하여 CNC 가공의 발전으로 이어졌습니다.
오늘날 CNC 장비의 대부분은 완전히 전자식입니다. 일반적인 CNC 공정으로는 초음파 용접, 홀 펀칭, 레이저 절단 등이 있습니다. CNC 시스템에서 가장 많이 사용되는 기계는 다음과 같습니다.
CNC 밀
CNC 밀링 머신은 숫자 및 문자 기반 프롬프트로 구성된 프로그램으로 작동하며, 이 프롬프트는 다양한 거리에 걸쳐 부품을 안내합니다. 밀링 머신에 사용되는 프로그래밍은 G 코드 또는 제조팀에서 개발한 고유 언어를 기반으로 할 수 있습니다. 기본 밀링 머신은 3축(X, Y, Z) 시스템으로 구성되지만, 대부분의 최신 밀링 머신은 3개의 추가 축을 수용할 수 있습니다.
선반
선반 기계에서는 인덱서블 공구를 사용하여 원 방향으로 가공물을 절삭합니다. CNC 기술을 사용하면 선반에서 사용되는 절삭은 정밀하고 빠른 속도로 수행됩니다. CNC 선반은 수동 기계에서는 불가능한 복잡한 형상을 제작하는 데 사용됩니다. 전반적으로 CNC 밀링 머신과 선반의 제어 기능은 유사합니다. CNC 밀링 머신과 마찬가지로 선반은 G 코드 또는 고유한 독점 코드로 제어할 수 있습니다. 그러나 대부분의 CNC 선반은 X축과 Z축, 두 축으로 구성됩니다.
플라즈마 커터
플라즈마 커터에서는 플라즈마 토치를 사용하여 재료를 절단합니다. 이 공정은 주로 금속 재료에 적용되지만 다른 표면에도 적용될 수 있습니다. 금속 절단에 필요한 속도와 열을 얻기 위해 압축 공기 가스와 전기 아크를 결합하여 플라즈마를 생성합니다.
방전 가공기
방전 가공(EDM)은 다이 싱킹(die sinking) 또는 스파크 가공(spark machining)이라고도 하며, 전기 스파크를 이용하여 작업물을 특정 모양으로 성형하는 공정입니다. EDM에서는 두 전극 사이에 전류 방전이 발생하여 작업물의 특정 부분을 제거합니다.
전극 사이의 간격이 좁아지면 전기장이 더 강해져 유전체보다 더 강해집니다. 이로 인해 두 전극 사이에 전류가 흐를 수 있습니다. 결과적으로 각 전극은 작업물의 일부를 제거합니다. EDM의 하위 유형은 다음과 같습니다.
● 와이어 EDM은 스파크 침식을 이용해 전자 전도성 소재의 일부를 제거하는 방식입니다.
● 싱커 EDM은 전극과 작업물을 유전체 유체에 담가서 작업물을 형성하는 방식입니다.
플러싱이라고 알려진 공정에서, 완성된 각 작업물에서 나온 이물질은 두 전극 사이의 전류가 멈춘 후 나타나는 액체 유전체에 의해 제거되며, 더 이상의 전하를 제거하는 역할을 합니다.
워터젯 커터
CNC 가공에서 워터젯은 화강암이나 금속과 같은 단단한 재료를 고압의 물을 분사하여 절단하는 도구입니다. 경우에 따라 물은 모래나 다른 강력한 연마재와 혼합됩니다. 공장 기계 부품은 종종 이 공정을 통해 성형됩니다.
워터젯은 다른 CNC 기계의 열 집약적 공정을 견딜 수 없는 소재를 위한 냉각 대안으로 사용됩니다. 따라서 워터젯은 항공우주 및 광업과 같은 다양한 분야에서 조각 및 절단 등의 작업에 강력한 성능을 발휘합니다. 또한, 워터젯 커터는 열이 발생하지 않아 금속 간 절단으로 인해 발생할 수 있는 소재 고유의 특성 변화를 방지하기 때문에 매우 정교한 소재 절단이 필요한 분야에도 사용됩니다.
다양한 유형의 CNC 기계
수많은 CNC 기계 영상 시연에서 볼 수 있듯이, 이 시스템은 산업용 하드웨어 제품을 위해 금속 조각을 매우 정밀하게 절단하는 데 사용됩니다. 앞서 언급한 기계 외에도 CNC 시스템에 사용되는 추가 도구와 구성 요소는 다음과 같습니다.
● 자수기
● 목재 라우터
● 터렛 펀처
● 와이어 벤딩 머신
● 폼 커터
● 레이저 커터
● 원통형 연삭기
● 3D 프린터
● 유리 커터
공작물을 다양한 높이와 각도로 복잡하게 절단해야 하는 경우, CNC 기계로 몇 분 안에 모든 작업을 완료할 수 있습니다. 기계에 올바른 코드가 프로그래밍되어 있다면, 기계는 소프트웨어의 지시에 따라 모든 단계를 수행합니다. 모든 것이 설계에 따라 코딩되어 있다면, 공정이 완료된 후 세부적이고 기술적 가치가 있는 제품이 탄생할 것입니다.
게시 시간: 2021년 3월 31일
