CNC 설계 가이드

일반적인 디자인 팁

벽이 얇은 곳은 피하세요: 이는 특정 두께 제한이 아니라 종횡비에 대한 지침입니다. 일반적으로, 돌출된 벽체의 높이는 전체 두께의 3배를 초과해서는 안 됩니다.

얇은 벽이 필요한 경우가 많지만, 이는 가공상의 어려움을 야기합니다.

• 절삭 중에 진동이 발생하여 채터링 현상이 심해질 가능성이 높습니다.
• 이러한 재료들은 절삭 공구에서 벗어나 휘어질 가능성이 높으므로, 치수 정확도를 유지하려면 더 많고 더 얇은 절삭이 필요합니다.
• 디자인의 다른 요소들을 지원하는 경우, 해당 요소들은 오류 및 품질 문제 발생 가능성이 점점 더 높아집니다.

금속 벽체의 최소 두께는 일반적으로 0.8mm, 플라스틱 벽체는 1.5mm로 권장됩니다. 하지만 이는 절대적인 기준은 아니며, 벽체가 여러 면에서 지지되는 경우에는 두께를 줄여도 안전합니다.

벽이 얇고 지지력이 약한 설계가 불가피한 경우, 기계 가공 부품을 절단 또는 2D 가공된 판재 부품으로 교체하는 것을 고려하십시오.

CNC 가공이 불가능한 기능은 피하십시오.

모든 형상이 CNC 가공에 적합한 것은 아닙니다. 기계의 성능, 절삭 공구 종류, 부품 고정 방식 등을 이해하면 프로그래밍이나 가공이 불가능한 형상을 포함시키지 않도록 할 수 있습니다.

CNC 가공으로는 재현할 수 없는 특징의 좋은 예는 내부 곡선형 갤러리입니다. 이러한 특징이 필수적이거나 불가피한 경우, 부품을 두 부분으로 나누어 갤러리를 만들거나, 부품의 일부 또는 전체를 금속 3D 프린팅하여 CNC 가공으로는 불가능한 특징을 구현하는 것을 고려할 수 있습니다.

지나치게 엄격한 공차를 피하십시오.

설계 대상 기계 공정에 적합한 일반적인 공차를 적용하면 가장 빠른 가공이 가능합니다. 더 엄격한 공차가 필요한 경우에는 신중하게 고려하여 설계 한계까지 공차를 넓혀야 합니다.

정밀한 공차는 절삭 공구 소모량과 가공 시간을 증가시키며, 더 많은 정밀 절삭과 꼼꼼한 검사를 요구합니다. 또한, 과도한 공차로 인해 불량률이 높아지고 이러한 요인들이 비용을 크게 증가시킬 수 있습니다.

핵심 기능만 남기고 나머지는 줄이세요.

곡률을 줄이면 미관상 바람직하지 않은 결과가 초래될 수 있지만, 비용이 더 중요한 요소라면 가공 시간을 단축할 수 있는 단순성이 해결책이 될 수 있습니다. 미적 특징을 강조하면 5축 가공이 불가피해지는데, 이는 프로그래밍 비용과 가공 시간 모두를 증가시킵니다.

일반적으로 가공 부품에 텍스트, 글자 및 조각을 최소화하는 것이 좋습니다. 이러한 기능은 필요한 경우 포함해야 하지만 공구 교체 횟수 증가 및 절삭 속도 저하를 초래합니다.

양각 문자는 피하고 음각 문자를 사용하는 것이 좋습니다. 음각 문자는 재료 제거량이 적고 작업 횟수가 줄어듭니다. 20pt 미만의 작은 글자 크기가 필요한 경우에는 특수한 크기의 도구가 필요하므로 세리프체가 아닌 글꼴을 사용하고 다른 조각 공정을 고려하십시오.

공동 내부의 깊이와 너비의 관계를 고려해 보세요.

공구 직경의 6배를 초과하는 깊은 캐비티는 지나치게 깊어집니다. 일반적으로 절삭 공구 직경의 4배를 최대 깊이로 유지하십시오.

깊은 구멍 형상은 공구 걸림 위험을 증가시키고, 과도한 공구 편향을 유발하여 정확도를 떨어뜨리며, 절삭 잔여물 제거를 어렵게 하고, 절삭 공구 파손 위험을 크게 높입니다.

반경이 있는 뭉툭한 공구 축 내부 모서리

절삭 공구는 원통형이므로 공구 축에 수직이 아닌 모서리는 '날카로울' 수 없습니다. 물론 상당한 추가 공정을 거치면 날카롭게 만들 수도 있습니다. 공구 마모/응력을 줄이려면 내부 필렛의 반지름이 예상 절삭날 반지름의 최소 1.2배 이상인 필렛을 사용하는 것이 좋습니다.

내부 모서리 반경/필렛을 작게 만들기 위해 작은 공구를 사용하는 것은 불가피한 경우가 아니라면 권장되지 않습니다. 이를 피하는 한 가지 방법은 문제가 되는 부분에 약간의 언더컷을 적용하여 가상의 내부 모서리가 직각이 되도록 하는 것입니다.

과도한 탭핑 깊이를 피하십시오.

일반적으로 구멍 직경의 3배 이상으로 탭을 내는 것은 강도 측면에서 이점이 없으므로 피해야 합니다. 이는 탭 파손 위험을 줄여주며, 파손으로 인한 비용 손실을 방지합니다. 막힌 구멍에 탭을 낼 경우, 탭이 구멍 바닥이나 끼어 있는 절삭물에 닿아 부러지는 것을 방지하기 위해 탭이 없는 구간을 남겨두는 것이 좋습니다.

작은 내부 기능을 줄입니다.

일반적으로 2.5mm보다 작은 절삭 공구는 권장되지 않으며, 이로 인해 해당 크기 이하의 내부 형상 가공이 불가능해집니다. 외부 형상은 경우에 따라 절삭 공구보다 작을 수 있지만, 작은 절삭 공구를 사용하면 절삭 깊이가 얕아져 가공 시간이 상당히 증가한다는 점을 유념해야 합니다.

구멍 크기는 표준 규격을 사용하는 것이 좋습니다.

가능하면 드릴 크기는 밀리미터 단위로 정하고, 부품에 사용되는 구멍 크기의 차이를 최소화하십시오. 이렇게 하면 특수 드릴/절삭기(종종 맞춤 제작됨)를 사용할 필요가 없어지고, 절삭 공구의 수직 방향 이동 횟수를 줄여 공정 속도를 향상시킬 수 있습니다.

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구체적인 설계 자문

일반 공차

부품을 설계할 때 모서리는 기본적으로 다듬어지므로, 날카롭게 유지하려면 도면에 명시해야 한다는 점을 기억하세요.

일반적인 허용 오차는 다음과 같습니다.

설계 요구 사항에 따라 개별 형상 및 치수에 대한 공차를 명시해야 합니다. 공차가 클수록 가공 속도가 느려지고 공구 교체 횟수가 늘어나며 불량률이 높아질 수 있다는 점에 유의하십시오.

특히, 구멍 기준 공차와 축 기준 공차는 움직이는 부품의 기능에 매우 중요하므로 아래와 같이 명시해야 합니다.

플라스틱 가공에서는 재질이 유연하기 때문에 정밀 공차를 유지하기가 훨씬 어렵다는 점에 유의해야 합니다. 단, 터프놀/가롤라이트와 같이 매우 단단한 플라스틱은 예외입니다. 또한 플라스틱 원료 내부의 응력이 가공 과정에서 방출되어 부품의 심각한 변형이나 부정확성을 초래할 수 있습니다.

재료 선택

블랭크(재료 원재료)는 부품을 가공하는 데 사용되는 원자재입니다. CNC 가공으로 여러 부품을 생산할 경우, 낭비를 최소화하기 위해 공급업체에서 제공하는 블랭크 크기를 고려하는 것이 좋습니다. 부품 또는 여러 부품의 재료비는 남은 재료의 무게나 부피가 아닌 블랭크 비용에 따라 결정됩니다.

정밀한 절삭과 외면 맞춤에 의존하기보다는 가공 과정에서 여유를 두어 블랭크의 외면이 모두 가공되도록 하는 것이 좋습니다.

블랭크를 선택할 때는 최종 제조 공정에서 설정 변경 횟수를 최소화하기 위해 클램핑 방식도 고려해야 합니다.

재료 선택은 주로 설계 고려 사항이지만, 가공 용이성과 같은 요소도 선택에 영향을 미칠 수 있습니다. 예를 들어, 사용 가능한 원자재의 종류에 맞춰 더 단단하거나 절삭성이 떨어지는 재료를 사용하면 가공 시간, 표면 조도 및 비용에 상당한 부정적인 영향을 미칠 수 있습니다.

플라스틱과 알루미늄, 황동과 같은 절삭성이 좋은 금속은 가공이 용이하여 가공 시간과 비용이 절감됩니다. 공구강과 같은 경질 재료는 가공이 어렵습니다. 열심히 일하다 특정 스테인리스강과 같은 재료는 낮은 공구 회전 속도와 축 이송 속도로 가공해야 하므로 가공 속도가 느려지고 공구 마모가 상당히 증가합니다.

일반적으로 알루미늄은 공구강보다 약 4배, 대부분의 스테인리스강보다 8배 빠른 이송 속도로 절삭됩니다.

CNC 가공용 금속 옵션:

• 다양한 합금 및 경도의 알루미늄
• 황동
• 청동 및 해양용 청동(니켈 알루미늄 청동)
• 스파크 방전 전극, 접촉기 부품 등에 사용되는 구리
• 스테인리스강(오스테나이트계, 마르텐사이트계, 쾌삭강)
• 경도가 다양한 공구강/합금강 (쾌삭강부터 완전 경질로 방전가공이 필요한 강까지)
• 티타늄

CNC 가공용 플라스틱 옵션

• ABS
• 터프놀(섬유 강화 주조 에폭시)
• POM(아세탈 또는 델린®))
• 나일론
• 몰래 엿보다
• PTFE
• 폴리 카보네이트

제한 사항 및 표면

내부 반지름

CNC 절삭으로 인해 모든 수직 내부 모서리의 반지름은 절삭 공구의 반지름과 같거나 커집니다. 공구/절삭 공구는 본질적으로 원형이거나 회전하면서 절삭하기 때문에 원형을 이룹니다. 제품 및 부품 설계는 이러한 한계를 고려하거나 (또는 ​​이를 활용하여 이점을 얻도록) 설계되어야 합니다.

설계 단계에서 이러한 형상을 지정할 때는 절삭 공구가 형상을 형성하는 데 필요한 반경보다 약간 더 큰 반경을 사용하는 것이 좋습니다. 엔드밀은 내부 모서리를 가공하는 동안에도 계속해서 밀링 작업을 수행할 수 있을 때 가장 효율적입니다. 모서리 반경이 공구 반경과 같으면 절삭 공구는 방향을 바꾸기 위해 움직임을 멈추게 되며, 이로 인해 모서리에 채터 자국이 발생할 수 있고, 이는 완성품에서 수정하기 어렵습니다.

공구는 매우 작은 반경(일반적으로 최소 0.5mm)으로 제작 가능하지만, 길이가 짧고 내구성이 약합니다. 0.5mm 반경 커터의 최대 절삭 깊이는 1.5mm에 불과하여 매우 작고 정밀한 가공 작업에만 사용이 제한됩니다. 더 큰 공구와 그에 따른 더 큰 내부 반경을 사용하면 가공 속도를 높일 수 있습니다.

바닥 필렛

형상에서 모서리와 바닥이 만나는 부분의 수직 내부 반경은 공구 직경(코너링 여유 포함)과 관련이 있습니다. 복잡한 다중 패스 가공 없이 평면형 커터를 사용할 수 있도록 바닥면 필렛은 수직 모서리 필렛보다 작아야 합니다. 이러한 평면형 엔드밀은 일반적으로 모서리 반경이 최소화되지만, 둥근 끝단 커터를 사용할 수도 있습니다. 바닥면의 반경은 커터 끝단의 반경에 의해 결정되며, 이 반경에 여유 있는 공차를 두고 수직 필렛보다 작은 크기를 주면 더 빠른 절삭이 가능합니다.

언더컷

언더컷은 때때로 불가피하지만, 특정 고려 사항을 준수하면 가공 시간이나 공구 교체에 큰 영향을 미치지 않습니다.

• 맞춤형 공구 제작이 필요하지 않도록 언더컷을 표준 치수(밀리미터 단위)로 만드십시오.
• 언더컷의 깊이에는 실제적인 제한이 없지만, 얕게 가공할수록 작업이 더 쉽고 맞춤형 공구가 필요할 가능성이 줄어듭니다.
• 언더컷이 모든 면에서 접근 가능한지 확인하십시오. 오버행의 모서리 반경을 고려하여 언더컷 공구의 샤프트가 들어갈 수 있는 여유 공간을 확보해야 합니다.
• 코너 반경을 언더컷 공구의 반경보다 작게 지정하지 마십시오.

스레드

CNC 가공 부품에 나사산을 만드는 데에는 일반 절삭 탭, 나사 성형 탭, 나사 밀링 머신 등 다양한 기술이 사용됩니다. 어떤 방법을 선택하든 다음 규칙을 따르십시오.

• 해당 기능에 적합한 가장 크고 굵은 나사산을 사용하십시오. 나사산 직경이 작으면 공구가 약해져 파손될 가능성이 높아집니다.
• 나사산 절삭 폭은 지름의 3배 이하로 제한하고, 가능하면 그보다 작게 하십시오.
• 직경을 잘못 해석하여 가공 오류가 발생하는 것을 방지하기 위해 나사산과 깊이를 신중하게 지정하십시오.
• 막힌 구멍의 경우 바닥에 닿지 않도록 하고 절삭량을 고려하여 나사산이 없는 구멍의 깊이를 지정하십시오.

표면 마감

CNC 가공 기술자는 다양한 마감 처리를 제공합니다.

• 정밀 가공 또는 엔지니어링 마감 처리를 통해 최대의 실용적인 이송 속도를 확보할 수 있으며, 단일 부품의 각 형상별로 이송 속도를 다르게 설정할 수 있습니다.
• 비드 블라스팅은 공기 흐름 속의 가넷 비드를 이용하여 표면을 깎아내어 무광택의 균일한 마감 처리를 하는 공정입니다. 이 작업은 수작업으로 진행되지만, 대량 생산 시에는 자동화가 가능합니다. 높은 정밀도를 유지하기 위한 마스킹 및 구멍 메우기 작업은 추가 비용을 발생시킵니다.
• 새틴 및 투명 아노다이징은 알루미늄 부품에 균일한 무광 또는 반광 산화 표면을 생성하며, 유색 또는 투명으로 처리할 수 있습니다.
• 경질 아노다이징은 새틴이나 투명 아노다이징보다 두껍고 내마모성 및 내식성이 뛰어납니다.
• 분체 도장은 분말을 기반으로 정전기 방식으로 도포하고 열로 경화시키는 도장 공정입니다. 이 도장층은 용제 기반 페인트나 에폭시 페인트보다 훨씬 내구성이 뛰어납니다.