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잘못된 가공 공정으로 부품 형상을 잘못 정렬하면 사이클 시간만 늘어나는 것이 아니라 툴링 비용이 증가하고 폐기율이 높아지며 치수 정확도가 저하됩니다. 엔지니어링 및 조달 팀은 설계 의도와 제조 현실 사이의 균형을 지속적으로 유지해야 합니다. 밀링과 선삭 사이를 결정하는 것은 기계 설정 시간, 프로그래밍 복잡성, 그리고 궁극적으로 생산 단위 경제성을 결정합니다. 조달을 최적화하고 제조 가능성을 위한 설계(DFM)를 보장하려면 팀은 두 방법의 기술 메커니즘, 비용 동인 및 생산 기능을 이해해야 합니다. 이 가이드는 현대의 부품을 효과적으로 소싱하기 위한 평가 기준을 분석합니다. CNC 밀링 및 터닝 서비스 . 운동학, 부품 형상 및 생산량이 다음 프로젝트에 대한 올바른 접근 방식을 결정하는 방법을 살펴보겠습니다.
운동학적 차이점: CNC 밀링은 고정된 공작물을 가로질러 이동하는 회전 절단 도구에 의존하는 반면, CNC 터닝은 고정된 절단 도구에 대해 공작물(스톡 재료)을 회전시킵니다.
형상이 공정을 결정합니다. 선 삭은 축 대칭 원통형 부품에 대한 확실한 표준입니다. 프리즘형, 평면형 또는 복잡한 3D 형상에는 밀링이 필요합니다.
비용 및 설정 절충: 일반적으로 선삭은 더 빠른 사이클 시간, 더 간단한 프로그래밍 및 원형 부품의 더 낮은 설정 비용을 제공합니다. 밀링은 더 높은 복잡성을 수용하지만 더 광범위한 프로그래밍과 다축 설정이 필요합니다.
하이브리드 기능: 현대 제조에서는 두 프로세스를 결합하기 위해 밀턴 센터(라이브 툴링이 있는 선반)에 점점 더 의존하고 있어 다중 설정 정렬 오류의 위험을 완화합니다.
CNC 밀링은 주로 직사각형 블록, 플레이트 또는 거의 그물 모양의 주조물을 원재료 투입물로 활용합니다. 밀링 공정의 핵심에는 회전하는 절삭 공구를 고정하는 스핀들의 다축 이동이 포함됩니다. 기계에 따라 이 이동은 3축, 4축 또는 5축 구성에서 발생할 수 있습니다. 표준 3축 밀은 X, Y, Z축을 따라 도구를 이동합니다. 고급 4축 기계는 X축(A축)을 따라 회전을 추가하여 각기둥 블록의 원통형 형상을 연속적으로 가공할 수 있습니다. 전체 5축 가공에는 5번째 회전축(B 또는 C축)이 추가되어 공구가 거의 모든 각도에서 공작물에 접근할 수 있습니다. 이 기능은 언더컷과 복합 각도가 널리 퍼져 있는 복잡한 항공우주 부품, 임펠러 및 의료용 임플란트에 필수적입니다.
재료 제거 공정은 특정 절단 도구에 의존합니다. 엔드밀은 프로파일링, 슬로팅 및 플런징을 처리합니다. 페이스 밀은 평평한 표면에서 대량의 재료를 빠르게 제거합니다. 슬롯 커터는 좁은 홈을 만들고, 드릴과 탭은 구멍 만들기 작업을 처리합니다. 도구 선택에 따라 재료 제거율(MRR)과 최종 표면 마감이 결정됩니다. 고속도강(HSS) 공구는 부드러운 소재에 흔히 사용되지만 솔리드 초경 공구는 강성과 높은 절삭 온도를 견딜 수 있는 능력으로 인해 현대 생산을 지배합니다.
워크홀딩 방법은 가공 작업의 강성과 정밀도에 직접적인 영향을 미칩니다. 바이스는 직사각형 스톡을 위한 가장 일반적인 워크홀딩 솔루션입니다. 고정 장치는 복잡하거나 불규칙한 모양을 안전하게 고정할 수 있도록 맞춤 설계되었습니다. 진공 테이블은 기존 바이스의 클램핑 압력으로 인해 휘거나 변형될 수 있는 얇고 평평한 플레이트에 사용되는 경우가 많습니다. 워크홀딩 설정의 견고성은 매우 중요합니다. 밀링 공정 중 진동이나 떨림이 발생하면 표면 마감이 저하되고 치수 정확도가 저하됩니다.
대조적으로, CNC 터닝에서는 주로 원통형 바 스톡, 원형 튜브 또는 스핀들을 통해 공급되는 육각형 바를 활용합니다. 기계에는 스톡 재료를 고정하고 높은 RPM으로 회전시키는 척 또는 콜릿이 포함됩니다. 척은 조정 가능한 조를 사용하여 다양한 직경을 수용하여 재료를 잡습니다. 콜릿은 스톡에 360도 그립을 제공하여 더 작은 직경의 바에 탁월한 동심도와 조임력을 제공합니다. 바 피더는 로딩 프로세스를 자동화하여 각 부품이 완료된 후 새로운 재고 섹션을 가공 범위로 밀어넣어 지속적인 무인 생산을 가능하게 합니다.
터릿에 고정된 고정식 단일 지점 절삭 공구는 공작물이 회전함에 따라 페이싱, 홈 가공, 나사 가공 및 보링 작업을 수행합니다. 대면 도구는 스톡 끝 부분에서 정사각형을 이룹니다. 선삭 공구는 외경(OD)을 줄입니다. 보링 바는 내부 구멍(ID)을 확장합니다. 스레딩 도구는 내부 또는 외부 스레드를 절단합니다. 홈 가공 도구는 O-링 또는 고정 링용 홈을 만듭니다. 터릿은 이러한 도구 사이에서 빠르게 인덱싱되어 비절삭 시간을 최소화합니다.
이러한 연속 절삭 작업은 칩 형성에 영향을 미치므로 칩 브레이커와 효율적인 열 방출 전략이 필요합니다. 공구 톱니가 재료에 들어가고 나오는 밀링에서 발생하는 단속 절삭과 달리 선삭에는 지속적인 맞물림이 필요합니다. 이로 인해 절삭날에 상당한 열이 발생합니다. 절삭유는 절단 영역으로 정확하게 전달되어 온도를 관리하고 칩을 제거합니다. 칩 브레이커는 절삭 인서트에 성형되어 연속적인 금속 리본을 말리면서 관리 가능한 작은 조각으로 부서지게 하여 공작물이나 툴링 주위에 엉키는 것을 방지합니다.
엔지니어는 CAD 기능을 특정 기계 운동학에 매핑하여 최적의 제조 방법을 결정합니다. 기본 요구 사항에는 선택한 프로세스가 원하는 사양을 달성할 수 있는지 확인하기 위한 동심도, 평탄도, 런아웃 및 기능 접근성 평가가 포함됩니다. 철저한 DFM 검토에는 몇 가지 중요한 단계가 포함됩니다.
기본 형상 분석: 부품이 기본적으로 원통형입니까, 아니면 각기둥형입니까?
중요한 공차 식별: 가장 엄격한 제어가 필요한 기능은 무엇이며, 이들 기능은 서로 어떤 관련이 있습니까?
기능 접근성 평가: 표준 절단 도구가 간섭 없이 필요한 모든 표면에 도달할 수 있습니까?
워크홀딩 요구 사항 평가: 가공 중에 부품이 어떻게 고정되며 조임력으로 인해 변형이 발생합니까?
2차 작업 결정: 가공 후 부품에 열처리, 도금 또는 조립이 필요한가?
동심도와 런아웃은 샤프트 및 베어링과 같은 회전 구성요소에 대한 중요한 지표입니다. 선삭은 가공 중에 부품이 단일 축을 중심으로 회전하기 때문에 자연스럽게 이러한 공차를 유지하는 데 탁월합니다. 편평함과 평행성은 프리즘형 부품의 결합 표면에 대한 핵심 요구 사항이므로 밀링이 선호되는 선택입니다.
CNC 밀링은 프리즘 부품, 평평한 표면, 비대칭 모양 및 복잡한 3D 윤곽에 이상적입니다. 밀링이 필요한 특정 기능에는 포켓, 슬롯, 키홈, 중심에서 벗어난 구멍 및 복잡한 조각 표면 질감이 포함됩니다. 매니폴드, 브래킷, 하우징 및 방열판은 밀링된 구성 요소의 전형적인 예입니다.
부품의 여러 면에 형상을 가공해야 하는 경우에도 밀링이 필요합니다. 5축 밀은 단일 설정으로 직사각형 블록의 5개 면에 접근할 수 있어 서로 다른 면의 형상 간의 완벽한 정렬을 보장합니다. 이 기능은 여러 설정에 걸쳐 공차가 쌓이면 부품이 거부되는 복잡한 항공우주 및 의료 부품에 매우 중요합니다.
CNC 터닝은 축 대칭 부품, 실린더, 디스크, 샤프트 및 부싱에 이상적입니다. 선삭이 필요한 특정 기능에는 OD/ID 나사 가공, 맞춤형 테이퍼, 널링 및 동심 홈이 포함됩니다. 패스너, 피팅, 스페이서 및 유압 실린더는 일반적인 회전 부품입니다.
선삭은 긴 샤프트와 같이 길이 대 직경 비율이 높은 부품에 특히 효과적입니다. 심압대와 안정 받침대는 가공물의 자유단을 지지하여 가공 중 편향과 진동을 방지하는 데 사용됩니다. 이는 부품의 전체 길이에 걸쳐 일관된 직경과 표면 마감을 보장합니다.
두 공정 모두 높은 정밀도를 달성하며 기계, 재료 및 툴링에 따라 공차가 +/- 0.0005인치 또는 더 엄격해지는 경우가 많습니다. 그러나 절삭 작업의 특성은 달성 가능한 표면 조도에 영향을 미칩니다. 선삭 가공은 지속적인 공구 맞물림으로 인해 원통형 표면에서 우수하고 일관된 마감을 달성하는 경우가 많습니다. 단일 지점 도구는 이송 속도와 도구 노즈 반경을 조정하여 제어할 수 있는 미세한 나선형 도구 경로를 남깁니다.
밀링에는 복잡한 3D 프로파일에서 매끄러운 마감을 달성하기 위해 특정 스텝오버와 이송 속도가 필요합니다. 중단된 절단 작업으로 인해 도구가 재료에 들어가고 나오는 위치에 눈에 띄는 증거 표시가 남을 수 있습니다. 밀링된 표면을 거울처럼 마무리하려면 연삭이나 광택과 같은 2차 작업이 필요한 경우가 많지만, 잘 조정된 선반을 사용하면 기계에서 직접 필요한 마무리를 생성할 수 있는 경우가 많습니다.
프로세스 |
일반적인 공차 |
표면 마감(Ra) |
강점 |
|---|---|---|---|
CNC 터닝 |
+/- 0.0005' ~ +/- 0.001' |
16~63마이크로인치 |
동심도, 실린더의 연속 마감. |
CNC 밀링(3축) |
+/- 0.001' ~ +/- 0.005' |
32~125마이크로인치 |
평탄도, 평행성, 복잡한 포켓. |
CNC 밀링(5축) |
+/- 0.0005' ~ +/- 0.002' |
32~63마이크로인치 |
복잡한 3D 윤곽, 다면 정렬. |
터닝은 대량 생산에 매우 효과적이며, 특히 자동화된 소등 제조를 위해 바 피더와 통합될 때 더욱 그렇습니다. 예를 들어, 스위스 스타일 선반은 최소한의 작업자 개입으로 하루에 수천 개의 작고 복잡한 원통형 부품을 생산할 수 있습니다. 스톡 바의 지속적인 공급과 공구 터렛의 빠른 인덱싱으로 인해 사이클 시간이 매우 짧아집니다.
밀링은 중소 규모 또는 매우 복잡하고 수율이 낮은 항공우주 및 의료 부품에 대해 평가되는 경우가 많습니다. 팔레트 풀과 로봇 로더는 밀링 작업을 자동화할 수 있지만 일반적으로 설정 및 프로그래밍 시간은 터닝 작업보다 더 깁니다. 밀링은 프로세스의 유연성이 더 높은 사이클 시간보다 중요한 프로토타입 제작 및 소량 생산 실행에 선호되는 경우가 많습니다.
선삭 작업에서는 최종 OD와 거의 일치하는 환봉 스톡을 활용하여 낭비를 최소화하고 재고 대 부품 비율을 최적화하는 경우가 많습니다. 최대 직경이 1인치인 부품이 필요한 경우 1인치 또는 1.125인치 바 스톡으로 시작합니다. 재료 제거는 특정 특징에 초점을 맞추고 재료의 핵심은 그대로 유지합니다.
블록 스톡을 밀링하면 재료 제거율(MRR)이 높아지고 전체 재료 수율이 낮아질 수 있습니다. 견고한 알루미늄 블록으로 복잡한 브래킷을 가공하는 경우 최종 모양을 얻기 위해 원래 재료의 70% 또는 80%를 제거할 수 있습니다. 특히 티타늄이나 인코넬과 같은 고가의 재료로 작업할 때는 이러한 높은 불량률을 부품의 전체 비용에 고려해야 합니다.
프로그래밍 장벽은 두 프로세스 간에 크게 다릅니다. CNC 선삭은 근본적으로 더 간단하며 종종 2축 G 코드(X 및 Z 축)만 필요하므로 프로그래밍 시간이 더 빨라집니다. 복잡한 CAM 소프트웨어 없이도 간단한 회전 부품 중 다수를 기계 제어 장치에서 직접 대화식으로 프로그래밍할 수 있습니다.
다축 밀링에는 도구 경로 생성, 시뮬레이션 및 엄격한 충돌 방지 프로토콜을 위한 복잡한 CAM 프로그래밍이 필요합니다. 5축 밀링 프로그램은 가공 사이클 중에 충돌이 발생하지 않도록 공구, 공구 홀더, 스핀들, 공작물 및 작업 고정 장치를 고려해야 합니다. 이를 위해서는 숙련된 프로그래머와 고가의 CAM 소프트웨어 라이센스가 필요하며 프로젝트 초기 비용이 추가됩니다.
설정 시간은 부품당 최종 비용에 영향을 미칩니다. 밀링에는 종종 여러 작업이 포함되므로 작업자가 보조 작업을 위해 부품을 뒤집어야 합니다. 각 설정에는 부품 표시, 작업 오프셋 설정 및 공구 길이 확인이 필요합니다. 이러한 노동 집약적인 프로세스는 설정 오류 및 공차 누적의 위험을 증가시킵니다.
자주 선삭하면 단일 설정으로 부품이 완성되므로 작업자 개입과 부품 처리 오버헤드가 줄어듭니다. 서브 스핀들이 있는 선반은 부품의 전면을 가공하고, 이를 서브 스핀들로 옮기고, 작업자의 개입 없이 부품의 후면을 가공할 수 있습니다. 이 '일대일' 기능은 인건비를 크게 절감하고 전반적인 부품 품질을 향상시킵니다.
선삭에 사용되는 단일점 초경 선반 인서트는 밀링에 사용되는 솔리드 초경 다날 엔드밀에 비해 비용 효율성이 뛰어납니다. 선반 인서트가 마모되면 새 절삭날로 인덱싱하기만 하면 됩니다. 엔드밀이 마모되면 공구 전체를 교체하거나 재연삭해야 합니다.
선삭 시 연속 절삭은 안정적인 열 및 기계적 부하를 경험하므로 밀링 시 단속 절삭보다 공구 수명을 더 예측할 수 있습니다. 밀링 시 재료에 들어가고 나오는 공구 톱니의 지속적인 망치질로 인해 특히 단단하거나 마모성이 있는 재료에서 조기 공구 파손이 발생할 수 있습니다. 이로 인해 도구를 더 자주 교체해야 하고 부품당 전체 도구 비용이 증가합니다.
복잡한 5축 밀링이 필요한 모놀리식 부품을 설계하면 비용이 부풀릴 수 있습니다. 때로는 재설계된 2부분으로 회전 및 조립된 구성이 훨씬 더 저렴할 수도 있습니다. 엔지니어들은 제조에 미치는 영향을 고려하지 않고 복잡한 밀링 설계를 기본으로 사용하는 경우가 많습니다. 표준 툴링 프로필과의 호환성을 보장하기 위해 CAD 모델을 마무리하기 전에 엄격한 DFM 검토를 구현합니다.
예를 들어, 내부 유체 채널이 있는 복잡한 하우징에는 값비싼 5축 밀링과 심공 드릴링이 필요할 수 있습니다. 함께 볼트로 고정되거나 용접되는 두 개의 별도 회전 구성 요소로 하우징을 재설계하면 가공 시간이 50% 단축되고 특수 공구가 필요하지 않게 됩니다.
2차 작업을 위해 부품을 선반에서 밀로 옮기면 동심도 손실, 데이텀 이동, 설정 오류 등의 위험이 발생합니다. 부품을 풀었다가 다시 클램핑할 때마다 정렬 불량이 발생할 가능성이 있습니다. 복잡한 완성을 위해 라이브 툴링이 포함된 고급 Mill-Turn(하이브리드) 머시닝 센터를 활용하는 공급업체 지정 맞춤형 밀링 및 회전 부품을 사용할 수 있습니다 . 단일 설정으로
밀턴 센터는 선반의 터닝 기능과 머시닝 센터의 밀링 기능을 결합한 것입니다. 라이브 툴링을 사용하면 기계가 척에 고정된 상태에서 부품의 표면이나 OD에 드릴링, 태핑 및 밀링 작업을 수행할 수 있습니다. 이를 통해 보조 설정이 필요하지 않으며 선삭된 형상과 밀링된 형상 간의 완벽한 정렬이 보장됩니다.
다축 밀링 및 라이브 툴링 선반을 포함한 기계 목록을 기반으로 상점을 평가합니다. 검사 능력, 재료 전문화, ISO 9001 또는 AS9100과 같은 관련 인증을 평가합니다. 다양한 장비를 갖춘 공장에서는 부품을 가장 효율적인 기계로 라우팅하여 비용과 리드 타임을 줄일 수 있습니다.
검사 능력도 마찬가지로 중요합니다. 상점에는 도면에 지정된 공차를 확인하는 데 필요한 계측 장비가 있어야 합니다. CMM(3차원 측정기), 광학 비교기 및 표면 거칠기 테스터는 부품 품질을 보장하는 데 필수적인 도구입니다. ISO 9001과 같은 인증은 품질 관리 시스템과 지속적인 개선에 대한 의지를 보여줍니다.
CNC 밀링과 터닝 사이의 선택이 선호되는 경우는 거의 없습니다. 이는 부품 형상, 필요한 동심도 및 생산량에 따라 결정됩니다. 원통형, 대용량 부품의 경우 기본적으로 선삭을 사용하여 비용을 낮추고 사이클 시간을 단축합니다. 각기둥 모양의 복잡한 형상을 위한 밀링을 예약하십시오. 두 가지 모두가 필요한 부품의 경우 고급 밀턴 기능을 갖춘 공급업체를 찾으십시오.
DFM 최적화를 위해 현재 CAD 파일을 감사하여 가공 비용을 높이는 기능을 식별합니다.
다축 기능과 검사 장비를 기반으로 공급업체 목록을 통합하세요.
포괄적인 제조 가능성 검토 및 견적을 받으려면 자격을 갖춘 가공 파트너에게 설계를 제출하십시오.
복잡한 모놀리식 부품을 보다 단순한 회전 및 조립 부품으로 재설계할 수 있는 가능성을 평가합니다.
A: 선삭 가공은 일반적으로 단순한 운동학 및 연속 절단으로 인해 원통형 부품의 설정 및 프로그래밍 비용이 더 낮습니다. 밀링은 일반적으로 다축 프로그래밍, 긴 설정 시간 및 높은 툴링 비용으로 인해 복잡한 형상의 경우 더 비쌉니다.
A: 예, 라이브 툴링(밀턴 센터)이 장착된 최신 CNC 선반은 별도의 기계 설정 없이 회전된 부품에 드릴링, 태핑, 슬로팅과 같은 밀링 작업을 수행할 수 있습니다.
A: 두 프로세스 모두 매우 엄격한 공차(+/- 0.0005인치 이상)를 달성할 수 있습니다. 선삭은 일반적으로 동심도 및 원통형 공차에 더 적합하며, 밀링은 복잡한 3D 프로파일과 평평한 표면에 걸쳐 엄격한 공차를 유지하는 데 탁월합니다.
A: 부품이 주로 원통형이거나 축 대칭인 경우 선삭 가공이 최선의 선택입니다. 부품이 프리즘형, 블록형이거나 복잡한 3D 윤곽, 중심에서 벗어난 구멍 또는 평평한 표면을 특징으로 하는 경우 밀링이 필요합니다.
A: 두 공정 모두 알루미늄, 스테인리스강, 티타늄, 황동, 엔지니어링 플라스틱을 포함한 광범위한 재료를 처리합니다. 선택은 가공 공정 자체보다는 응용 분야 요구 사항에 따라 달라집니다.
A: 밀턴 기계는 선반의 터닝 기능과 밀의 회전 도구를 결합한 것입니다. 원통형과 각기둥형 기능이 모두 필요한 복잡한 부품에 필요하며 정렬 오류를 제거하기 위해 단일 설정으로 완료할 수 있습니다.
A: 선삭은 특히 자동화된 바 피더를 사용하여 대량 생산에 매우 효율적입니다. 밀링은 부품의 가치에 따라 설정 시간이 정당화되는 중소 규모 또는 매우 복잡한 부품에 더 적합한 경우가 많습니다.
