학습(9.14~16)CNC선반 CAM프로그램 작성 준비하기

[안샘]

학습내용: CNC선반 가공 CAM 프로그램 작성 준비

학습목표:

 • 작업 도면에 준하여 CNC선반의 사양을 확인하고 가공 가능한 기계를 선택할 수 있다.

  • 작업공정에 알맞은 CNC선반 공구를 선택하고, 작업공정을 순서대로 작업표준서에 작 성할 수 있다.

  • 작업공정에 준하여 재료와 사용 공구의 조건에 따라 각 공정별 절삭 조건을 설정할 수 있다

. • 도면 사양에 부합되는 부품을 제작하기 위하여 관련 기술자료를 참고할 수 있다

필요지식: CNC장비 사양

 • 작업 도면에 준하여 CNC선반의 사양을 확인하고 가공 가능한 기계를 선택할 수 있다. • 작업공정에 알맞은 CNC선반 공구를 선택하고, 작업공정을 순서대로 작업표준서에 작 성할 수 있다. • 작업공정에 준하여 재료와 사용 공구의 조건에 따라 각 공정별 절삭 조건을 설정할 수 있다. • 도면 사양에 부합되는 부품을 제작하기 위하여 관련 기술자료를 참고할 수 있다.

CAM을 이용하여 가공 데이터를 생성하기 전에 반드시 사용할 장비의 사양을 파악해야 한 다. 특히, 장비의 조작반(컨트롤러) 종류, 최대 가공경, 최대 가공 길이, 최대 주 회전 속도, 공구 본수, 이송 거리, 심압축 이송 거리 등 CAM 소프트웨어에 미리 등록해 놓으면 작업 자의 수동 입력 실수를 방지하고, CAM 소프트웨어에서 제공하는 최적화된 가공 데이터를 얻을 수 있다. <표 1-1>은 훈련 기관에서 주로 사용하는 CNC선반 사양이다

1. 용량/ 능력

가공할 공작물의 최대 가공경, 가공 길이를 알 수 있다. 공작물 치수에 대한 용어는 [그림 1-2]와 같다

CNC선반에 사용되는 척은 대부분 유압식이므로, 이를 제어할 수 있는 유압 장치가 필요 하다. 또한, 가공물의 지름에 맞도록 교환 및 가공하여 사용하는 소프트 조(jaw)를 사용함 으로써 지름의 차이가 큰 가공물의 고정도 수월하고 가공 정밀도도 높일 수 있다. [그림 1-3]과 같이 주축대와 공작물은 서로 수직으로 장착된다.

2. 주축대(head stock)

  주축대는 스핀들 전동기의 회전을 벨트 및 변환 기어를 통하여 스핀들 선단에 있는 척을 회전시키고 척에 고정된 공작물을 회전시킬 수 있는 시스템이다. 일반적으로 주축은 프로 그램에 의해 명령된 회전수에 따라 무단 변속된다. 화낙 계열 컨트롤러에서 M 코드를 이 용하여 회전 방향을 설정한다. 일반적인 CNC선반의 척은 [그림 1-4]와 같다. 벨트 전동에서 발생되는 슬립의 문제를 해결하기 위하여 포지션 코더를 설치하여 스핀들 의 회전수를 검출하여 피드백시킴으로써 요구하는 회전수로 구동한다. 주축의 최대 회전 속도와 주축 서보 모터 사양에 따라 가공 조건이 달라질 수 있다. 가공 중 최대 회전 속도를 초과하는 지령이 받은 경우에는 서보(servo) 알람이 발생한다.

3. 공구대(turret)

공구대는 형상에 따라 드럼형 터릿 공구대, 수평형 공구대로 구분할 수 있다. 일반적으로 가장 많이 사용되는 드럼형 터릿 공구대는 정밀도가 높고 강성이 큰 커플링으로 분할되 며, 공구의 교환은 근접 회전 방식을 채택하여 교환 시간을 단축할 수 있게 되어 있다. 일 반적인 CNC선반의 공구대는 [그림 1-5]와 같다

4. 이송계

공구대가 위에 설치되어 있으며, 이 공구대를 전후 좌우로 움직여서 적당한 절삭 길이를 정하여 칩을 만들거나 가공물을 절삭한다. 왕복대는 선반 베드의 상부에 위치하며, 주축대 와 심압대 사이에 있다. 베드 위를 미끄러져 움직이는 부분인 새들(saddle)과 이송 나사를 둘러싸고 있는 부분인 에이프런으로 구성되어 있다. 왕복대 위의 스윙은 왕복대에 접촉됨 이 없이 주축에 장치할 수 있는 가공물의 최대 지름을 뜻하는데, 선반의 크기를 나타내는 데 사용된다. 일반적인 CNC선반의 이송계는 [그림 1-6]과 같다.

5. 심압대(tail stock)

심압대는 길이가 긴 가공물을 가공할 때 가공물의 중심을 지지해 주는 역할을 하는 것으 로, 수동식 작동 방식과 유압식 작동 방식이 있다. 유압식 작동 방식은 M 코드를 사용하 여 제어한다. 일반적인 CNC선반의 심압대는 [그림 1-7]과 같다.

2. NC 장치(컨트롤러) 사양

NC 장치는 기계를 조작할 수 있는 모든 스위치가 집결된 곳이다. CNC선반을 조작할 수 있는 DKU(display keyboard unit) 및 모드 스위치, 기타 조작과 관련된 스위치가 있다. NC 장치의 사양에 따라 CAM 소프트웨어에서 공구 경로를 생성한 후 포스트 프로세서 작업 시에 텍스트로 변환된 가공 데이터의 문법을 정의할 수 있다. NC 장치의 옵션에 따라 문법이 달라질 수 있으므로 반드시 확인해야 한다. 교육기관에서 널리 사용하는 CNC선반 사양은 <표 1-2>와 같다

조작반은 [그림 1-8]과 같은 컨트롤러 회사의 제품을 사용하는 공작기계라도 공작 제작사 에 따라 스위치의 모양과 종류, 조작 방법 등이 다르게 되어 있는 경우가 많다. 그러나 기 본 기능의 의미는 유사하므로, 한 가지 모델만 잘 익혀두면 다른 제작사의 기계를 접하더 라도 큰 어려움 없이 사용할 수 있다.

 1. 좌표축

좌표축은 일명 제어축이라고도 하며, CNC 공작기계에서 각각의 축에 대하여 제어 대상이 되는 축을 의미한다. ISO 및 KS규격에 CNC 공작기계의 좌표축과 운동 기호를 오른손 직 교 좌표계를 표준 좌표계로 지정하여 놓았다. 방향은 [그림 1-9]를 참고한다.

기준 좌표축을 중심으로 하는 회전축이나 보조 축은 <표 1-3>과 같이 표시한다..

2. CNC의 제어 방식

(1) 위치 결정 제어

위치 결정제어는 [그림 1-10]과 같이 이동 중에 속도 제어 없이 최종 위치만 찾아 제 11 어하는 방식을 말한다. 이 방식은 필요한 위치에만 도달하면 되므로, PTP(point to point) 제어라고도 하며, 주로 드릴링 머신, 스폿 용접기, 펀치 프레스 등에 적용한다.

(2) 직선 절삭 제어

직선 절삭 제어는 [그림 1-11]과 같이 직선으로 이동하면서 절삭이 이루어지는 방식이 다. 단독의 서보 전동기에 위치와 속도를 함께 제어하며, 공구의 보정, 주축 속도의 변 화, 공구의 선택 등의 기능을 추가한 제어 방식이다. 직선 외에는 절삭할 수 없어, 주 로 밀링머신, 보링머신, 선반 등에 적용한다.

(3) 윤곽 절삭 제어

윤곽 절삭 제어는 [그림 1-12]와 같이 2개 이상의 서보 전동기를 연동시켜 위치와 속 도를 제어하므로, 대각선 경로, S자형 경로, 원형 경로 등 어떠한 경로라도 자유자재로 공구를 이동시켜 연속으로 절삭할 수 있는 방식이다.

3. 데이터 입출력 기기 제어 기능

  데이터 입출력 기기 제어 기능이란 CNC 조작 유닛 및 RS-232C 또는 RS-422 인터페이스 를 가진 데이터의 입출력 기기를 제어하는 기능이다. CNC의 조작 유닛에는 CRT 또는 MDI(manual data input) 유닛이 널리 사용되고 있다. RS-232C 또는 RS-422 인터페이스에 의한 입출력 기기에는 테이프 리더, FA 카드, 플로피 디스크 드라이버, 프로그램 파일 메 이트, LAN 서버 또는 HDD 등이 주로 사용된다. [그림 1-13]은 RS-232C 통신 시스템 구성 및 케이블 결선도인데, 외부 메모리장치나 FTP를 사용하지 않는 경우 널리 사용하는 방식 이다. 스마트 공장 확산에 따른 장비 간 네트워크로 연결되고, 장비 유지 보수를 위한 원격 시스템이 도입되면서 가공 데이터 입출력뿐만 아니라, 공장 운영에 필요한 가동 상태, 알람 현황, 가공 수량, 공구 마모 정보 등을 한눈에 알아볼 수 중앙 제어 시스템 이 도입되고 있다.

3. 절삭공구 종류 및 용도

공구 제작사에서 제공하는 공구 카탈로그 및 홈페이지를 참고하여 공구 홀더 및 인서트 팁 등의 규격을 확인하고 공구를 구입하여 사용해야 한다.

가공 방법에 따라 필요한 공구를 선택하고, 공구별 절삭 조건을 확인하여 프로그램 작성 시 공구 회사에서 제시한 절삭 조건에 맞게 프로그램을 작성하고 가공 경험을 통해 최상 의 절삭 조건을 찾아가면서 가공한다.

1. 공구 제조사 홈페이지 활용

  검색 포털을 이용하여 공구 제조사 홈페이지 접속하면 대부분의 홈페이지에서는 재료 및 가공 형상에 따라 공구 추천을 받을 수 있는 페이지가 별도로 구성되어 있다. [그림 1-14] 는 일반적인 공구 포털사이트에서의 공구 추천 프로세스이다

2. 온라인 공구 DB 활용

공구 제조사에서 제공하는 공구 선택 서비스는 가공에 대한 일정 정도의 지식이 필요하 고, 2D 정보만 얻을 수 있기 때문에 공구의 정확한 사양을 파악하려면 3D 데이터가 필요 하다. 물론 카탈로그 정보를 통해 치수를 알 수 있지만, 홀더와 인서트의 조합이나 조립 관계를 3차원 그래픽으로 확인하면 작업 속도와 정확성을 높일 수 있다. 온라인에서 내려받은 공구 정보는 CAM SW에서 불러와 바로 사용할 수 있다. [그림 1-15]는 대표적인 공구 DB 사이트인 머신 클라우드 앱((Machine Cloud App) 화면이다. CAM 소프트웨어사와 공구 제조사가 연결되어 있어 CAM 소프트웨어에서 공구 제조사를 선택하면 해당 제조사의 라이브러리를 사용할 수 있다.

3. 인서트 팁의 규격 선정

인서트 팁은 규격 표시법은 <표 1-4>를 참고하여 공구 홀더에 적합한 것을 선정하여야 하 나, 가공물의 재료와 절삭 조건에 적합한 재종과 칩 브레이커의 형상을 선정하고 요구하 는 정밀도를 얻을 수 있는 인선 반지름의 크기를 선정하여야 한다. 인서트 팁을 선정할 때는 일반적으로 다음과 같은 사항을 고려해야 한다.

(1) 인서트 팁의 코너 각이 클수록 강도가 크므로 가능한 한 코너 각이 큰 인서트를 선 정한다.

(2) 인서트의 크기는 절삭 가능한 범위 내에서 최소의 크기로 하고, 최대 절삭 깊이는 인선 길이의 1/2 정도를 유지하는 것이 좋다.

(3) 공구의 인선 반지름이 커지면 강도, 공구 수명, 표면 조도가 향상되므로 가능한 한 인선 반지름이 큰 것이 좋다. 그러나 절삭 저항이 상대적으로 증가하여 떨림이 발생하므로 주의하여야 한다

4. 공구 홀더의 규격 선정

절삭 과정에서 절삭공구에 절삭력이 걸리면 외팔보(한쪽 끝은 고정되고 다른 끝은 받쳐지 지 아니한 상태로 있는 보)와 같이 처짐이 발생하므로, 절삭력에 충분히 견딜 수 있는 홀 더의 크기와 형상을 선정한다. 공구 홀더를 선정할 때는 공구 홀더 규격을 참고하여 가공 부위에 적합한 것을 선정한다. [그림 1-16]과 같이 선정된 규격의 공구 정보에 따라 공구 를 선택할 수 있다.

4. 절삭 조건

절삭 조건에는 절삭 속도, 이송 속도, 절삭 깊이 등이 있다. 일감의 치수 정밀도와 표면 거칠기는 바이트의 각도와 모양뿐만 아니라, 절삭 조건, 절삭유제 등의 영향을 받는다. 즉, 절삭 조건을 정확하게 선택하지 못할 때는 가공 표면 거칠기와 치수 정밀도가 나빠지고 바이트의 수명도 짧아지며, 절삭 능률도 떨어진다. 1. 절삭 속도 절삭 속도가 증가하면 가공물의 표면 거칠기가 좋아지고 가공 시간도 단축되지만, 절삭공 구와 가공물의 마찰력 증가로 인하여 절삭 온도가 상승되어 절삭공구 수명이 단축된다. 회전체의 절삭 속도(V)는 다음과 같다

2. 절삭 깊이

일반적으로 절삭 깊이가 커지면 절삭 온도와 절삭 저항의 상승으로 절삭공구의 수명이 감 소한다. 절삭 깊이가 매우 작을 경우(0.2㎜ 이하)에는 비절삭 저항이 증가하는 치수 효과 현상 때문에 절삭 저항이 증가하는 현상이 발생한다.

3. 절삭 조건표 활용

공구 제조사 홈페이지에서는 선택된 공구 사양에 맞게 재료별 추천 절삭 조건을 제시한 다. 처음 가공하는 재료는 제시된 사양을 따르고 작업자는 반복 가공을 통해 장비 사양에 맞는 최적의 조건을 찾아내는 것이 중요하다. <표 1-5>는 일반적인 절삭 조건이다.

[3기계1 15 윤준성]

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