NC 선반 가공 - NC 프로그램 작성

[박권우 대리]

2.3 NC 프로그램 작성

	2.3.1 가공 시작점 위치 및 좌표계 원점 설정
	2.3.2 접근 여유
	2.3.3 정삭 여유
	2.3.4 절삭 조건 결정
	2.3.5 일반 외경 및 단면 가공
	2.3.6 공구 인선 반경 보정
	2.3.7 공구 OFFSET 개념과 활용
	2.3.8 가공후 절단하는 작업
	2.3.9 나사 가공
	2.3.10 드릴 가공
	2.3.11 고정 사이클
	2.3.12 기타

NC 프로그램 작성 패턴은 NC 장치에 따라 약간씩 차이가 있으므로, 여기서는 NC 프로그램 작성시 일반적으로 참고로 할 사항 위주로 설명하기로 한다.

2.3.1 가공 시작점 위치 및 좌표계 원점 설정

1) 가공 시작점 위치

보통, 가공 시작점 위치는 준비 기능(G 코드)의 좌표계 설정 명령을 이용해 설정한다.

이 위치는 공작물에 가까울수록 유리하지만, 공구 교환시 공작물과 간섭이 생기지 않고, 소재 장탈착시 불편하지 않을 만큼 충분히 떨어진 위치로 한다.

보통 드릴이나 내경 공구 등의 돌출 길이에 영향을 많이 받게 되므로 사전 확인후 결정한다.

가공 시작시와 종료시의 공구 위치는 동일하게 하고, 가공중 공구 교환을 위한 후퇴 위치는 터릿 회전시 공작물과 간섭이 없는 좀 더 가까운 위치로 할 수도 있으나, 보통 NC 장비의 급속 이동 속도는 충분히 빠르므로 가공 시간 단축 효과는 별로 크지 않다.

2) 좌표계 원점 설정

좌표계 원점 위치는 일반적으로 가공하는 부품의 앞쪽 끝 단면 위치로 한다.

NC 프로그램 상의 "Z" 좌표값이 대부분 음의 값을 가지게 되지만, NC 프로그램 작성시 도면상 위치 좌표값 계산이나 가공중 현재 위치 확인이 쉬운 장점이 있다.

경우에 따라 부품 설치 기준면이 되는 소프트 죠 안쪽 단차면을 좌표계 원점으로 지정해 사용하기도 하나 이 방식은 별로 많이 사용되지 않는다.

예) G50 X200.0 Z100.0  : NC 선반에서는 보통 "G50"을 좌표계 설정 준비 기능으로 사용

요즘은, 대부분 자체 보링(Self-Boring)한 터렛의 내경 호울더 설치 구멍 중심선과 척 단면 위치를 기준으로 NC 장치에 이미 설정되어 있는 기계 좌표계를 사용하는 방식이 적용되므로 [G50]을 좌표계 원점 설정 기능으로 사용하지 않는 경우가 많다.

이 경우 [G50]은 주축 최고 회전수 지정 기능으로만 사용된다.

[G50] 사용시 원점 위치는 보통 1번 외경 공구를 기준 공구로 하여 설정한다.

"X" 축은 외경을 약간 가공한 후 칫수를 측정하여 그 값을 현재 위치 "X"좌표값으로 설정하고, "Z" 축은 단면을 약간 가공한 후 전체 길이를 확인한 후, 단면 가공 여유만큼 보정한 위치를 "Z" 좌표값 "0"으로 설정한다.

3) 좌표값 입력 방식 지정

좌표값 입력 방식은 주로 절대 좌표 방식을 사용한다.

증분 좌표 방식을 사용하면 프로그램 길이를 줄일 수 있는 장점은 있으나, 실수할 우려가 많고 현재 공구 위치 확인이 어려워 별로 많이 사용하지 않는다.

보통은 원호 보간이나 면취 등 증분 좌표 사용이 편리한 경우에 부분적으로 사용한다.

지정 방식은 NC 장치에 따라 차이가 많지만 보통, 주소 "U"와 "W"를 사용하는 경우가 많다.

예) U : X축 방향 증분값, W : Z축 방향 증분값

     - 면취시 적용 예 : G01 U4.0 W-2.0 F0.2        : 45° 면취

     - 원호가공시 적용 예 : G03 U7.6 W-3.8 K-3.8 F0.2

2.3.2 접근 여유

접근 여유 위치에서 실지 절삭을 시작할 때까지는 보통 절삭 이송률로 움직이게 되므로 실지 가공 시간에 큰 영향을 미친다.

이 영향은 공작물의 형상이 복잡할수록 더 커지며, Air-cut 으로 인한 낭비를 최소화할 수 있도록 어느 정도 표준화시켜 사용하는 것이 유리하다.

원소재 상태에서의 접근 여유는 원소재 상태나 크기 등에 따른 차이 등을 고려하여 결정할 필요가 있다 (보통 2.5 mm 정도를 기준으로 하고 상태에 따라 가감).

일단 한번 가공한 면은 위치를 신뢰할 수 있으므로, 0.5 mm 수준까지 접근 여유를 줄여도 된다.

2.3.3 정삭 여유

표면 조도와 정밀한 치수 공차가 요구되는 부위는 정삭 가공(Finishing)을 필요로 한다.

보통, 정삭 여유(Finishing Allowance)는 0.2 mm 정도면 적당하다.

특히, 단면 가공시 정삭 여유를 0.2 mm 정도만 남기면, 정삭시 측면 경사각 5°인 PCLNR 홀더에 결합된 일반 CNMG 인서트, 또는 PDJNR 홀더에 결합된 일반 DNMG 인서트를 사용해 외경 방향으로 가공해 올라가도 큰 무리없이 가공이 가능하다.

이 경우, 인서트와 소재 접촉부 길이는 0.2 x tan(85°) 로 계산할 수 있으며, 약 2.3 mm 정도에 불과하다.

정삭시는 절삭 속도를 올리고, 이송률은 느리게 한다.

 예) 코팅된 초경 인서트를 사용해 SM45C 소재를 정삭할 경우(정삭 여유 0.2 mm)

      - 절삭 속도 300 m/min, 이송률 0.15 mm/min 수준에서 적용

수량이 아주 많거나, 우수한 표면 조도가 요구되는 부위, 또는 가공 시간을 단축시킬 필요가 있을 경우, 정삭 공구는 고온 경도와 내마모성이 우수한 세라믹, 서멧, CBN, 다이아몬드(비철 금속 재료일 경우) 등의 사용을 고려해 볼 필요가 있다.

일반 공차가 적용되는 부위는 가공 시간 단축을 위해 황삭과 정삭 구분없이 가공하도록 한다.

일반적으로, 정밀 칫수 공차가 요구되는 조립 부위는 경도와 내마모성 등을 위해 연마 여유를 남기고 선삭 가공한 상태에서 열처리후 연마에서 최종 치수로 가공하는 경우가 많으며, 선삭 가공에서 바로 최종 정삭하는 경우는 별로 많지 않다.

이 경우, 부품의 길이나 직경 등에 따라 약간 차이가 있지만 연마 여유는 보통 0.1~0.3 mm 정도로 한다.

경우에 따라, 생산성 등의 문제로 철계 재료의 열처리후 연마 공정을 선삭으로 수행할 필요가 있으며, 이 가공을 위해서는 CBN 공구가 최적이라고 할 수 있다.

2.3.4 절삭 조건 결정

1) 절삭 속도

NC 선반에서는 절삭 속도를 주축 회전수(rpm)와 공구와의 접촉점에서의 절삭 속도(m/min) 두가지 방법 중 하나로 지정해 사용한다.

구분	단위	적용	비고
주축 회전수	rpm	- 드릴 등 직경 방향 공구 위치가 "0"인 경우  - 나사 가공 등 회전수가 일정해야 되는 경우	"G97"
절삭 속도	m/min, feet/min	- 외경 또는 내경 가공  - 단면 가공	"G96"

비고 ) "G96" 사용시는 주축 최대 회전수 한계를 미리 지정해 주어야 됨('G50" 사용).

예) G50 X200.0 Z300.0 S4500  : 주축은 최대 4500 rpm 까지만 회전하도록 설정

     G96 S120 M03       : NC 장치가 주축 회전수(N)을 아래 공식에 따라 계산하고 주축 정회전시킴

         N = 1000 V /π D

         단, N : 주축 회전수 (rpm),

              V : 공구와 공작물 접촉점에서의 절삭 속도(위의 예에서는 120 m/min)

              D : 공구와 공작물 접촉점의 공작물 직경(현 공구 위치 "X" 좌표값 : mm)

        - 위의 예에서 외경 100 mm인 부위를 가공한다고 가정하면 (즉, "X" 좌표값 100.0)

           주축 회전수 = 1000 * 120(m/min) /π * 100(mm) = 382 (rpm)

        - 단면 가공시는 직경이 작아질수록 주축 회전수는 빨라지며, 주축 중심선("X" 좌표값

           "0"인 위치)에서는 위의 식으로 계산하면 무한대가 되지만, 최대 회전수를 설정해

          두었으므로 "4500 rpm" 이상으로는 회전하지 않는다.

실지 적용하는 절삭 조건에 대해서는 앞에서 부분적으로 설명이 되었으므로 여기서는 생략한다.

다만, 철계 재료 가공시 고속도강 공구는 25 m/min, 코팅 초경 인서트 공구는 황삭 80~150 m/min, 정삭 약 200 m/min 수준으로 적용한다.

2) 이송률

NC 선반에서는 일반적으로 이송률을 주축 1회전당 이동거리(mm/rev)로 지정해 사용한다.

"G94" 준비 기능으로 이송률 단위를 m/min 으로 변경할 수 있으나, 특별히 변경해 사용해야 되는 경우는 별로 없다.

기타 특수한 경우 이송률을 시간의 역수(Inverse Time)로 나타낼 수 있다.

NC 장치를 처음 켤 때 상태(Default 상태)는 "G95" 상태(mm/rev) 이므로 따로 지정하지 않아도 된다.

예) 주축 회전수 1200 rpm, 이송률 0.25 mm/rev 일 경우 실지 공구 이동 속도(mm/min)는 ?

     : 공구 이동 속도 = 1200(rpm) * 0.25(mm/rev) = 300(mm/min)

이송률은 표면 거칠기에 직접적인 영향을 미치므로, 도면 요구 조건을 보고 결정한다.

보통은, 인선 반경이 0.8R일 경우, 황삭이나 일반 공차 적용 부위는 0.3 mm/rev 이상, 정삭면은 0.1~0.2 mm/rev 정도 수준에서 결정한다.

인서트 인선 반경이 클수록 커습 높이(Cusp Height)가 낮아져, 동일 이송률 조건에서 표면 조도가 개선된다 (앞의 용어 정의 참조).

드릴 가공시는 보통 0.2~0.3 mm/rev 로 적용하고, 아주 작은 드릴 사용시 등은 좀 느리게 한다.

2.3.5 일반 외경 및 단면 가공

일반 외경 및 단면 가공을 한 공구로 동시에 가공하기 위해서는, 보통 PCLNR 호울더에 CNMG 인서트를 결합해 사용한다

CNMG 인서트는 뒤집어서도 사용이 가능하며, 인서트 각도가 80°로 되어 있어 외경 가공과 단면 가공이 모두 가능하다 (측면 경사각 양방향 각 5°씩).

단면 가공시 공구가 공작물 중심부에 가까워지면 인서트가 파손될 위험이 커진다.

따라서 공작물 중심부에 가까워지면 이송률을 줄여 주는게 좋다.

부품에 역방향 테이퍼가 있거나 릴리프를 가공할 경우 또는 심압대를 사용한 센터 작업시 등은 주로 PDJNR 호울더에 DNMG 인서트를 결합해 사용한다

인서트 각도가 55°로 되어 있어 단면 가공은 어렵지만, 30° 정도 까지의 역방향 테이퍼 가공이 가능하며, 심압대 사용시 센터와의 간섭을 줄일 수 있다.

부품에 단차면이 없는 경우, 인서트 중심선이 주축 중심선에 직각인 방향으로 설치되는 호울더를 사용하면 센터와의 간섭을 최소화하고 인서트의 강성을 더 튼튼하게 할 수 있다.

2.3.6 공구 인선 반경 보정

공구 인선이 너무 날카로우면 쉽게 파손되므로, 일반적으로 초경 인서트의 공구 인선은 라운딩(rounding)한 상태로 사용한다.

따라서, 공구 인선이 점이 아닌 원호 형상이 된다.

0.8R이 일반적이며, 내경 보링용 작은 삼각형 인서트는 0.2R 또는 0.4R이 주로 사용된다.

보통, NC 파트 프로그램 작성시는 공구 인선이 점(가상 공구 인선 : Imaginary Tool Tip Point)이라고 가정하고 프로그램을 작성하게 된다.

일반 내외경이나 단면 가공시는 큰 문제가 없으나, 테이퍼나 원호 가공시 등은 이로 인해 오차가 발생하므로 인선 반경 보정을 해 줄 필요가 있다.

구멍이 없이 막힌 단면 가공시도 공구 인선 반경만큼 더 가공을 해주어야 완전하게 가공이 된다.

형상이 단순할 경우는 손으로 바로 계산해도 되지만, 복잡할 경우에는 공구 인선 반경 보정 준비 기능(G41, G42, G40)을 사용하는 것이 편리하다.

하지만, 필자의 생각으로는 조금만 익숙해지면 손으로 바로 계산하는 것이 오히려 쉽고 편한 경우가 더 많다.

여기서는 손으로 계산하는 경우와 공구 인선 반경 보정 준비 기능을 사용하는 경우 두가지를 모두 설명하기로 한다.

1) 원호 가공시 인선 반경 보정

쉽게 공구 인선이 원호에 외접하는 경우는 인선 반경만큼 크게, 내접하는 경우는 인선 반경만큼 작게 원호를 가공한다고 생각하면 된다.

(적용 예) CNMG 120408 인서트로 외경 100 mm인 앞쪽 단면부 1R, 거기에서 50 mm 만큼 떨어진

     위치의 단차면 필렛 부위를 2R로 가공시 NC 프로그램 작성 예

      G01 X30.0 F0.25           : 단면 정삭

            X-1.6 F0.15           : 인서트 파손 방지 위해 이송률 줄임, 인선 반경만큼 더 가공

      G00 X96.4 Z0.5

      G01 Z0 F0.2                 : 원호 가공 시작점으로 이동

      G03 X100.0 Z-1.8 R1.8  : 인선 반경만큼 더해 1.8R로 원호 가공(외접원 : 반시계방향)

      G01 Z-48.8 F0.25         : 인선 반경만큼 덜 이동(내접원)

      G02 U2.4 W-1.2 R1.2    : 인선 반경만큼 빼 1.2R로 원호 가공(내접원 : 시계방향)

      G01 X147.0

            X151.0 W-2.0         : C1 면취 (외경 150 mm 가정)

2) 45° 면취시 인선 반경 보정

면취는 내접, 외접의 개념이 없지만, 위의 원호 가공과 유사한 개념으로 생각해보면, 거의 모두 외접인 경우라고 볼 수 있다.

따라서 면취는 공구 인선 반경에 따라 아래식으로 계산한 값만큼 크게 가공한다고 생각하면 된다.

  R (1-tan(22.5°))

 예) 0.8R일 경우 0.47mm, 0.4R일 경우 0.23mm

일반적으로 공구 인선 반경이 0.8R일 경우 0.5mm, 0.4R일 경우 0.25mm 만큼씩 도면상에 지정된 면취값보다 크게 가공한다고 생각하면 쉽다.

3) 테이퍼 가공시 인선 반경 보정

테이퍼 가공시도 면취시와 유사한 방법으로 인선 반경 보정값을 계산해 주면 된다.

그림으로 그려보면 쉽게 계산이 가능하므로 자세한 설명은 생략한다 (추후 그림과 설명 추가 예정).

정밀한 테이퍼는 기계에서 직접 측정이 어려우며, 일반적으로 테이퍼 게이지를 사용해 측정한다.

보통 각도는 접촉률로, 크기는 게이지 라인 위치로 검증을 하게 된다.

일반적으로, 접촉률이 안 맞을 경우 쉽게 보정을 할 수 있도록 테이퍼 가공 시작점과 끝점의 공구 옾셋(Offset)을 각각 다르게 하는 방법을 사용한다.

NC 프로그램은 그대로 두고, 공구 옾셋만 수정하면 되므로 쉽게 보정이 가능하다.

4) 공구 인선 반경 보정 준비 기능 사용시

원호와 테이퍼가 복잡하게 연결되어 있거나, 점좌표로 계속 이어지는 자유 곡선을 따라 가공하는 경우 등 복잡한 형상의 부품 가공을 위해서는 공구 인선 반경 보정 준비 기능을 이용하는 것이 편리하다.

도면상의 위치 좌표값을 이용해 바로 NC 프로그램을 작성할 수 있는 장점이 있다.

물론 손으로 계산할 수도 있지만 시간이 많이 걸리고 실수할 우려도 많다.

인선 반경 보정 기능을 사용하기 위해서는, NC 장치가 현 가공 진행 중인 블록 뒤의 몇 블록 정보를 미리 읽고 보정할 값의 계산을 할 수 있어야 된다(Buffer 메모리).

그러나, 보통 미리 읽고 계산하는 블록수에는 한계가 있어, 자유 곡선 등의 경우는 공구와 공작물 간섭으로 파먹는 현상(Overcut)이 발생할 수 있으며, 이의 검증을 위해서는 CAM 시스템 사용이 가장 유리하다고 할 수 있다.

공구 인선 반경 보정 준비 기능을 이용하기 위해서는 기본적으로 NC 장치에 공구 이동 방향 기준으로 공구가 어느쪽에 있는지, 가상 공구 인선 위치는 어느 방향으로 되어 있는지를 알려 주어야 된다.

(가공 경로 기준 공구 위치 지정)

G 코드	공구 위치	비고
G41	가공 경로의 왼쪽	오른손 좌표계 기준
G42	가공 경로의 오른쪽
G40	공구 인선 반경 보정 취소

 비고) 보통, 외경은 "G42", 단면과 내경은 "G41"을 사용한다고 생각하면 됨

(가상 공구 인선 방향 지정)

NC 장치에 따라 약간 다를 수 있으므로 각 NC 장치 설명서를 참조한다.

일반적으로 공구 인선 위치를 기준으로 아래와 같이 지정해 사용한다.

1사분면	2사분면	3사분면	4사분면	Z"+"방향	X"+"방향	Z"-"방향	X"-"방향
1	4	3	2	5	6	7	8

비고) 보통 공구 옾셋과 같이 입력

(적용 예) 위의 원호 가공 예제 프로그램을 인선 반경 보정 기능을 이용해 작성

      G01 X30.0 F0.25           : 단면 정삭(인선 반경 보정 기능 미적용)

            X-1.6 F0.15           : 인서트 파손 방지 위해 이송률 줄임, 인선 반경만큼 더 가공

      G00 G42 X98.0 Z0.5      : 인선 반경 보정 기능은 보통 공구 이동과 같이 명령

      G01 Z0 F0.2                 : 원호 가공 시작점으로 이동

      G03 X100.0 Z-1.0 R1.0  : 도면 칫수 기준 1.0R로 원호 가공

      G01 Z-48.0 F0.25         : 도면 칫수 기준 이동

      G02 U4.0 W-2.0 R2.0    : 도면 칫수 기준 2R로 원호 가공

      G01 X148.0

            X151.0 W-1.5         : C1 면취

     G00 G40 X200.0 Z300.0 T0100 M09 : 인선 반경 보정과 공구 옾셋 취소하며 가공 시작점 이동

2.3.7 공구 OFFSET 개념과 활용

NC 프로그램 작성시 미리 각 공구의 위치를 정확하게 알기는 어려우며, 설혹 알 수가 있다고 하더라도 그 위치를 기준으로 NC 프로그램을 작성하는 것은 아주 비효율적이다.

예를 들어, 그런 방법으로 NC 프로그램을 작성한다면, 가공중에 단순히 드릴 하나만을 교체하더라도 다시 프로그램을 수정해 주어야 된다.

그런 불편함을 해소하기 위해, 공구 Offset이라는 개념을 도입해 사용한다.

즉, NC 프로그램 작성시는 모든 공구가 동일한 위치에 있다고 가정한 상태에서 작성하고, 실지 공구 위치가 차이나는 부분은 NC 장치에 따로 입력해 NC 장치가 이를 보정할 수 있도록 한다.

보통 기준 공구에 대한 각 공구 위치 차이값을 공구 옾셋값으로 지정해 사용한다.

즉, X축, Z축 방향으로 각각 얼마만큼 이동해야 기준 공구와 동일한 위치가 되는지를 측정하고 그 값을 공구 옾셋값으로 NC 장치에 등록한다.

기준 공구는 어떤 공구가 되어도 관계없지만 일반적으로 1번 외경 공구를 기준으로 한다.

NC 장치에 따라 약간 다른 방법을 사용하기도 하지만 기본적인 개념은 같다.

공구 한 개에 여러개의 공구 옾셋을 사용할 수 있으며, 이 기능을 적절하게 활용하면 실지 현장에서 아주 유용하게 사용할 수 있는 경우가 많다.

1) 가늘고 긴 공작물

심압대를 이용한 가늘고 긴 공작물의 센터 작업시는 가공시의 배분력으로 인한 공작물 변형으로 가운데 부분이 두꺼워지게 된다.

가공을 해보지 않은 상태에서 미리 두꺼워지는 정도를 정확하게 알 수 있으면, NC 프로그램 작성시 그 값을 반영해 부품이 일정한 치수로 가공되도록 경사지게 공구 경로를 만들어 주면 된다.

그러나 사전에 변형 정도를 예측은 할 수 있지만 정확한 값은 알기가 어렵고, 공구나 절삭 조건 등에 따라서도 바뀔 수 있으므로, NC 프로그램에 바로 반영하기는 어렵다.

이 경우 공구 옾셋 기능을 활용하면 쉽게 해결이 가능하다.

즉, 아래와 같은 방법으로 공구 옾셋 기능을 적용한다.

- 외경 정삭 가공 공구 이동 명령을 시작부에서 중간부, 중간부에서 끝지점으로 분리

- 분리된 첫 번째 공구 이동 명령에 추가로 별도 공구 옾셋을 지정

- 두 번째 공구 이동 명령에서 다시 원래 공구 옾셋을 지정

(적용 예) 외경부 지름 25mm, 가공 길이 500mm 인 공작물

              - 3번 공구(DNMG 0.4R 인서트)로 정삭 가공

              - 공구 옾셋 번호는 03번과 11번 두 개 사용

  N001 G50 T0300 S3500

          G96 S120 M03

          G00 X26.0 Z0.5 T0303 M08

          G01 X25.0 F0.25

                Z-250.0 T0311                 : 11번 공구 옾셋으로 변형량 보정

                Z-500.0 T0303                 : 다시 원래의 3번 공구 옾셋으로 복귀

                U1.0 M09

          G00 X200.0 Z0 T0300 M05

          M01

시제 가공(Test Cutting) 시 처음에 3번과 11번 공구 옾셋값을 동일하게 입력한 상태에서 일단 가공해본 후 외경을 측정하고 보정해준다.

예를 들어, 가운데 부분이 0.25 mm 두꺼운 상태라면 11번 공구 옾셋에 등록되어 있는 "X" 방향 옾셋값을 0.25만큼 빼주면 된다.

경우에 따라, 공작물이 아주 길 경우 공구 옾셋을 두곳 이상 지정할 수도 있다.

2) 홈 가공

V 풀리 홈 등 크고 깊은 홈 가공시는 보통 본체에 초경 팁을 은납땜(Silber Brazing)으로 붙인 공구를 사용한다.

총형 공구가 아닌 초경 팁을 붙인 일반 홈 가공 공구는 보통 재연마 사용 등으로 칫수가 일정하지 않은 경우가 많다.

NC 프로그램 작성시 사전에 정확한 치수를 측정한 후 작성을 할 수도 있지만, 공구가 바뀌면 또 다시 프로그램을 수정해야하는 불편함이 있다.

이 경우도 마찬가지로 공구 옾셋 기능을 활용하면 쉽게 해결이 가능하다.

보통, 공구 옾셋은 홈 폭이 넓을 경우 왼쪽 모서리, 중앙부, 오른쪽 모서리의 3개를 사용하고, 좁을 경우에는 왼쪽과 오른쪽 모서리 두 개만 사용하면 된다.

(적용 예) 외경부 지름 50mm, 앞 단면에서 홈 시작부까지 거리 7mm, 홈 폭 5mm, 깊이 2.5mm

              - 5번 공구로 홈 가공

              - 공구 옾셋 번호는 05번(왼쪽), 12번(중앙), 15번(오른쪽) 세개 사용

  N003 G50 T0500 S3500

          G97 S500 M03                           : 절삭 속도 약 80 m/min 로 정회전

          G00 X51.0 Z-8.5 T0512  M08      : 가운데 공구 옾셋 기준 가공 시작 위치 이동

          G01 X45.2 F0.15                        : 정삭여유 0.1mm 남기고 황삭

                X51.0 F5.0                          : 공작물 밖으로 빠져 나옴

                Z-12.0 T0505                     : 왼쪽 공구 옾셋 기준으로 안쪽 정삭 위치 이동

                X45.2 F0.15                        : 홈 안쪽벽 정삭

                X51.0 F5.0

                Z-7.0 T0515                      : 오른쪽 공구 옾셋 기준으로 바깥쪽 정삭 위치 이동

                X45.0 F0.15                        : 홈 바깥쪽벽 정삭

                Z-12.0 T0505                    : 홈 바닥면 정삭

                X51.0 F5.0 M09

          G00 X200.0 Z100.0 T0500 M05

          M01

이 프로그램을 적용하면 홈 가공 공구가 폭이 1.7~4.9 mm 범위 내에만 있으면 모두 프로그램 수정없이 바로 사용이 가능한 장점이 있다.

3) 정밀 테이퍼(Taper) 가공

앞에서 설명한대로 보통 정밀 공차 테이퍼는 게이지를 이용한 접촉률로 측정을 하고 보정을 해주게 된다.

그러나 측정후 미세 보정을 해주기 위해서는 NC 프로그램을 수정해야되는 불편함이 있다.

이 경우도 마찬가지로 공구 옾셋 기능을 활용하면 쉽게 해결이 가능하다.

가늘고 긴 공작물의 경우와 유사하게, 테이퍼 가공 끝점에 공구 옾셋을 추가로 지정해 주는 방법을 사용하면 프로그램 수정없이 옾셋값 변경만으로바로 미세 조정이 가능하다.

4) 나사 가공 (한 공구로 두곳 이상 가공시)

동일한 나사 바이트로 두곳 이상의 나사를 가공할 경우도 마찬가지로 각 나사 가공 부위의 공구 옾셋을 따로 지정해 사용하는 것이 편리하다.

나사 가공도 나사 게이지를 이용해 끼워보고 보정을 해주게 되는데, 나사 규격 등에 따라 보정해주는 정도가 다를 수 있으므로 공구 옾셋을 따로 적용하는 것이 편리하다.

2.3.8 가공후 절단하는 작업

폭이 좁고 얇거나, 크기가 아주 작은 공작물은 척에 물리기도 어렵고, 유압척 척킹 압력에 의한 변형도 문제가 되는 경우가 많다.

가공 수량이 많으면 바 피더를 적용해 가공후 절단하도록 하는게 유리하지만, 가공 수량이 많지 않고 소재가 균일하지 않을 경우 적용이 어렵다.

이럴 경우, 손으로 계속 소재를 일정 길이만큼씩 꺼내주도록 해야되는데, 정확한 양만큼 꺼내는 것은 어렵고 시간도 많이 걸린다.

이때는 기준 공구를 소재 설치 기준면에 위치시키고, 거기에 소재가 접촉할 때까지 꺼내도록 하면 어느 정도 편리하게 작업할 수 있다.

소재 낭비를 줄이기 위해서는 가능한 많은 부품을 하나의 소재로 가공할 수 있도록 하는게 좋지만 너무 무거우면 취급이 어려우므로 적당한 수준에서 결정한다.

뒤쪽 부분 면취는 외경부는 절단 공구로, 내경부는 내경 보링 공구로 가공해 주도록 한다.

내경부 면취는 크게 할 수는 없지만 삼각형 인서트를 사용하면 약 25° 정도까지 가능하다.

부품 폭 공차 유지를 위해 절단 공구는 공구 옾셋을 오른쪽 모서리 기준으로 한다.

(적용 예) 외경 80mm,내경 70mm, 폭 20mm 인 링 가공

               - 소재는 전체 길이에 대해 먼저 35 mm로 구멍 가공이 되어 있다고 가정

  N001 G50 T0100 S3500

          G00 X75.0 Z0.5 T0101 M00

           - 단면 가공 여유 0.5 mm 남긴 위치로 기준 공구 이동후 기계 정지

           - 이 상태에서 소재를 꺼내 기준 공구에 접촉시키고 척에 물림

           - 이 작업이 끝나면 다시 사이클 스타트 단추를 눌러 가공 시작

                Z2.0                                   : 주축 회전 시작전에 "Z" 후퇴

          G96 S120 M03                           : 절삭 속도 120m/min으로 주축 정회전

          G01 X80.0 F3.0 M08                   : 외경 가공 시작 위치 이동

                Z-24.5 F0.25                       : 외경 정삭

          G00 U1.0 Z-2.0                          : 단면 가공 시작 위치 이동

          G01 X77.0 Z0                            : C1 면취

                X33.0                                 : 단면 정삭

          G00 X200.0 Z100.0 T0100 M09

                M05

                M01

         < 내경 가공 프로그램은 생략함 >

  N003 G50 T0500 S3500 : 절단 공구로 공구 교환

          G00 X81.0 Z5.0 T0505 M08        : 가공 시작 위치로 이동

          G97 S320 M03                           : 주축 정회전(절삭 속도 약 80m/min)

          G01 Z-20.2 F3.0                        : 정삭여유 0.2mm 남긴 위치로 이동(오른쪽 모서리 기준)

                X74.0 F0.1                          : 절단면 황삭

                X81.0 F3.0

                Z-18.4                               : 절단면 황삭

                X77.8 Z-20.0 F0.1               : C1 면취 (절단 공구 0.2 R 기준)

                X68.0                                 : 절단면 정삭

                X81.0 F3.0                          : 절단면 황삭

         G00 X200.0 Z100.0 T0500 M09

                M05

                M02

2.3.9 나사 가공

NC 선반에서 나사 가공을 하는 방법은 나사 바이트를 이용하는 방법과 탭을 이용하는 방법으로 구분할 수 있다.

외경 나사는 다이스를 이용할 수도 있으나, 나사 바이트로 가공하는 것이 훨씬 쉬워 NC 선반에서 다이스를 이용해 나사 가공을 하는 경우는 거의 없다.

반면에, 나사 바이트로 가공하기 어려운 작은 내경 나사를 NC 선반에서 가공할 수 있는 방법은 탭을 이용하는 방법 외에 다른 대안이 별로 없다

그러나, NC 선반에서도 탭 작업을 안정적으로 하기는 어렵고, 반드시 해야 될 경우에는 부동 홀더(Floating Holder)를 사용해야 된다.

여기서는 나사 바이트를 이용한 나사 가공에 대해서만 설명하기로 한다.

1) 일반 나사

나사를 한번에 최종 칫수까지 가공하는 것은 어려우므로, 보통 여러번에 나누어 가공하게 된다.

매회 가공시 절삭 면적을 일정하게 하는 것이 필요하며, 이를 위해서는 점차 절삭 깊이를 줄여나가야 된다.

절삭 면적은 절입 깊이의 제곱에 비례하므로, 실지 절입 깊이를 계산을 해서 구할 수도 있으나 보통은 약간씩 줄여나가도 크게 무리는 없다.

나사 규격에 따라 약간 다르지만, 절입 깊이는 보통 처음에 약 0.4mm(직경으로는 0.8mm) 이내, 최소 절입 깊이 약 0.05mm(직경으로는 0.1mm) 정도로 한다.

나사 칫수가 균일하도록 하기 위해서는, 최종 칫수에서 절삭 깊이를 "영"으로 한 상태에서 한번 정도 더 가공해 주는 것이 좋다.

보통, 나사 가공 프로그램 작성시는 프로그램 길이를 줄이기 위해 고정 사이클 기능을 많이 활용한다.

NC 장치에 따라 차이가 있지만, 일반적으로 단일형(보통 Canned 사이클이라고도 함)과 복합형 고정 사이클로 구분된다.

복합형 고정 사이클의 경우는 처음과 최소 절입 깊이를 지정해 주면, NC 장치가 나머지 부분을 계산해 나사 가공 작업을 수행한다.

하지만 전체 가공 횟수를 미리 알기가 어렵고, 나사 수정 작업을 할 경우 처음부터 다시 반복해야 되는 불편함이 있다.

필자의 생각으로는 약간 프로그램이 길어지지만, 단일형 고정 사이클이 좀 더 사용하기 편리하다.

여기서도 단일형 고정 사이클을 사용한 프로그램 작성 예만 설명하기로 한다.

나사 가공시는 수정을 위한 재작업을 해야 되는 경우가 자주 발생한다.

보통, 처음 가공 시작시나 인서트 교체시, 나사 게이지 등을 이용한 검사에서 합격이 될 때까지, 공구 옾셋값을 약간씩 변경해가며 나사 가공을 계속 반복하게 되는데, 이 경우 처음부터 끝까지 전체를 반복하는 것은 낭비라고 할 수 있으므로, 나사 가공 공정을 중간에서 분리해 두고, 뒷부분만을 반복하도록 하는 것이 유리하다.

(적용 예) M20 x P2 나사, 나사부 길이 20mm

             - 공구 옾셋은 나사 인서트 중앙부 기준

  N005 G50 T0500 S3500

          G00 X24.0 Z5.0 T0505 M08        : 가공 시작 위치로 이동

          G97 S1200 M03                        : 주축 정회전(절삭 속도 약 80m/min)

          G92 X19.3 Z-22.0 F2.0              : 나사 가공 (깊이 0.35mm)

                X18.8                                : 나사 가공 (깊이 0.25mm)

                X18.4                                : 나사 가공 (깊이 0.20mm)

                X18.1                                : 나사 가공 (깊이 0.15mm)

                X17.9                                : 나사 가공 (깊이 0.10mm)

  N015 G00 X24.0 Z5.0 T0505 M08        : 나사 수정시 반복할 부분 시작 블록

                                                       - 일련번호를 붙여 수정 작업시 바로 찾을 수 있도록 함

          G97 S1200 M03

          G92 X17.8 Z-22.0 F2.0              : 나사 가공 (깊이 0.05mm)

                X17.7                                : 나사 가공 (깊이 0.05mm)

                X17.62                              : 최종 칫수 가공

         G00 X200.0 Z100.0 T0500 M09

                M05

                M02

2) 여러줄 나사

보통 여러줄 나사는 나사 가공 시작점 위치를 변경하는 방법으로 가공한다.

즉, 첫줄 나사 가공후 나사의 피치(Pitch)만큼 떨어진 위치에서 두 번째 줄 나사 가공을 하는 식으로 가공한다.

예) 리드가 3mm인 2줄 나사 가공시 (피치는 1.5 mm가 됨 : 3 나누기 2)

   - 첫 번째 줄 나사 가공시 시작점이 "X25.0 Z5.0" 이었다면,

   - 두 번째 줄 나사 가공시 시작점은 "X25.0 Z6.5" 로 한다.

일부 NC 장치의 경우는 시작점 위치는 동일하게 하고, 주축이 특정 위치에서 일정 각도만큼 회전했을 때 공구가 움직이기 시작하도록 하는 방법을 사용한다.

예) 2줄나사일 경우 180°, 3줄나사일 경우 120° 등

3) 왼나사

왼나사는 안쪽에서 바깥쪽으로 빠져 나오는 형태로 가공한다.

이 경우, 반드시 나사 시작부에 홈 가공이 되어 있어야 한다.

NC 프로그램 작성은 일반 나사와 가공 방향만 다르고 나머지는 동일하므로 예는 생략한다.

4) 기타

기타 주로 동력 전달용으로 사용되는 사각 나사나 사다리꼴 나사, 또는 관용 테이퍼 나사 등에 대한 프로그램 작성은 앞에서 설명한 내용과 유사하므로 생략한다.

2.3.10 드릴 가공

선삭 가공에서는 회전하지 않는 드릴로 회전하는 공작물에 구멍 가공을 하게 되므로, 공구가 회전하는 MCT 등의 장비에서 가공한 드릴 구멍에 비해 진직도 등 가공 정도가 좋지 않을 가능성이 더 크다.

예를 들면, 드릴이 약간 휘어 있거나, 드릴 고정 상태가 별로 좋지 않을 경우, 드릴이 회전하면 육안으로도 확인이 가능해 바로 공구를 교체하지만, 공구가 회전하지 않는 선삭에서는 확인이 어려워 그대로 사용하게 되는 경우가 많다.

또한, 장비 정도나 공구 옾셋 설정 정확도 문제 등으로 공작물 회전 중심선과 공구 중심선이 정확히 일치하지 않을 가능성도 있다.

NC 선반에서는 공차가 요구되는 구멍을 가공할 경우, 드릴 가공 후 내경 보링 작업으로 정삭 가공을 하는 것이 일반적이다.

보통 내경이 10 mm 보다 크면 내경 보링바로 가공하고, 그보다 작은 내경은 엔드밀을 이용하여 내경 가공을 한다.

직경이 작은 드릴이나 길이가 긴 드릴 사용시, 또는 위치 공차 등이 요구되는 정밀 구멍 가공시는 드릴의 편심 방지를 위한 센터 가공을 해주는 것이 좋다.

특히, 직경 12mm 이하 드릴은 센터 드릴 가공 후에 드릴 가공을 하는 것이 좋다.

드릴 가공시 구멍 깊이가 직경의 3배를 넘는 부근부터 급격히 공구 수명이 짧아진다.

따라서, 깊은 구멍 가공시는 스텝 가공(일정 깊이 가공 후 공구를 구멍 밖으로 꺼내 칩 배출과 절삭유 공급 후 다시 가공 반복)으로 공구 수명을 연장시킬 수 있도록 한다.

직경 20mm 이상인 구멍 가공시는 초경 인서트를 사용한 드릴 사용을 검토해 볼 필요가 있다.

고속도강 드릴의 경우 철계 재료 가공시 절삭 속도를 25m/min 이상으로 하기 어렵지만, 초경 인서트 드릴은 100m/min 정도까지 절삭 속도를 올릴 수 있어 생산성을 많이 향상시킬 수 있다.

드릴 가공시 이송률은 보통 0.3 mm/rev를 기준으로 하고 피삭재 재질이나, 드릴 직경에 따라 약간씩 조절한다.

2.3.11 고정 사이클

보통, 고정 사이클은 NC 프로그램 작성 시간을 줄이고, 프로그램 길이를 짧게 하기 위한 목적으로 사용한다.

프로그램이 단순해지는 장점은 있으나, 프로그램 작성자가 의도하는 바와 약간 다르게 공구 경로가 만들어질 수 있으며, 가공 시간도 약간 증가하는 경우가 있다.

필자의 의견으로는 조금만 익숙해지면 프로그램 작성 시간은 그리 문제가 되지 않으므로, 나사 가공 단일형 고정 사이클("G92") 외에는 별로 유용성이 없다고 생각된다

고정 사이클은 크게 단일형과 복합형으로 구분할 수 있다.

단일형은 Canned Cycle이라고도 하며, 1회의 가공 공구 경로만 생성이 된다.

즉, 1회 가공후 처음 출발했던 위치로 공구가 복귀한다.

반면에, 복합형은 절삭 깊이, 최종 정삭 치수 등을 지정해 주면 해당 구간 전체 가공을 위한 공구 경로가 생성이 된다.

고정 사이클은 NC 장치에 따라 약간씩 차이가 있으므로, 해당 NC 장치 설명서를 자세히 검토한 후 사용해야 된다.

여기서는 자세한 설명은 생략하기로 한다.

2.3.12 기타

1) 날카로운 모서리 제거

"면취하지 말 것" 등의 주기가 도면상에 따로 지정되어 있지 않은 모든 모서리는 도면에 별다른 지시가 없어도 반드시 면취나 라운딩 처리를 한다.

날카로운 모서리가 있는 부품은 취급이 어렵고, 안전 사고의 위험도 있다.

2) 중간 공차 적용

NC 프로그램 작성시는 중간 공차를 적용하고 누적 공차가 생기지 않는지 사전에 전체 칫수를 검토할 필요가 있다.

NC 공정도를 작성할 경우에는 반드시 중간 공차로 계산한 값을 기록해 준다.

현장에서 작업자가 측정을 위해 계산을 하도록 할 경우, 실수할 우려가 있으며 가동률에도 영향을 미칠 수 있다.

3) 가공 수량이 많을 경우 황삭과 정삭 공정 분리

가공 수량이 많을 경우, 공구 마모로 인한 치수 변화를 줄일 수 있도록, 황삭과 정삭 공정을 분리해 정삭 공구는 정삭 가공만 수행하도록 한다.