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CloudNC의 주요 목표는 가능한 한 정밀 부품 CNC 제조 프로세스를 간소화하는 것입니다. 여기에는 공작 기계 표준화부터 획기적인 AI 기술을 사용하여 공작 기계 경로를 생성하는 것, 그리고 그 사이의 모든 것까지 포함됩니다.
제조 공정을 최적화할 수 있는 중요한 영역 중 하나는 가공 방법론, 즉 부품을 잡는 방향, 작업 횟수, 재료 제거 순서 등입니다.
5축 CNC 기계를 사용하여 한 번의 제조 작업으로 부품을 분리하는 방법을 설계하는 것은 최소한의 리드 타임 내에 고객에게 부품을 공급하는 가장 비용 효율적인 방법 중 하나가 될 수 있습니다. 이 방법을 사용하면 기공사는 적어도 대부분의 경우 부품 정확도를 향상시키면서 설정 시간과 불량품을 줄일 수 있습니다. 가공의 모든 분야와 마찬가지로 예외도 있습니다!
그렇다면 왜 한 번의 작업으로 공작물을 분리하는 것을 고려해야 할까요?
- CAM 리드 타임 단축 - 픽스처가 필요하지 않으므로 CAD 설계 및 CNC 제조 리드 타임이 단축됩니다. 일부 부품에는 복잡한 자유형 형상이 포함되어 있어 두 번째 작업을 위한 홀딩이 어려울 수 있으므로 픽스처의 필요성이 줄어드는 또 다른 이점이 있습니다.
- 기계 설정 시간 단축 - 빌릿은 5축 기계에서 바이스에 고정되며, 3+2 작업의 경우 모든 소재가 제거될 때까지 전체 공작물이 탭으로만 고정되므로 작업을 진행하기 위해 기계의 공작물 고정 설정을 변경할 필요가 없습니다.
- 공작물 폐기 위험 감소 - 가공 작업을 진행할 필요가 없으므로 기계 설정 오류, 즉 데이텀 및 공구 설정의 위험이 자동으로 줄어들어 공작물 폐기 위험이 감소합니다.
- 품질에 소요되는 시간 단축 - 한 번의 작업으로 부품이 완성되면 부품을 한 번만 최종 확인하면 되므로 여러 단계의 확인이 필요하지 않습니다.
- 부품 정확도 향상 - 한 번의 작업으로 부품을 가공할 때 모든 기하학적 피처는 서로를 기준으로 가공됩니다(즉, 서로 다른 설정 간에 완료되지 않음). 기계 운동학을 보정하면 중요한 부품 피처 간의 위치 정확도를 향상시킬 수 있습니다. 여기서 한 가지 주의할 점은 가공 과정에서 재료가 왜곡될 가능성이 있다는 것입니다.
그렇다면 이 브레이크아웃 제조 공정은 언제 사용해야 할까요?
우선, 이 공정은 전적으로 부품에 따라 다르므로 부품의 한쪽 면에 다른 특징이 없는 면, 즉 '예비' 면만 있는 것이 중요합니다.
3+2 방향의 부품에 예비 면이 하나 있는 경우, 3+2 인덱싱을 사용하여 가공할 때 부품의 나머지 모든 피처에 접근할 수 있는 방향으로 부품을 잡을 수 있어야 하며, 그 반대의 경우는 피할 수 있어야 합니다. 한 번의 작업으로 가공할 수 없는 부품도 있다는 사실을 잊지 마세요.
단일 작업 브레이크아웃 방식은 최소한의 처리 시간 내에 기계에서 부품을 실행한 다음 고객에게 배송하는 것이 목표이므로 프로토타입/소량 생산에 이상적입니다.
이를 위해 5축 기계의 표준 기계 데이텀과 표준 바이스 설정을 활용하며, 이 설정은 CAM 소프트웨어에서 기본적으로 모델링됩니다. 그런 다음
- 부품 모델 가져오기
- 탭 지오메트리 만들기(최대 1시간이 소요될 수 있는 작업)
- 단일 작업 프로그래밍(가능한 경우 표준 툴링 활용)
- 5축 기계에서 프로그램을 실행하여 한 번의 작업으로 공작물을 완성합니다.
여기서 효율성은 단일 프로세스 단계에서 비롯됩니다:
- 디자인
- 프로그램
- 머신
- 품질 보증 확인.
예를 들어 두 번의 작업과 하나의 픽스처로 동일한 부품을 만들려면 이러한 공정 단계를 최소 세 번 이상 반복해야 하므로 부품 제조에 걸리는 리드 타임이 세 배로 늘어납니다.
그렇다면 언제 한 번의 작업으로 부품을 분리하지 않아야 할까요?
여기서 분명한 대답은 모든 면에 피처가 있어 한 번의 가공 작업으로 완료할 수 없는 부품이 있을 때입니다. 이 외에도 고려해야 할 몇 가지 다른 사항이 있습니다...
작업 중 부품을 분리할 때 직면하게 되는 가장 큰 장애물 중 하나는 부품이 일단 분리되면 "얻을 수 있는 것을 얻었습니다!"라는 말처럼 재료의 왜곡입니다.
즉, 평탄도/위치 공차가 엄격한 부품은 소재가 뒤틀릴 가능성이 있는 경우 영향을 받을 수 있습니다. 제 경험상 이러한 제한이 0.1mm보다 엄격하다면 브레이크아웃 공정이 최선의 방법이 아닐 수 있습니다. 반대로 부품이 더 큰 경우(예: 두 개의 바이스에 걸쳐 고정해야 하는 경우) 왜곡의 영향이 증폭되므로 훨씬 더 넉넉한 제한이 필요할 수 있습니다.
소재 왜곡이 걱정되지만 한 번의 작업으로 파트를 분리하려는 경우, 먼저 빌렛에서 피복을 벗겨내고 기계 정지(M00)를 추가하여 마무리하기 전에 해제했다가 다시 닙핑하는 등의 예방 조치를 취할 수 있습니다.
그러나 이는 예방 조치일 뿐이며 파트가 브레이크아웃 시 뒤틀림이 발생하지 않는다는 보장은 없다는 점을 이해해야 합니다. 재료 왜곡이 실제로 우려되는 경우, 마무리 작업 전에 부품의 응력을 완화할 수 있는 다중 작업 가공 방법을 고수하는 것이 좋습니다.
단일 작업 브레이크아웃 방식이 대량 생산에 이상적인가요?
짧은 대답 - 아니요! 여기에는 크게 두 가지 이유가 있습니다:
1) 한 번의 작업으로 부품을 분리하도록 설계하는 모든 방법은 부품의 한쪽 면을 손으로 연마해야 하거나 한쪽 가장자리를 손으로 디버링해야 하는 경우(경우에 따라 둘 다)가 남습니다.
대량 생산 시에는 공정 효율성과 부품 품질을 유지하기 위해 수작업으로 디버링하거나 수작업으로 연마하는 것을 피해야 합니다. 부품은 100% 기계로 마감하고 디버링해야 합니다. 기술적으로는 기계에서 마무리하고 나머지 면은 두 번째 작업에서 디버링할 수 있지만, 저 같은 경우에는 한 번의 작업으로 부품을 스냅아웃하거나 그렇지 않은 경우, 즉 두 번째 작업을 설정해야 하는 경우에는 기존의 다중 작업 가공 프로세스를 고수합니다.
2) 한 번의 작업으로 부품을 스냅아웃하면 사이클 시간 효율성에 부정적인 영향을 미칠 수 있습니다. 파트의 위치/방향을 똑바로 잡고 있을 때 한 번의 작업으로 모든 피처에 접근할 수 있다는 것은 일반적으로 어느 시점에서 파트가 불안정해진다는 것을 의미합니다. 이 문제를 해결하려면 가능한 마지막 순간까지 피처를 단단하게 유지하면서 단계적으로 부품을 체계적으로 황삭하고 마무리해야 합니다.
이 '부드러운' 소재 제거 프로세스는 종종 사이클 시간을 증가시킵니다. 대량 생산 부품의 경우, 부품을 여러 개의 안전한 설정으로 고정할 수 있는 다양한 작업 사이에 부품을 가공하는 것이 더 효율적일 수 있으므로 재료 제거율이 향상되어 (작업 간) 부품의 사이클 시간을 줄일 수 있습니다.
한 번의 작업으로 파트를 분리할 때 사용할 수 있는 방법에는 두 가지 변형이 있습니다:
기존 태그 방식:
비디오: A - 삼각형 태그 형성
기존 태그는 한 번의 작업으로 부품을 기계에 고정하는 가장 일반적인 방법입니다. 각 태그는 부품의 표면 또는 서페이스에 결합됩니다.
가공 중인 부품이 휘어질 가능성이 있는 경우, 부품이 완성되어 스냅아웃할 준비가 될 때까지 다양한 방향에서 부품을 지지하기 위해 태그 디자인이 부품 외부를 둘러싼 프레임에 통합되는 경우도 있습니다.
위의 예(비디오 A)에서 부품은 상당히 단단하므로 아래쪽 면에만 태그가 있으면 충분합니다. 태그가 삼각형 형태로 배치되어 있는 것을 볼 수 있습니다. 즉, 두 개는 앞쪽에 가깝고 중앙 태그는 파트의 뒤쪽에 더 가깝게 배치되어 있습니다. 이는 두 가지 이유로 의도적으로 수행됩니다:
- 태그의 삼각형 풋프린트는 부품을 더 넓고 단단하게 고정합니다. 즉, 모든 태그가 인라인이라면 중앙 축(이 경우 Thru X)만이 충분히 지지되므로 부품이 진동에 취약할 수 있습니다.
- 아래 예(비디오 B)에서 볼 수 있듯이 삼각형 형성은 부품의 앞면과 뒷면에 있는 태그 사이에 서로 오프셋된 작은 포켓을 생성합니다. 부품의 뒷면을 정삭할 때는 기계 베드를 90도(이 경우 A축 주변)까지 인덱싱하여 엔드밀이 태그 사이에 포켓 정삭을 할 수 있으며, 공구 바닥이 면의 중심선을 지나가게 됩니다. 그런 다음 부품을 180도(이 경우 C축을 중심으로) 회전하여 반대쪽에서 이 과정을 반복합니다. 이렇게 하면 개별 태그 형상이 있는 부분만 제외하고 뒷면의 대부분을 기계로 마감할 수 있습니다.
비디오: B - 뒷면 마감을 위한 태그 사이 포켓 마감하기
참고: 포켓/태그 지오메트리를 디자인할 때 뒷면을 마감하는 데 사용할 엔드밀의 직경을 고려하세요. 포켓 너비에 따라 사용할 수 있는 엔드밀의 최대 직경이 결정되므로, 뒷면을 마감하는 데 사용하려는 엔드밀의 직경을 고려하세요.
이러한 태그를 디자인할 때 제가 선호하는 방법은 태그를 두껍게 모델링하는 것입니다(이 경우 5mm). 이렇게 하면 파트가 단단하게 고정되어 여분의 재료를 거칠게 제거할 때 재료 제거율을 높일 수 있습니다. 파트가 완전히 가공되어 스냅오프할 준비가 되면 아래 비디오 C에 나와 있는 것처럼 작은 엔드밀을 꺼내 각 태그 두께의 한 부분을 약 0.5mm로 서서히 줄입니다(최종 태그 두께는 파트의 크기, 태그의 수 등에 따라 달라질 수 있습니다...).
비디오: C - 작은 직경의 엔드밀을 사용하여 태그 두께를 줄여 끊어짐 방지
기존 태그 사용에 대한 자세한 내용은 이 동영상을 확인하세요: Jay의 팁 - 한 번의 작업으로 모든 모양 부품을 스냅아웃하는 방법
직선 가장자리 탭 방식:
비디오: D - 직선형 탭 모델(파란색)
직선 모서리 탭은 한 번의 작업으로 파트를 분리할 때 제가 선호하는 방법이지만, 파트 형상에 따라 제한이 많기 때문에 보편적이지 않습니다.
이 디자인에서는 탭이 부품의 한쪽 직선 모서리에 걸쳐 균일한 간격을 유지합니다. 이 가장자리를 따라 모따기나 반경이 없는 부품이어야 하며, 그렇지 않으면 이 방법이 작동하지 않습니다.
탭을 디자인할 때(이미지 1 참조) 주요 목표는 최종 가공 단계에서 부품을 지지할 수 있도록 탭의 간격을 올바르게 맞추는 것입니다. 탭은 수량이 많을수록 더 작거나(탭 너비 참조), 수량이 적을수록 더 클 수 있습니다. 이미지 C에 표시된 탭의 폭은 12mm이며 총 수량은 9개입니다. 각 탭은 부품 표면에서 0.25mm 돌출되어야 하며, 그 사이에 0.5mm 간격이 있어야 합니다.
이미지: 1 - 탭 디자인 예시
임계 치수(알루미늄):
- 가장자리로 0.25mm 돌출
- 가장자리로부터 0.50mm 이격 거리
직선 모서리 탭 방식에서는 재료를 제거하는 순서가 절대적으로 중요합니다. 한 번에 모든 재료를 제거하면 파트가 완성되기 전에 모든 강성이 손실되어 스크랩 파트만 남을 가능성이 높습니다.
따라서 아래 비디오 E에서 볼 수 있듯이 프로그래머는 단계적으로 해당 재료를 제거해야 합니다. 즉, 파트 아래의 틈을 비우는 것부터 시작한 다음 해당 프로파일로 거칠게 다듬고 모든 외부 기능을 마무리해야 합니다.
비디오: E - 1단계 - 파트가 여전히 단단하고 외부 마감이 완료됨
이를 달성한 후에는 강성을 재훈련하기 위해 약 5mm를 남기고 파트 아래에 남은 대부분의 여분의 재료를 제거한 다음 아래 비디오 F에 표시된 것처럼 뒷면의 더 큰 부분을 마무리합니다.
비디오: F - 2단계 - 폐기물을 5mm 두께로 줄이고 뒷면의 많은 부분을 마무리합니다.
마지막으로 마감 엔드밀을 사용하여 아래 비디오 G에 표시된 것처럼 부품의 뒷면에 인접한 0.25mm 탭으로만 부품이 고정될 때까지 Z 증분(커터 직경에 따라 0.5mm - 1.0mm 사이)을 줄여서 탭 하단에서 약 0.2mm까지 벽면 마감 처리합니다.
비디오: G - 3단계 - 감소된 Z 증분을 사용하여 공작물의 하단 가장자리를 지나 절삭하는 엔드밀 마무리
참고: 엔드밀이 파트의 하단 가장자리를 지나 단 한 번의 정삭 패스만 수행하도록 Z 증분을 균등하게 나누십시오(브레이크아웃 준비가 된 탭 사이에 간격 생성). 엔드밀이 다른 패스를 수행하면 강성이 손실되어 뒷면에 채터링이 발생할 수 있습니다.
직선 모서리 탭 사용에 대한 자세한 내용은 이 동영상을 확인하세요:Jay의 팁 - 한 번의 작업으로 파트를 스냅아웃할 때 수작업 정삭을 피하는 방법
그렇다면 단일 작업 브레이크아웃 방식을 사용할 때 더 나은 방법은 무엇일까요?
기존 태그와 직선형 탭의 장단점을 모두 고려하면 기존 태그 디자인이 가장 좋다고 결론 내리고 싶을 수 있습니다. 하지만 항상 그런 것은 아닙니다! 기존 태그는 훨씬 더 다양한 부품에 적용할 수 있지만 대부분의 경우 수작업으로 연마해야 합니다.
개인적으로 저는 모든 면이 기계로 마감된 부품을 선호하기 때문에 CNC 부품을 수작업으로 연마하는 것을 좋아하지 않습니다. 약간의 수작업 연마가 문제가 되지 않는 산업에서 일할 수도 있고, 그런 경우라면 기존 태그는 보편적이라는 점에서 확실히 살펴볼 가치가 있습니다.
이러한 수작업 연마 주의 사항으로 인해 기존 태그에서는 일반적으로 직선 모서리 탭 방법을 사용할 수 있는 경우 한 번의 작업으로 부품을 분리하여 완전히 기계로 완성된 부품을 얻을 수 있으며, 수작업 디버링이 필요한 직선 모서리 하나만 예외로 합니다. 대량 생산이 아닌 한 수작업으로 한쪽 모서리를 디버링하는 것은 문제가 되지 않는다고 생각합니다.
부품 형상이 직선 모서리 탭 방법을 허용하지 않는 경우 일반적으로 기계 디버링을 포함하여 부품을 100% 완성하기 위해 다중 작업 가공 프로세스로 기본값을 되돌립니다.
물론 이러한 부품을 프로그래밍하는 것은 또 다른 이야기입니다. 이러한 프로세스를 가속화하려면 CAM Assist AI 솔루션을 확인해 보시기 바랍니다.
두 가지 분리 방법에 대한 자세한 내용은 다음 동영상에서 확인하세요: 직선형 탭과 기존 태그 (youtube.com).
