머시닝 가공은 재료의 가공을 프로그램을 토대로 자동으로 실시하는 가공으로 이러한 가공이 가능한 기계를 머시닝 센터라고 합니다. 이번에는 머시닝 센터를 이용한 머시닝 가공의 특징과 가공 공정 등을 소개합니다. 
목차
머시닝 가공이란?
머시닝 가공은 머시닝 센터라는 가공 기계를 이용한 절삭 가공의 일종입니다. 입력된 프로그램이나 3D 도면의 형상을 바탕으로 자동으로 커터의 위치를 컨트롤합니다. 또한 공구를 자동으로 교환하기 때문에 가공마다 설비를 구분하여 사용하거나 툴을 교환할 필요가 없이 복잡한 형상을 보다 빠르게 가공할 수 있습니다. 기존에는 많은 설비를 사용하던 가공을 보다 적은 설비로 가공할 수 있도록 하고 기존 설비로는 가공하기 어려웠던 형상을 가공할 수 있도록 하는 등의 장점이 있습니다.
머시닝 가공에서 사용되는 머시닝 센터의 특징
머시닝 가공에서는 절삭 공구를 고속으로 회전시켜 재료를 깎아내거나 목적의 형상으로 만듭니다. 밀링 가공의 일종으로 생각할 수도 있습니다. 가공 프로그램(NC 프로그램)을 설정하여 자동 가공할 수 있다는 점과 여러 공구를 자동으로 교환할 수 있다는 점이 큰 특징입니다. 사전에 설정된 프로그램에 따라 가공하려는 재질이나 조건에 대응한 커터로 자동 교환하여 표면을 깎거나 홈을 파거나 홀을 가공할 수 있습니다. 머시닝 가공과 마찬가지로 밀링 가공을 하는 설비로 범용 밀링 머신과 NC 밀링 머신이 있습니다. 이들과 머시닝 가공을 비교하면 범용 밀링 머신은 자동 교환 기능이나 프로그램을 설정한 자동 가공이 불가능하고 NC 밀링 머신은 자동 가공은 가능하지만 공구를 자동 교환할 수 없습니다.
| 설비 종류 | 프로그램 가공 | 공구 자동 교환 |
|---|---|---|
| 머시닝 센터 | 〇 | 〇 |
| NC 밀링 머신 | 〇 | × |
| 범용 밀링 머신 | × | × |
머시닝 센터의 종류
머시닝 가공에서 사용되는 머시닝 센터는 다음과 같은 4종류로 나눌 수 있습니다.
- 수직형 머시닝 센터
- 수평형 머시닝 센터
- 문형 머시닝 센터
- 5축 머시닝 센터
여기에서는 수직형 머시닝 센터·수평형 머시닝 센터·문형 머시닝 센터의 특징을 소개하고 다음 장에서 5축 머시닝 센터를 설명합니다.
수직형 머시닝 센터
수직형 머시닝 센터는 커터가 설비의 접지면에 수직 방향으로 붙어 있어 재료를 위에서 가공합니다. 커터를 장착한 회전축이 세로, 가로, 높이 방향으로 움직이므로 머시닝 가공하는 모습을 위에서 확인하면서 가공할 수 있습니다. 수평형에 비하면 콤팩트하고 좁은 설치 공간에서도 도입 가능합니다. 널리 도입된 타입이지만 가공 시 발생하는 칩을 밖으로 배출하기 어려워 칩을 원인으로 한 문제가 발생하기 쉽습니다. 대량 생산보다 다품종 소량 생산 더 적합합니다.
수평형 머시닝 센터
커터를 장착한 회전축이 수평으로 붙어 있어 재료를 옆에서 가공하는 타입입니다. 가공 시 발생하는 칩이 아래로 떨어져 수직형 머시닝 센터에 비해 칩이 원인인 문제가 잘 발생하지 않는 것이 특징입니다. 또한 설비에 따라 부품을 자동으로 반송할 수 있는 장치를 추가할 수도 있습니다. 따라서 연속적으로 재료를 가공할 수 있어 같은 물건을 대량으로 생산하려는 경우에 적합합니다.
문형 머시닝 센터
문형 머시닝 센터도 수직형 머시닝 센터와 마찬가지로 커터가 수직으로 되어 있는 머시닝 센터입니다. 그러나 수직형 머시닝 센터는 커터의 회전축이 한쪽인데 반해 문형 머시닝 센터에서는 공작물을 걸쳐 넘듯이 배치된 2개의 기둥으로 양쪽에서 지지되는 「문형」으로 되어 있습니다. 수 미터가 넘는 대형 부품을 가공할 수 있는 것이 특징이지만 머시닝 센터 자체가 대단히 커집니다.
5축 가공기(5축 머시닝 센터)
5축 가공기(5축 머시닝 센터)는 절삭 가공 기술 중에서도 최신 기계로 세로 방향, 가로 방향, 높이 방향의 축 외에 또 다른 2방향의 회전축을 가진 머시닝 센터입니다. 수직형이나 수평형 머시닝 센터에서는 작업자가 수동으로 재료를 회전시켜 다시 위치 결정해야 하는 가공에서도 5축 머시닝 센터라면 작업자의 손이 가지 않고 자동으로 회전시켜 위치 결정 가능합니다. 또한 설정 교체를 위해 설비를 멈추는 일도 없으므로 연속적으로 가공할 수 있습니다. 대부분은 수직형이지만 문형 머시닝 센터 중에도 헤드를 회전시켜 5축 가공이 가능한 것도 있어 항공기 부품 등의 제조 현장에서 활약하고 있습니다. 가공 효율의 향상이나 설정 교체의 오차를 저감할 수 있어 품질도 향상됩니다. 한편 기계 자체가 고가이고 가공비가 비교적 비싸지는 점이나 중절삭이 어렵고 1대로 모든 공정을 완결하는 경우가 적다는 점을 단점으로 들 수 있습니다. 또한 회전을 포함한 가공 프로그램의 작성 난이도가 높은 점도 가공기 도입의 장애가 되고 있습니다.
머시닝 가공 순서
머시닝 센터를 사용하여 가공하는 경우 다음과 같은 순서로 진행됩니다.
- 가공 프로그램의 작성과 로딩 재료를 원하는 대로 가공하기 위해 머시닝 센터를 어떻게 움직이면 좋을지 지시하는 프로그램을 작성해야 합니다. 이것은 제품 도면이나 3D 데이터를 참고하여 만들지만 형태만이 아닌 깎는 방향이나 깎을 때의 경로, 커터를 움직이는 속도 등을 지시합니다. 프로그램이 작성되면 머시닝 센터로 로딩합니다.
- 재료와 커터의 세트(설정) 가공하려는 재료와 사용할 커터를 머시닝 센터에 세트합니다. 이 때 재료나 커터가 적절한 위치에 세트되지 않으면 원하는 정밀도대로 가공할 수 없게 되므로 확실한 위치 맞춤이 필요합니다.
- 재료의 가공(프로그램 실행) 준비되면 재료의 가공입니다. 설정한 프로그램대로 머시닝 가공이 진행되지만 원하는 대로 가공되고 있는지 확인해야 합니다. 절삭 순서는 대략적 형상을 깎아내는 거칠게 깎기, 원하는 대로 치수와 형상을 만드는 마감 가공이라는 순서로 실시됩니다. 가공이 끝나면 원하는 대로의 형상, 정밀도로 되었는지 확인해 봅시다.
머시닝 가공의 대표적인 재료
머시닝 가공에서는 일반적으로 철, 동, 알루미늄 등의 금속이나 이를 이용한 합금을 사용하는 경우가 많습니다. 재료를 깎으면서 가공하고 있어 칩이 많이 발생하므로 금, 은 등의 고가 소재를 가공하는데 적합하지 않습니다. 또한 커터의 종류나 가공 시의 조건이 갖추어지면 유리나 수지, 세라믹 등 취성 높은 재료로도 가공할 수 있습니다.
머시닝 가공 시 주의점
머시닝 센터를 이용한 가공에서는 설계 단계에서 가공 순서를 고려한 설계를 하는 것이 중요합니다. 가공하는 순서나 완성 형상의 모따기 등 모서리를 처리하는 방법에 따라 품질, 제조 시간, 비용이 크게 바뀝니다. 구체적으로는 깎는 깊이를 되도록 얕게 한다, 양쪽에서 가공할 수 있도록 한다 등의 연구가 필요합니다. 깊은 형상을 파려고 하면 커터가 안정되지 않고 정밀도 악화로 이어질 수 있습니다. 또한 가공할 홀의 측면이 엣지로 된 상태에서는 홀 바닥에 R이 필요했거나 측면과 바닥 모두 엣지로 된 것은 가공이 어렵거나 합니다.
정리
머시닝 가공이란 머시닝 센터를 이용한 가공입니다. 머시닝 가공에서는 프로그램을 설정하여 자동으로 커터를 교환하면서 가공을 진행하여 단시간에 품질이 좋은 제품을 제조할 수 있습니다. 머시닝 가공을 채택할 때는 설계 단계부터 가공의 절차나 순서를 고려하여 설계하는 것이 매우 중요합니다. 한국미스미 meviy에서는 스틸이나 알루미늄, 스테인리스재의 머시닝 가공을 할 수 있습니다. 지금 바로 3D CAD 데이터를 meviy에 업로드하여 견적해 보세요.
