절삭가공이 무엇인가요? 종류와 기본 정보 - 공구사이트(공구마켓, 유용한 정보)

절삭가공이란 무엇일까요? 절삭가공의 종류와 기본 정보에 대해 살펴보겠습니다. 더불어 절삭가공에 쓰이는 재료와 실제로 현장에서 쓰이는 공구에 대해서도 함께 알아보겠습니다.

절삭가공의 종류

절삭가공은 작업의 형태나 방법에 따라 다양한 종류로 구분할 수 있습니다. 구체적인 예로 다음과 같은 것들이 있습니다.

CNC (Computer Numerical Control): 컴퓨터 수치 제어 시스템을 이용하여 가공하는 방법입니다. 컴퓨터가 가공 과정의 수치 제어를 담당합니다.
선반 가공 (Turning): 공작물이 회전하는 동안 공구가 공작물의 표면을 절삭하는 방법입니다. 주로 원통형 부품의 가공에 사용됩니다. 금속 가공에서 사용하며, 원하는 형태와 치수에 맞게 가공할 수 있다는 장점이 있습니다.
밀링 가공 (Milling): 공구가 회전하며 이동하여 재료를 절삭하는 공정입니다. 평면 가공부터 복잡한 곡면 가공까지 다양한 형태의 가공이 가능합니다.
드릴링 (Drilling): 회전하는 드릴을 사용하여 재료에 구멍을 뚫는 공정입니다. 다양한 크기와 깊이의 구멍을 생성할 수 있습니다.
그라인딩 (Grinding): 연마 휠을 사용하여 재료의 표면을 연마하고 원하는 마무리를 부여하는 공정입니다. 높은 정밀도를 요구하는 부품에 주로 사용됩니다.
와이어 가공 (Wire EDM): 전기적 방전을 이용하여 재료를 절삭하는 공정입니다. 복잡한 형상을 가진 부품의 가공에 유용합니다.

그렇다면 절삭가공이란 무엇인지, 이번에는 기본 정보에 대해서 상세히 살펴보겠습니다.

절삭가공의 기본 정보

절삭가공이란?

절삭가공은 제조과정 중, 다양한 재료의 불필요한 부분을 깎거나 절단하거나 구멍을 뚫어서 원하는 형태로 가공하는 공정을 말합니다.

강(철), 서스(스테인리스) 등의 금속을 비롯해 플라스틱, 목재 같은 비금속 등 다양한 재료에 적용되며, 현대 제조 산업에서 없어서는 안 될 핵심 공정이라고 볼 수 있습니다.

재료의 표면을 절단하고 가공하는 절삭가공 공정에는 고속으로 회전하는 공구를 사용합니다. 이 과정에서 주조나 소성 가공으로는 달성하기 어려운 높은 정밀도와 품질이 요구됩니다. 또한 경제적인 측면에서 생산의 효율성 문제도 중요하게 다루어집니다.

이러한 절삭가공의 정밀도와 품질, 효율성 문제는 기술의 숙련도, 작업 환경뿐 아니라, 공구 종류의 선택과 품질에 따라서 크게 차이가 나기도 합니다.

절삭가공의 필요성

기계 부품 제작 시에는 정밀한 치수와 형상이 요구되는데, 이러한 요구를 충족시키기 위해 후속 가공으로 사용되는 것이 절삭가공 혹은 연삭가공입니다. 이를 통해 소재의 불필요한 부분을 제거하고 원하는 형상과 치수를 정밀하게 얻을 수 있기 때문에 제조과정에서 절삭가공은 반드시 필요한 과정입니다.

절삭가공의 장점

성형 가공으로 해결하기 힘든 작업 조건에서도 정밀 가공이 가능합니다.
우수한 정밀도 구현이 가능합니다.
열처리가 끝난 이후의 공작물은 상대적으로 교정이 어려운데, 이러한 교정 작업도 가능합니다.
소량 생산 시 발생되는 가공 비용의 절감 문제에도 유리한 면이 있습니다.

절삭가공의 단점

상대적으로 가공 시간의 소모가 많습니다.
절삭 작업이기 때문에 재료의 손실이 필연적으로 발생합니다.
소성 가공에 비해 노동력 등 투여되는 자원이 많습니다.

절삭가공 방식

절삭가공 방식에는 크게 두 가지가 있습니다.

전삭 가공: 공작물은 고정하고 공구가 회전하는 방식으로, 대표적인 예는 프레이즈(밀링) 가공입니다.
선삭 가공: 공작물 자체가 회전하는 방식으로, 대표적인 예는 선반 가공입니다.

전삭 가공

전삭 가공은 공구가 회전하면서 고정된 공작물을 절삭하는 방식입니다. 이 방식에서는 공구를 단속적으로 접촉시켜 공작물의 표면을 평면이나 곡면으로 가공할 수 있습니다.

1. 프레이즈 가공(밀링 가공)

프레이즈 가공은 프레이즈반(밀링 머신)이라는 절삭 공구(cutter)를 회전시켜 가공하는 방법입니다. 이 방식은 공작물 표면을 평면이나 곡면으로 가공할 수 있으며, 구멍 뚫기, 홈 깎기 등 다양한 작업이 가능합니다.

정면 프레이즈: 공작물의 표면을 평면으로 가공합니다.
엔드밀: 정밀한 모양을 가공할 때 사용합니다.
홈 프레이즈: 홈을 파는 작업에 사용됩니다.

2. 프레이즈 가공의 종류

범용 프레이즈(범용 밀링): 작업자가 수동으로 조작하여 공구의 위치, 이송, 속도, 절삭량 등을 설정합니다. 수동으로 미세한 조정이 가능하여 품질 높은 마무리를 실현합니다.
NC 프레이즈 (CNC 프레이즈): 컴퓨터로 가공 조건을 제어하여 실행하는 방식입니다. 자동으로 작업이 이루어지므로 공정 수가 줄어들고, 3D CAD/CAM 소프트웨어를 사용한 복잡한 형상의 가공도 가능합니다.
머시닝 센터: NC 제어 기능을 갖춘 공작 기계로, 여러 축에 개별 공구를 장착하여 다축으로 구성된 복합기입니다.드릴링 머신, 보링 머신, 밀링 머신을 모두 함께 제어할 수 있으며, 두 가지 이상의 작업을 동시에 할 수도 있고, 자동 공구 교환을 가능하게 하는 ATC(Automatic Tool Changer), APC(자동 부품 교환 장치)등이 부착되어 있습니다.때문에 다양한 절삭가공을 연속적으로 실행하여 복잡한 형상 가공이 가능합니다. 밀링 가공, 구멍 뚫기, 보링 작업 등의 복합 작업을 한 공정에 할 수 있다는 것이 큰 장점입니다.
NC 기어 가공기: 컴퓨터를 내장한 기어 가공기로, 다양한 형상과 용도에 맞춘 기어를 절삭 가공합니다.

선삭 가공

선삭 가공은 공작물 자체를 회전시키면서 공구를 접촉시켜 가공하는 방식입니다. 이 방식은 원통 형상의 공작물을 주로 가공하며, 다양한 형태로 절삭이 가능합니다.

1. 선반 가공

가장 대표적인 선삭 가공 방식은 선반 가공으로, 주축에 고정된 공구로 원통 형상의 공작물을 가공하는 기술입니다. 이 방식을 통해 원형, 테이퍼 형상, 구멍 뚫기, 보링, 나사 내기, 절단 등의 작업을 수행할 수 있습니다.

외주 원형 절삭: 공작물의 외주를 원형으로 가공합니다.
구멍 뚫기: 공작물에 구멍을 뚫습니다.
절단: 공작물을 절단합니다.

2. 선반 가공의 종류

범용 선반: 작업자가 수동으로 조작하여 공구를 교환하거나 이송 조작을 실시합니다. 작은 부품을 작업대 위에서 가공할 수 있는 탁상형 벤치 레이스도 포함됩니다.
NC 선반 (CNC 선반): 컴퓨터로 가공 조건을 제어하여 초심자도 일정 수준 이상의 품질로 가공할 수 있습니다. 자동으로 공구를 교환하는 기기가 있어 작업 효율이 높아졌습니다. 또한, 프로그램 제어를 통해 동일한 형상의 공작물을 대량으로 생산할 수 있는 NC 자동 선반도 등장했습니다.

절삭가공 시에 유용한 기본 개념

절삭: 공구가 공작물에서 일부를 깎아내는 동작입니다.
저항: 공구와 공작물의 접촉으로 인해 발생하는 저항을 고려해야 합니다. 저항은 가공의 품질과 효율, 공구의 내구성에 영향을 미칩니다.
이송: 절삭 후 공구를 이동시켜 다른 부분을 절삭하는 동작입니다.
속도: 가공 속도는 작업 효율에 영향을 미치지만, 과도한 속도는 저항 증가와 열 변형을 초래할 수 있습니다.
강성: 공작 기계의 강성은 가공 정도에 큰 영향을 미칩니다. 정적 강성과 동적 강성을 모두 고려해야 하며, 공작 기계의 진동이나 변형을 최소화해야 합니다.
열 변형: 공작 기계와 공작물의 온도 상승은 가공 정확도에 영향을 미칩니다. 열 변형을 방지하기 위해 절삭유를 사용하여 열을 식히고 마찰을 줄여야 합니다. 환경 보호 목적으로 수용성 절삭유가 주로 사용됩니다.

절삭가공 재료(Material)

절삭가공에는 목적에 따라 금속과 비금속 등 다양한 재료가 사용됩니다. 주로 사용되는 재료는 다음과 같습니다.

금속: 텅스텐, 탄소, 바나듐, 크롬 등의 원소 함유율에 따른 탄소공구강(STC), 합금공구강(STS) 고속도강(SKH) 등의 철강과 알루미늄, 스테인리스(sus), 동(구리) 등 다양한 금속 재료가 절삭가공에 사용됩니다.
플라스틱: 강화 플라스틱, 폴리카보네이트 등 다양한 종류의 플라스틱 재료가 가공됩니다.
목재: 가구나 건축 자재 등 목재 재료도 절삭가공을 통해 가공될 수 있습니다.

절삭가공 공구(Tool)

절삭가공에서 사용되는 주요 공구는 하이스(고속도강), 코발트, 초경합금, 세라믹, 서멧, PCD(다이아몬드), CBN 등의 재료로 만들어지며 다음과 같은 것들이 있습니다.

각 제품명을 클릭하시면 실제 상품 모습과 가격을 확인하실 수 있습니다.

터닝인서트: 원통형 부품 가공에 주로 사용되는 절삭팁입니다.
밀링인서트: MCT(머시닝센터) 가공 등의 프레이즈 가공에 주로 사용되는 절삭팁입니다
절단팁(그루빙/홈팁): 전용 홀더에 장착하여 공작물을 자르거나 홈을 파거나 그루빙하는 작업에 사용합니다.
보링바: 내경/외경용 보링작업을 위한 공구로, 적합한 터닝바이트를 체결하여 사용합니다.
밀링커터: 페이스밀, 터보밀 등 다양한 형태가 존재하며 전용 밀링인서트를 체결하여 사용합니다.
티커터: 티홈 가공을 하기 위한 공구로 원통형 생크(자루) 위에 원형의 커터가 달린 형태입니다.
티앵글커터: 티커터와 기본적으로 비슷한 형태이나, 머리부가 경사진 역삼각형 형태의 커터로 이루어져있습니다. 45˚, 60˚ 각도의 종류가 있습니다.
엔드밀: 드릴과 비슷한 형태의 원통형으로 생겼으나, 평평한 밑날을 가지고 있고 측면에도 날이 있어서 공작물의 평면 및 측면 가공 등의 작업이 가능합니다. HSS(고속도강) 재질의 제품이 흔하지만 최근 추세는 초경 재질의 제품이 더 많이 사용됩니다.
센터드릴: 보통 정밀한 가공을 위한 사전 작업인 센터 홀 가공을 위해 사용하는 드릴의 한 종류입니다.
센터링엔드밀: 센터드릴과 유사하지만 날이 밑면뿐 아니라 측면에도 엔드밀과 같은 형태의 날이 있습니다.
드릴: 구멍을 뚫는 데 사용되는 공구로, 다양한 크기가 있습니다.
탭: 나사 구멍을 가공하는 공구로, 홀 내에 암나사 가공 작업을 할 수 있습니다.
다이스: 나사 가공 중, 수나사 가공 작업을 위한 공구입니다.
나사인서트: 외경 혹은 내경용 나사 가공 팁을 지칭하며, 홀더에 장착하여 사용합니다. 하나의 홀더에 다양한 피치의 나사인서트(나사팁)를 교체 체결하여 사용이 가능합니다.
리머: 드릴 작업 등으로 뚫린 구멍을 정밀 가공하는 데 사용됩니다.
카운터싱크: 원추형 형태의 홀을 만드는 공구로, 홀의 경사면을 가공하거나 접시머리 볼트의 들어갈 자리를 만드는 데 사용합니다.
카운터보어: 드릴 작업 후 납작한 형태의 홀 입구부를 가공하는 데 사용하며, 주로 렌치볼트 등의 납작한 형태의 볼트 머리부가 들어갈 자리를 만드는 데 사용합니다.
그라인더: 연마 휠을 사용하여 표면을 연마하거나 형태를 마무리하는 데 사용합니다.

결론

절삭가공이 무엇인지와 기본 정보 그리고 종류 등에 대해서 알아보았습니다.

절삭가공은 현대 제조 산업에서 필수적인 공정으로, 다양한 재료를 원하는 형태로 가공할 수 있게 합니다. 제작자는 다양한 절삭가공 방법과 그에 따른 재료 및 공구에 대한 이해를 통해 제품의 높은 정밀도와 품질을 확보할 수 있으며, 생산성 개선 또한 추구할 수 있습니다.

점점 더 고도화되는 기술의 발달과 더불어 절삭 가공의 한 차원 높은 정밀도와 효율성(생산성)을 위한 개선 여부는 중요한 과제입니다. 목적에 부합하는 효율적인 공구의 개발과 사용을 통해 이러한 과제를 해결해 나갈 수 있을 것으로 기대됩니다.

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