CNC 선반 프로그래밍의 기초

 

CNC 선반의 개요와 구조

일반적으로 수치제어라 하면 공작기계에 있어서 공작물에 대한 공구의 위치를 대응하는 수치정보로 제어하여 위치 결정이나 직선 및 곡선 절삭, 윤곽 절삭 등을 이행하는 것을 뜻합니다.

원래 수치제어 공작기계는 가공 조건의 지령 수단으로 종이테이프에 프로그램을 기입하여 사용해 왔으나, 요즘 사용되고 있는 CNC 공작기계는 컴퓨터를 내장하고 있기에 프로그램의 편집이나 입력, 저장 등이 사용이 용이한 특징이 있습니다.

 

근래 생산되어 사용되는 대부분의 공작기계는 CNC 공작기계로 NC공작기계와 구분 없이 수치제어 공작기계라 불리고 있습니다. CNC선반은 보통 범용 선반에 수치제어 장치와 소형 컴퓨터를 부착하여 가공 명령을 프로그래밍화하고, 자동 공구 교환 및 주축 무단 회전, 자기 진단 제어 등의 첨단 기능으로 가공작업을 획기적으로 변화시킨 차원 높은 공작기계입니다.

두 축이 제어되는 원호 가공, 정밀 가공, 나사 가공 등의 공작물을 쉽게 가공할 수 있게 되었으며 대량 생산은 물론 다품종 소량 생산에도 굉장한 효과를 나타내었습니다.

 

CNC선반의 구조는 범용 선반과 대체로 비슷한데 다음 부분에서 다소 차이가 있습니다.

 

주측대 - 자동 무단 변속할 수 있어 공작물과 공구 사이의 상대 속도를 일정하게 유지시켜 공작물의 표면조도를 높일 수 있습니다.

 

공구대 -  공작물 절삭에 필요한 공구를 장착하고 있다가 공구 교환 지령으로 해당 공구를 탈착 하는 부분으로 소형 CNC 선반의 경우도 10개 정도의 공구 포트(Port)를 가지고 있고 , 드럼형과 터릿형 공구대가 일반적으로 사용되고 있습니다.

 

척 - CNC선반에 사용되는 척(Chuck)은 대부분 연동척이며, 유압으로 제어할 수 있도록 되어 있어서 별도의 유압장치가 필요하고 탈착이 쉽게 되어 있습니다. 척조(Chuck Jaw)는 가공하여 사용하는 소프트 조(Soft Jaw)가 많이 이용되며, 조의 작동 범위의 제한으로 직경차가 큰 공작물을 장착하는데 다소 불편한 점도 가지고 있습니다.

 

조작반 - 범용 선반에는 없는 부분으로 작업자와 기계 사이의 대화 창구 역할을 한다 볼 수 있습니다. 오퍼레이터가 기계에 어떤 명령을 주고, 기계는 명령받은 상태와 여러 좌표치, 현재 동작 상태 등을 각종 키와 스위치, MDI(Manual Data Input) 패널, CRT(Cathode Ray Tude) 화면을 통하여 의사소통이 가능합니다.

CNC 선반의 좌표축과 좌표계의 종류

범용 선반으로 둥근 축류의 공작물을 가공하는 경우를 생각해 보자면 공구대의 핸들을 돌려 공구를 가공 깊이만큼 절입한 후에 외경, 내경 절삭 시에는 주로 좌우로 이송하고 단면 절삭 시에는 전후 이송을 합니다. 만약 곡면이나 기울어진 형상을 가공하기 위해서는 좌우 및 전후 이송이 동시에 이루어져야 가공이 가능합니다.

CNC 선반에서도 작은 동일하나 가공 프로그램을 작성하고 수치로 기계를 제어하기 때문에 기준점(원점)과 전후 및 좌우 방향과 평행한 축을 Z 축, Z 축과 직교한 축을 X축이라 합니다. 범용 선반에서 X축은 공구대의 전후 이송 방향이 되지만 CNC선반은 공구대가 대부분 상하 방향과 유사하게 이송하므로 이 방향을 X축으로 봅니다. 그러나 전후 방향이던 상하 방향이던 회전하는 공작물의 반경 방향이 같다고 볼 수 있습니다.

 

CNC 선반에서 사용되는 좌표계의 종류는 기계좌표계, 공작물 좌표계, 상대 좌표계가 있으며 이에 대해 알아보겠습니다.

 

기계좌표계(Machine Coordinate System)

원점은 기계 제작자가 파라미터(Parameter)로 정하며, 보통 X , Z 축상에서 척으로부터 멀리 떨어진 행정 끝점(+방향)을 설정합니다. 기계 원점이라고도 하는 이 점은 기계의 고정점으로 제2 원점(공구 교환점)의 기준이 되고 공작물 좌표계 원점 설정 및 행정 제한 영역 설정 등의 기준점으로 사용자가 임의로 변경해서는 안됩니다. 기계 좌표계의 설정은 전원을 킨 후에 기계 원점으로 복귀시키면 완료됩니다.

 

공작물 좌표계(Work Coordinate System)

도면에 따른 프로그램을 쉽게 작성하기 위해 공작물 중심의 한 점을 원점으로 정한 좌표계입니다. 공작물 좌표계를 절대 좌표계라고도 하며 기계원점을 기준으로 프로그램 작성을 할 수도 있으나 각 점의 좌표값을 일일이 계산하기가 매우 어렵기에 공작물 좌표계 원점을 정하여 프로그래밍하고, 기계 원점과 공작물 원점의 거리를 입력하여 공작물 좌표계를 설정합니다.

 

상대 좌표계(Relative Coordinate System)

공구 보정할 때나 공작물 측정 또는 정확한 거리 이동을 해야 할 때 일시적으로 현 위치를 원점으로 설정한 좌표계입니다.

CNC 선반에서 기계 좌표계나 공작물 좌표계에 사용하는 좌표 어는 X, Z이나 상대 좌표계에 사용하는 좌표 어는 U, W입니다.

 

지령방법의 종류

공작물을 가공하기 위해서는 좌표값, 방식을 지정하여 공구를 이동시켜야 하는데 이동 지령 방식에는 절대(Absoiute) 지령 방식과 증분(Incremental) 지령 방식 2가지가 있으며 CNC 선반프로그램에서는 어떤 좌표 어를 사용하느냐에 따라 결정되지만, 머시닝센터 프로그램은 종류가 다른 G코드를 사용하여 결정됩니다.

 

절대지령(좌표어 X, Z)

절대 지령 방식은 미리 설정된 좌표계 원점 기준으로 종점의 좌표 위치를 지령합니다. 좀점의 좌표 위치가 좌표계 원점을 기준해서 양의 방향이면  + 를, 음의 방향이면  - 를 붙이고 지령합니다.

 

증분지령(좌표어 U, W)

증분 지령 방식은 이동 시작점(공구의 현 위치)에서 종점(지령 위치)까지의 이동량과 이동 방향을 지령하는 방식으로 공구의 이동 경로를 X축 및 Z 축에 투영시켰을 때 거리가 이동량이 되며, 방향은 X축상에서 위로 이동하였을 경우에는 U값이 +

Z축상에서 오른쪽으로 이동하였을 경우에는 W값이 + 가 되고 반대로 이동하였을 경우에는 U, W 값 모두 - 가 됩니다.