CNC 가공 부품 설계 시, 구조 최적화를 통해 가공 비용을 어떻게 절감할 수 있을까요?

CNC 가공 부품을 설계할 때 구조적 최적화를 통해 가공 비용을 줄이는 것이 기능 요구 사항과 제조 경제성의 균형을 맞추는 데 중요합니다. 다음과 같은 구체적인 최적화 전략이 여러 차원에서 제공됩니다.

1. 재료 선택 최적화
   • 가공하기 쉬운 소재 우선순위 지정:알루미늄 합금, 저탄소강 등 가공성이 좋은 소재는 공구 마모 및 가공 시간을 줄일 수 있습니다. 예를 들어, 스테인레스강을 6061 알루미늄 합금으로 교체하면 가공 비용을 30% 이상 절감할 수 있습니다(강도가 허용하는 경우).
   • 귀금속 사용 최소화: 전체 귀금속 구조 대신 국부 강화 설계(예: 응력을 받는 부위에만 티타늄 합금 사용)를 사용합니다.
   • 재료 형태 일치: 부품의 최종 형상(예: 바 또는 플레이트)에 가까운 블랭크를 선택하여 가공 공차를 줄입니다. 예를 들어 직사각형 블랭크를 사용하여 정사각형 부품을 가공하면 원형 블랭크에서 과도한 낭비를 피할 수 있습니다.
2. 기하학적 복잡성 제어
   • 깊은 구멍과 좁은 슬롯을 피하십시오:
     • 깊은 캐비티(공구 직경의 5배 이상의 깊이)에는 다층 가공이 필요하며 공구 진동 및 파손이 발생하기 쉽습니다. 얕은 캐비티 조합 또는 분할 구조 사용을 고려하십시오.
     • 좁은 슬롯에는 가공 효율이 낮은 작은 직경의 공구가 필요합니다. 슬롯 너비는 공구 직경의 1.2배 이상인 것이 좋습니다.
   • 얇은 벽과 날카로운 각도 단순화:
     • 얇은 벽(두께<3mm)은 변형되기 쉬우며 절단 매개변수를 줄이거나 지지력을 추가해야 합니다. 국부적으로 두껍게 하거나 보강 리브를 추가하면 최적화가 가능합니다.
     • 날카로운 각도(내부 각도
   • 다축 의존성 감소: 불필요한 곡면이나 경사진 구멍을 피하고 대신 계단식 구조나 표준 각도(예: 45°,90°)를 사용하여 3축 기계로 가공을 완료합니다.
3. 공차 및 표면 거칠기의 합리화
   • 중요하지 않은 공차 완화: 결합되지 않는 표면의 공차를 ±0.05mm에서 ±0.1mm로 완화하면 마무리 단계 수를 줄일 수 있습니다. 예를 들어, 장착 구멍의 위치 공차를 적당히 완화할 수 있으며 중요한 베어링 위치만 높은 정밀도를 유지합니다.
   • 비기능적 표면의 낮은 표면 거칠기: 미적 표면의 표면 거칠기를 Ra1.6에서 Ra3.2로 줄이면 마감 시간을 줄일 수 있습니다. 예를 들어 내부 구조 표면은 연마할 필요가 없습니다.
   • 경제적 공차 지정: 과도한 사양을 방지하려면 ISO 2768의 중간 정밀도 표준을 참조하세요.
4. 표준화 및 모듈형 설계
   • 기능 치수 통합: 비표준 구멍 대신 표준 드릴 비트 크기(예: M6,M8 나사 구멍)를 사용하여 공구 교환 빈도를 줄입니다.
   • 모듈식 분해: 복잡한 부품을 여러 개의 간단한 하위 구성요소로 분해하여 별도로 가공한 다음 볼트나 용접을 통해 조립할 수 있습니다. 예를 들어 깊은 구멍이 있는 쉘을 "본체+커버 플레이트"로 분할할 수 있습니다.
   • 범용 인터페이스 디자인: 표준 플랜지, 키홈 또는 스냅핏 구조를 사용하여 맞춤형 툴링의 필요성을 줄입니다.
5. 소프트웨어 지원 가공 최적화
   • CAM 자동 기능 인식:소프트웨어를 활용하여 구멍, 슬롯과 같은 기능을 자동으로 식별하여 프로그래밍 시간을 단축합니다. 예를 들어 Fusion 360의 기능 인식 기능은 프로그래밍 시간을 30% 단축할 수 있습니다.
   • 공구 경로 최적화: 헬리컬 공구 진입 및 연속 절삭과 같은 고속 가공(HSM) 전략을 구현하여 비절삭 시간을 줄입니다. 예를 들어 최적화된 경로는 가공 시간을 15%까지 줄일 수 있습니다.
   • 시뮬레이션 검증: 가상 가공을 사용하여 간섭 및 과잉 절단을 확인하고 시험 절단에서 스크랩을 방지합니다.
6. 경량성과 강도의 균형
   • 토폴로지 최적화 및 공동화: 유한 요소 분석(FEA)을 사용하여 하중 경로를 결정하고 필요한 재료(생체 모방 뼈 구조 등)만 유지합니다.
   • 강화를 위한 국부 열처리: 전체 열처리 대신 응력이 높은 부위(예: 기어 루트)에 레이저 경화를 적용합니다.
   • 하이브리드 공정 조합: 주요 구조를 CNC 가공한 후 적층 제조(3D 프린팅)를 통해 경량 그리드를 추가하여 무게 감소와 강도의 균형을 맞춥니다.

• DFM(Design for Manufacturing) 분석: 초기 설계 단계에서 가공 공장과 통신하여 고비용 기능을 식별합니다.
• 우선순위 분류:"폐기물>가공시간>후가공" 순으로 최적화합니다.
• 프로토타입 검증:대량 생산 후 재작업을 피하기 위해 3D 프린팅 또는 간단한 CNC 프로토타입으로 기능을 테스트합니다.

위의 전략을 구현하면 기능성을 보장하면서 CNC 가공 비용을 20%-50%까지 줄일 수 있으며, 특히 대량 생산이나 복잡도가 높은 부품의 비용 절감 요구에 적합합니다.