제조를 위한 설계: 실용적인 CNC DFM 가이드

제조를 위한 설계(DFM)는 제품의 설계를 최적화하여 생산을 더 쉽고, 빠르고, 비용 효율적으로 만드는 엔지니어링 실무입니다. 컴퓨터 수치 제어(CNC) 가공에 적용될 때, DFM은 CNC 밀, 선반 및 기타 장비의 기능을 활용하면서 기계 시간, 공구 마모 및 스크랩을 최소화하기 위해 부품 형상, 재료 선택 및 공차를 조정하는 데 중점을 둡니다. 강력한 CNC DFM 전략을 구현하는 것은 설계 의도와 제조 현실 사이의 격차를 해소하여 궁극적으로 고품질의 경제적인 최종 제품을 보장하는 데 매우 중요합니다.

CNC DFM의 주요 목표는 제품의 성능이나 미적 요구 사항을 손상시키지 않으면서 전체 제조 비용과 시간을 줄이는 것입니다. 여기에는 설계 엔지니어와 기계 공장의 제조 엔지니어 간의 협력 관계가 포함됩니다. 초기 협업이 핵심입니다. 변경 비용이 가장 낮은 초기 설계 단계에서 내린 결정이 최종 생산 비용에 가장 큰 영향을 미치기 때문입니다.

가장 즉각적이고 영향력 있는 DFM 고려 사항 중 하나는 설정 시간과 작업 최소화입니다. 부품을 제거하고, 재배치하고, 기계에 다시 고정해야 할 때마다(작업 또는 설정이라고 하는 프로세스) 시간이 손실되고 위치 오류의 위험이 증가합니다. 엔지니어는 가능한 가장 적은 설정, 이상적으로는 한두 번의 설정으로 가공할 수 있는 부품을 설계하기 위해 노력해야 합니다. 이는 주요 면에 기능을 집중시키고 표준 공구가 해당 방향에서 모든 기능에 접근할 수 있도록 충분한 여유 공간을 확보하여 달성할 수 있습니다. 부품이 5개의 면에서 가공해야 하는 경우, 두 번의 설정만 필요한 유사한 부품보다 비용이 기하급수적으로 높아집니다.

다음으로, 기능 형상 및 공구 접근성에 주의를 기울여야 합니다. 표준 CNC 공구는 원통형이므로 포켓이나 슬롯과 같은 내부 기능의 모서리에 반경을 생성합니다. 허용 가능한 가장 큰 반경으로 내부 모서리를 설계하는 것은 간단하지만 강력한 DFM 원칙입니다. 작고 날카로운 내부 반경은 소형, 취약한 공구를 필요로 하며, 더 느린 속도로 작동해야 하므로 사이클 시간이 길어지고 공구 파손 위험이 높아집니다. 일반적인 규칙은 포켓 깊이의 최소 1/3 이상인 내부 반경을 지정하는 것입니다. 또한 깊고 좁은 슬롯이나 막힌 구멍과 같은 기능은 피해야 합니다. 깊은 포켓, 특히 종횡비(깊이 대 너비)가 4:1보다 큰 포켓은 맞춤형 길이의 공구, 공격적인 칩 배출 및 더 느린 가공 속도를 필요로 하므로 비용이 크게 증가합니다. 깊은 기능이 필요한 경우, 나중에 결합할 수 있는 두 개의 별도 작은 기능으로 설계하거나 양쪽 끝에서 접근할 수 있도록 설계를 조정하는 것을 고려하십시오.

공차 및 표면 마감은 종종 과도하게 지정되어 불필요한 제조 비용을 초래합니다. 엄격한 공차($ pm 0.001$ 인치 이하)는 온도 제어 환경, 특수 검사 장비, 고도로 숙련된 작업자 및 정밀도를 보장하기 위해 훨씬 느린 가공을 필요로 합니다. 설계자는 기능 또는 조립 인터페이스에 직접적인 영향을 미치는 중요한 기능에만 엄격한 공차를 적용하고, 다른 모든 치수에는 표준 또는 일반 공차를 사용해야 합니다. 마찬가지로, 매끄러운 표면 마감(예: $32$ Ra 이상)을 요구하면 특정 공구로 여러 번의 가벼운 마감 패스를 거쳐야 하므로 가공 시간이 늘어납니다. 기능의 기능에 거울과 같은 마감이 필요하지 않은 경우, 표준 밀링 표면을 지정해야 합니다.

재료 선택은 기본적인 DFM 선택입니다. 필요한 기계적 특성(강도, 내식성 등)이 옵션을 좁히는 반면, 선택한 재료의 가공성은 비용에 직접적인 영향을 미칩니다. 6061 알루미늄, C1018 강철 및 황동과 같은 가공 가능한 재료는 300 시리즈 스테인리스강(특히 303 대 304), 인코넬 또는 티타늄과 같은 어려운 재료보다 일반적으로 더 쉽고 빠르게 절단됩니다. 어려운 재료를 가공하면 공구 수명이 짧아지고, 절삭 속도가 느려지고, 재료 비용이 높아져 전체 부품 비용이 높아집니다. 재료 특성이 허용하는 경우, 더 자유롭게 가공되는 합금으로 전환하면 상당한 생산 시간과 비용을 절약할 수 있습니다.

또 다른 중요한 고려 사항은 부품 고정 및 클램핑입니다. 기계 공장은 가공 과정에서 절삭 공구 경로를 방해하지 않고 부품 블랭크를 안전하게 고정할 수 있어야 합니다. 설계자는 최종 마감 작업 또는 가공 후 제거되는 임시 기능(탭 또는 희생 재료와 같은)이라도 설계에 평평하고 평행하며 쉽게 접근할 수 있는 클램핑 영역을 통합해야 합니다. 얇고, 취약하거나, 복잡하고, 균일하지 않은 모양의 설계는 안전하게 클램핑하기 어려워 진동(채터), 불량한 표면 마감 및 잠재적인 부품 이동 또는 손상을 초래합니다.

마지막으로, 표준 기능 통합은 제조 프로세스를 단순화합니다. 표준 나사산 크기(예: Unified National 또는 Metric 나사산)와 같은 기능을 사용하면 기계 공장에서 기성품 탭 및 나사산 밀을 사용할 수 있습니다. 비표준 또는 독점 나사산 형태는 맞춤형의 비싼 공구를 필요로 하며 종종 더 느린 나사산 사이클을 포함합니다. 마찬가지로, 표준 드릴 크기를 사용하고 구멍 깊이를 합리적인 한계 내로 유지하는 것은 복잡성과 비용을 줄이는 간단한 DFM 실무입니다.

요약하면, 실용적인 CNC DFM 가이드는 설계자가 제조업체처럼 생각하도록 권장합니다. 설정을 최소화하고, 내부 반경을 늘리고, 공차를 신중하게 적용하고, 가공 가능한 재료를 선택하고, 쉬운 고정을 보장하고, 표준 기능을 활용함으로써 엔지니어는 제조 비용을 대폭 낮추고, 리드 타임을 단축하며, 더 나은 제품을 제공할 수 있습니다. 핵심은 CNC 기계 공장 현장의 현실에 맞게 설계를 최적화하기 위해 제조 팀과 조기에 자주 소통하는 것입니다.