CNC 공작기계의 구성 및 특징

CNC 공작기계의 구성 및 특징

CNC 공작기계의 구성 및 특징

CNC 기계란 공작기계를 자동화한 것을 말합니다. 기계로 자동화한 것이기 때문에 정밀하게 가공할 수 있다는 장점이 있습니다. 다만 CNC 기계를 활용하기 위해서는 기본적으로 좌표와 프로그램 실행방법 등을 알아야 하므로 어느 정도 숙달이 필요합니다.

CNC 기계 본체

주축 베어링의 바깥 부분에 온도가 조절된 냉각유가 순회할 수 있도록 하고 있습니다. 한편 주축의 고속화에 따라서 주축, 커플링 및 모터가 연결된 시스템의 회전 밸런스가 문제가 됩니다. 이를 방지하기 위하여 모터의 축을 공작기계의 주축으로 구성시키는 빌트 인 모터를 많이 채택하게 됩니다. 이렇게 하면 커플링을 없앨 수 있을 뿐 아니라 구조가 간단해지는 장점이 있으나, 발열의 문제나 고속에서의 토크 저하를 부담하여야 합니다. 한편, CNC 선반은 생산성 향상이 주요한 목적 중의 하나이므로 대부분의 선반은 공구를 자동으로 인덱싱하여 선택해 줄 수 있는 공구터렛이나 또는 머신센터와 같이 공구를 자동으로 주축으로부터 교체해 줄 수 있는 공구 자동교환장치(APC: automatic pallet changer), 그리고 가공 중에 공작기계의 외부에서 공작물을 셋업하고 가공이 종료하면 가공 완료된 공작물과 새로운 공작물을 교체해 줄 수 있는 공작물 자동교환장치(APC)를 구비하고 있습니다 다. 이와 더불어서 공구길이를 자동 측정하는 공구길이 측정장치, 공구마모나 파단을 측정하기 위한 장치, 가공 완료한 공작물의 정밀도를 측정하기 위한 자동 게이징시스템 등을 장착할 수가 있습니다. CNC 공작기계는 상기와 같이 여러 움직임이 자동화되어 있거나 또는 절삭유, 작동유를 사용하게 됩니다. 이를 목적으로 대부분의 경우는 절삭유를 공급하는 절삭유 정치, 유압력을 제공하는 유압장치, 윤활을 목적으로 하는 윤활펌프, 그리고 유압유나 냉각유를 냉각하기 위해 사용하는 오일 냉각장치, 칩을 제거하기 위한 칩 컨베이어 등을 갖추고 있습니다.

CNC 기계 제어부

각 축의 이송 및 속도제어를 위해서는 정확하게 제어를 할 수 있는 모터 및 제어 장치가 필요한데 이를 서브모터 및 서브 드라이드 유닛이라고 합니다. CNC 장치로부터 동작지령을 서브 드라이드 유닛 그림 1에서처럼 내리게 되면 서브 드라이드 유닛은 모터를 구동시키게 되고, 이 구동에 의해 각 축이 볼스 쿡의 회전에 의해 움직이게 됩니다. 한편, CNC 공작기계의 가장 핵심적인 NC 장치는 공작기계를 제어하는 데 있어서 필요한 데이터의 입력, NC 프로그램을 해석하고 필요한 연산과 보정 등을 하는 데이터 처리, 위치 및 이송속도 등을 지령하는 데이터 출력기능, 그리고 기계의 On/Off 제어를 위한 기계 입출력 인터페이스 등을 담당하게 됩니다. 이를 위한 CNC 장치는 주요한 5가지의 부품으로 구성이 되어 있습니다. 이 중에서 먼저 CPU는 CNC 장치의 핵심적인 역할을 하는데 시스템버스를 통해서 필요한 모든 제어와 연산 그리고 순간적인 임시 메모리 역할을 합니다. 한편, 메모리부는 ROM에서는 동작에 관련된 소프트웨어나 기계 인터페이스와 관련된 각종 프로그램 또는 제어계의 파라미터를 저장하며, RAM에서는 가공을 위한 파트 프로그램인 각종 응용소프트웨어 등을 보관하는 역할을 합니다. 통신부는 DNC(cirect numerical controller) 장치와 같은 통신장치에 대해 입출력을 제어하거나 오늘날 사용하지 않는 테이프 판독장치 등과 통하게 됩니다. PMC(programmable machine controller)는 기계의 순차제어를 위한 릴레이 회로와의 인터페이스, 기계입출력 인터페이스를 담당하는 구조로 되어 있습니다. 이러한 구조를 통화여 NC 장치는 수치제어 및 기계의 순차제어 명령을 공작기계에 내리게 되고 공작기계는 이 지령에 따라서 동작을 수행합니다. 동시에 이송과 주축회전 제어를 위한 드라브 유닛을 갖추게 됩니다. CNC 장치 내에 삽입되어 있는 CPU보드, I/O 보드, PLC 유닛, 서브 및 주축 드라이브 유닛을 보이고 있습니다. 이러한 유닛들은 조작박스를 통해서 각종 프로그램의 수동입력과 편집, 각종 보정 데이터의 입력, CNC 장치와 외부 장치와의 통신조작, 수동으로 운전공작기계를 운전하거나 부하를 제어, 각종 절삭유나 기타의 장치의 작동 등을 담당하게 됩니다. CNC 기계를 실제로 다뤄보면, 윈도처럼 UI가 제대로 되어 있지 않습니다. 옛날 486 시대 컴퓨터의 도스처럼 직접 명령어를 입력해야 되는 경우도 많으며, 오래된 CNC 기계의 경우에는 아스키 문자를 입력해야 되는 경우도 있습니다. 위치 역시 값을 제대로 입력해 주어야만 원하는 형태로 CNC 가공이 되기 때문에 주의를 기울일 필요가 있습니다.