가공 공정을 모르면 설계를 할 수 없다 — 가공 여유와 형상 제한의 실무

밀링 R모서리(공구 R), 선삭 센터 구멍, 연삭 여유(0.2~0.5mm), 방전 가공 한계, 내경 연삭 최소 직경, 보링 깊이 제한, 언더컷/도피홈 — 가공 공정별 설계 시 알아야 할 형상 제한과 가공 여유

설계자가 가공 공정을 모르면, 도면은 '작품'이 아니라 '재앙'이 됩니다. CAD에서는 어떤 형상이든 그릴 수 있지만, 실제 공작기계에는 물리적 한계가 있습니다. "이 형상은 가공이 안 됩니다"라는 현장의 피드백을 받지 않으려면, 다음 내용을 반드시 숙지하세요.

1. 밀링 가공 — 내부 모서리에 R이 필수

밀링으로 포켓(Pocket)을 가공하면 내부 모서리는 엔드밀(End Mill)의 반경만큼 R이 생깁니다. 완전한 직각 모서리는 물리적으로 불가능합니다.

  • 실무 기준: 내부 R ≥ 공구 반경(통상 R1~R3). 포켓 깊이가 깊으면(3D 이상) 공구 강성 때문에 더 큰 R 필요
  • : 직각이 꼭 필요하면 방전 가공(EDM)으로 전환하거나, 모서리에 릴리프 홈(Dog-bone 형상)을 추가

2. 선삭 가공 — 센터 구멍을 잊지 마라

긴 축(L/D > 4)을 선반으로 가공할 때는 양 끝에 센터 구멍(Center Hole, KS B 1011 A형/B형)이 필요합니다. 이를 도면에 표기하지 않으면 가공자가 임의로 판단하거나, 센터 없이 가공하다 편심이 발생합니다.

  • 실무 기준: Ø10~30 축 → A2.5 센터, Ø30~60 축 → A4 센터
  • : 완성품에서 센터 구멍이 보이면 안 되는 경우, "가공 후 센터 구멍 제거" 또는 "센터 구멍 허용"을 도면에 명시

3. 연삭 가공 — 여유(Stock)를 남겨라

연삭(Grinding)은 열처리 후 변형을 교정하고 높은 정밀도(IT6 이하)를 얻기 위한 공정입니다. 선삭·밀링 단계에서 연삭 여유를 남겨야 합니다.

  • 외경 연삭: 직경 기준 편측 0.1~0.3mm (총 0.2~0.6mm)
  • 내경 연삭: 편측 0.1~0.25mm. 최소 내경 Ø15 이상(소형 연삭 숫돌 한계)
  • 평면 연삭: 편측 0.1~0.3mm. 열처리 변형이 크면 0.5mm까지

4. 방전 가공(EDM) — 만능이 아니다

방전 가공은 경도에 무관하게 가공 가능하지만 느리고 비쌉니다. 면거칠기 Ra 1.6 이상은 추가 다듬질 필요. 전극(구리, 그라파이트) 제작비도 고려해야 합니다.

  • 와이어 EDM: 최소 코너 R 0.1mm(와이어 Ø0.2mm 기준). 판재 관통 가공에 적합
  • 형조 EDM: 미세 구멍, 복잡한 캐비티. 전극 소모율 고려(구리: 1~3%)

5. 보링 가공 — 깊이와 직경의 한계

보링 바(Boring Bar)는 L/D 비가 커질수록 떨림(Chatter)이 발생합니다.

  • 실무 기준: 일반 보링 바 L/D ≤ 4, 방진 보링 바 사용 시 L/D ≤ 7
  • : 깊은 구멍이 필요하면 BTA 드릴이나 건드릴을 검토. 공차가 엄하면 호닝(Honing) 추가

6. 언더컷과 도피홈 — 연삭·나사 가공의 필수 조건

연삭 숫돌이 단차부까지 진입하려면 도피홈(Relief Groove)이 필요합니다. 나사 가공 시에도 나사 끝에 불완전 나사부를 피하려면 언더컷이 필요합니다.

  • 연삭 도피홈: 폭 3~5mm, 깊이 0.5~1mm (JIS B 0612 참조)
  • 나사 언더컷: 폭 = 피치 × 2~3, 깊이 = 골지름 이하
💡 사수의 한마디
"설계를 잘하고 싶으면 공장에 가세요. 밀링 가공을 한 번이라도 옆에서 지켜본 설계자는 포켓 모서리에 R을 넣고, 선반 가공을 본 설계자는 센터 구멍을 도면에 표기합니다. CAD 모니터만 보면 영원히 '가공 불가' 도면을 그리게 됩니다."
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