CNC 가공 도구는 크게 가공 방식, 도구 재질, 구조 설계라는 세 가지 핵심 요소에 따라 분류됩니다. 각 범주는 아래에 자세히 설명된 바와 같이 고유한 장점, 한계 및 특정 적용 분야를 가지고 있습니다.
가공 방법에 따른 분류
가공 방식은 절삭 과정의 운동학적 특성을 결정합니다. CNC 가공 서비스 에서 공구 선택은 회전 밀링, 축 방향 관통 또는 고정 선삭 중 어떤 방식으로 재료를 제거하는지에 따라 달라집니다. 올바른 형상을 선택하면 치수 정확도와 표면 품질을 모두 확보할 수 있습니다.
1. 밀링 커터
일반적인 엔드밀 종류로는 플랫 엔드밀, 볼 노즈 엔드밀, 페이스 밀, 스퀘어 엔드밀, 챔퍼 밀, T-슬롯 커터 등이 있습니다. 이러한 밀링 공구의 가장 큰 장점은 다용도성으로, 간단한 설정과 높은 적응성 덕분에 페이스 밀링, 컨투어링, 포켓 가공, 챔퍼링 등 다양한 작업에 활용할 수 있다는 점입니다. 그러나 볼 노즈 엔드밀은 플랫 엔드밀에 비해 재료 제거 효율이 떨어지고, 직경이 작은 커터는 강성이 부족하여 진동이나 날끝 파손이 발생할 수 있습니다.
2. 드릴 비트
주요 종류로는 트위스트 드릴, 센터 드릴, 심공 드릴, 코어 드릴, 카운터싱크 등이 있습니다. 이러한 공구들은 탁월한 드릴링 효율과 정밀한 위치 지정을 제공합니다. 특히 심공 드릴은 10:1을 초과하는 종횡비에서도 우수한 칩 배출 성능을 발휘합니다. 그러나 심공 드릴은 사전 드릴링이나 센터링 시 높은 정밀도가 요구되며, 고속 작업 시 칩 배출이 원활하지 않으면 공구 파손으로 이어질 수 있습니다.
3. 보링 툴
이 범주에는 황삭 보링, 정삭 보링 및 미세 조정 보링 공구가 포함됩니다. 이 공구들의 핵심 강점은 뛰어난 치수 정확도와 표면 조도에 있으며, 동축도 및 원형도 오차를 효과적으로 보정합니다. 미세 조정 버전은 마이크론 수준의 정밀도를 제공합니다. 단점으로는 드릴링에 비해 절삭량이 적고, 스핀들과 공구 사이의 동축도가 매우 중요하며, 조정 과정이 시간이 많이 소요된다는 점이 있습니다.
4. 터닝 도구
- CNC 선반에 특화된 내용입니다.
일반적인 공구 종류로는 외측 선삭 공구, 내측 보링 바, 절단/홈 가공 공구, 나사 가공 공구, 형상 가공 공구 등이 있습니다. 이러한 공구들은 외경/내경 선삭, 나사 가공, 절단 작업 등을 효율적으로 수행하기 위해 고도로 전문화되어 있습니다. 형상 가공 공구는 한 번의 가공으로 복잡한 윤곽을 가공할 수 있지만, 각 공구가 특정 공정에 맞춰져 있기 때문에 활용도가 떨어집니다. 또한 나사 가공 공구는 절삭 매개변수 조정에 민감하여 설정이 잘못되면 나사산이 엉성해지거나 엇갈리게 가공될 수 있습니다.
5. 탭
- 스레드 작업에 특화된 내용
탭은 크게 기계 탭, 나선형 플루트 탭, 성형 또는 압출 탭으로 나뉩니다. 이러한 탭의 장점은 간단한 공정을 통해 내부 나사산을 직접 가공할 수 있다는 것입니다. 특히 성형 탭은 칩이 발생하지 않는 가공이 가능하여 나사산 강도를 높일 수 있다는 점에서 주목할 만합니다. 단점으로는 막힌 구멍에서 칩 배출이 어렵고 고속 탭핑 시 과도한 토크로 인해 탭이 파손될 위험이 있다는 점입니다.
공구 재료별 분류
공구 재료의 화학적 및 물리적 특성은 열과 기계적 스트레스를 견딜 수 있는 능력을 결정합니다. 엔지니어는 경도와 인성 사이의 균형을 맞춰야 합니다. 경도가 높은 재료는 절삭 속도가 빠르고 수명이 길지만, 종종 취성이 강하고 잘못 다룰 경우 치명적인 파손을 초래할 수 있습니다.
1. 고속도강(HSS)
HSS는 뛰어난 인성과 충격 저항성을 제공합니다. 탁월한 연삭성 덕분에 경제적인 가격으로 복잡한 형상으로 가공할 수 있습니다. 단점으로는 상대적으로 낮은 경도(HRC 62~65)와 열 저항성이 낮아 절삭 속도와 전반적인 생산 효율을 제한한다는 점입니다. 따라서 저속 마무리 가공, 비표준 맞춤형 공구 제작 및 수동 공구 재연삭에 가장 적합합니다.
2. 초경합금
높은 경도(HRC 89~93)와 우수한 열 안정성(800~1000°C의 온도 견딜 수 있음)을 갖춘 초경 공구는 주철, 강철, 비철금속 등 다양한 재료에 대해 고속 절삭을 지원하고 긴 수명을 제공합니다. 주요 단점은 고속강(HSS)에 비해 취성이 크고 충격 저항이 낮으며 가격이 더 높다는 점입니다. 그럼에도 불구하고 초경 공구는 대량 생산에서 고속 절삭, 반가공 및 정가공 분야의 산업 표준으로 자리 잡고 있습니다.
3. 세라믹 도구
이러한 공구는 극도로 높은 경도(HRA 92~95)와 탁월한 내열성(최대 1200~1400°C)을 자랑합니다. 화학적으로 안정적이며 구성날(BUE)에 대한 저항성이 매우 높습니다. 그러나 취성이 강하고 충격 저항성이 떨어져 파손되기 쉽습니다. 가격이 비싸고 공작기계의 높은 강성이 요구되므로 주로 경화강 및 냉간주철의 마무리 가공에 적합합니다.
4. 입방정 질화붕소(CBN)
다이아몬드 다음으로 경도가 높은 CBN은 극도의 열 안정성(최대 1400~1500°C)과 뛰어난 내마모성을 자랑하여 고정밀 가공에 적합합니다. 단점으로는 높은 취성, 고가, 그리고 비철금속과의 화학적 친화성으로 인한 결합 현상이 있습니다. CBN은 경화강, 내마모성 주철, 초합금 등의 고정밀 가공에 이상적인 소재입니다.
5. 다이아몬드 공구 (PCD/단결정)
알려진 소재 중 가장 단단한 재질(HV 10,000)인 이 소재는 놀라울 정도로 날카로운 절삭력을 자랑합니다. 비철금속의 경우, 거울처럼 매끄러운 표면(Ra < 0.1μm)을 구현할 수 있습니다. 하지만 내열성이 약하고(700°C 이상에서 탄화 발생), 극도로 취성이 강하며, 가격이 비싸다는 단점이 있습니다. 특히 화학 반응 때문에 철금속은 가공할 수 없습니다. 따라서 구리, 알루미늄, 플라스틱, 목재 등의 거울 마감 가공에 가장 적합합니다.
구조 설계에 따른 분류
공구의 구조적 구성은 강성, 장기 유지 보수 비용 및 가동 중지 시간에 영향을 미칩니다. 일부 설계는 최대 정밀도를 제공하는 반면, 다른 설계는 경제적 효율성과 자동화된 생산 라인에서의 빠른 공구 교체에 최적화되어 있습니다.
1. 솔리드 툴즈
솔리드 공구는 뛰어난 강성과 높은 가공 정밀도를 제공하며 조립 오차(런아웃)가 전혀 없습니다. 단점은 손상 시 공구 전체를 교체해야 하므로 운영 비용이 증가하고 생크 부분을 재사용할 수 없다는 것입니다. 이러한 공구는 일반적으로 소구경 공구 및 고정밀 마무리 작업에 사용됩니다.
2. 브레이징/용접 공구
이러한 공구는 고속도강(HSS) 생크의 강도와 초경 팁의 내마모성을 적당한 가격대에 결합한 제품입니다. 그러나 용접 응력으로 인해 팁에 균열이 발생할 수 있으며, 팁만 교체할 수 없기 때문에 마모되면 공구 전체를 폐기해야 합니다. 이러한 공구는 일반적인 준정삭 및 황삭 작업에 사용됩니다.
3. 인덱싱 가능한 도구
이러한 공구는 교체 가능한 인서트를 사용하여 공구 오프셋을 재설정하지 않고도 신속하게 교체할 수 있습니다. 날이 마모되면 인서트를 회전시켜 새 날로 교체할 수 있으므로 대량 생산에서 높은 활용도와 효율성을 보장합니다. 단점으로는 솔리드 공구에 비해 조립 정밀도가 다소 떨어지고 공구 홀더의 초기 투자 비용이 더 높다는 점입니다. 이러한 공구는 대량 생산, 자동화 라인 및 일반 가공에 적합합니다.
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