1 연구 방법 

1.1 설계 접근 방식

본 연구는 특정 기하학적 및 공차 결정이 CNC 가공 비용에 미치는 영향을 평가했습니다. 세 가지 대표적인 부품 범주를 선택했습니다:

1. 얇은 벽 인클로저,

2. 정밀 샤프트,

3. 알루미늄 6061-T6, 스테인리스 스틸 304 및 POM으로 제작된 기능성 브래킷.

각 범주는 포켓 깊이, 필렛 반경, 홀 수, 챔퍼 형상 및 공차 대역폭을 포함한 가변 기능을 사용하여 모델링되었습니다. 모든 기능 변형은 일반적으로 발생하는 산업적 제약 조건 및 공급업체 능력 범위를 충족하도록 설계되었습니다.

1.2 데이터 소스

데이터는 다음에서 얻었습니다:

• 일상적인 생산에 사용되는 3축 및 4축 수직 머시닝 센터에서 얻은 사이클 시간 로그,
• 프리세터(presetter)를 통해 수집된 공구 마모 측정값,
• Mastercam 2024를 기반으로 한 CAM 생성 공구 경로 시뮬레이션,
• 생산 계획 부서에서 제공한 비용 분석 시트.

일관성을 보장하기 위해 모든 가공 매개변수는 동일한 절삭 공구 등급, 스핀들 속도 범위 및 냉각 조건으로 정규화되었습니다.

1.3 도구 및 재현성

실험에 사용된 도구:

• 공구 경로 생성을 위한 Mastercam 2024,
• 치수 검증을 위한 Mitutoyo 디지털 마이크로미터,
• 표준화된 비용 모델(노동, 시간당 기계 비용, 재료 비용, 공구 비용).

워크플로우는 동일한 CAD 형상, CAM 설정 및 재료 재고를 적용하여 완전히 재현 가능합니다.

2 결과 및 분석

2.1 사이클 시간 비교

표 1은 비기능적 기능을 단순화할 때 사이클 시간의 변화를 요약합니다.
(최종 문서에서 적절한 정렬과 단위를 사용하여 3행 테이블을 사용하십시오.)

표 1 기능 감소 vs. 사이클 시간 변화

결과는 단순화된 포켓과 표준화된 반경이 가공 패스를 크게 줄인다는 것을 나타냅니다. 더 깊은 포켓과 작은 맞춤형 반경은 공구 마모 증가 및 거친/마무리 사이클 연장과 가장 높은 상관 관계를 보였습니다.

2.2 공차 영향

공차 대역폭을 ±0.01 mm에서 ±0.05 mm로 확장하면 마무리 시간이 14~19% 감소했습니다. 공구 처짐 보정 단계가 그에 따라 감소했으며, 검사 반복 횟수도 줄었습니다.

2.3 기존 연구 결과와의 비교

CNC 비용 모델링에 대한 기존 연구에서는 공차 대역폭과 마무리 시간 간의 관계에서 유사한 추세를 보고합니다. 이 실험은 이러한 관찰을 확인하고 다중 재료 생산에 대한 이점을 정량화합니다.

3 고찰

3.1 연구 결과 해석

대부분의 비용 절감은 공구 경로 단순화 및 최적화된 커터 참여에서 비롯됩니다. 더 큰 반경은 고속 이송 전략을 허용하여 공구 마모를 줄입니다. 공차 확장은 특히 절삭 저항이 높은 스테인리스 스틸 부품의 경우 마무리 패스를 직접적으로 감소시킵니다.

3.2 제한 사항

• 세 가지 재료만 평가되었습니다. 내열 합금 및 티타늄은 포함되지 않았습니다.
• 5축 가공은 제외되었으며, 이는 복잡한 항공우주 형상에 대한 적용 가능성을 제한합니다.
• 비용 모델링은 안정적인 노동 및 전기 요금을 가정했으며, 이는 지역에 따라 다를 수 있습니다.

3.3 실질적인 의미

신속한 생산을 위해 CNC 부품을 설계하는 제조업체는 구조적 성능을 변경하지 않고도 이러한 DFM 팁을 통합하여 단위당 비용을 줄일 수 있습니다. 반경 표준화 및 비중요 공차 조정은 월 500개 미만의 배치 크기에서 특히 효과적입니다.

4 결론

이 평가는 DFM 지침(기하학적 단순화, 최적화된 반경 및 합리적인 공차 대역폭)을 일관되게 사용하면 주로 사이클 시간 및 공구 사용량 감소를 통해 가공 비용을 줄인다는 것을 보여줍니다. 이러한 통찰력은 부품 재설계 및 공급업체 벤치마킹의 향후 응용을 지원합니다. 추가 연구는 다축 가공 및 복잡한 합금으로 확장될 수 있습니다.