밀링 머신
1. 개요
밀링 머신(Milling Machine) 이란 원판 또는 원통체의 외주면이나, 단면에 다수의 절삭날로 평면, 곡면 등을 절삭하는 기계를 말한다. 선반과는 달리 커터날 즉 엔드밀 등이 회전하고, 공작물이 바이스 등에 고정되어 있다. [1] 여러 가지 형태가 있으며, 니(Knee) 형 밀링머신을 주로 사용한다. 선반은 축이 X, Z라 2차원 가공을 하는 가공 기계인 반면에 밀링은 축이 X, Y, Z 이므로 3차원 가공을 할 수 있다.
보통 일반 밀링 기계의 경우에는 1,400 RPM정도 지만, 10,000 RPM이 넘는 밀링 머신도 있다. 일반 승용차의 최대 RPM이 7~8,000 RPM임을 생각하면 엄청난 속도. 회전수를 보면 알겠지만 자칫하다간 큰일 난다. 5,000 RPM정도의 회전에선 장갑이 말려들어가면서 손가락이 끝장나는 수가 있다. 당연히 장갑을 끼면 안 된다. 산업체에선 모르겠으나 연구시설은 국내외를 가릴 것 없이 공작실에서의 장갑 착용이 금지되어있다. (용접 제외) 10,000 RPM 이상의 고속가공기에선 말려들어가기보단 닿자마자 튕겨져 나오니 그런 문제는 적지만 기존에 쓰는 쿨링 수단인 절삭유가 안 먹혀 분무기처럼 뿌리는 오일 미스트를 사용한다.
관련 자격증으로는 컴퓨터응용밀링기능사, 컴퓨터응용가공산업기사, CNC기계절삭가공사 등이 있다.
2. 범용 밀링
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범용 밀링의 생김새는 선반을 세운 것과 비슷하다.
밀링 작업은 선반과는 달리, 센터를 맞출 필요가 없다. [2] 그렇다고 대충 세팅해도 된다는 건 아니고, 테이블의 수평+테이블과 회전축의 수직을 맞춰야 한다. 권장 수치는 1m당 0.02mm 이하. 하지만 얇은 공작물의 경우 평행자에 물려서 가공을 한다. 센터를 맞출 필요가 없는 대신 직육면체의 직각이 굉장히 중요한데, 처음 밀링머신을 하는 경우에는 직각 맞추다가 시간도 다 가고 직각도 못 맞추는 경우가 많다. 앞에서 테이블의 수평과 회전축을 맞추는 이유가 바로 이것. 기계가 세팅이 잘되어있으면 나머지는 작업자의 숙련도 문제.
밀링 작업을 할 때 선반 작업과 같이 장갑을 끼어선 안된다. 선반과 달리 브레이크가 없기에 높은 RPM에 장갑이 걸리게 된다면 심한 부상을 당할 수도 있다! [3] 사실 학교 등 교육기관의 정석적인 교육은 장갑류의 사용을 금하지만, 실무현장에서는 손에 꽉 맞는 가죽제 장갑이나 목장갑을 사용하기도 한다.
이는 작업 환경의 차이다. 교육기관의 실습은 여러 공구를 교체, 확인 등 작업 외의 행동이 많아 공구 근처로 손의 동선이 지나갈 일이 많지만, 실무현장은 일정하고 반복적인 작업을 함으로 공구 근처로 손의 동선이 지나갈 일이 없으며 그렇게 하지도 않는다.
오히려 손에 묻는 기름과 핸들, 레버, 스위치 등 반복적인 기계사용으로 손에 피로가 가해져 작업의 능률 저하를 발생시키므로 장갑을 착용하는 것이다.
또한, 범용 밀링은 칩이 많이 날아오기 때문에, Y축[4]을 잘 조정해서 가공해야 한다. [5]
밀링에서의 공구는 평면을 치는 페이스 커터와, 홈을 가공하는 엔드밀 등이 있다.
밀링 엔드밀 작업을 할 때 상향 절삭과 하향 절삭을 주의해야 하는데 엔드밀을 가공할 때 하향 절삭으로 가공하게 되면 엔드밀 날이 쉽게 부러진다. 사실 엔드밀 작업 시 중요한 것은 상향/하향인가 하는 것보다 절삭량이다. 엔드밀 날 전체가 2mm 절삭하는 것과 엔드밀 끝만 5mm 절삭하는 건 후자가 엔드밀 부하가 훨씬 적다. 엔드밀 날이 수만 원에서 수십만 원 정도니 가공할 때 주의해야 한다.
범용밀링에 대한 자세한 내용에 대해서는 범용밀링을 참조.
3. 머시닝 센터
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현대위아의 5축 머시닝 센터인 XF6300.
밀링 머신은 CNC선반과는 달리 CNC 밀링과 머시닝 센터 두 개로 나뉜다. [6]
머시닝 센터에는 준비기능의 G코드와 보조 기능의 M코드가 있다. 주축(스핀들)이 X, Y방향으로 이동하는가의 여부에 따라 칼럼 이동형/테이블 이송형 등으로 나뉘기도 한다. '어떤 방식이 더 좋은 것이냐.'가 아니라 가공 작업의 특성에 맞는 방식이 좋다. [7]
머시닝 센터의 프로그래밍은 CNC 선반과는 달리 복잡하여, Mastercam, NX, 등과 같은 프로그램을 이용하여 프로그래밍한다. [8] [9]
머시닝 센터를 사용할 때에는 주의하도록 하자, 일단 CNC선반과는 달리 가격부터 차이 난다. CNC선반이 수천만 원 정도 하는 반면 머시닝 센터는 3축짜리 실습용 조차도 수 백, 수천만 원에 달하고, 현장에서 제대로 사용하는 것이라면 억 단위다. H사의 가공 범위 4,000x520x570인 머시닝 센터의 정가는 1억 5천만 원이다. 현금결제(...) 시 1억 4000만 원. 그리고 독일 회사인 EMAG의 경우는 제일 소형만 해도 3억이나 한다. 여기서 5축 옵션까지 붙으면 천정부지로 치솟는다. 물론 타 기기는 12,000 RPM에서 노는 동안 이건 조건만 잘 맞추면 25,000에서 30,000 RPM에서 노는 놈이니... [10] 당연히 기계만 있어서는 작업을 할 수 없으니 각종 공구류 구입은 따로 해야 한다.
기계가 고가이긴 하나 사람이 다치는 것보다는 기계가 고장 나는 게 백배 낫다. 기계는 고치면 되지만 사람은 그게 아니다. 현장에서도 기계와 공작물의 충돌이 발생했을 때 기계 이상 발생했다고 그 비용을 물어내는 경우는 없다고 보면 된다. [11] 그러니 사고 쳐서 겁먹고 애써 취직한 회사 그만두는 일은 없도록 하자.
3.1. 간단한 가공 노하우들
- 고정하는 힘이 가해지는 부분의 연장선은 지지 부분과 맞닿아 있어야 한다. 가장 기본이 되는 사항 중 하나. 변형과 기울어짐 등을 방지하여 가공에 대한 신뢰성을 확보할 수 있다. 의외로 자재를 고정 안 해서 엔드밀 등 공구가 작살나는 경우가 꽤 많다.
- 지지면과 공작물이 접촉하는 면은 청결한 상태를 유지해야 한다. 이물질 유입은 불량의 원인이 되기도 한다. 청결하게 닦아내는 데 사용하는 건 다름 아닌 맨손(...). 의외라고 생각할지 모르지만, 맨손으로 닦으면 마이크로 단위 이하의 미세한 가루를 제외하면 전부 제거가 가능하다. 보통 압축공기로 이물질 불어내기 → 걸레나 장갑 → 맨손의 순서. 여담으로 해당 분야에 취업했을 때 익숙해질 때까지 가장 욕을 많이 먹게 될 부분이다.
- 처음 하는 작업을 하게 되면 세팅 후 선임자에게 확인받을 것. '이게 무슨 가공 노하우냐!'라고 생각할지 모르지만, 확인 절차 생략해서 생기는 불상사는 '당사자 책임+선임자의 잔소리'이기 때문에, 완전히 숙달되기 전에는 지켜야 한다. 다른 업계도 마찬가지지만, 이쪽 업계는 특히나 시간과 자재가 많이 들어가서 더 하다. 심지어 프로그래밍하다가 절삭 조건 기입 시 오타가 나는 순간, 공구나 자재만 박살 나면 천만다행으로 알아야 한다. 심하면 스핀들이 나가기도 하는데, 비싼 기계는 수리비만 천만 단위로 널뛰기 때문에, 당연히 시말서감이다.
- 녹이 스는 재질이면 가공 후 방청 작업 필수. 보통 용제 희석용 방청유라고 적혀있는 통에 있는 방청유를 표면에 발라 방청(=녹방지)하면 된다. 이걸 소홀히 하면 표면에 녹 발생 → 녹 제거 트리를 타기 때문에, 몇 배는 더 힘들어진다.
- 단면 가공할 때 절대 절삭유를 뿌리지 마라. 페이스 커터 가공이 부하가 많이 걸린다고 이를 냉각하기 위해 뿌리는 실습생이 있는데, 화재 위험이 크다!
사실 그 정도는 아닌데, 절삭유의 발화점은 생각보다 매우 높으며[12], 애초에 불이 날 정도로 열이 난다는 건 애초에 가공방법이 잘못 되었다는 것이므로, 그러기 전에 소재나 공구 중 하나가 부숴지는 게 보통이다.
- 한 번에 너무 많이 가공하지 마라. 가끔 작업 빨리하겠다고 엔드밀로 10mm 이상을 한 번에 깎는 사람이 있는데, 공구가 순식간에 박살 날 수 있다! 4mm 쳐낼 때도 조건이 나쁘면 연기가 나는 판에, 10mm 이상이면 문제가 안생기는 게 이상하다. 그래서서 보통의 교육과정에선 한 번에 2mm씩 깎아내라고 교육한다. (라핑 엔드밀이면 상관없다.)[13]
- 페이스 커터 가공 후 공작물을 절대 맨손으로 만지지 말 것. 페이스 커터는 속도가 엔드밀의 배 단위다. 실제로 깎다 보면 칩이 불꽃과 함께 막 튀는 걸 볼 수 있으며, 가공 직후 단면은 매우 뜨겁다. 장갑 끼고 만지자.
- 페이스 커터 가공할 때 아웃도어 복장 등 합성섬유 재질의 옷은 입지 말자. 기본적으로 금속과 금속이 접촉해서 깎아내는 거라, 심하면 불꽃도 튄다. 한데 가공 중에 이 뜨거운 칩이 이리저리 튀다 옷에 들러붙으면 나일론 같은 합성섬유는 바로 녹아내려서 옷에 구멍이 숭숭 뚫린다. 이 실수는 교육 중에 많이 벌어지는데, 괜히 실습 전에 면으로 된 옷을 입으라 하는 게 아니다.
4. 기타
밀링 머신은 뉴스와 같은 미디어 매체에서도 주로 볼 수 있다. 특히 자동차 관련이나 애플 아이폰5의 다이아몬드 컷팅 등에서 밀링 머신을 볼 수 있다.
[1] 자석으로 고정시키는 경우도 있다.[2] 선반은 공작물이 돌고 공구가 고정 상태에서 이송하여 절삭하는 방식인 반면, 밀링은 커터 날이 회전하며 공작물이 고정되어 있고, 테이블로 공작물을 이송시키는 방식이다. 한마디로 반대다.[3] 손만이 아니라 팔, 어깨 심지어 전신에 부상을 입거나 사망에 이를 수도 있다.[4] 전후 이송[5] 선반처럼 칩이 뭉쳐 나오는 게 아니라 칩이 두껍고 작게 나와 안경을 끼더라도 칩이 눈에 들어갈 수 있으므로 보안경을 쓰는 게 좋다. 그리고 칩이 사방으로 흩어져서, 옷 안에 들어가는 경우도 허다하다. 게다가 묘하게 뜨거워서 목으로 들어가면 대참사.. 거기에 고가의 아웃도어 옷을 입었다면 바로 옷에 구멍이 뚫린다. 진짜 조심하자[6] CNC 밀링과 머시닝 센터의 개념은 조금 다르다. CNC 밀링은 자동으로 공구가 교환되지 않아 사용자가 직접 해야 하는 반면 머시닝 센터는 프로그래밍으로 자동 공구 교환을 할 수 있다. CNC밀링+자동공구 교환장치(ATC)=머시닝센터라고 보면 된다.[7] 가벼운 공작물이라면 어떤 방식이든 별 상관없지만 가공품이 수 톤 이상의 중량이라면 칼럼 이동형이 나은 식으로..[8] 몰론 직접 프로그래밍을 하도록 가르치는 학교도 많다. CNC밀링기능사/컴퓨터응용가공산업기사 실기 시험에서는 직접 프로그래밍해야 한다. 즉, 관련 자격증 따려면 필수.[9] 세상은 넓고 괴수들은 많기 때문에 아무리 봐도 직선으로 보이는 십만 R 이상의 라운드를 그것도 다중, 복합적인 형상을 cam은 커녕 계산기도 없이 현장에서 즉석으로 프로그래밍하여 작업하는 사람들도 많이 있다.[10] 당연한 말이지만 이런 고회전 영역에선 절삭 조건을 잘못 맞출 경우 가차 없이 툴브레이킹 알람을 볼 수 있다.[11] 법에도 작업 중 발생한 사고에 대해 금전적 책임을 물을 수 없게 되어있다. '''물론 고의적인 경우는 제외'''[12] 실제로 종이컵에 절삭유를 부어서 활활 타오르는 곳에 던져보자. 절삭유는 안 타고 종이컵만 탄다. 오히려 절삭유 때문에 종이컵이 활활 타오르진 않는다.[13] 사실 말이 그렇지 금속가공은 거의 1mm 이내로 가공한다. 단, 가공 재질이 매우 연한 제품(플라스틱 같은 것)들은 한 번에 10mm 이상 깎아도 상관없는 게 있다.