품질 저하 없이 CNC 가공 비용을 절감하는 방법

소개

Minghe는 부품의 성능이나 신뢰성을 저하시키지 않으면서도 CNC 가공 비용을 절감해야 하는 동일한 과제에 직면한 수천 명의 엔지니어와 구매자를 지원해 왔습니다. 다품종 소량 생산 환경에서는 이러한 균형이 특히 중요합니다.

수년에 걸쳐, 비용 절감은 지름길이 아니라 프로세스의 모든 단계에서 더 현명한 결정을 내릴 때 가능하다는 사실을 발견했습니다. 초기 설계와 재료 선택부터 가공 전략과 공급업체 협업에 이르기까지 모든 단계에서 최적화할 수 있는 기회가 있습니다.

이 글에서는 비용을 절감하기 위해 Minghe에서 사용하는 정확한 방법을 소개합니다.

제조 가능성을 위한 부품 설계 최적화

당사의 경험에 따르면 CNC 가공 비용을 절감하는 가장 빠른 방법은 부품 자체를 단순화하는 것입니다. 복잡한 피처는 프로그래밍 시간, 기계 설정 및 공구 마모를 증가시키며, 특히 소량에서 중량 가공의 경우 더욱 그렇습니다.

다음은 고객에게 권장하는 몇 가지 검증된 디자인 사례입니다:

1. 넉넉한 내부 반경 사용
   포켓 내부의 날카로운 모서리에는 직경이 작은 공구가 필요하므로 절삭 속도가 느리고 부러지기 쉽습니다. 대신 내부 모서리를 표준 공구 크기에 맞추면 공구 경로가 더 매끄러워지고 가공 시간이 단축됩니다.
2. 벽 두께 일관성 유지
   얇은 벽은 절삭 하중을 받으면 휘어지거나 진동할 수 있으며, 이로 인해 진동음, 표면 마감 불량 또는 부품 고장으로 이어질 수 있습니다. 균일하고 적당한 벽 두께는 가공을 더욱 안정적으로 만들고 불량률을 줄여줍니다.
3. 표준 구멍 및 나사산 크기 준수
   비표준 직경이나 나사 유형을 사용하면 공구 교체 또는 맞춤형 툴링이 느려지는 경우가 많습니다. 가능하면 일반적인 드릴 크기(예: Ø6mm, Ø10mm)와 나사산 유형(예: M6, UNC ¼")을 사용하여 가공을 간소화하고 비용을 절감하세요.
4. 장식 또는 미용 기능 제한
   각인된 로고, 텍스트 또는 패턴은 보기에는 좋지만 추가 프로그래밍과 도구 변경이 필요합니다. 브랜딩이 필요하다면 가공 후 레이저 마킹을 고려하세요.
5. 손쉬운 도구 접근을 위한 디자인
   부품을 가공해야 하는 면이 많을수록 더 많은 설정이 필요합니다. 접근 가능한 면에 가능한 한 많은 중요 피처를 배치하여 단일 설정으로 가공하는 것이 이상적입니다.
6. 깊고 좁은 구멍을 피하세요
   깊이 대 폭 비율이 높은 피처는 가공 속도가 느려지고 공구가 휘어질 가능성이 높아집니다. 깊은 절삭이 필수적인 경우 개구부를 넓히거나 부품을 별도의 구성 요소로 나누십시오.
7. 단단한 필렛보다 챔퍼를 선호합니다.
   챔퍼는 표준 툴링으로 더 빠르게 절단할 수 있습니다. 단단한 필렛은 종종 더 작은 공구와 느린 패스가 필요합니다. 강도나 결합에 필요한 경우가 아니라면 모따기가 더 비용 효율적인 옵션입니다.
8. 표준 재고에 맞게 부품 크기 조정
   표준 봉재, 플레이트 또는 압출 크기에 맞게 부품을 설계하면 재료 낭비와 황삭 시간을 최소화할 수 있습니다. 예를 들어 51mm가 아닌 49mm 부품을 설계하면 표준 50mm 바에 맞출 수 있습니다.

빠른 디자인 체크리스트:

• 내부 모서리 크기가 표준 도구와 일치합니까?
• 공구 직경 ~1.5배 미만의 얇은 벽이 있습니까?
• 대부분의 피처를 한 방향으로 가공할 수 있나요?
• 구멍과 나사산은 표준 크기를 기준으로 하나요?
• 가공 후 생략하거나 할 수 있는 미용 컷이 있나요?

좋은 설계는 성능뿐만 아니라 부품을 얼마나 효율적으로 만들 수 있는지도 중요합니다. CAD 단계에서의 작은 조정이 작업 현장에서 큰 비용 절감으로 이어질 수 있습니다.

비용 효율적인 재료 선택

올바른 소재를 선택하는 것은 성능뿐만 아니라 가공 시간과 전체 생산 비용 모두에 중요한 역할을 합니다. 밍헤에서는 가공성이 뛰어나거나 쉽게 구할 수 있는 합금으로 전환함으로써 고객이 최대 30%를 절약할 수 있도록 도와드리는 경우가 많습니다.

다음은 자료 선택에 도움이 되는 주요 원칙입니다:

1. 기계 가공성 우선 순위 지정
   어떤 금속은 다른 금속보다 훨씬 쉽게 절단할 수 있습니다. 6061 또는 7075와 같은 알루미늄 합금과 자유 가공 황동 또는 연강은 더 빠른 이송과 더 긴 공구 수명을 제공합니다. 반면 스테인리스강, 티타늄, 경화강은 공구가 빨리 마모되고 생산 속도가 느려지는 경향이 있습니다.
2. 과도하게 지정하지 마세요.
   부품에 탁월한 내식성이나 고강도가 요구되는 경우가 아니라면 프리미엄급 소재가 필요하지 않을 수도 있습니다. 예를 들어 304 스테인리스에서 303 스테인리스로 전환하면 성능 저하 없이 사이클 시간을 크게 줄일 수 있습니다.
3. 가용성 및 재고 형식 확인
   일부 특수 합금이나 대형 블랭크는 리드 타임이 길거나 최소 주문 수량이 정해져 있습니다. 가능하면 표준 바, 플레이트 또는 압출 크기에 맞게 부품의 크기를 조정하면 원자재 낭비와 소싱 문제를 모두 줄일 수 있습니다.
4. 킬로그램당 원가 이상의 가치를 생각하세요
   알루미늄은 연강보다 kg당 가격이 비쌀 수 있지만 일반적으로 가공 속도가 훨씬 빠릅니다. 많은 경우, 특히 대량 생산 부품의 경우 절약되는 시간이 더 높은 재료비를 상쇄합니다.
5. 공급업체에 권장 사항을 문의하세요.
   기계 공장에서는 어떤 재료를 가장 효율적으로 가공할 수 있는지 알고 있는 경우가 많습니다. 당사는 성능은 동일하지만 가공 속도가 더 빠르거나 마감이 더 우수한 대체 재료를 파악하여 고객이 비용을 절감할 수 있도록 지원했습니다.

재료 비용과 가공성 비교:

재료	기계 가공성	비용 수준	참고
알루미늄 6061	우수	낮음	빠른 가공, 프로토타입 및 하우징에 이상적
황동 C360	우수	Medium	버터처럼 자르지만 원가가 더 높습니다.
연강 1018	Good	낮음	구조 부품을 위한 신뢰성과 다용도성
스테인리스 303	공정	Medium	304보다 우수한 가공성
스테인리스 304	Poor	높음	작업은 빠르게, 가공은 느리게
티타늄 Ti-6Al-4V	매우 열악함	매우 높음	특별한 툴링 및 설정이 필요합니다.

최고의 소재는 성능, 가용성, 가공 용이성 사이에서 적절한 균형을 이루는 소재입니다. 올바른 소재를 조기에 선택하면 최종 사용 품질에 영향을 주지 않으면서 비용을 크게 절감할 수 있습니다.

가능한 경우 표준 허용 오차 사용

CNC 가공에서 가장 큰 비용 요인 중 하나는 엄격한 공차입니다. 일부 부품에는 높은 정밀도가 필수적이지만, 많은 설계에는 습관이나 주의 부족으로 필요 이상으로 엄격한 공차가 포함되는 경우가 많습니다.

비용 효율성을 위해 허용 오차를 최적화하는 방법은 다음과 같습니다:

1. 허용 오차에 대한 의도적인 관리
   모든 구멍이나 표면이 ±0.01mm로 유지될 필요는 없습니다. 중요하지 않은 피처의 경우 ±0.1mm 또는 ±0.2mm와 같이 더 느슨한 공차를 사용하면 생산 속도를 높이고 공구 마모를 줄이며 수율을 개선할 수 있습니다.
2. 국제 표준 준수
   ISO 또는 ANSI 표준 맞춤을 준수하면 매장에서 검증된 검사 방법과 표준 게이지를 사용할 수 있습니다. 또한 공급업체 간에 부품을 쉽게 재제작하거나 재생산할 수 있습니다.
3. 미용 기능을 편안하게 유지
   다른 구성 요소와 결합되지 않는 로고, 가장자리 또는 외부 면은 엄격한 허용 오차가 필요하지 않습니다. 장식 표면의 허용 오차가 과도하게 설정되어 불필요한 비용이 추가되는 프로젝트를 종종 볼 수 있습니다.
4. 허용 오차 중첩 방지
   여러 치수가 총 거리를 유지하기 위해 서로 의존하는 경우 작은 오차도 합산되어 재작업으로 이어질 수 있습니다. 이러한 경우 디자인을 재고하거나 조정 슬롯을 추가하는 것이 더 나은 해결책이 될 수 있습니다.
5. 허용 오차 범위를 명확하게 정의
   모든 기능을 과도하게 정의하는 대신 도면 제목 블록에 일반적인 허용 오차 메모(예: "별도로 지정하지 않는 한 ±0.1mm")를 사용하고 꼭 필요한 곳에만 더 엄격한 허용 오차를 적용하세요.

허용 오차 범위별 예상 비용 영향:

허용 오차 범위(미터법)	비용 영향과 기준선 비교
±0.10 mm	기준선(일반)
±0.05 mm	+10-20%
±0.01 mm	+30-50%
±0.005mm 또는 그 이상	+70-100%+

전문가 팁: 공급업체에 기계에서 "자연스럽게" 허용할 수 있는 허용 오차를 문의하세요. 이러한 기능을 중심으로 설계하면 숨겨진 비용을 추가하는 특별한 설정, 속도 저하 또는 검사를 피할 수 있습니다.

허용 오차는 강력한 도구이지만 모든 도구가 그렇듯 목적에 맞게 사용해야 합니다.

설정 및 도구 변경 최소화

CNC 가공에서 절삭 시간은 비용 설정에 영향을 미치는 유일한 요소가 아니며, 공구 교환은 특히 여러 부품 또는 소규모 배치에서 생산에 조용히 시간을 추가할 수 있습니다.

설정을 최소화하여 비용을 절감하는 방법은 다음과 같습니다:

1. 설정 횟수 줄이기
   부품을 뒤집거나 방향을 바꿔야 할 때마다 기계를 멈추고 작업자가 다시 위치를 정하고 정렬을 확인해야 합니다. 이 모든 것이 비용을 지불하는 시간입니다. 가능한 한 많은 피처를 한 번의 설정으로 가공할 수 있도록 부품을 설계하세요.
2. 접근 가능한 얼굴에 기능 통합
   우리는 종종 서너 개의 개별 가공 방향이 필요한 설계를 재작업하는 고객을 돕습니다. 피처를 재구성하거나 형상을 조정하여 많은 부분을 한 번에 처리할 수 있으므로 실행당 시간을 절약할 수 있습니다.
3. 툴링 표준화
   부품에 15개의 서로 다른 공구 직경이 필요한 경우 프로그래밍 및 설정 시간이 더 오래 걸릴 수 있습니다. 가능하면 대부분의 공장에서 이미 재고가 있는 표준 엔드밀, 드릴 크기 및 나사산 유형으로 절단할 수 있는 피처를 설계하세요.
4. 특수 도구가 필요한 기능은 피하세요.
   깊은 키홈, 언더컷 또는 좁은 반경의 포켓은 종종 값비싼 맞춤형 툴링이나 추가 패스가 필요합니다. 더 간단한 형상으로 동일한 기능을 달성할 수 있는 디자인이라면 거의 항상 더 저렴합니다.
5. 유사한 부품을 함께 배치
   여러 부품을 생산하는 경우 구멍 크기, 슬롯 너비, 표면 마감 등 가능한 한 많은 부품을 표준화하세요. 이렇게 하면 동일한 공구 경로와 설정을 재사용할 수 있으므로 변경 작업을 최소화할 수 있습니다.
6. 퀵 체인지 설비에 투자
   대량 또는 반복 주문의 경우 퀵체인지 픽스처 또는 소프트 죠를 사용하면 부품 로딩 시간을 크게 줄일 수 있습니다. 초기 비용이 다소 들지만 장기적으로 보면 절감 효과가 금방 나타나기 마련입니다.

효율성 팁: 공급업체가 5축 가공을 사용하는 경우, 이를 최대한 활용하기 위해 부품을 재설계할 수 있는 방법을 문의하세요. 두 번 설정해야 하는 부품을 원패스 작업으로 전환하여 노동 시간을 절반으로 줄인 사례를 보았습니다.

일괄 생산을 위한 설계

반복성을 염두에 두고 부품을 설계하면 CNC 가공의 효율성이 훨씬 더 높아집니다. 프로토타이핑을 통해 더 많은 유연성을 확보할 수 있지만, 생산 규모의 작업에는 일관성과 속도가 요구되며 이 두 가지 모두 설계에 직접적으로 영향을 받을 수 있습니다.

배치 생산을 위해 부품을 최적화하는 방법은 다음과 같습니다:

1. 안정적이고 반복 가능한 고정을 위한 설계
   불규칙한 모양, 둥근 베이스 또는 클램핑하기 어려운 형상은 배치 워크플로우를 느리게 하는 경우가 많습니다. 평평하고 빠르게 정렬할 수 있는 부품은 대량 생산에 이상적입니다. 필요한 경우 참조 모서리 또는 정렬 기능을 디자인에 직접 추가합니다.
2. 대칭 활용
   대칭형 부품은 종종 동일한 픽스처를 사용하여 미러링된 방향으로 가공할 수 있습니다. 이렇게 하면 필요한 사용자 지정 설정 횟수가 줄어들고 작업자가 재프로그래밍 없이 왼쪽 및 오른쪽 부품을 가공할 수 있습니다.
3. 다중 부품 가공 고려
   부품이 작은 경우 단일 설정에 여러 장치를 중첩할 수 있습니다. 한 번에 2개, 4개 또는 10개의 부품을 보관할 수 있는 고정 장치를 설계하여 한 사이클에 여러 개의 완제품을 생산할 수 있도록 합니다.
4. 탭 또는 연결 기능을 사용하여 처리
   얇은 부품이나 부드러운 소재의 부품을 가공할 때 부품 사이 또는 고정 프레임에 작은 탭을 추가하면 취급과 마무리가 더 쉬워집니다. 나중에 최소한의 2차 작업으로 제거할 수 있습니다.
5. 제품군 전반의 기능 표준화
   여러 개의 관련 부품을 생산하는 경우 홀 패턴, 슬롯 너비 또는 나사산 크기와 같은 세부 사항을 통합하세요. 이를 통해 여러 작업에서 공구 경로와 픽스처를 재사용하여 프로그래밍 시간과 비용을 절감할 수 있습니다.
6. 공구 마모 및 재료 변화 예측
   장기적으로는 원자재 경도나 칩 축적의 작은 차이도 허용 오차에 영향을 미칠 수 있습니다. 생산 배치 도중에 실패할 수 있는 경계선처럼 얇은 벽이나 지나치게 꽉 끼는 핏은 피하세요.

제작 팁: 공급업체에 연간 예상 주문량을 알려주세요. 장기간에 걸쳐 여러 주문을 계획하는 경우 고정 비용을 분할 상환하고 더 나은 부품당 가격을 제공할 수 있습니다.

후처리 비용 고려

가공이 완료된 후 추가되는 시간과 비용을 간과하기 쉽지만 마감, 코팅, 디버링과 같은 후처리 단계는 전체 부품 비용에서 의외로 큰 비중을 차지할 수 있습니다.

이러한 비용을 관리하는 방법은 다음과 같습니다:

1. 필요 없는 것을 과도하게 마무리하지 마세요.
   내부 또는 숨겨진 표면을 포함하여 모든 면에 미세한 표면 마감(예: Ra 1.6 µm 이상)으로 지정된 부품을 종종 볼 수 있습니다. 표면이 보이거나 만져지지 않거나 조립에 영향을 미치지 않는다면 거칠지만 허용 가능한 마감 처리를 고려하세요.
2. 미용 요구 사항 최소화
   가공된 텍스처, 광택 처리된 표면 또는 비드 블라스팅은 보기에는 좋을지 몰라도 마감 처리가 추가될 때마다 시간과 비용이 증가합니다. 외관이 중요한 부분에 대해 전략적으로 접근해야 합니다. 브랜딩의 경우, 일반적으로 간단한 레이저 마크 후가공이 각인보다 훨씬 비용 효율적입니다.
3. 가능하면 마무리 단계를 결합하세요.
   부품에 아노다이징과 레이저 마킹이 필요한 경우 추가 설정 없이 순차적으로 수행할 수 있도록 계획합니다. 마킹을 위해 평평한 표면을 디자인하거나 정렬 기능을 포함하면 이 프로세스의 속도를 높일 수 있습니다.
4. 복잡한 마스킹 요구 사항 피하기
   코팅 시 특정 영역(예: 실 또는 접촉면)을 마스킹해야 하는 경우 일반적으로 수작업이 필요합니다. 가능하면 마스킹 영역과 코팅 영역이 높이 또는 방향에 따라 자연스럽게 구분되도록 부품을 디자인하세요.
5. 가장자리 끊김과 버 고려
   날카로운 내부 모서리는 수작업으로 디버링해야 하는 경우가 많으므로 노동 시간이 늘어납니다. 대신 기계 기반 디버링을 허용하거나 수술 후 청소의 필요성을 줄이기 위해 적절한 경우 챔퍼 또는 반경을 포함하세요.
6. 공급업체와 명확한 커뮤니케이션
   "매끄러운 마감" 또는 "가벼운 광택"과 같은 모호한 사양은 해석의 여지를 남기며 과도한 처리를 유발할 수 있습니다. 대신 표면 거칠기 범위(예: 최대 Ra 3.2µm), 코팅 유형 및 필요한 시각적 품질 수준을 지정하세요.

마무리 팁: 어떤 코팅이나 마감재가 용도에 가장 적합한지 잘 모르겠다면 공급업체에 샘플이나 사진을 요청하세요. 10분 정도만 논의하면 비용이 많이 드는 추측을 피할 수 있는 경우가 많습니다.

가공 공급업체와 조기에 협업

가장 효과적인 비용 절감 기회 중 일부는 칩 하나를 절단하기 전에 발생합니다. 설계 단계부터 CNC 공급업체를 참여시키면 비용이 많이 드는 실수를 방지하고 부품을 더 간단하게 제조할 수 있는 방법을 찾을 수 있습니다.

1. DFM 피드백을 사용하여 과도한 복잡성 방지
   포켓 깊이, 나사산 크기 또는 공차를 조금만 조정하여 가공 시간을 절약한 사례를 수없이 많이 보았습니다. 모델을 조기에 공유하면 공급업체가 문제가 발생하기 전에 이러한 문제를 발견할 수 있습니다.
2. 자료 추천에 대해 문의하기
   공장의 재고, 기계의 성능 또는 공정에 가장 적합한 소재에 따라 선호하는 소재가 있을 수 있습니다. 304 스테인리스에서 303으로 또는 냉연강에서 열연강으로 전환하는 것만으로도 비용과 리드 타임에 의미 있는 차이를 만들 수 있습니다.
3. 머신 기능 이해
   모든 공장이 5축 장비를 운영하거나, 초정밀 스핀들을 보유하고 있거나, 특정 합금에 특화된 것은 아닙니다. 일반적인 설정이 어떤지 물어본 다음, 그 강점에 맞게 설계를 조정하세요.
4. 볼륨 및 향후 요구 사항 공유
   부품이 생산에 들어간다는 것을 알면 고정 장치 투자, 프로그램 최적화 또는 대량 가격 책정을 정당화할 수 있는 경우가 많습니다. 일회성 프로토타입 제작에 적합한 디자인도 초기에 이를 고려하지 않으면 확장성이 떨어질 수 있습니다.
5. 열린 커뮤니케이션 유지
   최고의 가공 프로젝트는 양쪽이 일치할 때 이루어집니다. 형상뿐 아니라 부품의 기능을 이해하면 더 나은 제조 옵션을 제안할 수 있습니다. 예를 들어, 복잡한 캐비티를 볼트로 결합된 두 개의 간단한 부품으로 바꾸면 가공 시간을 절반으로 줄일 수 있습니다.

실제 활용 팁: 최종 도면을 기다리지 마세요. 디자인 도중에 빠른 화면 공유나 STEP 파일을 전송하면 지오메트리가 고정된 막판 RFQ보다 더 나은 결과를 얻을 수 있는 경우가 많습니다.

결론

CNC 가공 비용을 절감하려면 비용을 절감하는 것이 아니라 처음부터 더 현명한 결정을 내리는 것이 중요합니다. 부품 형상을 개선하고 올바른 재료를 선택하는 것부터 설정을 간소화하고 공급업체의 역량에 맞추는 것까지 모든 단계에서 시간과 비용을 절약할 수 있는 기회가 있습니다.

Minghe는 수천 명의 엔지니어가 품질, 내구성 또는 리드 타임을 희생하지 않고도 부품을 생산에 최적화할 수 있도록 지원해 왔습니다. 프로토타입을 개발하든 대량 생산을 준비하든, 설계를 보다 효율적이고 비용 효율적으로 만들 수 있도록 도와드리겠습니다.

품질 저하 없이 가공 비용을 절감할 준비가 되셨나요?

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