NC 가공 계산기｜금속 재질별 절삭조건 공차 끼워맞춤 가공여유 중량 계산
NC 가공 계산기｜금속 재질별 절삭조건 공차 끼워맞춤 가공여유 중량 계산
플라스틱 사출에서는 수축률과 금형 보정 치수가 중요했다면, 금속 NC·CNC 가공에서는 재질별 절삭조건, 공차, 끼워맞춤, 가공여유, 열팽창, 소재 중량을 함께 봐야 합니다. 같은 10mm 홀을 가공하더라도 알루미늄, S45C, SUS304, SKD11, 티타늄은 절삭속도와 이송, 공구 마모, 열변형이 전혀 다르게 나타납니다.
이번 글은 머시닝센터, CNC 선반, 밀링, 드릴, 탭 가공을 할 때 참고하기 좋은 계산기 형태로 구성했습니다. 재질을 선택하면 밀도와 참고 절삭속도를 불러오고, 공구 지름과 날 수, 날당 이송을 넣으면 스핀들 RPM과 이송속도를 계산할 수 있습니다. 또 구멍과 축의 최소·최대 치수를 넣어 틈새 끼워맞춤인지, 억지 끼워맞춤인지도 확인할 수 있습니다.
금속 재질을 선택하고 공구 지름, 절삭속도, 날 수, 날당 이송을 입력하면 스핀들 회전수와 이송속도를 계산합니다. 공차, 끼워맞춤, 가공여유, 중량, 열팽창까지 함께 확인할 수 있습니다.
밀링·드릴 절삭조건 계산
Feed F = n × z × fz
구멍·축 공차 끼워맞춤 계산
최대 틈새 = 구멍 최대 - 축 최소
황삭·정삭 가공여유 계산
금속 소재 중량 계산
금속 열팽창 치수 변화 계산
금속 재질별 밀도·절삭조건·특징 참고표
NC 가공에서 재질별 조건이 중요한 이유
금속 가공은 재질에 따라 완전히 다르게 접근해야 합니다. 알루미늄은 빠른 절삭속도와 높은 이송을 줄 수 있지만 용착과 칩 배출을 주의해야 하고, SUS304는 가공경화가 생기기 쉬워 공구가 문지르기 시작하면 오히려 더 가공이 어려워집니다. SKD11이나 열처리강은 공구마모와 진동을 조심해야 하고, 티타늄은 열이 공구 끝에 집중되기 쉬운 난삭재입니다.
따라서 “NC 조건”은 하나의 정답값이 아니라, 재질과 공구, 장비 강성, 가공 방식, 클램핑 상태, 절삭유 조건을 반영해 잡아야 합니다. 계산기는 시작값을 잡는 용도이고, 실제 가공에서는 소리, 칩 상태, 공구 마모, 가공면 상태를 보며 조정해야 합니다.
절삭속도·RPM·이송속도 공식
머시닝센터에서 가장 기본이 되는 계산은 스핀들 회전수와 이송속도입니다. 절삭속도 Vc는 재질과 공구에 따라 정하고, 공구 지름 D를 기준으로 RPM을 계산합니다.
스핀들 회전수 n = 1000 × Vc ÷ (π × D)
이송속도 F = n × z × fz
Vc = 절삭속도 m/min, D = 공구지름 mm, z = 날 수, fz = 날당 이송 mm/tooth
예를 들어 S45C를 초경 엔드밀 D10, Vc 100m/min, 4날, fz 0.05mm/tooth로 가공하면 RPM은 약 3,183rpm이고 이송은 약 637mm/min입니다. 다만 절입이 깊거나 공구 돌출이 길면 이 값보다 낮게 시작하는 것이 좋습니다.
금속 재질별 가공 특징
| 재질 | 특징 | 가공 시 주의점 |
| SS400 | 일반 구조용강, 용접구조물에 많이 사용 | 스케일, 용접변형, 소재 표면 상태 확인 |
| S45C | 축, 기어, 기계부품에 많이 쓰는 탄소강 | 열처리 전후 경도 차이 확인 |
| SCM440 | 강도와 인성이 필요한 기계부품 | 조질재, 열처리품은 절삭조건 낮춤 |
| SKD11 | 냉간금형강, 금형부품에 사용 | 열처리 후 고경도 가공은 공구 선정 중요 |
| SUS304 | 내식성 우수, 가공경화가 쉬움 | 공구가 문지르지 않게 절삭 유지, 냉각 중요 |
| AL6061 | 가공성 좋고 지그·브라켓에 많이 사용 | 용착, 버, 얇은 벽 변형 주의 |
| AL7075 | 고강도 알루미늄 | 잔류응력, 박판 휨, 표면처리 고려 |
| 티타늄 | 강도 대비 가볍지만 난삭재 | 낮은 Vc, 충분한 절삭유, 공구마모 관리 |
공차와 끼워맞춤을 볼 때 중요한 점
도면에 Ø20 H7/g6처럼 표시되어 있으면 단순히 20mm로 가공한다는 뜻이 아닙니다. 구멍과 축 각각의 최소·최대 허용치가 있고, 두 부품이 조립됐을 때 틈새가 생기는지, 살짝 물리는지, 압입되는지를 봐야 합니다.
| 끼워맞춤 종류 | 판단 기준 | 대표 용도 |
| 틈새 끼워맞춤 | 최소 틈새가 0보다 큼 | 회전축, 슬라이딩 부품, 탈착 부품 |
| 중간 끼워맞춤 | 조건에 따라 틈새 또는 간섭 발생 | 정밀 위치결정, 핀 조립 |
| 억지 끼워맞춤 | 최대 틈새도 0보다 작음 | 압입, 고정, 베어링 일부 조립 |
가공여유를 잡을 때 실무에서 보는 기준
소재를 최종 치수와 딱 맞춰 준비하면 가공 중 휨, 표면 스케일, 톱절단 편차, 열처리 변형을 잡기 어렵습니다. 그래서 황삭, 정삭, 연마, 방전 등 후가공을 고려해 가공여유를 남겨둡니다.
- 일반 밀링 정삭 전 면당 0.1~0.3mm 정도를 남기는 경우가 많습니다.
- 연마 예정 부품은 연마 여유를 별도로 남겨야 합니다.
- 열처리 예정 부품은 변형을 고려해 열처리 전후 가공 순서를 나눕니다.
- 얇은 판재는 한쪽만 많이 깎지 말고 양면 교대가공을 고려합니다.
- 정밀 치수는 최종 한 번에 맞추기보다 황삭 후 안정화하고 정삭하는 편이 좋습니다.
금속 중량과 소재비 계산
금속 중량은 부피와 밀도로 계산합니다. 금속은 재질별 밀도 차이가 크기 때문에 같은 크기라도 알루미늄과 철, 구리의 중량이 크게 다릅니다.
중량 kg = 부피 cm³ × 밀도 g/cm³ ÷ 1000
블록 부피 = 가로 × 세로 × 길이
원봉 부피 = π × 반지름² × 길이
예를 들어 AL6061 100×50×200mm 블록은 부피가 1,000cm³이고, 밀도 2.70g/cm³를 적용하면 약 2.7kg입니다. 같은 크기를 철로 만들면 밀도 7.85g/cm³라 약 7.85kg이 됩니다.
열팽창과 정밀가공
정밀가공에서는 온도도 무시하면 안 됩니다. 금속은 온도가 올라가면 팽창하고 내려가면 수축합니다. 특히 알루미늄은 철보다 열팽창계수가 커서 긴 치수나 ±0.01mm 수준의 공차에서는 온도 차이가 치수에 영향을 줄 수 있습니다.
측정실이 아닌 일반 현장에서 가공 직후 뜨거운 상태로 측정하면, 냉각 후 치수가 달라질 수 있습니다. 정밀부품은 20℃ 기준으로 안정화한 뒤 측정하는 것이 좋습니다.
NC 가공에서 자주 생기는 실수
1. 재질만 보고 같은 조건을 적용하는 경우
같은 S45C라도 열처리 전 소재와 조질재는 가공성이 다릅니다. 같은 SUS304라도 판재, 봉재, 주조품, 가공경화 상태에 따라 조건이 달라질 수 있습니다.
2. RPM만 맞추고 이송을 너무 낮추는 경우
이송이 너무 낮으면 공구가 절삭하지 못하고 문지르게 됩니다. 특히 SUS류는 문지르는 순간 가공경화가 생겨 공구 수명이 급격히 떨어질 수 있습니다.
3. 공차를 한쪽 치수만 보고 판단하는 경우
끼워맞춤은 구멍 최소·최대와 축 최소·최대를 모두 봐야 합니다. 평균값만 보고 판단하면 조립 불량이 생길 수 있습니다.
4. 열처리·표면처리 여유를 빼먹는 경우
열처리, 연마, 아노다이징, 흑착색, 도금이 들어가면 치수 변화나 표면 두께 변화가 생길 수 있습니다. 최종 공정까지 고려해 공차를 잡아야 합니다.
관련글
NC 가공 조건은 금형설계, 공차, 재질 물성, UG NX CAM과 연결해서 보면 더 이해하기 좋습니다.
자주 묻는 질문
NC 가공에서 RPM은 어떻게 계산하나요?
RPM은 1000 × 절삭속도 ÷ (π × 공구지름)으로 계산합니다. 절삭속도는 재질과 공구 종류에 따라 달라집니다.
SUS304는 왜 가공이 어렵나요?
SUS304는 가공 중 열이 집중되고 가공경화가 생기기 쉬운 재질입니다. 공구가 문지르지 않도록 적정 이송을 유지하고 절삭유와 공구 상태를 관리해야 합니다.
알루미늄은 무조건 가공이 쉬운가요?
알루미늄은 일반적으로 가공성이 좋지만, 용착과 버, 얇은 벽 변형, 열팽창을 주의해야 합니다. AL7075는 AL6061보다 강도가 높아 조건을 다르게 잡는 것이 좋습니다.
끼워맞춤은 어떻게 판정하나요?
구멍 최소치에서 축 최대치를 뺀 값이 최소 틈새이고, 구멍 최대치에서 축 최소치를 뺀 값이 최대 틈새입니다. 최소 틈새가 양수이면 틈새 끼워맞춤, 최대 틈새가 음수이면 억지 끼워맞춤입니다.
정밀가공에서 온도는 왜 중요한가요?
금속은 온도에 따라 팽창하거나 수축합니다. 긴 치수나 ±0.01mm 수준의 정밀 공차에서는 20℃ 기준으로 안정화한 뒤 측정하는 것이 좋습니다.
마무리
NC 가공에서 재질별 조건은 단순 참고표 하나로 끝나지 않습니다. 재질, 공구, 장비 강성, 절삭유, 클램핑, 공구 돌출, 열처리 상태가 모두 절삭조건에 영향을 줍니다. 계산기는 시작값을 잡는 용도로 쓰고, 실제 가공에서는 소리와 진동, 칩 상태, 공구 마모를 보며 조건을 조정해야 합니다.
특히 공차가 중요한 부품은 절삭조건보다도 측정 기준, 온도, 가공순서, 정삭여유가 더 중요해질 수 있습니다. 황삭에서 한 번에 많이 빼기보다 변형을 줄이고, 최종 정삭은 안정된 조건에서 진행하는 것이 치수 품질을 맞추는 데 도움이 됩니다.