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1. 수치제어(NC) 시스템
1.1. NC의 개요
NC(Numerical Control)는 문자와 숫자로 이루어진 프로그램에 의해 공작기계나 장비의 동작을 자동으로 제어하는 기술이다. NC는 기계의 모든 동작이 사전 프로그래밍된 기계 언어에 의해 제어되므로, 정확성과 반복성이 높으며 생산성이 향상될 수 있다는 장점이 있다. NC 시스템은 명령 프로그램, 기계 제어 유닛, 그리고 공작기계 본체의 세 가지 주요 요소로 구성된다.
명령 프로그램은 공구와 공작물의 상대적인 위치 좌표, 주축 회전 속도, 이송 속도 등의 정보를 담고 있다. 기계 제어 유닛은 이 프로그램을 해석하여 실제 공작기계를 제어하는 역할을 한다. 공작기계 본체는 선삭, 밀링, 드릴링 등의 절삭 가공 작업을 수행하는 실제 장치이다. NC 시스템은 이 세 요소가 유기적으로 결합되어 작동한다.
NC 기술의 도입은 생산성 향상, 정밀성 향상, 유연성 향상 등의 장점을 가져왔다. 사람의 개입 없이도 자동으로 지속적인 가공이 가능해졌고, 복잡한 형상의 제품 생산이 용이해졌다. 또한 프로그램의 변경만으로 다양한 제품의 생산이 가능한 유연성도 확보할 수 있게 되었다.
최근에는 컴퓨터가 NC 시스템을 제어하는 CNC(Computer Numerical Control) 기술이 발전하면서 NC의 활용도가 더욱 높아지고 있다. CNC 기술은 컴퓨터를 활용하여 NC 프로그램을 편집, 실행, 모니터링하는 등 NC 시스템을 보다 효율적으로 운용할 수 있게 해준다. 이를 통해 생산 공정의 자동화와 효율화가 더욱 진전되고 있다.
1.2. NC 좌표계
NC 좌표계는 주로 평판 및 각주 형상물과 회전 혹은 원통 형상물에서 사용되는 좌표계이다.
평판 및 각주 형상물에서는 선형직교 좌표계를 사용하는데, 이는 X, Y, Z 3축으로 구성된다. X중지, Y검지가 공작물이 놓인 테이블의 이동을 나타내고, Z엄지가 공구의 수직방향 이동을 나타낸다. 이때 중요한 것은 공구와 공작물의 상대적 위치이며, 실제 무엇이 어떻게 움직이는지는 크게 중요하지 않다.
회전 혹은 원통 형상물에서는 회전좌표계를 사용하는데, 이 역시 3축으로 구성된다. a는 X축의 회전각도, b는 Y축의 회전각도, c는 Z축의 회전각도를 나타낸다. 축의 개수가 늘어나면(최대 6축) 더 복잡한 가공이 가능해진다. 선반이나 터닝센터에서 가공되는 회전 형상물의 경우, X축은 반경 방향(공작물의 절삭 깊이 방향), Z축은 공작물의 중심선 방향(회전축)을 나타낸다. Y축은 표현하지 않는데, X축을 90도 회전시키면 Y축과 같아지기 때문이다.
결과적으로 NC 좌표계는 가공물의 형상에 따라 선형직교 좌표계와 회전좌표계로 구분되며, 이를 통해 공구와 공작물의 상대적 위치를 나타낼 수 있다. 이러한 NC 좌표계 설정은 NC 프로그래밍에 있어 매우 중요한 요소이다.
1.3. NC 프로그램 구조
NC 프로그램 구조는 공작기계의 동작을 제어하기 위한 명령어들이 체계적으로 구성된 형태이다. NC 프로그램은 준비명령(G코드), 위치좌표(X, Y, Z 등), 이송속도(F코드), 주축속도(S코드), 공구선택(T코드) 등의 다양한 정보들로 구성되어 있다.""
NC 프로그램의 구성은 크게 다음과 같다. 첫째, N코드는 작업 단계 번호를 나타낸다. 둘째, G코드는 준비명령으로 어떻게 이동할지를 지시한다. G90은 절대좌표계, G91은 증분좌표계를 선언한다. G00은 급속이송, G01은 직선보간 가공을 나타낸다. 셋째, X, Y, Z, I, J, K, U, W코드는 이동할 좌표 값을 나타낸다. 넷째, F코드는 이송속도를, S코드는 주축속도를 지정한다. 다섯째, T코드는 공구 선택 정보를, M코드는 보조 명령을 나타낸다.""
이처럼 NC 프로그램 구조는 다양한 기능별 코드들이 체계적으로 구성되어 있어 공작기계의 정밀한 동작을 제어할 수 있다. 특히 절대좌표계와 증분좌표계, 보간법 등의 개념은 NC 프로그램의 핵심적인 구성 요소라고 할 수 있다.""
1.4. NC 프로그래밍 방식
NC 프로그래밍 방식에는 수동(manual) 파트프로그래밍, 컴퓨터이용 파트프로그래밍, CAD/CAM S/W 이용 파트프로그래밍 등이 있다"".
수동(manual) 파트프로그래밍은 사람이 직접 도면을 보고 프로그램을 작성한 뒤 CNC 공작기계로 전송하는 방식이다. 이 방식은 오류가 빈번하게 발생하고 전문가의 노력이 많이 필요하여 비효율적이다"".
컴퓨터이용 파트프로그래밍은 컴퓨터를 이용하여 NC 코드를 A...
