절삭 가공 이론 — OJT 교육

🎯 학습 목표

절삭 3요소를 이해하고 계산할 수 있다
절삭 조건 선정의 기준을 익힌다

📚 신입 학습 콘텐츠

Vc = π × D × N / 1000. 재료별 권장 절삭 속도, 공구 수명과의 관계를 학습합니다.

회전수와 절삭속도는 다른 겁니다

현장에 처음 오면 "몇 회전으로 돌려요?"라고 묻게 돼요. 그런데 정답은 소재와 공구 지름에 따라 매번 달라집니다.

N (회전수) — 주축이 1분에 몇 바퀴 도는가. 단위 rpm(min⁻¹)
Vc (절삭속도) — 공구 날끝이 소재를 지나가는 속도. 단위 m/min

공구 수명, 표면 상태, 발열을 결정하는 건 회전수가 아니라 Vc예요. φ10 엔드밀과 φ100 페이스밀을 같은 1,000rpm으로 돌리면 날끝 속도는 10배 차이가 납니다. 그래서 조건표는 회전수가 아니라 Vc로 적혀 있어요.

공식은 하나입니다

        π × D × N
Vc = ─────────────  (m/min)
          1000

D = 지름 (mm)   N = 회전수 (rpm)

회전수를 구할 때는 뒤집어서

        1000 × Vc
N  = ─────────────  (rpm)
         π × D

1000으로 나누는 건 mm를 m로 바꾸는 것뿐이에요. 어렵게 볼 게 없습니다.

숫자를 넣어서 3번만 해봅시다

① 밀링 — φ50 페이스밀로 SM45C 면가공, Vc 150 권장

N = 1000 × 150 / (3.1416 × 50)
  = 150,000 / 157.08
  = 954.9  →  약 955 rpm

② 선삭 — φ80 환봉(SM45C) 외경, Vc 200 권장

N = 1000 × 200 / (3.1416 × 80)
  = 200,000 / 251.33
  = 795.8  →  약 796 rpm

③ 드릴 — φ8 HSS 드릴로 SS400 구멍, Vc 25 권장

N = 1000 × 25 / (3.1416 × 8)
  = 25,000 / 25.13
  = 994.7  →  약 995 rpm

세 경우 모두 회전수는 800~1,000rpm 근처로 비슷하지만, 소재도 공구도 전혀 다릅니다. 회전수만 외우면 안 되는 이유예요.

기계가 못 따라가는 경우

φ10 초경 엔드밀로 알루미늄을 Vc 300으로 가공하려면

N = 300,000 / (3.1416 × 10) = 9,549 rpm

그런데 현장의 범용 머시닝센터는 주축 최고 8,000rpm인 경우가 많아요. 8,000rpm으로 돌리면 실제 Vc는

Vc = 3.1416 × 10 × 8000 / 1000 = 251 m/min

권장 조건에 못 미치는 상태로 가공하는 겁니다. 이걸 모르면 "카탈로그대로 했는데 왜 면이 안 나오지?" 하게 돼요. 소경 공구는 기계 회전수가 먼저 한계에 걸린다는 걸 기억하세요.

선반과 밀링은 D가 다릅니다

가공	공식의 D	이유
선삭	공작물 지름	공작물이 돌고 공구는 멈춰 있음
밀링·드릴·엔드밀	공구 지름	공구가 돎

선반에서 정면가공(facing) 을 하면 바이트가 중심으로 갈수록 D가 작아져 Vc가 계속 떨어져요. 위 ②번 조건(796rpm 고정)으로 φ20 지점까지 깎아 들어가면

Vc = 3.1416 × 20 × 796 / 1000 = 50 m/min

200에서 시작해 50까지 떨어집니다. 중심 근처에서 면이 뜯기고 구성인선이 생기는 게 이 때문이에요.

> CNC 선반에서 G96(정속 절삭) 을 쓰면 제어기가 지름 변화에 맞춰 회전수를 자동으로 올려줍니다. 다만 중심에 가까워지면 회전수가 무한대로 치솟으므로 G50 S○○○ 으로 최고 회전수를 반드시 걸어두세요. 안 걸면 척이 위험 회전수까지 올라갑니다. 회전수를 직접 지정할 때는 G97입니다.

재질별 권장 절삭속도

초경 코팅 인서트, 선삭 황삭~중삭 기준입니다. 실제 값은 쓰는 공구 메이커 카탈로그가 우선이에요.

소재	권장 Vc (m/min)	현장 메모
알루미늄 합금 (A6061, ADC12)	300~1,000	기계 회전수가 먼저 한계
황동·청동	150~400	칩이 잘게 부서짐
연강 (SS400, SM20C)	150~250	구성인선 주의
중탄소강 (SM45C)	120~220	가장 흔한 기준 소재
합금강 (SCM440, 조질재)	100~180	경도 따라 하향
회주철 (GC250)	100~200	분진 심함, 집진 필요
스테인리스 (STS304)	80~150	가공경화·노치마모
담금질강 (HRC45 이상)	40~80 (초경)	경도 오를수록 하향, HRC55↑는 CBN·세라믹 영역(120~200)
티타늄 (Ti-6Al-4V)	30~60	발열·칩 화재 주의
내열합금 (인코넬 718)	15~40	조선기자재 밸브류에 등장

> HSS(고속도강) 공구는 위 값의 1/4~1/5 로 잡고, 드릴링은 그보다 더 낮게(연강 기준 Vc 20~30) 봅니다. φ8 HSS 드릴에 초경용 조건을 넣으면 몇 초 만에 날이 뭉개져요.

Vc를 올리면 무엇이 나빠지나

절삭속도는 공구 수명에 가장 큰 영향을 주는 변수입니다. 이송이나 절입보다 훨씬 민감해요.

Vc ↑  →  가공시간 ↓ (좋음)
         절삭온도 ↑↑
         공구 마모 ↑↑↑  ← 여기가 제일 빨리 반응

경력편에서 다루는 Taylor 공구수명식으로 계산해보면, 속도를 25% 올렸을 때 수명은 절반 이하로 떨어집니다. 반대로 20%만 낮춰도 수명이 2배 넘게 늘어요. "빨리 돌리면 빨리 끝난다"가 항상 이득은 아닙니다.

신입이 자주 하는 실수

실수	결과
앞 작업의 회전수를 그대로 씀	소재·공구가 바뀌면 Vc가 완전히 달라짐
선삭에서 공구 지름을 D에 대입	계산 자체가 틀림
소재를 확인 안 하고 가공	STS를 연강 조건으로 → 즉시 날 파손
드릴에 초경 조건 적용	HSS 드릴 소손
기계 최고 회전수 확인 안 함	조건표대로 못 도는데 그대로 진행

작업 전 체크리스트

도면과 자재표에서 소재 재질을 확인했다
공구 재종(HSS / 초경 / 코팅 / 서멧)을 확인했다
지름(선삭=공작물, 밀링=공구)을 정확히 넣어 N을 계산했다
계산한 N이 기계 최고 회전수 이내다
척·바이스가 그 회전수를 견디는지 확인했다

🔗 외부 참고 자료

🛠 실습 포인트

재료별 절삭 조건 계산 5문제
칩 형태 관찰 보고서

🔑 핵심 용어

절삭속도 이송 절입깊이 황삭 정삭 칩 BUE

🔗 관련 모듈

⚙️

CNC 가공 기초

수치제어 가공의 기본 원리

⚙️

공구와 지그/고정구

올바른 공구 선택이 품질을 결정한다