설계를 잘 했다고 해도, 가공이 어렵거나 불가능하다면 실제 제품으로 만들 수 없습니다. 따라서 설계자는 단순히 기능을 만족시키는 것을 넘어서, **실제 제작 공정에서 효율적으로 가공 가능한지**까지 함께 고려해야 합니다. 이를 **가공성을 고려한 설계(Design for Manufacturability, DFM)**라고 하며, 비용 절감과 납기 단축에 직결됩니다. 이번 글에서는 가공성이란 무엇인지, 왜 중요한지, 그리고 설계 단계에서 어떻게 반영해야 하는지 알아보겠습니다.
1. 가공성이란 무엇인가?
1) 정의
- 설계된 형상이 실제 공정(절삭, 용접, 주조 등)을 통해 **정확하고 효율적으로 생산될 수 있는 정도**
2) 왜 중요한가?
- 생산 시간 단축 - 불량률 감소 - 가공비 절감 → 전체 제조원가 절감 - 납기 지연 방지
2. 가공성 고려가 부족하면 생기는 문제
1) 공구 접근 불가
- 드릴, 밀링 커터 등이 도달하지 못하는 형상 설계 → 별도 세팅, 복잡한 고정구 필요
2) 과도한 정밀도 요구
- 불필요한 공차 설정 → 가공시간, 비용 증가 → 실제 기능에는 영향 없음에도 가공비 과도
3) 재료 낭비
- 형상 최적화 없이 설계 → 절삭량 많아짐, 공정 추가 발생
4) 가공 불량률 증가
- 얇은 벽, 날카로운 모서리, 깊은 홈 등 → 공구 파손, 제품 불량 발생
3. 가공성 좋은 설계를 위한 핵심 원칙
1) 공구 접근성을 확보하라
- 최소 R값 확보 (예: 3mm 이상) - 90도 이내 포켓, 깊은 구멍 지양 - 언더컷은 피하고, 수직 절삭 가능한 형상 유지
2) 표준화된 치수와 규격 사용
- 드릴 규격(Ø3.0, Ø6.8 등), 볼트 규격(M4, M6 등) → 표준 공구와 부품으로 가공 가능
3) 불필요한 정밀 공차는 피하라
- 조립·기능상 중요한 부분만 공차 설정 → 불필요한 ±0.01mm 공차는 가공비 증가만 초래
4) 형상 단순화
- 가급적 직선·원형 위주의 형상 - 깊은 홈, 다단 형상, 비대칭 구조 최소화
4. 공정별 설계 고려사항
1) 절삭 가공 (밀링, 선반)
- 공구 진입 각도, 절삭 깊이, 클램프 위치 고려 - 대칭형 구조일수록 셋업이 용이
2) 용접 구조물
- 가공 후 용접이 용이한 형상 설계 - 간섭 없는 체결 위치 확보 - 용접 후 뒤틀림 방지 위한 지지 설계 포함
3) 판금 가공
- 굽힘 반경(R)은 최소 두께의 1.5배 이상 - 벤딩 간 간섭, 판 펼침 후 치수 고려 필요
4) 사출 성형
- 언더컷 지양, 사출 방향 고려한 형상 - 이젝터 핀 위치, 냉각 채널 위치까지 고려해야 함
5. DFM과 생산성의 연결
| 설계 방향 | 생산성 영향 |
|---|---|
| 형상 단순화 | 가공 시간 단축, 공구 교체 횟수 감소 |
| 공차 최적화 | 가공 정밀도 요구 낮아짐 → 가공비 절감 |
| 표준 부품 사용 | 조달 및 조립 비용 감소 |
| 재질 고려 설계 | 절삭성 향상, 열변형/뒤틀림 방지 |
마무리하며
좋은 설계는 반드시 제작 가능한 설계여야 합니다. 아무리 기능이 뛰어나도, 생산성·원가·납기를 고려하지 않은 설계는 현장에서 받아들여지기 어렵습니다. 가공성을 고려한 설계는 제조 현장과의 소통 능력을 높이는 동시에, 설계자의 실력을 증명하는 중요한 기준이 됩니다. 초기 설계부터 DFM 원칙을 적용하는 습관이 필요합니다.
자주 묻는 질문(FAQ)
1. 가공성 검토는 설계자가 해야 하나요?
네. 1차적으로 설계자가 고려해야 하며, 생산팀 또는 외주 가공업체와의 협업을 통해 추가 검토가 이뤄져야 합니다.
2. DFM은 어떤 산업에서 특히 중요한가요?
자동차, 의료기기, 전자제품처럼 대량 생산이 필요한 산업에서는 단가와 생산성이 직결되므로 매우 중요합니다.
3. 가공성 향상을 위한 대표적인 도서나 참고자료가 있나요?
대표적으로 “기계설계 제조성 설계 핸드북(DFM Handbook)”, “주조 및 절삭 가공 설계 가이드” 등이 있으며, 각 CAD 소프트웨어에서도 가공성 시뮬레이션 기능이 제공됩니다.