CNC 라우터 공구 반경 보정(Dog-bone Fillet)과 레이저 커터 커프(Kerf) 탭 조인트 공차 설계
Q. CNC 라우터로 자작합판 장부 구멍(Pocket)을 팔 때 왜 네 모서리에 동그란 '도그본(Dog-bone)' 구멍을 추가해야 하며, 조립 공차는 몇 mm를 주어야 하나요?
현대 가구 공방에서는 수작업 목공과 3축 CNC 라우터(ShopBot, Biesse 등) 및 CO2 레이저 커터를 결합한 디지털 패브리케이션(Digital Fabrication)이 표준으로 자리 잡았습니다. 하지만 CAD(퓨전360, 라이노, 일러스트레이터)에서 장부와 구멍을 똑같이 18.0mm로 그리면 현장에서는 절대 조립되지 않습니다. 디지털 재단의 핵심인 공구 반경 보정과 끼워맞춤 공차(Fit Tolerance) 공식을 정리합니다.
1. 도그본(Dog-bone) · 티본(T-bone) · 스텔스(숨은 포켓) 필렛의 기하학 공식
반경이 R인 원형 엔드밀이 직각(90°) 내경 모서리를 가공할 때, 비트가 모서리에 접하는 순간 꼭짓점과 비트 중심 사이의 대각선 거리는 R × √2 (약 1.414 × R)이 되어 모서리 끝에 R × (√2 − 1) ≈ 0.414 × R 두께의 둥근 나무 살이 남습니다:
• 미보정 시 코너 대각선 잔류 살 두께 = R × (√2 − 1) = 0.2071 × D (예: 6mm 엔드밀 사용 시 코너마다 1.24 mm가 덜 파여 사각 장부 진입 불가!)
• 도그본(Dog-bone) 필렛 작도법: 내경 사각형의 꼭짓점(Vertex)을 지나고 양 변과 45°를 이루는 대각선 위에서, 꼭짓점으로부터 안쪽으로 R × (1 − 1/√2) ≈ 0.1464 × D 지점에 반경 R의 원을 추가하여 합집합(Boolean Union) 처리.
• 스텔스(Hidden Overcut) 포켓 기법: 가구 겉면에 뼈다귀 모양 구멍이 보이는 것이 싫다면, 사각 장부의 모서리를 대패나 사포로 R3만큼 살짝 둥글리거나, 장부 어깨(Shoulder)가 구멍 입구를 3mm 덮도록 단차 포켓을 설계하면 도그본 구멍이 외부에서 100% 가려짐!
| 결합 방식 및 소재 | 목표 끼워맞춤 성격 | CAD 포켓/슬롯 공차 (Clearance) | 현장 조립 특성 |
|---|---|---|---|
| CNC 자작합판 탭 & 슬롯 (무접착 조립) | 고무망치 억지끼움 (Friction Fit) | 실측 두께 +0.05 ~ +0.10 mm | 본드 없이 단단히 고정되나 분해 시 빡빡함 |
| CNC 자작합판 다도 & 포켓 (본드 조립) | 표준 본드 포켓 (Glue Fit) | 실측 두께 +0.15 ~ +0.25 mm | PVA 본드 수분 팽창 시 가장 이상적인 압착 |
| CNC 인레이 (상감 · 황동/원목 매립) | 정밀 매립 (Inlay Fit) | 양측 +0.08 ~ +0.12 mm | V-Carve 인레이 또는 2mm 소경 엔드밀 사용 |
| 레이저 커터 3T~6T 합판 핑거 조인트 | 빔 커프 역보정 (Kerf Offset) | 외곽선 바깥쪽 +0.06 ~ +0.10 mm | 레이저가 태워 없앤 0.16mm 틈을 상쇄해 무접착 결속 |
2. 레이저 커터(CO2 Laser)의 커프 테이퍼(Bevel Taper)와 핑거 조인트 오프셋
CNC 라우터는 CAM 프로그램이 비트 반경만큼 자동으로 바깥쪽이나 안쪽을 따라 돌지만(Toolpath Offset), 레이저 커터는 도면의 벡터 선 정중앙을 따라 레이저 빔이 지나가며 약 0.15 ~ 0.22 mm 폭의 목재를 태워 증발(Laser Kerf)시킵니다. 따라서 5mm 자작합판 소품 박스의 핑거 조인트(깍지 맞춤)를 CAD에서 간격 0으로 그리면 실제로는 0.18mm의 유격이 생겨 헐겁게 빠집니다.
이를 해결하려면 일러스트레이터나 LightBurn 소프트웨어에서 부품 외곽 패스를 레이저 커프 폭의 절반(Kerf ÷ 2 ≈ +0.08 ~ +0.09 mm)만큼 바깥쪽으로 오프셋(Outward Kerf Offset)하여 커팅해야 두 부품이 본드 없이도 '딸깍' 소리를 내며 정밀하게 맞물립니다.
CNC 라우터 피드 & 스피드(Feeds & Speeds) 칩 부하 수식과 양방향 클라임/컨벤셔널 정삭 패스 전략
CNC 가공에서 자작합판 단면이 거칠게 보풀이 일거나 엔드밀이 부러지는 사고를 막으려면, 감에 의존하지 않고 엔드밀 제조사가 권장하는 날당 칩 두께(Chip Load, fz)에 맞춘 이송 속도(Feed Rate)를 입력해야 합니다:
Feed Rate (mm/min) = 스핀들 회전수 (RPM) × 엔드밀 날 수 (Flutes, Z) × 목표 칩 두께 (Chip Load, mm)
• 18T 자작합판 6mm 2날(2-Flute) 컴프레션 엔드밀 표준 세팅 예시:
권장 Chip Load = 0.12 ~ 0.15 mm, 스핀들 = 18,000 RPM
→ 적정 이송 속도 = 18,000 × 2날 × 0.135 mm = 4,860 mm/min (약 4.8 m/min), 1회 절삭 깊이(Stepdown) = 6.0 ~ 9.0 mm (총 2~3회 패스)
또한 최상급 치수 정밀도를 얻기 위해서는 황삭(Roughing) 단계에서 외곽선보다 0.3 ~ 0.5 mm를 남겨두고(Stock to Leave) 빠르게 절삭한 뒤, 마지막 전체 깊이에서 이 0.3mm만 얇게 깎아내는 풀 뎁스 정삭 패스(Full-Depth Finishing Pass)를 추가하면 층간 계단 자국이 완전히 사라지고 ±0.03mm 이내의 정밀 공차가 구현됩니다.
[성수동 공방 실측 사례] 18T 러시아산 자작합판 30장 CNC 모듈형 책장 가공 시 로트별 두께 편차(17.6~18.3mm) 대응
도면상 18.2mm로 일괄 포켓 폭을 지정해 CNC를 돌렸다가, 두께 17.6mm짜리 합판은 헐거워서 흔들리고 18.3mm짜리 합판은 안 들어가서 끌로 깎아내야 했던 문제를 '두께 그룹핑 및 파라메트릭 슬롯 보정'으로 해결한 데이터입니다:
| 공정 관리 방식 | 원판 두께 실측 분포 | 포켓 폭 CAM 세팅 | 조립 불량률 및 후가공 시간 |
|---|---|---|---|
| 개선 전: 공칭 18.0T 기준 일괄 18.20mm 가공 | 17.62 mm ~ 18.28 mm | 18.20 mm 고정 | 조인트 35% 유격 과다 또는 진입 불가 (수작업 수정 4시간) |
| 개선 후: 입고 시 캘리퍼스 실측 A/B군 분류 + 0.2mm 공차 | A군(17.7mm) / B군(18.1mm) | A군 17.90mm / B군 18.30mm | 불량률 0%, 전 부재 고무망치 2회 타격으로 완벽 결속 |
✓ 작업대 착수 전 5단계 필수 정밀 점검표 (Pre-Machining Checklist)
5-Step Verification- ✓CNC 가공 시작 전 오늘 작업할 자작합판/MDF 원판의 실제 두께를 캘리퍼스로 4곳 이상 측정해 CAD 파라메트릭 변수(Thickness)에 입력했는가?
- ✓사각 탭이 들어가는 모든 내경 모서리에 사용 엔드밀 직경(예: 6mm)에 맞는 도그본(Dog-bone) 또는 티본(T-bone) 필렛이 빠짐없이 적용되었는가?
- ✓컴프레션 스파이럴 엔드밀 사용 시 첫 번째 패스 깊이(First Pass Stepdown)가 비트 끝단의 업컷(Up-cut) 구간 길이(통상 4~5mm)보다 깊게 내려가도록 세팅해 윗면 뜯김을 막았는가?
- ✓작은 부품이 마지막 관통 절삭 순간 진공 압력을 잃고 튕겨 나가지 않도록 부품 테두리에 두께 1.5mm × 폭 8mm의 브릿지 탭(Holding Tabs)을 2~4개 배치했는가?
- ✓본 가공 전 100×100mm 자투리 합판에 '+0.10mm / +0.15mm / +0.20mm' 3칸짜리 테스트 슬롯 게이지를 먼저 파서 실제 끼워맞춤 감도를 확인했는가?
자주 묻는 현장 기술 질문 (FAQ)
Q1. 컴프레션 비트(Compression Bit)를 썼는데도 합판 윗면이 지저분하게 뜯기는 이유는 무엇인가요?
컴프레션 비트의 작동 원리를 놓쳤기 때문입니다! 컴프레션 비트는 맨 아래 끝단 4~5mm 구간에 위쪽으로 칩을 올리는 '업컷(Up-cut) 날'이 있고, 그 위쪽에 아래로 눌러주는 '다운컷(Down-cut) 날'이 있습니다. 만약 첫 번째 패스 깊이를 2~3mm로 너무 얕게 주면, 합판의 가장 중요한 윗면 단판을 업컷 날이 깎아버려 일반 업컷 비트와 똑같이 윗면이 뜯겨 올라갑니다. 첫 패스 깊이를 최소 6~8mm 이상으로 깊게 주어 다운컷 날 구간이 합판 윗면을 지나가도록 세팅해야 위아래가 모두 깨끗해집니다.
Q2. 레이저 커팅을 할 때 자작합판은 어떤 등급을 사야 안 타버리고 한 번에 잘 잘리나요?
레이저 커터에는 반드시 밝은 색 본드선(요소-멜라민 수지)을 사용한 '실내용 준내수(INT / MR) 등급'의 BB/BB 또는 B/BB 자작합판(3T, 4.5T, 6T)을 사용해야 합니다. 만약 단면 접착선이 진한 적갈색인 '외장용 완전내수(EXT / WBP 페놀 수지) 합판'을 레이저에 넣으면, 페놀 수지가 레이저 열에 녹지 않고 시커먼 탄소 숯덩이만 만들며 불이 붙고 끝까지 관통되지 않습니다.
Q3. CNC 스포일보드(희생판, MDF 바닥판)는 얼마나 자주 평탄화(Surfacing) 해줘야 하나요?
MDF 스포일보드는 계절 습도 변화에 따라 부풀어 오르거나 깎여 나가며, 바닥 수평이 0.3mm만 틀어져도 합판 아랫면이 덜 잘려 어니언 스킨(Onion Skin)이 남거나 반대로 바닥을 너무 깊게 파먹습니다. 정밀 가구 부품을 가공하기 전이나 습도가 급변한 날에는 대경 서페이싱 비트로 스포일보드 표면을 0.3~0.5mm 얇게 날려 수평(Z-Zero)을 다시 잡아주는 것이 정석입니다.
📖 준거 학술 문헌 및 국가·국제 산업표준 출처 (References & Standards)
- • ISO 286-1: Geometrical Product Specifications (GPS) — Linear Size Tolerances, Clearance, and Interference Fits in Machining.
- • Autodesk Fusion 360 CAM & Vectric VCarve Pro Engineering Documentation — Dog-Bone / T-Bone Corner Overcut Algorithms.
- • Onsrud Cutter LP (LMT Onsrud) — Production Routing Guide: Chip Load Calculation for Baltic Birch Plywood & Solid Hardwoods.
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본 페이지의 절단 도면·치수 공차·하중 처짐량 및 화학 경화 데이터는 미국 농무부 산림청(USDA FPL) 목재 공학 핸드북과 한국산업표준(KS F 3101/3200)에 기반한 엔지니어링 표준 값입니다. 실제 원목과 합판은 산지, 로트별 두께 편차(±0.4mm), 실내 함수율(MC), 톱날 연마 상태에 따라 물리적 오차가 발생하므로, 본 재단 전 반드시 디지털 버니어캘리퍼스 실측과 자투리 테스트 컷(Test Cut)을 수행하십시오. 테이블쏘·라우터 작업 시에는 리빙나이프(분할날)·푸시블록·방진마스크·보안경을 필수로 착용하시기 바랍니다. 자세한 기준은 편집 및 공학 감수 원칙과 기계 안전 면책 고지를 참고하십시오.