5축 CNC 가공에 대해 더 알고 싶으신가요? 5축 CNC 공작기계가 귀사의 제조 역량을 어떻게 강화할 수 있는지 궁금하신가요?
이 필수 가이드를 통해 5축 CNC 공작기계의 작동 원리, 장점, 사용 가능한 머신 툴 유형을 알아보세요.
항공우주, 의료, 방산, 로봇, 자동차 제조 등 첨단 산업의 정교한 요구사항을 지원하기 위해 개발된 다축 CNC 공작기계는 제조업에 혁신을 가져왔습니다.
중요한 이정표는 5축 CNC 공작기계의 개발입니다. 5축 머시닝 센터로도 불리는 이 기계들의 능력과 유연성은 표준 3축 머시닝 센터보다 훨씬 뛰어납니다.
5축 CNC 공작기계가 귀사의 생산에 적합한지 판단하실 수 있도록, 이 기술에 대한 일반적인 질문들을 다룹니다:
5축 CNC 가공 기술은 CNC 머시닝 센터를 사용하여 공작물을 5개의 서로 다른 축으로 위치시키거나 동기화하여 절삭 공구가 쉽게 접근할 수 있게 합니다. 이로써 3개의 주축(X, Y, Z)과 2개의 추가 회전축(A와 C 또는 B와 C)을 사용하여 공작물을 가공할 수 있습니다.
아래 다이어그램을 통해 작동 방식을 확인하세요.
3+2축 버전에서는 3개 축을 동시에 제어하면서 나머지 2개 축은 공작물 위치 결정을 위해 사용합니다.
작동 방식:
4+1축 버전에서는 4개 축을 동시에 제어하면서 나머지 1개 축은 위치 결정용으로 사용합니다.
작동 방식:
마지막으로 풀 5축 버전에서는 3개 선형축과 2개 회전축을 모두 동시에 제어할 수 있습니다.
이 버전에서는 축이 3개 선형축(보통 X, Y, Z)과 2개 회전축(보통 A, C)으로 구성됩니다. A축은 틸팅 축이고 C축은 회전 축입니다. 이러한 구성에서는 일반적으로 공작물이 장착되는 테이블 표면이 있습니다.
트러니언 테이블이 있는 5축 CNC 공작기계에서 테이블은 공구에 두 개의 회전축을 제공합니다:
모델에 따라 다양한 틸팅 각도 범위를 달성할 수 있습니다. 일반적으로 +/- 120°의 넓은 틸팅 범위를 가진 머신(M3-5AX, M4-5AX)은 예외적입니다. 이러한 테이블 설계와 가용 범위는 공작물을 틸팅하여 더욱 복잡한 각도에 접근할 수 있게 합니다.
D2-5AX 같은 모델의 경우, 조작자 관점에서 테이블이 길이 방향으로 장착되어 있으며, 오른쪽 +30°, 왼쪽 -110°의 틸팅 범위를 제공합니다.
5축 머신의 3개 선형축(X, Y, Z)과 회전 A축, C축이 함께 작동하여 가공할 공작물을 절삭에 가장 이상적인 각도와 위치로 조작하고 이동시킬 수 있습니다.
더 큰 유연성과 적응성을 제공하는 5축 공작기계는 다양한 산업에서 특정 가공 요구사항을 위한 광범위한 가공 작업에 유용합니다.
가장 일반적인 7가지 적용 사례입니다.
5축 가공은 항공우주, 의료, 자동차, 일반 부품, 금형, 오일 및 가스 산업 등에서 가장 널리 사용됩니다. 이러한 부품들은 보통 특이한 형상, 복잡한 윤곽과 표면, 또는 특정 각도를 가진 표면, 위치, 포지션을 가집니다. 항공기/선박 터빈, 임펠러, 스티어링 너클처럼 5개 면 모두와 추가 특정 각도에서 작업이 필요한 부품들이 포함됩니다.
동시 5축 가공 작업은 금형 및 항공우주 부품 제조 산업에서 일반적입니다. 공작물을 다양한 축으로 위치시키거나 이동시킬 수 있는 능력으로, 설계 엔지니어는 가장 어려운 형상과 형태도 설계할 수 있는 더 큰 자유를 얻습니다. 따라서 가공할 부품이 더 복잡해질 수 있으며, 사실상 모든 산업에서 전반적인 엔지니어링 솔루션이 향상됩니다.
작은 규모지만 반복적인 물량으로 제조되는 공작물이 증가하고 있습니다. 요즘 산업계는 대량 주문보다는 필요한 경우 즉시 반복 가능한 소량 로트를 선호합니다. 제조업체는 생산의 빠른 전환을 위해 높은 유연성을 가져야 합니다. 그렇게 함으로써 불필요한 재고 비용을 피하고 가격 책정에서 더 유연해질 수 있습니다.
5축 가공은 항공우주, 의료, 자동차, 오일 & 가스, 반도체, 전자 산업처럼 고도로 복잡하고 정밀한 공작물을 요구하는 기업에 이상적입니다. 이러한 분야의 제조업체는 정확성과 지속적인 성능으로 부품을 생산하기 위해 올바른 노하우와 장비가 모두 필요합니다.
적합한 머신, 좋은 CAD/CAM, 공구, 훈련된 조작자/프로그래머가 있다면 이러한 제조업체는 생산을 수익성 있게 만들면서 표준 제조 기업과 차별화할 수 있습니다.
표준 및 더 적은 고정 장치만으로 가장 복잡한 부품까지 제조할 수 있어, 5축 CNC 공작기계는 공작물을 여러 머신 툴로 옮길 필요를 단 한 대의 머신으로 대체합니다. 단일 셋업 가공 능력은 로트 크기가 줄어들면서 부품이 더 복잡해지는 상황에서 상당한 비즈니스 이점을 제공합니다.
다양한 공작기계의 다중 셋업 필요성을 제거함으로써 인적/기계적 오류가 줄어듭니다. 이는 5면 및 5축 가공 기능을 단일 셋업에서 사용할 때 가공 부품의 정밀도를 향상시킵니다. 이러한 머신은 표준 공구 사용도 가능합니다. 이는 특수 공구(예: 매우 긴 공구 또는 성형 공구)가 필요 없으므로 명확한 비용 절감으로 이어집니다.
3+2축 구성의 공작기계가 표준 3축과 4축 머신보다 개선된 것이지만, 4+1 설계의 머신은 훨씬 더 나은 유연성을 제공합니다. 4+1 머신은 모든 산업에서 필요로 하는 부품의 약 85%를 생산할 수 있는 것으로 추정됩니다. 이는 모든 종류의 작업을 처리해야 하고 너무 선택적일 수 없는 부품 제조업체에게 큰 이점입니다. 3+2축 머신(보통 선택적 2축 테이블이 추가된 표준 3축 머시닝 센터)은 각 새 공구를 시작 위치에서 요구하며, 부품 크기와 가공 복잡성에 제한이 있습니다. 풀 5축 동시 가공 머신은 터빈 휠, 타이어 몰드 섹션, 인체 예비 부품 등 매우 복잡한 형상에 필요합니다. 이는 전체 필요 부품의 나머지 15% 범위를 커버하는 것으로 추정되며, 즉 표준부터 복잡한 가공 요구사항의 100%를 커버할 수 있습니다.
동시 5축 가공으로 CNC 공작기계는 단순한 공작기계로는 어렵거나 불가능한 극도로 복잡한 윤곽 표면을 가공할 수 있습니다. 단일 셋업에서 부품의 5개 면을 가공할 수 있어 모든 면의 작업을 한 번의 셋업으로 수행할 수 있으며, 준비 시간, 재클램핑, 노력을 절약할 수 있습니다.
그뿐만 아니라, 공작물을 여러 머신으로 옮길 필요를 없애 유연성과 정밀도를 높입니다. 이는 다양한 고정 장치와 셋업의 필요성을 더욱 줄여줍니다.
단일 셋업 프로세스(일명 'Done-in-One')로 준비 시간을 크게 줄이고 인적/기계적 효율성을 모두 높일 수 있습니다. 이는 가공 단계마다 여러 셋업으로 작업할 때 발생하는 인적/기계적 오류도 줄여줍니다. 공작물을 기계 내 필요한 위치에 고정하는 더 간단한 클램핑 장비도 시간, 비용, 잠재적 오류를 줄여줍니다.
5축 가공으로 복잡한 형상과 설계를 쉽게 처리할 수 있습니다. 여기에는 유압 시스템 부품, 워터 펌프 하우징, 기어박스 하우징, 기어 휠, 사출 금형, 오일 & 가스 장비, 의료/수혈 장비 등이 포함됩니다.
필요한 수동 설정 양을 줄임으로써 다축 가공은 생산 부품의 전반적인 정밀도 향상에 도움이 됩니다.
화천 M2-5AX, M3-5AX, M4-5AX, D2-5AX 머시닝 센터처럼 기계적 품질이 높은 5축 머신은 진동 감소, 매끄러운 고품질 표면, 일정한 정밀도 달성의 기반을 제공합니다. 공작물이 전체 가공 사이클 동안 클램핑된 상태로 유지되므로 조작자가 재클램핑할 필요가 없습니다. 이는 마감 품질을 크게 향상시킵니다.
가장 단단한 소재도 빠르고 효율적으로 제거하도록 특별히 설계된 4+1 또는 풀 5축 CNC 머시닝 센터는 수동 작업을 크게 줄여줍니다. 이는 가공 효율성과 안정성을 높여줍니다.
인건비 상승, 숙련 인력 부족, 공장 생산성 증대 필요성을 고려할 때 작업 및 인력 비용을 들여다보는 것이 점점 중요해지고 있습니다. 이러한 공작기계의 올인원 셋업 덕분에 조작자는 다음 작업을 위해 부품을 재클램핑하고 다른 머신으로 옮길 필요가 없습니다. 대신 추가 머신을 관리하는 데 집중할 수 있어 생산성이 향상됩니다.
부품 제조업체와 위탁 제조업체에게 5축 머시닝 센터 투자는 생산의 유연성과 민첩성을 향상시킵니다. 다양한 적용 분야로 이러한 공작기계는 대량 및 소량 제조 주문 모두에 머신을 극대화할 수 있게 합니다. 이러한 능력은 명확히 제한된 역량을 가진 저가 표준 머신에서는 불가능할 수 있습니다.
요약하자면, 5축 CNC 공작기계는 생산성과 수익성을 크게 향상시킬 수 있습니다. 또한 귀사의 제조 역량을 경쟁업체와 차별화합니다.
5축 머시닝 툴의 장점을 알게 되었으니, 다음 질문은 이것입니다: 올바른 5축 CNC 공작기계를 어떻게 선택할까요?
도움을 드리기 위해 편리한 체크리스트를 준비했습니다.
CNC 제어장치의 처리 능력이 동시에 사용되는 축의 수를 계산, 제어하기에 충분히 높은지 확인하세요.
4+1축 머신의 룩어헤드 기능은 최소 200블록이어야 합니다. 더 복잡한 4축 가공 시퀀스에는 400블록이 더 좋습니다. 풀 5축 동시 가공에는 더 빠른 연산의 CNC 제어장치가 필요합니다. 이는 표준 600블록의 Fanuc 31i B5 with HAI 또는 선택사양 1000블록 룩어헤드 기능일 수 있으며, 매우 높은 계산 속도를 제공합니다.
충분한 스핀들 파워와 강성은 중요한 요소지만 종종 간과됩니다. 그러나 강력한 스핀들은 더욱 강성한 기계 설계를 필요로 합니다. 부드럽고 오류 없는 절삭을 위해 5축 머시닝 센터의 심장인 머신 스핀들은 가해지는 응력과 하중을 견딜 만큼 강력할 뿐만 아니라 한계까지 충분한 여유가 있어야 합니다. 가공할 소재에 따라 11-15kW의 덜 강력한 스핀들, 최대 토크 100Nm 미만은 머신의 능력을 제한할 수 있습니다. 이런 머신은 단기적으로는 저렴해 보일 수 있지만 장기적 관점에서는 그렇지 않습니다.
(화천의 신형 4+1 또는 5축 머시닝 센터 D2-5AX는 처음부터 37kW, 310Nm 토크의 스핀들을 감당할 수 있도록 기계적으로 특별 설계되었습니다. 이는 초기 머신 비용을 높일 수 있지만, 넓은 적용 범위와 장기적 절감 효과로 더 비용 효율적임이 입증될 것입니다. 모든 화천 스핀들은 벨트 없는 다이렉트 드라이브 시스템으로, 자체 설계 및 제작됩니다.)
사용되는 공구 홀더 시스템이 진동을 제거하기 위해 BBT 또는 HSK인지 확인하세요. 이들은 모든 가공 조건에서 스핀들과 공구 홀더 간의 최적의 연결을 제공해야 합니다.
가공 필요에 따라 일정한 절삭 이송 속도를 유지하거나 다양한 절삭 조건에 맞춰 변경하고 싶을 수 있습니다. 이 상황에서 각 상황을 더 잘 제어하여 절삭 이송 속도를 최적화할 수 있는 머신이 필요합니다.
(이를 위해 화천은 HECC(화천 효율 윤곽 제어), HTLD(화천 공구 부하 감지), OPTIMA(화천 절삭 이송 최적화 시스템) 시스템을 개발했습니다. 이 가공 소프트웨어 패키지는 모든 화천 머시닝 센터에 표준으로 제공됩니다.)
머신 툴이 높은 공차와 내구성을 제공하도록 하려면 어떻게 제작되고 설계되었는지 고려해야 합니다.
보통 두 단계가 있습니다:
(화천은 강성한 기계적 설계와 제작 방법에 투자합니다. 기계적 우월성을 보장하기 위해 더 많은 부품을 주조하여, 머신이 더 긴 수명과 공차를 가지도록 합니다.)
모든 CNC 머신의 심장, 특히 5축 CNC 공작기계에서는 스핀들과 프레임의 열 제어 관리가 중요합니다. 이는 이 중요한 메커니즘의 수명을 연장할 뿐만 아니라 부품의 품질과 정밀도도 향상시킵니다. 스핀들 과열을 방지하기 위해 스핀들 하우징과 스핀들 노즈가 효과적으로 냉각되는 것이 필수적입니다. 고속 및 장시간 가공 사이클 동안 모터와 베어링에서 발생하는 열을 줄이고 제어하기 위해 열 방지가 필요합니다.
빌트인 스핀들은 모터가 스핀들 하우징 내부에 있습니다. 따라서 스핀들 하우징(스핀들 노즈 포함)이 구간별로 효과적으로 냉각되는 것이 필수적입니다. 화천의 냉각 시스템은 구간별로 정의되어 있어 냉각 매체가 결코 '뜨거워지지' 않습니다. 이는 언제든 제어된 온도를 보장합니다. 둘째, 가장 중요한 것은 화천이 오일젯 베어링 윤활 및 냉각 시스템을 사용한다는 것입니다.
이는 베어링 과열을 방지할 뿐만 아니라 신선한 오일이 항상 시스템으로 공급되도록 합니다. 일부 제조업체가 사용하는 그리스 팩 또는 에어-오일 윤활 스핀들과 대조됩니다. 이들은 베어링에 안정된 온도 조건을 제공하지 못합니다.
보셨다시피 5축 가공에는 고려할 요소가 많습니다. 사용 기술부터 툴 유형까지, 초보 구매자에게는 선택이 당황스러울 수 있습니다. 한국에서 CNC 공작기계 제조 선구자로서 약 70년의 경험을 바탕으로, 우리는 업계 최고의 5축 CNC 공작기계 설계, 테스트, 개선에 역량을 집중해 왔습니다.
모듈화되고 유연한 VESTA-1000+ 수직 머시닝 센터는 NC 로터리 테이블을 장착하여 3+1축 동시 제어 작업을 가능하게 합니다. 2축 테이블을 추가하면 VESTA-1000+는 4+1축 생산이 가능합니다.
(사용 테이블 및 기타 옵션에 따라) 작은 복잡한 부품을 효과적으로 생산할 수 있는 VESTA-1000+는 공장의 4+1 가공 작업을 지원합니다. 그러나 이는 설계 및 제작된 4+1 또는 동시 5축 머시닝 센터의 대체재는 아닙니다.
컴팩트하게 설계된 D2-5AX는 '다품종 소량 생산'에 이상적인 쉽게 자동화 가능한 중형 5축 머시닝 센터입니다.
D2-5AX의 주요 장점:
화천의 풀 5축 머시닝 센터 시리즈는 가장 복잡한 형상과 설계도 생산할 수 있도록 만들어졌습니다. 금형 제조의 높은 표준을 충족하거나, 매우 복잡한 형상과 윤곽에 대한 요구, 항공우주 또는 해양 산업용 부품 생산을 위해 설계되었습니다.
최상위 모델 M4-5AX는 특수 용도로 설계되었습니다. 인코넬, 티타늄, 내열성 스테인리스강 같은 극한 소재의 효과적인 가공을 위해 제작되었습니다. 최대 55kW 파워의 빌트인 스핀들로 최대 1009Nm 토크와 8,000rpm을 제공하며, 420Nm의 12,000rpm 스핀들 옵션도 있습니다.
머신의 Z축은 솔리드 박스 가이드웨이로 설계되어 가장 까다로운 절삭 조건에서도 스핀들의 파워를 제어할 수 있습니다. 화천이 설계 제작한 2축 트러니언 테이블은 A+C축에 대형 롤러 기어 드라이브를 사용합니다. 최대 28,500kg의 전체 중량을 가진 M4-5AX는 시장에서 쉽게 찾아볼 수 없는 가공 파워하우스입니다.
이 모델에서는 가공 부품이 테이블(X축)에 클램핑되고, 머신 헤드가 Y, Z 및 A, B축을 제공합니다. 더블 컬럼 머시닝 센터로서 화천 SIRIUS 2500-5AX는 주로 대형 부품이나 금형에 사용됩니다. 이러한 용도에서는 트러니언 테이블이 있는 머신이 너무 크고 제작 비용이 많이 들게 됩니다.
특정 크기와 중량의 대형 부품을 가공하려면 2축 밀링 헤드 사용을 권장합니다.
5축 가공과 해당 작업에 사용 가능한 공작기계에 대한 이 종합적인 글이 도움이 되길 바랍니다.
5축 CNC 공작기계는 공장이 이전에 수행할 수 없었던 작업을 수행할 기회를 제공합니다. 현재 3축 가공을 사용하는 제조업체에게 4+1 또는 풀 5축 머신으로의 전환은 생산 및 투자 계획의 다음 논리적 단계가 될 수 있습니다.
그러나 이러한 머신의 비용을 고려할 때, 귀사의 특정 생산 요구사항에 가장 잘 부합하는 공정이 무엇인지 완전히 이해하는 것이 권장됩니다. 또한 생산의 효율성과 수익성을 완전히 실현하기 위해 올바른 CNC 공작기계를 선택해야 합니다.
5축 가공에 대해 더 알고 싶으시면 저희에게 문의해 주세요. 귀사의 생산 요구사항과 목표에 가장 적합한 기술이 무엇인지 기꺼이 조언해 드리겠습니다.
CNC 기계
기초 원리 5축 CNC 연삭기는 밀링 커터 및 기타 공구 비트를 성형하고 연마하는 데 일반적으로 사용되는 커터 그라인더입니다. 일련의 연삭 공구를 사용하여 5축 CNC 공구 연삭기는 다양한 연삭 작업을 제공할 수 있습니다. 예를 들어 평면 연삭, 원통 연삭, 복잡한 형상 성형 등이 있습니다. 5축 CNC 연삭기는 고정밀도와 CNC 시스템을 통한 복잡한 작업 덕분에 점점 더 인기를 얻고 있습니다. CNC는 컴퓨터 수치 제어(Computer Numerical Control)의 약자이며, 5축 CNC 연삭기는 컴퓨터 제어를 이용해 절삭
컴퓨터 수치 제어(CNC) 가공이 가공 산업에서 가치를 입증해 가면서 기술은 지속적으로 향상되었습니다. 머신이 생산 공정에서 한 가지 작업만 수행하고 부품이 소위 뮤지컬 체어처럼 한 머신에서 다음 머신으로 넘어가던 시대는 지났습니다. 대신 밀링, 터닝, 드릴링, 그라인딩을 단순히 지시를 받는 것만으로 수행할 수 있는 머신들이 등장했습니다. 결과는 더 복잡한 부품이 더 효율적으로, 정밀한 정확도로 제작된다는 것입니다. CNC 선반 가이드 확인하기 이 공정의 열쇠는 5축과 6축(긴 E)으로 부품을 가공할 수 있
