다축 CNC 가공이나 다중 가공을 이야기할 때, 5축 CNC 가공은 항상 첨단 제조 공법으로 거론됩니다. 완전한 5축 CNC 가공이란 머신이 공구 또는 공작물을 5개의 서로 다른 축에서 동시에 이동시킬 수 있는 가공 능력을 의미합니다. 5축 CNC 가공은 CNC 가공 공정의 더 진화되고 정교한 버전으로 간주됩니다.
우리가 아는 5축 CNC 가공은 5축 CNC 머신으로 구현됩니다. 오늘날 5축 CNC 머신은 복잡한 형상 제작과 더 나은 표면 마감에 매우 탁월한 것으로 평가받습니다. 5축 CNC 머신이 CNC 머신 샵에서 어떻게 작동하는지 이해하면 5축 CNC 가공에 대해 많은 것을 알 수 있습니다.
5축 가공 공정에는 X, Y, Z축 외에 두 개의 추가 축이 있습니다. 이 두 축은 A와 B, A와 C, 또는 B와 C축이 될 수 있습니다. 이들은 고도로 복잡한 형상의 가공 공정을 완료하는 데 관여합니다. 그러면 이 두 추가 축이 5축 CNC 가공 공정에서 어떻게 배치되는지 의문이 생깁니다.
추가 두 축은 공작물이 고정된 테이블의 이동으로 활용됩니다. 따라서 테이블은 절삭 공구를 중심으로 양방향 360도 회전하여 측면 절삭에 대한 접근성을 제공합니다. 한편, A, B, C 중 단일 축 이동만 고려하면 회전은 180도로 제한됩니다. 5축 가공 공정에서는 공구 헤드가 고정된 공작물에 대해 선회하거나, 테이블이 기울어진 위치에서 회전/이동합니다. 특징 요구사항에 따라 테이블은 다양한 각도로 기울여 복잡한 형상을 구현합니다. 가공 대상 물체의 크기와 무게에 따라 선회 방식 또는 테이블 틸트 방식이 결정됩니다. 공작물이 무거우면 선회 방식, 그렇지 않으면 테이블 틸트 방식으로 가공합니다. 5축 CNC 머신 유형에 따라 다양한 5축 가공 방식이 존재합니다.
시장의 다양한 니즈를 충족하기 위해 CNC 장비 제조사들은 다양한 유형의 5축 CNC 머신을 제공합니다. 주요 차이는 테이블 회전이나 절삭 공구 이동의 방향 유연성에 있습니다. 주로 다음 5가지 유형으로 분류됩니다.
1. 더블 피봇 스핀들 헤드 타입
이 유형에서는 두 회전 좌표가 공구 축의 방향을 직접 제어합니다.
2. 피칭 스윙 헤드 타입
두 좌표 축이 공구 상단에 있지만, 회전 축이 직선 축과 수직이 아닙니다.
3. 더블 로터리 테이블 타입
이 5축 가공 유형에서는 두 회전 좌표가 공간의 회전을 직접 제어합니다.
4. 피칭 워크 테이블 타입
두 좌표 축이 작업 테이블에 있지만, 회전 축이 직선 축과 수직이 아닙니다.
5. 로터리 테이블 + 피봇팅 스핀들 헤드 타입
이 유형에서는 두 회전 좌표가 서로 다른 위치에서 작동합니다. 하나는 공구에, 하나는 공작물에 작용합니다.
수년간 CNC 가공 업계에 종사한 사람들도 5축 CNC 가공과 5면 가공을 구분하지 못하는 경우가 많습니다. 둘을 혼동하거나 5축 CNC 가공을 5면 가공으로 생각하는 경우가 빈번합니다. 사실 둘은 서로 다릅니다. 이 섹션에서 그 차이를 자세히 설명하겠습니다.
3+2 CNC 가공은 머시닝 센터의 3개 축에 회전축 1개와 틸트축 1개가 추가된 것입니다. 3+2 CNC 가공은 5면 가공으로도 알려져 있습니다. 한 번의 셋업으로 부품의 5개 면을 가공할 수 있음을 의미합니다.
이 버전의 CNC 가공 공정에서는 3개 축을 동시에 사용하면서 나머지 2개 축은 제조 대상 공작물의 재위치 결정을 위해 사용합니다. 예를 들어 X, Y, C축을 동시에 제어하면 Z축과 A축은 위치 결정용으로 사용됩니다.
4+1 CNC 가공은 5축 머신 구조를 사용하지만 회전축 또는 틸트축 중 하나를 고정합니다. 4+1 가공은 3+2 CNC 가공보다 더 능력이 뛰어나지만, 여전히 진정한 완전 5축 CNC 가공은 아닙니다.
이 가공 공정에서는 4개 축이 동시에 작동하고 나머지 1개 축은 정지 상태에서 위치 결정 기능으로 사용됩니다. 예를 들어 X, Y, B, C축을 동시에 사용하면서 Z축은 소재 위치 설정에 사용합니다.
완전 5축 가공은 머신의 5개 축이 모두 동시에 움직이는 것(3개 선형 축, 1개 회전축, 1개 틸트축)을 의미합니다. 매우 복잡한 부품 생산이 가능합니다. 5축 연동 가공입니다.
이 경우 5개 축이 모두 동시에 작동하여 고급 결과를 얻습니다. 관례적인 X, Y, Z축은 병진 운동에, 나머지 2개 축(보통 B와 C축)은 CNC 머신 특징에 따라 공구 또는 공작물 포스트의 틸트 또는 완전 회전에 사용됩니다.
5축 CNC 가공은 후크 표면 가공, 특수 형상 가공, 중공 가공, 경사 구멍 등에 적합합니다. 반면 5면 가공은 3축 가공과 유사하지만 더 능력이 뛰어나며, 한 번의 셋업으로 5개 면만 가공할 수 있고 일부 특수 가공은 단일 셋업으로 달성할 수 없습니다.
5축 CNC 머신의 프로그래밍 절차는 기존 3축 CNC 머신과 매우 유사합니다. 먼저 원하는 제품의 CAD 모델을 생성하고, 소프트웨어가 부품 모델에 따라 G코드를 생성합니다. 그러나 5축 CNC 머신은 축 값 외에 각도 값이 추가되어 G코드가 다소 복잡해집니다. 각도는 5축 CNC 머신의 테이블과 헤드 구성에 따라 정의됩니다.
5축 머신에 사용되는 공구도 기하학과 형상 면에서 업그레이드되었습니다. 더 날렵한 형상과 기하학의 절삭 공구는 최종 제품의 공차와 끼워맞춤 측면에서 더 나은 결과를 제공합니다. 다만 소재 유형은 여전히 절삭 소재의 강도에 따라 기존 방식과 유사합니다.
5축 CNC 머신 가격은 일반적으로 매우 높으며, 기능과 머신 유형에 따라 크게 달라집니다. 비용은 다양한 요인에 따라 $10,000에서 $500,000까지 다양합니다. 그러나 제조 능력이 낮은 중소기업은 시간당 요금으로 이러한 혁신 기술의 서비스를 이용할 수 있습니다. 5축 CNC 머신 제조사들은 일반적으로 5축 CNC 가공에 대한 맞춤형 솔루션을 제공합니다.
테이블-테이블, 헤드-테이블, 헤드-헤드는 일반적인 5축 CNC 머신 조합의 예입니다.
첫 번째 구성은 테이블-테이블 구성으로, 트러니언 테이블 머신이라고도 합니다. 두 회전 축이 모두 트러니언 테이블에 포함되고 헤드는 항상 고정되어 테이블 위의 공작물을 회전시킵니다. 이 설정은 표준 3축 CNC 머신을 기반으로 하며, 두 회전 축을 사용하여 공작물을 원하는 방향으로 위치시킵니다. 트러니언 CNC 머신은 더 나은 언더컷 능력, 더 큰 작업 볼륨, 더 나은 속도와 내구성을 제공합니다. 선회 또는 아티큘레이팅 헤드 머신(헤드-헤드 또는 헤드-테이블 구성 가능)이 두 번째 5축 머신 구성입니다.
트러니언 스타일과 달리 헤드-헤드 머신에서는 헤드가 모든 회전을 수행하고 테이블은 정지 상태입니다. 반면 헤드-테이블 머신은 틸팅 헤드와 회전 테이블로 구성되어 더 짧거나 표준 길이의 공구 사용이 가능합니다. 스윙 헤드 머신은 공구 헤드를 블록 주위로 이동시켜 좁은 공간에 맞출 수 있습니다. 스핀들 선회는 회전 축을 설정하여 무거운 소재를 5축 CNC 머신에서 쉽게 가공하고 성형할 수 있게 합니다.
5축 CNC 머신의 이점은 방대합니다. 이 머신들은 매우 매끄럽고 복잡한 형상이 필요한 의료 기구, 고급 표면 마감과 매끄러운 끝마무리가 필요한 항공우주 장비, 엄격한 공차와 대량 생산이 필요한 기타 분야 등 다양한 제조 그룹에서 사용됩니다.
5축 가공 공정의 기본 요구사항 중 하나는 기존 3축 CNC 가공으로는 얻기 어려운 복잡한 기하학을 얻기 위해 절삭 공정을 수행하는 민첩성입니다. 예를 들어, 한 공작물의 서로 다른 면에서 서로 다른 각도로 절삭, 드릴링, 탭핑 작업을 동시에 수행해야 할 때, 일반 CNC 머신은 많은 노력이 필요합니다. 사용자는 절삭 공정 내내 공작물 위치를 변경하여 각도를 만들어야 합니다. 이는 많은 시간과 노력이 소요됩니다. 바로 여기서 5축 CNC 머신이 효율적으로 작업을 완료합니다.
5축 CNC 머신은 이러한 형상과 각도를 한 번에 만들 수 있어 시간과 노력을 줄이고 정확도와 표면 마감 품질을 높입니다. 다양한 형상과 기하학이 구현되고 리드 타임이 단축되면 균등 생산과 함께 생산량이 증가합니다. 항공우주, 자동차, 의료 등 제품의 고정밀도와 정확한 프로파일이 요구되는 산업에서 5축 가공이 최적입니다. 가공 공정에서 사람의 개입이 줄어들므로 5축 CNC 머신으로 높은 공차와 표준을 달성할 수 있습니다. 적절한 머신과 좋은 CAD(컴퓨터 지원 설계) 지식, 소재 선택을 가진 사람은 회사 제조 외에 자신의 제품을 만들기 위해 5축 CNC 머신을 활용할 수 있습니다.
여기까지 왔으니 5축 CNC 머신의 장점을 다음과 같이 정리할 수 있습니다:
CNC 머신용 G코드 생성 절차는 모든 모델링 소프트웨어에서 설계된 CAD 모델로부터 시작합니다. 그런 다음 CAD 모델은 일반적으로 스핀들 속도, 이송, 절삭 공구의 축 이동 등 모든 필수 정보를 포함하는 알고리즘, 즉 G코드로 변환됩니다. 5축 CNC 머신의 고속 절삭 공구를 제어하는 데 사용되는 알고리즘은 기존 3축 가공 G코드와 크게 다르지 않습니다. 그러나 절삭 공구의 다양한 각도 이동이나 테이블 위치 기울기에는 전진 각도와 곡률 경로 정보가 필요합니다.
5축 프로그래밍 시 회전 이동과 위치를 제어하기 위해 두 가지 가능성이 있습니다. 회전 각도 또는 공구 벡터를 사용하여 데이터를 출력할 수 있습니다. 공구 벡터는 기본적으로 X, Y, Z축 끝에 배치되어 공구가 특정 각도에서 회전하거나 기울도록 정보를 주는 명령입니다. 이 애플리케이션은 IJK 공구 벡터 사용으로 인해 각기 다른 머신 설정에 고유합니다. 머신은 특정 축 호출(A, B, C)을 명령하지 않으므로, 사용 가능한 축이 무엇이든 공구를 명령된 위치와 틸트 각도로 위치시킬 수 있습니다. 이 유연성은 머신 구성에 관계없이 동일한 부품 프로그램을 샵 내 여러 머신 간에 공유할 수 있게 합니다.
5축 CNC 머신에 배치되는 G코드를 생성하는 데 사용할 수 있는 다양한 CNC 프로그래밍 소프트웨어 제품군이 있습니다. Autodesk, Mastercam, Siemens NX, PowerMill, Edgecam 등이 5축 머신 프로그래밍에 가장 일반적으로 사용되는 소프트웨어입니다.
5축 CNC 머신에서 공작물을 절삭하거나 성형하는 데 사용되는 절삭 공구 소재는 3축 CNC 머신과 다르지 않습니다. 그러나 공구 홀더 스테이션은 상당히 다르며 5축 CNC의 공구 교환 능력은 크게 업그레이드되었습니다. 자동 공작물 교환이나 자동 팔레트 체인저도 포함되어 제조 공정 중 공구와 소재에 대한 사람의 개입을 줄입니다. 이 유연성은 고혼합 또는 소량 생산을 가능하게 하여 제조 회사의 효율성을 높입니다. 5축 CNC 가공에서는 자동 공구 교환 매거진에 60~120개의 공구 스테이션이 있습니다. 더 많은 공구 스테이션은 매우 복잡한 설계 작업에 대한 조정을 제공합니다.
절삭 공구 소재 선택은 다양한 요인에 따라 달라집니다. 공구 소재는 공작 소재보다 40~60% 더 강해야 합니다. 마찬가지로 높은 열전도율과 낮은 마찰 계수를 가져야 합니다. 또한 절삭 공구 소재 제조가 용이하여 쉽게 구할 수 있어야 합니다. CNC 가공에 사용되는 일부 절삭 소재는 다음과 같습니다:
탄소강
가용성이 높고 저렴하여 CNC 가공에서 가장 인기 있는 절삭 소재입니다. 소량의 망간과 실리콘, 0.6~1.5%의 탄소 함량을 포함합니다.
고속도강(HSS)
내구성과 높은 내마모성으로 CNC 가공에서 두 번째로 많이 사용되는 소재입니다. 텅스텐, 크로뮴, 몰리브덴과 적당량의 탄소강을 포함합니다.
초경합금(Cemented Carbides)
이 소재는 1000°C 같은 고온을 견딜 수 있는 높은 내열성으로 초고속 절삭 작업에 사용됩니다. 구성은 주로 텅스텐, 티타늄, 탄탈륨입니다.
세라믹
화학적으로 불활성이라 부식이 없어 부식 환경에서 금속 절삭 공구보다 더 오래 사용할 수 있습니다. 이 공구는 HSS보다 10배 더 빠릅니다. 소재는 주로 질화규소와 산화알루미늄으로 구성됩니다.
기타 절삭 공구 소재로는 다이아몬드 팁, 탄화붕소(CBN), 서멧(cermet) 등이 있습니다.
5축 절삭 공구는 각도 절삭을 수행하므로 기존 공구와 약간 다릅니다. 작업을 수행하기 위해 형상이 더 유연해야 합니다.
엔드밀(End Mills): 5축 CNC 머신에서 특히 소재를 제거하는 데 사용되는 회전 절삭 공구입니다. 엔드밀은 드릴 비트처럼 다목적 가공 작업에 사용됩니다. 엔드밀은 측면 절삭 공구로 모든 방향으로 절삭할 수 있는 반면, 드릴 비트는 소재에 축 방향으로만 절삭할 수 있습니다. 엔드밀의 다양한 카테고리는 다음과 같습니다:
볼 노즈 엔드밀(Ball Nose End Mills): 이상적인 3D 등고선 작용으로 최고 수준의 곡면 프로파일을 생성합니다. 공구 축을 기울이면 플루트가 소재를 당겨서 밀어내지 않게 하여 공구와 부품 표면에 쌓이는 것을 방지합니다.
V-비트(V-Bits): 엔드밀의 일종으로 일반적으로 90° 또는 60° 두 가지 변형이 있으며, 제조 중 소재에 필요한 우울각에 따라 달라집니다.
다중 플루트 엔드밀(Multi-flute End Mills): 절삭 공구에 더 많은 플루트와 날이 있으면 더 높은 속도와 이송을 유지할 수 있습니다. 또한 추가 플루트는 공구의 절삭 면적을 늘려 공구 수명을 연장합니다. 이러한 이점은 금속 제거율을 크게 높이고, 표면 마감을 개선하며, 전체 비용을 제어합니다.
트위스트 드릴(Twisting Drills): 이 절삭 공구는 두 개의 플루트와 두 면으로 공작물에서 소재를 제거합니다. NC 가공에서 가장 일반적인 절삭 공구 유형입니다. 다른 절삭 공구처럼 생크, 바디, 절삭날의 세 가지 주요 부분으로 구성됩니다.
5축 CNC 머신 구매 비용은 크게 달라집니다. 1,000달러에서 500,000달러까지 다양합니다. 가격은 CNC 머신의 크기, 기능, 유형에 따라 달라집니다. 5축 CNC 머신 가격 변동의 주요 요인은 다음과 같습니다:
다양한 유형의 5축 CNC 머신에 대한 간단한 비교:
일반적으로 5축 CNC 머신 가격은 상당히 높지만, 5축 CNC 머신 서비스가 필요한 사람은 시간당 요금으로 맞춤형 CNC 제조를 이용할 수도 있습니다.
매끄러운 마감, 정확한 공차, 시간 단축 덕분에 5축 CNC 가공 수요는 전 세계적으로 증가했습니다. 그러나 소량 생산의 경우 CNC 머신 구매 비용이 매우 비싸고, 일이 충분하지 않거나 장기간 필요하지 않을 때 머신의 최대 효율을 내지 못할 수 있습니다. 그래서 대기업이나 제조사들도 CNC 가공 서비스를 제공합니다. 서비스는 시간당 기준으로 청구됩니다. 5축 머신 시간당 사용 가격은 CNC 머신 유형에 따라 다시 달라질 수 있습니다. 하지만 고객은 이러한 서비스를 통해 맞춤형 솔루션과 개인화된 부품 제조를 얻을 수 있습니다. 5축 CNC 가공 서비스 가격은 $50~$200로, 서비스 제공 회사와 협상 및 직접 거래가 가능합니다.
5축 CNC 가공은 실제로 5면 CNC 가공과 다릅니다. 5축 CNC 머신에는 5가지 유형이 있습니다. 전문가 관점에서 3+2 가공과 4+1 가공 같은 다축 가공은 완전 5축 가공이 아닙니다. 이들이 할 수 있는 것은 5면 가공입니다. 하지만 4+1 CNC 가공은 3+2 가공보다 더 능력이 뛰어납니다.
CNC 기계
황동은 다양한 바람직한 특성 덕분에 여러 산업에서 널리 사용되는 금속입니다. 이 합금은 구리, 아연, 그리고 마그네슘, 철, 납 같은 다른 금속을 포함합니다. 이러한 금속들은 모두 황동의 특성에 기여하며, 특히 납의 함유는 가공성을 크게 향상시킵니다. 이 때문에 황동은 CNC 가공에 매우 적합한 소재입니다. 이 황동 CNC 가공 가이드에서는 황동의 특성과 맞춤형 황동 부품에 사용되는 다양한 황동 등급을 살펴봅니다. 또한 황동 제조의 응용 분야와 가공 프로젝트에 황동을 선택할 때 고려해야 할 요소들을 검토합니다. 황동의 어떤 특
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
