CNC 가공 축 추가로 생산비 절감하는 이유와 방법

공식 확인됐습니다! 가공 공정에 축을 추가하면 효율이 높아지고 비용이 절감됩니다. 그 이유를 알아봅니다.

제조업 세계는 끊임없이 변화합니다. 신기술이 등장하고 기존 기술이 개선되며 우리는 공정을 업데이트해야 합니다.

최근 두드러진 변화 중 하나는 CNC 가공에서 사용 가능한 축 수가 증가하고 있다는 점입니다. 현재 추세에 따르면 최신 기술로 다축 가공이 그 어느 때보다 접근하기 쉬워졌습니다.

하지만 의문이 듭니다. 축이 많을수록 정말 좋은 걸까요?

답은 그렇다입니다.

가공 공정에 축을 추가하면 효율 개선, 비용 절감 등 수많은 이점이 있습니다. 다축 CNC 머신 도입이나 로봇 가공으로 축을 추가할 수 있습니다.

어느 쪽이 나을까요? 먼저 전통적 가공의 문제점을 살펴보겠습니다.

전통적 3축 CNC의 5가지 문제점

전통적으로 CNC 머신은 X, Y, Z 3개의 프로그래밍 가능 축을 가집니다. 3차원에서 드릴링, 밀링 등 가공이 가능합니다. 일부 축소형 머신(조각기 등)은 2D 또는 2.5D만 지원하기도 합니다.

3D 가공은 많은 제조 작업에 적합하지만, 3축만으로는 제약이 큽니다.

1. 셋업(Setup) 횟수 증가

축이 적으면 셋업이 늘어나습니다. 극히 단순한 가공이 아닌 이상, 필요한 모든 절삭을 위해 부품 위치와 방향을 변경해야 합니다. 각 추가 셋업은 가공 셀 생산성에 직접적인 타격을 줍니다. 특히 소량 다품종 생산(점점 흔해지는 추세)에서는 가공 시간의 최대 90%가 셋업에 소요될 수 있습니다.

2. 작업자 직접 개입 시간 증가

셋업 증가는 기계 생산성만 떨어뜨리는 게 아닙니다. 작업자 생산성도 저하시킵니다. 모든 셋업마다 숙련 작업자가 부가가치 없는 작업에 시간을 써야 합니다. 이 시간은 더 생산적인 곳에 쓰일 수 있습니다. 체인지오버 효율화로 시간을 줄일 수 있지만, 직접 개입 시간을 원천 제거하는 게 훨씬 효과적입니다.

3. 맞춤형 지그·고정구 필요

3축 머신은 공작물 접근 각도가 제한적입니다. 약간만 기울여도 가공하려면 맞춤형 지그·고정구를 설계·제작해야 합니다. 대량 생산이면 괜찮지만, 소량 생산에서는 매 셋업마다 막대한 작업과 시간, 비용이 추가됩니다.

4. 작업당 공정 단계 증가

모든 제조업체는 동의합니다: 가공 단계가 적을수록 좋습니다. 설계단계부터 제조 용이성(DFM) 원칙은 가공 단순화와 단계 축소에 집중합니다. 3축 머신은 더 많은 자유도를 가진 기술에 비해 불필요하게 공정 단계를 늘리는 경향이 있습니다.

5. 리드타임 증가와 제품 원가 상승

위 모든 문제가 전체 제조 공정에 부정적 영향을 미쳐 리드타임 연장과 제품 원가 상승으로 이어집니다. 기술자가 새 셋업에 시간을 쓰거나 맞춤 지그를 제작할 때마다 수익성에 직접 타격을 줍니다.

축 추가가 비용을 절감하는 이유

이 문제들의 해결책으로 축 추가가 각광받고 있습니다. 두 가지 구현 방식이 있지만, 먼저 왜 축 추가가 비용을 줄이는지 살펴보겠습니다.

6자유도(6 DoF) '스위트 스팟'

우리는 세상을 3차원으로 생각하지만, 완전 유연한 가공을 위해서는 6차원이 필요합니다:

• 3개 위치 차원 (X, Y, Z)
• 3개 회전 차원 (Rot[X], Rot[Y], Rot[Z])

이 6개 값은 작업 공간 내 임의의 점을 임의의 각도에서 접근하기 위한 최소 자유도(DoF)입니다. 3, 4, 5축 CNC 머신은 이 '스위트 스팟'을 충족하지 못해 항상 제약이 따릅니다.

축 추가로 비용을 줄이는 5가지 방식

1. 단일 셋업만 필요 (Done-in-one 셋업)
2. 작업자 직접 개입 시간 최소화
3. 맞춤형 지그·고정구 불필요
4. 가공 단계 축소 및 단순화
5. 제품 리드타임 단축

이 모든 요소가 생산 시간과 비용을 줄여줍니다.

몇 축까지 추가 가능한가?

완전 유연한 머신에 6 DoF가 필요하다면, 어떻게 자유도를 추가하고 몇 개까지 가능한가?

가공 셀에 축을 추가하는 두 가지 옵션:

1. 다축 CNC 머신
2. 로봇 가공

CNC 머신으로

현재 시장에서 가장 흔한 세 가지 타입:

1. 전통적 3축 CNC
2. 4축 CNC
3. 5축 CNC 머신

6축 머신(2019년 보도된 사례 등)도 등장하고 있지만, 5축이 일반적인 '상한선'입니다.

로봇 가공으로

산업용 로봇에 가공 툴을 장착하는 방식입니다. 기본적으로 6 DoF를 가지며(산업용 로봇 표준), 추가 축을 얼마든지 더할 수 있습니다! DoF 자체는 6을 넘을 수 없지만, 축 추가는 작업 반경과 유연성을 크게 확장합니다.

CNC vs 로봇 가공: 어느 것이 나은가?

다축 가공 트렌드로 5축 머신이 인기지만, 로봇 가공 대비 CNC의 단점도 명확합니다:

• 비유연성: 로봇 가공처럼 축을 쉽게 추가할 수 없습니다.
• 거대한 크기: CNC는 축이 늘어날수록 기계가 커지는 경향이 있습니다.

최종 선택은 사용자 몫이지만, 로봇 가공이 일부 경우 CNC 머신을 능가할 수 있다는 점은 언급할 가치가 있습니다. 로봇 가공은 다축 CNC 대비 삶을 훨씬 단순하게 만듭니다.

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