다축 CNC 가공에서 적합한 기계 유형을 선택하는 것은 가장 중요한 결정 중 하나입니다. 이는 공정의 전반적인 성능, 가능한 설계, 그리고 전체 비용을 결정합니다. 3축, 4축, 5축 CNC 가공은 많은 논쟁거리이며, 정답은 프로젝트 요구 사항에 따라 달라집니다.
이 가이드에서는 다축 CNC 가공의 기본을 살펴보고 3축, 4축, 5축 CNC 가공을 비교하여 올바른 선택을 하는 데 도움을 드립니다.
3축 가공 소개
스핀들은 X, Y, Z 방향으로 선형적으로 움직이며, 공작물은 한 평면에 고정되는 고정 장치가 필요합니다. 최신 기계에서는 여러 평면에서 작업하는 것이 가능하지만, 제작 비용이 다소 높고 작업 시간도 오래 걸리는 특수 고정 장치가 필요합니다.
하지만 3축 CNC가 할 수 있는 작업에는 몇 가지 한계가 있습니다. 3축 CNC의 상대적인 가격에도 불구하고 많은 기능이 경제적으로 실현 불가능하거나 아예 불가능합니다. 예를 들어, 3축 기계는 각도가 있는 형상이나 XYZ 좌표계에 있는 형상을 생성할 수 없습니다.
반면, 3축 가공기는 언더컷 형상을 생성할 수 있습니다. 하지만 여러 가지 사전 준비 사항과 T-슬롯 및 도브테일 커터와 같은 특수 커터가 필요합니다. 이러한 요건을 충족하려면 가격이 급등할 수 있으며, 경우에 따라 4축 또는 5축 CNC 밀링 솔루션을 선택하는 것이 더 타당할 수 있습니다.
4축 가공 소개
4축 가공은 3축 가공보다 더욱 발전된 기술입니다. XYZ 평면에서 절삭 공구를 이동할 뿐만 아니라, Z축에서도 공작물을 회전시킬 수 있습니다. 따라서 4축 밀링은 특수 고정구나 절삭 공구와 같은 특별한 조건 없이 최대 4면까지 가공할 수 있습니다.
앞서 언급했듯이, 이러한 기계의 추가 축은 3축 기계로도 작업을 수행할 수 있지만 특수한 요구 사항이 있는 경우에 경제적으로 더 유리합니다. 3축 기계에 적합한 고정 장치와 절삭 공구를 제작하는 데 필요한 추가 비용은 4축 기계와 3축 기계의 전체 비용 차이를 초과합니다. 따라서 일부 프로젝트에서는 3축 기계가 더 실용적인 선택이 될 수 있습니다.
4축 밀링의 또 다른 중요한 측면은 전반적인 품질입니다. 이 기계는 한 번에 4면에서 작업할 수 있으므로 고정구에서 공작물을 다시 배치할 필요가 없습니다. 따라서 인적 오류 발생 가능성이 최소화되고 전반적인 정확도가 향상됩니다.
오늘날 4축 CNC 가공에는 연속 가공과 인덱싱 가공의 두 가지 유형이 있습니다.
연속 가공은 절삭 공구와 가공물이 동시에 움직일 수 있도록 합니다. 즉, 기계가 회전하면서 재료를 절삭할 수 있습니다. 따라서 복잡한 호나 나선과 같은 형상도 매우 간편하게 가공할 수 있습니다.
반면, 인덱싱 가공은 단계적으로 진행됩니다. 절삭 공구는 공작물이 Z 평면을 중심으로 회전하기 시작하면 멈춥니다. 즉, 인덱싱 머신은 복잡한 호와 형상을 생성할 수 없기 때문에 인덱싱 머신과 같은 기능을 제공하지 못합니다. 유일한 장점은 3축 머신에 필수적인 특수 고정 장치 없이도 공작물을 4면 모두 가공할 수 있다는 것입니다.
5축 가공 소개
5축 가공은 한 단계 더 나아가 두 평면에서 회전을 가능하게 합니다. 이러한 다축 회전과 절삭 공구의 세 방향 이동 능력은 5축 가공기가 가장 복잡한 작업을 처리할 수 있게 하는 두 가지 필수 요소입니다.
시중에는 5축 CNC 가공이 두 가지 종류가 있습니다. 3+2축 가공과 연속 5축 가공입니다. 두 가지 모두 모든 평면에서 작동하지만, 전자는 인덱싱 4축 가공과 동일한 한계와 작동 원리를 갖습니다.
3+2축 CNC 가공은 회전을 서로 독립적으로 수행할 수 있지만, 두 좌표 평면을 동시에 사용하는 데 제약이 있습니다. 반면, 연속 5축 가공은 이러한 제약이 없습니다. 따라서 뛰어난 제어력과 가장 복잡한 형상도 편리하게 가공할 수 있습니다.
3, 4, 5축 CNC 가공의 주요 차이점
CNC 가공의 복잡성과 한계를 이해하는 것은 프로세스의 비용, 시간, 품질 간의 최적의 균형을 보장하는 데 필수적입니다.
앞서 언급했듯이, 고정구 및 공정과 관련된 복잡성 때문에 경제적인 3축 밀링을 사용하는 프로젝트는 훨씬 더 많은 비용이 듭니다. 마찬가지로, 모든 프로젝트에 5축 밀링을 적용하는 것은 기관총으로 바퀴벌레를 퇴치하는 것과 마찬가지입니다. 효과적이지 않을 것 같죠?
바로 이러한 이유로 3축, 4축, 5축 가공의 주요 차이점을 이해하는 것이 중요합니다. 이를 통해 필수 품질 매개변수를 손상시키지 않고 특정 프로젝트에 가장 적합한 기계를 선택할 수 있습니다.
CNC 가공 종류 간의 5가지 주요 차이점은 다음과 같습니다.
작동 원리
모든 CNC 가공의 작동 원리는 동일합니다. 컴퓨터의 안내를 받는 절삭 공구가 공작물 주위를 회전하여 재료를 제거합니다. 또한, 모든 CNC 기계는 M 코드 또는 G 코드를 사용하여 공작물에 대한 공구의 상대적인 움직임을 감지합니다.
차이점은 서로 다른 평면을 중심으로 회전할 수 있는 추가적인 기능입니다. 4축과 5축 CNC 밀링 모두 서로 다른 좌표를 중심으로 회전할 수 있으며, 이러한 특성 덕분에 비교적 쉽게 더 복잡한 형상을 제작할 수 있습니다.
정밀도 및 정확도
CNC 가공은 정확도와 낮은 공차로 잘 알려져 있습니다. 그러나 CNC의 종류는 제품의 최종 공차에 영향을 미칩니다. 3축 CNC는 매우 정확하지만, 공작물의 지속적인 위치 변경으로 인해 무작위 오류가 발생할 가능성이 더 높습니다. 대부분의 경우 이러한 오차 범위는 무시할 수 있습니다. 그러나 항공우주 및 자동차와 같은 민감한 분야에서는 아주 작은 편차라도 문제를 일으킬 수 있습니다.
4축 및 5축 CNC 가공은 재배치가 필요 없기 때문에 이러한 문제가 없습니다. 단일 고정구에서 여러 평면을 가공할 수 있습니다. 또한, 3축 가공의 품질 차이의 유일한 원인은 바로 이 점입니다. 이 점을 제외하면, 정밀도와 정확도 측면에서 전반적인 품질은 동일하게 유지됩니다.
응용 프로그램
CNC 유형의 차이는 산업 전반에 적용되는 것이 아니라, 제품의 특성에 따라 달라집니다. 예를 들어, 3축, 4축, 5축 밀링 제품의 차이는 산업 자체보다는 설계의 전반적인 복잡성에 따라 결정됩니다.
항공우주 분야의 간단한 부품은 3축 기계로 개발할 수 있지만, 다른 분야의 복잡한 부품은 4축이나 5축 기계를 사용해야 할 수도 있습니다.
소송 비용
비용은 3축, 4축, 5축 CNC 밀링의 주요 차이점 중 하나입니다. 3축 기계는 구매 및 유지 관리 비용이 더 경제적입니다. 그러나 사용 비용은 고정 장치 및 작업자의 가용성과 같은 요인에 따라 달라집니다. 4축과 5축 기계의 경우 작업자 비용이 동일하지만, 고정 장치가 여전히 비용의 상당 부분을 차지합니다.
반면, 4축 및 5축 가공은 기술적으로 더 발전되어 있고 더 나은 기능을 제공합니다. 따라서 당연히 가격이 비쌉니다. 하지만 다양한 기능을 제공하며 여러 특수한 경우에 실용적인 선택이 될 수 있습니다. 앞서 논의된 사례 중 하나는 3축 가공으로 이론적으로 가능한 설계에는 많은 맞춤형 고정 장치가 필요하다는 것입니다. 이로 인해 전체 비용이 증가하고 4축 또는 5축 가공이 더 실용적인 옵션이 됩니다.
리드타임
전체 리드타임 측면에서 연속 5축 가공기는 최상의 결과를 제공합니다. 멈춤 현상이 없고 단일 단계 가공이 가능하기 때문에 아무리 복잡한 형상이라도 최단 시간 내에 가공할 수 있습니다.
연속 4축 기계는 한 축으로 회전을 허용하고 한 번에 평면 각도 형상만 처리할 수 있으므로 그 다음으로 많이 사용됩니다.
마지막으로, 3축 CNC 기계는 절삭이 단계적으로 이루어지기 때문에 리드타임이 가장 깁니다. 또한, 3축 기계의 한계로 인해 공작물의 위치 변경이 많아져 모든 프로젝트의 전체 리드타임이 증가합니다.
3축 밀링 vs 4축 밀링 vs 5축 밀링, 어느 것이 더 낫나요?
제조업에서는 절대적으로 더 나은 방법이나 모든 상황에 맞는 만능 해결책이란 없습니다. 올바른 선택은 프로젝트의 복잡성, 전체 예산, 시간, 그리고 품질 요구 사항에 따라 달라집니다.
3축, 4축, 5축 모두 장단점을 가지고 있습니다. 당연히 5축은 더 복잡한 3D 형상을 생성할 수 있는 반면, 3축은 더 간단한 부품을 빠르고 안정적으로 제작할 수 있습니다.
결론적으로, 어떤 것이 더 나은 선택인지에 대한 정답은 없습니다. 비용, 시간, 그리고 결과의 완벽한 균형을 제공하는 가공 방법은 특정 프로젝트에 이상적인 선택이 될 것입니다.
더 읽어보기: CNC 밀링 대 CNC 선삭: 어떤 것을 선택하는 것이 더 옳은가
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결론
3축, 4축, 5축 CNC는 모두 다르며, 각 유형마다 장단점이 있습니다. 하지만 올바른 선택은 프로젝트의 고유한 요구 사항과 수요에 따라 달라집니다. 제조에는 정답이 없습니다. 올바른 접근 방식은 품질, 비용, 시간의 최적 조합을 찾는 것입니다. 세 가지 유형의 CNC 모두 특정 프로젝트의 요구 사항에 따라 제공할 수 있는 것입니다.
게시 시간: 2023년 11월 29일