CNC 가공에서 5축이란 무엇인가요?

'5축'의 실제 의미는 무엇인가요?

CNC 가공에서 "5축"이라는 용어는 절삭 공구 또는 때로는 부품 자체가 이동하고 회전할 수 있는 방향의 수를 나타냅니다. 구체적으로 3개의 선형 축(X, Y, Z)과 2개의 추가 회전 축(일반적으로 A, B, C)을 의미하며, 기계가 거의 모든 각도에서 공구 또는 부품의 방향과 위치를 지정할 수 있습니다.

이 5축 기능은 3축 또는 4축 기계가 달성할 수 있는 것 이상으로 모션 범위를 크게 확장합니다. 따라서 더 효율적인 공구 경로, 복잡한 부품 피처에 대한 더 쉬운 접근, 설정 시간 단축이 가능합니다. 그러나 "5축"은 특정 가공 공정을 의미하는 것이 아니라 기계의 운동 구조와 이동 각도를 설명하는 용어라는 점을 명확히 하는 것이 중요합니다.

이 다섯 가지 축이 무엇이며 어떻게 함께 작동하는지 이해하는 것은 기계 운영자뿐 아니라 엔지니어, 설계자, 조달 전문가에게도 필수적입니다. 예를 들어 포괄적인 이해 핵심 원리, 장점 및 응용 분야를 포함하여 5축 가공의 [궁극적인 5축 가공 가이드]

다축 가공의 간략한 역사

다축 가공의 개념은 항공우주 및 방위 산업에서 더 엄격한 공차와 곡면을 가진 더 복잡한 부품을 요구하기 시작한 1950년대와 1960년대로 거슬러 올라갑니다. 초기 CNC 기계는 X, Y, Z의 세 가지 선형 축으로 작동했기 때문에 공구 방향이 제한적이고 각진 피처를 위해 여러 번 설정해야 했습니다. 부품의 복잡성이 증가함에 따라 제조업체는 회전 동작을 추가하여 유연성을 개선하는 방법을 모색했습니다.

이로 인해 3+2 가공이 개발되었는데, 두 개의 추가 축(A와 B 또는 A와 C)을 사용하여 부품의 위치를 지정할 수 있지만 절단은 여전히 세 개의 축만 사용하여 이루어집니다. 이를 완전 보간된 5축 기계가 아닌 '포지셔닝' 시스템이라고 불렀습니다.

진정한 5축 동시 가공은 1980년대와 1990년대에 서보 제어, 컴퓨터 지원 제조(CAM) 소프트웨어, 피드백 시스템의 발전과 함께 등장했습니다. 이러한 기계는 5축 모두에서 연속적이고 조정된 이동이 가능하여 매우 효율적인 공구 경로와 더 매끄러운 표면 정삭이 가능했습니다. 오늘날 5축 시스템은 항공 우주뿐만 아니라 금형 제작부터 의료용 임플란트까지 다양한 산업에서 주류로 자리 잡았습니다. 축 제어의 진화는 더욱 지능적인 모션 전략과 더욱 컴팩트하고 다양한 기계 설계를 위한 길을 열었습니다.

자유도: 5는 새로운 이정표입니다.

모션 제어 및 운동학에서 "자유도"(DOF)는 물체 또는 시스템이 수행할 수 있는 독립적인 움직임의 수를 나타냅니다. 3차원 공간의 강체는 3개의 병진(X, Y, Z 축을 따라) 및 3개의 회전(동일한 축 A, B, C를 중심으로) 등 총 6개의 자유도를 갖습니다. 로봇 팔은 완전한 공간 제어를 위해 6개의 자유도를 모두 활용하는 경우가 많습니다.

그러나 CNC 가공의 목표는 일반적인 동작이 아니라 고정된 공작물이나 고정 장치에 장착된 공작물에 공구를 정밀하게 맞물리게 하는 것입니다. 이러한 맥락에서는 일반적으로 5개의 자유도면 충분합니다. 공구는 공간의 모든 지점에 도달하기 위해 X, Y, Z로 이동하고 두 축을 중심으로 회전하여 최적의 절삭 방향을 정렬해야 합니다. 여섯 번째 축인 공구 자체의 Z축을 중심으로 한 회전은 대부분의 가공 작업에서 거의 필요하지 않으며 스핀들 형상으로 인해 바람직하지 않을 수도 있습니다.

5축 기계는 강성, 단순성, 제어성을 유지하면서 복잡한 피처에 거의 완전한 공간 접근성을 제공하는 것이 장점입니다. 모션 기능의 이 이정표를 이해하면 '5'가 임의적인 숫자가 아니라 이동성과 제조 가능성 사이의 실질적인 엔지니어링 경계를 반영하는 이유를 명확히 알 수 있습니다.

세 가지 선형 축: X, Y, Z

모든 CNC 기계는 고급 여부에 관계없이 세 가지 기본 선형 축으로 시작합니다: 이 축은 3차원 공간에서 직선을 따라 움직임을 정의합니다. X축은 일반적으로 왼쪽에서 오른쪽으로, Y축은 앞뒤로, Z축은 도구나 테이블을 위아래로 움직이는 움직임을 나타냅니다. 이 세 축은 함께 모든 CNC 포지셔닝 로직을 뒷받침하는 데카르트 좌표계를 형성합니다.

수직 머시닝 센터(VMC)에서는 스핀들이 수직으로 장착되고 테이블이 X 및 Y 방향으로 이동하면서 스핀들 헤드가 Z를 따라 이동합니다. 수평 머시닝 센터(HMC)에서는 스핀들이 수평으로 장착되고 테이블이 선형 축 중 하나를 따라 회전하거나 이동하는 등 이동 구성이 다를 수 있습니다. 갠트리 및 포털형 기계는 종종 전체 브리지 구조를 X 또는 Y축으로 이동하여 패러다임을 뒤집습니다.

직선 운동의 개념은 간단해 보이지만, 축 방향을 잘못 이해하는 것은 특히 기계 유형을 전환할 때 설계 및 프로그래밍 오류의 일반적인 원인입니다. 회전 모션을 추가하기 전에 이 세 가지 축이 물리적 움직임으로 변환되는 방식을 명확히 인식하는 것이 필수적입니다.

회전축 A, B, C

CNC 기계는 세 가지 선형 방향 외에도 특정 축을 중심으로 공구 또는 부품을 회전하여 각진 표면과 복잡한 피처에 도달할 수 있습니다. 이러한 회전 축은 A, B, C로 지정되며 각각 선형 축 중 하나를 중심으로 회전하는 것에 해당합니다. 구체적으로 A축은 X축을 중심으로, B축은 Y축을 중심으로, C축은 Z축을 중심으로 회전합니다.

실제로 이러한 회전 동작을 통해 공구를 기울이거나 공작물을 최적의 가공 방향으로 회전시킬 수 있습니다. 예를 들어 트러니언 스타일 기계는 A축을 사용하여 테이블을 앞뒤로 기울이고 C축은 턴테이블처럼 회전시킬 수 있습니다. 반대로 헤드 틸트 기계는 B축을 사용하여 스핀들을 회전시켜 각진 절삭을 수행하며 C축은 공구 헤드 내에서 회전 운동을 제공합니다.

대부분의 5축 CNC 기계는 기계 설계에 따라 3개의 회전축 중 2개의 회전축(보통 A와 C 또는 B와 C)을 통합합니다. 일반적으로 원하는 방향으로 공구를 배치하는 데는 두 개면 충분하기 때문에 세 개를 동시에 포함하는 시스템은 드뭅니다. 구현할 회전축을 선택하는 것은 모션 제어 및 고정뿐만 아니라 프로그래밍 및 공구 경로 계획의 복잡성에도 영향을 미칩니다.

3+2 대 동시 5축: 중요한 이유

모든 5축 기계가 같은 방식으로 작동하는 것은 아닙니다. 크게 두 가지 유형의 5축 모션 전략이 있습니다: 3+2 포지셔닝과 동시 5축 보간입니다. 이 둘의 차이점을 이해하는 것은 기계의 기능과 애플리케이션 적합성을 해석하는 데 매우 중요합니다.

In 3+2 가공를 선택하면 절단을 시작하기 전에 두 개의 회전축(일반적으로 A와 C)을 사용하여 부품의 방향을 고정 각도로 지정합니다. 그런 다음 공구 경로 자체는 세 개의 선형 축(X, Y, Z)만 사용하여 실행됩니다. 이 방법은 단일 설정에서 각진 피처 또는 여러 면에 액세스하는 데 매우 효과적이며, 공구 경로가 더 간단하고 계산 요구량이 적습니다. 하지만 윤곽이 뚜렷한 표면에는 필요한 유동성이 부족합니다.

5축 동시 가공는 5개의 축이 모두 동시에 움직일 수 있습니다. 따라서 곡면 또는 자유형 표면에서 공구를 지속적으로 맞물리게 하고 절삭 전체에서 최적의 공구 방향을 유지할 수 있습니다. 표면 조도를 획기적으로 개선하고 공구 마모를 줄이며 가공 주기를 단축하지만 프로그래밍 복잡성과 기계 튜닝 요구 사항이 증가합니다.

3+2에서 전체 5축 보간으로의 전환은 CNC 기능의 획기적인 도약을 의미했습니다. 이를 통해 더 복잡한 부품을 가공할 수 있을 뿐만 아니라 고정밀, 다중 표면 작업의 전반적인 효율성이 향상되었습니다.

기계 설계의 축 레이아웃

모든 5축 기계는 5방향으로 동작을 제공하지만, 이러한 축을 배열하는 방식은 기계 설계에 따라 크게 달라집니다. 대부분의 상용 시스템은 트러니언 테이블, 스위블 헤드 또는 하이브리드 헤드-테이블 조합의 세 가지 주요 레이아웃 중 하나를 사용합니다. 각 레이아웃은 기계 설치 공간, 부품 크기 제한, 접근성 및 프로그래밍 전략에 영향을 미칩니다.

그리고 트러니언 테이블 디자인은 A축(기울기)과 C축(회전)을 작업 테이블에 직접 통합합니다. 부품은 테이블에 장착되어 앞/뒤로 기울어지고 턴테이블처럼 회전합니다. 이 설정은 컴팩트하고 매우 견고하여 공격적인 절삭이나 깊은 캐비티가 필요한 소형 부품에 이상적입니다. 하지만 빌드 엔벨로프는 특히 기울어졌을 때 키가 크거나 무거운 부품의 여유 공간이 제한됩니다.

그리고 회전 헤드 구성은 회전축을 스핀들에 배치합니다. 공구 헤드는 B축을 통해 기울어지고 C축을 통해 회전하는 반면 공작물은 고정된 상태로 유지됩니다. 이 방식은 회전하기 어려운 크고 무거운 부품에 더 적합합니다. 또한 부품 형상에 관계없이 보다 일관된 공구 액세스를 제공합니다.

A 하이브리드 헤드 테이블 시스템 테이블과 스핀들 모두에서 회전을 결합하여 유연성을 극대화합니다. 더 다양한 형상을 처리할 수 있지만 기계 비용이 높고 유지보수가 더 복잡합니다. 이러한 레이아웃을 이해하면 엔지니어와 구매자가 특정 부품 프로파일과 생산 목표에 맞는 시스템을 선택하는 데 도움이 됩니다.

Axis 용어가 중요한 이유

축 용어를 이해하는 것은 기계 기술자나 CAM 프로그래머뿐만 아니라 정밀 제조 부품의 설계, 사양 또는 조달에 관여하는 모든 사람에게 필수적인 요소입니다. 엔지니어가 X, Y, Z, A, B, C 축의 기능과 상호 작용 방식을 이해하면 더 제조하기 쉽고 고정하기 쉬운 부품을 설계할 수 있습니다. 공구를 기울여야 하는 언더컷 방지, 접근 가능한 평면을 따라 피처 정렬, 최적의 스핀들 간격을 위한 캐비티 방향 설정 등은 모두 축의 움직임을 파악하는 데서 비롯됩니다.

조달 팀이나 프로젝트 관리자에게는 공급업체가 "5축 기능"이라고 말하는 것이 무엇을 의미하는지 아는 것도 마찬가지로 중요합니다. 공급업체가 3+2 포지셔닝을 사용합니까, 아니면 완전 동시 보간을 사용합니까? 공급업체의 기계는 어떤 유형의 축 레이아웃을 사용하며, 귀사의 부품 형상과 일치합니까? 이는 틈새 기술이 아니라 리드 타임, 표면 품질 및 비용에 영향을 미칩니다.

품질 관리 및 리버스 엔지니어링 역할에서도 축 구조를 이해하면 CMM 설정을 해석하거나 스캔한 부품의 방향을 다시 지정하는 데 도움이 됩니다. 요컨대 축 해독 능력은 설계 의도와 실제 실행 사이의 간극을 메워줍니다. 이는 라벨을 외우는 것이 아니라 정밀도를 효과적으로 전달하는 것입니다.

자주 묻는 질문

CNC 기계의 5축이란 무엇인가요?

5개의 축은 X(왼쪽/오른쪽), Y(앞/뒤), Z(위/아래)의 세 가지 선형 방향과 일반적으로 A(X를 중심으로 회전) 및 C 또는 B(Z 또는 Y를 중심으로 회전)의 두 가지 회전 축을 나타냅니다. 이를 통해 복잡한 가공 각도로 공구 또는 부품을 이동하고 기울일 수 있습니다.

C축은 항상 5축 시스템에서 사용되나요?

반드시 그렇지는 않습니다. 기계마다 다른 조합의 회전축을 사용합니다. 회전이 테이블에 내장되어 있는지 또는 스핀들 헤드에 내장되어 있는지에 따라 A와 C를 사용하는 경우도 있고, B와 C를 사용하는 경우도 있습니다. 중요한 것은 기계가 5개의 독립적인 방향으로의 동작을 지원한다는 것입니다.

항상 5축 동시 모션이 필요합니까?

아니요. 많은 부품의 경우 3+2 가공(두 개의 회전축을 사용하여 공구를 비스듬히 배치하고 세 개의 선형 축으로 절삭하는 방식)으로도 충분합니다. 동시 5축은 더 강력하지만 더 복잡하며 일반적으로 자유형 표면이나 중요한 윤곽을 위해 예약되어 있습니다.

5축 가공에 대해 자세히 알아보기

이제 5축이 작동하는 방식과 기계 동작에 미치는 영향을 이해했으므로 제조 역량과 부품 복잡성을 평가할 수 있는 더 나은 준비가 되었습니다. 하지만 구조는 이야기의 일부일 뿐입니다. 공구 경로, 픽스처 계획, 고급 가공 전략 등 5축 모션이 실제 생산에 어떻게 적용되는지 알아보려면 심층 가이드를 참조하세요: 5축 모션이란? 5축 가공? 

또는 다중 축 기능이 필요한 프로젝트에 대해 논의할 준비가 되었다면 언제든지 다음 링크를 참조하세요. 엔지니어링 팀에 문의 에 문의하여 부품 타당성 및 정밀도 옵션에 대한 조언을 구하세요.