5축 가공: 최고의 가이드

5축 가공의 개념

5축 기계 기초

5축 가공은 절삭 공구 또는 공작물을 5개의 축을 따라 동시에 움직일 수 있는 정교한 CNC 기술입니다. 이 고급 기능을 통해 절삭 공구가 거의 모든 각도에서 공작물에 접근할 수 있으므로 매우 복잡하고 정밀한 부품을 쉽게 생산할 수 있습니다.

5축 가공 시스템에서 이동하는 5개의 축은 다음과 같습니다:

1. X축: 기계 테이블의 길이를 따라 수평 이동
2. Y축: 기계 테이블 너비를 가로지르는 수평 이동
3. Z축: 기계 테이블에 수직으로 수직 이동
4. A축: X축을 중심으로 한 회전 이동
5. B축: Y축을 중심으로 한 회전 이동

일부 기계는 특정 구성에 따라 A축 또는 B축 대신 C축(Z축을 중심으로 회전)을 사용할 수 있습니다.

A축과 B축을 따라 회전 동작을 통합하면 기계의 기능이 크게 향상됩니다. 이렇게 추가된 유연성은 몇 가지 주요 이점을 제공합니다:

1. 정밀도 향상: 5축 기계는 공구와 부품 간 최적의 방향을 유지할 수 있어 공차가 더 엄격해지고 기하학적 정확도가 향상됩니다.
2. 복잡한 형상 생성: 다양한 각도에서 공작물에 접근할 수 있어 기존의 3축 가공으로는 불가능하거나 매우 어려웠던 복잡한 형상과 언더컷을 제작할 수 있습니다.
3. 설정 시간 단축: 한 번의 설정으로 부품의 여러 면을 가공할 수 있어 비절삭 시간과 잠재적인 정렬 오류를 최소화할 수 있습니다.
4. 향상된 표면 품질: 연속 5축 보간을 통해 공구 경로가 더 매끄러워지고 칩 하중이 더 일정해져 표면 조도가 향상됩니다.
5. 공구 수명 연장: 접근 각도를 최적화하면 절삭날 전체에 마모가 더 고르게 분산되어 공구 수명이 연장됩니다.
6. 사이클 시간 단축: 복잡한 작업 전반에 걸쳐 최적의 절단 조건을 유지할 수 있어 전체 생산 시간이 단축되는 경우가 많습니다.

5축 동시 가공

동시 5축 가공은 가공 공정 중에 5축이 모두 동시에 움직이는 것이 특징인 첨단 제조 분야의 최첨단 접근 방식입니다. 기존의 3축 시스템이나 인덱스 5축 방식과 달리 이 기술은 연속적인 다축 이동이 가능하여 끊김 없이 매끄러운 절삭 경로를 제공합니다.

이 정교한 방법을 사용하면 전체 작업에서 공작물에 대한 절삭 공구의 각도 위치를 정밀하게 제어하여 매우 엄격한 공차를 가진 매우 복잡한 부품 형상을 생산할 수 있습니다. 공구 방향을 지속적으로 조정할 수 있어 최적의 절삭 조건이 가능하므로 공구 충돌의 위험이 크게 줄어들고 여러 번 설정할 필요가 없습니다.

동시 5축 가공의 주요 장점 중 하나는 더 짧고 견고한 툴링을 활용할 수 있다는 점입니다. 공구 오버행이 감소하면 진동이 최소화되어 표면 조도가 우수하고 치수 정확도가 향상됩니다. 또한 이 기술을 사용하면 공구가 공작물과 최적의 결합 상태를 유지하여 사이클 시간을 단축하고 전반적인 생산성을 향상시킬 수 있으므로 재료 제거율이 더 효율적입니다.

5축 동시 가공을 구현하면 제조 능력의 한계를 뛰어넘어 정확도 향상, 탁월한 유연성, 효율성 개선 등 다양한 이점을 누릴 수 있습니다. 이를 통해 제조업체는 기존 가공 방법으로는 달성하기 어렵거나 불가능한 복잡한 자유형 표면, 깊은 캐비티, 언더컷이 있는 복잡한 부품을 생산할 수 있습니다. 이 기술은 항공 우주, 의료 기기 제조, 고정밀 금형 및 다이 생산 분야에서 광범위하게 활용되고 있습니다.

5축 가공 프로세스

절단 프로세스

5축 가공은 다방향 이동을 통해 절삭 공정을 혁신하여 금속 가공에 탁월한 유연성과 정밀도를 제공합니다. 이 첨단 기술은 기존의 선형 X, Y, Z 축과 회전 A, B 축 등 5개 축을 따라 동시에 작동하는 절삭 공구를 활용합니다. 이 확장된 동작 범위 덕분에 기존 3축 시스템에서는 어렵거나 불가능했던 복잡한 형상을 효율적이고 정확하게 가공할 수 있습니다.

5축 가공에서 절삭 공정의 주요 측면은 다음과 같습니다:

1. 공구 경로 최적화: 고급 CAM 소프트웨어 알고리즘이 최적화된 공구 경로를 생성하여 불필요한 움직임을 최소화합니다. 그 결과 가공 시간이 단축되고 공구 수명이 개선되며 전반적인 효율성이 향상됩니다. 이 소프트웨어는 절삭력, 소재 제거율, 기계 운동학 등의 요소를 고려하여 가장 효과적인 절삭 전략을 결정합니다.
2. 연속 절삭: 5축 가공은 절삭 공정 중에 공구 방향을 동적으로 조정하여 우수한 표면 품질을 달성하고 공구 수명을 연장합니다. 이러한 지속적인 조정은 최적의 절삭 조건을 유지하여 공구 마모를 줄이고 일관된 재료 제거율을 보장합니다. 또한 단일 설정으로 복잡한 윤곽과 언더컷을 가공할 수 있으므로 여러 번 작업할 필요가 없습니다.
3. 충돌 방지: 정교한 시뮬레이션 및 검증 소프트웨어는 5축 가공에 필수적인 요소로 절삭 공구, 기계 구성품 및 공작물이 충돌하지 않도록 보장합니다. 이 실시간 모니터링 및 조정 기능은 기계, 툴링 또는 공작물의 손상 위험을 최소화하여 작업 안전성을 높이고 비용이 많이 드는 오류를 줄여줍니다.
4. 다면 가공: 5축 기술을 사용하면 단일 설정으로 공작물의 여러 면을 가공할 수 있어 처리 시간이 단축되고 정확도가 향상됩니다. 이 기능은 항공우주 부품이나 의료용 임플란트와 같이 여러 면에 특징이 있는 복잡한 부품에 특히 유용합니다.
5. 향상된 표면 마감: 절삭 공정 전반에 걸쳐 최적의 공구 대 표면 각도를 유지할 수 있어 표면 정삭이 우수하여 2차 정삭 작업이 필요 없는 경우가 많습니다. 따라서 부품 품질이 향상될 뿐만 아니라 전체 생산 시간과 비용도 절감됩니다.
6. 향상된 칩 배출: 5축 가공의 동적 공구 방향은 특히 깊은 포켓이나 캐비티에서 칩 제거를 더욱 용이하게 합니다. 이렇게 개선된 칩 배출은 칩의 재절삭을 방지하고 열 축적을 줄이며 공구 수명을 연장합니다.

밀링 프로세스

5축 머시닝 센터의 밀링 공정에는 복잡하고 고정밀 형상을 쉽게 제작할 수 있는 다양한 정교한 기술이 포함됩니다. 이러한 고급 공정은 주로 컴퓨터 수치 제어(CNC) 기계에서 실행되며, 탁월한 수준의 정확성, 반복성 및 운영 효율성을 보장합니다. 5축 가공에서 가장 널리 사용되는 밀링 공정은 다음과 같습니다:

컨투어 밀링: 이 공정은 사전 정의된 기하학적 경로를 따라 정밀하게 절단하므로 표면 마감이 매끄럽고 가공 후 작업의 필요성이 크게 줄어듭니다. 공구가 부품의 윤곽을 따라 움직이므로 최소한의 공구 교환으로 복잡한 곡면과 복잡한 피처를 제작할 수 있습니다.

인덱스 밀링: 이 기술을 사용하면 절삭 공구를 특정 각도 간격으로 전략적으로 배치할 수 있습니다. 인덱스 밀링은 부품 또는 공구를 미리 정해진 위치로 회전시킴으로써 복잡한 형상을 매우 정밀하게 가공할 수 있습니다. 이 방법은 여러 개의 평평한 표면이 있는 부품이나 다양한 각도에서 가공해야 하는 피처에 특히 효과적입니다.

5축 동시 밀링: 이 고급 공정에서는 절삭 공구와 공작물이 5축 모두에서 동시에 움직입니다. 이 동기식 동작을 통해 매우 복잡하고 세밀한 부품을 뛰어난 표면 마감과 정확도로 밀링할 수 있습니다. 동시 5축 밀링은 기존 3축 가공으로는 생산이 불가능하거나 매우 비효율적인 조각 표면, 깊은 캐비티, 언더컷을 만드는 데 탁월합니다.

나선형 밀링: 나선형 밀링은 나선형 경로를 따라 공구를 사용하는 특수 기술로, 원통형 피처, 나선형 형상을 만들거나 포켓을 효율적으로 황삭하는 데 이상적입니다. 나선형 밀링은 특정 응용 분야에서 가공 시간을 크게 단축하고 표면 조도를 개선할 수 있습니다.

스와프 밀링: 절삭 공구의 측면을 사용하여 표면을 따라 재료를 제거하는 독특한 공정입니다. 이 방법은 윤곽이 있는 표면 가공에 특히 효과적이며 기존의 포인트 밀링 기법에 비해 사이클 시간을 크게 단축할 수 있습니다.

이러한 각 밀링 공정은 5축 머시닝 센터의 모든 기능을 활용하여 전례 없는 복잡성, 정확성 및 효율성을 갖춘 부품을 생산할 수 있습니다. 적절한 밀링 전략의 선택은 특정 부품 형상, 재료 특성 및 원하는 표면 마감에 따라 달라지며, 최적의 결과를 얻기 위해 이러한 기술을 조합해야 하는 경우가 많습니다.

가공 설정

5축 가공의 복잡성 때문에 공정 중에 공작물을 정확하게 배치하고 단단히 고정하기 위해서는 고급 설정이 필요합니다. 5축 머시닝 센터에서 일반적으로 사용되는 설정에는 다음과 같은 몇 가지 유형이 있습니다:

1. 3+2축 구성: 이 설정은 절삭 공구가 원하는 축을 따라 이동하는 동안 공작물을 고정된 방식으로 배치하는 것을 포함합니다. 진정한 5축 구성은 아니지만 대부분의 애플리케이션에 적절한 유연성을 제공합니다.
2. 회전 헤드 구성: 이 설정에서는 절삭 공구를 A축과 B축을 중심으로 회전할 수 있으므로 더 넓은 범위의 형상을 가공할 수 있습니다.
3. 트러니언 테이블 설정: 이 구성은 공작물을 고정하는 회전 테이블을 갖추고 있어 절삭 공구가 다양한 표면에 더 잘 접근할 수 있습니다.

5축 가공

5축 가공을 제대로 이해하려면 먼저 5축 공작 기계가 무엇인지 이해해야 합니다. 5축 가공은 이름에서 알 수 있듯이 X, Y, Z의 세 가지 일반적인 선형 축에 두 개의 회전 축을 추가하는 것입니다.

두 개의 회전축(A, B, C축)은 다양한 제품의 기술적 요구 사항을 충족하기 위해 서로 다른 모션 모드를 가지고 있습니다.

공작 기계 제조업체 5축 가공 공구의 기계 설계에서 다양한 요구 사항을 충족하기 위해 새로운 모션 모드를 개발하기 위해 지속적으로 노력하고 있습니다.

결론적으로, 현재 시중에는 다양한 유형의 5축 공작 기계가 판매되고 있습니다. 기계 구조는 다양하지만 주요 형태는 다음과 같습니다:

두 개의 회전 좌표가 공구 축의 방향을 직접 제어합니다(이중 진자 헤드 형태).

두 좌표축은 도구 상단에 있지만 회전축은 선형 축에 수직이 아닙니다(Nutate 스윙 헤드 형태).

두 개의 회전 좌표가 공간의 회전을 직접 제어합니다(더블 턴테이블 형태).

두 좌표축은 작업대에 있지만 회전축은 선형 축에 수직이 아닙니다(Nutate 워크벤치 형태).

두 개의 회전 좌표, 하나는 공구에 작용하고 다른 하나는 공작물에 작용합니다(하나의 스윙 및 하나의 회전 형태).

*약관: 회전축이 선형 축에 수직이 아닌 경우 "너테이트 형태" 축으로 간주합니다.

5축 공작 기계에 대해 이해했으니 이제 공작 기계의 움직임을 자세히 살펴보겠습니다.

하지만 공작 기계 구조가 이렇게 다양하다면 가공 중에 어떤 고유한 특성을 나타낼 수 있을까요?

기존 3축 공작 기계와 비교했을 때 어떤 이점이 있을까요?

이제 5축 공작 기계의 주요 특징을 살펴보겠습니다.

5축 공작 기계의 특징

5축 공작 기계의 특징에 대해 말하자면, 기존 3축 기계와 비교하는 것이 중요합니다.

3축 처리 장비는 생산에서 더 일반적이며 수직, 수평 및 갠트리와 같은 여러 형태가 있습니다.

일반적인 가공 방법에는 엔드 밀링 커터를 사용한 엔드 커팅 및 측면 커팅, 볼 노즈 커터를 사용한 프로파일링 가공 등이 있습니다.

그러나 형태나 방식에 관계없이 한 가지 공통적인 특징은 가공 과정에서 공구 축의 방향이 변하지 않는다는 점입니다.

공작 기계는 세 개의 선형 축 X, Y, Z의 보간을 통해서만 공간 직사각형 좌표계에서 공작 기계의 움직임을 구현할 수 있습니다.

따라서 특정 제품에 직면했을 때 3축 공작 기계의 단점인 낮은 효율성, 열악한 표면 품질, 심지어 제품 가공 불가 등의 단점이 노출됩니다.

5축 머시닝 센터는 3축 CNC 머시닝 장비와 비교하여 다음과 같은 이점을 제공합니다:

1. 공구의 최상의 절삭 상태 유지 및 절삭 조건 개선

그림과 같이 왼쪽의 3축 절단 모드에서는 절단 도구 가 공작물의 끝이나 가장자리로 이동하면 절단 조건이 점차 악화됩니다.

최상의 절단 상태를 유지하려면 테이블을 회전시켜야 합니다.

불규칙한 평면을 완전히 처리하려면 작업대를 여러 방향으로 여러 번 회전해야 합니다.

5축 공작 기계는 볼 엔드 밀의 중심점의 선형 속도가 0이 되는 상황을 방지하여 표면 품질이 향상되는 것을 볼 수 있습니다.

2. 도구 간섭을 효과적으로 방지

위 그림과 같이 임펠러, 블레이드, 블리스크와 같은 항공우주 분야 구성 요소의 경우 3축 장비는 간섭으로 인해 처리 요구 사항을 충족하지 못합니다.

5축 가공 도구는 이 요구 사항을 충족할 수 있습니다.

또한 5축 공작 기계는 가공에 더 짧은 공구를 사용할 수 있어 시스템의 강성을 높이고 필요한 공구 수를 줄이며 특수 공구의 필요성을 없애줍니다.

사업주 입장에서는 5축 공작 기계를 사용하면 공구 비용 측면에서 비용을 절감할 수 있습니다.

3. 의 수를 줄입니다. 클램핑 한 번의 클램핑으로 5면 가공 완료

위 그림에서 볼 수 있듯이 5축 머시닝 센터는 벤치 변환을 줄이고 가공 정확도를 향상시킬 수 있습니다.

실제 처리에서는 한 번만 클램핑하면 되므로 정확성을 더 쉽게 보장할 수 있습니다.

또한 가공 체인의 단축과 5축 머시닝 센터의 장비 수 감소로 인해 설비 수, 작업장 면적 및 유지보수 비용도 절감되었습니다.

즉, 더 적은 수의 고정 장치와 작업장 공간을 사용하고 유지 관리 비용을 절감하여 더 효율적이고 고품질의 처리를 달성할 수 있습니다!

4. 처리 품질 및 효율성 향상

그림에서 볼 수 있듯이 5축 공작 기계는 공구의 측면 모서리를 통해 절삭을 수행할 수 있으므로 가공 효율이 향상됩니다.

5. 생산 프로세스 체인 단축 및 생산 관리 간소화

5축의 완벽한 가공 기능 CNC 기계 도구를 사용하면 생산 프로세스를 크게 단축하고 생산 관리 및 계획을 간소화할 수 있습니다.

분산된 프로세스를 사용하는 기존 방식에 비해 더 복잡한 공작물에서 그 장점이 점점 더 분명해집니다.

6. 신제품 개발 주기 단축

항공우주 및 자동차 산업에 종사하는 기업의 경우, 신제품 개발에는 다음과 같은 사항이 포함되는 경우가 많습니다. 복잡한 모양 및 고정밀 요구 사항을 충족해야 합니다.

이러한 경우 높은 유연성, 정밀도 및 완벽한 가공 기능을 갖춘 5축 CNC 머시닝 센터를 사용하면 복잡한 부품 가공의 정확도 및 사이클 문제를 효과적으로 해결할 수 있습니다.

이를 통해 개발 주기를 크게 단축하고 신제품 개발의 성공률을 높일 수 있습니다.

그러나 5축 기계는 공구 자세 제어, CNC, CAM 프로그래밍 및 후처리와 관련하여 3축 기계보다 더 복잡하다는 점에 유의해야 합니다.

또한 고려해야 할 참 및 거짓 5축 문제도 있습니다. 참 5축과 거짓 5축의 구분은 RTCP 기능의 유무에 따라 달라집니다.

RTCP와 그 제작 및 적용 방법을 더 잘 이해하기 위해 공작 기계의 구조와 프로그래밍 후처리에 대해 자세히 알아보겠습니다.

RTCP 정보

회전된 공구 중심점을 의미하는 RTCP는 고급 5축의 중요한 요소입니다. CNC 시스템. 툴팁 팔로우 기능이라고도 합니다.

5축 가공에서 공구의 회전 동작은 공구 팁의 추가 움직임을 생성하여 정점 위치 및 공구와 공작물 사이의 태도에 영향을 줍니다.

툴팁이 규정된 궤적을 따르도록 하려면 CNC 시스템이 자동으로 제어점을 수정해야 하는데, 이 때 종종 툴팁과 일치하지 않는 경우가 있습니다.

동일한 기술을 TCPM, TCPC 또는 RPCP라고도 합니다. 이러한 이름은 RTCP와 의미는 비슷하지만, 주요 차이점은 기술 적용 방식에 있습니다.

RTCP는 특히 이중 진자 헤드 구조에서 보정을 위해 진자 헤드 회전 중심점을 적용하는 것을 말합니다.

반면에 RPCP와 같은 기능은 주로 이중 회전 테이블 기계에서 공작물의 회전으로 인한 선축 좌표의 변화를 보정하는 데 사용됩니다.

본질적으로 이러한 기능은 공구의 중심점과 공구와 공작물 표면 사이의 실제 접촉점을 변경하지 않고 유지하는 것을 목표로 합니다.

이 글에서는 이러한 기술을 통칭하여 RTCP 기술이라고 합니다.

RTCP 기능의 기원

수년 전 5축 공작 기계가 처음 시장에 보급되기 시작했을 때, 공작 기계 제조업체들은 RTCP 개념을 크게 과대 포장했습니다.

당시만 해도 RTCP 기능은 기술을 위한 기술이자 마케팅 도구에 가까웠습니다.

하지만 실제로 RTCP 기능은 좋은 기술일 뿐만 아니라 고객에게 혜택을 제공하고 가치를 창출할 수 있는 소중한 도구입니다.

진정한 5축 공작 기계라고도 하는 RTCP 기술이 탑재된 공작 기계를 사용하면 작업자가 공작물을 턴테이블 축에 조심스럽게 정렬할 필요가 없습니다.

대신 간단히 고정하기만 하면 공작 기계가 자동으로 오프셋을 보정하므로 준비 시간이 크게 단축되고 가공 정확도가 향상됩니다.

또한 툴팁 좌표와 벡터가 쉽게 출력되므로 후처리가 더 쉬워집니다.

앞서 언급했듯이 5축 CNC 공작 기계 주로 더블 스윙 헤드, 더블 턴테이블 또는 하나의 스윙과 하나의 회전 구조의 형태로 제공됩니다.

다음 섹션에서는 더블 턴테이블 하이엔드 5축 CNC 시스템을 예로 들어 RTCP 기능에 대해 자세히 설명합니다.

5축 공작 기계에서 네 번째 및 다섯 번째 축 정의하기:

이중 회전 테이블 구조에서 네 번째 축의 회전은 다섯 번째 축의 태도에 영향을 미치며, 다섯 번째 축은 네 번째 축의 회전 좌표입니다.

그러나 다섯 번째 축의 회전은 네 번째 축의 태도에 영향을 미치지 않습니다.

정의를 이해한 후 설명해 보겠습니다.

그림과 같이 공작 기계의 네 번째 축은 A축으로, 다섯 번째 축은 C축으로 표시되어 있습니다.

공작물은 C축 턴테이블에 배치됩니다. 4번째 축인 A축이 회전하면 A축에 설치된 C축의 자세가 영향을 받습니다.

턴테이블에 놓인 공작물에 대한 공구 중심 절삭을 프로그래밍할 때 회전 좌표가 변경되면 선형 축의 X, Y 및 Z 좌표가 변경되어 상대 변위로 이어집니다.

이 변위를 해결하기 위해 공작 기계는 보정을 수행해야 하며, 이때 RTCP 기능이 작동합니다.

그렇다면 공작 기계는 오프셋을 어떻게 보정할까요?

이에 대한 답을 얻으려면 먼저 오프셋의 원인을 분석해야 합니다. 앞서 설명한 것처럼 선형 축 좌표 이동은 회전 좌표의 변화로 인해 발생합니다. 따라서 회전축의 회전 중심을 분석하는 것이 중요합니다.

이중 턴테이블 구조의 공작 기계에서 C축 또는 다섯 번째 축의 제어점은 일반적으로 기계 테이블의 회전 중심에 위치합니다.

네 번째 축은 일반적으로 네 번째 축의 중간 지점을 제어점으로 선택합니다.

5축 제어를 달성하려면 CNC 시스템에 네 번째 축과 다섯 번째 축의 제어점 간의 관계에 대한 지식이 있어야 합니다.

초기 상태에서 A축과 C축이 위치 0에 있을 때 네 번째 축 제어점은 네 번째 축 회전 좌표계에서 원점이고 다섯 번째 축 제어점은 위치 벡터 [U, V, W]로 표시됩니다.

CNC 시스템은 A축과 C축 사이의 거리도 알고 있어야 합니다.

이중 턴테이블 공작 기계의 경우 다음 그림에서 그 예를 볼 수 있습니다.

RTCP 기능이 있는 기계의 경우 제어 시스템이 프로그래밍에 지정된 위치에 공구 중심을 항상 유지하도록 설계되어 있음을 알 수 있습니다. 즉, 프로그래밍이 기계의 움직임에 영향을 받지 않습니다.

기계에서 프로그래밍할 때는 기계의 움직임이나 공구 길이를 고려할 필요가 없습니다. 공구와 공작물 사이의 상대적인 움직임에만 집중하면 됩니다. 나머지는 작업 제어 시스템이 알아서 처리합니다.

예를 들어

그림과 같이 RTCP 기능이 없는 경우 제어 시스템은 공구 길이를 무시합니다.

그 결과 도구가 샤프트의 중심을 중심으로 회전하여 팁이 제 위치에서 벗어나 고정되지 않게 됩니다.

그림에서 볼 수 있듯이 RTCP 기능이 활성화되면 제어 시스템은 공구의 방향만 조정하고 공구 팁의 위치는 일정하게 유지됩니다.

X, Y 및 Z 축을 따라 필요한 보정이 자동으로 계산되었습니다.

RTCP가 없는 5축 공작 기계 및 CNC 시스템의 선형 축 좌표 오프셋 문제와 관련하여, 중국의 많은 5축 CNC 공작 기계 및 시스템이 "가짜 5축"으로 간주된다는 점에 주목할 필요가 있습니다.

이 용어는 RTCP 기능이 없는 공작 기계를 의미합니다. 가짜 5축도 5축 연결에 사용할 수 있으므로 외형이나 5축 연결 여부에 따라 결정되지 않습니다.

가짜 5축의 주요 차이점은 실제 5축 RTCP 알고리즘이 없다는 점으로, 가짜 5축을 프로그래밍하려면 스핀들의 스윙 길이와 회전 테이블의 위치를 고려해야 합니다.

이는 프로그래밍에 가짜 5축 CNC 시스템과 공작 기계를 사용할 때 CAM 프로그래밍 및 후처리 기술을 활용하여 공구 경로를 미리 계획해야 한다는 것을 의미합니다.

동일한 부품에 대해 공작 기계 또는 공구를 변경하는 경우 CAM 프로그래밍 및 후처리를 다시 한 번 수행해야 합니다.

또한 가짜 5축 공작기계는 클램핑할 때 공작물이 작업대의 회전 중심에 위치하도록 해야 합니다.

이로 인해 작업자가 클램핑 및 정렬에 상당한 시간을 소비하게 되고 정확성을 보장할 수 없습니다.

인덱스 처리의 경우에도 가짜 5축은 문제가 됩니다.

반면, 진정한 5축은 하나의 좌표계를 설정하고 단 한 번의 공구 보정만으로 가공 프로세스를 완료할 수 있습니다.

다음 그림은 NX 포스트 프로세싱 편집기 설정을 사용하여 가짜 5축의 좌표 변환을 보여주는 예시입니다.

그림과 같이 가짜 5축은 공작 기계의 네 번째 축과 다섯 번째 축 사이의 중심 위치 관계를 표시하여 선형 축 좌표에 대한 회전축의 변위를 보정하는 후처리 기술에 의존합니다.

X, Y 및 Z 축에 대해 생성된 CNC 프로그램에는 접근점뿐만 아니라 이러한 축에 필요한 보정도 포함됩니다.

이 방식은 처리 정확도가 떨어지고 효율성이 낮으며 범용적이지 않은 프로그램과 높은 인건비를 초래합니다.

또한 공작기계마다 회전 매개변수가 달라 별도의 후처리 파일이 필요해 생산에 불편을 초래합니다.

가짜 5축 프로그래밍은 변경할 수 없으며 수동 5축 프로그래밍은 거의 불가능합니다.

RTCP 기능이 없기 때문에 보정과 같은 고급 파생 5축 기능을 사용할 수 있는 기능도 제한됩니다.

결론적으로 5축 공작 기계의 선택은 참과 거짓의 문제가 아니라 가공 결과를 얻는 데 사용되는 방법에 관한 것입니다. 비용 효율성 측면에서는 진정한 5축 공작 기계가 더 실용적인 옵션입니다.

5축 가공 기술

CNC 기술

5축 CNC 가공은 고급 컴퓨터 수치 제어(CNC) 기술을 활용하여 5개의 축을 따라 정밀하고 동시적인 움직임을 조율합니다. 이 정교한 제어 시스템을 통해 복잡한 형상을 전례 없는 유연성과 효율성으로 가공할 수 있습니다. 실시간 피드백 루프와 적응형 제어 알고리즘을 통합한 최신 5축 CNC 시스템은 절삭 파라미터를 동적으로 최적화하고 공구 마모를 보정하며 열팽창을 조정할 수 있습니다. 이러한 수준의 자동화는 사람의 개입을 최소화할 뿐만 아니라 공정 반복성을 크게 향상시키고, 설정 시간을 단축하며, 작업자로 인한 오류를 사실상 제거합니다. 또한 인더스트리 4.0 원칙의 통합으로 CAM 소프트웨어, 디지털 트윈 및 생산 관리 시스템과의 원활한 연결이 가능하여 스마트 제조 방식을 촉진할 수 있습니다.

가공 정확도

5축 가공의 특징은 ±0.0001인치(±2.54마이크로미터)의 엄격한 공차를 달성할 수 있는 최첨단 시스템을 통해 뛰어난 정확도를 구현한다는 점입니다. 이러한 수준의 정밀도는 견고한 기계 구조, 첨단 모션 제어 시스템, 열 보정 기술의 조합을 통해 가능합니다. 고정밀 선형 스케일과 로터리 엔코더는 실시간 위치 피드백을 제공하며, 고급 오류 매핑 및 보정 알고리즘은 기하학적 부정확성을 보정합니다. 항공우주 및 의료 기기 제조와 같이 최고의 정밀도가 요구되는 산업에서는 이러한 정밀도를 통해 복잡한 피처, 엄격한 공차, 우수한 표면 마감을 갖춘 복잡한 부품을 단일 설정으로 생산할 수 있습니다. 부품을 그물 모양에 가깝게 가공할 수 있으므로 2차 작업의 필요성이 크게 줄어들어 생산 워크플로우가 간소화되고 전체 제조 비용이 최소화됩니다.

도구 중심점

5축 가공에서 공구 중심점(TCP) 관리는 가공 공정 전반에 걸쳐 최적의 공구 위치 및 방향을 보장하는 중요한 기술입니다. 고급 TCP 제어 알고리즘은 공구 팁과 공작물 표면 사이의 상대적 위치를 지속적으로 계산하고 조정하여 복잡한 동시 이동 중에도 일관된 절삭 조건을 유지합니다. 이러한 동적 제어를 통해 기존 3축 시스템에서는 불가능했던 복잡한 윤곽, 깊은 캐비티, 언더컷 피처를 가공할 수 있습니다. 최신 5축 기계에는 공구 길이 측정 시스템과 자동 공구 오프셋 보정 기능이 통합되어 있어 공구가 마모되거나 변경되더라도 TCP가 정확한 위치를 유지할 수 있습니다. 일부 고급 시스템에는 기계의 움직임을 시뮬레이션하고 공구 경로를 자동으로 조정하여 공구, 공작물 및 기계 구성 요소 간의 잠재적 충돌을 방지하는 실시간 충돌 방지 알고리즘도 있어 작업 안전성을 크게 향상시키고 비용이 많이 드는 기계 충돌 위험을 줄입니다.

다양한 산업 분야의 5축 가공

항공우주 산업

5축 가공은 항공우주 산업의 초석 기술로, 항공기와 우주선에 필수적인 고정밀의 복잡한 부품을 생산할 수 있게 해줍니다. 이 고급 가공 기술은 터빈 블레이드, 임펠러, 기체 구조 부품과 같은 복잡한 형상을 탁월한 정확도와 우수한 표면 마감으로 제작하는 데 탁월합니다. 5개의 동시 축을 따라 절삭 공구를 조작할 수 있어 단일 설정에서 복합 곡선과 언더컷을 효율적으로 가공할 수 있으므로 생산 시간과 오류 가능성을 크게 줄일 수 있습니다.

또한 5축 가공은 티타늄 합금, 인코넬 및 기타 내열성 초합금과 같이 항공우주 응용 분야에서 흔히 사용되는 이색적인 소재를 가공할 때 특히 유용합니다. 이러한 소재는 가공성 측면에서 어려움을 겪는 경우가 많지만 5축 CNC 기계는 공구 경로와 절삭 전략을 최적화하여 일관된 절삭력을 유지하고 공구 수명을 연장하며 항공 우주 인증에 필요한 엄격한 공차를 달성할 수 있습니다.

방위 산업

방위 산업은 5축 가공을 활용하여 열악한 운영 조건에서 극도의 정밀도, 내구성 및 성능이 요구되는 미션 크리티컬 부품을 생산합니다. 이 기술은 제조 분야에서 중요한 역할을 합니다:

1. 복잡한 내부 형상을 가진 첨단 무기 시스템
2. 정밀 유도 미사일 부품 및 복잡한 유도 시스템
3. 탄도 프로파일을 최적화한 아머 도금
4. 군용 차량 및 항공기를 위한 고도로 엔지니어링된 부품

방위 산업은 5축 가공을 통해 이러한 정교한 시스템에 필요한 엄격한 공차와 표면 마감을 달성할 수 있습니다. 또한 가볍지만 견고한 구조물의 생산을 용이하게 하여 군사 장비의 기동성과 효율성을 향상시킵니다. 경화 소재의 복잡한 형상을 고정밀로 가공할 수 있는 능력은 고난도 시나리오에서 방위 산업 제품의 기능, 신뢰성 및 성능을 보장하는 데 매우 중요합니다.

운송 산업

운송 분야, 특히 자동차 및 고성능 차량 제조 분야에서 5축 머시닝은 부품 생산에 혁신을 가져왔습니다. 이 기술을 통해 연비 개선, 성능 향상, 안전성 향상에 기여하는 경량 고강도 부품을 제작할 수 있습니다. 주요 응용 분야는 다음과 같습니다:

1. 정밀 엔진 부품: 최적화된 연소실을 갖춘 실린더 헤드, 복잡한 냉각 채널을 갖춘 피스톤, 정교하게 설계된 크랭크샤프트
2. 고급 서스펜션 및 섀시 부품: 경량 컨트롤 암, 너클 및 통합 구조 부품
3. 차체 패널 및 내장 부품을 위한 고정밀 금형 및 금형 제작
4. 전기 자동차(EV) 부품: 배터리 인클로저, 모터 하우징 및 전력 전자장치 냉각 시스템

5축 가공으로 얻을 수 있는 우수한 표면 마감 덕분에 2차 마감 작업이 필요하지 않아 생산 공정이 간소화되는 경우가 많습니다. 또한 이 기술은 제조 가능성 설계(DFM) 원칙을 쉽게 구현할 수 있어 이전에는 생산이 불가능하거나 비현실적이었던 최적화된 형상의 부품을 제작할 수 있습니다. 이 기능은 혁신적인 설계와 제조 효율성이 경쟁력의 핵심인 빠르게 진화하는 전기차 시장에서 특히 유용합니다.

5축 가공의 재료 및 툴링

절단 도구

5축 가공에서 절삭 공구는 효율적이고 정밀한 제조를 위한 중요한 구성 요소입니다. 최적의 성능과 수명을 달성하려면 공구 재질을 선택하는 것이 가장 중요합니다. 카바이드와 고속강(HSS)은 다용도로 여전히 인기가 있지만, 서멧 및 세라믹 공구와 같은 첨단 소재는 뛰어난 내열성과 경도로 주목을 받고 있습니다.

알루미늄과 티타늄 가공에는 내마모성, 열 안정성, 화학적 불활성이 뛰어난 공구가 필수적입니다. 다결정 다이아몬드(PCD) 공구는 뛰어난 경도와 열전도율로 알루미늄 가공에 탁월하여 빠른 절삭 속도와 우수한 표면 정삭을 가능하게 합니다. 티타늄의 경우 고온에서 모서리 선명도를 유지할 수 있는 입방정 질화 붕소(CBN) 공구가 특히 정삭 작업에서 선호되는 경우가 많습니다.

공구 코팅은 성능과 공구 수명을 향상시키는 데 중요한 역할을 합니다. 기존의 질화 티타늄(TiN) 및 티타늄 알루미늄 질화물(TiAlN) 코팅 외에도 내산화성과 인성을 개선한 TiSiN 및 AlCrN과 같은 다층 코팅의 활용도가 점점 더 높아지고 있습니다. 이러한 고급 코팅은 특히 고속 및 건식 가공 조건에서 공구 마모를 크게 줄일 수 있습니다.

머티리얼 프로파일링

5축 가공에서 정확한 재료 프로파일링은 복잡한 형상에서 일관된 결과를 얻기 위한 기본 요소입니다. 임펠러, 터빈 블레이드 및 의료용 임플란트 제작은 최적의 기능과 성능을 보장하기 위해 정밀한 기하학적 프로파일링이 필요하다는 것을 잘 보여줍니다.

알루미늄 합금, 특히 6000 및 7000 시리즈는 뛰어난 가공성, 높은 중량 대비 강도 및 내식성으로 인해 항공우주 및 자동차 응용 분야에서 광범위하게 사용됩니다. 알루미늄의 5축 가공은 적절한 절삭 전략과 공구 경로를 사용할 경우 탁월한 표면 마감(Ra <0.8μm)과 엄격한 공차(±0.025mm)를 달성할 수 있습니다.

티타늄, 특히 Ti-6Al-4V 합금은 열전도율이 낮고 화학 반응성이 높기 때문에 5축 가공에서 고유한 과제를 안고 있습니다. 열 축적과 공구 마모를 완화하기 위해 고압 절삭유 공급, 트로코이드 밀링, 가변 나선 엔드밀과 같은 전략이 사용됩니다. 이러한 기술을 사용하면 공구 수명과 부품 품질을 유지하면서 재료 제거율을 높일 수 있습니다.

고급 CAM 소프트웨어와 5축 기계의 통합으로 적응형 황삭 및 매끄러운 정삭 전략을 포함한 정교한 공구 경로 생성이 가능합니다. 이러한 알고리즘은 절삭 조건을 최적화하고 공구 부하를 최소화하며 특히 항공우주 및 의료 부품에 흔히 사용되는 복잡한 자유형 표면의 표면 품질을 향상시킵니다.

5축 가공의 품질과 생산성

표면 품질 개선

5축 가공은 최소한의 설정으로 복잡한 형상을 생산할 수 있어 오류 위험을 줄이고 우수한 부품 무결성을 보장하여 표면 품질을 향상시키는 데 상당한 이점을 제공합니다. 연속 5축 모션은 절삭 공구와 공작물 사이의 접촉 각도를 일정하게 유지하면서 공구 방향을 최적화할 수 있습니다. 그 결과 칩 하중이 더 균일해지고 공구 편향이 감소하며 궁극적으로 치수 정확도가 향상되어 표면 정삭이 더 매끄러워집니다.

고급 프로빙 시스템은 5축 가공에서 우수한 표면 품질을 달성하는 데 중요한 역할을 합니다. 공정 중 측정 및 적응형 제어 전략을 통해 표면 파라미터를 실시간으로 모니터링하고 편차를 감지하며 즉각적인 수정 조치를 구현할 수 있습니다. 이러한 폐쇄형 루프 접근 방식은 표면 조도를 향상시킬 뿐만 아니라 엄격한 공차를 보장하고 불량률을 줄이며 생산 공정 전반에 걸쳐 일관된 품질을 유지할 수 있게 해줍니다.

생산성 향상

5축 가공은 생산성 측면에서 기존 3축 방식보다 훨씬 뛰어난 성능을 발휘합니다:

사이클 시간 단축: 5개 축 모두에서 동시 동작이 가능하므로 복잡한 작업을 단일 설정으로 실행할 수 있어 여러 설정 및 공구 교환과 관련된 비절삭 시간을 획기적으로 줄일 수 있습니다. 복잡한 부품의 경우 사이클 시간을 최대 50%까지 단축할 수 있습니다.

향상된 기계 활용성: 최신 5축 머시닝 센터는 밀링, 터닝 및 드릴링 작업을 원활하게 통합하는 멀티태스킹 기능을 제공합니다. 이러한 공정 통합으로 기계 간 이동이 필요하지 않으므로 진행 중인 작업이 줄어들고 전반적인 제조 효율성이 향상됩니다.

공구 활용도 최적화: 절삭 공정 전반에 걸쳐 최적의 공구 맞물림 각도를 유지할 수 있어 공구 마모가 더 고르게 분산됩니다. 이를 통해 공구 수명이 최대 30%까지 연장될 뿐만 아니라 더 짧고 단단한 절삭 공구를 사용할 수 있어 더 빠른 절삭 속도와 이송이 가능해집니다.

부품 정확도 향상: 5축 운동학을 사용하면 단일 설정으로 복잡한 피처를 가공할 수 있어 여러 설정과 관련된 누적 오류를 최소화할 수 있습니다. 이 접근 방식은 기계 내 프로빙 및 실시간 보정과 결합하여 복잡한 부품에서 ±0.0001인치(2.54마이크로미터)의 엄격한 허용 오차를 달성할 수 있습니다.

또한 고급 CAM 소프트웨어와 5축 기계의 통합으로 트로코이드 및 고효율 밀링 전략을 포함한 정교한 공구 경로 최적화가 가능합니다. 이러한 기술은 일관된 공구 부하를 유지하면서 소재 제거율을 극대화하여 생산성과 공구 수명을 더욱 향상시킵니다.

5축 가공의 발전과 트렌드

설비의 혁신

5축 가공의 영역에서 픽스처 기술의 발전은 생산 공정에 혁신을 가져왔습니다. 가공 작업 중 공작물을 고정, 지지 및 배치하는 데 중요한 시스템인 픽스처링은 크게 개선되었습니다. 이러한 혁신을 통해 기계 기술자는 점점 더 복잡해지는 형상과 표면을 전례 없는 효율성과 정밀도로 처리할 수 있게 되었습니다.

픽스처의 획기적인 발전은 첨단 진공 시스템의 통합입니다. 이러한 시스템은 기존의 기계식 클램프 없이도 공작물을 안전하게 고정하여 공구 접근성을 획기적으로 개선하고 보다 공격적인 절삭 전략을 가능하게 합니다. 또한 복합 재료와 토폴로지에 최적화된 설계의 등장으로 더 가벼울 뿐만 아니라 더 견고하고 진동에 강한 픽스처가 개발되었습니다. 이러한 조합은 설정 시간 단축, 생산 속도 증가, 가공 정확도 향상이라는 결과를 가져왔습니다.

절단 조건 트렌드

5축 가공에서 절삭 조건의 최적화는 우수한 제품 품질을 달성하는 데 있어 계속해서 중요한 요소로 작용하고 있습니다. 최근에는 절삭 파라미터 선택 및 최적화에 대한 업계의 접근 방식을 재편하고 있는 데이터 기반 접근 방식과 지능형 알고리즘이 등장하고 있습니다.

5축 가공을 혁신하는 주요 절삭 조건 트렌드는 다음과 같습니다:

적응형 절삭 전략: 실시간 모니터링 및 기계 학습 알고리즘을 활용하는 이 전략은 순간적인 공구 부하, 재료 특성 및 부품 형상에 따라 절삭 파라미터를 동적으로 조정합니다. 이 접근 방식은 공구 마모를 줄이고 진동을 최소화할 뿐만 아니라 재료 제거율과 표면 마감 품질을 동시에 최적화합니다.

고급 공구 경로를 갖춘 고속 가공(HSM): 최신 HSM은 단순히 스핀들 속도와 이송 속도를 높이는 것 이상의 기능을 제공합니다. 정교한 공구 경로 생성 알고리즘을 통합하여 일관된 칩 부하를 유지하고 공구 맞물림 각도를 최적화합니다. 그 결과 단단한 소재나 벽이 얇은 부품을 가공할 때에도 생산성이 향상되고 표면 품질이 향상되며 공구 수명이 연장됩니다.

스플라인 보간 및 AI 기반 모션 제어: 고급 스플라인 보간 기술과 인공 지능 기반 모션 제어 시스템이 결합되어 더욱 부드럽고 정밀한 공구 이동을 가능하게 합니다. 5축 가공에서 이 조합은 높은 이송 속도를 유지하고 기계 진동을 최소화하면서 뛰어난 정확도와 표면 조도를 갖춘 복잡한 자유형 표면을 쉽게 생산할 수 있도록 지원합니다.

극저온 및 최소량 윤활(MQL) 냉각 전략: 이러한 환경 친화적인 냉각 방식은 5축 가공에서 각광받고 있습니다. 액체 질소를 사용하는 극저온 냉각과 정밀하게 제어된 양의 윤활유를 공급하는 MQL 시스템은 특히 티타늄 합금 및 내열성 초합금과 같이 절삭하기 어려운 소재를 가공할 때 열 왜곡을 크게 줄이고 공구 수명을 연장하며 절삭 속도를 높일 수 있습니다.

이러한 최첨단 발전과 트렌드를 통합함으로써 5축 가공은 제조 능력의 경계를 계속 확장하고 있습니다. 혁신적인 픽스처 솔루션과 최적화된 절삭 조건 간의 시너지 효과는 현대 제조에서 새로운 차원의 효율성, 정밀도 및 복잡성을 실현하여 다양한 산업에서 점점 더 정교한 부품을 생산할 수 있는 기반을 마련하고 있습니다.