CNC가공 2축, 3축, 5축의 차이!

 

저번에 CNC 공작기계가 작동하는 방식인 밀링과 선반에 대해 소개했었습니다.

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이번에는 2축, 3축, 5축 이 무엇을 의미하는지, 그리고 어떤 점이 차이가 있는지 알아보는 시간을 가지겠습니다.

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먼저 2축, 3축 및 5축은 CNC 기계의 가공 가능한 축의 수를 나타내는 용어입니다.

2축은 사용되는 축이 2개, 3축은 3개, 5축은 5개를 의미하는데요, 각 종류를 비교하면 다음과 같습니다.

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2축 CNC 공작기계

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2축 CNC 공작기계: 2축 기계는 주로 평면 가공 작업에 사용됩니다. 간단히 말해 축이 X축과 Y축으로 이동하면서, 부품의 평면 표면을 가공할 수 있습니다. 반면 Z 축인 높이나 길이를 가공하는 데는 한계가 있습니다. 요약하자면 2축 기계는 부품의 깊이나 높이는 가공할 수 없으며, 오직 평면만 가공할 수 있습니다.

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언뜻 보면 굳이 ”2축 CNC 공작기계를 사용해야 하나 “라는 생각이 들 수 있습니다. 하지만 분명히 장점이 존재합니다.

장점은 다음과 같습니다.

• 간단한 구조:2축 기계는 축의 수가 적어 구조가 비교적 간단합니다. 때문에 기계의 설치, 사용 및 유지 보수가 상대적으로 간편합니다.
• 저렴한 비용: 3축과 5축에 비해 축의 수가 적기 때문에, 기계의 구매 및 운영 비용이 상대적으로 저렴합니다.
• 작은 공간 요구: 공간 효율적인 설계로 인해 공간의 제약을 크게 받지 않습니다. 때문에 넓은 공간이 아니더라도 배치가 가능합니다.
• 단순한 작업에 적합: 평면 가공 작업에 특화되어 있기 때문에, 단순한 형상의 부품을 효과적으로 가공이 가능합니다.

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반면에 단점 역시 존재하겠죠? 다음과 같습니다.

• 3차원 가공 제한: 아까 언급한 것처럼, 2축 기계는 축이 좌, 우로만 움직일 수 있습니다. 따라서 부품의 깊이나 높이는 가공할 수 없습니다. 즉, 3차원 가공에는 제한이 존재합니다.
• 복잡한 형상 가공 어려움: 2축 기계는 평면작업에는 특화되어 있습니다. 하지만 복잡한 형상을 가공하려면 부품을 재설치해야 하는 등의 어려움이 존재합니다.

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3축 CNC 공작기계

 

3축 CNC 공작기계: 3축 기계는 2축 기계와 달리 Z 축이 추가된 형태입니다.

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이는 평면 가공 작업뿐 아니라 깊이와 높이 조절을 가능하게 합니다.

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장점은 다음과 같습니다.

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• 3차원 가공 가능: 부품을 3차원으로 가공할 수 있기 때문에, 보다 다양한 형상과 복잡한 부품을 가공할 수 있습니다.
• 다양한 작업 가능: 사실 3축만으로도 대부분의 부품의 형태를 가공할 수 있습니다. 예를 들어 평면 가공, 프로파일 가공, 홈 가공, 천공 등의 작업이 가능합니다.
• 정밀한 가공: 3축 기계는 부품의 크기, 형상 및 위치를 정확하게 제어하여 고도의 정밀성을 달성할 수 있습니다.
• 다양한 산업 적용: 2축 기계에 비해 더욱 정밀하고 복잡한 가공이 가능하기 때문에, 금형 제작이나 자동차 부품 및 항공우주 분야 등 다양한 산업에 널리 활용됩니다.

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다음으로 단점에 대해 소개해 드리겠습니다.

• 복잡한 형상 가공 어려움: 3축 기계는 물론 일정 수준의 복잡한 부품 가공이 가능합니다. 하지만 역시 한계도 존재하는데요, 3축 기계는 부품의 선형 가공에는 적합하지만, 복잡한 곡면이나 비평면 형상의 부품은 가공하는데 어려움이 따를 수 있습니다.
• 다중 설정 필요: 부품의 다른 면을 가공하는 경우, 작업 테이블을 회전하거나 재조정이 필요한 경우가 존재합니다.
• 긴 작업 시간: 복잡한 형상 가공의 경우, 여러 차례의 작업 단계와 도구 교체가 필요할 수 있어 작업 시간이 증가할 수 있습니다.

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5축 CNC 공작기계

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다음으로 오늘 주제의 핵심인 5축 가공에 관해 설명해 드리겠습니다. 5축 기계는 간단히 2축과 3축을 합쳐놓은 기계로 이해하면 편합니다.

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5축 CNC 공작기계 : 5축 기계는 3축에 추가로 회전축을 포함하여 총 5개의 축을 제어합니다. 회전축은 부품을 다양한 각도로 회전시켜, 다양한 면을 가공할 수 있게 합니다. 이는 3축 기계의 단점인 다중 설정이 필요한 부분을 개선했다고 볼 수 있습니다. 간단히 말해 5개의 축을 이용하여 부품을 한 번의 설정으로 완성하게 됩니다. 이에 따라 부품의 생산성과 정확성 모두를 향상할 수 있게 됩니다.

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정리하면 5축 공작기계는 다음과 같은 장점을 가지고 있습니다.

• 복잡한 형상 가공: 3축 기계보다 좀 더 복잡한 형상의 부품을 가공할 수 있습니다.
• 단일 설정 가공: 부품을 한 번의 설정으로 완성시킬 수 있습니다. 때문에 시간이나 비용적 측면에서 높은 효율성을 가지고 있습니다.
• 정밀한 가공: 보다 복합적인 작업 기능으로 인해 정밀한 가공이 가능합니다. 다양한 각도에서 가공이 가능하기 때문에 정밀한 표면 마무리가 가능합니다. 결과적으로 고품질의 부품을 제작할 수 있습니다.
• 다양한 산업 적용: 3축 기계도 다양한 산업에 적용되지만, 5축 기계는 더욱 복잡한 형상의 부품 제작이 가능합니다. 그 때문에 다양한 산업 분야에서 필요로 하는 부품을 높은 수준으로 제공할 수 있습니다.

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이외에도 사용 가능한 공구의 확장, CAD/CAM과의 호환성, 강화된 드릴링 등 여러 장점이 존재합니다. 하지만 역시 단점도 존재하는데요

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• 복잡한 프로그래밍: 5축의 특성상 축의 이동 및 회전을 동시에 제어할 필요가 있습니다. 이 때문에 프로그래밍의 복잡성이 증가하게 됩니다.
• 고가의 장비: 아무래도 5축 가공을 위한 장비는 2축과 3축의 장비에 비해비용이 높을 수 있습니다.

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어떤 분들은 5축 공작기계와 3축+2축 공작기계가 무엇이 다른지 궁금할 수 있는데요, 간단히 설명해 드리겠습니다.

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5축 가공과 3+2 가공방식의 차이

 

5축 가공과 3+2축 가공방식을 구분하는 것은 중요합니다. 전자는 연속 혹은 동시 5축 가공이라 불립니다. 공구와 공작물의 접촉 부분을 직각으로 맞춰줍니다. 이에 비해 후자는 5면 가공이나 위치 결정형 5축 가공이라 하는데 3축 공작기계를 기본으로 사용하며, 추가로 2축 기능을 사용해 부품을 고정된 각도로 회전시킵니다. 이 각도를 유지한 채 3축 가공을 시행하는 방식입니다. 간단히 말해, 고정된 2축 회전 위치에서, 3축 가공을 수행하는 방식입니다..

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일반적인 5축 가공과 3+2축이 만들 수 있는 부품의 차이는 없습니다. 하지만 5축 가공의 경우 더 높은 자유도를 갖고 있어, 부품 생산시간이 짧습니다. 반면에 3+2축 가공의 경우 자유도는 떨어지지만, 간단한 프로그래밍 설정 및 저렴한 비용으로 수행이 가능합니다.

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가장 중요한 것은 CNC 공작기계를 사용할 경우 각각의 장단점을 고려한 후, 부품의 형태와 특징 및 작업 환경 그리고 예산에 맞게 적절한 기계를 선택하는 것입니다.