적합한 3축, 4축, 5축 CNC를 선택하는 방법

현대 제조업에서 CNC(컴퓨터 수치 제어) 가공 기술은 정밀 부품 제작의 핵심 기반으로 자리 잡고 있습니다. 항공우주, 의료, 자동차 산업 등 어느 분야를 막론하고 CNC 장비의 활용은 필수적이라 할 수 있습니다.

이러한 장비는 컴퓨터 제어를 통해 고정밀 절삭, 천공, 폴리싱 작업을 수행하며, 금속, 플라스틱 등 다양한 소재를 가공할 수 있습니다. 하지만 CNC 장비의 선택은 단일 기준으로 이루어지는 것이 아니라, 부품의 복잡성, 기하학적 형상, 요구 정밀도 등을 종합적으로 고려해야 합니다. 기본적인 3축 장비부터 고정밀 5축 장비에 이르기까지, 각 유형의 CNC 공작 기계는 고유한 장점과 적합한 응용 분야를 가지고 있습니다.

본 글에서는 축 수에 따라 다른 CNC 장비의 작동 원리, 장단점, 그리고 실제 필요에 따라 가장 적합한 장비를 선택하는 방법에 대해 자세히 알아보겠습니다.

CNC 가공이란?

CNC(컴퓨터 수치 제어) 가공은 컴퓨터가 기계를 자동으로 제어하여 금속, 플라스틱, 목재 등 다양한 소재의 부품을 제조하는 기술입니다.

사전에 작성된 프로그램 명령어를 실행함으로써, CNC 공작 기계는 절삭, 천공, 폴리싱 작업을 정밀하게 수행할 수 있으며, 제조자는 설계된 고정밀 부품을 안정적으로 생산할 수 있습니다.

장점

• CNC 가공은 탁월한 정밀도로 잘 알려져 있으며, 특히 항공우주 및 의료 산업처럼 정밀도가 매우 중요한 분야에 적합합니다.
• 자동 제어를 통해 생산 효율성을 높이고, 최소한의 인력 개입으로 가공 속도를 향상시킬 수 있습니다.
• 수치 제어 공작 기계는 높은 유연성을 제공하여 다양한 응용 분야에 활용 가능하며, 전통 가공 방식과는 비교할 수 없는 다기능성을 자랑합니다.

CNC 가공의 축이란 무엇인가?

CNC 가공에서 말하는 축이란 절삭 공구 또는 워크피스가 이동할 수 있는 방향을 의미합니다.

기본 축 동작

이러한 축은 우리가 수학 시간에 배운 좌표계와 유사하며, 표준 CNC는 일반적으로 X, Y, Z의 세 가지 선형 축을 따라 움직이며, 이를 통해 공구는 다음과 같은 작업을 수행할 수 있습니다:

• X축: 좌우 이동
• Y축: 앞뒤 이동
• Z축: 상하 이동

이러한 움직임 방향은 공구가 재료를 얼마나 정밀하게 절삭하고 성형할 수 있는지를 결정합니다.

추가 축의 중요성

CNC 장비에 제4축(B축) 및 제5축(C축)이 추가되면, 공구 또는 워크피스가 X, Y 또는 Z축을 중심으로 회전할 수 있어 가공 능력이 훨씬 더 유연해집니다.

이러한 다축 설계는 기계가 여러 각도에서 절삭 작업을 수행할 수 있게 하며, 워크피스를 자주 재배치할 필요 없이 작업이 가능하므로, 항공우주, 의료 등 고정밀 산업에서의 가공 효율성과 정확도를 크게 향상시킵니다.

3축 CNC

이것은 세 가지 유형 중에서 가장 기본적인 형태로, X, Y, Z 세 축을 따라 이동하며, 4축 또는 5축처럼 회전 기능은 제공되지 않습니다.

이러한 구성은 공구가 재료에 대해 기본적인 절삭 및 조각 작업을 수행할 수 있도록 합니다.

많은 제조업체에게 있어 3축 CNC 가공은 평면 부품을 제작하는 데 이상적인 선택이며, 특히 상대적으로 단순한 설계나 대량 생산이 필요한 부품에 적합합니다.

3축 CNC의 장단점

• 장점: 비용 효율이 높고 조작이 간단하여, 평면 부품이나 구조가 단순한 설계 가공에 특히 적합합니다. 초기 장비 투자와 유지보수 비용이 낮기 때문에, 대량 생산에 매우 적합하며 제조 비용 절감에도 효과적입니다.
• 단점: 가공 능력이 제한되어 있어 회전 동작을 수행할 수 없으며, 복잡한 부품을 제작할 경우 워크피스를 여러 번 재설정해야 합니다. 이는 생산 시간을 늘리고 인건비를 증가시키며, 고정밀 또는 다면 가공 요구에 있어 한계가 존재합니다.

4축 CNC

4축 CNC 가공에서는 B축(제4축)이 추가되어, 워크피스가 X축을 중심으로 회전할 수 있습니다.

이 회전 기능은 가공의 유연성을 크게 높여, 다각형 부품 제작이나 비스듬한 구멍 가공을 자주 재설정하지 않고도 수행할 수 있게 합니다. 이를 통해 생산 효율이 향상되며, 설계의 가능성도 확장됩니다.

제4축의 특징

B축의 회전 운동을 통해 4축 CNC 가공은 워크피스를 다양한 각도로 회전시킬 수 있으며, 작업 중 수동으로 위치를 다시 조정할 필요가 없습니다.

이 추가 축은 가공 속도를 단축시키고, 단 한 번의 셋업으로 여러 면의 가공을 동시에 수행할 수 있게 합니다. 특히 기어, 터빈 블레이드, 샤프트와 같은 원통형 부품이나 비스듬한 구멍 가공에 매우 적합합니다.

4축 CNC의 장단점

• 장점: 제4축의 회전 운동을 통해 4축 CNC 공작 기계는 적은 셋업 횟수로 복잡한 부품 가공이 가능하며, 다면 가공 및 원통형 부품 제작에 특히 적합합니다. 이는 정밀도를 향상시키고 생산 효율을 높여, 보다 고급 수준의 수치 제어 가공 옵션으로 평가받습니다.
• 단점: 4축 기계는 3축보다 유연성이 높지만, 5축 기계에 비해서는 정밀도와 작업 편의성 면에서 여전히 제한이 있습니다. 또한 일부 복잡한 기하 구조는 더 긴 설정 시간과 고도의 작업 숙련도를 요구하며, 가공 난이도를 증가시킬 수 있습니다.

5축 CNC

정밀도와 복잡성 면에서 가장 높은 수준을 요구하는 가공에는 5축 CNC 가공이 가장 적합한 축 구성입니다.

이 구성은 표준 3축(X, Y, Z)의 선형 축에 더해, B축과 C축이라는 두 개의 회전 축이 추가됩니다. 기계의 유형에 따라 회전 운동은 공구 헤드 또는 워크피스 자체에서 발생할 수 있으며, 이를 통해 거의 모든 각도에서 정밀한 절삭 작업이 가능해집니다.

5축 CNC의 장단점

• 장점: 5축 CNC는 탁월한 정밀도와 유연성을 갖추고 있어, 한 번의 셋업으로 복잡한 형상과 고난도 기하 구조를 가공할 수 있습니다.항공우주 및 의료 제조와 같이 정밀도에 대한 의존도가 높은 산업에서 5축 가공 기술은 매우 중요하며,부품이 엄격한 공차와 품질 기준을 충족하도록 보장합니다.
• 단점: 5축 CNC 장비는 설비 비용이 상대적으로 높고, 시스템이 매우 복잡하기 때문에 전문적인 기술을 갖춘 작업자가 필요합니다.

축 수에 따른 응용 분야

3축 적용

• 주로 전자, 자동차 및 일반 제조업에 사용됩니다.
• 전자기기 외장, 기본 자동차 부품, 평면 구조 부품 등 기하 구조가 단순한 부품 생산에 적합합니다.

4축 적용

• 주로 항공우주, 의료 제조, 에너지 산업에서 활용됩니다.
• 터빈 블레이드, 기어, 항공우주 부품 및 의료용 임플란트 제작에 이상적입니다.
• 다각형 부품 및 기울어진 표면, 원통형 부품을 한 번의 설치로 정밀 가공할 수 있습니다.

5축 적용

• 항공우주, 의료, 금형 제조, 첨단 기술 연구 개발 등 고정밀 분야에 주로 사용됩니다.
• 복잡한 항공 부품, 맞춤형 의료용 임플란트, 복잡한 금형 설계에 적합합니다.

3축, 4축, 5축 중 무엇을 선택해야 할까?

우리가 축 수를 선택할 때는 가공할 워크피스에 복잡한 곡면과 각도가 포함되어 있는지를 고려해야 합니다. 곡면과 각도가 많을수록 더 많은 축을 사용하는 기계를 선택해야 합니다!

부품 복잡성과 기하학적 형상

• 단순하고 평면적인 부품 또는 기본적인 천공이 필요한 경우에는 3축 CNC 공작 기계가 이상적인 선택입니다.
  이러한 장비는 구조가 단순하고 경제적이며, 복잡하지 않은 형상을 처리하는 데 매우 적합합니다.
• 다각형 부품, 경사진 구멍, 원통형 형상을 처리할 경우 4축 CNC 공작 기계가 강력한 선택지입니다. 추가된 B축 회전 기능을 통해 복잡한 다면 가공을 효율적으로 수행할 수 있으며, 워크피스를 별도로 재설정하지 않고도 가공 효율성과 유연성을 크게 향상시킬 수 있습니다.
• 고도의 복잡성을 가진 부품(예: 곡면 또는 복잡한 기하 구조를 포함한 항공우주 부품, 의료 장비 등)을 가공할 경우, 5축 CNC 공작 기계는 뛰어난 정밀도와 다기능성을 발휘합니다. B축 또는 C축의 회전 기능이 추가되면서, 한 번의 셋업으로 다양한 각도에서 가공이 가능해지며, 가장 복잡한 설계나 고정밀 요구 조건에서도 탁월한 결과를 제공합니다.

재료 측면

• 3축 기계: 알루미늄이나 플라스틱과 같이 상대적으로 연한 재료 가공에 적합합니다.
• 4축 및 5축 기계: 강철이나 티타늄처럼 단단한 재료를 가공할 때 더 효율적인 성능을 발휘합니다.

종합 정리

• 3축 기계: 평면 구조 또는 단순한 기하 형상을 가진 기본 부품 가공에 적합하며, 예산이 제한되거나 조작의 용이성이 중요한 경우 이상적인 선택입니다.
• 4축 기계: 정밀한 경사면 및 다면 가공이 필요한 부품에 적합하며, 항공우주 및 의료 산업과 같이 중간 수준의 복잡성이 요구되는 응용 분야에 적합합니다.
• 5축 기계: 복잡한 형상과 다양한 각도를 가진 부품 가공에 최적이며, 항공우주, 의료, 금형 제조 등에서 널리 사용됩니다. 극도의 정밀도와 최소한의 셋업 시간이 필요한 경우, 5축 CNC가 최상의 선택지입니다.

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초정밀 폴리싱 장비>>>AS-4100 5190

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결론

적절한 CNC 가공 축 수의 선택은 주로 부품의 복잡성과 소재 요구 사항에 따라 달라집니다. 단순한 평면 부품이나 기본적인 천공 작업에는 3축 CNC가 가장 비용 효율적이고 조작이 간편한 선택지로, 알루미늄, 플라스틱 등 비교적 연한 재료에 적합합니다. 다면 가공, 경사진 구멍 또는 원통형 형상이 필요한 경우에는 4축 CNC가 더욱 높은 가공 유연성과 정밀도를 제공합니다. 이러한 장비는 특히 항공우주 및 의료 산업에서 널리 활용됩니다.
복잡하게 휘어진 형상이나 정밀한 기하 구조를 가진 고난이도 부품의 경우, 5축 CNC는 탁월한 정밀도와 다기능성을 바탕으로, 단 한 번의 셋업으로 다양한 각도에서 가공을 수행할 수 있어 고정밀 요건을 충족하는 데 최적입니다. 결론적으로, 가공 복잡성과 정밀도 요구가 높아질수록 더 많은 축을 갖춘 CNC 장비를 선택하는 것이 효율적인 작업 수행에 유리합니다. 다만, 그에 따라 설비 비용 및 조작 난이도 또한 증가하게 됨을 고려해야 합니다.

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