5축 CNC 가공(5-Axis CNC Machining)은 공작 기계가 동시에 5개의 축(X, Y, Z, A, B)을 활용해 가공 작업을 수행하는 고급 가공 방식입니다. 기존 3축 CNC 가공(X, Y, Z 축)보다 훨씬 더 복잡하고 정밀한 작업이 가능하며, 복잡한 형상의 부품을 한 번의 설정으로 제작할 수 있습니다.
5축 CNC 가공의 동작 원리
5축 CNC 가공은 3축(X, Y, Z) 외에도 두 개의 회전 축(A, B)을 추가로 활용합니다. 이를 통해 공구가 다양한 각도로 이동 및 회전할 수 있어 복잡한 형상을 가공할 수 있습니다.
- X, Y, Z 축: 평면적인 이동(좌, 우, 상, 하, 앞, 뒤).
- A 축: X축을 기준으로 회전.
- B 축: Y축을 기준으로 회전.
이러한 5축의 움직임은 기존 기계로는 불가능한 복잡한 작업을 가능하게 합니다.
5축 CNC 가공의 장점
복잡한 형상 제작
곡면이 많거나 비대칭적인 구조물, 항공기 부품, 의료기기 등과 같은 복잡한 형상을 손쉽게 제작할 수 있습니다.한 번의 셋업으로 가공
공작물을 여러 번 고정하거나 위치를 변경할 필요 없이, 한 번의 셋업으로 다양한 각도에서 가공이 가능합니다.정밀도 향상
회전축을 사용하여 공구와 공작물 간의 최적의 각도를 유지함으로써 가공 정밀도가 높아집니다.시간 절약
셋업 변경을 줄이고 공구 경로를 최적화하여 작업 시간이 크게 단축됩니다.공구 수명 연장
다양한 각도에서 접근이 가능하므로 공구의 불필요한 마찰을 줄이고, 수명을 연장할 수 있습니다.
5축 CNC 가공기의 종류
동시 5축 가공기
모든 축이 동시에 움직이며 복잡한 형상을 제작할 때 사용됩니다.3+2축 가공기
3축(X, Y, Z)을 기본으로 두 축(A, B)을 고정하여 가공하며, 상대적으로 간단한 작업에 적합합니다.
3축 CNC 가공 vs 5축 CNC 가공: 주요 차이점
3축 CNC 가공과 5축 CNC 가공은 모두 컴퓨터 수치 제어(CNC) 방식으로 부품을 가공하는 기술이지만, 그 동작 원리와 사용되는 축의 수에서 큰 차이가 있습니다. 각각의 장단점을 이해하고, 어떤 상황에서 더 적합한지를 아는 것이 중요합니다. 이제 이 두 가지 방식의 차이점을 자세히 살펴보겠습니다.
1. 축의 수
3축 CNC 가공:
X, Y, Z 세 축만을 사용하여 이동합니다. 이 방식은 공작물이 고정된 상태에서 공구가 3차원 공간 내에서 이동하며 가공을 진행합니다.- X축: 좌우로 이동
- Y축: 앞뒤로 이동
- Z축: 위아래로 이동
5축 CNC 가공:
X, Y, Z 축 외에도 두 개의 회전 축(A, B)이 추가됩니다. 이로 인해 공작물과 공구가 5개의 축을 이용해 움직여서 훨씬 더 복잡한 형상의 가공이 가능합니다.- A축: X축을 기준으로 회전
- B축: Y축을 기준으로 회전
2. 가공의 범위와 복잡성
3축 CNC 가공:
상대적으로 간단한 형상이나 평면 가공에 적합합니다. 예를 들어, 직선적인 기계 부품이나 판금 가공에 주로 사용됩니다. 복잡한 곡면이나 다각도에서의 가공이 어려워, 이러한 부품을 가공하려면 여러 번의 셋업을 해야 할 수도 있습니다.5축 CNC 가공:
복잡한 곡면이나 3D 형상을 가공할 때 유리합니다. 예를 들어, 항공기 부품, 의료 기기, 정밀 부품 등에서 흔히 사용되며, 여러 각도에서 동시에 가공이 가능하여 복잡한 형상을 한 번의 셋업으로 처리할 수 있습니다.
3. 가공 시간과 효율성
3축 CNC 가공:
가공이 단순하고 공작물이 고정된 상태에서 공구가 이동하므로 상대적으로 빠르고 간단합니다. 그러나 복잡한 부품을 가공하려면 여러 번의 설정이 필요하고, 그로 인해 시간이 더 걸릴 수 있습니다.5축 CNC 가공:
공작물의 회전 및 기울기 조정이 가능하므로 복잡한 부품을 한 번의 셋업으로 가공할 수 있습니다. 이로 인해 설정 시간이 줄어들고, 가공 과정이 효율적입니다. 그러나 공정 자체는 더 복잡하고, 시간이 더 걸릴 수 있습니다.
4. 정밀도와 품질
3축 CNC 가공:
평면적이고 직선적인 가공에는 적합하지만, 공작물의 방향을 변경해야 할 경우 가공 오차가 발생할 수 있습니다. 공작물이 여러 번 고정되고 이동하는 동안 정밀도가 떨어질 수 있습니다.5축 CNC 가공:
공작물이 회전하면서 가공되기 때문에, 정밀한 각도와 복잡한 형상을 높은 정밀도로 가공할 수 있습니다. 특히 곡면이나 복잡한 구조의 부품에서 오차를 최소화할 수 있습니다.
5. 공작물 설정 및 후속 작업
3축 CNC 가공:
복잡한 부품을 가공할 때는 공작물을 여러 번 설정해야 하므로, 후속 작업이 많아질 수 있습니다. 여러 번의 셋업으로 인해 작업 시간이 길어질 수 있습니다.5축 CNC 가공:
하나의 셋업으로 여러 각도에서 가공이 가능하므로, 공작물의 재설정이 필요하지 않습니다. 이는 후속 작업을 최소화하고, 생산성을 높이는 데 큰 도움이 됩니다.
6. 기술적 요구 사항
3축 CNC 가공:
상대적으로 운전과 관리가 간단하고, 숙련된 기술이 상대적으로 적게 요구됩니다. 간단한 프로그래밍과 기계 설정만으로 충분히 작업을 할 수 있습니다.5축 CNC 가공:
더 복잡한 가공을 위해 고도의 기술과 경험이 필요합니다. 공구 경로 설계 및 프로그램 작성이 복잡하므로, 숙련된 엔지니어와 정교한 CAD/CAM 소프트웨어가 요구됩니다.
7. 비용
3축 CNC 가공:
상대적으로 낮은 초기 투자 비용과 운영 비용으로 사용할 수 있습니다. 간단한 부품 가공에는 경제적입니다.5축 CNC 가공:
기계 자체가 고가이며, 소프트웨어 및 운영 유지비용이 높습니다. 그러나 복잡한 형상의 부품을 효율적으로 가공할 수 있어, 대량 생산 및 고품질 부품에 유리합니다.
8. 활용 분야
3축 CNC 가공:
간단한 부품, 평면 가공, 직선적인 형상, 대량 생산이 필요한 경우에 적합합니다. 예: 기계 부품, 프레임, 조형 부품 등.5축 CNC 가공:
정밀한 부품, 곡면이나 복잡한 형상, 고급 품질이 필요한 부품에 적합합니다. 예: 항공기 부품, 의료 기기, 예술 작품, 자동차 부품 등.
5-axis CNC machining is an advanced machining method where the machine tool utilizes five axes (X, Y, Z, A, B) simultaneously to perform machining operations. Compared to traditional 3-axis CNC machining (X, Y, Z axes), it allows for much more complex and precise operations, enabling the production of intricate shaped parts in a single setup.
Working Principle of 5-Axis CNC Machining
In addition to the 3 axes (X, Y, Z), 5-axis CNC machining incorporates two additional rotational axes (A, B). This enables the tool to move and rotate at various angles, allowing for the machining of complex shapes.
- X, Y, Z axes: Linear movement (left-right, up-down, front-back).
- A axis: Rotation around the X-axis.
- B axis: Rotation around the Y-axis.
The combined movement of these 5 axes enables machining of complex geometries that would not be possible with conventional machines.
Advantages of 5-Axis CNC Machining
Production of Complex Shapes
It can easily create complex shapes such as curved surfaces, asymmetrical structures, aircraft parts, and medical devices.Machining in a Single Setup
Parts can be machined from multiple angles without the need for multiple setups or repositioning, improving overall efficiency.Improved Precision
By using the rotational axes to maintain the optimal angle between the tool and workpiece, the machining precision is greatly enhanced.Time Savings
Reducing the need for setup changes and optimizing tool paths significantly shortens machining time.Tool Life Extension
The ability to approach parts from different angles reduces unnecessary friction on the tool, thereby extending its lifespan.
Types of 5-Axis CNC Machines
Simultaneous 5-Axis Machine
All axes move simultaneously, making it suitable for creating highly complex shapes.3+2 Axis Machine
Uses the 3 basic axes (X, Y, Z) and fixes the two additional axes (A, B) for simpler operations, often suitable for less complex tasks.
Key Differences: 3-Axis CNC vs. 5-Axis CNC Machining
While both 3-axis and 5-axis CNC machining use computer numerical control (CNC) technology to machine parts, they differ greatly in terms of the number of axes and their movement capabilities. Understanding the differences and knowing which is more appropriate for specific tasks is essential.
- Number of Axes
3-Axis CNC Machining:
Uses only three axes for movement. The tool moves in a 3D space while the workpiece remains fixed.- X-axis: Left-right movement
- Y-axis: Front-back movement
- Z-axis: Up-down movement
5-Axis CNC Machining:
Adds two rotational axes (A, B), enabling movement of both the workpiece and tool in five directions, which allows for more complex machining.- A-axis: Rotation around the X-axis
- B-axis: Rotation around the Y-axis
- Machining Range and Complexity
3-Axis CNC Machining:
Suitable for simpler shapes or flat parts. It’s commonly used for machining linear mechanical components or sheet metal. However, machining complex curves or multi-angle parts may require several setups, leading to additional time and complexity.5-Axis CNC Machining:
Ideal for machining complex curves or 3D shapes. It’s often used in industries such as aerospace, medical devices, and precision parts. With 5-axis machining, multiple angles can be processed in a single setup, significantly reducing the complexity of the task.
- Machining Time and Efficiency
3-Axis CNC Machining:
Relatively simple, with the tool moving in a fixed pattern while the workpiece stays stationary, making it faster for simple operations. However, for more complicated parts, multiple setups are needed, leading to longer machining times.5-Axis CNC Machining:
The ability to rotate and tilt the workpiece allows machining of complex parts in a single setup. This reduces setup time and improves overall machining efficiency, but the process itself can be more complex and take longer.
- Precision and Quality
3-Axis CNC Machining:
Suitable for flat and linear operations, but when the workpiece orientation needs to be adjusted, machining errors may occur. Repeated setups can lead to a loss in precision.5-Axis CNC Machining:
Since the workpiece rotates during machining, it allows for precise angles and the ability to machine complex shapes with high accuracy. It is particularly advantageous for minimizing errors in curved or complex parts.
- Workpiece Setup and Post-Processing
3-Axis CNC Machining:
Complex parts may require multiple setups, increasing the amount of post-processing work. With repeated setups, machining time may also increase.5-Axis CNC Machining:
With a single setup, parts can be machined from multiple angles, reducing the need for additional setups and minimizing post-processing.
문 의 하 기
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_출처: 유튜브(perslot)
_출처: 유튜브(이임복의 일상 IT)
