5축 CNC 가공은 절삭 중에 실제로 모든 다섯 개의 기계 축이 함께 움직이면서 다축 제조를 새로운 차원으로 끌어올립니다. 이 방식의 특별한 점은 매우 복잡한 형상을 따르더라도 절삭 공구가 작업 중인 부품 표면에 항상 적절하게 정렬된 상태를 유지한다는 것입니다. 이 시스템은 일반적으로 A와 C 또는 때때로 B와 C로 표시되는 두 개의 회전 운동과 세 개의 직선 운동(X, Y, Z)을 결합하여 작동합니다. 곡선과 각도가 많은 부품을 제작하는 작업장의 경우, 위치를 수동으로 멈추고 조정할 필요 없이 매우 정밀한 부품을 제작할 수 있게 됩니다. 그 결과? 기존 방법에 비해 전반적인 정밀도 향상과 더 빠른 생산 속도를 달성할 수 있습니다.
정확한 5축 가공을 구현하려면 기계가 공구 경로를 얼마나 잘 처리하는지와 적절한 RTCP(회전 공구 중심점, Rotational Tool Center Point) 기능을 갖추고 있는지에 크게 좌우됩니다. RTCP가 정상적으로 작동하면 실제로 매우 인상적인 결과가 나타납니다. CNC 컨트롤러는 회전 부품들이 움직이는 동안 공구의 실제 위치에서 발생하는 모든 변위를 지속적으로 보정합니다. 이를 통해 기계 전체가 비정상적인 각도에 있더라도 끝단이 정확히 필요한 위치에 유지되며 전체적으로 정렬 상태가 유지됩니다. 이러한 실시간 보정 기능이 없다면 복잡한 절삭 작업 중 다양한 위치 오류가 발생하게 됩니다. 그리고 솔직히 말해, 고가의 장비에서 일관되지 않은 결과를 원하는 사람은 아무도 없습니다. 다섯 개의 축이 문제없이 원활하게 협력할 때 공구는 재료를 자연스럽게 흐르듯 가로지르는 경로를 따르게 됩니다. 이는 곧 표면 절삭에 더 유리한 각도를 제공하며 궁극적으로 구식 방법으로 달성할 수 없었던 것보다 훨씬 섬세한 디테일과 더 엄격한 허용오차를 가진 부품을 생산할 수 있게 합니다.
진정한 5축 가공과 3+2축 가공 모두 5개의 축을 사용하지만, 이 둘 사이에는 상당히 중요한 차이점들이 존재한다. 3+2축 가공은 때때로 위치 결정형 5축(Positional 5-axis)이라고도 하는데, 여기서는 먼저 두 개의 회전축을 이용해 가공물을 원하는 위치로 조정한 후, 일반적인 3차원 절삭을 수행하는 동안 그 자세를 고정시킨다. 이 방식의 단점은 일단 고정된 후에는 공구가 절삭 중간에 각도를 변경할 수 없기 때문에 복잡한 형상을 가공하려면 보통 여러 번의 설정 전환이 필요하다는 것이다. 이로 인해 표면에 거슬리는 계단형 무늬가 생기고, 일반적으로 마감 품질이 낮아진다. 반면에 진정한 동시 5축 가공은 전체 공정 내내 5개의 축이 동시에 움직이며 연속적인 운동을 유지한다. 이러한 지속적인 움직임 덕분에 방해받지 않는 부드러운 공구 경로가 가능해지고, 형상 정밀도와 표면 마감 품질이 훨씬 향상된다. 이러한 장점들로 인해 항공우주 제조, 의료기기 생산, 금형 제작 등 정밀도가 가장 중요한 산업 분야에서 특히 큰 가치를 지닌다.
5축 동시 가공 작업에서 선형 축 (X, Y, Z) 과 회전 축 (A, C) 은 실시간 운동 제어로 완벽하게 동기화되어야합니다. 여기서 일어나는 일은 정말 놀랍습니다. 기계는 절단 도구를 그 조각에 대한 올바른 각도로 유지합니다. 현대 CNC 시스템은 기본적으로 도구가 움직이고 있는 동안 다음으로 움직여야 할 위치를 계산합니다. 이런 정밀도는 제조업체가 부드러운 곡선으로 비행기의 날개, 디자인된 대로 딱 맞는 의료 임플란트, 혹은 예술적인 조각품까지 만들 수 있게 합니다. 이전 기술과 비교하면 어떤 차이가 있을까요? 낭비되는 자료가 적고 실수 후 수정하는데 소요되는 시간이 훨씬 적습니다.
항공우주 산업은 터빈 블레이드 제작에서 게임 체인저로 진정한 5축 동시 가공 기술을 도입하고 있다. 주요 제조업체는 복잡한 날개형상(airfoil)을 가지며 극도로 엄격한 공차가 요구되는 압축기 블레이드 제작 시 최근 연속적인 5축 가공 방식으로 전환했다. 축 간 실시간 조정이 가능함에 따라 공구를 멈추거나 재위치시킬 필요 없이 블레이드 전체 표면을 매끄럽게 가공할 수 있다. 그 결과는 명확하다. 기존 방식 대비 생산 시간이 약 60% 단축되었으며, 표면 거칠기는 Ra 0.4마이크론 수준까지 향상되어 가장 까다로운 공기역학적 사양도 충족시켰다. 이는 전통적인 3+2 인덱싱 기술보다 효율성과 품질 면에서 압도적으로 우수하다.
가공 공정에 대한 연구에 따르면, 실질적인 5축 동시 가공은 기존의 3+2축 방식보다 표면 경로 정확도를 약 40퍼센트 향상시킬 수 있다. 이러한 성능 향상의 이유는 도구의 지속적인 움직임으로 인해 가공 전반에 걸쳐 균일한 절삭 압력을 유지할 수 있기 때문이다. 머신이 위치 조정 후 정지 및 재시작할 경우, 연속 운전에서는 발생하지 않는 미세한 계단형 결함과 불량을 남기기 쉬운데, 유체 역학이나 공기 흐름 특성이 뛰어난 부품의 경우 이러한 미세한 차이가 전체 성능에 큰 영향을 미치므로 매우 중요하다.
기존의 3축 머신을 사용하여 복잡한 부품을 가공할 때는 일반적으로 공정 중에 여러 번의 다양한 세팅이 필요합니다. 고정장치를 바꿀 때마다 수동으로 정렬을 해야 하며, 이 과정에서 실수할 가능성이 높아집니다. 바로 이 지점에서 5축 CNC 가공이 진가를 발휘합니다. 이러한 기계는 추가적인 회전 축 덕분에 전체 작업을 한 번에 처리할 수 있습니다. 절삭 공구는 이제 부품을 기계에서 꺼내지 않고도 언더컷, 깊은 포켓, 특이한 각도의 표면과 같은 접근하기 어려운 위치까지 접근할 수 있습니다. 이는 여러 번의 세팅 과정에서 누적되는 미세한 오차를 줄여주며 모든 부품이 일관되고 정확하게 제작되도록 보장합니다. 항공기 부품이나 수술용 기기를 제조하는 기업의 경우, 제품이 처음부터 끝까지 극도의 복잡성과 확고한 정밀도를 요구하기 때문에 이러한 차이가 매우 중요합니다.
기계가 5축 운동을 동시에 수행할 때, 공정 사이의 비생산적 시간을 크게 줄일 수 있습니다. 부품을 자주 정지하거나 재위치시킬 필요가 없고, 도구 교체 횟수도 줄어들며, 전체적인 가동 중단 시간이 감소합니다. 기계는 가공 중 절삭 공구를 최적의 위치에 유지하므로 더 빠른 이송 속도와 워크피스로부터의 칩 배출 효율이 향상됩니다. 강성이 충분한 짧은 공구는 특정 각도에서 매우 효과적으로 작동하며, 공구를 빠르게 마모시키는 진동을 줄여줍니다. 이러한 모든 요소들이 결합되어 정밀도나 최종 제품의 표면 품질을 희생하지 않으면서도 생산 속도를 높일 수 있습니다. 이러한 전환을 이미 한 작업장들은 출력 수치에서 뚜렷한 개선을 보고하고 있습니다.
5축 동시 가공의 경우, 주된 이점은 절삭 공구가 작업 대상 물체에 대해 지속적으로 방향을 조정함으로써 더 나은 치수 정확도를 달성할 수 있다는 것입니다. 시스템은 진행 중에 이러한 조정을 계속 수행하여 공구가 경로에서 휘어지는 현상을 줄이고, 매 절삭 시 거의 동일한 양의 재료를 제거할 수 있도록 보장합니다. 현대의 컴퓨터 수치 제어(CNC) 장비는 여기서 한 걸음 더 나아갑니다. 기계 내 온도 변화나 서로 다른 소재 배치 간의 차이와 같은 요소들을 가공 중에도 실시간으로 보정해 주기 때문에, 대규모 프로젝트나 정밀 가공이 어려운 복잡한 부품을 제작할 때조차도 제조업체가 일관되게 우수한 결과를 얻을 수 있습니다.
5축 가공에서 공구가 일정한 각도로 지속적으로 절삭할 경우, 매우 매끄러운 표면 마감을 얻을 수 있어 추가적인 연마 작업이 필요 없는 경우가 많습니다. 절삭력이 균일하게 분포되어 진동과 체터(chatter)와 같은 문제를 줄여주기 때문에 복잡한 자유 곡면에서도 거울처럼 반사되는 고품질의 결과를 얻을 수 있습니다. 이러한 안정적인 절삭 환경의 또 다른 이점은 공구 날에 가는 마모가 고르게 분산되어 공구 수명이 길어진다는 점입니다. 제조업체가 가장 정밀한 작업에 의존하는 고가의 초경 및 다이아몬드 코팅 공구의 경우 이 점은 특히 중요합니다. 많은 공장들이 최신 가공 기술을 논할 때 부품 품질을 향상시키면서 공구 교체 비용을 절감할 수 있다는 점을 강조합니다.
복잡한 형상과 부품을 다룰 때는 고급 CAM(Computer-Aided Manufacturing) 소프트웨어가 어려운 5축 공구 경로 설정에 필수적입니다. 수동 코딩으로는 다축 가공에 포함된 다양한 움직임을 제대로 관리할 수 없습니다. 다행히도 이러한 최신 시스템은 충돌을 피하면서도 가장 복잡한 형상까지 처리할 수 있는 경로를 실제로 계획할 수 있습니다. 많은 작업장에서 보고하듯이, 이러한 도구를 사용하면 프로그래밍 시간이 약 40% 정도 단축된다고 합니다. 이 시스템들이 특히 유용한 점은 CAD 모델에 직접 연동된다는 것입니다. 이 연결 덕분에 설계자의 원래 아이디어가 정확하게 기계 명령어로 변환되어 스케치에서 완제품에 이르는 전체 과정이 기존 방법보다 훨씬 원활해집니다.
다섯 개의 축이 동시에 움직일 때, 공구 홀더가 작업물에 부딪히거나 고정장치에 걸릴 가능성이 훨씬 높아집니다. 그래서 오늘날의 CAM 소프트웨어에는 실시간 시뮬레이션 및 충돌 경고 기능이 시스템 내에 기본적으로 포함되어 있습니다. 프로그래머는 실제로 가공을 실행하기 전에 머신이 공간을 어떻게 이동하는지 미리 확인할 수 있습니다. 이를 통해 잠재적인 문제를 조기에 발견하고 공구 경로를 그에 따라 조정할 수 있습니다. 이것이 실질적으로 의미하는 바는 무엇일까요? 예기치 못한 접촉 지점으로 인해 발생하는 비용이 많이 드는 머신 충돌 사고가 줄어든다는 것입니다. 실패한 테스트 운전으로 낭비되는 재료 비용도 절감됩니다. 또한 작업자들은 장비 주변에서 더 안전하게 작업할 수 있으며, 모든 동작이 무작위 충돌이 아닌 계획된 이동 경로를 따르기 때문에 부품의 품질도 더욱 향상됩니다.
5축 CNC 프로그래밍의 최신 동향은 인공지능(AI)을 CAM 소프트웨어에 통합하는 것입니다. 이러한 시스템은 과거의 가공 데이터, 다양한 재료가 절삭 중에 어떻게 반응하는지, 심지어 공구가 시간이 지남에 따라 마모되는 방식까지 분석하여 설정을 자동으로 조정합니다. 특히 흥미로운 점은 AI가 문제를 사전에 감지하고, 실시간으로 이송 속도를 조정하며, 각 절삭 공정의 효율을 극대화하기 위해 공구 경로를 수정할 수 있다는 점이며, 종종 운영자에게는 몇 번의 클릭만으로 충분하다는 것입니다. 이러한 AI 솔루션을 도입한 작업장들은 기계 세팅 시간이 단축되고, 재료 낭비가 줄어들며, 부품이 처음부터 일관되게 정확하게 생산된다고 보고하고 있습니다. 복잡한 형상과 엄격한 공차를 다루는 제조업체들에게 이는 정밀 가공을 접근하는 방식에 있어 게임 체인저가 되고 있습니다.
EN
