5축 CNC 가공으로 복잡한 곡선 부품을 단 48시간 만에 생산할 수 있을까요?

현대 제조업의 경쟁 환경에서 복잡하고 정밀한 부품을 신속하게 생산할 수 있는 능력은 중요한 차별화 요소입니다. 항공우주, 의료, 자동차, 전자 등 다양한 산업 분야에서 복잡한 곡면을 가진 정교한 부품에 대한 수요가 끊임없이 증가하고 있습니다.

기존의 3축 CNC 가공은 단순한 형상에는 효과적이지만, 이러한 과제에 직면하면 종종 부족함을 느껴 여러 번의 셋업, 리드타임 연장, 그리고 정확도 저하로 이어집니다. 바로 이 부분에서 5축 CNC 가공 의 혁신적인 힘이 분명하게 드러납니다.

그림 1. 주요 산업별 곡면부품 성장률 추이

5축 CNC 가공의 근본적인 장점은 절삭 공구나 공작물을 5개의 서로 다른 축을 따라 동시에 이동할 수 있다는 것입니다. 이는 X, Y, Z축을 따라 선형 이동으로 제한되었던 기존 3축 가공보다 훨씬 뛰어납니다.

일반적으로 A(X를 중심으로 한 회전)와 C(Z를 중심으로 한 회전) 또는 B와 C로 표시되는 두 개의 회전축을 추가하면 거의 모든 각도에서 작업물에 접근할 수 있고 비교할 수 없는 유연성을 제공합니다.

그림 2, 운동학적 비교: 3축 대 5축

하드웨어가 물리적 기능을 제공하는 반면, 동작을 조율하는 것은 소프트웨어입니다. 고급 CAM 소프트웨어는 다음을 사용하여 3D CAD 모델을 최적화된 G-코드로 변환합니다.

● 원활한 도구 각도 전환을 위한 벡터 필드 기반 계획

● 자동 기능 인식(평면, 포켓, 자유형 곡선)

● 실시간 공급 및 속도 조절로 칩 부하를 일정하게 유지

● 급격한 방향 전환을 방지하기 위한 예측 알고리즘

그림 3. 툴 경로 평활화 및 예측 그림

3.1 칩(플랭크) 밀링

커터의 측면을 사용하여 터빈 블레이드와 같은 길고 규칙적인 표면을 가공합니다. 뛰어난 표면 품질을 유지하면서 한 번의 가공으로 많은 양을 제거합니다.

3.2 동적 콤보 가공

거친 가공, 준정삭, 정삭을 하나의 연속적인 툴 경로로 결합하여, 툴 교체를 최소화하기 위해 절삭 매개변수를 실시간으로 동적으로 조정합니다.

3.3 적응형 클리어링 + 잔여 가공

공격적인 거친 가공을 위해 지속적으로 작동을 유지한 다음, 작은 도구로 남아 있는 재료를 자동으로 제거하여 빠른 마무리 작업을 위한 토대를 마련합니다.

그림 4. 적응 전략 이후의 사이클 시간 분석

● 기계 함대: 100개 이상의 동시 5축 센터

    ● 스핀들 속도: 최대 15,000rpm, HSK-A63 인터페이스

    ● 회전 정확도: ±0.005mm 위치 지정

    ● 툴 체인저: 20개 이상의 포켓, 3초 칩투칩

    ● 소프트웨어: 통합 CAM + 디지털 트윈 검증

그림 5. 작업 현장 레이아웃 및 디지털 트윈 스크린샷

도전

● 부품: 헬리컬 기어 세트, 고강도 합금강

● 허용오차: 치아 프로필 및 보어에서 ±0.05mm

● 마감일: 수요일 오후 → 금요일 오전

해결책

적응형 황삭, 절삭칩 정삭, 기계 내 디버링이 결합된 단일 셋업 5축 가공. 총 사이클 시간: 11시간 36분.

결과

3시간 일찍 납품 완료; 표면 조도 Ra 0.4um; 모든 치수 허용 오차 이내. 고객사에서 예정대로 검증 테스트를 시작했습니다.

그림 6. 가공 전/후 기어

동시 5축 모션, 지능형 툴 경로 알고리즘, 특수 목적의 가공 전략을 통합함으로써 정밀도나 표면 품질을 저하시키지 않고도 리드 타임을 몇 주에서 48시간으로 단축하는 것이 일상적입니다.

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