3축 CNC 가공이란 무엇인가: 기본, 공정 및 용도

가장 널리 사용되는 CNC 가공 유형 중 하나는 3축 가공입니다. 3축 가공은 수십 년 동안 사용되어 왔으며 금속, 플라스틱 및 기타 소재를 정밀하게 절단, 성형 및 가공하는 데 필수적인 기술입니다. 그렇다면 XNUMX축 CNC 가공이란 정확히 무엇이며 어떻게 작동할까요?

이 가이드에서는 기본 정의부터 응용 분야, 기계, 이점, 5축 가공과 같은 보다 복잡한 옵션과의 비교까지 알아야 할 모든 내용을 안내합니다.

3축 CNC 가공이란 무엇입니까?

3축 CNC 가공은 절삭 공구가 세 방향(좌우(X축), 전후(Y축), 상하(Z축))으로 이동하여 소재를 형상화하는 방식입니다. 이 세 가지 움직임을 통해 기계는 단단한 블록(작업물이라고 함)에서 소재를 제거하여 원하는 형상을 만들어냅니다.

• X축(왼쪽에서 오른쪽으로)
• Y축(앞에서 뒤로)
• Z축(위아래)

실제로 운영자는 도구 경로를 프로그래밍합니다. CAD/CAM 소프트웨어그런 다음 코드(일반적으로 G 코드 형식)를 업로드합니다. CNC 기계기계는 명령을 읽고, 도구를 X, Y, Z축으로 이동하고, 최종 모양이 나올 때까지 재료를 절단합니다.

이 공정에서는 절삭 공구나 가공물 중 하나가 고정된 상태로 유지되고 다른 하나는 세 축을 따라 이동합니다. 이러한 설정은 평면이나 윤곽이 있는 표면의 정확한 형상을 가능하게 하며, 밀링, 드릴링, 태핑 작업에 일반적으로 사용됩니다.

3축 가공 공정의 작동 방식

3축 가공 공정은 간단하지만 고도로 제어되는 방식을 따릅니다. 단계별 작동 방식은 다음과 같습니다.

1. 설계 단계

엔지니어나 설계자는 컴퓨터 지원 설계(CAD) 소프트웨어에서 부품의 3D 모델을 만듭니다. 이 설계에는 치수, 공차, 그리고 구멍이나 나사산과 같은 특수 특징이 포함됩니다.

2. CAM 프로그래밍

CAD 파일을 컴퓨터 지원 제조(CAM) 소프트웨어로 가져옵니다. CAM 소프트웨어는 선택한 공구(엔드밀, 드릴 등)의 절삭 전략과 공구 경로를 계산합니다.

소프트웨어 출력 G 코드CNC 컨트롤러에 공구를 X, Y, Z축을 따라 어떻게 이동해야 하는지, 어떤 속도로, 어떤 냉각수나 이송 속도를 사용해야 하는지 정확하게 알려줍니다.

3. 기계 설정

A CNC 기계공 금속, 플라스틱, 목재 또는 기타 소재의 가공물을 기계의 테이블이나 고정구에 고정합니다. CNC 기계공은 절삭 공구를 스핀들에 설치하고 세 축 모두에서 공구의 위치를 ​​0으로 설정합니다. CNC 기계공은 G 코드를 기계의 컨트롤러에 로드합니다.

4. 재료 제거

CNC 기계는 다음을 따릅니다. 프로그래밍된 툴패스 재료 제거를 시작합니다. 절삭 공구는 X, Y, Z축을 따라 이동하여 부품을 형상화합니다. 최종 형상에 도달하기 위해 여러 번의 가공이 필요할 수 있습니다.

5. 검사

가공 후 부품을 제거하여 치수 정확도와 표면 조도를 검사합니다. 다음과 같은 2차 작업이 수행됩니다. 디버링, 연마 또는 열처리가 이어질 수 있습니다.

3축 CNC 기계의 종류

다양한 기계 유형은 특정 작업과 재료에 특화되어 있습니다.

기계 유형	주요 이동 축	주요 용도	재료 예	일반적인 용도
CNC 밀링 머신	X, Y, Z	페이스 밀링, 포켓 커팅, 슬로팅	알루미늄, 강철, 플라스틱	엔진 부품, 브라켓, 금형
CNC 머시닝 센터	X, Y, Z	한 번의 설정으로 드릴링, 태핑, 밀링이 가능합니다.	강철, 티타늄 합금	드릴링, 태핑, 복합 밀링
CNC 선반(라이브 툴링 포함)	X, Z 및 회전축	원통형 부품 선삭, 구멍 뚫기	금속, 플라스틱	샤프트, 부싱, 나사산 부품
CNC 라우터	X, Y, Z	대형 패널이나 목재 절단 및 조각	목재, 폼, 플라스틱	가구, 간판, 프로토타입
CNC 조각기	X, Y, Z	표면 조각, 간판 제작, 라벨링	금속, 플라스틱, 목재	명판, 로고, 장식 작업
CNC 플라즈마 절단기	X, Y, Z	플라즈마 토치로 평판 시트 절단	강철, 스테인리스, 알루미늄	금속판 및 시트 절단

각 기계는 절삭 공구(또는 작업물)를 3개의 선형 축을 따라 이동합니다. 머시닝 센터 일반적으로 자동 공구 교환 장치와 더 높은 스핀들 속도가 추가됩니다. 선반은 스핀들에서 공작물을 회전시키는 반면, 라우터와 플라즈마 커터는 고정된 테이블 위로 공구를 이동합니다.

3축 밀링 머신

3축 밀링 머신은 회전 커터를 사용하여 단단한 소재 블록을 형상화합니다. 작업자는 종종 단일 셋업을 프로그래밍하여 부품의 한쪽 면을 마무리합니다. 이러한 기계는 평평한 형상과 간단한 포켓을 제작하는 데 탁월합니다.

3축 머시닝센터

머시닝 센터에는 자동 공구 교환 장치와 냉각수 인클로저가 포함되어 있습니다. 작업자는 여러 부품과 공구를 한 번에 장착할 수 있습니다. 이러한 센터는 수동 작업을 줄이고 중규모 배치 작업의 사이클 시간을 단축합니다.

3축 CNC 선반

선반은 고정된 상태에서 작업물을 회전시킵니다. 절단 도구 재료를 제거합니다. "라이브 툴링" 기능이 있는 선반은 밀링 및 드릴링 기능을 추가하여 한 번의 설정으로 복잡한 형상을 가공할 수 있습니다. 작업자는 최소한의 공작물 취급과 더 높은 정확도의 이점을 누릴 수 있습니다.

3축 CNC 라우터

라우터는 높은 갠트리와 매우 넓은 테이블을 갖추고 있습니다. 목공소와 간판 제작자들은 대형 절단 및 조각 작업에 라우터를 사용합니다. 작업자는 빠른 이송 속도와 내장된 집진 시스템을 높이 평가합니다.

3축 조각기

An CNC 조각 낮은 절삭력으로 소구경 커터를 사용합니다. 보석상과 트로피 제작자는 섬세한 표면 에칭을 위해 이 기계를 선택합니다. 작업자는 공구 마모를 최소화하면서 미세한 텍스트와 작은 로고를 제작할 수 있습니다.

3축 플라즈마 커터

A 플라즈마 커터 이온화 가스 토치를 사용하여 두꺼운 금속판을 절단합니다. 작업장 주인은 대형 판재 절단 시 커터의 속도를 중요하게 생각합니다. 작업자는 간단한 프로그래밍으로 수백 개의 평평한 부품을 표시하고 절단할 수 있습니다.

3축 CNC 가공의 장단점

제조업체가 3축 CNC 가공을 선택하는 데에는 여러 가지 이유가 있습니다.

• 기계와 도구는 다축 방식보다 비용이 저렴합니다. 설치 비용이 낮아 소규모 및 중규모 생산에 적합합니다.
• 램프, 윤곽, 포켓, 구멍은 모두 3축 범위에 들어맞습니다.
• 대부분의 기계공과 CAM 시스템 세 개의 축을 다룰 수 있습니다. 작업자는 고급 교육보다는 기본적인 CNC 기술만 필요합니다.
• 3축 기계는 금속, 플라스틱, 목재, 복합재, 폼을 절단합니다.
• 동일한 G코드를 사용하면 긴 생산 배치에서도 일관된 부품을 생산할 수 있습니다.
• 적절한 도구와 공급 장치를 사용하면 매끄러운 마감 처리가 가능해져 가공 후 작업이 줄어듭니다.
• 빠른 설정으로 상점에서 배송 가능 CNC 프로토타입 며칠이 아닌 단 몇 시간 만에.

3축 CNC 가공은 많은 작업에 적합하지만 다음과 같은 한계가 있습니다.

• 내부 포켓은 도구가 끼일 수 있으므로 설계자는 밀폐된 공간을 피해야 합니다.
• 공구는 항상 수직으로 접근합니다. 각도가 있는 절단에는 여러 번 가공하거나 수동으로 모양을 잡아야 합니다.
• 부품에 3축 이동이 필요한 경우 XNUMX축 가공으로는 동일한 수준의 세부 묘사나 효율성을 제공할 수 없습니다.
• 5면 부품을 가공할 때는 재클램핑과 추가 설정으로 인해 시간이 더 걸립니다.

3축 가공의 일반적인 응용 분야

3축 CNC 가공은 더 간단한 모양에 대한 신뢰성과 비용 효율성 덕분에 다양한 산업에 적용될 수 있습니다.

업종	일반적인 부품	3축이 적합한 이유
자동차	엔진 블록, 브라켓, 변속기 부품	대량 생산, 중간 정도의 복잡성
Aerospace	계기판, 간단한 브라켓	높은 반복성, 좋은 정확도
의료	수술 도구, 소형 임플란트	엄격한 허용 오차, 반복 가능한 품질
전자	방열판, 인클로저	정밀한 포켓, 복잡한 2.5D 모양
몰드 앤 다이	간단한 금형, 지그	높은 표면 마감, 비용 관리
건설	맞춤형 브라켓, 유압 구성품	내구성 있는 부품, 간편한 설치
귀금속	기본 반지, 펜던트	세부적인 조각, 소량 생산
목공	캐비닛 표면, 장식 패널	대형 포맷, 세부적인 2D 조각

3축 기계는 공구를 기울여 언더컷이나 깊은 구멍을 가공할 수 없으므로, 주로 윗면이나 직선 측면에 특징이 있는 부품을 가공하는 데 적합합니다.

3축과 5축 CNC 가공 비교

3축 기계는 X, Y, Z 방향으로만 선형적으로 움직이는 반면, 5축 기계 두 개의 회전 운동(A축과 B축)을 추가합니다. 다음 표는 주요 차이점을 간략하게 보여줍니다.

특색	3 축 가공	5 축 가공
이동의 축	X, Y, Z	X, Y, Z, A(기울기), B(회전)
기하학	간단한 포켓, 슬롯, 페이스	복잡한 언더컷, 깊은 캐비티, 다면체 부품
설치 시간	다측면 작업을 위한 하나 이상의 설정	단일 설정으로 대부분의 기능을 사용할 수 있습니다.
프로그램 작성	더 쉬운 CAM 설정	더욱 복잡한 CAM 툴패스 계획
오퍼레이터 스킬	기본 CNC 지식이 필요합니다	고급 프로그래밍, 충돌 방지 전문성
기계 비용	$ 25,000- $ 50,000	$80,000~$500,000+
유연성	도달할 수 있는 표면에만 제한됨	어느 각도에서든 부품에 접근할 수 있습니다
생산 속도	보통	더 빠른 마무리, 더 적은 설정
유지보수	낮 춥니 다	추가 축과 회전 베어링으로 ​​인해 더 높아짐
이상적인 부품 유형	2D 및 2.5D 부품, 평면	3D 윤곽 모양, 언더컷, 깊은 구멍
복잡한 모양의 정확도	좋은	우수함 - 수동 재위치가 필요 없음

DaVinci에는 5축 CNC 가공 복잡한 부품 제작 시 더 많은 자유도와 속도를 제공하지만, 비용이 더 많이 들고 학습 곡선도 더 가파릅니다. 많은 프로젝트, 특히 중소 규모 작업장의 경우, 3축 가공은 비용 효율성 측면에서 여전히 더 나은 선택입니다.

더 읽기 : 3축 대 4축 대 5축 CNC 가공

기타 다축 기계 개요

제조업의 수요가 증가함에 따라 더 많은 축이 사용되게 됩니다.

• 4축 CNC X축(A축)을 중심으로 회전합니다. 원통형 작업 및 측면 밀링에 적합합니다.
• 7축 CNC는 5축 CNC에 헤드 틸트 또는 회전 조인트를 추가하여 더욱 강력해진 제품입니다. 항공우주 및 의료 부품의 매우 복잡한 형상을 처리합니다.
• 9축 CNC는 5축 밀링 머신과 4축 선반을 하나의 장비로 결합한 제품입니다. 이 구성으로 하나의 고정구에서 선삭과 밀링 작업이 가능합니다.
• 12축 CNC는 각각 6축 기능을 갖춘 듀얼 헤드 또는 트윈 스핀들을 사용합니다. 작고 정교한 부품의 처리량을 두 배로 늘립니다.

축 수가 증가함에 따라 기계 비용, 프로그래밍 복잡성, 그리고 유지보수 필요성도 증가합니다. 제조업체는 이러한 상충 관계와 설정 시간 단축 및 단일 고정구 처리의 이점을 비교 검토해야 합니다.

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맺음말

3축 CNC 가공은 프리즘 부품과 간단한 형상을 제작하는 데 있어 간편하고 비용 효율적인 솔루션을 제공합니다. XNUMX축 CNC 가공의 기능과 한계를 이해함으로써 제조업체와 설계자는 공정 선택, 장비 투자 및 프로젝트 계획에 대한 정보에 기반한 결정을 내릴 수 있습니다.

엔지니어와 매장 관리자는 다음과 같은 경우 3축 CNC 가공을 고려해야 합니다.

• 부품의 형상은 대부분 평면적 특징을 포함합니다.
• 생산량은 적거나 중간 수준입니다.
• 예산은 기계 및 공구 비용을 제한합니다.
• 매장 직원은 기본적인 CNC 기술을 갖추고 있습니다.
• 이 설계에서는 접근하기 어려운 영역을 한 번에 가공할 필요가 없습니다.

부품에 깊은 구멍, 각진 특징 또는 복잡한 곡선이 있는 경우 비용은 더 많이 들더라도 5축을 사용하면 시간을 절약하고 설정을 줄일 수 있습니다.

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