5축 CNC 기계 대 3축 CNC 기계: 정밀도와 효율성의 주요 차이점

정밀도 차이 #1: 설정 수

치수 변화에 가장 큰 영향을 미치는 요소 중 하나는 반복 설정입니다. 상단 표면 포켓, 측면 구멍, 각진 장착 표면 및 후면 여유 슬롯을 포함하는 180mm × 120mm × 80mm 크기의 알루미늄 항공우주 브래킷을 고려해 보십시오. 3축 기계에서 작업자는 네 가지 개별 설정을 수행할 수 있습니다.

워크플로에는 윗면 클램핑, 상부 형상 가공, 공작물 회전,{0}}측면 재클램핑, 작업 좌표계 재설정,-측면 구멍 가공이 필요합니다. 각 설정에는 정렬 변형이 발생합니다. 픽스처 반복성이 ±0.02mm 이내로 유지되더라도 여러 작업에서 누적 오류가 증가할 수 있습니다.

5축 기계는 공작물을 자동으로 회전시킵니다. 작업자는 부품을 한 번 고정하고 동일한 좌표계 내에서 모든 가공 작업을 실행합니다. 공작물이 고정되어 있기 때문에 기계는 기하학적 관계를 유지합니다.

정밀도 차이 #2: 공구 편향

공구 편향은 재료 제거 중에 절삭력으로 공구가 구부러질 때 발생합니다. 공구 오버행이 증가하면 편향량도 증가합니다. 예를 들어, 깊이가 120mm인 캐비티에는 3축 기계의 긴 엔드밀이 필요할 수 있습니다. 긴 공구는 하중이 가해지면 구부러지고 진동이 발생하며 테이퍼형 벽이 생성됩니다. 스테인리스강 316 또는 Ti-6Al-4V 티타늄 합금을 가공할 때 절삭력은 알루미늄 가공 시보다 훨씬 더 높아집니다.

5축 기계는 공작물을 회전시켜 공구 접근성을 향상시킵니다. 공구를 캐비티 안으로 120mm 연장하는 대신 기계는 공작물을 기울여 더 짧은 커터가 동일한 형상에 도달할 수 있도록 합니다. 길이가 짧은 공구는 굽힘을 방지하고 치수 일관성을 유지합니다. 이러한 구조적 장점은 벽의 직진도와 윤곽 정확도를 측정할 수 있게 향상시킵니다.

정밀도 차이 #3: 표면 마감 일관성

표면 조도는 공구 맞물림 각도와 절단 안정성에 따라 달라집니다. 3축 기계에서 곡면을 가공할 때 커터는 공구 반경을 따라 끊임없이 변화하는 위치에서 재료와 접촉할 수 있습니다. 이로 인해 고르지 않은 가리비 자국, 표면 굴곡 및 추가적인 연마 요구 사항이 발생할 수 있습니다.

5축 기계는 재료를 제거하는 동안 제어된 접촉각을 유지하기 위해 도구 방향을 지속적으로 조정합니다. 자유형 표면이 있는 금형 캐비티의 경우 3축 가공에서는 종종 작은 스텝-값으로 볼 노즈 마무리가 필요한 반면, 5축 가공에서는 공구가 기울어지고 최적의 맞물림을 유지할 수 있습니다. 이는 표면 불규칙성을 줄이고 마무리 작업을 감소시킵니다.

정밀도 차이 #4: 복잡한 피처의 기하학적 정확도

많은 산업용 구성요소에는 터빈 블레이드, 임펠러, 의료용 임플란트, 금형 삽입물과 같은 교차 기능이 포함되어 있습니다. 이러한 구성요소에는 정확한 위치 관계를 유지해야 하는 여러 표면이 포함되어 있습니다. 3축 기계에서는 각 기능에 별도의 설정이 필요할 수 있으므로 설정 횟수가 증가함에 따라 기하학적 관계를 유지하기가 어려워집니다.

5축 기계는 가공 전반에 걸쳐 단일 좌표 참조를 유지하여 하나의 동기화된 모션 시스템 내에서 모든 형상 위치를 제어합니다. 이는 누적된 위치 변동을 감소시킵니다. 복합 각도와 곡선 형상을 포함하는 구성 요소의 경우 개선이 상당할 수 있습니다.

효율성 차이 #1: 설치 시간

생산 효율성은 스핀들 속도만으로 결정되지 않습니다. 설정 시간은 종종 전체 제조 시간의 상당 부분을 차지합니다. 각 인서트에 4개의 고정구, 3개의 정렬 및 여러 프로빙 주기가 필요한 20개의 금형 인서트를 소규모로- 배치 생산하는 경우를 생각해 보세요. 3축 기계는 실제로 금속을 절단하는 것보다 공작물을 준비하는 데 더 많은 시간을 소비할 수 있습니다. 5축 기계는 설정 작업을 줄여줍니다. 기계가 공작물을 자동으로 회전시키기 때문에 작업자는 고정 장치 설치, 공작물 정렬 및 좌표계 설정에 소요되는 시간을 줄일 수 있습니다. 이러한 감소는 프로토타입 생산과 다-혼합 소량-볼륨 제조에 점점 더 중요해지고 있습니다.

효율성 차이 #2: 설비 요구 사항

설비는 비용과 복잡성을 추가합니다. 3축 기계에는 다양한 공작물 표면을 노출시키기 위해 묘비 고정 장치, 앵글 플레이트 및 맞춤형 클램핑 시스템과 같은 맞춤형 고정 장치가 필요한 경우가 많습니다. 각 고정 장치는 작업물을 지지하고 절삭력에 저항하며 정렬을 유지해야 합니다. 5축 기계는 고정 장치의 복잡성을 줄여줍니다. 많은 응용 분야에서 단일 고정 장치가 모든 가공 작업을 지원합니다. 이를 통해 고정 장치 제조 비용, 보관 요구 사항 및 유지 관리 작업량이 줄어듭니다. 조달 엔지니어는 총 기계 소유 비용의 일부로 설비 투자를 고려해야 합니다.

효율성 차이 #3: 주기 시간

사이클 타임은 설정 시간, 공구 교환, 절삭 시간, 검사 시간으로 구성됩니다. 3축 기계는 재료 제거를 빠르게 완료할 수 있지만 여전히 추가 작업이 필요합니다. 예를 들어, 6개의 각진 구멍이 포함된 부품에는 별도의 고정 장치 변경, 수동 재배치 및 추가 드릴링 작업이 필요할 수 있습니다. 5축 기계는 가공 사이클을 중단하지 않고 이러한 기능을 드릴링합니다. 부품 복잡성이 증가함에 따라 특히 항공우주 및 의료 부품 제조에서 사이클 시간 차이가 더욱 눈에 띄게 됩니다.

효율성 차이 #4: 도구 활용

도구 활용도는 생산성과 도구 비용 모두에 영향을 미칩니다. 3축 기계에서 깊은 캐비티를 가공할 때 긴 커터가 필요한 경우가 많으며 이송 속도 감소, 절삭 깊이 감소, 추가 정삭 패스가 필요합니다. 5축 기계는 도구 접근성을 향상시킵니다. 공구가 짧을수록 재료를 더 적극적으로 제거하고 절단 안정성을 유지하며 진동을 줄일 수 있습니다. 공구 굴곡을 통해 손실되는 에너지가 적기 때문에 기계는 사용 가능한 스핀들 동력을 보다 효과적으로 사용합니다.

알루미늄 부품(6061, 7075)

두 기계 유형 모두 허용 가능한 치수 공차를 달성할 수 있습니다. 여러 표면을 가공할 때 생산성 차이가 눈에 띄게 나타납니다. 복잡한 항공우주 브래킷은 일반적으로 5축 가공의 이점을 누리는 반면, 간단한 플레이트와 하우징은 3축 장비에서 경제적으로 유지되는 경우가 많습니다.

스테인레스강 부품(304, 316)

재료는 더 높은 절삭력을 생성하므로 공구 편향이 중요한 요소가 됩니다. 공구 오버행을 줄이는 5축 기계의 기능은 치수 안정성을 크게 향상시킵니다.

티타늄 부품(Ti-6Al-4V)

티타늄 합금은 절삭날 근처에 열을 집중시키기 때문에 안정적인 절삭 조건이 중요합니다. 5축 포지셔닝으로 구현된 짧은 툴링은 진동 및 절삭 부하를 제어하여 긴 가공 사이클 동안 공구 마모를 줄이고 일관성을 향상시키는 데 도움이 됩니다.

부품에 다음이 포함된 경우 3축 기계를 선택하십시오.

• 평평한 표면
• 수직 벽
• 표준 구멍
• 제한된 측면 가공

예:베이스 플레이트, 장착 브래킷 및 표준 하우징.

부품에 다음이 포함된 경우 5축 기계를 선택하십시오.

• 복합 각도
• 자유형 표면
• 깊은 충치
• 언더컷
• 다면{0}}가공 요구사항

예:항공우주 임펠러, 터빈 블레이드, 의료용 임플란트, 사출 성형 코어 및 로봇 관절 구성 요소.