🔩3축 가공에 대한 개념 및 원리에 대해 알아보자! #장점 #응용분야

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3축 가공(3-Axis Machining)은 CNC(Computer Numerical Control) 공작 기계에서 흔히 사용되는 가공 방식 중 하나입니다. 이 방식은 공작물과 공구가 세 개의 축(X, Y, Z)을 따라 움직이며 가공이 이루어지는 것을 의미합니다. 3축 가공은 기계 가공의 가장 기본적인 형태로, 특히 평평한 표면과 간단한 기하학적 형상을 가진 부품을 가공하는 데 사용됩니다.

1. 3축 가공의 기본 개념

3축 가공에서는 공작물 또는 공구가 X축(좌우), Y축(앞뒤), Z축(위아래)의 세 축을 따라 움직입니다. 각 축은 기계의 특정 방향을 나타내며, 공작물이 고정된 상태에서 공구가 이 축들을 따라 이동하면서 재료를 절삭하거나 밀링하는 방식으로 가공이 이루어집니다.

• X축: 좌우 방향의 움직임을 담당합니다.
• Y축: 앞뒤 방향의 움직임을 담당합니다.
• Z축: 위아래 방향의 움직임을 담당합니다.

이러한 축을 활용하여, 3축 가공은 평면적인 가공 작업이나 간단한 3D 형상의 부품 제작에 적합합니다. 공작물의 복잡성이 증가할수록 더 많은 축(예: 4축, 5축)이 필요한 경우도 있지만, 대부분의 기본적인 기계 부품 제작에서는 3축 가공이 충분히 효율적입니다.

2. 3축 가공의 장점

3축 가공은 오랫동안 사용되어 온 기법으로서 여러 가지 장점을 가지고 있습니다.

• 경제성: 3축 가공은 다른 고급 가공 방법보다 기계 및 공구의 비용이 저렴하며, 소규모 작업장에서 많이 사용됩니다.
• 단순성: 프로그램 작성과 공구 경로 설정이 비교적 간단합니다. 또한, 유지 관리가 용이하며 기계의 구조가 단순해 초기 비용이 적게 듭니다.
• 신뢰성: 오랜 시간 동안 사용되어 온 기술로서 기계적 신뢰성과 공정 안정성이 높습니다. 이를 통해 안정적인 품질의 제품을 지속적으로 생산할 수 있습니다.

3. 3축 가공의 단점

물론, 3축 가공에는 몇 가지 제한 사항이 있습니다.

• 복잡한 형상 가공의 한계: 3축 가공은 주로 평면 가공에 적합하며, 복잡한 형상을 가공하는 데에는 한계가 있습니다. 특히, 3축 가공으로는 공작물의 아래쪽이나 측면의 복잡한 형상을 직접적으로 가공할 수 없습니다.
• 긴 가공 시간: 복잡한 형상의 경우, 여러 공정과 공구 교환이 필요하기 때문에 가공 시간이 길어질 수 있습니다.
• 재작업 필요성: 모든 면을 가공하기 위해 공작물을 재배치하거나 여러 단계의 가공을 수행해야 하는 경우가 많아, 이로 인해 추가적인 재작업과 시간이 소요될 수 있습니다.

4. 3축 가공의 주요 응용 분야

3축 가공은 다양한 산업에서 광범위하게 사용됩니다.

• 금형 제조: 3축 가공은 플라스틱 사출 금형, 다이캐스팅 금형, 스탬핑 금형 등의 제조에 널리 사용됩니다. 금형은 비교적 평평한 표면과 단순한 형상을 가지는 경우가 많아 3축 가공이 적합합니다.
• 항공우주 및 자동차 산업: 3축 가공은 항공기 부품 및 자동차 부품의 가공에도 많이 사용됩니다. 특히, 간단한 부품이나 판금 부품의 가공에 효과적입니다.
• 일반 기계 부품 제조: 3축 가공은 일반적인 기계 부품의 제조에 자주 사용됩니다. 예를 들어, 브래킷, 플레이트, 하우징 등 다양한 단순한 기하학적 형상을 가지는 부품들이 이에 해당됩니다.

5. 3축 가공의 기술적 진보

최근 몇 년 동안, 3축 가공 기술은 CNC 기계의 발전과 함께 상당한 진보를 이루었습니다.

• CAD/CAM 소프트웨어의 발전: CAD(Computer-Aided Design) 및 CAM(Computer-Aided Manufacturing) 소프트웨어의 발전으로 인해 3축 가공에서 더 정교한 공구 경로를 생성할 수 있게 되었습니다. 이를 통해 복잡한 형상도 어느 정도 가공할 수 있는 가능성이 열렸습니다.
• 고속 가공: 고속 가공 기술은 가공 시간을 크게 줄이고 표면 품질을 향상시켰습니다. 이를 통해 3축 가공의 효율성과 생산성이 증가했습니다.
• 정밀도 향상: CNC 기계의 정밀도와 반복 정밀도가 향상됨에 따라 3축 가공의 품질도 크게 개선되었습니다. 이는 고정밀 부품의 대량 생산에 특히 유리합니다.

6. 3축 가공의 미래 전망

3축 가공은 여전히 널리 사용되고 있으며, 앞으로도 기계 가공의 중요한 요소로 남을 것입니다. 그러나, 기술 발전과 함께 새로운 가공 기법이 도입되면서, 3축 가공은 점차 복잡한 작업에서는 5축 가공 등의 보다 고급 기법으로 대체될 가능성이 있습니다.

• 자동화: 공작 기계의 자동화가 진전되면서, 3축 가공에도 자동화된 공정이 도입되고 있습니다. 이를 통해 인력 의존도를 줄이고, 생산성을 높일 수 있습니다.
• 하이브리드 가공: 3축 가공은 다른 가공 방식(예: 3D 프린팅)과 결합되어 하이브리드 가공 방식으로 발전할 수 있습니다. 이를 통해 복잡한 형상을 보다 쉽게 제조할 수 있게 될 것입니다.

7. 3축 가공을 위한 기계 선택

3축 가공을 위해서는 적합한 CNC 밀링 머신을 선택하는 것이 중요합니다. CNC 밀링 머신은 다양한 크기와 형태로 제공되며, 작업물의 크기, 정밀도, 가공 속도 등의 요구 사항에 따라 선택할 수 있습니다. 기계 선택 시 고려해야 할 주요 요소는 다음과 같습니다.

• 테이블 크기와 작업 범위: 가공할 부품의 크기에 따라 적합한 테이블 크기와 작업 범위를 가진 기계를 선택해야 합니다.
• 스핀들 속도 및 파워: 재료의 종류와 가공 방법에 따라 스핀들의 속도와 파워가 달라야 합니다. 고속 가공이 필요한 경우 고속 스핀들을 선택하는 것이 유리합니다.
• 제어 시스템: CNC 기계의 제어 시스템은 작업의 정확성과 효율성에 중요한 역할을 합니다. 최신 제어 시스템은 복잡한 가공 경로를 쉽게 프로그래밍하고, 고정밀 가공을 가능하게 합니다.
• 내구성 및 유지보수: 기계의 내구성과 유지보수 요구 사항도 고려해야 합니다. 내구성이 뛰어난 기계는 더 오랜 기간 동안 안정적으로 사용할 수 있으며, 유지보수가 용이한 기계는 운영 비용을 줄일 수 있습니다.
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8. 3축 가공에서의 공구 선택

적절한 공구 선택은 3축 가공에서 매우 중요합니다. 공구의 선택은 가공할 재료, 요구되는 표면 품질, 가공 속도 등에 따라 달라집니다.

• 밀링 커터: 플랫 엔드 밀, 볼 노즈 밀, 코너 라디우스 밀 등의 다양한 밀링 커터가 사용됩니다. 각 커터는 특정한 형상을 가공하거나 특정한 표면 품질을 달성하는 데 적합합니다.
• 재료: 공구의 재료로는 고속도강(HSS), 초경합금, 세라믹 등이 사용됩니다. 각 재료는 내마모성, 열 저항성, 경도 등에서 차이가 있으며, 가공할 소재에 따라 선택됩니다.
• 코팅: 공구 표면에 코팅을 함으로써 공구의 내구성과 성능을 향상시킬 수 있습니다. 예를 들어, 티타늄 질화물(TiN) 코팅은 공구 수명을 연장하고, 마찰을 줄이는 데 도움을 줍니다.

9. 3축 가공 프로그래밍

3축 가공을 위해서는 CNC 기계에 대한 정확한 프로그래밍이 필요합니다. 이 프로그래밍은 주로 G코드(G-Code)라는 표준화된 언어로 이루어집니다. G코드는 공구의 이동 경로, 속도, 스핀들 회전 속도 등을 제어합니다.

• CAD/CAM 소프트웨어 사용: 현대의 3축 가공에서는 CAD/CAM 소프트웨어를 사용하여 G코