5축 가공은 이전부터 항공기 부품 산업에서 많이 사용되어 왔는데 복잡한 형상을 가공하는 금형 산업에서 관심을 갖고 도입을 확대하고 있다. 5축 가공의 가장 큰 장점은 소재에서 원하는 형상까지 여러 기계를 거치지 않고 하나의 기계에서 한 번의 세팅으로 복잡한 모양을 짧은 시간에 가공할 수 있다는 것이다.
특징
여러 공정을 거쳐 가공하다 보면 각 공정이 수반되는 세팅 작업에 긴 시간이 소요됨은 물론 치구 비용까지 추가로 발생하게 된다. 또한 공정이 많을수록 각 조건에 맞추기 위해 기준면 및 클램핑 불안정에 따른 공차가 누적되기 마련인데 이는 결국 최종 가공 결과물의 품질 문제로 이어진다. 수정과 보정을 위한 재가공 손실 비용은 작업 효율을 떨어뜨린다. 5축은 X,Y,Z 직교축 3개와 2개의 회전축으로 이루어지는데 3축과 다른 점은 바로 회전축의 유무이다. 회전축의 존재는 6면 소재에서 바닥면을 제외한 5면을 한 번의 고정으로 모두 가공할 수 있게 한다.
장점
5축가공의 장점을 나열하면 다음과 같다.
- 여러 번의 세팅 과정에서 발생하는 시간, 비용, 품질 저하 문제가 해소된다.
- 공작물을 기계에서 기계로 이동하고 작업을 개시, 중지하는데 소비되는 간접 시간을 최소화한다.
- 공구 진입이 수월하여 짧은 공구를 사용할 수 있다. 공구 파손을 예방하고 공구 수명을 연장며 진동으로 인한 채터 현상을 방지한다.
- 가공면의 표면거칠기가 우수하다.
- 3축보다 단위 시간당 재료 제거가 많아서 가공 시간을 줄이고 비용을 절감한다.
- 잔삭량을 최소화하여 방전가공 부하를 줄인다.
형식
5축 가공은 크게 3+2축으로 대표하는 분할 5축 가공과 진정한 의미의 동시 5축 가공으로 나눌 수 있다. 분할 5축 가공은 3개 직교축과 2개 회전축이 동시에 움직이지 않고 한쪽 면을 가공한 뒤 회전축을 원하는 각도만큼 돌려 다음 면을 가공하는 방식이다. 동시 5축 가공은 5개 축을 동시에 움직이게 하여 복잡한 형상을 손쉽게 가공할 수 있는 방식이다. 산업 분야에서는 비교적 접근이 쉬운 분할 5축 가공 방식을 많이 적용하고 있다.
현황
금형 가격의 지속적인 하락과 부품 가격의 급격한 인상으로 인해 금형 업체의 채산성이 악화되고 있다. 세계 시장은 이미 최저가 위주의 무한 경쟁 체제로 돌입하였고 보다 짧은 납기와 고품질의 제품을 요구한다. 이에 반해 우리나라 금형 업계는 중국과 동남아 국가가 제공하는 값싼 노동력으로 인해 가격 경쟁에서 열세에 놓여 있고 전문 인력 부족과 인건비 상승으로 삼중고를 겪고 있다. 금형 가공의 70%~80%를 차지하는 NC 밀링의 고효율 가공은 경쟁 국가의 저가 공세를 극복하기 위한 매우 중요한 방어 대책이다.
전망
국내 가공 현장에서는 근로 시간 단축 이슈와 맞물려 자동화 투자가 다시 부각되고 있다. 5축 장비가 멈춤 없이 가공을 하고 있는 동안 작업자는 자동팔렛트교환장치(APC, Auto Pallet Changer)에 다음 투입할 공작물을 세팅한다. 자동팔렛트교환장치는 가공이 완료된 부품을 기계 밖으로 배출하고, 외부에서 미리 세팅해 놓은 재료를 기계 안으로 진입하는 주변 기기이다. 작업자는 근무시간 동안 공작물을 자동팔렛트교환장치에 세팅하고 퇴근하지만 미리 준비한 CAM 프로그램에 의해 5축 장비가 24시간 동작하는 시스템을 만들면 부가가치를 획기적으로 늘릴 수 있다. 가공 효율 향상은 기업의 수익성 확보와 직결된다. 가공 작업 주체를 작업자 행위에서 자동화 시스템으로 대체해야 금형 산업의 미래를 기대할 수 있다.