Home / highlight / 알고 넘어가자! 5축 가공 지식 ① – 공작기계 좌표축에 대해
3D 프린팅 소재 백서 다운로드 하기

알고 넘어가자! 5축 가공 지식 ① – 공작기계 좌표축에 대해

앞으로 몇 달 간 5축 가공에 대해 알아보기에 앞서 짚고 넘어갈 것이 있다. 바로 공작기계 좌표축에 대한 내용이다. 가공 분야 종사자라면 모두 알고 있는 내용이겠지만, 정리해 보았다.

9개 좌표축은 직선 방향으로 움직이는 직교축(X, Y, Z)과 직교축을 중심으로 회전하는 회전축(A, B, C) 직교축에 평행하는 부가축(U, V, W)으로 나눌 수 있다.
9개 좌표축은 직선 방향으로 움직이는 직교축(X, Y, Z)과 직교축을 중심으로 회전하는 회전축(A, B, C) 직교축에 평행하는 부가축(U, V, W)으로 나눌 수 있다.

좌표 축의 정의
ISO 841(DIN 66217) 규정에 따르면 9개 좌표축은 직선 방향으로 움직이는 직교축(X, Y, Z)과 직교축을 중심으로 회전하는 회전축(A, B, C), 직교축에 평행하는 부가축(U, V, W)으로 나눌 수 있다. 주변에서 흔히 볼 수 있는 3축 장비는 직교축인 X, Y, Z축을 갖는다. 그림(1)과 같이 기계 앞에 서서 오른손 엄지(X축)와 검지(Y축), 중지(Z축)를 펼쳐보자. 이때 각 손가락이 뻗어 나가는 방향이 직교축의 플러스(+) 방향이다. 여기서 주의할 점이 있다. ‘오른손 법칙’은 헤드(공구)의 이동 방향을 기준으로 한다는 점이다. 따라서 헤드 대신 테이블이 직교축 방향으로 이동하는 장비는 플러스 지령을 내릴 경우 테이블이 손가락 반대 방향으로 이동한다.

그림[1] 기계 앞에 서서 오른손 엄지(X축)와 검지(Y축), 중지(Z축)를 펼쳐보자. 이때 각 손가락이 뻗어 나가는 방향이 직교축의 플러스(+) 방향이다.
그림[1] 기계 앞에 서서 오른손 엄지(X축)와 검지(Y축), 중지(Z축)를 펼쳐보자. 이때 각 손가락이 뻗어 나가는 방향이 직교축의 플러스(+) 방향이다.
헤드냐 테이블이냐 그것이 문제로다
‘오른손 법칙’은 직교축뿐만 아니라 회전축에도 적용할 수 있다. 그림(2)와 같이 주먹을 쥔 뒤 엄지를 Z축의 플러스 방향으로 펼쳐보자. 이때 나머지 네 개 손가락이 말리는 방향이 Z축을 중심으로 회전하는 C축의 플러스 방향이다. 여기서 유의할 점은 회전축 역시 오른손 법칙은 공구의 이동을 기준으로 한다는 것이다. 따라서 테이블이 C축으로 회전하는 장비에서는 플러스 지령을 내리면 테이블이 화살표 반대 방향인 오른쪽으로 이동한다.

그림[2] A축에 대한 오른손 법칙. 단 테이블 이 회전할 때는 손가락이 말리는 방향과 반대로 회전한다.
그림[2] A축에 대한 오른손 법칙. 단 테이블 이 회전할 때는 손가락이 말리는 방향과 반대로 회전한다.
5축 장비의 축
5축 가공은 테이블과 헤드를 회전시키며 가공물의 5면을 가공할 수 있어 5면 가공이라고도 부른다. 이때 5축은 직교축(X, Y, Z) 3개와 회전축 2개로 이루어진다. 회전축인 A, B, C축은 각각 X, Y, Z축을 중심으로 회전하는 축이다. 장비가 A, B, C축 가운데 어떤 축을 갖느냐는 기계 특성에 따라 다르다.

그런데 만약 직교축과 회전축 6개를 모두 활용한다면 한층 더 복잡한 형상도 가공할 수 있을 것이라고 생각할 수도 있지만, 두 개의 회전축 만 갖는 데는 이유가 있다. 테이블이 A축과 C축 방향 으로 회전하는 장비를 떠올려 보자. 테이블을 A축 방향으로 90°도 회전시키면 가공물을 B축 방향으로 돌릴수 있다. 따라서 굳이 6개 축을 탑재하지 않아도 테이블에 고정된 면을 제외한 5면을 모두 가공할 수 있게 되는 것이다.

B축과 C축을 회전축으로 하는 5축 장비 프레임
B축과 C축을 회전축으로 하는 5축 장비 프레임

부가축(U, V, W축)의 역할
직교축, 회전축에 비해 부가축은 다소 낯선 개념일 수 있다. 부가축은 주로 대형인 문형 장비에서 찾아볼 수 있다. 커다란 가공물을 가공하기 위해서는 장비 역시 커지기 마련이다. 하지만 장비의 대형화에는 한계가 있다. Z축 이송을 위해 프레임 전체를 위아래로 움직여야 한다면 모터에 걸리는 하중이 커지기 때문에 가공 효율이 낮아진다. 사실 가공을 위해서는 가운데에 있는 가벼운 Z축만 움직여도 그만이기 때문에  대형 장비에서는 부가축으로 기준을 잡고 Z축을 움직여 가공한다. 예를 들어 Z축만 2,500mm 움직이는 것보다는 W축이 2,000mm, Z축이 500mm 움직일 때 가공 효율이 높고 장비가 받는 부담도 적기 때문이다.

W축을 가지고 있는 화천의 대형 5면 가공기 HMP 3606
W축을 가지고 있는 화천의 대형 5면 가공기 HMP 3606

 

무료 등록하기

About 이상준 기자

생산제조인을 위한 매거진 MFG 편집장 이상준입니다. 대한민국 제조업 발전을 위해 일합니다.