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5축 가공 완성을 위해 점검해야 할 ‘기본’ – 하이머의 열박음척

많은 장점을 가진 5축 가공. 5축 가공을 통해 가공을 완성하기 위해서 점검해야 할 기본 중의 하나가 바로 공구 홀더이다. 강력한 파지력은 물론 고 RPM 영역에서 진동이 적어야 하고 짧은 공구를 사용하고 언터컷 형상에 대한 접근이 필요한 5축 가공의 특성상 공구 간섭을 최소화해야 한다. 이런 용도로 선택하게 되는 것이 바로 열박음척이다. 

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우선 열박음척의 파지력은 유압척과 비교할 때 많게는 3배 까지도 강력하다. 난삭재 가공이나 부하가 많은 5축 가공에서는 척의 파지력에따라 가공 정밀도에 차이가 발생한다. 파지력이 낮으면 공구가 밀리기도 한다. 또한, 열박음척은 좌우가 대칭인 디자인으로 기본적인 밸런스가 콜렛척 등의 일반 척 대비 우수하다. 일반 척의 경우 높은 RPM에서는 쿨런트 튜브 하나 때문에 밸런스가 깨지고 진동이 발생할 수도 있다. 이렇게 되면 우선 스핀들의 수명이 감소하고 공구 날의 마모도 증가하게 된다. 결국 가공 품질 저하로 이어지는 것이다. 열박음척은 공구와 클램핑하는 부분을 얇게 디자인 할 수 있어 5축 가공 시 발생하는 공구 간섭을 최소화 할 수 있다.

하이머의 열박음척
하이머의 열박음척은 지름 3mm부터 50mm까지의 공구를 클램핑 할 수 있다. 3xØ 기준으로 3μm 미만의 높은 런아웃 정밀도를 가지고 있다. 특수강을 사용해 제작한 하이머 열박음척의 발란싱 등급은 파인 발란스 G2.5/25,000rpm의 등급이다. 이는 표준 수치와 비교하여 높은 등급으로 그만큼 스핀들과 공구를 정확하게 잡아줄 수 있음을 의미한다. 또 발란싱 스크류를 위한 표준나사가 있어 공구 교환 후 정확히 파인 발란싱을 맞출 수 있다.

하이머 열박음척의 라인업. Standard, Power Shrink, Heavy Duty 순이다.
하이머 열박음척의 라인업. Standard, Power Shrink, Heavy Duty 순이다.

이처럼 정확하게 잡아주는 것뿐 아니라 그 힘 또한 강하다. 내경이 타이트하기 때문에 파지력이 강해 강력한 힘으로 공구를 고정시켜 안정적인 가공을 가능케 한다. 이 외에도 백업스크류, 텐션 스프링이 있어 정밀한 길이 프리세팅과 길이 조절이 가능하다. 2개의 헥사곤 소켓으로는 길이 조절용 스크류의 앞뒤 두 군데 소켓에 6각 렌치를 이용해 공구 삽입 길이를 조절할 수 있다. 또 절삭유 통로를 포함하여 모든 기능 부위에 연마가 되어있다. 이에 절삭 인성에 안정적으로 절삭유를 공급한다. 또 스핀들 내부의 실을 보호하기 위해 쿨런트 튜브의 표면 조도가 높게 가공되어 있기 때문에 스핀들의 수명에 영향을 미치지 않고 정밀한 가공이 가능하다.

하이머의 미니 열박음척. 고속가공에서 높은 가공 능력을 발휘하는 열박음척이다.
하이머의 미니 열박음척. 고속가공에서 높은 가공 능력을 발휘하는 열박음척이다.

그 중에서 파워 미니 열박음척은 고속가공에서 높은 가공능력을 발휘하는 열박음척이다. 최적화된 설계와 높은 견고성으로 진동을 억제하여 스핀들과 공구를 보호한다. 이로써 가공 정밀도를 높일 수 있음은 물론, 절삭 시간도 단축한다. 파워 미니 열박음척은 선단 부위가 미니 열박음척의 형상이고 베이스 부분이 보강되어 두꺼운 것이 특징이다. 이 베이스 부분은 독일공업규격인 DIN 규격보다 정밀하게 제작된다. 또 일체형 구조로 되어 있기 때문에 두 개를 조립하여 사용할 필요가 없다. 이처럼 견고한 구조로 안정적인 가공이 가능하다. 이로써 앞서 언급했던 스핀들과 공구에 진동 전달 최소화, 고품질의 표면 조도, 스핀들과 공구의 수명 보장 등의 효과를 얻을 수 있다. 적용 범위도 다양하다. 파워 미니 열박음척은 생크 공차가 h6인 모든 초경공구에 적용할 수 있다. 또 길이가 긴 툴에서도 절입각도를 이용함으로써 고효율의 밀링가공이 가능하다.

하이머코리아 전태환 대표. (2019 HAIMER TechDay)
하이머코리아 전태환 대표. (2019 HAIMER TechDay)

실과 바늘 – 열박음척과 열박음 장치
하이머 열박음척의 정밀도와 파워는 하이머의 열박음 장치와의 강력한 조합에서 나온다. 일반적인 열박음 장치의 파워가 3kW 수준인 데 비해 하이머의 열박음 장치는 10kW, 13kW, 30kW 3종류의 전원을 가지고 있다. 파워가 높게 되면 더 빠른 시간에 가열이 가능해 척의 수명을 늘릴 수 있다. 특히, 인더스트리 4.0을 겨냥해 출시한 하이머의 Power Clamp 컴포트 i4.0은 7인치 터치스크린과 QR코드를 인식하는 스캐너를 장착했고, 회전하는 3개의 스테이션으로 여러 개의 홀더를 빠르게 연속으로 열박음 또는 냉각할 수 있다.

하이머의 열박음 장치 Power Clamp 컴포트 i4.0
하이머의 열박음 장치 Power Clamp 컴포트 i4.0
여러 가지 규격의 쿨링바디를 사용한다.
여러 가지 규격의 쿨링바디를 사용한다.
열박음 추출 도구도 장착되어 있다. 공구가 부러질 경우 요긴하게 사용할 수 있다.
열박음 추출 도구도 장착되어 있다. 공구가 부러질 경우 요긴하게 사용할 수 있다.

가열을 위한 핵심 부품인 VS 32-H NG 코일은 상하로 분리된 2단 코일로 모터가 달려서 홀더 사양에 맞추어 분리된 코일들의 높이와 지름 크기를 조절할 수 있어 최적의 가열이 가능하다. 또한, 열박음척의 정밀도는 열박음 작업 과정에서 변동될 수도 있다. 열박음 온도는 보통 300~600°C에서 이루어지는데, 온도가 높으면 척의 재질이 변형되기 쉽다. 때문에 척의 변형을 방지하기 위해 열박음 온도는 낮을수록 좋으며 그래야 작업 시간도 빠르다. 실제로 하이머의 열박음 기계의 열박음 온도는 약 300°C이며 그 작업 시간 역시 약 5초가 걸린다.

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VS 32-H, NG 코일. 상하로 분리된 2단 코일로 코일에 모터가 달려서 홀더 사양에 맞추어 분리된 코일들의 높이와 지름 크기를 조절할 수 있다.
VS 32-H, NG 코일. 상하로 분리된 2단 코일로 코일에 모터가 달려서 홀더 사양에 맞추어 분리된 코일들의 높이와 지름 크기를 조절할 수 있다.

냉각도 중요하다. 냉각 과정에서 척의 정밀도가 영향을 받을 수 있다. 하이머의 열박음 장치는 쿨링바디를 사용한 냉각방식을 채택하여 냉각 시 소재의 변형 없이 20~30초 이내로 고정도의 냉각 작업이 가능하다. 이로써 냉각 시간이 짧고 척의 수명에도 큰 영향을 미치지 않는다. 하이머의 특허 받은 냉각 시스템은 냉각수 순환으로 열이 제거되어 열박음 후에도 냉각바디가 뜨겁지 않아, 작업 중 고온으로 인한 화상이나 화재 등의 위험을 최적으로 방지하도록 설계되어 안전하게 작업할 수 있다.

2019 HAIMER TechDay에서 열박음 장치를 이용해 냉각 과정을 시연 중이다.
2019 HAIMER TechDay에서 열박음 장치를 이용해 냉각 과정을 시연 중이다.
 하이머코리아 문영지 기술팀장.(2019 HAIMER TechDay)
하이머코리아 문영지 기술팀장.(2019 HAIMER TechDay)

About 이상준 기자

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