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최적의 공구와 절삭조건을 선정하는 – 발터의 GPS

 

최적의 공구 선정, 어렵지 않아요
선무당이 사람 잡는다는 말이 있다. 서투르고 미숙한 사람이 일을 잘 처리하지 못해 큰 화를 부른다는 뜻이다. 제조 분야에서도 마찬가지다. 멋모르고 가공했다가 비싼 툴, 고가의 재료를 낭비하는 것은 물론 공정을 멈추게 할 수도 있다. 안전사고가 일어날 위험도 있다. 따라서 최적의 공구와 그 가공 조건을 설정하는 것은 그만큼 중요하다.

[사진 0] 뇌 부하최적의 가공 조건 설정의 어려움
최적의 가공을 위해서는 여러 가지 요소를 고려해야 한다. 소재의 특성, 공구, 절삭 조건, 장비의 스펙과 환경 등. 하지만 작업자가 이것을 일일이 알기란 어렵다. 특히 숙련도가 낮은 작업자의 경우 더욱 그러하다. 그렇다고 감에 따라 무턱대고 이러한 조건을 선정할 수는 없다. 앞서 언급했듯 멋모르고 가공했다가 시간, 비용 손실은 물론 안전까지 위협 받기 때문이다.
특히 공구 선정과 공구의 절삭 조건을 설정하는 것은 많은 어려움이 따른다. 공구 선정의 경우 공구의 종류가 워낙 다양한데 작업자가 각 공구에 해당하는 특징을 모두 외우고 있지는 않기 때문이다. 절삭 조건 설정도 마찬가지다. 절삭 가공의 생산성을 향상시키기 위해 고려해야 할 요소들이 매우 많다.
물론 고도로 숙련된 작업자라면 이러한 작업이 어렵지 않을 것이다. 하지만 제조 현장에서 이러한 작업자의 수는 점점 줄고 있다. 일반적인 작업자에게 교육을 시킨다고 해도 시간과 비용이 필요하다. 그렇다면 대안은 그러한 노하우를 가지고 있는 시스템을 사용하는 수밖에 없다. 바로 Walter의 GPS와 같은 시스템이다.

그렇다면 대안은? 바로 GPS
‘GPS(Global Productivity System)’는 최적의 공구 선정과 가공 조건 설정을 도와주는 가이드 시스템이다. GPS는 기본적으로 45,000가지가 넘는 공구 조합에 관한 정보를 가지고 있다. 또 그 수많은 공구를 적용한 정확한 절삭 조건과 경제성 산출 내역 등이 결합된 데이터를 보여준다. 이로써 더 빠르고 효율적으로 알맞은 공구를 선택하는 것이 가능하다.

발터의 GPS(Global Productivity System)
발터의 GPS(Global Productivity System)

즉 GPS는 다양한 조건을 고려하여 가공 권장 조건을 확인하고 어플리케이션별 최적의 공구와 그 가공 전략을 추천한다. 이러한 정보를 바탕으로 최적의 NC 데이터 생성, 공차 기준의 공정에 따른 비용 계산, 모든 작업 결과에 대한 보고서 출력 등 공구 선정 외 부수적인 작업도 지원함으로 전체 공정의 효율을 높일 수 있다.
GPS를 이용한 공구 선정 방법은 간단하다. GPS 사용에서 가장 먼저 해야 할 것은 소재 설정이다. 가공할 소재가 무엇인지 정확히 알아서 입력하면 좋지만 정확히 모르더라도 그 소재가 속해 있는 그룹군만 선택하면 된다. 소재 설정을 마친 후에는 어떤 가공을 할지 선택한다. 그 후에는 가공 치수, 공차 등 매개변수만 입력하면 적당한 공구의 목록과 공구별 절삭 데이터가 제공된다.
이렇게 간단한 작업으로 절삭 속도, 스핀들 속도, 이송 속도, 절삭 토크 등의 절삭 데이터와 함께 예상 가공 시간, 비용, 가공 전략까지 다양하게 확인할 수 있다.
이 결과는 장비나 지그, 기타 외형적 상황에 대한 문제가 없다면 실제 가공 결과와 80~90% 일치한다. 사용도 간편하여 웹 기반이기 때문에 프로그램을 따로 설치할 필요 없이 홈페이지(gps.walter-tools.com)에서 무료로 이용할 수 있다.

솔루션 적용 사례
GPS와 발터의 고성능 엔드밀로 생산성을 향상시킨 사례가 있다. GPS에 가공 재질, 깊이, 폭을 입력하고 절삭속도와 분당 가공 깊이 값을 추천 받아 단 1개의 프로토타입 MC326엔드밀로 총 3개의 원판을 가공한 것이다. Volumill이라는 절삭폭을 일정하게 유지해 주는 CAM 프로그램을 통해 절삭 깊이 25~30mm에 1.4~2mm의 절삭 폭을 주고 고속 가공 개념을 적용하여 높은 절삭속도(Vc)로 일정하게 가공을 실시했다.

발터의 GPS와 고성능 엔드밀 MC326을 사용하여 가공의 효율성을 향상시켰다.
발터의 GPS와 고성능 엔드밀 MC326을 사용하여 가공의 효율성을 향상시켰다.

기존보다 높은 이 Vc값은 GPS를 통해 찾은 것이다. 이렇게 찾은 조건은 절삭폭을 일정하게 유지해 주는 패스 설정을 통해 가공이 끝날 때까지 동일한 조건으로 유지될 수 있었다. 이 새로운 엔드밀 MC326은 신 코팅 공법이 적용된 새로운 고성능 엔드밀로 약 120분 동안 총 3장의 원판 가공 후에도 절삭날의 마모를 찾기 힘들 정도의내 마모 성능을 보여주었다.

GPS 직접 실행하기
GPS를 이용한 최적의 공구와 절삭 조건 설정은 어렵지 않다. 다음과 같이 GPS 3.0의 새로운 기능을 이용하면 더 쉽고 정확하게 최적의 절삭 가공을 실현할 수 있다. 앞서 소개한 사례의 경우 GPS를 어떻게 사용해 가공 효율을 높일 수 있었는지  단계별로 따라가 보자.

[사진 2-1] 장비 제조사 사양 설정1

[사진 2-2] 장비 제조사 사양 설정

[사진 2]

① GPS를 실행시킨 후에는 먼저 장비 설정 작업이 필요하다. 장비 제조사의 사양을 GPS에 설정한다. 이번 사례에 적용된 장비는 SMEC RHINO LCV650S다. 토크 9.7kg.m, 스핀들 스피드 12,000 등 주요 정보를 입력한다.

[사진 3-1] 재질과 워크 사양

[사진 3-2] 재질과 워크

② 다음으로 가공 재질과 워크 사양에 대해서도 입력한다. 이 가공에 적용된 워크는 사진과 같이 몰드 베이스 하판(S55C HRC27)이다. 엔드밀은 발터의 고성능 엔드밀인 MC326-20.0A4B300CWk40TF(Protomax TG)를 사용했다. 홀더 역시 발터의 AK182. BT30.072.20을 적용했다.

[사진 4-1] 직각밀링

[사진 4-2]

③ 그 후 가공 방식을 설정해야 한다. 사례의 경우 직각밀링을 했다. 보유한 툴의 공구 경은 Dia 20, 바닥 코너 R이 3mm, 몰드베이스 포켓 바닥 깊이가 24mm이므로 깊이를 24mm로 지정한다. 여기서 절삭폭(Ae) 값은 공구경 20mm 대비 1/10인 2mm로 사용하면 고 이송을 실현하고 절삭 열을 제어할 수 있다.

[사진 5-1] 절삭 조건과 실제 조건

[사진 5-2] 절삭조건 실제조건

④ 기본적인 설정이 끝난 후에는 추천 절삭 조건과 실제 조건이 나온다. 절삭속도(Vc)의 경우 추천 절삭 조건에서 208m/min이고 실제 조건에서 210m/min, RPM의 추천 조건에서 3,310mm/min이고 실제 조건에서 3,396mm/min이며 분당 가공 깊이(vf)는 추천 조건에서 3,610mm/min이고 실제 조건에서 3,48mm/min이었다. 추천 조건과 실제 조건이 거의 비슷함을 알 수 있다.

이처럼 GPS를 사용하면 간단한 조작으로 실제에 가까운 최적의 절삭 조건을 얻을 수 있다. 즉 다양한 조건을 고려하여 해당 어플리케이션별 최적의 공구와 그 가공 전략을 추천한다. 이러한 정보를 바탕으로 가공 효율과 공정 효율을 높이는 것은 물론 품질과 생산성 향상도 도모할 수 있다.

 

About 이상준 기자

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