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매력적인 5축 가공 전략 – OPENMIND의 hyperMILL® MAXX Machining

오늘날의 제조업체들은 엄격한 품질을 충족하면서도 납기 시간을 최대한 단축해야 한다는 지속적인 압박을 받고 있다. 이를 위해 종전의 3축 가공 대비 많은 장점을 가진 5축 가공을 도입하고 있는데, 5축 가공에 걸맞은 가공 전략은 아직도 명백하게 제시되고 있지 못하고 있는 것이 현실이다.Screenshot 2020-03-27 at 11.45.29

오픈마인드(OPENMIND)는 NC 프로그래밍을 위한 CAM/CAD 솔루션인 hyperMILL(이하 하이퍼밀)을 개발하는 기업이다. 이 회사의 hyperMILL® MAXX Machining은 고성능의 황삭과 정삭, 특별한 응용분야 뿐만 아니라 광범위한 2.5D, 3D, 5축 밀링 및 터닝에 대한 가공 전략을 제공함으로써 가공 시간의 단축과 납기를 충족시키는 동시에 기존 공작 기계의 생산성을 향상시킬 수 있는 방법을 제시하고 있다. 

혁신적인 5축 가공전략 – hyperMILL MAXX Machining
오픈마인드의 hyperMILL® MAXX Machining은 트로코이달(Trochoidal) 공구 경로를 통해 신속한 소재 제거를 제공한다. 또한, 배럴 커터를 위한 가공 전략을 통해 가공 시간의 단축을 가능하게 하고, MAXX 가공 드릴링은 5축 헬리컬 모션을 사용하여 단단한 소재의 포켓과 드릴 홀들을 미리 구멍을 뚫지 않고도 표준 엔드밀을 사용하여 쉽고 빠르게 드릴링할 수 있다. MAXX Machining의 세가지 주요 가공 전략에 대해 살펴본다. 

5축 헬리컬 드릴링(MAXXimum Drilling)
헬리컬 드릴링의 용도로는 넓은 구역, 깊은 캐비티 황삭 시 개구부(opening cut)를 절단하는 황삭에 적합하다. 기존에는 기초 드릴링을 사용해 진입 부하를 줄여주기도 했었지만, 헬리컬 드릴링을 이용하면 툴 체인지가 필요 없이 황삭 툴로 기초 드릴을 수행할 수 있고, 5축 가공이기 때문에 틸팅이 가능해 긴 공구가 필요 없게 된다. 밀링 커터는 움직이는 방향의 앞쪽으로 기울어져 있으며, 두 번째 경사는 보어 벽과의 충돌을 피하는 데 도움이 된다. 또한, 앞날을 사용하기 때문에 난삭재에 효과가 좋고, 인서트 타입의 쉘밀 공구를 사용할 수도 있다. 일반적인 드릴링 사이클과 유사하기 때문에 쉽고, 홀더 간섭을 피해 범위를 지정해 충돌을 회피해야 한다.

 하이퍼밀의 헬리컬 드릴링 가공 전략으로 포켓 황삭을 위한 툴패스를 생성하고(좌), 실제 가공을 수행한다(우).
하이퍼밀의 헬리컬 드릴링 가공 전략으로 포켓 황삭을 위한 툴패스를 생성하고(좌), 실제 가공을 수행한다(우).
 헬리컬 드릴링은 기존의 3D 가공과 달리 리드 각도를 사용하여 중심 절삭이 아닌 밀링 공구를 사용할 수 있다.
헬리컬 드릴링은 기존의 3D 가공과 달리 리드 각도를 사용하여 중심 절삭이 아닌 밀링 공구를 사용할 수 있다.

②MAXXimum 황삭
hyperMILL® MAXX 머시닝의 황삭 모듈은 스파이럴(Spiral) 및 트로코달(Trochoidal) 공구 이동으로 고성능 절삭(HPC) 뿐만아니라 고이송 절삭(HFC)을 위한 솔루션이다. 기존에는 부하가 크게 발생하는 꺾이는 부분에 대해 필렛을 주는 방식 등을 이용해 어렵게 대처해 왔었다. MAXXimum 황삭은 이 꺾이는 구간에 대해 툴패스를 최소화시켜 준다. 또한, MAXXimum 황삭의 포켓 기술은 포켓을 가공할 영역에 완벽하게 맞추고 고이송 밀링을 위한 공구 경로를 최적화 해준다. 고성능 밀링 패키지는 높은 절삭 속도와 이송으로 빠른 가공 속도를 보장해 주어 2.5D, 3D 및 5축 밀링 작업을 쉽고 빠르게 수행할 수 있고, 동시 가공 덕분에 곡선 영역에도 아무런 문제 없이 적용할 수 있게 되었다. 

 hyperMILL® MAXX 머시닝 황삭 모듈의 트로코달(Trochoidal) 공구 이동으로 고성능 절삭(HPC)을 수행하고 있다. (DMGMORI의 HSC 75 장비)
hyperMILL® MAXX 머시닝 황삭 모듈의 트로코달(Trochoidal) 공구 이동으로 고성능 절삭(HPC)을 수행하고 있다. (DMGMORI의 HSC 75 장비)
 MAXXimum 황삭의 완벽한 포켓 기술(Perfect Pocketing Technology)은 포켓을 가공할 영역에 완벽하게 맞추고 고이송 밀링을 위한 공구 경로를 최적화한다.
MAXXimum 황삭의 완벽한 포켓 기술(Perfect Pocketing Technology)은 포켓을 가공할 영역에 완벽하게 맞추고 고이송 밀링을 위한 공구 경로를 최적화한다.
 MAXXimum 황삭의 고 성능 밀링(High-Performance Milling) 패키지는 높은 절삭 속도와 이송으로 매우 빠른 가공 속도를 보장하므로 2.5D, 3D 및 5축 밀링 작업을 쉽고 빠르게 수행할 수 있다.
MAXXimum 황삭의 고 성능 밀링(High-Performance Milling) 패키지는 높은 절삭 속도와 이송으로 매우 빠른 가공 속도를 보장하므로 2.5D, 3D 및 5축 밀링 작업을 쉽고 빠르게 수행할 수 있다.

③MAXXimum 정삭
MAXXimum 정삭 모듈은 배럴 커터를 이용해 중정삭 및 정삭 가공에 있어 최대 90%의 시간 절약이 가능하게 했다. 오픈마인드는 특수한 밀링 공구를 사용하여 5축 가공을 향상시키는 방법을 연구한 최초의 CAM 업체 중 하나다. 이러한 연구개발 노력으로 다양한 유형의 배럴 커터를 사용하는 필렛뿐만 아니라 정삭 평면과 연속적인 표면을 마무리 하기위한 고성능 전략이 만들어졌다. 공구의 특수한 절삭 형상과 일치하는 CAM 전략 덕분에 최대 90%의 막대한 시간 절약을 달성할 수 있었던 것이다. 선삭 가공시에도 큰 절삭 반경을 활용하여 성능을 크게 향상시킬 수 있다.

배럴 커터의 공구 형상은 광범위한 응용 분야에 적합하다. 배럴 커터를 사용하면 표면 정삭 작업을 훨씬 효율적으로 수행할 수 있다. 훨씬 더 높은 스텝오버 값으로 이론적으로 동일한 스켈롭 높이를 만들수 있기 때문이다. 기존 볼엔드밀 대비 동일하거나 더 우수한 표면 품질로 경제적인 가공이 가능하다. 또한, 필요한 공구 수를 줄이는 동시에 공구 수명이 연장되고, 기계 요소의 열변형도 줄일수 있다.

 볼 앤드밀(좌)을 사용한 경우보다 배럴커터(우)를 사용할 경우 훨씬 더 높은 스텝오버 값으로 이론적으로 동일한 스켈롭 높이를 만들수 있다.

볼 앤드밀(좌)을 사용한 경우보다 배럴커터(우)를 사용할 경우 훨씬 더 높은 스텝오버 값으로 이론적으로 동일한 스켈롭 높이를 만들수 있다.

탄젠트 평면 가공
이 가공 전략은 벽면과 바닥면의 표면까지도 처리하도록 특별히 고안되었다. 사용자는 두 가지 유형의 가공을 사용할 수 있다. 먼저 인덱스 가공을 사용할 때 표면은 특정 영역에서 다른 방향으로 가공된다. 동시 가공으로는 전체 표면이 동시에 가공된다. 능동적인 충돌 회피와 끊임없이 변화하는 공구 경사는 접근하기 어려운 영역이라도 안정적으로 가공할 수 있도록 프로그램 된다.

탄젠트 평면 가공 전략은 벽면과 바닥면의 표면까지도 처리한다.
탄젠트 평면 가공 전략은 벽면과 바닥면의 표면까지도 처리한다.
 배럴 커터를 이용한 탄젠트 평면 가공을 이용해 동일한 표면 품질에서 더 빠르게 가공한다.
배럴 커터를 이용한 탄젠트 평면 가공을 이용해 동일한 표면 품질에서 더 빠르게 가공한다.

탄젠트 가공
탄젠트 가공은 어느 정도의 연속 곡률을 가진 표면도 완벽하게 가공할 수 있는 가공 전략이다. 하이퍼밀은 효율적인 단일 표면 및 다중 표면의 가공을 위해 자동으로 공구 경로를 생성한다. 지능적인 알고리즘은 공구가 밀링 커터의 접촉점에서 항상 최적으로 기울어지도록 함으로써 전체 표면을 안전하게 가공하고 절단 반경을 균일하게 활용할 수 있다.

 탄젠트 가공은 어느 정도의 연속 곡률을 가진 표면도 완벽하게 가공할 수 있는 가공 전략이다.
탄젠트 가공은 어느 정도의 연속 곡률을 가진 표면도 완벽하게 가공할 수 있는 가공 전략이다.
 배럴 커터를 이용한 탄젠트 가공으로 자유 곡면 가공을 빠르게 가공한다.
배럴 커터를 이용한 탄젠트 가공으로 자유 곡면 가공을 빠르게 가공한다.

프리즘 필렛 정삭
프리즘 필렛 정삭은 필렛을 효율적으로 처리하기 위한 새로운 가공 방법이다. 찍고 당기는 공구 이동으로 매우 높은 이송 속도를 달성할 수 있다. 경사진 배럴 커터는 고이송 밀링 커터와 같이 사용된다. 이 전략은 배럴 커터의 필요한 경사 및 접점을 자동으로 계산한다. 이를 통해 사용자는 서로 다른 표면 사이의 전환에서도 높은 품질을 얻을수 있다.

동적 접촉지점 제어
hyperMILL® MAXX Machining은 가공 중에 접촉지점을 자동으로 제어할 수 있다. 밀링 커터의 각도가 계속 변경되고 그 결과로 인해 전체 표면의 안전한 가공과 절단 반경의 균일한 활용이 가능하게 된다.

표면 품질 향상
볼 밀링 커터를 사용한 가공과 비교할 때 이론적인 스켈롭 높이(scallop height)는 라인 증분이 클수록 크게 변하지 않는다. 이는 표면 테스트 방법을 사용하는 실제 응용 분야에서도 입증 되었다. 반경 3mm의 볼 커터와 반경 350mm의 배럴 커터를 사용하여 기준면을 가공했더니 두 표면의 품질은 거의 같았지만, 배럴 커터를 사용하면 가공 시간이 90% 단축되었다.

 반경 3mm의 볼 앤드밀(좌)과 반경 350mm의 배럴 커터(우) 가공 결과 비교. 두 표면의 품질은 거의 같았지만 배럴 커터 사용 시 가공 시간이 90% 단축되었다.
반경 3mm의 볼 앤드밀(좌)과 반경 350mm의 배럴 커터(우) 가공 결과 비교. 두 표면의 품질은 거의 같았지만 배럴 커터 사용 시 가공 시간이 90% 단축되었다.

간단한 공구 관리
모든 배럴 커터는 하이퍼밀에서 파라메트릭 방식으로 정의할 수 있다. 자유 날 형상을 생성하거나 2D 형상을 기반으로 밀링 공구를 설계할 필요는 없다. 배럴 공구를 100% 매핑하는 간단한 공구 관리 및 CAM 시스템으로 이러한 공구를 안전하고 안정적으로 사용할 수 있다.

 배럴 커터를 이용한 가공 전략으로 가공한 사례. 금형의 측벽과 바닥 부위를 배럴 커터로 가공했다.
배럴 커터를 이용한 가공 전략으로 가공한 사례. 금형의 측벽과 바닥 부위를 배럴 커터로 가공했다.
 이번 기사는 hyperMILL의 국내 리셀러인 (주)삼우하이퍼 기술부에서 협조해 주었다.
이번 기사는 hyperMILL의 국내 리셀러인 (주)삼우하이퍼 기술부에서 협조해 주었다.

About 이상준 기자

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