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복합가공기의 시대, 우리의 준비는? -복합가공을 위한 CAM솔루션④

지난 회에 이어 이번 회에서도 실제 복합가공기와 GibbsCAM 도입 사례를 소개하겠다. 비록 해외 업체들이지만 원가 절감, 납기 단축 등 국내 업체들과 동일한 문제에 대해 고민하고 있었다.

가공 공구 제조업체 ARCH Cutting Tools – Mentor 사례
미국 오하이오주에 위치한 ARCH Cutting Tools – Mentor는 특수 및 맞춤형 공구 관련 ISO 9001:2015 인증 업체이다. 1992년 Competitive Carbide, Inc로 설립되어 2019년 ARCH Global Precision에 인수된 ARCH Mentor는 자동차 산업을 위한 절삭 공구와 관련된 모든 것을 사내에서 설계에서 생산까지 진행한다. 특히 ARCH Mentor는 대량 양산을 위한 특수 공구를 개발, 이를 이용한 공구 교체 횟수 감소, 공정 조합, 절삭 시간 감소에 특화되어 있다. 이 회사의 철강 부서 책임자인 Phil Jurick는 “우리는 특수 절삭 공구를 일반 절삭 공구만큼 빨리 만드는 것에 자부심을 갖고 있다”라고 말할 정도다.

프로그래밍 시간과 반복 작업 단축
이 회사는 고품질의 특수 절삭 공구를 저렴한 가격으로 생산하는 새로운 기술을 구현하면서 NC 프로그래밍 시간과 반복 작업 단축을 필요로 했다. 이를 위한 솔루션으로  3D Systems의 GibbsCAM과 Okuma(오쿠마)의 MULTUS U4000 수평형 복합가공기를 도입했다. 그 결과 가공시간을 최대 70% 단축(매 셋업)했고 회전 당 소재 제거량이 100% 증가했다. NC 프로그래밍 시간은 70% 향상(최대 파트 당 1시간 이상)되었고, 기계 충돌을 방지함은 물론  스크랩 발생량이 감소했고, 절삭 공구의 수명이 2배 이상 증가하여 30% 이상의 비용 절감을 이루어 투자 비용을 즉시 회수할 수 있었다.

 프로젝트에 사용된 오쿠마의 복합가공기 MULTUS U4000
프로젝트에 사용된 오쿠마의 복합가공기 MULTUS U4000

더 나은 제품을 더 빨리
GibbsCAM과 MULTUS 복합가공기의 기능들로 ARCH Mentor는 납기를 단축할 수 있었다. 게다가 제품의 품질은 놀라울 만큼 향상됐다.

한대의 장비, 한번의 셋업: CNC 터닝으로 생산 공정을 시작했던 ARCH Mentor는 밀링 가공까지 가능한 복합가공기로 대체했다. 세 공작기계에서 나누어 가공하던 공정을 한 복합가공기에서 한번의 셋업으로 양면을 모두 가공할 수 있다. 셋업을 반복할 때마다 발생하던 공차가 사라짐으로써 더욱 정밀한 제품을 생산할 수 있게 되었다.

이 회사 관계자는 “두 공구로 동시에 가공하는 것은 굉장히 효율적입니다. 그리고 우리는 셋팅 시간 자체를 거의 없앴습니다. 한번에 80개의 공구를 셋팅할 수도 있고요. 66퍼센트 정도의 시간을 단축했습니다. 한 장비에서 가공이 완료된 제품을 빼내고, 다음 장비로 옮기고, 다시 셋업하는 시간은 아예 사라졌습니다. 우리는 모든 NC프로그램을 한번에 생성할 수 있고 나중에 따로 추가작업 할 필요도 없습니다.”라고 밝혔다.

그리고 상부 터렛과 하부 터렛을 한 스핀들에 대해 동시에 제어하여 가공하는 ‘핀치터닝’을 통해 매 회전당 제거되는 소재의 양이 100% 증가했다. 생산성이 2배 향상된 것이다.

 보링 바
보링 바
 스트래들 밀
스트래들 밀

한 프로그램으로 모든 장비를: 2007년에 GibbsCAM을 도입하기 전에는 터닝과 연삭기는 수기로 작성한 프로그램으로 제어했고 밀링에 대해선 다른 캠 솔루션을 사용했었다. 관계자에 따르면 GibbsCAM을 도입한 후 각 장비마다 적합한 포스트 프로세서를 셋팅했다. 그리고 지금은 그냥 클릭 한번만 하면 각 장비들을 위한 NC프로그램이 출력된다. “GibbsCAM은 저희가 보유한 모든 장비들에 대응할 수 있습니다. 심지어 25년 된 장비까지도요. 예전엔 G코드를 확인하는데 많은 시간을 할애했습니다. 그러고도 심지어 불량도 잘 났습니다. 이젠 그런 일은 없습니다.”라고 만족감을 나타냈다. 또한 이미 다른 장비들을 다루던 사용자들이 특별한 교육을 받지 않더라도 새 복합가공기를 위한 NC프로그램을 출력할 수 있었다.

 모든 기계를 GibbsCAM으로 제어한다.
모든 기계를 GibbsCAM으로 제어한다.
복합가공기의 밀링 가공
복합가공기의 밀링 가공

쓰기 쉽다: ARCH Mentor는 쉽게 프로그래밍 할 수 있는 CAM 솔루션을 알아보던 중 GibbsCAM를 접했다. GibbsCAM을 배우는 것은 간단했다. 약 2주 만에 모든 제품들을 불량 없이 가공할 수 있게 됐다. ARCH Mentor에서 GibbsCAM을 추천하는 가장 큰 이유 중 하나가 바로 배우기 쉽다는 점이다.

 단일, 사용자 지정 인터페이스: 또 다른 GibbsCAM의 장점으로는 단일, 그리고 사용자 지정 인터페이스(UI)가 있다. 사용자가 밀링, 터닝, 복합가공기 등 그 어떤 장비를 위해 작업을 할지라도 모두 같은 인터페이스, 같은 방법으로 진행되기에 별도의 교육이나 적응 기간이 필요 없다.

그리고 작업을 하다 보면 사용자마다 습관이 생기고 주로 사용하는 기능이 정해지는데 이런 기능들에 쉽게 접근할 수 있도록 인터페이스를 간단하게 수정할 수 있다. 모든 기능에 대해 탐색 없이 한 두 번의 클릭으로 접근함으로써 보통 30퍼센트 정도 작업 시간을 단축할 수 있다.

자동화
CNC 프로그래머들의 최대의 관심사 중 하나는 반복되는 작업을 얼마나 쉽고 간단하게 해결하는가 이다. GibbsCAM의 자동화 기능들은 이런 과제를 쉽게 해결하는데 도움을 준다.

ARCH Mentor는 다양한 대칭형상 제품을 생산한다. 예를 들면 각 면당 3개의 포켓이 있고 이들이 90도 간격으로 회전하며 총 12개(0도에 3개, 90도에 3개, 180도에 3개, 270도에 3개)의 포켓이 있는 제품을 가공한다고 가정해보자. GibbsCAM에서는 한 면에 있는 3개의 포켓에 대한 공구경로만 생성하면 된다. 나머지는 각도 간격과 횟수만 지정해주면 솔루션이 자동으로 완성한다. 그리고 이 중 하나만 더블클릭 하면 모든 포켓 가공 경로를 동시에 RPM과 절삭속도 등을 제어할 수 있다.

공정과 공구 저장: 이 전에 사용하던 솔루션과 달리 GibbsCAM은 한번에 여러 공정을 함께 저장할 수 있고 무한히 반복할 수 있다. “밀링, 터닝, 복합기를 위해 복수의 공구와 함께 RPM과 절삭속도 등 절삭조건을 한번에 저장할 수 있고 편집할 수 있으며 원하는 이름을 붙일 수 도 있습니다.”

GibbsCAM을 도입한 후 ARCH Mentor의 사용자들은 그들의 모든 공구들과 공정들을 저장하고 더 이상 그 내용들에 대해 신경 쓰지 않는다. 검증이 완료된 공정의 절삭 조건에 대해 의심할 필요가 없는 것이다. “한번만 잘 설정해두면 다시 수정할 필요 없어요. 수정 자체도 쉬워요. 각 공정들을 하나씩 생성하는 것이 아니라 필요한 공정들을 동시에 생성하기 때문에 작업 시간도 반으로 줄었어요. 그냥 두 세 번 클릭 하기만 하면 돼요.”

기계 시뮬레이션
ARCH Mentor의 사용자들은 필요한 NC프로그램을 생성한 다음 충돌 방지와 시간 단축을 위해 반드시 시뮬레이션 기능으로 확인한다. “실제와 유사한 시뮬레이션으로 장비 작동 전 미리 확인함으로써 발생할 수 있는 충돌을 막을 수 있고 불필요하게 낭비되는 동선과 시간을 최소화 할 수 있어요. 실제 가공 결과물과 거의 똑같은 결과를 확인할 수 있어요.”

 작업자의 시간을 확보한다
작업자의 시간을 확보한다

원가 절감
스크랩 감소: 복합가공기와 GibbsCAM의 조합으로 가공을 위한 치구(지그)를 제작할 필요가 없어져 모든 비용이 감소했다.

공구와 장비의 수명 향상: GibbsCAM의 다양한 기능들로 공구의 수명이 2배 이상 향상 될 수 있었다. 그리고 시뮬레이션을 통해 공구의 충돌을 방지하고 불필요한 가공을 배제하여 20~30퍼센트 정도 가공 시간을 개선했다.

 25도 페이스밀
25도 페이스밀

경쟁력 확보
ARCH Mentor는 GibbsCAM을 통해 보다 복잡한 제품을 생산하고 타 경쟁사를 앞지를 수 있었다. 또한 복합가공기를 사용하면 일반적인 5축 밀링 장비에서는 불가능한 생크 및 프론트 엔드 같은 제품들을 생산할 수 있었다.

ARCH Mentor의 장기 목표 중 하나는 GibbsCAM과 함께 지속적으로 성장하는 것이다. 그들이 처음 GibbsCAM을 도입한 이래로 새로운 장비를 도입할 때 마다 GibbsCAM에 새로운 기능과 포스트프로세서를 추가하여 대응했기 때문이다. 심지어 GibbsCAM의 발전을 따라잡기 위해 가공에 더 많은 투자를 했으며 그 결과 장비의 불필요한 움직임이 줄어들고 납기가 단축되었다.

“복합가공기에 진입하고자 하는 분들에게 GibbsCAM을 강력히 추천합니다. 장비가 실제로 작동하기 전에 시뮬레이션을 확인하고, 원하는 것을 정확하게 반영하고, 공정을 함께 저장하고, 바라는 모든 가공을 구현할 수 있습니다. 다른 선택의 여지가 없습니다.”

연재를 마치며
몇 년 전부터 중국, 인도 등 신흥제조국들이 급부상하고 인건비가 상승하는 등 국내외의 이슈들로 인해 국내 제조업체들이 많은 고통을 받고 있다. 게다가 최근 세계적으로 유행하고 있는 COVID19는 고통을 가중시키고 있다. 이에 대한 돌파구 중 하나로 복합가공기와 이를 위한 솔루션, GibbsCAM과 그 적용사례에 대해 4회에 걸쳐 소개했다. 많은 업체들이 복합가공기의 장점에 대해서 어렴풋이 이해하고 있으며 그 유지에 대해 두려움을 갖고 있다. 그러나 이미 우리는 전세계의 제조업체들과 경쟁하고 있다. 신흥국의 업체들은 저렴한 인건비를 내세우며, 기존 제조강국의 업체들은 기술력을 앞세우고 있다. 이 사이에 끼인 국내 제조업체들이 이 상황을 돌파하기 위해선 어제와 다른 내일을 맞이하기 위해 오늘 시작 해야 한다.

김상재 엔지니어는 쓰리디시스템즈코리아 소프트웨어 사업부 GibbsCAM Application Engineer로서 5축 밀링, 복합가공기 관련 교육 및 기술지원, 컨설팅을 담당하고 있다.
김상재 엔지니어는 쓰리디시스템즈코리아 소프트웨어 사업부 GibbsCAM Application Engineer로서 5축 밀링, 복합가공기 관련 교육 및 기술지원, 컨설팅을 담당하고 있다.

About 이상준 기자

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