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고부가가치 금형과 복잡한 형상 가공 니즈 커진 금형산업 – 복잡형상화·다면가공의 유연화에 대응하는 두산공작기계 ‘DVF 6500’

복잡한 형상의 부품 출현과 짧아진 제품 수명, 그리고 금형에 요구되는 정도 수준이 높아지면서 금형 업계에서도 고품위·고부가가치 금형에 대응할 가공 기술력 확보에 집중하고 있다. 5축 가공기의 수요가 지속적으로 늘고 있는 이유도 이러한 시장의 니즈 때문이다. 최근 금형업계는 금형단가의 하락과 인건비 상승으로 인한 채산성 악화, 납기단축의 요구가 거세지면서 복잡한 형상은 물론, 다면가공을 유연하게 수행하는 ‘5축 가공기’를 생존전략 중 하나로 도입하고 있다. 이중에서도 두산공작기계의 5축 가공기 ‘DVF 6500’는 복잡한 형상의 가공물을 고속·고정밀로 가공할 수 있다는 점에서 금형가공업계의 관심이 커지고 있다. 두산공작기계가 최근 발간한 DVF 관련 백서의 내용을 들여다 보았다.

종전의 금형가공에서는 정도 안정성이 검증된 3축 가공장비를 중심으로 고부가가치 금형 수요에 대응해 왔다. 그러나 금형의 형상이 복잡화됨에 따라 가공면에 맞춘 공구의 변경도 빈번해지고, 길어진 공구로 인해 발생하는 채터 진동 등의 문제는 가공속도를 떨어뜨리는 반면 가공시간은 늘리고 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 출현한 장비가 바로 5축 가공장비다. 한 번의 세팅으로 평면에서부터 곡면까지 공작물의 가공을 완료할 수 있는 5축 가공기는 공정단축과 가공시간 단축을 실현한다. 특히 가공물에 최적화된 공구 길이를 적용함에 따라 가공품질과 작업효율성을 높일 수 있다는 점 또한 5축가공기의 장점이다.

두산공작기계 이삭 차장은 “최근 다이캐스팅 코어 금형 가공기업 등 중대형 금형업체들을 비롯해, IT 핸드폰 전기차, 5G 통신박스 제작용 금형을 생산하는 업체들이 3축 가공장비의 가공한계를 경험하고, 5축 가공장비 도입을 확대하려는 움직임을 보이고 있다”고 말했다. 두산공작기계는 지속적으로 확대되고 있는 5축 가공의 수요에 대응하기 위해 ‘DVF 6500’ 를 프리미엄 5축 가공기 라인업으로 추가했다.

DVF 6500은 기존 장비의 단점과 한계를 보완하고 5축 가공 고객의 니즈를 반영해 5축 가공기의 선택을 폭을 넓힌 장비이다. 이 장비는 ‘테이블 틸팅 및 로테이션’ 타입으로, A축 틸팅과 C축 회전 방식의 테이블을 갖추고 있으며, DVF 6500이 채택한 갠트리 타입은 구조적 안정성이 높으며, 좌우 대칭인 구조이기 때문에 열변형이 작다는 큰 장점을 가진다.

두산공작기계의 DVF 6500은 ‘테이블 틸팅 및 로테이션’ 타입으로, A축 틸팅과 C축 회전 방식의 테이블을 갖추고 있다.
두산공작기계의 DVF 6500은 ‘테이블 틸팅 및 로테이션’ 타입으로, A축 틸팅과 C축 회전 방식의 테이블을 갖추고 있다.

5축 가공 니즈를 해결할 장비의 역할
5축 가공의 장점은 원하는 각도만큼 회전축을 이동시켜 다양한 가공 표면을 한 번의 세팅으로 가공할 수 있다는 점이다. 이 과정에서 회전축의 운동 오차를 줄이는 것은 5축 가공으로 높은 가공정도를 확보하는데 있어서 중요한 기술이 된다.

두산공작기계 AE기술개발 윤여민 차장은 “5축 가공에 적용되는 금형은 특성상 장시간 가공이 요구된다”고 말하며 “이들 금형은 짧게는 5시간, 길게는 30시간 이상을 가공해야 하기 때문에, 작업자들은 5축 가공기가 품질에 중요한 영향을 미치는 주축의 열 변위 등이 허용오차 안에 들어오는지를 매우 중요하게 생각한다”고 말했다. “특히 항공·우주분야 금형은 일반 기계가공 대비 더 타이트한 가공정도를 요구하고 있는데, 이에 적합한 성능과 가치를 가진 장비가 바로 ‘DVF 6500’”라고 덧붙였다.

DVF 6500은 이미 5축 가공기 라인업을 갖춘 두산공작기계가 ‘프리미엄 5축 가공기’로 개발한 모델로, 두산공작기계의 강점인 고강성 프레임이 장착되어 있고, 수요산업, 아이템별로 최적화된 다양한 로터리테이블(터닝기능 포함) 조합이 가능하여 다양한 활용이 가능하다.

 고생산성 & 고정밀 확보를 위한 5축 가공기의 노력
5축 가공의 가장 큰 강점은 공구 자세 변화에도 회전축의 각도 및 직선축의 가속도를 매끄럽게 억제함으로써 높은 가공 정도를 유지할 수 있다는 점이다. 특히 5축 가공에 대한 신뢰성과 생산성을 월등히 향상시킨 DVF 6500 장비는 고속 스무스(High speed smooth), TCP(Tool Center Point) 기능을 탑재해 고품질의 표면가공조도를 확보할 수 있으며, 가공시간 단축을 통한 생산성 향상에도 기여한다. 이와 함께 로터리 테이블에 기어드 모터 또는 직접 구동(DD) 모터를 적용함으로써 강하고 빠른 가공을 실현하며, 공작물에 따라 선독블럭 옵션을 1000블럭까지 확장할 수 있다. 두산공작기계 제어기술 곽명규 차장은 “가공 경로를 예측할 수 있는 선독블럭은 사양에 따라 생산성이 향상시키는데 기여한다”고 말하며 “DVF 6500 장비는 ‘가공조건선택 기능’을 표준으로 탑재해 황삭, 중삭, 정삭을 빠르게 가공할 수 있다“고 덧붙였다.

테스트 가공을 준비중인 DVF6500의 내부 (사진: 이상준)
테스트 가공을 준비중인 DVF6500의 내부 (사진: 이상준)

고생산성 확보를 위해 2축 틸팅 테이블을 표준으로 채택한 DVF 6500 장비는 테이블 터닝 기능의 선택적 제공과 함께 스핀들과 구조물 열 변위 보정기능을 표준으로 적용해 고정밀 가공성능을 높였으며, 스핀들 쿨링과 볼스크류 샤프트 쿨링 등도 표준으로 적용돼 있다. 두산공작기계 제품개발 이삭 차장은 “국내외 5축 가공기 대부분이 이러한 기능을 옵션으로 선택하게 하는 반면, DVF 6500 장비는 5축 가공에 있어서 고객이 요구하는 일반적인 기능을 기본으로 탑재해 표준사양으로 제공한다”고 말하며 “이러한 부분이 고객들로 하여금 DVF 6500이 가성비 좋은 5축 가공기로 평가받는 이유”라고 덧붙였다.

이와 함께 “20시간 이상 장시간 금형을 가공할 경우, 여러 공구를 중첩해서 사용하기 때문에 금형 표면에 가공단차와 가공오차 등이 생겨날 수 있다”고 말한 두산공작기계 윤여민 차장은 “고객이 요구하는 표면 단차나 가공 공차는 다양하지만, DVF 6500 장비에는 두산공작기계의 높은 열변위 보정 기술력이 적용되어 있어 다양한 고객의 가공니즈를 해결할 수 있다”며, “특히 온도변화의 악조건을 만들어서 열변위 대응 기술력을 지속적으로 테스트해 왔으며, 앞으로도 다양한 환경변화에 대응할 수 있는 온도 열변위 보정기술력을 높일 예정”이라고 밝혔다.

무인자동화·AI공정 활용 등 트렌드 변화에 대응하는 5축 가공기
앞서 설명한 바와 같이 5축 가공은 한 번의 세팅으로 공작물의 가공을 완료할 수 있다. 이러한 이유에서 5축 가공은 공정단축과 가공시간 단축에도 기여하지만, 워크의 로딩/언로딩에 대한 자동화까지 이루어지면 ‘무인가공’도 실현할 수 있는 장비다. 두산공작기계는 금형단가 하락 및 인건비 상승으로 인한 채산성 악화와 생산성 확보·원가절감에 어려움을 겪고 있는 금형가공업계를 위해, 공작물의 자동교환 솔루션인 AWC(Automatic Workpiece Changer), 팔레트 자동화 솔루션인 LPS(Linear Pallet System) 등 자동화솔루션을 DVF 6500에 적용시켜 금형업계에 ‘완전자동화·무인가공’ 환경을 만들어주고 있다.

두산공작기계의 팔레트 자동화 솔루션인 LPS(Linear Pallet System)와 DVF 6500을 연결한 사진. 이런 방식으로 금형 업계에 ‘완전자동화·무인가공’ 환경을 만들수 있다.
두산공작기계의 팔레트 자동화 솔루션인 LPS(Linear Pallet System)와 DVF 6500을 연결한 사진. 이런 방식으로 금형 업계에 ‘완전자동화·무인가공’ 환경을 만들수 있다.
두산공작기계의 가공 자동화 솔루션 RPS(Round Pallet System) 내부 모습.
두산공작기계의 가공 자동화 솔루션 RPS(Round Pallet System) 내부 모습.

여기에 더해 DVF 6500 는 두산공작기계가 회전 중심축 보정을 수행하기 위해 제공하는 IKC(Intelligent Kinematic Compensation) 솔루션이 적용되어 있다. IKC는 정밀한 5축 가공을 위해 회전축 중심을 보정하는 기능으로 가공물 형상 오차 최소화 및 정도 유지를 위해 5축 장비에서 필수적으로 요구되는 솔루션 중 하나다. 이밖에도 DVF 6500 장비는 고속 CPU 표준 탑재로 복잡한 형상 가공시 빠른 처리가 가능하며, 공구교환 터치판넬(60 Tool) 이상 표준 부착되어 금형 공구관리가 쉽다는 장점 때문에 많은 금형업계가 DVF 6500을 기반으로 한 자동화생산라인 구축을 고려하고 있다.

 5축 가공 확대와 다변화된 금형시장을 위한 대비
3축 가공 수준의 가공 정도, 가공 안정성을 보장하는 동시에 5축 가공의 이점을 살릴 수 있다면 금형 가공 경쟁력은 월등히 상승할 것이다. “3축 장비가 가공물에 따른 공구 길이 한계를 가지고 있는 반면, 5축 장비는 틸팅축을 이용한 가공이 가능하기 때문에 생산성 향상에 기여한다”고 말한 윤여민 차장은 “모든 가공 공정과 가공면에서 5축 가공기가 3축 가공기 수준의 가공 품위와 가공 정도를 확보할 수는 없지만, 축이 많기 때문에 어느 한 축이 틀어질 경우의 수가 많은 것뿐이지 동일한 가공조건 하에서의 가공품위는 유사한 수준”이라고 말했다.  

그동안 5축 가공기 선택을 주저하는 이유 중 하나로 ‘5축 가공을 하기 위한 프로그램 조작의 어려움’이 꼽혔다. 일반적으로 주축과 테이블축의 간섭리스크가 3축 가공기보다 5축 가공기가 높기 때문에 CAM으로 5축 가공용 NC 프로그램을 작성하는 단계에서 긴 시간을 필요로 하며, 소프트웨어 조작에도 어려움을 느끼게 된다. 이러한 문제를 해결하기 위해 두산공작기계는 DVF 6500 장비 사용자 등이 보다 빠르게 5축 가공용 프로그램을 숙지할 수 있도록 CAD/CAM 업체들과 함께 교육을 진행하고 있다. “교육을 통해 3축 가공기 사용자들에게 5축 가공기에 대한 가이드라인은 충분히 줄 수 있을 것”이라고 이삭 차장은 덧붙였다.

최근 복잡한 형상을 가공하는 금형업계를 중심으로 노후화된 장비를 DVF로 교체하려는 문의가 많다. 윤차장은 “DVF 런칭 이후로 기존의 노후 수요를 대체하고자 관심을 가지는 고객들이 많다. 금형 외에도 다양한 분야의 가공에 있어서 테스트 가공을 의뢰하는 고객들이 늘고 있다”며 현재 5축 가공기 구입을 고려하거나 이미 구매한 고객들의 60% 이상은 3축 가공에 5축 장비를 활용하고 있다며 “지금 당장 5축 가공의 수요가 생겨 장비를 구입하기 보다는 미래에 대응하기 위한 전략으로 5축 장비를 구입하고 있다”고 부연했다. 다시 말해 최근 5축 가공기의 수요는 금형 및 복잡한 다면 가공에 대응하기 위한 수요뿐만 아니라 다변화된 가공니즈와 가공 유연성까지 확보하기 위한 선택이 되고 있다. 이는 5축 가공기에 대한 신뢰와 기본적인 기대가 커지면서 나타나는 현상으로, 금형 및 기계가공업계는 5축 가공기를 기반으로 가공 경쟁력 제고와 새로운 수요 창출에 대응하는 잠재적 성장 가치를 만들고 있다.

좌측부터 두산공작기계의 이삭 차장, 윤여민 차장, 곽명규 차장
좌측부터 두산공작기계의 이삭 차장, 윤여민 차장, 곽명규 차장

About 이상준 기자

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

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