Home / 가공 / 생산성 향상, 문제는 가공 시간!

생산성 향상, 문제는 가공 시간!

“이 글은 씨지텍 주식회사 임재영 대표의 기술 기고문입니다.”

기계 가공에서 생산성 향상은 모두가 원하는 성과이고, 이를 위한 다양한 시도가 있었다. 생산성 향상과 가장 연관성이 높은 것은 가공 시간이다. 가공 시간 단축을 위해 공구와 장비는 계속 진화했고 다양한 고속 장비와 5축 장비, 고가의 공구를 사용하게 되었다. 다양한 최적화 방법도 제시되었다. 최적화는 일반적으로 패스 최적화와 속도 최적화로 구분할 수 있고 두 가지를 모두 적용하는 경우도 있다. 패스와 속도를 모두 고려해서 최적화가 가능하다면 엄청난 결과를 얻을 수 있지만 구현이 쉽지 않다. 대부분의 최적화는 패스 최적화다. 속도 최적화도 지속적으로 개발되고 있지만 결과는 기대에 미치지 못한다. NC 프로그램 검증 및 최적화 솔루션을 제공하는 씨지텍은 가공 시간 단축이라는 숙제 해결을 위해 VERICUT의 최적화 모듈을 제안한다. VERICUT의 최적화 모듈을 이용하면 가공 시간을 단축하고 공구와 장비 마모를 줄이며, 작업자와 값비싼 장비의 안전까지 확보할 수 있다.

많은 사람들이 가공 속도 최적화를 가공 조건 최적화로 이해하는 경우가 많다. 가공 조건을 찾는 것은 매우 어려운 문제이다. 공구, 소재, 장비, 그리고 황, 중, 정삭 등 너무나 많은 것을 고려해서 찾아야하므로 많은 시간과 노력이 필요하다. 실제로, 소프트웨어 업체로부터 가공 속도 최적화 데이터베이스를 제공받길 원하는 일부 금형 업체의 입찰에서 VERICUT은 효과적인 시간 단축 결과를 입증하고도 데이터베이스가 없다는 이유로 아쉽게 탈락한 경우가 있었다. 하지만 데이터베이스 제공을 약속했던 경쟁 소프트웨어업체는 그 후 1년이 넘도록 많은 시간과 노력을 기울여 데이터베이스 구축을 시도했지만 실패했고, 고객사는 가공 속도 최적화를 포기했다. 대조적으로, VERICUT의 데이터베이스 구축은 어렵지않다. 단지 시간이 필요할 뿐이다. 가공 속도 최적화를 설명하기 전에 이런 질문을 많이 받는다. 가공 속도를 바꾸기 위해서는 회전 속도도 바꾸어야 하지 않는가? 이론상으로는 가공 속도를 바꾸기 위해서 회전 속도까지 바꾸는 것이 좋다. 하지만 아직까지는 가공 중에 회전 속도를 바꾸는 것이 좋은 결과를 가져오지는 않는다.

최적의 가공 속도를 결정하는 3가지 방법

속도를 결정하는 방법은 여러 가지가 있다. 공구의 직경에 따른 최적화이다. 이 경우는 볼엔드밀 또는 3D 가공에서만 사용이 가능하고 매우 위험하다. 가장 많이 사용되는 보편적인 최적화 방식은 가공되는 양에 따라, 분당 일정한 양이 가공되도록, 최적화하는 방식이다. MRR(Material Remove Rate)을 일정하게 유지시키는 방법으로 간단한 형상이나 2D 가공에 효과적이다. 정삭이나 3D 가공에는 부족한 부분이 있다. 분당 가공되는 양을 일정하게 한다고 하면 몇몇 사용자는 툴 패스가 초단위로 바뀌는데 초당 가공되는 양을 고려해야 하지 않느냐고 물어보곤 한다. 당연하다! 단위가 분당일 뿐이지 짧은 순간까지 고려해서 최적화한다.

cg1
분 당 가공되는 양의 계산 수식

다음은 칩 두께를 일정하게 하는 방식이다. 속도를 결정하는데 가공되는 칩 두께는 매우 중요하다. 정삭이나 3D 가공에 효과적이다. 그리고 안전을 고려해서 칩 두께와 분당 가공되는 양을 동시에 고려해서 최적화하면 좀 더 안전한 가공을 할 수 있다. 다시 말해서 각각의 방식을 고려해서 가공 속도를 결정하고 둘 중에 낮은 값이 새로운 NC 데이터에 삽입된다.

가공 넓이에 따른 칩 두께 차이
가공 넓이에 따른 칩 두께 차이

최근에 개발된 최적화 방식은 공구의 한 날이 받는 힘을 고려해서 가공 속도를 결정하는 방식으로, 물리적 기반의 최적화다. 가공되는 소재의 특성과 공구의 형상 및 재질을 고려해서 한 날이 받는 힘을 예측하고 가공 속도를 최적화 한다. 소재의 특성(Coefficient)과 공구의 형상(헬릭스와 레이크 각)과 재질을 고려해서 일정한 절삭력과 칩 두께가 유지되도록 최적화 한다. 5축 가공과 난삭재 가공에 매우 효과적이다.

한 날이 받는 절삭력
한 날이 받는 절삭력
공구의 각
공구의 각

그리고 가공 속도 최적화에서 가장 중요한 것은 시간 단축보다 공구 마모다. 시간을 단축시켰지만 공구 마모가 많이 일어났다면 굳이 가공 속도 최적화를 사용할 필요가 없다. 가공 시간이 단축되고 공구 마모도 감소해야만 진정한 가공 속도 최적화라 할 수 있다. 일반적인 기계 가공에서 고정 가공 속도와 가변 가공 속도에서 어느 가공이 좀 더 효율적인가를 물어보면 모든 작업자들이 가변 가공 속도를 꼽는다. 하지만 실제로 일반적인 작업자들은 안전한 가공을 위해 고정 가공 속도를 선호한다. 점점 경쟁은 치열하고 납기는 계속해서 짧아지고 있다. 고가의 장비와 공구만으로 가공 시간을 단축하기엔 한계가  있다. 나날이 발전하는 소프트웨어 기술을  활용한 가공 속도 최적화가 가공 시간 단축을 위한 좋은 해답이 될 수 있다.

최적화 전/후 공구 마모 정도
최적화 전/후 공구 마모 정도

CNC 장비 시뮬레이션, 검증, 가공 속도 최적화 및 분석 소프트웨어 기술을 선도하는 씨지텍 주식회사의 한국지사를 이끌고 있는 임재영 대표. 대학에서 전자공학을 전공한 임 대표는 1995년부터 씨지텍 소프트웨어의 CNC검증 솔루션인 VERICUT과 인연을 이어오고 있다.

씨지텍 VERICUT의 CNC 검증 시뮬레이션 기술에 대해 자세히 알고 싶다면?

www.cgtech.co.kr 또는 info.korea@ cgtech.com으로 연락하면 된다.

About 김솔 기자

다양한 취재 경험을 살려 여러분께 읽고 싶은 기사, 재미있는 기사 보여 드리겠습니다:)