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CAM-TOOL ‘5축 가공’으로 솔루션을 찾자!

CAM-TOOL은 모델링 기능을 탑재해 CAD 데이터 로딩부터 NC데이터 출력까지 가능한 CAD/CAM 일체형 하이엔드 CAM 시스템이다. 미세 고정밀, 가공 효율 극대화 등 가공 환경에 최적화된 다채로운 가공 모드가 특징이다. 이런 장점을 바탕으로 HOLE 가공과 2.5D, 3축 가공은 물론 5축 가공까지 대응이 가능하다. CAM-TOOL을 활용해 리드타임을 감축시킨 일본 나고야정밀금형의 사례를 통해 생산성 향상의 솔루션을 찾아보자.

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1975년부터 자동차 헤드램프 관련 부품의 플라스틱 사출 금형 설계 제조를 하고 있는 나고야정밀금형은 2013년 CAM-TOOL 5축 모듈을 도입하면서 리드타임을 단축하는 성과를 거뒀다. 자동차 헤드램프가 기존보다 더 밝으면서도 전력소비가 적은 쪽으로 진화하면서 현재는 LED광이 주류를 이루고 있다. LED광의 특성에 따라 제품에 요구되는 품질도 변하고, 금형도 복잡하고 고도화됐다. 나고야정밀금형의 문제는 기존의 방식으로 까다로운 요구사항을 모두 만족시키면서 높은 생산성을 유지하는 것이 어렵다는 데 있었다. 공구를 길게 돌출시켜 깊은 형상을 가공해야 하기 때문에 3축 가공만으로는 완성 가공에 한계가 있었고, 이를 보완하기 위해 전극 가공과 방전 가공이 필수적이었다. 그러다 보니 금형 랩핑시간이 늘어나 납기 단축 실현에 차질이 발생하는 등 여러 가지 문제점이 드러났다.

그동안 나고야정밀금형은 3축 CAM은 CAM-TOOL로, 5축 CAM은 타사의 시스템으로 운영 중이었다. 하지만 이러한 운영은 데이터 연동성이나 호환성에 문제를 야기할 뿐 아니라 5축 CAM의 커터패스도 불안정하여 오퍼레이터 부담을 증가시켰다. 당초 목표를 달성하기 어렵다고 판단한 나고야정밀금형은 5축 CAM 시스템을 재검토하고 4개의 시스템과 비교해 2013년에 쿠마모토 공장, 2014년에 미야자키 공장과 본사에 동시 5축 모듈을 도입했다. CAM-TOOL은 가공면 품질과 커터패스의 안정성이 우수하고 가공모드가 풍부해 효율적인 가공이 가능하다는 게 장점이었다. 또한, 1개의 CAM 시스템으로 3축에서부터 5축까지 연속적인 운영이 가능하기 때문에 오퍼레이터 부담도 줄일 수 있었다.

CAM-TOOL 동시 5축으로 공정 대폭 단축

CAM-TOOL 5축 도입으로 생산 효율성은 급격히 향상됐다. ‘등고선 정삭가공’ 등의 3축 데이터를 쉽게 5축 데이터로 변환할 수 있어 데이터 작성 시간을 대폭 줄였다. 5축 CAM 시스템에서 문제였던 5축 커터패스 누락에 따른 데이터 재작성도 급감했다. ‘등고선 잔삭 가공’은 5 축 가공에서도 효과적으로 이전 공정의 미가공 영역을 정확하고 빠르게 검출하여 작업 효율성을 높였다. 머신시뮬레이션 기능이 시스템에 탑재돼 있어 다른 시뮬레이션 시스템과 데이터 교환 없이 가공 전부터 가공에 관한 데이터 작성이 가능해졌다.

미야자키 공장 소노다 과장은 “금형은 단일 생산품으로써 한 번밖에 사용하지 않는 가공 데이터가 대부분이라서 데이터 작성 속도와 양을 만족시키는 것이 매우 중요하다”며 “CAM-TOOL에서는 형상에 따라서 무방전도 가능하고 가공면의 정밀도도 향상돼 랩핑 시간을 줄일 수 있다”고 설명했다. 이어 “CAM 작업 부분에서만 보면 50% 정도 공정을 단축했다고 생각한다”며 “문제가 됐던 방전도 30% 정도 단축할 수 있었다”고 덧붙였다.

나고야정밀금형은 입자나 슬라이드 코아를 비롯한 중요 부품의 의장 면에도 5축 가공을 활용 중이다. 특히 헤드램프 렌즈 금형의 언더컷 처리를 하기 위한 작동 코아는 슬라이드 습동면이 포함되어 있어 고도의 가공 기술을 요구했다. 6면을 가공할 필요가 있기 때문에 3축 가공으로는 6번의 가공물 세팅이 필요했다. 이것을 5축 가공으로 하면 1회 세팅으로 5면 가공이 가능하기에 세팅 시간을 대폭 단축시킬 수 있었다. CAM-TOOL의 풍부한 가공 부하 경감 기능으로 가공면의 품질도 더욱 좋아졌다. 형상의 凹부에 커터패스가 엣지로 되는 부분을 가공할 때에는 이 부분에 코너 R을 삽입하여 급격한 공구 부하 변동을 회피하는 ‘Corner R Processing’ 기능, 절삭량에 따라서 가공 속도(FEED) 를 조정할 수 있는 ‘가변FEED(Variable F rate)’, 동시 5축 가공의 ‘Smoothing’ 기능(공구 벡터 방향의 급격한 변화를 억제해 부드럽게 공구 벡터를 변화시키는 기능) 등을 이용함으로써 장비를 매끄럽게 동작시켜 절삭면의 품질을 향상시켰다.

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CAM-TOOL로 공구 돌출 길이 최소화

CAM-TOOL은 깊은 형상의 가공 영역에서 동시 5축 가공으로 공구 돌출길이를 짧게 할 수 있기 때문에 가공 조건을 향상 시켰고, 이로써 가공 시간 단축도 가능해졌다. 최근에는 최신 버전인 V13.1에 탑재된 ‘Multi Solid’를 활용해 고정도 가공 Stock을 표현할 수 있다. 미가공 영역의 패스출력 정밀도가 향상돼 에어컷을 최소화 할 수 있다는 메리트도 크다. 또한, 언더컷을 포함한 Stock을 작성할 수 있어 CAM 작업 효율 향상에 대한 기대도 높다.

고토오 제조부장은 “5축 가공으로 전환하면서 단순히 워크 세팅 시간을 단축 했을 뿐만 아니라 유인 가동에서 무인 가동으로의 전환을 실행해 가공 비용을 많이 줄일 수 있었다”고 말했다. 무인 가동은 CAM- TOOL의 커터패스가 높은 안정성으로 신뢰할 수 있는 데이터이기에 가능했다. 현재 나고야정밀금형은 헤드램프 부품 금형 사이즈가 커진 만큼 황삭가공에 Ø80의 팁커터를 사용 중이다. 또한, LED 광확산을 위한 리플렉터, 광원을 다른 방향으로 균일하게 보내기 위한 라이트가이드에 시인성 향상을 위한 복잡한 렌즈 가공이 필요하기 때문에 R0.1 볼공구를 이용한 5축 가공을 하고 있다. 이 모든 것은 3축의 높은 정밀도를 유지한 5축 가공이 가능한 CAM-TOOL이었기에 가능했다.

고토오 제조부장은 “1개의 금형에서 광범위한 공구 직경을 필요로 하는 금형 제작을 CAM-TOOL이란 하나의 시스템으로 대응 할 수 있었다”며 “덕분에 리드타임을 대폭 단축시키고 공구 수명도 연장되어 공구 비용도 줄일 수 있었다”고 설명했다.

목표는 리드타임 30% 단축

헤드램프 금형의 의장면을 정확하게 가공하기 위해 나고야정밀금형은 오랫동안 쌓아온 기술력에 새로운 정보를 습득하는데 주력하고 있다. 직원 스스로 아이디어를 내어 해결하는 제안 능력과 금형 제작을 위한 기술력을 향상시키기 위해 노력 중이다. 신구 직원의 생각 융합, 담당부서의 책임 있는 품질체크, ‘다음 공정은 고객’이라는 공정간 보증을 모토로 고객에게 높은 품질 기준을 전하기 위해 주력하고 있다. 이를 위해서 각 부서끼리의 연계와 정보 공유를 게을리 하지 않고 있다. 왜곡이 없는 높은 투명성의 초경면 금형이나 무사상의 미세 가공, 대형 박판 플라스틱 성형품 생산을 위한 사출 성형 기술의 개발에도 참가하고 있다.

앞으로 최소한 30%의 새로운 리드타임 단축을 목표로 세운 나고야 정밀금형의 고토오 제조부장은 “지금까지 쌓아온 기술을 계승하면서, 연구개발도 하고 신구 융합 하에 항상 시대의 변화에 대응 할 수 있도록 각 공장의 특성화 분야를 살릴 것”이라 말했다. 이어 “미야자키 공장은 다색 성형, 쿠마모토 공장은 미세 가공 등 기존의 기술력을 더욱 높이고 더 많은 성과를 올리도록 노력하겠다”고 전했다.

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