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고정도 가공을 위한 모든 것

두루무역이 지난 6월 28일 고정도 가공 기술 세미나를 진행했다. 야스다, 유니온툴, 아이지피넷 등 3사가 고정도 가공 기술의 요소에 대한 각각의 최신 기술과 3사의 크로스 오버 시도 사례를 소개하는 자리를 마련한 것이다. 이들이 말하는 고정도 가공 기술의 솔루션은 무엇일까.

야스다 영업기술과 타카모리 미쿠(좌) 유니온툴 와타나베 히데히토(중) 아이지피넷 장영준 팀장(우)
야스다 영업기술과 타카모리 미쿠(좌) 유니온툴 와타나베 히데히토(중) 아이지피넷 장영준 팀장(우)

정삭면을 향상시키고 공구 손상까지 억제하는 가공은 제조 현장에서 중요한 이슈다. 특히 고경도 재료 사용이 잦아지면서 높은 효율로 정확한 가공을 하는 방법에 산업계 관심이 높아졌다. 고정도 가공에 관한 다양한 솔루션이 제시되고 있지만, 가장 중요한 사실은 간과되고 있다. 최적의 가공을 위해서는 머시닝센터와 공구,  CAD/CAM등 공정 요소들이 합을 이뤄야 한다는 점이다.

고정도 가공을 위한 First Step

고정도 정밀 가공은 머시닝센터의 온도 변화에 기민하게 반응하는 데서 시작된다. 가공 현장, 기계 상하, 1일의 온도 변화는 가공 정도에 영향을 미친다. 주간과 야간의 가공 현장의 온도 변화는 정도와 열변위를 일으킨다. 여기에 하루 동안의 온도 변화가 더해지면 소재 외주와 과부형상부의 어긋남, 과절삭과 미절삭과 같은 문제가 생길 수 있다. 기계 상하의 온도차도 수축과 팽창을 심화시켜 오차를 일으킨다. 가공 오차를 줄이기 위해 야스다는 에어 서큘레이터와 바람막이 등으로 기계 상하 온도에 의한 차이를 줄이는 방법을 선택했다.

주축 워밍업을 통해 베어링의 열변형을 방지 하는 방법도 소개됐다. 주축이 고속회전 하면 온도가 상승하고, 주축열이 홀도에 전달돼 열 팽창을 일으키는데 이는 홀더를 Z축 방향으로 늘어나게 만들어 과절삭을 발생시키는 원인이다. 야스다 영업기술과 타카모리 미쿠는 “5분 정도 주축 워밍업을 해 주축과 홀더의 온도를 안정화시킨 뒤 공구 길이를 측정하면 과절삭을 방지할 수 있다”고 설명했다.

최적의 고정도 가공 조건은?

SKH51(63HRC)의 고경도 재조합 형상 가공을 위한 공구 사용의 최적화 방안도 소개됐다. 먼저 고효율 가공을 위해 황삭 가공시간을 줄이는 방법이다. 유니온툴은 볼 엔드밀로 했던 등고선 가공 대신 스퀘어 엔드밀을 활용한 역방향 등고선 가공으로 황삭가공 시간을 단축한 사례를 발표했다.

조합 형상 가공을 위한 정삭면 향상, 공구 손상 억제를 위한 유니온툴의 공구도 언급됐다. 기존의 CBN 시리즈를 개선한 CBN-LBSF가 그것. CBN 공구는 폴리싱 공정없이 가공기 만으로는 경면 가공이 어렵다는 단점이 있다. 반면 CBN-LBSF는 여유면에 버니싱 효과를 추가해 피삭재의 면조도를 향상시켰다.

공구 선단에 절삭날이 오도록 형상을 변경해 선단부의 부하 절감, 공구 손상 억제, 정삭면 향상 등의 효과도 확인할 수 있다. 절삭성 향상을 위해 꼬임각 형상도 추가됐다. 유니온툴 와타나베 히데히토는 “기존 문제점을 완벽하게 보완한 CBN-LBSF는 CBN 와 같은 10μm의 절 입량으로 가공할 경우 광택과 면조도가 더 향상된 것을 확인할 수 있다”고 말했다.

완벽한 금형 제작에 앞서

머시닝센터와 공구의 능력은 고정도 가공에 있어 중요한 요소다. 그렇지만 생각한 가공을 자유롭게 시뮬레이션할 수 있는 CAD/ CAM이 없다면 생산성과 효율성이 떨어질 수밖에 없다. 아이지피넷은 CAD 데이터 로 딩부터 NC 데이터 출력까지 CAD/CAM 일 체형인 하이엔드 시스템인 CAM-TOOL ES 를 소개했다.

CAM-TOOL ES는 특정 기계에 고정되지 않고 제한 없이 NC 데이터 출력이 가능하다. 자동 CAM 작업에 필요한 각종 DB와 템플릿을 지원해 고객 상황에 맞춘 자동 CAM 환경을 구축하게 도와준다. 다양한 툴링 형상과 가공 공정에 대응이 가능하며, 복수의 가공 형상을 동시에 연산할 수 있어 업무 효율성도 높일 수 있다.

아이지피넷은 일본 나고야정밀금형 사례를 통해 고경도 소재 적용 시 CAM-TOOL의 메리트를 언급했다. 자동차 헤드램프 관련 부품의 플라스틱 사출 금형 설계를 제조하 는 나고야정밀금형은 3축과 5축 가공에 CAM-TOOL을 활용해 랩핑 시간을 줄이고, 50% 정도 CAM 작업 공정을 단축시켰다. 장영준 팀장은 “CAM-TOOL은 급변하는 가공 환경에 최적화된 다양한 가공 모드로 광범위하게 금형 가공을 지원한다”고 언급 했다.

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