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국내 복합가공기 시장의 문 활짝 연 두산공작기계

바쁘게 돌아가는 현대 사회. 속도가 능력 판단의 기준으로 자리함에 따라 만물에게 요구되는 기능 중 하나가 바로 Multi-tasking이다. 치열한 글로벌 경쟁에 직면해있는 제조업계에서도 Multi-tasking은 필수적이다. 다품종 소량 생산으로의 체재 변환, 제품의 복잡성 증가, 생산성 향상 요구의 지속적 증가 등 다양한 환경적 변화에 대해 제한된 공장 내에서도 유연하게 대응할 수 있게 해주는 Multi-tasking Machine Tools, 즉 복합가공기에 대한 업계의 관심이 증가하는 것도 그러한 시대적 흐름을 증명하는 현상 중 하나다.

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복합가공기는 선반, 밀링, 드릴 가공 등 여러 공정을 1대의 기계에 집약한 장비다. 한 번의 셋업으로 완제품 생산도 가능한 복합가공기는 공정을 단축하고 반복되는 셋업 작업을 제거하여 리드타임을 줄일 뿐만 아니라, 공정간 이동 중 발생할 수 있는 가공 오차를 줄여 품질도 향상시킨다. 다양한 형상을 한 장비에서 가공할 수 있기 때문에 매스 커스터마이제이션(Mass Customization, 대량 맞춤 생산) 체제에서도 유연한 대응이 가능하다.

급변하는 제조 환경 속에 최적의 대안으로 주목받고 있는 복합가공기는 공작기계 시장의 새로운 성장 동력으로 작용할 가능성이 크다. 유수의 글로벌 공작기계 메이커들이 복합 가공기 개발 및 출시에 집중하고 있는 것도 그와 무관하지 않다. 일본계 기업들을 주축으로 메이커 별 라인업이 확장되고 있는 가운데, 국내 기업 가운데서는 두산공작기계가 글로벌 복합가공기 시장에 성공적으로 진입하며 영향력 확장에 대한 가능성을 인정받고 있어 눈길을 끈다.

글로벌 시장 조사 기관 테크나비오(Technavio)는 2017년 발표한 ‘세계 복합가공기 시장(Global Multi-tasking Machine Tools Market)’에서 네 곳 의 일본 메이커와 함께 두산공작기계를 ‘복합가공기 시장의 핵심 벤더 Top 5’로 꼽았다. 두산공작기계는 터닝 센터 베이스의 복합가공기 PUMA MX 시리즈 개발을 시작으로 더 진화된 성능의 PUMA SMX 시리즈, 그리고 밀링 센터 베이스의 DHF, DVF 시리즈까지 단계적으로 출시하며 라인업을 넓히고 있다.

일찌감치 복합가공기 개발을 시작했던 일본 메이커들보다 뒤늦게 시장에 발을 들여놓은 두산공작기계가 그들과 나란히 핵심 벤더로 주목받게 된 배경엔 무엇이 자리하고 있을까?

국내 최초 복합가공기의 탄생

고성능 Y축 기능을 부가한 SY 시리즈 개발 이후 2 스핀들, 2 터렛을 적용한 TT 시리즈까지 개발하면서 전체적인 터닝 센터 라인업을 완성한 두산공작기계는 그간의 기술 노하우를 바탕으로 2004년, 국내 최초의 복합가공기 PUMA MX를 출시했다. 두산공작기계는 글로벌 네트워크를 활용한 광범위 VOC(Voice Of Customer) 수집을 기반으로 기계, 제어, 소프트웨어에 대한 지속적 개선을 이어 나갔다. 두산공작기계 제어기술 1팀 김성근 수석 부장은 “복합가공기의 성능을 판단하는 핵심 기준 중 하나는 모션”이라고 설명하며 “전체 축이 얼마나 잘 연동되어서 스무스하게 움직이느냐에 따라 가공의 질이 달라진다. 부드러운 모션을 위한 조건은 강건한 구조 설계와 최적의 모션 제어다. 우리는 오랫동안 이 두 가지 분야에 대한 집중적 연구를 이어왔고, 그 결과 3세대 복합가공기 PUMA SMX 시리즈까지 성공적으로 라인업을 구축하게 되었다”고 전했다.

두산공작기계 제어기술 1팀 김성근 수석부장
두산공작기계 제어기술 1팀 김성근 수석부장

3세대 복합가공기 PUMA SMX

그렇게 2013년에 두산의 첫 직교 좌표형 복합가공기로 출시된 PUMA SMX 시리즈는 높은 생산성과 정밀도를 자랑한다. 제 1, 2 스핀들, B축, 밀링 등의 복합 가공이 가능하고, B, C축은 0.0001°까지 정밀한 위치 제어가 가능하다. 스핀들과 이송축 열 변위를 최소화하기 위해 오일 냉각 장치와 스마트 열변위 보정 기능을 적용하여 장시간 가공 작업에도 높은 정밀도를 유지할 수 있다. ‘IKC(Intelligent Kinematic Compensation function) for SMX’는 타 장비들과 차별화된 특별한 기능으로, 간편히 기하 오차를 보정할 수 있도록 지원한다. 해당 기능이 공구 끝단점(TCP, Tool Center Point)에서의 궤적 오차를 제로 미크론에 가깝게 맞출 수 있도록 해주기 때문에 정밀도를 유지하는 것이 더욱 용이하다. 올해 새롭게 라인업에 추가된 ST 모델 2종의 경우에는 12각 고강성 서보 타입 하부 터렛이 탑재되어 더욱 강력한 복합 가공 기능을 제공한다. 10인치 (PUMA SMX2600ST)와 12인치(PUMA SMX3100ST) 척, 1,540mm의 최대 가공 길이 및 660mm의 최대 가공경을 지원하여 크고 긴 소재 가공에도 무리가 없다. X, Z, Y축이 각각 695mm, 1,585mm, 300mm의 최대 축 이송 거리와 48m/ min, 48m/min, 36m/min의 급송 이동 속도를 지원하며 더 높은 생산성을 구현한다.

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PUMA SMX2600ST

더 나은 가공 환경을 고려한 장비

그러나 생산성과 정밀도 향상 외에 기존 MX 시리즈와 비교해 작업 편의성이 대폭 향상된 것이 SMX 시리즈의 특징이라는 것이 제품개발 1팀 조민희 부장의 설명이다.

“SMX를 개발하면서 주안점을 둔 또 다른 큰 주제는 장비 사용자의 편의성 향상이다. 동급 최대 이동 영역을 가진 직교 좌표 Y축 구조는 보다 넓은 가공 영역을 제공하여 사용자가 다양한 공작물을 손쉽게 세팅하고 가공할 수 있는 환경을 제공해주고 있다. 방진구 파킹 기능 등 새로운 콘셉트를 구상하고 개발한 것은 사용자의 편의성을 개선한 대표적인 사례라고 할 수 있다. 또한, 인체 공학 디자인을 적용하여 장비 조작 및 유지 보수를 위한 이동을 최소화하도록 하였으며, 접근성과 시인성 그리고 안전성을 최대한 고려했다.”

두산공작기계 조민희 부장
두산공작기계 제품개발 1팀 조민희 부장

기구적인 개선 외에도 사용자 편의성 향상을 위한 다양한 기능들이 적용되어 있다. 엔코더 헬프, 셋업 가이던스, 알람 가이던스 기능으로 구성된 이지 오퍼레이션 패키지를 적용하고 있으며, 최근에는 PC based CNC인 쿠포스(CUFOS)를 개발 및 탑재하기 시작해 눈길을 끈다. 오픈 CNC인 쿠포스는 툴 매니지먼트 기능, 충돌 방지 기능 등을 탑재함으로써 효율적인 복합 가공기 운영을 지원한다.

최근의 자동화 및 스마트화 트렌드에도 대응하고 있다. PC 기반 CNC 쿠포스가 상위 네트워크와의 자연스러운 연결을 지원하고 있으며, 상위 네트워크를 포함하여 자동화 설비 및 주변기기와의 원활한 연결을 위해 장비 자체에 표준 통신 네트워크를 탑재하고 있다. Ethernet IP와 Profinet 인터페이스를 지원하고 있기 때문에 랜 포트만 연결하면 간단히 다른 설비 및 시스템과 연동이 가능하다. 또, 24시간 무인 자동화의 안정성 확보를 위해선 부품의 신뢰성 확보도 중요하기 때문에 이와 관련해서 센서의 신뢰성을 높이는 작업을 유지하거나 터렛, 스핀들과 같은 주요 유닛에 대한 신뢰성 검증 작업에도 많은 공을 들이고 있다.

정밀한 장비 SMX, 타이트한 공차 관리 필요해

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PUMA SMX는 검증 시간이 일반 장비에 비해 4배 이상 걸릴 정도로 타이트한 품질 관리가 이루어진다.
PUMA SMX는 검증 시간이 일반 장비에 비해 4배 이상 걸릴 정도로 타이트한 품질 관리가 이루어진다.

 

조립 중인 PUMA SMX 모델들
조립 중인 PUMA SMX 모델들

 

주요 유닛을 가공하는 정밀 가공실의 온도는 20 ̊를 기준으로 ±1 ̊ 범위에서 관리된다.
주요 유닛을 가공하는 정밀 가공실의 온도는 20 ̊를 기준으로 ±1 ̊ 범위에서 관리된다.

 

개별 부품의 품질 관리를 위한 테스트 벤치
개별 부품의 품질 관리를 위한 테스트 벤치

 

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최근 유럽 항공 부품 시장을 위주로 활발한 납품이 이루어지고 있는 PUMA SMX 시리즈. 이처럼 해외 시장에서 인정을 받는 가장 근본적인 이유는 SMX 가 그들이 요구하는 높은 수준의 정밀도와 스펙들을 만족시켰기 때문이다. 이러한 정밀도와 스펙은 설계 단계에서부터 대부분 결정이 되지만, 그것이 완벽히 현실화되기 위해선 생산 단계에서의 역할이 중요하다. 생산 2팀 권태장 수석부장은 “설계 의도 그대로 제품을 구현하려면 생산 품질 확보가 최우선 과제다. 때문에 어떤 모델의 생산 과정에서도 항온·항습 관리, 테스트 벤치를 활용한 개별 부품 신뢰성 관리, 전수 검사 방식 등을 통해 철저한 품질 관리를 진행하고 있다. 다만, 복합가공기 SMX의 경우에는 장비 자체가 복잡하고 요구되는 정도도 월등히 높기 때문에 더 타이트한 기준으로 검사 및 검증을 한다는 것이 다르다면 다른 부분일 수 있다”고 전했다.

생산 2팀 권태장 수석부장
생산 2팀 권태장 수석부장

거의 모든 검사에서 SMX에 허용되는 공차 범위는 범용 장비의 절반 수준으로 타이트하게 관리된다. 검사 시간도 일반 장비보다 4, 5배 이상 소요된다. 3차원 측정기, 별도 제작한 치구 등 다양한 툴을 활용하여 수많은 항목을 철저히 검사하기 때문이다. 특별한 가공 환경을 가진 고객이나 특수한 옵 션을 요구한 고객들에겐 고객의 실제 가공 조건에 맞춰 추가적인 검사를 진행하기 때문에 더욱 긴 검사 시간이 소요될 수밖에 없다. 그러나 그 긴 시간의 검사에도 불구하고 시장의 단납기요구에 대응할 수 있는 것은 오랜 기간 쌓아온 생산 기술 노하우 덕이다. 생산기술 2팀 박해웅 부장은 “신기종이 나올 때마다 검증 포인트를 사전에 정의하여 개발 콘셉트에 맞게 성능이 나오는지 정확하게 검증이 이루어지게 되었으며, 이렇게 안정적인 품질 확보의 기반 위에서 서브 아세이나 병렬화 생산을 자유롭게 진행하게 됨에 따라 자연스럽게 생산성 향상도 가능해졌다”며 어떤 고객의 요구에도 유연하고 신속하게 대응할 수 있게 된 이유를 설명했다.

생산기술 2팀 박해웅 부장
생산기술 2팀 박해웅 부장

높은 성능 수준에도 안정적 품질을 확보하며 고객들에게 신뢰를 쌓아가고 있는 두산공작기계의 복합가공기 PUMA SMX 시리즈. 다양한 요구에 얼마나 신속하고 유연하게 대응할 수 있느냐가 경쟁력이 된 시대에 경쟁력을 향상시켜 줄 최적의 장비를 찾고 있다면, 해외로 눈을 돌리기 전에 먼저 고민해볼 가치가 충분한 솔루션이라 할 수 있겠다.

About 김솔 기자

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