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가공 단계별로 짚어본 금형 측정 POINT

금형 품질의 신뢰도와 직결되는 측정은 모든 가공 단계에서 꼭 거쳐야 할 필수 과정이다. 금형 형상이 복잡해지고 높은 수준의 가공 정도를 요구하다 보니 수 μm 이내의 정밀 치수까지 검사해야 한다. 매우 까다롭고 어려운 작업이지만, 레니쇼는 금형 가공 공정을 4단계로 구분해 생산성을 유지하면서도 품질을 높일 수 있는 금형 측정 솔루션을 제안한다. 단계별로 확실히 짚고 넘어가야 하는 금형 측정 포인트를 확인해보자.

STEP1 공정의 기초를 탄탄하게 다져라

장비가 항상 새 제품의 성능을 발휘할 수는 없다. 연속으로 장비를 가동하면 기계 부품의 마모, 변형, 노후화가 진행된다. 기계의 오차는 최종 제품 품질에 직접적인 영향을 미치는 만큼 공정 시작 전 가공 환경을 안정시키고 기계 정도 검사를 통해 문제를 바로잡는 작업이 필요하다.
볼바는 양 끝에 볼과 정밀한 변위 센서가 부착된 형태로 간단한 셋업과 2축 원호 보간을 통해 기하학적 오차 및 제어기와 서보 구동계에 기인한 오차를 정확히 측정하여 기계의 동적 성능을 개선할 수 있는 장치다.

레니쇼 QC 20-W 볼바
레니쇼 QC 20-W 볼바

레니쇼의 QC20-W 볼바를 이용하여 주기적인 장비 성능 모니터링과 선제적인 유지보수를 한다면 계획적이고 안정적인 설비 운용을 할 수 있다.

STEP2 공구와 공작물 위치는 어디?

금형 가공 측정의 식지 않는 이슈는 공구와 공구 간 또는 공구와 공작물 간 상대적인 위치의 정확한 설정이다. 가공 전 사전 준비단계에서 이루어지는 공작물의 원점 설정, 공구 길이와 직경 세팅은 모든 가공의 기준이 되는 요소이고 가공 결과에 큰 영향을 주기 때문에 정확한 세팅이 필요하다. 기존의 수동 측정 방식은 작업자의 숙련도에 따라 세팅 오차, 과도한 세팅 시간에 따른 비 생산 시간이 증가하는 문제가 발생한다.
레니쇼는 이러한 문제를 해결하기 위해 기계 내 자동 계측 장치의 활용을 제안했다. 자동으로 공구와 공작물을 측정하고 측정값도 바로 업데이트할 수 있어 작업자의 숙련도와 상관없이 항상 빠르고 정확한 세팅이 가능하다. 또한, 프로브로 공작물의 정렬 상태를 확인하고 좌표계 회전을 통해 바로 가공할 수도 있어 공작물이 틀어져 있어도 기구적인 정렬이 필요 없이 바로 가공한다. 최근 공작기계 업체에서도 자동 계측 장치를 표준으로 장착해 출시하는 추세에 맞춰 레니쇼는 LTS, TS27R, NC4 등 다양한 공구 측정기를 운영하고 있다. 또한, OMP/RMP 시리즈의 검사 프로브를 이용한 자동 계측, 열변위 보정 솔루션을 제공하고 있다.

STEP3 가공 중 발생하는 변형을 잡아라

가공 중에 발생하는 열변형을 예측하고 보상하기란 쉬운 일이 아니다. 기계를 사용하는 고객사마다 환경이 다르고, 온도 관리 여부는 물론, 기계뿐만 아니라 금형 소재까지도 온도 변화에 영향을 받아 변형이 계속 발생하기 때문이다.
레니쇼는 자동 계측 장치를 활용해 가공 중 일어나는 열변형을 모니터링해 바로잡는 방법을 제시한다. 주축의 발열, 기구물의 마찰, 외부 열원 등 여러 가지 요인으로 열변형이 발생하지만, 최종적으로 모든 변형 요소들이 적용된 결과가 공구와 공작물 간 상대 위치 오프셋에 반영되기 때문이다.
장비별 열변형이 발생하는 추이를 사전 분석하고, 가공 중 변형이 발생한 시점에서 공구 오프셋을 다시 업데이트하면 열변형에 의한 문제를 절감시킬 수 있다. 또한, 프로브를 이용하여 가공 중인 소재의 절삭 여유량을 확인하고 기계 오프셋을 업데이트해 측정 시간을 최소화하면서 기계 변형까지 보정해준다. 따라서 금형 품질을 한 단계 끌어올릴 뿐 아니라 항상 균일한 결과를 유지할 수 있어 제품의 신뢰성을 높일 수 있다.

STEP4 가공된 금형 제품에 대한 검사는 어떻게?

가공이 끝난 금형 제품 측정은 주로 3차원 측정기를 사용한다. 3차원 측정은 복잡한 형상도 정확하게 측정하여 안정된 치수, 형상, 위치 정보를 얻을 수 있고 응용 범위가 매우 넓어 금형 제품에 대한 측정에도 많이 활용되고 있다.
최근 제품의 모델 변경 주기가 짧아지고 이에 따른 생산시간 단축, 빠른 납기에 대한 요구가 많아짐에 따라 금형 제품 측정에도 조금씩 변화가 일고 있다. 특히금형이 크고 형상이 복잡한 경우 기존과는 다른접근 방법이 필요하다는 게 레니쇼 측의 설명이다.
일반적으로 가공이 완료된 후 소재를 측정실로 옮기고 소재의 온도가 측정 환경에 안정화될 때까지 기다리며 적체된 측정 물량에 따라 순차적으로 측정 결과가 나오기까지 많은 시간이 걸린다. 측정 결과를 가공 프로세스에 반영하기 쉽지 않고, 특히 대형 프레스 금형 등은 크기에 맞는 대형 CMM을 구비하기도 쉽지 않다.

레니쇼 OMP400 RENGAGE 고정밀 프로브
레니쇼 OMP400 RENGAGE 고정밀 프로브

레니쇼는 이 부분을 보완하기 위한 대안으로 프로브를 이용한 기상 측정 방법을 제시했다. 기상 측정은 공작기계에서 가공 후 공작물을 분리하지 않고 현장에서 바로 측정하는 방법이다. 레니쇼의 고정도 Rengage 기술을 적용하여 0.25μm의 매우 높은 반복 정밀도를 가진 3D 측정 프로브를 사용하면 복잡하고 큰 금형도 빠르고 정확하게 측정할 수 있다.
레니쇼 Productivity+ AE Pro 통합 기상 측정 소프트웨어 솔루션은 그래픽 화면에서 쉽고 빠르게 측정 프로그램을 생성하고 검사 결과에 따른 기계 오프셋 보정으로 즉각적인 수정 가공을 지원할 뿐 아니라 검사 결과 보고를 통해 공정 제어의 신뢰성을 높일 수 있다.

레니쇼코리아 이찬호 부장
레니쇼코리아 이찬호 부장

레니쇼코리아 기술지원을 총괄하고 있는 이찬호 부장은 “우리가 정기적으로 건강검진을 받아 평소 건강을 챙긴다면 갑자기 아파서 응급실에 가는 일이 줄어드는 것처럼 금형 가공에도 장비에 대한 정기적인 검진이 필요하다. 공정 전 5분만 투자하여 볼바를 이용해 평소 장비 성능을 관리한다면 갑작스러운 장비 고장으로 인한 비 가동 시간을 줄이고 생산성을 높일 수 있다.”고 공정기초 단계의 중요성을 재차 강조했다.
또한, “가공 프로세스 내 측정의 역할은 가공 전 공구와 공작물을 정확히 세팅하고, 공정 중 발생하는 예기치 못한 변형과 파손을 감지하며, 가공된 제품을 검사해서 합격 여부를 판정하는 등 매우 다양하다. 공정상의 낭비 요소를 줄이고 금형 품질을 높이기 위해서는 사용자들이 레니쇼 프로브를 적극적으로 운용할 것을 추천한다”고 말했다.

About 김란영 기자

따끈한 밥 위에 스팸 한 조각처럼 감칠맛 나는 기사로 여러분의 입맛을 책임지겠습니다. 맛있게 읽으세요 :)