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치열해진 금형 시장, 핵심 경쟁력은 고정밀·고부가가치 가공능력 – 두산공작기계의 수직형 머시닝센터 MP 6500

전기차·수소차 등 친환경차의 출현과 전장(전기·전자 장치) 기능이 접목된 부품·소재들의 개발 확대가 금형트렌드의 변화를 이끌고 있다. 범용 금형기술의 신흥국 이전이 가속화되고, 기술선진국의 글로벌 시장 경쟁이 더욱 치열해지는 상황에서, 지속가능한 경쟁력을 확보하기 위해서는 고정밀·고품위 가공기술이 적용된 고부가가치 금형생산이 불가피해졌다. 특히 공작기계는 장비 자체의 고기능화뿐만 아니라 금형가공 공정의 단순화와 가공프로세스 개선을 주도하면서 급변하는 금형가공의 트렌드까지 수용해야 한다. 최근 금형업계가 요구하는 고정밀·고부가가치 가공성능을 확보한 장비로 평가받고 있는 수직형 머시닝센터 ‘MP 6500’에 대해 두산공작기계에서 발표한 기술백서를 중심으로 자세히 알아본다. 

전기차 부품과 IT정밀기기의 성능이나 안전성을 좌우하는 금형은 높은 가공정도가 요구된다. 이와 함께 스마트기기의 수요 증가와 다품종 소량생산의 확대는 금형의 가공시간 단축과 생산성 향상도 함께 요구하고 있다. 여기에 더해 에너지 절감을 위한 경량화 소재 적용과 복잡한 부품의 형상은 가공기술을 고도화시키고 있다. 여러 목표를 달성하려다 보면 목표 중 일부가 늦어지거나 희생되는 경우가 많다. 이러한 트레이드오프(Trade off) 관계는 금형의 고품질 실현 과정에서도 적용되는데, 통상적으로 생산성 향상을 위해 절삭조건을 빨리하면 표면조도나 금형의 가공품질이 떨어지기 때문이다. 이러한 이유에서 많은 금형업계는 ‘생산성’과 ‘품질’ 두 마리 토끼를 잡을 방법을 고심하고 있다. 

그렇다면 고품위 정밀 가공을 위해서 공작기계는 어떠한 성능을 갖추어야 할까? 그 답을 주는 장비가 바로 MP 6500이다. 두산공작기계의 MP 6500은 정압식 스핀들 적용으로 고정밀 가공이 가능하며, 절삭조건을 최적화시키는 고속/고정도 윤곽제어로 우수한 가공표면조도를 확보할 수 있다. 이 밖에도 열대칭 문형 구조로 설계된 MP 6500은 칩 처리와 접근성 개선을 통해 작업 편의성을 높였으며, 설치 공간 축소를 통해 장비 운영에 편의성 또한 향상시켰다.

두산공작기계의 수직형 머시닝센터 MP 6500
두산공작기계의 수직형 머시닝센터 MP 6500

고속·고정밀·고품위 가공에 있어서 스핀들의 역할은?
수직형 머시닝센터 MP 6500이 고품위 금형가공기로 불리는 이유에 대해 두산공작기계 AE 기술개발팀 윤여민 차장은 “고품위 금형을 결정하는 가장 중요한 기준은 금형 표면의 거칠기, 다시 말해 툴 마크가 잔류하지 않고 가공물의 표면이 얼마나 매끄럽고 정밀하게 가공되었는가에 있다”며, “MP6500은 가공면의 품위를 높이기 위해 공구 회전정밀도와 회전진동을 최소화한 고강성·저진동 스핀들 구조를 설계·채택했다”고 설명했다.

스핀들의 경우 강성을 확보하기 위해서는 베어링에 예압을 부가하는데, MP 6500은 정압 예압 구조의 스핀들을 적용해, 기존 스핀들 대비 저속영역 강성 향상 및 고속회전으로 가공품질의 향상은 물론이고 장비와 공구의 수명을 획기적으로 늘렸다는 것이다. 특히 MP 6500은 가공 소재 및 조건에 따라 최대 20,000~40,000rpm/min까지의 고속 가공이 가능한 스핀들을 선택할 수 있으며, 스핀들과 공구의 견고한 고정을 통해 고속 절삭 시 공구 수명 및 표면조도를 향상시킬 수 있는 2면 구속 공구를 표준 적용하고 있다. 

두산공작기계 제품 개발팀 유근희 부장은 “정압식 스핀들을 적용한 MP 6500은 정삭 후 매우 우수한 면조도를 확보할 수 있으며, 타사 동급대비 뛰어난 황삭 능력을 보유하고 있다”라며 “가공력과 가공정밀도를 필요로 하는 최근의 고품위 가공 트렌드에 가장 부합하는 장비”라고 밝혔다.

두산공작기계의 수직형 머시닝센터 MP 6500의 가공 모습
두산공작기계의 수직형 머시닝센터 MP 6500의 가공 모습

자동화 대응력 향상과 생산성 향상에 기여하는 소프트웨어 및 솔루션은?
고속·고정밀 금형가공기인 MP 6500은 안정적인 문형구조를 적용하고 장비의 강성을 증대시켜 고정밀 가공을 실현했으며, 고속/고정도 윤곽제어, 공구 모니터링, 최적 피드 제어 솔루션 등 금형가공 최적화 솔루션이 적용되어 금형가공의 자동화도 실현했다. 윤여민 차장은 “MP 6500은 두산공작기계에서 개발한 우수한 제어기능을 집약시킨 모델이다. 생산성을 높이기 위해 절삭조건을 빨리해도 장비 강성에 최적화된 제어 파라미터를 설정해 가공정도를 안정적으로 유지해 주며, 가공물의 윤곽 선독 기능은 가공시간 단축에도 기여한다”고 말했다.

두산공작기계의 고속·고정도 윤곽 제어 기술인 DSQ(Doosan Super Quality)의 최신 버전을 적용한 MP 6500은 가공물 윤곽의 추정(선독)이 빠르고 정확하게 이뤄져 곡면가공을 미리 예상할 수 있으며, 이를 통해 가공시간도 단축시킬 수 있다. 특히 MP 6500에는 DSQ2에 600 블록 해석 기능을 추가한 DSQ3을 적용해 대용량의 금형 프로그램을 저장할 수 있는 데이터 서버를 표준화하였다. 또한, MP 6500에 적용된 최적 피드 제어 기술인 DAFC(Doosan Adaptive Feedrate Control) 기능은 실시간 스핀들 부하 검출을 기반으로 최적의 피드로 가공할 수 있는 환경을 만들어 준다. 

이 밖에도 MP 6500은 다양한 금형가공 최적화 솔루션들을 채택하고 있다. 고속 회전에서 스핀들 샤프트의 확장에 의한 공구의 위치변화를 보정하는 ‘스핀들 정적 변위 보정’, 외부 온도 변화에 따른 구조물의 불균일한 굽힘이나 팽창을 다수의 온도센서를 이용하여 보정하는 ‘구조물 열변위 보정’ 기능이 대표적이다. 이와 함께 직선 이송계의 강성 및 정밀도 증대를 위해 롤러 타입의 리니어 가이드웨이와 고강성 커플링 및 너트쿨링 방식을 적용하여 높은 정밀도를 유지할 수 있다. 

윤여민 차장은 “MP 6500 장비를 경험해 본 고객들은 가공정도와 가공면의 품질에 대해 높이 평가하고 있어, 최근 초정밀 금형 분야에서의 수요가 늘고 있다”라며 “구조에서부터 구조물의 재질까지 첨단의 소재를 적용하고 있는 동 시장에서도, MP 6500은 난삭재 가공에 우수한 성능을 발휘할 수 있기 때문에, 앞으로도 수요는 늘어날 것으로 기대된다”고 밝혔다.

두산공작기계의 수직형 머시닝센터 MP 6500의 고속/고정도 윤곽 제어 기술인 DSQ 기능을 사용하면, 고품질은 물론 가공 시간 단축도 가능하다.
두산공작기계의 수직형 머시닝센터 MP 6500의 고속/고정도 윤곽 제어 기술인 DSQ 기능을 사용하면, 고품질은 물론 가공 시간 단축도 가능하다.

고품위 금형가공기의 새로운 수요시장은?
앞서 설명한 바와 같이, 전기·수소차 등 미래차의 출현이 가속화되고, 스마트기기의 수요도 늘어나면서 금형가공업계에도 많은 변화가 나타났다. 특히 기존의 전자·IT기기 부품뿐만 아니라 친환경 자동차 부품 역시 기계적 특성 못지않게 전기·전자제어의 기능적 역할을 키우면서, 고부가가치 금형의 수요가 동반 상승했으며, 고품위·고정밀 금형가공 기술력에 대한 니즈가 그 어느 때보다 커졌다. 여기에 더해 올해부터 50~300인 규모 중소기업의 ‘주 52시간 근무제’가 본격적인 시행에 들어감에 따라 작업준비 시간과 비절삭 가동시간을 줄이고 생산가공라인을 자동화 대응력을 향상하려는 니즈들이 커지고 있다. 

윤여민 차장은 “전기자동차에 적용되는 부품의 공차는 내연기관보다 높지만, MP 6500의 성능으로 볼 때 정밀한 전기자동차 부품의 가공까지 미래차 수요에 폭넓게 기여할 수 있을 것”이라며, “전기차뿐만 아니라 높은 정도를 요구하는 IT정밀기기나 무인항공기 부품 가공에 있어서도 MP 6500의 역할은 커질 것”이라고 말했다. 또한, 유근희 부장은 “MP 6500은 인체공학적인 조작반 디자인의 OP 패널과 15인치 대형 모니터, 쉽고 편리한 세팅, 작업을 위한 소프트웨어 기능 등이 포함된 두산공작기계의 EOP(Easy Operation Package)를 패키지로 제공하고 있기 때문에, 금형가공기를 통한 근무환경 개선과 금형 가공의 자동화 대응력 향상에도 기여한다”고 덧붙였다.

한편, MP 6500은 초정밀가공과 미래차용 금형가공뿐만 아니라 미세홀 가공에서도 특화된 경쟁력을 확보하고 있다. 윤여민 차장은 “MP 6500을 통해 130시간의 미세패턴 가공 테스트를 진행한 결과, 경쟁사는 도중에 Z축 스핀들이 손상된 반면, MP 6500은 끝까지 가공을 완료했으며, 정도 면에서도 우수한 결과를 보였다”라며 “미세 패턴 가공 영역에서도 최근 MP 6500에 대한 관심이 높아지고 있다”고 덧붙였다.

두산공작기계 AE 기술개발팀 윤여민 차장, 제품 개발팀 유근희 부장
두산공작기계 AE 기술개발팀 윤여민 차장, 제품 개발팀 유근희 부장

 

About 이상준 기자

생산제조인을 위한 매거진 MFG 편집장 이상준입니다. 대한민국 제조업 발전을 위해 일합니다.

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