고속 가공(HSM): 스핀들 속도 넘어 머신 강성, 열보상, 모션 컨트롤 총체적 설계 필요

고속 가공(HIGH SPEED MACHINING)이란?

고속 가공은 보통 15k rpm 이상 스핀들 속도와 연관되지만, 단순히 더 빠른 스핀들 이상입니다. HSM에 적합한 좋은 후보 머신을 선정할 땐 머신 전체를 고려해야 합니다. 열보상(Thermal Compensation), 전체 머신 강성 및 구조, 위치 피드백(Positional Feedback), 모션 컨트롤 시스템, 툴 유지력(Tool Retention) 등 많은 특성을 자세히 살펴본 후 특정 머신이 해당 작업에 적합한지 판단해야 합니다.

전통적으로 경화 소재의 정삭 가공은 EDM 기술로 수행되었습니다. 이 공정은 매우 효과적이었지만, 숍들은 제품을 더 빠르고 효율적으로 생산하는 방법을 지속적으로 모색했습니다. 결국 CAD/CAM 소프트웨어 기술이 진화하고 새롭고 더 생산적인 툴패스 생성이 가능해지면서, 이러한 고급 CAM 시스템 사용도 증가하기 시작했습니다. 이 새 기술 사용이 초기에 주로 금형 산업에 집중되었지만, 오늘날은 훨씬 더 보편화되어 제조 전 분야에 존재합니다. 이후, 대량 소재를 매우 빠르게 효율적으로 제거하는 것 외에도, 이 기술은 얇은 벽 피처(Thin-walled Features) 가공에도 꽤 효과적임이 입증되었습니다.

머신 툴 자체가 고속 가공에 충분히 견고하고 잘 갖춰져 있어야 하지만, 진짜 마법은 오늘날의 고급 CAM 소프트웨어 패키지가 생성하는 툴패스에 있습니다. 코너에서 특히 일관된 칩 로드(Chip Load)와 공구 결합(Tool Engagement)으로 커터 패스를 생성하는 능력이야말로 전체 공정의 비밀 소스(Secret Sauce)입니다. 툴패스의 유한 제어(Finite Control)와 공구가 마주칠 소재 결합량을 지속적으로 제어하는 능력 덕분에 절삭 파라미터를 극적으로 증가시킬 수 있습니다. 작은 직경 공구도 기존 한계를 훨씬 뛰어넘어 밀어붙일 수 있습니다.

전통적 툴패스는 '레이스트랙(Racetrack)' 패턴으로 절삭합니다. 가공 중인 피처 전체 형상을 단순히 따르며, 공정 자체가 성능 향상에 필요한 제어 파라미터가 부족합니다. 이 제어 부족은 공구가 가변적인 양의 소재를 마주치게 만듭니다. 특히 코너에서. 이는 커터가 더 빨리 가는 능력을 부정적으로 영향을 줍니다. 증가된 선형 힘과 커터 스트레스 때문에 절삭 깊이, RPM, 이송률을 낮춰야 합니다. 추가된 마찰로 인한 열 축적 때문에 쿨런트가 성공적 결과를 위해 대부분 필요합니다. 이 마찰로 인한 열 축적 외에도, 공정의 간헐적 과도 결합(Over-engagement)은 극심한 공구 마모를 유발하고, 전체 공구 수명은 고속 가공 관행으로 달성할 수 있는 것보다 훨씬 짧아집니다.

허코의 이점... 매우 견고한 머신으로 HSM에 잘 적합한 것 외에도, 허코는 다른 어떤 머신 툴 제조사도 가지지 못한 걸 가지고 있습니다! 바로 UltiMotion. 아래 영상을 보세요. SolidCAM의 iMachining으로 프로그래밍되었으며, 고속 가공 기법을 사용해 이미 최적화된 툴패스를 보여주고, 그 툴패스를 허코의 특허받은 UltiMotion 모션 컨트롤 시스템을 활용하는 머신과 비교합니다.