엔드워킹 터렛으로 정밀 샤프트 생산 사이클 타임 단축

그랜드 헤이븐 스틸 프로덕츠(Grand Haven Steel Products, 미시간주 그랜드 헤이븐) 작업장의 샤프트 작업 표준 절차는 역사적으로 소프트 선삭, 부품을 외부로 보내 경화, 최종 공차까지 연삭이었습니다. 선삭 애플리케이션이 그리 까다롭지 않아 8대 CNC 선반에서 일반적으로 ±0.002인치만 유지하면 되고 정밀도는 연삭기에 맡겼습니다. 하지만 일부 부품을 하드 터닝할 수 있다면 효율성을 크게 높일 기회가 있었습니다. 그래서 1997년 주로 이 작업을 위해 하딩(Hardinge Inc., 뉴욕주 엘마이라) 컨퀘스트(Conquest) T-51 CNC 선반(2인치 바, 10인치 척 용량)을 구매했습니다. 제조 엔지니어링 매니저 조지 스탈(George Stahl)에 따르면, 작업장이 처음 맡은 작업 중 하나에서 40 HRC 샤프트의 중요한 그루빙 작업을 요구된 0.0003인치 공차 내에서 잘 수행했습니다.

1년 내 작업장은 생산성을 더 높일 필요를 느꼈고, 두 번째 하딩, 컨퀘스트 T-42(1-5/8인치 바, 8인치 척 용량)를 구매했습니다. 첫 기계와 달리 T-42는 '램 터렛(Ram Turret)'이 장착돼 있었는데, 이는 온센터 엔드워킹 작업을 수행하는 보조 6스테이션 터렛입니다. 이 기계 구성의 큰 장점은 ID와 OD 작업을 동시 수행할 수 있다는 점입니다. 예를 들어 주 터렛으로 선삭하면서 제2 터렛으로 드릴링이나 태핑을 할 수 있습니다.

동시 ID/OD 작업의 가장 분명한 장점은 사이클 타임을 크게 줄일 수 있다는 점입니다. 한 예로, 일체형 플랜지 샤프트 부품이 OD 선삭과 드릴링, 태핑, 챔퍼링이 필요한 보어를 요구했습니다. 이 모든 작업을 순차적으로 할 때 보어 측 사이클 타임이 70초였습니다. 이 부품을 T-42로 옮겨 ID와 OD 작업을 동시 수행하자 사이클 타임이 46초로 줄었습니다. 평균 생산량이 기존 시간당 26개에서 현재 48개로 늘었습니다.

하지만 하드 터닝을 처리할 만큼 충분히 강성한 기계 구조와 ID/OD 작업 처리 유연성, 효율적 워크홀딩의 조합이 그랜드 헤이븐에 생산성을 정말 높여주는 공정 능력을 줍니다. 위 공작물 경우, 중요한 홈 직경이 통계적 공정 관리로 모니터링됩니다. 상한 관리 한계가 공칭값의 -0.00015인치, 하한 관리 한계가 -0.00045인치로 총 대역폭 0.0003인치인데, 이 형상이 관리 한계 내에 잘 유지됩니다. 이 정밀도로 그랜드 헤이븐은 후속 연삭 작업을 없애 부품 제조 비용을 크게 낮췄습니다.

워크홀딩이 이 능력과 큰 관련이 있습니다. 많은 작업장처럼 그랜드 헤이븐도 아주 작은 부품 빼곤 3조 척으로 잡는 걸 첫 생각으로 합니다. 하지만 어떤 상황에선 더 나은 결과를 주는 다른 옵션들이 있음을 발견했습니다. 예를 들어 T-42에서 처음 돌린 작업 중 하나는 지름 공차 ±0.0003인치, 전후 최대 런아웃 0.0005인치, 경화 400 시리즈 스테인리스강 주요 직경에서 32 RMS 마감을 요구했습니다.

이 형상들을 일관되게 달성하는 게 처음엔 어려웠습니다. 조사 결과 부품들이 3조 척에서 일관되게 안정화되지 않음이 드러났습니다. 하딩 권고로 16C 데드렝스 콜렛(dead-length collet)으로 조 척을 대체했습니다. 이로써 가공이 스핀들 면에 훨씬 더 가깝게 이뤄져 런아웃과 표면 마감이 모두 개선됐습니다. 게다가 콜렛으로 더 높은 rpm에서 부품을 돌려 더 효율적 가공이 가능했습니다. 마지막으로 데드렝스 시스템으로 부품 길이를 훨씬 더 엄밀히 제어할 수 있게 됐습니다.