첨단 캠샤프트 가공 기술로 최고 성능 구현

처음 빌리 고볼드와 통화했을 때 그는 프로 드래그 레이싱 팀의 커스텀 캠샤프트 테스트를 트랙에서 지켜보고 있었습니다. 고볼드 씨는 컴 캠스의 밸브 트레인 부품 제조사가 공급한 캠샤프트의 엔지니어링 그룹 리더입니다. 한 달 전 컴 캠스 설계 그룹은 이 용도의 캠샤프트 소재와 형상 구상을 막 시작한 참이었습니다. 설계에서 완성된 빌렛 캠샤프트까지 이렇게 빠르게 진행된 것은 몇 년 전만 해도 불가능했습니다. 당시 회사는 하이엔드 레이싱 캠샤프트 가공을 아웃소싱했기 때문입니다.

오늘날 컴 캠스는 오쿠마의 트윈 스핀들/트윈 터렛 선반에서 레이싱 캠샤프트 코어를 소량 배치 생산합니다. (캠샤프트 코어는 주요 형상이 가공되었으나 후속 열처리와 연삭이 남은 상태) 이 가공 능력을 내재화하여 커스텀 캠샤프트의 전문 레이싱 용도 납기를 크게 단축했습니다. 캠샤프트 코어를 수주일~수개월 기다릴 필요 없이, 이제 8시간 교대 근무당 최대 12개 M4 분말 야금 공구강 캠샤프트 코어를 생산할 수 있습니다.

속도에서의 성공

컴 캠스 캠샤프트 제품 라인은 고성능/비레이싱, 취미 레이서, NASCAR/NHRA 등 프로 레이싱 팀 엔진 빌더 세 부문으로 균등 분포. 멤피스 시설에서 가공되는 커스텀 빌렛 캠샤프트는 프로 레이싱 팀용입니다.

원래 장기 캠샤프트 코어 납기로 인해 소량 배치를 위한 "컨벤셔널" 셀 추가를 고려했습니다. 그런 셀은 보통 바 스톡 절단용 톱, 캠샤프트 전후면 페이싱/센터 추가/로브 레이아웃 그루빙용 선반, 캠샤프트 전후면 디테일 가공용 밀링, 로브 프로파일 가공용 추가 밀링 등으로 구성되며, 대부분 다중 셋업이 필요해 시간이 많이 소요됩니다.

고볼드 씨가 당시 오쿠마 아메리카 사장이던 래리 슈워츠(현 최고전략책임자)와 만나면서 다른 길을 선택했습니다. 20개 내외 생산 런에서 체인지오버 최소화와 셋업 단순화 방안 논의. 슈워츠의 아이디어는 트윈 스핀들/트윈 터렛 선반 사용. 바를 스핀들 사이 또는 내부에 클램프한 상태로 유지하면 캠샤프트 코어 완전 가공을 단일 셋업으로 가능. 트윈 스핀들로 일부 작업 동시 수행도 가능.

오쿠마 LT300-MY 선정. 고볼드 씨는 여러 면에서 초기 컨셉과 프로그래밍 실행이 약간의 기계 개조보다 더 큰 과제였다고 회고. 주요 기계적 변경은 메인/서브 스핀들 슬리브 크기를 키워 70mm 저널 캠샤프트 통과 가능하게 한 것. 기계가 높은 강성과 스핀들당 30마력을 제공하므로 자사 빌렛 레이싱 캠샤프트에 흔한 터프한 M4 분말 야금 공구강(30 HRC) 가공에 문제없다고 판단.

초기 과제들

컴 캠스가 오쿠마에 테스트용으로 보낸 "정말 어려운" 캠샤프트가 실제로는 다른 모델보다 가공이 쉬웠습니다. 9개 저널이 있어 서브 스핀들 클램핑 포인트가 일반적인 5저널 캠샤프트보다 많았기 때문. 원래 서브 스핀들 조가 5저널 모델에서 최소 2개 저널을 가로질러 클램핑하기에 충분히 길지 않았습니다(가공 중 적절한 지지 보장 필요). 6인치 긴 조로 교체하여 모든 유형 캠샤프트에서 2개 이상 저널 클램핑 가능해졌습니다. 메인 스핀들은 항상 솔리드 바 스톡을 클램프하므로 긴 조 불필요.

공작물이 조 내부에서 미끄러지는 문제도 발생. 일부 캠샤프트 소재가 더 단단히 클램핑하기 어려웠기 때문. 해결책은 카보나이트 메탈 코팅의 텅스텐 합금 코팅을 조 그립 면에 적용. 전기융착 방식으로 도포되어 스프레이 코팅보다 강한 야금학적 결합 형성. 이 코팅으로 가공 중 선형/각도 방향 공작물 미끄러짐 사실상 제거.

두 터렛 동작 동기화용 P 코드 적응도 초기 과제. P 코드는 터렛 간섭 방지뿐 아니라 동일 작업 동시 수행 신호도 보냅니다. 예: 상부 터렛으로 페이싱하고 하부 터렛으로 엔드 드릴링 시 동기화 필요(동시 불가). 상부 P10, 하부 P20 할당 시 상부 터렛이 프로그램에서 더 높은 P 값 만날 때까지 모든 동작 계속. 다음 P 코드가 하부 터렛 할당 값보다 높으면 상부 터렛이 하부 완료까지 대기. 하지만 양쪽 같은 P 코드면 동시 작업.

홀수 그루브가 없는 한, 바가 스핀들 사이에 물려 있을 때 터닝과 그루빙을 양 터렛 동시 수행. 상부 터렛은 메인 스핀들 근처, 하부는 서브 스핀들 근처에 최적화되어 핀치 터닝은 안 함. 하지만 고볼드 씨 추산으로 동시 절삭으로 재료 제거 30% 가속(공구 압력 균형 덕분). 각 바 섹션 중간에서 그루빙 시작해 스핀들 쪽으로 이동하면 양 끝단에 더 많은 스톡이 남아 강성 지지 보장, 약한 부위 플렉싱 방지로 그루빙 공구 핀치/파손 예방.

표준화의 이점

각 터렛 12 툴 스테이션, 총 24개. 대니얼 프리맨(컴 캠스 R&D 기술자) 말에 따르면 약 3분의 2는 거의 변경 안 함. 여러 스테이션 공구를 상하 터렛에 미러링하여 동시 가공 지원.

각 터렛 3개 그루빙 툴. 2개 조삭용(넓은 것 우선, 좁은 것 공간 협소 시). 3번째는 정삭용으로 24인치 캠샤프트 전 선형 치수에서 0.010인치 미만 공차 유지하며 버 없는 품질 표면 조도 구현.

상부 터렛: 서로 다른 직경 수직 엔드밀 2개 고정(라이브 스테이션). Y축 이동과 결합해 로브 밀링 수행. 좁은 0.75인치 엔드밀이 인서트 1개 적어 피드 레이트 낮춤. 상부 터렛 5개 수평 라이브 스테이션 툴도 잘 안 바꿈(전면 드릴링/탭핑/리밍 등).

하부 터렛: 전후면용 센터 드릴, 벤트 홀 등 생성용 수평 라이브 스테이션. 다기능 드릴링/보링 툴(카운터보어용), 대구경 인덱서블 인서트 드릴(후면 보어용) 등 기타 툴.

일부 라이브 툴링에 엑시스/에핑거 프레시플렉스 ER32 퀵체인지 어댑터 사용. 어댑터당 드릴/탭/밀 1개 수용. 셋업 시 각 툴 별도 장착 후 터치오프. 생산 런 중 프로그램 정지로 어댑터 스테이션 툴 교체 프롬프트. 1분 미만 교체, 터치오프 불필요(셋업 시 각 툴 오프셋 결정됨). 프리맨 씨 말에 따르면 어댑터 툴이 일반보다 몇 인치 더 돌출되나 클리어런스 이슈 없음.

쿨런트도 표준화: 가공과 연삭 모두 캐스트롤 신틸로 9918 합성 쿨런트 사용. 저가 쿨런트로 비용 절감 가능하지만 첨단 쿨런트의 일관된 성능 선호. 8,000갤런 중앙 쿨런트 시스템에 단일 메인 페이퍼 필터 시스템으로 가공/연삭 구역 동시 공급 계획.

표준화로 새 작업 시 터치오프 필요 툴 수 최소화. 보통 셋업 때 드릴, 리머, 탭 몇 개만 설치/터치오프. 프로그래머가 새 프로젝트 추가 툴링 필요 여부 신속 판단 가능. 결과적으로 대부분 새 작업 체인지오버 시간을 하루 종일에서 단 몇 시간으로 단축.

계속 렉스 럭스모어(아이스카 툴링 담당)와 긴밀 협력. 프리맨 씨 말에 따르면 신규 툴링 개발 사항 적극 업데이트. 예: 신규 코팅 그루빙 툴 추천으로 공구 수명 30-50% 향상. M4 분말 야금 공구강 등 어려운 소재 빈번 가공 시 이 지원 결정적. 이 공구강은 용서가 없고 너무 느리거나 가볍게 자르면 빠르게 가공 경화됨.

한 가지 조언

컴 캠스 목표는 혁신적 밸브 트레인 부품 선도 개발사. 가공은 그 수단. 고볼드 씨는 비슷한 접근 기업들이 제조 한계 인식 중요하다고 강조. 특히 LT-300MY 같은 복합 선반 추가 고려 시. 생산 의존 전 그런 기계 안팎 학습에 시간 투자 권장.

스쿠터 브라더스(공동 오너 겸 SEMA 회장)도 이해. 트윈 스핀들/트윈 터렛 기계 납품 후 처음 몇 달간 기계 활용도 향상되고 1년 내 하프 스로틀 생산 수준 달성하면 낙담 안 하겠다고.

고볼드 씨 이 접근이 모든 차이 만들었다고 확신. 컨벤셔널 터닝/밀링 경험만 있는 숍도 반드시 가공/프로그래밍 탁월하지 않아도 복합 다기능 기계 성공적 통합 가능 증명. 단, 기꺼이 목표 달성 돕는 장비 공급업체들과 견고한 관계 구축 필수. 신뢰할 수 있는 파트너 찾기가 전부라고 강조.