혁신적 키네마틱스 연삭 기계, 효율성과 정밀도 동시 실현

제조업은 끊임없는 개선의 연속입니다. 머신 숍이 품질 저하 없이 출고 속도를 높이려 애쓰듯, OEM도 수천 명의 인력을 투입해 고객의 일을 쉽게 만드는 장비 개선에 매진합니다. 이 혁신의 물결 속에서 가장 흔한 접근은 기존 솔루션 개선입니다: 5축 테이블 강성 높이기, 엔드밀 수명 연장, 현재 기술 개선.

하지만 때로는 완전히 새로운 솔루션 시도가 있기도 합니다.

그 예가 코번트리 어소시에이츠(Coventry Associates)의 이심 위치 결정 시스템(Eccentric Positioning System, EPS). 선형 슬라이드 시스템 대신 세 개의 원형 회전 테이블을 쌓아 올린 완전히 새로운 연삭 기계입니다. 이 회전 테이블들은 서로 중심이 어긋나 있어, 함께 작동해 ID 연삭 애플리케이션에서 연삭 휠의 선형·각도 위치를 정밀하게 안내합니다(영상 참조). 이 설계는 완전 전기로 구동돼 유압 장치와 관련 유지보수 비용이 필요 없습니다.

원형 논리 활용

연삭 휠을 회전 테이블 위에 올림으로써 코번트리는 사용자가 X축과 Z축 위치뿐 아니라 회전 축도 제어할 수 있게 했습니다. 이 높은 제어 수준으로 정밀하고 복잡한 패스가 가능하며, 유압 시스템이 없어 57×67인치 풋프린트로 이 모션 컨트롤을 구현했습니다. "실제로 올드 힐드(Heald) 1호 사이즈 연삭 기계 베이스 일부를 가져다 그 안에 EPS를 구축했습니다." 코번트리 어소시에이츠 사장 크레이그 가드너의 말입니다. "그 베이스엔 사실 우리가 필요한 것보다 공간이 더 많아 풋프린트를 40% 줄여 고객 니즈에 맞출 수 있습니다." 또한 더 큰 사이즈로 확장 가능하다고 합니다.

"작업 범위가 힐드 2CF 기계의 약 2배로, 이 기계는 직경 24인치까지 베어링 연삭용으로 설계됐습니다." 가드너의 말입니다. EPS는 직경 8.5인치 원 안에서 위치를 결정해 기계 모션이 X 3인치, Z 8인치 직사각형을 그릴 수 있게 합니다. 남은 위치 결정 영역은 다이아몬드 드레서로 연삭 휠에 복잡한 형상 형성에 활용 가능. 다만 가드너는 향후 EPS 설계로 더 많은 솔루션 제공을 예상합니다.

작은 크기에도 기계는 비교적 강성이 높다고 합니다. "EPS의 컴팩트한 크기 덕분에 매우 타이트한 하중 경로를 가집니다. 타이트한 하중 경로가 매우 높은 강성의 시스템을 만듭니다." 가드너의 말입니다.

EPS의 독특한 기능 중 하나는 특수 툴링이나 성형 다이아몬드 롤 없이 연삭 휠 성형 가능. 기계가 휠의 X, Z, 각도 위치를 고도로 제어하므로 표준 싱글 포인트나 로터리 다이아몬드 디스크 드레서로 휠을 드레서 위로 움직여 원하는 형상을 줄 수 있습니다. 롤 폼 드레싱 불필요해 연삭 관련 비용 제거될 뿐 아니라, 성형 다이아몬드 롤 제작 대기 없이 고객 파트 바로 착수할 수 있어 숍의 적응력 향상.

또한 EPS가 휠을 회전 테이블에 반드시 부착할 필요는 없습니다. 코번트리는 멀티툴(MultiTool) 버전도 개발했는데, 회전 테이블에 공작물을 올리고 주변에 3개 이상 고정 연삭 스핀들을 배치합니다. EPS 시스템이 공작물을 고정 연삭 스핀들로 이송합니다. "이 방식이면 단일 셋업으로 다중 연산 수행 가능." 가드너의 말입니다. "예: 테이퍼 롤러 베어링 콘의 보어, 레이스, 리브를 한 셋업으로 연삭 가능." 비교적 적은 부가 자동화로 기계 운영자 부담 경감.

가드너는 소량 다품종 고생산 작업엔 싱글툴(SingleTool) EPS를, 다품종 소량 작업엔 멀티툴 셋업을 추천합니다.

정밀 연삭을 위한 적응형 컨트롤

지멘스 시누메릭(Sinumerik) 840D CNC가 모션 컨트롤을 맡습니다. 가드너는 적응성이 선택 이유라 말합니다. "이처럼 새로운 시스템엔 높은 커스터마이징을 제공하는 컨트롤이 필요했습니다. 840D가 우리 독자 키네마틱스용 소프트웨어 개발에 필요한 도구를 줬습니다."

회사가 개발한 소프트웨어는 맥시마이저 그라인딩 프로세스(Maximizer Grinding Process)로, 적응형 힘 제어(AFC) 같은 기능 포함. 연삭 중 일정한 수직력 유지. 회사에 따르면 일정 수직력 연삭으로 금속 제거율 증가, 연삭 사이클 타임 최대 30% 단축. "연구에 따르면 금속 제거율은 수직 연삭력에 정비례합니다. 스핀들 파워가 허용하는 최고 수직 연삭력으로 연삭하되, 공작물 타지 않게 해야 합니다." 가드너의 말입니다.

코번트리 맥시마이저 소프트웨어의 또 다른 주요 기능은 실시간 편향 보상. 스핀들·기계 편향으로 인한 테이퍼와 부품 간 치수 변동 보상. "우리의 실시간 편향 보상으로 인프로세스 게이지 없이 인프로세스 게이지 공차 유지 가능." 가드너의 말입니다.

코번트리 많은 이들이 흥분하는 건 EPS가 제공하는 가능성의 표면만 긁고 있다는 점. "여기엔 공구 위치 결정(싱글툴 경우) 또는 공작물 위치 결정(멀티툴 경우)이란 근본적 문제에 완전히 새로운 솔루션이 있습니다. 근본적 접근 변화라 이 전환이 가져올 솔루션 배열을 이제 막 탐색하기 시작한 셈입니다." 가드너의 말입니다.