CAM 소프트웨어의 공구 라이브러리 및 시뮬레이션으로 생산 사이클 타임 대폭 단축

가족 소유의 금속 재활용 기업 슈판 앤 선즈(Schupan & Sons Inc.)는 미시간 주 칼라마주에 있는 140,000평방피트 규모의 슈판 알루미늄(Schupan Aluminum) 공장에서 자체 제조도 병행합니다. 지난 10년간 직원 수가 60명에서 325명으로 늘었습니다.

"우리의 부가가치 제조 사업이 유통 사업을 견인하고 있습니다. 대형 블랭크를 절단해 출하하거나 여러 공작소에 납품할 부품을 가공합니다."라고 슈판 알루미늄의 제조 이사 케빈 로첵(Kevin Roschek)은 말합니다. 주력 업무는 CNC 가공이며, 5년 만에 기존 10대에서 27대를 추가해 총 37대의 CNC 공작기계를 보유하게 되었습니다. 최대 고객층은 가구 제조사들로, 주로 사무용 또는 고급 야외 가구를 만들며 슈판은 복잡한 내부 전자 부품을 공급합니다. 의료, 자동차, 해양, 식품 산업 고객도 있습니다.

CAD/CAM으로 사이클 타임 단축

슈판이 성장하면서 사이클 타임 단축이 생산 효율을 높이는 최선의 방법이라는 결론을 내렸습니다.

"지그 고정(피스처링)은 역사적으로 우리에겐 큰 골칫거리였습니다." 슈판 알루미늄의 수석 제조 엔지니어 조셉 프록스마이어(Joseph Proxmire)는 말합니다. "3~4단계 공정이 필요한 부품이 많았는데, 이걸 1공정으로 만들려면 맞춤형 솔루션을 설계해야 했습니다."

이 문제 해결을 위해 슈판은 4축 및 5축 가공을 도입해 여러 부품을 한 번에 적재하고 여러 면을 동시에 가공하기 시작했습니다. 빠르고 깨끗한 가공을 위해 CAD/CAM 소프트웨어, 구체적으로 마스터캠(Mastercam)을 사용합니다. 이 소프트웨어의 다축 툴패스는 절삭 패턴, 공구 축 제어, 충돌 회피를 완벽하게 제어할 수 있게 해줍니다.

프록스마이어는 슈판의 소프트웨어 선정에서 핵심적인 목소리를 냈습니다. 과거 경험으로 마스터캠을 신뢰하며, "끊임없이 업데이트되고 개발자들이 소프트웨어를 지속적으로 발전시킵니다. 이전에 쓰던 다른 CAM 소프트웨어들은 최신 상태를 유지할 데이터가 부족했습니다."라고 말합니다.

복잡한 툴패스 해결

슈판의 까다로운 프로젝트 중 하나는 여러 종류의 복잡한 알루미늄 슈라우드(shroud) 제작이었습니다. 이는 항공기 내부 가구 부품으로, 처음에는 까다로운 형상 때문에 난항이 예상되었습니다.

"깊은 포켓 가공, 소구경 공구 홀딩, 연장 공구 홀더 사용을 위해 고급 5축 기능이 필요했습니다." 프록스마이어의 말입니다. "이 툴패스 덕분에 매우 좋은 표면 조도를 얻었습니다. Multiaxis Flow와 Multiaxis Curve 툴패스로 3~4축 가공으로는 훨씬 어려웠을 형상을 가공했습니다."

마스터캠의 5축 기능 덕분에 슈판은 복잡한 공구 포지셔닝을 소요 시간의 일부만으로 완료할 수 있었습니다. 프로젝트 중 인증 리셀러인 Axsys CAD/CAM Solutions Inc.에 포스트 프로세싱 도움을 요청했습니다. 단순히 포스트를 안내하는 대신, 계정 담당자 마이크 스티븐스(Mike Stevens)가 코드 전체를 개발해 주었습니다. Axsys의 지원과 고급 다축 기능 덕분에 슈라우드 프로젝트의 스트레스와 어려움이 거의 사라졌습니다.

프록스마이어와 프로그래머들은 질문이나 트러블슈팅, 공정 최적화 필요 시 언제든 Axsys에 연락하며, 스티븐스는 전화나 방문을 통해 지원합니다. Axsys는 지역 마스터캠 사용자를 위한 지속적인 교육도 제공하며, 슈판 같은 기업에 소프트웨어 최신 기능을 자주 소개합니다.

라이브러리와 시뮬레이션 활용

그런 기능 중 하나가 소프트웨어의 공구 관리자(Tool Manager)입니다. 사용자는 샌드빅 코로만트(Sandvik Coromant) 같은 제조사의 공구 라이브러리를 가져와 각 공구에 최적화된 경로를 적용하고 정보를 추출할 수 있습니다.

"하나의 커터 패스를 만들어 여러 위치로 전이할 수 있는 기능은 엄청납니다." 프록스마이어의 말입니다. "한 부품을 프로그래밍하고 그걸 라인 아래로 10개 다른 부품에 변환 적용합니다. 이 소프트웨어는 어프로치, 클리어런스 플레인, 커터 패스 미세 조정으로 최대한 빠르게 만드는데 탁월합니다. 우리 모든 슈링크 핏과 CAT 40 공구 홀더용 구형 공구 라이브러리와 홀더 라이브러리가 있습니다. 시뮬레이션이 훨씬 수월해집니다."

프록스마이어가 부품을 시뮬레이션할 때 소프트웨어 내 Verify와 Backplot 기능을 씁니다. 둘 다 가공 공정의 모든 부분을 화면에 표시하며 필요시 기록할 수 있습니다. 이 기능들은 공작물이 기계에 닿기 전에 충돌과 오류를 감지해, 운영자가 프로젝트를 더 빠르고 자신 있게 진행할 수 있게 합니다.

다이내믹으로 더 나아지기

각 부품을 시뮬레이션해 문제를 확인한 후, 프록스마이어의 초점은 다시 사이클 타임 단축으로 향합니다. 마스터캠의 다이내믹 모션(Dynamic Motion) 기술은 가공 중 소재를 지속적으로 모니터링하고 공구 움직임을 이에 맞춰 변경합니다. 소재 이동을 고려해 기계와 공구를 위험에 빠뜨리지 않으면서 최고 속도로 돌릴 수 있게 합니다.

"공구 수명이 훨씬 길어졌습니다. 특히 툴 스틸 같은 난삭재 가공 시 그렇습니다." 프록스마이어의 말입니다. "다이내믹 밀링으로 공구 수명이 늘고 금속 제거율도 확실히 높아졌습니다." 강재 가공 시 다이내믹 덕분에 사이클 타임이 최대 3배 단축되었다고 추정합니다.