스위스 터닝 기계: 시계 부품 정밀 가공을 위한 장인 정신

스위스 원리(Swiss principal)는 1800년대 스위스에서 매우 작고 복잡하며 긴 시계 부품 선삭을 위해 개발됐습니다. 시계 산업은 스위스 사람들에게 오랫동안 중요했기에, 기존 '고정 헤드스톡 선반(Fixed headstock lathe)'으로는 만들 수 없는 작은 부품을 만드는 스위스 선반(Swiss Lathe)을 발명했습니다. 이는 많은 시계 부품에서 발견되는 극단적인 길이-직경 비율과 선삭 세심함이 필요한 작은 직경 때문이었습니다.

고정 헤드스톡 선삭(Fixed Headstock Turning)

고정 헤드스톡 원리는 길이-직경 비율이 4:1을 넘으면 공구 압력으로 공작물이 휘는 경향이 있습니다. 그게 공작물을 길이만큼 내보낸 뒤 바를 주어진 직경으로 선삭하는 기존 선반의 정상적 한계였습니다. 경우에 따라 소재 크기, 선삭 길이/직경, 마무리 패스 수에 따라 4:1을 넘길 수도 있었습니다.

테일스톡(Tailstock)과 스테디 레스트(Steady rest) 사용이 더 긴 길이 선삭을 도울 수 있지만, 이 두 기능은 더 큰 부품에서만 효과적입니다. 스위스 기계가 활약하는 직경에서는 보통 바 크기 38mm까지, 최대 1인치 미만 바 직경이 대부분입니다.

스위스 오토매틱(Swiss Automatic)은 스위스 타입(Swiss Type), 스위스 스크류 머신(Swiss Screw Machine), 슬라이딩 헤드스톡 선반(Sliding Headstock Lathe) 등 여러 이름으로 불립니다. 스위스 CNC(컴퓨터 수치 제어) 기계는 의료 기기, 골나사, 치과 임플란트, 전기 커넥터 콘택트 핀, 시계 부품 등 다른 어떤 것도 그만큼 효과적이지 않은 여러 산업에서 쓰입니다. 항상 바스톡에서 만들어지는 작고 복잡하거나 정교한 부품들입니다.

스위스 오토매틱 선반은 바스톡 가동 전용으로 설계돼 보통 12피트(약 3.6m) 바를 사용합니다. 많은 경우 자동 매거진 바피더가 여러 바를 랙에 올려 바 소진 시 자동 재장전합니다. CNC 스위스 기계로 대량 생산이 흔합니다.

선삭 부품을 메인 스핀들에 재클램핑해 추가 작업하는 2차 작업용으로 스위스가 쓰이는 건 매우 드문 경우입니다.

전형적인 스위스 부품(Typical Swiss Parts)

바스톡에서 길고 가는 부품을 선삭하는 데 스위스 선삭 기계가 이토록 효과적인 핵심 요소는 가이드 부싱(Guide Bushing) 사용입니다. 가이드 부싱은 헤드스톡 주물에 장착되고 부싱 내경(ID)은 바 직경의 1/10000 단위까지 맞춰집니다. 바는 가이드 부싱 뒤 슬라이딩 헤드스톡의 콜렛에 클램핑됩니다. 바는 가이드 부싱을 통해(Z축) 밀려나가고, 가이드 부싱 바로 앞에 위치한 선삭 공구가 주어진 직경으로(X축) 이동해 공작물 처짐이 거의 제로인 상태에서 선삭이 이뤄집니다.

초기 캠 구동 스위스 오토매틱 시절에는 가이드 부싱이 비회전식이었습니다. 그래서 바가 센터리스 연마로 매우 엄격한 공차로 가공돼 가이드 부싱 내경과의 밀착이 일정해야 했습니다. 바가 비회전 부싱 안에서 회전하므로 높은 마찰이 발생해 절삭유를 가이드 부싱과 절삭 공구 양쪽에 공급해야 했습니다.

오늘날 거의 모든 스위스 스타일 선반 제조사는 구동형 동기 가이드 부싱을 포함해 헤드스톡 콜렛과 1:1로 회전시킵니다. 이는 마찰과 열 발생 경향을 크게 제거합니다. 그렇다 해도 대부분 스위스 하우스(작업장)는 여전히 수용성 절삭유 대신 절삭유(Cutting oil)를 사용합니다. 절삭유는 기계 윤활과 녹/조기 마모 방지에 도움이 됩니다. 중고 스위스 기계는 수용성 냉각수 사용 시 가치가 크게 떨어지고, 이 사실이 예비 구매자에게 알려지면 재판매가 매우 어렵습니다.

오늘날 CNC 스위스 오토매틱 기계는 원래 캠 구동 스위스(엄격한 선삭 전용)에서 크게 발전했습니다. 오늘날 거의 모든 스위스 기계는 메인/서브 2개 스핀들을 가지며 각각 독립적인 'C' 축, 각 스핀들용 라이브 툴링, 중심선 위아래로 라이브 공구 이동 가능한 'Y' 축을 갖춥니다. 많은 제조사가 'B' 축이나 회전 축을 포함해 부품에 완전한 피처를 가공할 수 있는 툴링 뱅크를 제공하기도 합니다.

이 모든 현대적 발전 외에도, 여러 제조사에서 가이드 부싱 유/무 전환 가능한 하이브리드 모델을 제공합니다. 가공할 부품 시리즈가 상대적으로 짧아 가이드 부싱 없이 돌리는 게 더 실용적일 때 씁니다. 가이드 부싱 없이 돌리려면 부싱 홀더를 제거해 헤드스톡 콜렛이 헤드스톡 주물로 돌출되게 해 선형 Z축을 가진 고정 헤드스톡 선반처럼 작동하게 합니다. 이제 소재는 일반적인 밀런(Mill-run) 소재로 외경에 약간 변동이 있어도 됩니다.

아래 도면은 가이드 부싱 있는 슬라이딩 헤드스톡과 부싱 제거로 헤드스톡 콜렛에서 직접 선삭하는 동일 기계의 차이를 보여줍니다. 이 전환 기능은 특정 브랜드와 그 안의 특정 모델에서만 가능합니다.

중고 스위스 기계는 8~10년 고생산 가동 후에도 보통 훌륭한 가동 상태를 유지합니다. 절삭유 사용이 기계 기계적 부분(대부분 스위스 선반의 리니어 가이드 레일 등) 수명을 크게 연장합니다. 또한 작고 섬세한 부품들은 8인치나 10인치 척 선반에서보다 기계에 부담을 덜 줍니다.

가장 인기 있는 스위스 기계는 스타(Star), 시티즌(Citizen), 츠가미(Tsugami)지만 토르노스(Tornos), 한화(Hanwha), 넥스턴(Nexturn) 등 소수 점유율 브랜드도 있습니다. 보통 4~5년 된 탑 브랜드 중고 매물은 드문데, 사람들은 기술 큰 변화 전까진 잘 갖춰진 스위스 기계를 매물로 내놓지 않기 때문입니다.