CAD/CAM이 머신 숍을 바꾸는 법: 스위스 타입 기술 도입의 이점

1990년 미치 루퍼(Mitch Looper)가 M2C 레이싱을 창업했을 때, 그것은 RC(무선 조종) 차량용 고품질 부품을 생산하는 작은 작업장이었습니다. 그도, 현재 회사 오너인 아들 에이버리 루퍼(Avery Looper)도 4반세기 뒤 이 회사가 세계 최대 RC 애프터마켓 부품 제조사 중 하나가 되리라고는 상상하지 못했습니다.

에이버리 루퍼는 사우스캐롤라이나 에지모어에서 M2C 창업 당시부터 함께했지만, 나중에 캘리포니아로 이주해 30년간 항공우주 제조업에 종사했습니다. 그가 없는 동안 아버지는 M2C를 취미 수준의 작업장으로 운영했습니다. 그러나 몇 년 전 '배싱(bashing)'이라 불리는 오프로드 RC 레이싱 분야에 진출하면서 회사는 급성장했습니다. 트랙을 돌거나 정해진 규칙대로 경주하는 대신, '배셔'들은 차량을 가능한 한 높고 멀리 점프시켜 차량의 한계를 시험합니다. 이는 차량에 큰 부담을 줍니다. M2C는 직접 배싱을 하며 자사 부품의 강도를 테스트합니다. 배싱 세션 동안 부품이 버틴다면 작업 품질이 높다고 판단할 수 있습니다.

현재 이 작업장에는 10명의 직원이 VMC 5대, HMC 1대, 드릴링 및 태핑 머신 2대, 그리고 가장 최근에 도입한 스위스 타입 선반 2대를 운영하고 있습니다. 루퍼는 RC 차량 드라이브샤프트 제조를 위해 첫 스위스 타입 머신을 구매하기로 결정했습니다. 당시 CNC 슬라이딩 헤드스탁 머신에 대한 경험이 전무한 상태였습니다. 회사는 그동안 모든 스위스 타입 가공 작업을 외주에 맡겨왔으나, 성장하면서 생산 수량을 늘려야 했습니다. 스위스 타입 작업은 제품 라인에서 차지하는 비중이 커지고 있었는데, 드라이브샤프트, 특수 나사, 핀 등 약 10종의 대량 생산 부품이 포함되어 있었습니다.

에이버리 루퍼(왼쪽)와 아버지 미치 루퍼가 M2C 레이싱을 운영하고 있다. 최근 스타 CNC 스위스 타입 머신 2대를 도입해 스위스 작업을 내재화했다. (사진 제공: M2C Racing)

루퍼는 스위스 타입 머신을 본 적도 없었지만, 외주 가공이 재정적·창의적 걸림돌이 되고 있음을 깨달았습니다. 직접 스위스 가공을 익히고 필요한 장비를 갖출 때가 온 것입니다.

몇 가지 옵션을 검토한 끝에 루퍼는 스타 CNC의 SR-38 타입 B 10축 스위스 타입 머신을 선택했습니다. "처음엔 표준 머신을 봤는데, B축이 있는 머신을 보고 마음을 돌릴 수 없었습니다. 업그레이드 가치는 엄청났습니다."라고 그는 말합니다.

스위스 타입 머신을 정한 후, 이 낯선 머신 툴 플랫폼을 프로그래밍하기에 비교적 쉬운 CAD/CAM 소프트웨어를 찾는 것이 중요했습니다. 회사는 처음에 루퍼의 아버지가 평생 커리어 동안 사용해 안전하다고 판단한 소프트웨어를 선택했습니다. 그러나 포스트프로세서 납기가 12주 지연되었고, 도착했을 때는 작동하지 않았습니다. 이로 인해 신규 머신의 잠재력을 극대화할 대안 소프트웨어를 찾게 되었습니다.

간편한 프로그래밍과 확실한 지원

스타 CNC 머신 구매에는 현장 교육 패키지가 포함되어 사용자가 머신에 익숙해지도록 돕습니다. M2C를 방문한 머신 툴 빌더 담당자는 CNC 소프트웨어사의 마스터캠(Mastercam) CAD/CAM 스위스 제품을 시연했고, 루퍼는 그 단순함에 안도했습니다. 그는 항공우주 제조업 커리어 내내 같은 CAD/CAM 소프트웨어를 사용해 왔기에 인터페이스에 이미 익숙했고 시스템 역량에 확신이 있었습니다.

교육 첫날, 루퍼는 CNC 소프트웨어사의 스위스 제품 스페셜리스트 크리스 르클레르(Chris Leclerc)에게 연락했습니다. 르클레르는 그날 바로 루퍼의 부품용 작동 프로그램을 보내주었을 뿐만 아니라, 1:1 웹캠 교육으로 제품의 세부 사항을 익히도록 도왔습니다.

공인 마스터캠 리셀러 CAD/CAM 솔루션즈(CAD/CAM Solutions Inc.)의 브라이언 케이도우(Brian Kadow) 사장 겸 애플리케이션 엔지니어가 M2C 레이싱에 시스템을 설치했습니다. 사실 RC 애호가이기도 한 케이도우는 소프트웨어 전문성뿐만 아니라 RC 아이디어에 대한 의견도 기꺼이 제공했습니다. 그는 로시(Rosi) 레이싱카용 M2C 7160 서보 세이버, 7075-T6 알루미늄 소재의 스티어링 암 개발도 도왔습니다.

M2C의 출력 코드를 최적화하기 위해 케이도우와 르클레르는 마스터캠 파트너인 포스트어빌리티(Postability Inc.)의 팀 스콧(Tim Scott)을 불렀습니다. NC 포스트프로세서 개발 전문가인 그의 도움으로 회사는 이제 포스트프로세서를 완벽하게 조정해 작업장에서 프로그램을 전혀 수정할 필요가 없게 되었습니다.

"코드가 내가 원하는 대로 정확히 출력됩니다. 수동 편집은 불량품이나 충돌 등 문제를 일으킬 수 있어 믿지 않습니다. 코드가 정확하게 실행되고 편집이 자동으로 저장된다는 사실을 알고 나니, 초보 오퍼레이터로 스위스 타입 머신을 적은 감독 하에 돌릴 자신이 생겼습니다."라고 루퍼는 설명합니다. 그가 낯설어하던 모든 G코드, M코드, 변수 값에는 유용한 주석이 달려 있습니다. 그리고 CNC 소프트웨어사에 전화하면 문제가 당일 해결됩니다.

항공우주 제조업 커리어 내내 같은 CAD/CAM 소프트웨어를 사용해 온 에이버리 루퍼는 마스터캠 인터페이스에 이미 익숙했고 시스템 역량에 확신을 가지고 있었다.

도움이 되는 CAD/CAM 기능들

M2C는 스위스 부문에서 제로 생산 상태에서 주간 단위로 신규 부품을 생산하는 수준으로 도약했습니다. 외주 맡기던 부품을 직접 생산하는 것뿐만 아니라, 스위스 타입 가공을 내재화한 이후 제품 라인도 확장할 수 있었습니다. 많은 스위스 타입 사용자와 달리 이 작업장은 소량 생산 부품과 상당한 양의 프로토타입을 생산합니다. 로트 크기는 100~400개 수준입니다. 회사는 현재 두 대의 스위스 타입 머신을 주간 단위(때로는 주 3~4회)로 신규 부품에 맞춰 셋업하며, 동일 사이즈 소재로 교체 작업을 수행합니다.

루퍼는 회사의 성공 비결 중 하나가 르클레르가 소개해준 CAD/CAM 툴, 즉 '포코(POCO) 루틴' 또는 '픽오프/컷오프 작업'에 있다고 말합니다. 포코를 사용하면 솔리드를 클릭하는 것만으로 서브 스핀들이 들어와 부품을 잡는 컷오프 시퀀스가 자동 생성됩니다.

"원 클릭이면 끝납니다. 그러면 서브 스핀들에서 뒷면 가공을 동시에 진행하면서 메인 스핀들에서 다음 부품을 자동으로 가공합니다."라고 루퍼는 설명합니다.

스위스 가공은 M2C의 드라이브샤프트 제조 방식을 완전히 바꾸었으며, 이는 현재 매출의 상당 부분을 차지한다. 드라이브샤프트는 4140 열처리강으로 가공되며 루퍼가 설계했다.

스위스 가공은 M2C의 드라이브샤프트 제조 방식을 완전히 바꾸었으며, 이는 현재 매출의 상당 부분을 차지합니다. 드라이브샤프트는 4140 열처리강으로 가공되며 루퍼가 설계했습니다. 그는 솔리드웍스(SolidWorks)에서 응력 테스트를 먼저 수행한 후 마스터캠으로 내보내 프로그래밍했습니다. 파라미터를 설정한 후 CAD/CAM 소프트웨어의 '자동 턴 프로파일(Turn Profile)' 기능을 사용해 가공 형상을 추출했는데, 모든 터닝 프로파일이 자동으로 생성되고 지오메트리가 그려졌습니다.

루퍼는 '턴 프로파일' 버튼으로 선과 아크를 생성해 공구 경로를 쉽게 제어합니다. 각 작업별로 뷰 시트(view sheets)를 만드는데, 이는 레벨 세트(레이어)여서 원클릭으로 켜고 끌 수 있습니다. 이 기능 덕분에 부품 전체를 한꺼번에 다루며 압도당하지 않고, 각 구성 요소를 조각조각 분석할 수 있습니다.

스위스 타입의 핀치 터닝으로 루퍼는 드라이브샤프트를 단 1회 작업, 1회 셋업만으로 가공할 수 있다. 거의 평평한 면이 없고 길이가 최대 8인치에 달하는 이 부품은 일반 선반에서는 수익성 있게 가공하기 어렵거나 불가능했을 것이다.

루퍼는 드라이브샤프트 전면을 터닝하고, 등속 드라이브샤프트 피처의 5축 드릴링 및 밀링을 완료해 핀치 터닝을 준비합니다. 그런 다음 머신이 서브 스핀들로 부품 전면을 잡고 나머지 부분을 핀치 터닝합니다.

이 작업은 전면 공구로 절반, 후면 공구로 절반의 소재를 제거해 생산량을 2배로 늘리고 공구 수명을 연장합니다. 스위스 타입의 핀치 터닝으로 루퍼는 드라이브샤프트를 단 1회 작업, 1회 셋업만으로 가공할 수 있습니다. 그는 거의 평평한 면이 없고 길이가 최대 8인치에 달하는 이 부품은 일반 선반에서는 수익성 있게 가공하기 어렵거나 불가능했을 것이라고 설명합니다. "게다가 스위스 타입으로는 더 훌륭하고 보기 좋은 부품을 만들 수 있습니다."라고 루퍼는 덧붙입니다.

타협하지 마세요

새로 얻은 스위스 타입 가공 능력이 루퍼에게는 흥미진진하지만, 그는 틈새 시장에서 경쟁력을 좌우하는 양질의 고객 서비스가 얼마나 중요한지도 잘 이해하고 있습니다. 마스터캠으로부터 받은 고객 서비스가 자신의 작업장에 긍정적 영향을 미치는 것을 경험하며, 그는 고객의 입장이 되어보기도 했습니다.

문제를 해결할 수 없거나 해결하려 하지 않는 공급업체에 타협하지 말라고 그는 다른 머신 숍에 권합니다. 언제나 해결할 수 있고 해결하려 하는 다른 누군가가 있습니다. 반응 빠르고 전문적인 지원팀이 뒤에 있기에, 루퍼는 새로운 스위스 타입 머신과 프로그래밍 소프트웨어의 잠재력을 극대화하는 데 집중할 수 있습니다. 그는 아직 공차를 얼마나 타이트하게 조일 수 있는지 탐구하지 못했다고 합니다. 현재 시스템이 마이크론 단위 공차 부품에 대한 기대치를 훨씬 넘게 충족하고 있기 때문입니다. 하지만 미래의 개선 여지가 남아 있다는 점이 마음에 듭니다.

"불과 몇 달 만에 이 머신에 들어가는 거의 모든 것을 가공할 수 있는 수준에 도달했습니다."라고 루퍼는 말합니다.

CNC Software Inc. | mastercam.com
Star CNC | starcnc.com
M2C Racing | m2cracing.net