멀티태스킹 머신 툴이 현대 제조 현장을 혁신하는 방식

다양한 멀티태스킹 머신 툴 구성을 이용할 수 있게 되면서, 작업장은 각자의 특정 용도에 가장 적합한 구성요소와 기능의 조합을 선택할 수 있게 되었습니다.

멀티태스킹 머신 툴 기술의 지속적인 발전은 작업장들을 전례 없는 높은 생산성 수준으로 이끌고 있습니다. 단 한 번의 셋업으로 최고 복잡도의 부품을 생산하고, 사람의 개입을 최소화하며 상당한 시간을 절약할 수 있는 능력은 소규모 작업장에도 오늘날의 까다로운 제조 환경에서 경쟁할 수 있는 비용 효율적인 솔루션을 제공합니다.

다양한 구성이 가능하고 머신 빌더들이 새로운 설계를 지속적으로 선보이고 있으므로, 작업장은 자신의 니즈에 맞는 최적의 구성요소와 기능 조합을 찾을 수 있을 것입니다. 마작(Mazak Corp.)의 제품 그룹 매니저 조 윌커(Joe Wilker)가 멀티태스킹 기술의 현황과 작업장이 이를 최대한 활용하는 방법에 대한 견해를 공유했습니다.

멀티태스킹 머신의 새로운 기능들

작업장에서 멀티태스킹 머신에 기대하는 기능으로는 트윈 터닝 스핀들, Y축 오프센터라인 기능을 갖춘 복수의 로터리 툴 스테이션이 있는 다중 툴 터렛, 틸트/로터리 B축 밀링 스핀들, 로터리/틸트 테이블, 대용량 툴 매거진 등이 있습니다. 윌커 씨에 따르면 최근 개발 사항으로는 일체형 모터 롤러 캠 스타일 터렛, 향상된 하부 터렛, 다이렉트 드라이브 밀링 스핀들, 서보 제어 드릴링 테일스톡 등이 있습니다. 추가 고급 기능으로는 상부 및 하부 머신 터렛을 이용한 동시 밀링과 롱 드릴링 작업이 있습니다.

안티백래시 롤러 기어 캠 드라이브 시스템을 사용하는 일체형 모터 터렛은 부드럽고 빠르며 고정밀한 디지털 인덱싱과 확장성을 제공합니다. 이러한 다재다능한 터렛은 일반적으로 12개 툴 포지션을 수용하며 최대 24개까지 확장 가능합니다. 툴 수용력 증가는 더 긴 무인 가동 시간과 더 많은 공용 툴링 사용을 의미하며, 이는 전체 툴링 재고 감소에 도움이 됩니다. 이 터렛 설계는 커빅/인덱스 커플링이 필요 없으며, 하우징 변경 없이 디지털 방식으로 임의 위치에 인덱싱할 수 있어 확장성이 뛰어납니다. 일단 위치가 결정되면 일체형 유압 클램핑 시스템이 최대 강성을 보장합니다.

상부 터렛과 마찬가지로, 윌커 씨는 멀티태스킹 머신의 하부 터렛도 기능과 툴링 용량 면에서 지속적으로 진화하고 확장되고 있다고 말합니다. 하부 터렛은 이제 더 견고하고 강력하며, 일반적으로 최대 9개 툴 포지션에 라이브 밀링 스핀들 옵션을 제공합니다.

일부 머신 빌더는 터렛을 45도 경사로 구성합니다. 이 설계는 터렛의 가공 부하 용량을 극대화하고 머신 스핀들에 대한 접근성과 메인에서 서브 터닝 스핀들로의 부품 이송 공간을 충분히 확보합니다.

생산성과 부품 가공 다용도성 향상을 위해 하부 터렛은 상부 터렛과 동시에 동일 공작물에서 작업할 수 있습니다. 또는 하부 터렛이 머신의 밀링 스핀들과 결합해 헤드스톡 양측에 적용되어 가공 사이클 타임을 추가로 단축할 수 있습니다.

오늘날의 멀티태스킹 머신 터렛은 다이렉트 드라이브 기술을 구현한 로터리 툴 스핀들을 탑재해 이전 세대보다 더 빠르고 강력합니다. 다이렉트 드라이브 밀 모터는 스핀들 RPM을 최대 24% 높이고 토크 레벨을 최대 60% 향상시킵니다. 이러한 역량은 가공 다용도성, 생산성, 공구 수명 향상과 부품 표면 조도 품질 개선으로 직결됩니다. 작업장은 터렛 로터리 툴 스핀들이 표준으로 10마력, 6,000rpm을 제공하는 멀티태스킹 머신을 구매할 수 있습니다. 또는 최대 10,000rpm, 52피트-파운드(약 70.5Nm) 토크를 발휘하는 사양을 선택할 수도 있습니다.

최신 NC 서보 구동 테일스톡은 자동화 공정을 가능하게 합니다. 이 테일스톡은 완전히 프로그래밍 가능하며 자체 AC 서보모터와 볼스크류로 구동됩니다. 부품 프로그램을 통해 테일스톡은 알려진 위치로 연장되고 지정된 접근 이송 속도로 공작물에 접촉해 일정한 유지 압력으로 고정합니다. 양의 독립 구동 시스템 덕분에 이 테일스톡은 샤프트 센터라인에서 홀 드릴링도 가능해 멀티태스킹 머신이 처리할 수 있는 작업의 다용도성을 더합니다.

대부분의 경우 테일스톡 추력 설정은 특정 피트-파운드 단위 증분으로 조정 가능합니다. 이 기능으로 작업장은 공작물 소재와 형상에 맞춰 추력 레벨을 설정해 부품 손상 위험을 없애면서 안전하고 확실한 홀딩과 지지를 제공할 수 있습니다. 또는 테일스톡이 결합된 상태에서 추력 설정을 실시간으로 조정해, 그렇지 않으면 머신 툴 터렛의 공구가 필요했을 드릴링, 보링, 호닝 작업을 수행할 수 있습니다. 이러한 운용 능력을 가진 테일스톡은 머신 툴 터렛의 포지션을 확보해 줍니다.

점점 더 많은 작업장이 더 길고 크고 복잡한 샤프트 타입 공작물을 다루게 되면서, 멀티태스킹 머신은 롱 드릴/툴 스토커 같은 혁신과 결합된 연장된 베드 길이를 제공합니다. 이러한 머신은 그런 까다로운 부품의 가공 속도와 효율을 크게 높여줍니다.

깊은 구멍 가공을 위해 롱 툴 스토커를 사용하면 머신이 여러 공구(일반적으로 최대 3개, 각각 약 40인치 길이)를 취급하고 보관할 수 있습니다. 스토커는 머신의 세컨드 스핀들 위나, 머신 버전에 따라 테일스톡 위에 위치해 공구를 잘 치워두면서도 빠르고 쉽게 접근할 수 있게 합니다.

의료 분야에서의 멀티태스킹 머신

로웰(Lowell Inc.)은 단 한 번의 셋업으로 완전 부품 가공이 가능한 3대의 멀티태스킹 머신을 도입해 수동 작업을 없애고 전체 처리량을 늘렸습니다.

한 작업장이 멀티태스킹 가공의 이점, 즉 수동 작업 제거와 전체 처리량 증대를 가장 까다로운 부품 생산에 활용하고 있습니다. 미네소타주 미니애폴리스 소재 의료 계약 제조사 로웰은 척추, 외상, 사지 시장의 정형외과 임플란트와 기계적 순환 보조 및 판막 수리용 심혈관 부품 등 이식형 의료기기를 전문으로 합니다. 페디클 스크루, 서바이컬 플레이트, 크로스 커넥터, 좌심실 보조 장치(LVAD) 등 전형적인 고난도 다중 구성품 어셈블리는 거의 모두 다중 부품 시스템으로, 개별 구성요소가 서로 결합했을 때 제대로 작동해야 합니다. 설계가 고객마다 다르기 때문에 로웰의 거의 모든 작업은 맞춤형입니다.

맞춤화와 조정 가능성 요구, 최소 침습 수술용 소형 기기 수요는 주목할 만한 가공 과제를 안겨줍니다. 이 작은 부품을 어떻게 홀딩할지 해결한 후에는, 지름 1mm 미만의 초소형 절삭 공구를 정기적으로 사용해 작고 복잡한 고난도 형상을 가공해야 합니다.

이러한 까다로운 부품을 처리하기 위해 로웰은 마작 인테그렉스(Integrex) i-150 멀티태스킹 머신 3대를 셀 구성으로 설치했습니다. 이 머신들은 단 한 번의 셋업으로 완전 부품 가공 기능을 제공해 수동 작업을 없애고 전체 처리량을 늘렸습니다. 워크홀딩을 콜렛과 척만으로 단순화했으며, 고객마다 다른 부품을 쉽게 처리하고, 많은 경우 부품 가공 사이클 타임을 단축합니다.

각 인테그렉스 i-150은 C축 CNC 제어 터닝 스핀들, 수직 B축 밀링 스핀들, 백워킹 바이스/부품 지지 센터를 갖추고 있어 터닝, 다면, 다각도, 완전 5축 윤곽 가공이 가능합니다. 로웰은 자사 머신에 고속 20,000rpm 밀링 스핀들과 72툴 용량 프론트 로딩 매거진을 옵션으로 선택했습니다.

밀링 스핀들은 -10°~+190° 틸트되며, C축 척은 최대 2.56인치 직경의 바스톡을 수용할 만큼 충분한 관통 홀을 가집니다. 오프센터라인 작업을 위해 머신들은 Y축 범위 ±3.94인치를 제공합니다. X축 14.57인치, Z축 17.13인치, 최대 스윙 직경 15.75인치의 축 이동량으로 91.3×99.6인치 풋프린트 내에서 다양한 부품 크기와 형상을 가공할 수 있습니다.

3대가 동일하게 구성되고 인접하게 배치되어 있어, 머시니스트는 완전히 다른 머신이나 프로그래밍 언어를 배울 필요 없이 머신 간 이동이 용이합니다.

마작 머신에서 로웰은 지름 0.375~1.250인치 바스톡으로부터 거의 모든 부품을 가공합니다. LNS 퀵 로드 서보 65 바 피더가 40인치 길이 바를 자동으로 머신에 공급합니다. 작업장은 머신 성능을 추가로 향상시키는 여러 옵션을 선택했습니다. 쿨런트 칠러, 전 축 스케일, 고속 가공을 위한 고급 CNC 제어 기능 등이 포함됩니다.

QTN350-II MSY 멀티태스킹 머신은 밀링과 Y축 기능, 제2 터닝 스핀들을 갖추고 있어 LCP 머신(LCP Machine Inc.)이 의료 임플란트 구성요소의 매우 작고 고난도 형상을 가공할 수 있게 합니다.

이 머신들은 프로그래밍과 셋업을 포함한 전체 부품 가공 공정을 간소화했습니다. 부품 가공 다용도성과 향상된 처리량 덕분에 작업장은 새로운 애플리케이션으로 지속적으로 확장할 수 있습니다.

방산 분야에서도 전환

또 다른 작업장인 플로리다주 버넬 소재 LCP 머신(LCP Machine Inc.)은 항공우주 및 방산 분야 티어 2·3 공급업체이자 오일·가스 분야 티어 1 공급업체입니다. 현재 월 200개 이상의 개별 작업을 처리하며, 수량은 1개부터 10,000개까지 다양합니다. 일부 작업은 반복되지만 대부분은 고유합니다.

이 회사는 14대의 마작 머신을 보유하고 있으며, 가장 최근 도입한 것은 퀵 턴 넥서스(Quick Turn Nexus, QTN) 350-II MSY 멀티태스킹 머신과 버티컬 센터 유니버설(Vertical Center Universal, VCU) 400 5X 및 300 5X 완전 5축 수직 머시닝센터입니다. 이 멀티태스킹 머신은 밀링과 Y축 기능, 제2 터닝 스핀들을 갖춰 LCP의 각 부품을 단일 셋업으로 가공합니다.

작업장에는 밀링 기능이 있는 멀티태스킹 QTN들, 3축 버티컬 센터 넥서스(Vertical Center Nexus, VCN) 버티컬 머시닝센터, VCN 콤팩트 버티컬 머시닝센터 등도 있습니다.

LCP는 대부분의 부품을 알루미늄, 스테인리스, 니켈 합금, 황동, 구리, 여러 일반 플라스틱으로 가공합니다. 부품 크기는 지름 0.030인치~18인치, 길이 60인치까지 다양합니다. 공차는 ±0.001인치에서 최대 0.0002인치까지, 가공 시간은 10초에서 8시간까지 다양합니다.

멀티태스킹 및 완전 5축 가공 기술 등을 활용해 작업장은 종종 단일 셋업으로 부품을 완료합니다. 그런 부품 중 하나가 QTN에서 가공되는 군용 소나 장치 인클로저인데, 이 머신은 해당 작업을 위해 특별히 도입되었으며 이전 역량의 절반 비용으로 부품을 생산할 수 있습니다. 연간 약 10,000개를 생산합니다.

이 소나 부품은 외경/내경 터닝과 일부 밀링이 필요합니다. 진짜 과제는 내경 표면 조도였는데, LCP는 처음에 호닝을 위해 외주 가공이 필요할 것으로 생각했습니다. 호닝 작업은 작업에 상당한 시간을 추가했을 것입니다. 하지만 QTN의 역량을 알고 있던 LCP는 고객에게 머신 도입으로 단일 작업에서 부품을 제작하면서 필요한 영역에만 요구되는 표면 조도를 유지할 수 있어, 고객의 목표 단가 내에서 충분히 맞출 수 있고 LCP에도 편안한 이익 마진을 남길 수 있다고 설명했습니다. 이 머신은 부품 하나를 단 몇 분 만에 완료합니다.

항공우주 및 방산 부품, 오일·가스 및 기타 산업용 부품을 생산하는 정밀 작업장으로서, LCP는 고객이 더 높은 품질과 더 낮은 가격을 지속적으로 요구할 것임을 알고 있습니다. 멀티태스킹 기술에 의존해 이러한 요구를 충족합니다.

적은 것으로 더 많이

머신 툴 빌더들이 멀티태스킹 머신 설계를 개선하고 발전시키면서 가공 다용도성이 증가하고, 멀티태스킹의 핵심 이점이 더욱 강화됩니다. 작업 통합은 부품을 여러 워크스테이션으로 이동시킬 때 발생할 수 있는 부정확성을 줄이고, 독립된 머신 툴 사이에 머물 수 있는 재공품 재고를 없앱니다. 많은 사례에서 보듯, 멀티태스킹 머신은 작업장이 적은 자원으로 더 많은 것을 달성하고 경쟁력을 높일 수 있게 합니다.