Automatic Products, CNC 기계로 생산 효율성 향상

워싱턴 주 Sumner의 Automatic Products는 1990년대 초반 캠 오토매틱으로 잡 샵을 시작했습니다. 지금은 50대 이상의 CNC 기계를 보유하고 있습니다. 업체는 2017년부터 캠 오토매틱을 Lico LNTS 기계로 교체하기 시작했습니다. 오너 Joel Gregory는 캠 오토매틱으로 기술을 배웠기 때문에 어려운 결정이었지만, 인력 문제가 그의 손을 강제했습니다. 새로운 CNC 장비는 캠 오토매틱을 37% 능가합니다. 게다가 많은 작업에서 무인 가동으로 기계를 돌리고, 성형 공구(와 성형 공구 연마) 및 2차 작업 기계의 필요성을 없앴으며, 이 모든 것을 더 적은 인원으로 달성했습니다. 사진 제공: Absolute Machine Tools

1800년대 중후반, 산업의 더 높은 가공 생산 니즈는 캠 작동으로 수동 터렛 선반을 자동화하게 했습니다. 회전 드럼이나 플랫 캠이 있는 샤프트를 사용하여 터렛 선반은 최소한의 인간 상호작용으로 부품을 생산할 수 있게 되었습니다. 이 기계들의 다양한 변형이 100년 이상 양산 터닝 세계를 지배했습니다. 그 동안 단일 및 멀티-스핀들 나사 가공기 업그레이드로 생산성, 역량, 안전성이 향상되었지만, 기본 메커니즘은 동일했습니다. 회전 캠이 기계적 링키지를 구동했고, 높은 숙련 노동과 특수 공구가 기계 셋업과 운영에 필요했습니다.

1960년대 CNC 기술의 출현은 업계에 대형 CNC 터닝 센터를 가져왔습니다. 정확하고 다용도지만 상대적으로 느렸습니다. 이들은 1970년대를 거치며 발전하여 오늘날의 CNC 선반이 되었습니다. 이 기계들은 이제 서브 스핀들을 사용해 복잡한 부품을 완전 가공할 수 있지만, 아마도 중~대량 배치 부품을 가공하는 양산 터닝 업체의 니즈를 완전히 해결하지는 못했을 것입니다.

스위스형 슬라이딩 헤드스톡 선반 산업이 1970년대에 양산 터닝에 CNC 기술을 처음 적용했습니다(CNC 단일 스핀들 기계도 그 무렵 도입). 스위스형은 처음에 유럽에서 인기 있었지만, 북미에서 널리 채택되기까지는 시간이 걸렸습니다. 일반적으로 경쟁력 있는 가격, 상당한 역량, 작은 작업 구역 내 풍부한 라이브 툴링을 제공합니다.

툴링 사용은 지난 100년간 캠 구동 나사 가공기의 독특한 특성입니다. 즉, 여러 공구를 동시에 절삭에 투입하는 능력입니다. 멀티-스핀들 기계 외의 일부 장비는 절삭 중 두 개 공구만 결합할 수 있지만, 새로운 CNC 단일 스핀들 기계(Lico 제공, Absolute Machine Tools를 통해 미국에서 구매 가능)는 세 개를 동시에 결합할 수 있어 생산성을 높이고 사이클 타임을 줄입니다.

CNC로의 추세

업체들이 캠 구동 기계에서 벗어나는 주된 이유에는 장비 노후화와 상태, 제한된 숙련 인력 풀이 있습니다. 또한 고객은 더 엄격한 공차와 더 나은 마감을 요구하고, 부품은 더 복잡해지며, 로트 크기는 더 작아지고 있습니다. 기계 측면에서 CNC 장비는 부품당 더 적은 인력과 더 높은 스핀들 활용률을 제공합니다. 규제 측면에서 CNC 기계는 오래된 캠 오토매틱보다 OSHA 표준을 준수할 가능성이 훨씬 높습니다.

캠 구동 오토매틱 숙련 인력의 심각한 부족은 수년간 지속되어 왔지만, 이제 심각해지고 있습니다. 10년 전 연구에 따르면 그 기계들의 셋업 담당자 평균 연령이 55세였습니다. 오늘날 그들 중 많은 이들이 은퇴를 앞두고 있습니다. 그동안 소수의 회사만 신입 인력을 교육했는데, 종종 이 일을 추구하려는 사람을 찾기 어려워서였습니다. 캠 오토매틱용 잘 훈련된 셋업 담당자를 개발하는 데는 수년이 걸립니다.

Global Precision Parts는 세 곳의 위치에서 Lico LNTS와 LNDD 모델 기계를 운용합니다. 공정 엔지니어 Mike Naticchia가 캠 오토매틱과 다른 CNC 플랫폼에서 이전하던 단기, 중기, 장기 작업에서 그들의 성공을 주도했습니다. 사장 Randy Mueller는 CNC 기계가 부품당 인건비를 줄이면서 처리량을 200~300% 증가시켰다고 말합니다.

동시에 많은 캠 오토매틱이 최상의 상태가 아닌 상태로 악화되었습니다. 예비 부품은 더 희귀해지고 비싸지고 있습니다. 수리를 수행할 지식을 가진 사람들은 부품 자체보다 더 희귀할 수 있습니다. 단일 스핀들 리퍼비시 비용은 $10,000~$40,000, 멀티-스핀들은 수리 필요에 따라 $40,000~$250,000 범위일 수 있습니다.

양산 터닝 업체들은 더 엄격한 공차 요구, 기존 캠 기계에서 실행 시 2차 작업이 필요한 더 많은 특징, 더 나은 마감 니즈를 보는데, 이는 셰이브 툴이나 버니싱 툴로 때때로 해결할 수 있습니다. 하지만 일부는 캠 오토매틱에서 직선 구간에만 한정됩니다. CNC 기계는 훨씬 더 엄격한 공차를 유지할 수 있고, 적절한 공구 선택으로 32마이크로인치 Ra 이하로 터닝이나 보링이 가능합니다. 캠 오토매틱에서 지속적인 조정이 필요했던 공차는 CNC 나사 가공기에서 최소한의 인간 개입으로 유지할 수 있습니다. 또한 대부분의 CNC 나사 가공기에는 라이브 축방향 및 반경방향 공구가 있으며, C축과 결합하면 밀링, 크로스 드릴링, 태핑, 축방향 드릴링과 밀링이 가능합니다. 일부 CNC 나사 가공기에는 B축과 Y축이 있어 매우 복잡한 부품도 완전 가공할 수 있습니다.

CNC 전환의 또 다른 일반적인 이유는 셋업 시간입니다. 단일 스핀들 캠 기계는 2~6시간, 멀티-스핀들 캠 기계는 6~16시간이 걸릴 수 있습니다. 이는 기계가 그 동안 수익을 내지 못할 뿐만 아니라 업체에서 가장 비싼 직원 중 한 명이 그 전체 시간 동안 기계 앞에 서 있어야 함을 의미합니다. 반대로, 일단 작업이 CNC 단일 스핀들 기계에서 검증되면, 셋업은 종종 1시간 미만으로, 반복 작업에서는 더 빠르게 수행될 수 있습니다.

CNC 장비에서 부품당 비용을 추가로 절감하는 또 다른 이점은 기계를 경량 관리 또는 무인으로 돌릴 수 있는 능력입니다. 매거진 바 피더도 CNC 장비가 더 높은 스핀들 활용률을 달성하고 기계에 소재를 공급하는 데 필요한 인력을 크게 줄일 수 있게 합니다. 일부 업체는 바 피더 매거진을 채우고 그게 고갈될 때까지 기계를 돌립니다. 일부는 현재 로트를 오프 시프트에 돌리고 첫 교대에 새 작업을 시작합니다. 다른 업체는 기계가 많은 관심 없이 돌아가기 때문에 2교대나 3교대 인력 요건을 줄일 수 있습니다. 이는 1교대나 2교대에 셋업을 하고 작업을 24시간 돌릴 수 있게 합니다.

미네소타 주 St. Francis의 Northland Screw Products는 많은 작업을 캠 구동 멀티-스핀들에서 LNTS 플랫폼으로 옮겼습니다. 선임 머시니스트 Alex Martinson이 이 노력을 주도하며, 최소한의 인간 인터페이스로 경제적인 로트 크기로 부품을 가공합니다.

또 다른 고려사항은 청결과 안전입니다. CNC 오토매틱은 완전히 인클로즈되어 있으며, 일반적으로 인클로저 도어에 안전 인터록이 있습니다. 이는 오일과 쿨런트를 기계 안에 가두고 바닥에서 멀리하여 미끄러짐과 넘어짐 기회를 줄입니다. 미스트 배기 시스템에 쉽게 연결되는 경우가 많아 작업자 공기 질을 개선합니다. 도어와 PLC 간의 효과적인 인터록은 기계 가동 중 직원이 절삭 영역에서 자유롭고 안전하도록 보장하여 장비 운영으로 인한 부상 기회를 줄입니다.

레거시 캠 오토매틱은 무거운 슬라이딩 도어(또는 도어 없음), 안전 인터록 없음, 유체와 심지어 칩이 기계 밖으로 나와 미끄럽고 위험한 공작기계 현장 조건을 만드는 가드 틈새가 많습니다. 오래된 캠 오토매틱의 수많은 가능한 핀치 포인트도 가드하기 어렵고, 작업자 보호를 위한 완전 금속 인클로저 제작, 작동 중 소음 감소, 유체 격리는 기계 셋업을 더 어렵고 길게 만드는 단점이 있습니다.

업체 경험

여러 업체가 위에서 언급한 이유로 캠 구동 기계에서 Lico CNC 단일 스핀들 장비로 전환했습니다. 예를 들어, 오하이오 주 Delphos의 Vanamatic은 2008년부터 Lico 기계를 가동했습니다. 수년간 여러 대를 추가하여 이제 9대 LNTS-모델 기계를 가동합니다. 일부 항공우주 부품 패밀리를 8-스핀들 기계와 2차 작업 기계에서 완전 가공으로 옮겨 생산률을 높이고 부품 품질을 개선했습니다. Vanamatic 엔지니어 Jared Wiltsie에 따르면, 업체는 어려운 스테인리스 소재를 많이 가공하는데, 한 오퍼레이터가 8-스핀들 기계를 계속 관리해야 했던 반면, 이제 한 오퍼레이터가 3대 이상의 LNTS 기계를 관리할 수 있으며 완전 가공 부품을 생산합니다.

미시간 주 Olivet의 Air-Way Manufacturing은 OEM용 유압 피팅 제조업체이자 유통업체입니다. 현재 두 개 공장에서 4대의 Lico LNDD 기계를 사용합니다. 제조 기술 관리자 Troy Newman에 따르면, 캠 구동 멀티-스핀들에서 단기~중기 작업을 오프로드하기 위해 이 기계들을 사용하며, CNC 기계를 툴링하여 일부 오프-시프트 작업을 돌립니다.

마찬가지로, 오하이오 주 Newton Falls의 Quality Switch는 외부 공급업체에서 나사 가공 부품을 구매하면서 일부 대구경 부품을 다기능 CNC 선반에서 생산했습니다. 부사장 Jeremy Sewell에 따르면, 더 작은 부품을 자사 LNDD 기계로 내부 생산하여 비용을 절감했습니다. 또한 자사 제품용으로 그 부품들을 가공하므로 제조 일정 측면에서도 더 나은 통제가 가능해졌습니다.

이 기사 전체의 사진들은 다른 예들을 강조합니다. 일부 업체는 도입 곡선보다 앞서 있었고, 다른 업체는 필요성으로 인해 캠 기계에서 벗어났습니다. 부족한 인력 자원, 더 엄격한 공차와 마감, 더 짧은 셋업 시간, 더 안전한 작업 환경은 CNC 양산 터닝으로 이동하게 하는 강력한 동기입니다. 업체들은 또한 현대 CNC 나사 가공기가 재정적 성공에 큰 기여자임을 발견했습니다.