Paramount Machine, Y2축 및 프로그래머블 B축으로 스위스 선반 성능 강화

Y2축이 있는 스위스형 선반을 찾던 Paramount Machine은 Y2축뿐만 아니라 다양한 각도에서 윤곽과 형상을 생성할 수 있는 프로그래머블 B축의 잠재적 이점을 깨달았습니다.

솔트레이크시티의 Paramount Machine은 항공우주, 방산, 의료, 광산 등 다양한 산업의 부품과 어셈블리를 생산합니다. 소유자 Steve Van Orden이 이끄는 65명 규모의 이 회사는 항온 항습 시설에서 VMC, HMC, CNC 선반, 턴밀, 와이어 EDM, 그리고 2017년까지 스위스형 선반 1대를 운용했습니다.

현재 이 회사는 스위스형 선반 6대를 보유하고 있습니다.

Steve의 아들 Eric은 회사 나사 가공 리드이자 터닝 기술 고문으로, 최초 6축 스위스형 선반이 라이브 툴링으로 완전 가공이 가능했지만 Y2축이 없어 서브 스핀들에서 수행 가능한 작업이 제한되었다고 말합니다.

이로 인해 Y2축이 있는 다른 스위스형 선반을 찾게 되었습니다. 그런데 검토 과정에서 Y2축뿐만 아니라 프로그래머블 B축을 갖춘 기계가 더 많은 툴링 용량과 함께 다양한 각도에서 윤곽과 형상을 만들 수 있어, 여러 기계에서 가공하던 X-레이 부품군을 더 효율적으로 가공할 수 있음을 알게 되었습니다.

이 회사는 6대의 스위스형 선반에서 다양한 부품을 생산하며, 직경 1.5인치 이하 부품은 모두 이 다기능 머신에서 가공하는 것을 목표로 합니다.

"해당 부품군의 한 부품은 원래 척 선반에서 2공정, 밀링 1공정, 와이어 EDM 1공정, 다시 밀링 1공정 등 총 5공정이 필요했습니다." Eric Van Orden은 설명합니다. "B축이 있는 스위스형 선반이면 이 부품을 스위스형에서 와이어 EDM만 거친 후 출하할 수 있을 것으로 판단했습니다."

또한 Paramount Machine이 수행하던 다른 작업들도 경사 밀링, 드릴링, 탭핑이 필요했는데, B축 스위스형 선반이라면 이점이 클 것으로 보았습니다.

여러 솔루션을 검토한 후, REM Sales에서 32mm Tsugami SS327-5AX를 구매했습니다. 5년 전 일입니다. Van Orden은 Y2축과 B축 외에도 이 기계를 선택한 이유로 몇 가지를 더 들었습니다. 첫째, 구식일 수 있지만 이 기계는 다른 스위스형보다 무거워 강성이 뛰어나고, 주축과 서브 스핀들 모두 고출력 모터를 탑재했습니다. 또한 REM Sales의 John Traver, Steve Tragarz 등의 조언과 신속한 지원, 빠른 유지보수 서비스도 높이 평가했습니다.

유지보수 관련 사례로, 서브 스핀들 측 웨이 커버가 긴급 작업 중 파손되었을 때 Tsugami/REM Sales에 폐점 시간에 연락했음에도 재고가 있었고, 직원이 퇴근길에 UPS에 맡겨 다음 날 아침 일찍 도착해 기계를 빠르게 재가동할 수 있었습니다.

Van Orden은 이 B축 기계를 프로그래밍할 때 기존에 사용하던 Esprit CAM 소프트웨어와 Tsugami SS327-5AX 전용 포스트프로세서를 활용한 점도 큰 이점이라고 느꼈습니다.

Eric Van Orden은 Esprit CAM의 시뮬레이션 기능과 여러 작업 평면을 쉽게 생성하여 다양한 각도 오프셋 툴 셋업이 필요 없게 된 점을 강조합니다.

"우리의 목표는 CAM 시스템에서 툴패스 생성으로 끝나지 않고, 귀사의 기계에서 에러 없이 실행되는 기계 최적화 G코드까지 제공하는 완전한 솔루션을 만드는 것입니다."라고 Esprit CAM의 북미 영업 이사 Nick Zentil은 말합니다. "SS327-5AX 같은 복잡한 공작기계에서는 기계의 모든 기능을 활용할 수 있는 포스트프로세서가 필요합니다. 우리는 Tsugami/REM Sales 애플리케이션 팀과 긴밀히 협력하여 Tsugami 기계용 포스트를 개발하여 정확히 의도한 대로 작동하는, 수정 불필요한 코드를 생성합니다."

"Esprit CAM에서 툴을 올바르게 설정만 하면, 그 코드를 포스팅하여 기계에 넣고 아무 문제 없이 실행할 수 있다는 완전한 확신이 있습니다."라고 Van Orden은 말합니다.

또한 Esprit CAM에서 여러 작업 평면을 쉽게 생성할 수 있어, 솔리드 모델에서 형상을 선택해 작업 평면을 만들면 소프트웨어가 툴에 따라 적절한 작업 평면 방향을 자동 결정합니다. 이로 인해 다양한 각도 오프셋으로 툴을 셋업할 필요가 없습니다.

그렇다면 X-레이 부품의 공정 통합으로 얼마나 생산 시간이 단축되었을까요? "세 개의 별도 기계 사이클을 하나의 스위스 공정으로 대체했고, 전체 부품 사이클 타임이 92% 단축되었습니다." Van Orden은 말합니다. "이는 극적인 시간 절약일 뿐만 아니라, 이전에는 공장 곳곳에 대기하던 재공품도 없앴습니다."

이것은 특정 부품군의 큰 성과였지만, 궁극적으로 이 두 번째 스위스형 선반의 이점은 이제 여러 스위스형 선반에서 어떤 작업을 수행할지, 그리고 이 다기능 가공 플랫폼의 잠재력을 어떻게 극대화할지에 대한 전면적인 전략 변화로 이어졌습니다.

스위스형 선반 유연성 강화

최근 Paramount Machine은 주로 항공우주용 소형 부품 수요가 증가했습니다. 이러한 부품을 더 큰 척 선반에서 가공할 수도 있지만, 더 큰 작업을 그 기계들에 계속 맡기는 것이 합리적이라고 판단했습니다. 그래서 첫 B축 Tsugami 구매 직후 20mm B축 스위스형 Tsugami SS207-5AX를 추가했고, 이후 또 다른 SS327-5AX 두 대와 38mm Tsugami B0386-III 두 대를 추가했습니다.

이러한 추가로 회사의 전략이 변화했습니다. "수년간 스위스형 플랫폼에 능숙해지면서 이제 직경 1.5인치 미만의 거의 모든 작업을 기존 척 선반 대신 이 기계들에서 수행합니다." Van Orden은 설명합니다. "일반적인 생산 로트는 500~1,000개지만, 5개만 생산해도 기꺼이 셋업합니다." 또한 스위스형의 라이브 툴 기능으로 척 선반에서 시작한 부품의 2차 밀링 공정이 불필요해지는 경우가 많습니다.

모든 Tsugami는 '컨버터블' 모델이며, 회사의 전략 중 하나는 가이드 부싱이 필요한 작업이 아니면 대부분 척 모드로 운용하며 스케줄링하는 것입니다. Van Orden에 따르면 이 기계들은 80% 시간을 척 모드로 가동합니다. 이는 신규 작업 전환 시간을 줄여줍니다. 다만 척 모드와 가이드 부싱 모드 전환은 30~45분만 소요됩니다.

Paramount Machine은 소구경 봉재 이중 공급 방지를 위해 스텝 매거진 스타일 바피더가 특히 유용하다고 밝혔습니다.

스위스형 선반의 이점을 극대화하기 위한 Paramount Machine의 다른 노력들:

머신상에서 디버링. 스위스형 같은 다중 작업 기계의 가치는 부품을 완전 가공할 수 있다는 점입니다. 하지만 여전히 디버링이 필요하면 완전한 가공이 아닙니다. 따라서 Paramount Machine은 스위스형에서 디버링 사이클을 사용하여 기존 수동 디버링의 약 60%를 없앴습니다. B축이 있는 기계에서는 챔퍼 밀과 윤곽 툴패스로 부품 전체에 도달하여 단일 툴로 디버링할 수 있습니다. 이는 수직/평행 제약이 있는 B축 없는 기계에서는 불가능한 경우가 많습니다.

진동 절삭 수행. Tsugami의 진동 절삭 기술은 서보 축(X 또는 Z)을 진동시켜 난삭재에서 칩을 분열시키고 공구가 절삭에 진입하고 빠져나오며 절삭열을 줄입니다. Van Orden은 악명 높은 칩 문제가 있던 알루미늄 부품과 17-4 스테인리스 강 황삭에 이 기능을 사용했습니다. 또한 파팅오프 작업 시 칩을 분열시키고 부품에 감기는 긴 '스트링거'를 방지하는 데에도 흔히 사용됩니다.

이 기술로 절삭은 지정된 축의 진동과 주축 회전을 동기화하여 수행됩니다. 절삭 중단이 소재를 작은 칩으로 분열시킵니다. 이 기능은 소프트웨어 기반이므로 추가 장비 없이 기계가 진동 절삭을 지원하도록 설계되었습니다. 진동 절삭은 개시 G코드(G8.5P2)로 지정하며, 후속 G코드(G8.5P0)로 취소될 때까지 유효합니다. 진동 데이터는 주축 속도와 지정된 축 이송률을 기반으로 자동 계산됩니다.

외경 터닝 시 툴 생크/클램핑 유닛은 갱 플레이트에 장착된 채로 유지되고, 퀵체인지 인서트가 장착된 개별 헤드를 쉽게 교체할 수 있습니다.

퀵체인지 툴링 사용. Paramount Machine은 스위스형 선반의 셋업을 간소화하고 가속화하기 위해 퀵체인지 툴링을 사용합니다. 예를 들어 외경 터닝용 Kennametal KM 마이크로 시스템에서는 툴 생크/클램핑 유닛이 갱 플레이트에 장착된 채로 유지되고, 인서트가 장착된 개별 헤드를 쉽게 교체할 수 있습니다. 마찬가지로 더 큰 적용 분야에는 Iscar 모듈러 드릴링 유닛을 사용하여 드릴 바디를 기계에 장착한 채로 드릴 헤드를 나사로 체결/해제합니다.

Eric Van Orden이 직접 개발한 소프트웨어로, 회사가 사용하는 세 개의 다른 벤딩 시스템의 툴링 가용성과 소모를 추적하는 모습을 보여줍니다.

새로운 커터에 개방적. Van Orden은 유익할 것으로 판단되는 새로운 툴링 테스트에 항상 열려 있습니다. 툴링 업체 담당자가 격주 또는 매주 방문합니다. 특정 툴링 벤더에 고정되지 않는데, 가격 이점은 있을지 몰라도 성능 이점은 없을 수 있기 때문입니다. 실제로 Paramount Machine은 직접 개발한 소프트웨어로 연결된 세 개의 다른 회사 벤딩 시스템을 사용하여 툴링 가용성과 소모를 추적합니다.

무인 가공 고려사항

Paramount Machine은 무인 생산을 추구하며, 스위스형 선반에서 장시간 무인 운전이 안전하도록 다양한 공정 요소를 고려합니다.

자동 캐러셀이 회전 테이블의 빈에 부품을 수집하며, 설정된 시간 간격으로 인덱싱합니다. 첫 번째와 마지막 빈의 부품이 사양 내라면 중간 빈의 부품도 사양 내로 간주할 수 있습니다.

예를 들어, 회사는 여러 브랜드의 바피더를 사용합니다. 20mm 스위스형에는 Iemca Elite 220 스텝 매거진 스타일을 사용하는데, 스텝 가이드가 봉재를 들어 올려 가이드 채널로 떨어뜨립니다. Van Orden은 이 방식이 해당 기계에서 흔히 가공하는 1/8인치 직경 같은 소구경 봉재에 특히 유용하다고 설명합니다. 중력으로 봉재를 공급하는 바피더는 조정 미흡 시 이 크기 봉재를 이중 공급하는 경우가 있었고, 이로 인해 수동으로 봉재를 하나씩 공급해야 했던 적도 있습니다. Elite 220으로는 더 이상 그런 문제가 없습니다.

스위스형 선반의 반대편에는 iSwiss Smart Table을 사용하여 부품을 수집할 뿐만 아니라 회전 테이블에 부착된 파이 모양 빈에 분류합니다. (Smart Table 자동 부품 캐러셀은 Pressure Tech(New England Tool Corp. 자회사) 제조, iSwiss 유통). 이 장치는 M코드로 프로그래밍하여 일정 부품 수나 시간 후 새 빈으로 인덱싱할 수 있습니다. Paramount Machine은 시간 기반 방식을 사용합니다. 이렇게 여러 빈에 배치하면 첫 번째와 마지막 빈의 부품을 측정하여 사양 내이면 중간 빈도 사양 내로 간주할 수 있습니다.

B축 스위스형 선반에서 얻은 교훈을 새로운 DMG MORI NTX 1000 기계에 적용 중입니다. 예를 들어 이 기계의 B축으로 연속 윤곽 터닝 같은 작업을 수행합니다.

무인 가공 중 공구 수명 모니터링도 중요합니다. Van Orden은 하룻밤 700개 대량 생산 작업을 예로 듭니다. 원래 공구 수명 임박 시 매크로로 공구를 교체했는데, 이는 중요 형상의 공차가 공정 초반에 상한에서 후반에 하한으로 저하됨을 의미했습니다. 그래서 100개 가공 후 측정하여 공구 마모로 인한 공차 위치를 파악하고, 이후 X개마다 툴 오프셋을 조정하는 매크로를 추가해 형상이 항상 공칭값 근처에 있도록 했습니다. 더 오래가는 고품질 툴링 구매도 무인 환경에서 공구 교체나 오프셋 조정 횟수를 줄이는 데 도움이 됩니다.

공장 여러 곳에 쇼플로어 CMM을 배치하여 인공정 검사 능력을 높였습니다.

앞으로의 계획

Paramount Machine은 최근 여러 구역에 Zeiss DuraMax 쇼플로어 CMM을 추가하여 인공정 검사 능력을 높이고 지속적으로 추구하는 전반적 품질을 개선했습니다. 또한 머신 활용률 추적 소프트웨어도 검토 중입니다. DMG MORI 기계에서 사용 가능한 Messenger 모니터링 및 이력 분석 플랫폼으로 약간의 활용률 추적을 해왔으며, 이를 통해 무인 가공 노력을 다듬을 수 있을 것으로 봅니다. 하지만 데이터 수집은 쉬워도, 현장 의사결정에 도움이 되도록 정보를 해석하고 분석하는 것은 때로 쉽지 않다고 Van Orden은 지적합니다.