모든 작업에 적합한 공작기계 선택: 캠 vs CNC

Precision Plus가 다른 기계 가공 업체와 다른 첫 번째 단서는 부드러운 클릭 소리였습니다. 매장 중앙에 정렬된 십여 대의 기계 구동식 스위스형 선반에서 나는 소리입니다. 최신 바피더로 서비스되는 이 기계들은 CNC 기계들의 소음 차단 인클로저 없이 노출된 채 가공합니다. 자세히 보면 캠이 회전하면서 반여섯 개의 툴이 동시에 공작물 안팎으로 급속히 움직입니다.

Mike Reader가 Miyano BNX 트윈 스핀들 CNC 선반 옆에 서 있습니다. Mike는 스위스형 나사 가공기 사용법을 교육하는 회사 견습 프로그램을 담당합니다. 사진 제공: Precision Plus

이 기계들 중 일부는 회사가 2000년 위스콘신 엘크혼 현 위치로 이전했을 때 이미 수년간 부품을 생산해오던 것들입니다. Mike J. Reader 사장 체제에서 다양한 최신 CNC 장비를 추가했습니다. Miyano ABX, BNX 2스핀들 선반과 다수의 Star, Tsugami 스위스형 CNC 선반이 그것입니다. 그런데도 Precision Plus는 1988년 Reader의 아버지 Phil이 회사를 인수했을 때와 거의 같은 방식, 즉 CNC가 아닌 물리적 캠으로 절삭 타이밍과 깊이를 제어하는 장비에 여전히 크게 의존합니다. 왜일까요?

이것이 Michael P. Reader 엔지니어링 부사장(Reader 사장의 아들)에게 처음 던진 질문이었습니다. 그의 답은 간단했습니다. "캠 구동 기계는 사용 가능한 경우 운영 비용이 더 저렴합니다."

CAM 대신 캠 선택

오보에와 바순용 나사 같은 소형 정밀 부품은 캠 구동 기계에 이상적입니다. 홈은 픽오프 어태치먼트에 부착된 톱날로 가공합니다. 사진 제공: Precision Plus

"연간 생산량이 많은 소형 원통형 부품에는 스위스 캠 기계가 매우 경제적입니다."라고 Reader는 말합니다. Tornos 기계 구동식 스위스형 선반들은 전기 비용이 낮고, 결정적으로 CNC보다 부품을 훨씬 빠르게 가공할 수 있습니다.

컴퓨터 제어 공작기계가 컴퓨팅 파워가 전혀 없는 기계와 경쟁하는 데 문제가 없을 것 같아 놀랄 수 있습니다. 그러나 캠 구동 기계는 여러 절삭 툴을 동시에 사용하면서 이동 거리가 매우 짧습니다. "모든 툴이 공작물에서 2인치 미만 거리에 대기합니다." Reader는 얇은 봉재에서 발사핀을 급속히 가공하는 반원형 툴들을 가리키며 말합니다. "이것이 CNC보다 훨씬 빠른 이유입니다."

캠 구동 스위스형 나사 가공기에서 다섯 개의 절삭 툴이 공작물을 둘러쌉니다. 캠축이 회전하면서 각기 다른 절삭 툴이 작업을 수행하고 캠축 회전당 하나의 완성 부품을 생산합니다. 절삭 툴이 공작물에 근접 배치되어 있어 형상이 적은 부품을 빠르게 생산하는 데 탁월합니다. 사진 제공: Precision Plus

얼마나 더 빠를까요? "한 부품이 스위스 CNC에서는 개당 8초 걸리는데, 캠 기계에서는 3초입니다." Reader는 말합니다. 생산 속도가 두 배 이상 차이 나며, 특히 대량 생산에서는 큰 차이입니다. "그 부품에 CNC를 써야 한다면 손익분기점도 맞추지 못할 겁니다."

그럼 언제 CNC 기계가 더 나을까요?

CNC에서의 정밀도와 공차

캠 구동 Tornos 기계의 또 다른 이점은 가시성입니다. "스위스 캠 기계는 쉽게 접근할 수 있어 내부 상황을 볼 수 있습니다." Reader는 말합니다. 이는 회사 견습 프로그램에 완벽하며, 이 프로그램이 인력 공급에 기여했다고 평가합니다. 사진 제공: Precision Plus

"부품의 필요에 따라 다릅니다." Reader는 말합니다. "어떤 부품은 스위스 CNC가 제공하는 더 높은 정밀도를 필요로 합니다." 이 시설에서 생산하는 치과용 부품을 예로 들어보겠습니다. 한쪽 끝 직경이 0.01인치에 불과하고 길이-직경 비율이 높아 채터 방지와 공작물 파손 방지를 위한 추가 지지가 필요합니다. 이러한 부품 특성상 더 높은 정밀도와 강성을 가진 CNC가 필수입니다. 또한 표면 조도가 거의 완벽해야 하는데, 미세한 결함도 치명적일 수 있습니다. "공차를 정확히 맞춰야 합니다." Reader는 말합니다. "이 치과용 부품에 표면 결함이 있으면 사용 중 균열 전파와 파손으로 이어질 수 있습니다."

치과 의자에 앉아본 사람이라면 CNC 기계의 높은 정밀도에 감사할 것입니다.

이 치과용 부품은 엄격한 공차와 큰 길이-직경 비율을 가져 캠 구동 대신 CNC 스위스형 터닝 머신이 필요합니다. 사진 제공: Precision Plus

공차 외 요소도 CNC 선택에 영향을 줍니다. 우선 더 큰 부품을 처리할 수 있습니다(기계에 따라 12, 20, 32mm). 또한 치과용 부품처럼 고압 쿨런트가 필요한데, 캠 구동 스위스 선반에서는 불가능합니다. 쿨런트는 실리거나 끈적한 칩을 생성하는 소재나 O링 홈 같은 밸브 부품에서 칩 제거를 위해 고압이 필요할 때도 주요 요인입니다.

마지막으로 헤드스톡 선반은 직경 2.5인치까지 더 크고 복잡한 부품을 처리합니다. "일반적으로 소재 제거가 많거나 복잡도가 높으면 Miyano 플랫폼을 활용합니다." Reader는 말합니다. Miyano ABX는 유압 척과 견고한 기계 설계로 공격적이고 정밀한 가공에 사용됩니다. 반도체 생산용 한 부품은 어려운 가공의 고인장 고항복 스테인리스 강에서 대량 내경 소재 제거, 오프센터 드릴링, 나사 가공, 외경 터닝이 필요합니다. 2스핀들 3터렛 선반에서 이 부품을 한 번 셋업으로 완전 가공하여 높은 경쟁력을 확보합니다.

반도체 제조용 이 부품은 다중 오프센터 드릴링, 대량 내경 소재 제거, 여러 외부 형상이 어려운 스테인리스 합금으로 가공되어 일반 선반에 더 적합합니다. 사진 제공: Precision Plus

다른 선반인 Miyano BNX는 주로 효율성을 위해 존재합니다. "BNX는 ABX보다 빠른 생산 속도를 제공하면서도 5번째 소수점 오프셋을 허용합니다." Reader는 말합니다. Precision Plus는 외경 터닝에서 ±0.0001인치, 내경 보어에서 총 0.0003인치 공차를 가공합니다. 그렇게 높은 정밀도가 필요하지 않을 때는 메인/서브 스핀들에서 단일 터렛으로 동시 가공이 가능하여 많은 부품의 처리량을 늘립니다. 두 플랫폼 모두 Hainbuch 퀵체인지 척킹 시스템을 장착하여 셋업 시간과 스핀들 간 동심도를 개선합니다.

가공에서 많은 것들이 그렇듯 결국 부품에 달려 있습니다. "일반적으로 부품이 크고 복잡할수록 고정 헤드스톡 선반으로 갑니다." Reader는 말합니다. "극도로 엄격한 공차나 고압 쿨런트가 필요한 소형 원통 부품은 스위스 CNC로 갑니다. 하지만 스위스 캠 기계로 만들 수 있다면 거기서 더 빠르고同样하게 정밀하게 생산할 수 있습니다."