자동화 가공의 미래: 정밀도와 효율성 향상

가공 및 머신 텐딩 개요

가공은 원하는 복잡한 형상을 생산하기 위해 금속 '블랭크'에서 재료를 제거하는 공정입니다.

머신 텐딩은 제조 공장에서 산업용 공작기계의 자동화된 작동을 말하며, 주로 로봇 자동화 시스템을 사용합니다. 로딩과 언로딩이 머신 텐딩 시스템의 주요 기능이지만

로봇이 자동화 시스템 내에서 자율 주행 부품 배송과 셀에서의 제거 같은 다른 가치 있는 기능을 수행하는 경우가 많습니다. 다른 작업들도 제조의 전체적 관점에서 자동화되고 통합될 수 있습니다: CMM/부품 검사, 게이징, 블로우오프, 세척, 디버링 & 마감, 분류, 레이저 ID 마킹, 포장 및 출하.

머신 텐딩 시스템의 이점:

1. 생산성 증가
2. 직접 인건비 감소
3. 더 긴 기계 가동 - 24/7
4. 기계 가동률 향상
5. 전체 생산 비용 감소
6. 제품 품질 개선
7. 기계 안전성 향상
8. 운영 유연성
9. 재고 최적화

머신 텐딩 시스템의 정교함, 기능성, 관련 비용 때문에 대부분의 제조업체는 이러한 시스템 투자 전 경영진 승인이 필요한 자본 승인 프로세스를 요구합니다. 일반적으로 ROI(투자수익률)를 계산해 구매를 정당화합니다. Futura Automation은 현재 비용 산정과 ROI 계산 지원 가능

https://www.youtube.com/watch?v=po7wByneVeY

수직 밀링 - 4축 또는 5축?

수직 밀링 머신에서 스핀들 축은 수직으로 향합니다. 밀링 커터는 스핀들에 고정되어 축을 중심으로 회전하며 'A' 치수를 제공. 피드 테이블은 3축 밀링에서 X, Y, 4축 밀링에서 Z 치수 제공. 스핀들은 회전축으로 일반적으로 낮아질 수 있음(또는 테이블이 상승해 커터가 공작물에 더 가깝거나 깊게 들어가는 같은 상대적 효과), 플런지 컷과 드릴링 가능. 수직 밀에는 베드 밀과 터렛 밀 두 하위 범주.

'B' 축도 회전하면 5축 모션. 5축 머신은 부품 크기와 형상의 무한한 가능성을 효과적으로 처리. '5축'은 절삭 공구가 이동할 수 있는 방향의 수를 의미. 5축 머시닝 센터에서 절삭 공구는 X, Y, Z 선형 축을 따라 이동하면서 A와 B 축에서 회전해 공작물을 어떤 방향에서든 접근 가능. 즉, 단일 셋업으로 부품의 5개 면 가공 가능.

수평 밀링 -

수평 밀은 비슷하지만 커터가 테이블을 가로지르는 수평 스핀들에 장착됨(아버 밀링 참조). 많은 수평 밀은 다양한 각도에서 밀링 가능한 내장 로터리 테이블을 갖춤, 이 기능을 유니버설 테이블이라 부름. 엔드밀과 수직 밀에서 사용 가능한 다른 도구들도 수평 밀에서 사용 가능하지만, 진짜 장점은 사이드 앤 페이스 밀이라 불리는 아버 장착 커터에 있음, 원형 톱 같은 단면을 가지지만 일반적으로 더 넓고 직경은 더 작음.

주요 공작기계 제조사:

• Mazak: HC, MEGA, UN
• Toyoda: 400, 500, 630, 850, 1000, 1250, 1600mm 팔레트
• Hurco: HM1700i
• Haas: 40-테이퍼, 50-테이퍼
• DMG Mori: NH, NHX, DMC, DMU
• Okuma: LB, LT, MULTUS
• Matsuura: H-Plus

터닝 센터 -

터닝은 절삭 공구가 직선으로 움직이면서 공작물이 회전하는 원통형 부품을 만드는 가공 공정. 일반적으로 선반으로 수행되며, 터닝은 공작물 직경을 지정된 치수로 줄이고 매끄러운 부품 마감 생산. 터닝 센터는 컴퓨터 수치 제어(CNC)를 갖춘 선반. 정교한 터닝 센터는 다양한 밀링과 드릴링 작업도 수행 가능. 5축 밀링 머신은 터닝 센터로 구성 가능하므로 대부분의 5축 머신 제조사는 터닝 센터 버전도 제공.

주요 제조사:

• Mazak: HQ, INTEGREX, MULTITEX, ORBITEC, QT
• Okuma: GENUS, MULTUS, LB, LT, LU, V40R
• Hurco: TM, TMX, TMM
• Matsuura: CUBLEX
• DMG Mori: NT, NTX, NZX, CTX, WASINO

라우팅 -

컴퓨터 수치 제어(CNC) 라우터는 일반적으로 라우터 툴을 스핀들로 장착해 목재, 복합재, 알루미늄, 강철, 플라스틱, 유리, 폼 등 다양한 재료를 절단하는 컴퓨터 제어 절단 머신. CNC 라우터는 패널 쏘, 스핀들 몰더, 보링 머신 등 목공소 여러 기계의 작업 수행 가능. 모티스와 테논 같은 조인터리도 절단 가능.

사출 성형 및 다이캐스팅 머신

사출 성형은 플라스틱(유사한 '다이캐스팅' 공정에서는 금속)을 금형에 강제 주입하는 공정. 금형 두 절반은 사출 공정을 견딜 충분한 힘으로 고정. 사출 완료 후 금형 분리하고 부품 제거. '스프루', '게이트', '플래시'도 제거 필요. 사출 머신 금형은 수평 또는 수직 위치로 고정 가능. 대다수 머신은 수평 지향이지만 수직 머신은 인서트 몰딩 같은 틈새 애플리케이션에서 중력 활용 위해 사용. 일부 수직 머신은 금형 고정 불필요. 공구를 플래튼에 고정하는 방법 여러 가지, 가장 흔한 것은 수동 클램프(두 절반 모두 플래튼에 볼트 고정); 유압 클램프(촉으로 공구 고정), 자석 클램프도 사용. 자석과 유압 클램프는 빠른 툴 체인지가 필요할 때 사용.

자동화 저장 및 팔레트 컨베잉

팔레트 관리 시스템은 가공 공정 중 부품을 저장하고 컨베이어와 궁극적으로 적절한 툴링이 있는 로봇 암( '텐딩'이라 함)으로 그 부품을 공작기계에 자동 공급하는 수단. OMIL 같은 공작물 고정 툴로 부품을 공작기계에 공급.

Trinity Automation은 다양한 사용 사례와 가공 볼륨을 위한 세 가지 레벨의 팔레트 관리 개발.

Trinity Automation: AX1, AX2, AX5

AX1은 소형 CNC 머시닝 센터를 완전 자동화 생산 시스템으로 전환하도록 설계된 컴팩트 고속 팔레트 관리 시스템, Haas DT & DM 시리즈, Fanuc Robodrill 등 유사 시스템에 이상적.

AX2는 중간 크기 팔레트 관리 시스템, 최대 16인치 직경 × 9인치 높이 범위. Haas UMC-500 사이드 로딩이나 Haas VF2나 YCM NXV1020A 같은 수직 머시닝 센터에 적합.

AX5는 대형 팔레트 관리 시스템, Haas UMC-750 사이드 로딩이나 Haas VF4 같은 수직 머시닝 센터에 적합. AX5는 가공 비즈니스를 다음 단계로 끌어올리는 궁극적 솔루션.

마감: 디버링 및 폴리싱

가공된 부품은 대부분 애플리케이션이나 판매 전 어느 정도의 마감 필요. 디버링은 거친 마감으로 연삭이나 미디어 텀블링 포함 가능. 폴리싱은 특히 미용상 이유로 부품 마감하는 또 다른 수단. 사출 성형/다이캐스트 부품의 경우 디게이팅, 플래시 또는 스프루 제거 공정도 있음. 가공 공정으로 부품을 이송하는 데 쓰인 팔레트로 같은 가공 부품을 디버링이나 폴리싱 스테이션으로 이송 가능

품질 검사 및 CMM

많은 제조업체는 제조 부품의 100% 검사를 품질이나 타이트한 제조 사양 준수 위해 요구. 자동화 검사를 달성하는 도구 중 머신 비전과 좌표 측정기(CMM)가 있음. 모든 경우, 부품을 검사 툴 안팎으로 취급하는 것은 로봇 암으로 자동화 가능. 부품은 가공용으로 쓰인 같은 팔레트로 검사 스테이션 이송 가능

자동화 식별 라벨링

완성 부품에 모델과 시리얼 넘버 마킹하는 여러 기법 존재. 레이저 프린팅, 도트 피닝, RFID 태깅, 잉크 프팅 순으로 인기.

자율 이동 로봇 (AMR)

제조 간소화와 인건비 절감을 위한 또 다른 도구는 자율 이동 로봇(AMR). 컨베레이나 수동 지게차 없이 공장 바닥에서 제품 이송하는 아직 개발 중인 기술. AMR은 다른 공정에서 머신사이드로, 또는 머신사이드에서 저장, 포장, 출하로 제품 이동 가능.

시스템 선택 방법?*

제조업의 성공은 항상 이익, 즉 투자수익률(ROI)에 관한 것. 수익과 비용 두 가지 수익/이익 요소. 비용도 직접비와 부담비(간접비) 두 부분으로 나눔. 직접비는 공장 바닥에서 발생, 부품 제조 실제 비용. 직접비도 인건비와 자본화(감가상각) 두 부분으로 나눔. 인건비는 시급뿐 아니라 복리후생, 고용세, 안전 리스크 포함한 추가 지원 비용도 포함. 기계로 대체 가능한 반복적이고 단순한 인건비는 글로벌 경쟁력을 위해 대체해야 함.

일부 숍은 여전히 전통적 방식에 매여 익숙한 기술이 새 도전 과제를 극복하게 해줄 거라 믿음. 안 통함 - 적어도 오늘날 글로벌 시장에서는. CNC 기술 발전 같은 새 기술 인식은 회사의 미래 경쟁력 보장하는 전략적 결정.

새 기술 정당화는 다단계 프로세스:

1단계: 비용 이해
투명한 원가 시스템 사용, 완전 부담 인건비 포함한 모든 비용 요소 평가, 새 기술이 현금 흐름 개선하는지 평가, 조각 단가 계산과 새 기술 투자가 생산 비용과 ROI에 미치는 영향 계산.

2단계: CNC 기술의 잠재적 이점 이해
측정 가능한 이점: 생산성 증가, 셋업 및 툴 체인지 시간 단축, 가동률, 처리량, 스크랩률, 툴링 비용 개선, 유지보수 비용과 작업 준비 비용 부담 경감.

equally 중요한, CNC의 무형 이점: 작업자 숙련도에 의존하지 않는 품질, 정확도, 표면 마감 개선. 표준화된 인서트와 단일 포인트 터닝으로 프리셋 퀵 체인지 툴링으로 공정 유연성 향상, 고가 폼 툴 대신.

3단계: 구형 장비 비용 이해
구형 장비는 더 겸손한 효율, 계획보다 긴 셋업 시간, 설정과 운영에 사라져가는 기술 필요. 동등하게 중요하게, 구형 장비는 통계적으로 공차 유지 못함, 과도한 스크랩 부품 생산, 효율성 저해, 자재 비용 가중.

회수 기간 계산
새 기술 회수 평가 방법 여러 가지. ROI(투자수익률) 분석으로 비싸거나 덜 비싼 머신 구매 결정 지원.

ROI 분석은 프로젝트와 연관된 수익과 비용 기반으로 투자가 회사 현금 흐름에 미치는 영향 나타냄. ROI는 백분율 수익률로 제공.

ROI 분석 수행 회사는 프로젝트 비용과 투자가 현금 흐름에 미치는 영향 기반으로 투자 수익률 결정. 수익률 결정 후 회사가 수용 가능한 수익률인지 판단. 일반적으로 20% 이상 수익률은 수용 가능으로 간주.

더 고려할 사항
하지만 이 정당화 방법은 경쟁력 유지를 위한 중요한 기술적, 전략적 측면 고려 안 함. 품질은 오늘날 최종 사용자 최우선 순위 중 하나. 이 요소는 ROI 분석에서 완전히 인식되지 않는 좋은 예. 품질은 사용 장비 유형뿐 아니라 공정(단일 단계로 부품 완성 등)에 의존.

품질 외에도 회사의 경쟁력에 영향 미칠 다수 무형 이점 존재. 현금 흐름 영향만큼 중요할 수 있음. 이 다른 이점 고려는 회사의 생존 보장하는 장기적 투자 접근법.

ROI 분석 방법이 전통적으로 다년 고볼륨 프로젝트 분석에 사용됐지만, 저볼륨으로 여러 해 동안 다양한 부품 생산하는 머신 구매 지혜 분석에도 사용 가능. 예시는 매우 단순, 세금 영향 등 고려할 추가 요소 많음.

마지막으로 ROI는 반드시 수익성과 경쟁력과 같지 않음. 수익성은 구매 고려 머신의 시간당 비용률과 무형 이점 영향에 의존. 회사의 자본 투자 결정에 따라 현금 흐름 영향은 장기적 경쟁력과 수익성과 꽤 다를 수 있음.

높은 ROI와 낮은 수익성 가능, 반대도 가능.

새 머신 구매를 두 관점에서 모두 보기. ROI 분석 수행, 장기적 투자 영향도 보기. 초기에는 저가 머신으로 수익성 높아 보일 수 있지만, 장기적 혜택으로 고품질 머신 구매가 정밀 부품 생산자에게 가장 유리한 선택일 수 있음

*Jeff Reinert, Index Systems 제공, 게재: https://www.americanmachinist.com/cad-and-cam/article/21892337/justifying-investment-in-cnc-technology