DMG 모리 & 지멘스, 항공우주 가공을 위한 완전한 CAD/CAM/CAE CNC 솔루션 제공

DMG 모리(호프만 에스테이츠, IL)는 지멘스 인더스트리(Siemens Industry Inc., 엘크 그로브 빌리지, IL)의 CAD/CAM/CNC 하드웨어, 소프트웨어, 엔지니어링 서비스 패키지 지원을 받아 항공우주 OEM과 생산 숍에 제조 기술을 제공합니다. 지멘스의 오랜 파트너인 DMG 모리는 다양한 기존 칩 절삭 및 초음파 머시닝 센터를 제작합니다.

항공우주 산업에서는 원하는 정확도와 전반적인 생산 효율을 달성하기 위해 항공우주 가공 공정에 세심한 주의와 계획이 필요합니다. 일반적인 생산 부품에는 가볍지만 단단한 소재로 만든 것들이 포함되며, 티타늄 및 관련 합금과 상당한 양의 재료 제거가 발생하는 알루미늄 공작물이 있습니다. 긴 사이클 타임과 기타 높은 원자재 비용으로 인해 이러한 부품의 가공은 어렵습니다.

최근 두 가지 애플리케이션은 DMG 모리가 지멘스를 통해 부품 생산을 개선한 방법을 보여줍니다. 설계-부품 프로토콜 단축, 항공우주 가공 시간, 공구 수명, 표면 조도, 치수 정확도, 전반적인 생산 효율 개선이 포함됩니다.

첫 번째 사례에서, 제트 엔진의 리버스 추력 부품을 Ti 6Al-4V로 제작해야 했습니다. 이 소재는 탄성 강성 때문에 항공우주에서 자주 사용됩니다. CAD 파일에서 시작하여, 지멘스 PLM(제품 수명 주기 관리) 팀은 프로그램을 NX CAM과 최대 재료 제거율을 계산하는 볼루밀(VoluMill) 애드온 기능을 통해 실행했습니다. NX 프로그램 내의 사용자 정의 이벤트(UDE) 기능은 냉각수 압력, 진폭, 초음파 발생기 설정 등에 대한 포스트 프로세서 참조를 트리거하는 체크박스를 허용합니다. 이는 수동 프로그래밍을 피하고, 결과적으로 프로그램 전환 시간을 이틀에서 약 30분으로 단축했습니다.

프로그램이 컨트롤 준비가 되면, 시누메릭 840D sl CNC의 기능으로 실제 절삭 경로의 더 간소화된 시뮬레이션이 가능했습니다. 3D 퀵셋 컴프레서(3D quick-set compressor) 기능은 모든 경로 모션에 대한 매개변수화된 항목별 데이터 파일을 제공하여, 기계의 NC 커널 및 PLC와 함께 충돌을 제거하고 최적의 툴패스를 보장합니다.

지멘스의 기술 애플리케이션 센터 매니저 랜디 피어슨(Randy Pearson)은 "이 기능은 테스트 볼과 스핀들 메커니즘의 프로브를 사이클의 어느 지점에서든 실행하여 언제든 실제 기계 키네마틱스를 테스트할 수 있으므로 고객에게 엄청난 시간 절약이 됩니다. 이 절차는 지정된 시간 간격으로 테이블에서 자동 실행되도록 자동화할 수도 있습니다."라고 관찰했습니다.

고속 가공 기능은 사이클 800(Cycle 800), 즉 5축 기계가 공간에서 회전된 작업 평면을 정의할 수 있게 하는 정적 평면 변환으로 강조됩니다. 업계에서는 일반적으로 3+2 프로그래밍으로 알려져 있습니다. 이 사이클은 실제 공작물 영점과 공구 오프셋을 회전된 표면을 참조하도록 변환합니다. 주목할 점은 이 사이클이 특정 기계 키네마틱스를 수용하고 물리적 축을 작업 평면에 수직으로 위치시킨다는 것입니다. 이는 TRAORI 또는 변환 방향(transformation orientation)으로 참조됩니다.

한편, 기계의 시누메릭 CNC 오퍼레이트(Sinumerik CNC Operate) 사용자 인터페이스는 작업자가 통합 공구 관리 및 정보 관리 기능을 수행할 수 있게 하며, 모두 USB 또는 네트워크 연결로 이동 가능합니다.

시뮬레이션에서 공작물의 적재와 고정은 NX CAM에서 가상으로 수행되며, 이는 이러한 대량 재료 제거 애플리케이션에서 중요한 일관된 칩 로드도 계산합니다. 시뮬레이션은 모든 절삭 구간에서 공구 길이를 추가로 검증하고 프로그램은 기계 시작을 위해 최종 확정됩니다. 이는 말 그대로 기계의 '디지털 트윈'과 함께 작업하는 것과 같습니다.

생산 중 이 공정은 이 매우 단단한 소재에서 공구 수명을 2.25배 개선했다고 DMG 모리의 국가 제품 매니저 루크 이바스카(Luke Ivaska)는 말했습니다. "NX CAM과 기계의 시누메릭 840D sl, 그리고 그것이 할 수 있는 모든 것의 조합으로 우리는 초기에 몇 가지 도전이 있었습니다. 대부분의 소프트웨어 프로그램은 누구나 빠르고 쉽게 사용할 수 있도록 목적에 맞게 구축된 CAM 패키지입니다. 그러나 소프트웨어가 툴패스를 주도하고 작업자는 거의 제어할 수 없기 때문에 상당한 한계가 있습니다. NX CAM과 시누메릭으로는 툴패스 생성에 훨씬 더 많은 입력을 할 수 있습니다. 저는 아직 NX로 해결할 수 없는 문제를 찾지 못했습니다." 결과적으로 완성된 부품은 4.5시간 만에 실행되며, 초음파 액추에이터 덕분에 표면 조도가 62.5 Ra에서 35 Ra로 개선되었습니다.

두 번째 예에서, 엔트리 레벨 DMU 50인 기존 칩 절삭 5축 머시닝 센터를 사용하여 지름 7인치(177.8mm) × 높이 2인치(50.8mm) 6061 알루미늄 블록을 항공우주 산업용 임펠러 팬으로 가공했으며, 90% 이상의 재료 제거를 달성했습니다. 동일한 NX CAM 소프트웨어가 이 공정 체인을 시작했으며, 5축 설정에서 상당한 시간 절약과 단일 시스템에서의 종합적인 G-코드 시뮬레이션 및 검증이라는 초기 이점을 제공했습니다.

이 임펠러 팬 구성품의 블레이드 구조 때문에 가공 중 부품과 툴홀더 사이에 0.5 클리어런스만 허용되었습니다. NX CAM 시뮬레이션으로 공구와 부품의 충돌을 방지했습니다. DMG 모리 엔지니어링은 또 다른 오랜 툴링 파트너인 하이머(Haimer)와 그 슬림 라인 홀더를 찾아 이 애플리케이션에 실행 가능한 솔루션을 제공했습니다. 한편, NX CAM에서 보간된 공구 축 및 단면 뷰를 실행하여 좁은 작업 공간에서 공구 작동을 검증했습니다.

시누메릭 840D sl에서 동일한 3D 퀵셋 컴프레서 기능이 적절한 툴패스를 보장했으며, 고속 가공 설정과 사이클 800이 다시 이 프로젝트에 활용되었습니다. 시누메릭 오퍼레이트(Sinumerik Operate), CNC의 그래픽 사용자 인터페이스는 최종 사용자의 작업자와 제조 엔지니어링 인력이 모든 러핑 및 피니싱 데이터를 일반 텍스트로, 그리고 모든 5축 변환 방향 데이터를 로그로 기록하여 중단 후 재시작 및 수동 재시작을 가능하게 합니다.

기계의 가변 스트림라인 작동은 보간된 벡터와 결합되어 단일 툴패스에서 블레이드 표면을 가공할 때 더 매끄러운 마무리를 생성합니다. 기계는 사각형에서 원형 가공으로 전환한 다음 블레이드 내부를 정확하게 가공하는 데 필요한 극한 각도 경로로 전환합니다. 단일 블레이드 핀 부분의 프로그램이 자동으로 캡처되어 스텝-앤-리피트(step-and-repeat) 프로그램을 구축할 수 있었습니다.

각 블레이드 핀 절삭 경로의 시뮬레이션은 NX CAM과 CNC 프로그램 모두에서 수행되었습니다. 이 벡터화된 프로그램은 기계 키네마틱스를 알 수 있기 때문에, 동일한 시설 내의 여러 기계로 전송되거나 전 세계의 숍에서 실행될 수 있으며, 모두 컨트롤로 연결되어 있다고 랜디 피어슨과 지멘스의 PLM 비즈니스 개발 디렉터 마티아스 라인버거(Matthias Leinberger)는 논평했습니다. "작업, 데이터 캡처 프로토콜, 생산 분석을 위한 피드백 간의 완전한 연속성이 있습니다."

이 두 프로젝트 모두 DMG 모리 기계에 탑재된 새로운 셀러스(CELOS)를 사용하여 수행되었습니다. 셀러스는 이러한 애플리케이션에서 작업자와 기계 간의 상호작용을 용이하게 합니다. 실제 조건의 즉각적인 호출, CAD 및 CAM 제품과의 링크를 통한 전체 데이터 비교, 고객 회사 ERP 시스템과의 전체 인터페이스를 통한 로깅 및 분석, 공정 중 원격 조정을 가능하게 하는 수많은 앱을 가지고 있습니다. 이러한 항공우주 고객의 경우, 글로벌 생산 네트워크와의 인터랙티브 통신도 제공됩니다.