최첨단 최적화 모듈, 난삭재에서 정밀도 구현

어느 정도 기계 작업장에서 일해본 사람이라면 무역 전시회나 공작기계 대리점 오픈 하우스에 참석해본 적이 있을 것입니다. 거기서 황동, 연강, 알루미늄 덩어리를 명함 꽂이나 틱택토 게임으로 깎아내는 CNC 기계의 통조림 데모를 봅니다. 이런 경품은 재미있지만, 진짜 부품이 가공되는 모습, 특히 가공하기 어려운 소재로 만든 부품을 보는 게 더 신선하지 않을까요?

그게 바로 오쿠마(Okuma) 윈터 쇼케이스에서 일어난 일입니다. 기계 제작사가 600명 이상 참석자를 위해 매년 주최하는 이 행사에서, 참석자들은 전력 가동 중인 20대 이상의 CNC 공작기계를 구경했습니다. 대부분 칩을 만들고 있었죠. 여기에는 레이저 금속 증착 기능이 있는 MU-8000V LASER EX 슈퍼 멀티태스커와 트러니언 스타일 5축 수직 머시닝 센터인 GENOS M460V-5AX(고생산성, 작은 설치 면적, 놀라울 정도로 저렴한 가격)가 포함되었습니다.

바피드 진동 감지 기능이 있는 LB3000 EX-II 선반, 협동로봇 부품 핸들링이 있는 MULTUS B300II 터닝-밀링 센터, MA-500HII 수평 및 MCR-A5CII 더블 컬럼 머시닝 센터, MULTUS U3000 멀티태스킹 기계도 있었습니다.

인상적인 라인업이지만, 많은 쇼 참석자들 사이에서 화제가 된 데모가 하나 있었습니다. 심지어 설정 담당자들 사이에서도요. "티타늄, 매우 단단하고 가공하기 어려운 소재를 절삭하고 있다는 점을 고려하면 꽤 멋진 광경이었습니다."라고 오쿠마 애플리케이션 엔지니어 리 존스턴(Lee Johnston)은 말했습니다.

그는 CGTech의 포스(Force)라는 물리 기반 NC 프로그램 최적화 모듈이 포함된 데모를 언급합니다. 이 모듈은 회사의 주력 제품인 베리컷(VERICUT) 툴패스 시뮬레이션 소프트웨어 내에서 작동합니다. CGTech 및 샌드빅 코로만트 담당자들과 협력해 존스턴은 항공우주 고객을 위한 Ti-6Al-4V 티타늄 브라켓을 프로그래밍한 다음, 베리컷 포스로 툴패스를 최적화했습니다.

"두 개의 바이스에 동일한 데모를 올려 나란히 실행했습니다. 하나는 표준 프로그램, 하나는 최적화된 프로그램이었습니다."라고 존스턴은 말했습니다. "사이클 타임을 1시간에서 40분 미만으로 단축했고, 공구가 절삭하는 소리와 모습의 차이도 듣고 볼 수 있었습니다. 최적화된 프로그램이 기계에 더 부드럽다는 것을 알 수 있었습니다. 이는 트로코이달 툴패스 이후 프로그래밍에 일어난 최고의 일일 겁니다."

베리컷 제품 전문가 피트 하스(Pete Haas)는 포스가 NC 툴패스를 분석하고, 변화하는 절삭 조건을 평가하여 주어진 소재에 대한 이상적인 칩 두께를 달성하도록 이송 속도를 늘리거나 줄임으로써 작동한다고 설명했습니다. CAM 시스템과 온라인 가공 계산기는 평균 칩 두께를 결정하고 이를 기반으로 이송 속도를 정하려 시도하는 반면, 포스는 가공 코드 한 줄 한 줄마다 최적의 이송 속도를 계산합니다.

"매일 아침 출근 운전을 예로 들어보죠."라고 하스는 말했습니다. "직선 구간, 곡선, 급커브를 만나 도로 상황에 따라 감속하거나 가속합니다. 가공도 끊임없이 변화하는 조건을 포함하지만, 일부 CAM 시스템은 이를 고려하지 않습니다. 전체에 단일 이송 속도를 생성해 급커브에서는 너무 공격적이고 직선에서는 너무 느릴 수 있습니다. 반면 포스는 물리학을 사용해 변화하는 조건 내내 컷별로 계산해 최적의 이송 속도를 결정합니다."

하스에 따르면 결과는 사이클 타임 대폭 단축, 공구 수명 향상, 부품 품질 개선, CNC 공작기계 마모 감소입니다. 모든 소재와 모든 기계에서 작동하며, 레거시 프로그램에도 사용할 수 있습니다.

존스턴만 포스의 능력에 놀란 게 아닙니다. 20년 경력의 머시니스트이자 프로그래머로 현재 전국 베리컷 고객과 일하는 CGTech 기술 지원 엔지니어 크리스 다발라(Chris Davala)도 이 데모가 눈을 뜨게 했다고 말했습니다. "솔직히 좀 회의적이었습니다."라고 그는 말했습니다. "이 제품과의 첫 실전 경험이었고, 개발자들에 대한 믿음이 없었던 건 아니지만, 잠재적 이득에 대한 대담한 주장이 있었습니다. 포스가 실제로 작동하는 것을 보고 나니, 저는 신자가 되었습니다."

제품 개발사 직원이니 그렇게 말하기 쉽습니다. 하지만 다발라, 존스턴과 함께 데모를 설정하는 데 협력한 샌드빅 코로만트 MTS 전문가 리처드 하워드(Richard Howard)도 이를 뒷받침합니다. 그는 데모에 사용된 절삭 공구와 툴홀더를 공급하고 초기 가공 파라미터를 지정했습니다.

"공구 전문가로서 포스 소프트웨어가 얼마나 '정확한지(spot on)'에 극도로 감명받았습니다."라고 그는 말했습니다. "CGTech는 공구 형상과 결과 하중을 고려하면서 프로그램을 최적화하는 놀라운 일을 해냈습니다. 더 높은 효율과 공구 수명 연장에 관심 있는 사람은 누구나 이걸 살펴봐야 합니다."

오쿠마 기계 기술에 익숙한 사람이라면 포스가 불필요하다고 생각할 수 있습니다. OSP 제어가 머시닝 나비(Machining Navi), 서보나비(SERVONAVI), 슈퍼-넙스(Super-NURBS), 적응형 가공 기술 같은 고급 기능을 제공하기 때문입니다. 제3자 소프트웨어 패키지가 최고급 공작기계를 어떻게 더 좋게 만들 수 있을까요? 몇 가지 답이 있습니다:

• 포스는 NC 코드를 더 작은 조각으로 나누어 이송 속도를 조정함으로써 칩 두께를 최대화하고 일정하게 유지합니다.
• 최적화 기능이 선제적(프로액티브)이라, 사이클 스타트 버튼을 누르기 전에 모든 사람이 무엇을 기대할지 알 수 있습니다.
• 성능 이슈가 미리 명확히 식별되며, 프로그래머는 예상 절삭력, 칩 두께, 이송 속도, 공구 편향 등을 보여주는 포스 차트를 검토할 수 있습니다.

새로운 소재, 새로운 공작기계 및 커터, 심지어 새로운 프로그래머에게도 포스는 그렇지 않으면 발생했을 추측을 없애줍니다.

결과는 더 안전하고 예측 가능한 NC 프로그램으로, 공구 파손이나 스크랩 부품 위험이 낮습니다. 운영자 자신감이 높아집니다. 무인 가공을 자신 있게 수행할 수 있습니다. 이익 마진이 개선됩니다. 그리고 포스 최적화 툴패스는 "러핑 동안 상당한 시간을 절약합니다"라고 샌드빅 코로만트의 하워드는 말했습니다. 부품이 더 빨리 가공되고 절삭 공구 수명이 길어집니다.

하스는 이렇게 요약했습니다: "포스 차트는 NC 프로그래머에게 이전에는 없던 유용한 정보를 제공합니다. 공구가 소재를 통과하며 이동할 때 컷별로 무슨 일이 일어나는지 빠르고 쉽게 시각화할 수 있고, 이제 과도한 힘, 비효율적인 절삭 파라미터, 금속 제거율, 전력 소비, 토크, 공구 편향을 시각화할 수 있습니다. 포스 차트는 절삭 조건 개선 기회도 드러냅니다. 포스 차트를 한 번 클릭하면 프로그램의 정확한 위치와 그래픽 검토 창으로 이동해 추가 분석할 수 있습니다. 최종 결과는 절삭 공구와 공작기계의 완전한 활용입니다."

오쿠마의 리 존스턴도 동의했습니다. "행사에서 티타늄을 절삭하며 상당한 개선을 보았지만, 포스는 알루미늄 같은 가공하기 쉬운 소재나 기타 범용 작업에도 똑같이 적합하다고 생각합니다. 향후 프로젝트에 사용할 수 있기를 기대합니다."