전문가 툴 밸런싱으로 공구 수명과 생산성 향상시키기

절삭 공구 런아웃과 툴홀더 불균형은 가공을 어렵게 만듭니다. 툴 밸런싱 기술과 이 절차를 올바르게 수행해 진동을 최소화함으로써 표면 조도와 공구 수명을 모두 개선하는 방법에 대해 알아야 할 사항을 소개합니다.

툴 밸런싱은 스핀들 속도가 20,000rpm 이상에 도달하는 고속 가공에서 필수입니다. 하지만 많은 전문가들은 밸런싱 필요성이 단 6,000rpm에서 시작된다고 말하며, 이 중요한 단계를 건너뛰면 공구 수명과 생산성이 모두 감소한다고 말합니다.

Haimer Inc.의 사장 Brendt Holden은 그런 사람 중 하나입니다. 그는 15년 전 위스콘신의 한 기계 공장이 보링 작업으로 고생했던 이야기를 좋아합니다. Haimer의 툴 밸런서 설치 후, 그 기계 공장은 그 작업을 포함해 많은 작업에서 처리량을 크게 늘릴 수 있었습니다.

"그 특정 공장에는 6,000rpm보다 빠른 기계가 단 한 대도 없었습니다."라고 Holden은 회상합니다. "스핀들 속도에 관계없이 툴 밸런싱의 중요성을 보여주는 훌륭한 증언이었습니다."

그들만 그런 게 아니었습니다. 주요 미국 엔진 제조업체는 툴 밸런싱 솔루션 구현 후 비계획 다운타임으로 연간 25만 달러를 절약했습니다. 미니애폴리스의 K&G Manufacturing은 오프라인 프리셋 툴홀더 어셈블리가 밸런싱되면 첫 번째에 정확한 크기로 절삭됨을 발견했습니다. 연삭 산업도 밸런싱의 가치를 아는데, 절삭 공구 제조사 OSG가 증명합니다: 휠 팩 밸런싱 후 출력이 20% 증가했고, 스핀들 수명이 30% 늘었으며, 전력 소비가 18% 감소했습니다.

이 일화들이 회의론자들을 설득하지 못한다면, 툴 밸런싱의 효과를 설명하는 더 과학적인 예가 있습니다.

Haimer 엔지니어들은 엔드밀을 두 툴홀더에 장착했습니다. 하나는 밸런싱된 것, 다른 하나는 아닌 것. 둘 다 회사의 툴 프리세팅 유닛에서 검사받았고 2미크론 미만의 런아웃을 가졌습니다. 그런 다음 각 툴홀더 어셈블리를 18,000rpm으로 회전시키며 가속도계로 분석했습니다. 결과? 밸런싱된 어셈블리는 동일한 근제로 런아웃을 유지했지만, 언밸런싱된 것은 11미크론(0.0004인치)으로 증가했습니다. 5배 증가입니다.

공구 수명을 죽이는 런아웃이 충분치 않다면, 이걸 시도해 보세요: 어떤 공작기계 스핀들 재건업체에게도 조기 고장의 주원인을 물어보세요. 대부분 a) 충돌, 또는 b) 툴홀더 불균형을 꼽을 것입니다. 많은 가공 센터, 특히 고속 스핀들이 있는 곳에서는 교체 비용이 툴 밸런싱 유닛보다 쉽게 더 많이 들며, 그건 기계 다운타임과 그에 따른 생산 지연을 고려하지 않은 것입니다.

"알겠어요. 그래서 우리가 밸런싱된 툴홀더를 사는 거잖아요."라고 생각할 수 있습니다. Holden과 다른 이들은 이것이 좋은 시작이라고 하지만, 그것은 자동차에 고품질 타이어를 사는 것과 동등합니다. 여전히 밸런싱이 필요하며, 절삭 공구와 툴홀더처럼 완전한 어셈블리로 수행되어야 합니다.

툴홀더 트루업

어느 정도 아이러니하게도, 그 과정은 자동차 정비사가 휠 한쪽에 작은 추를 추가해 불균형을 상쇄하는 것과 그리 다르지 않습니다. 마찬가지로 툴 크리브 담당자가 무거운 금속 나사나 기묘한 모양의 링을 툴홀더에 추가해, 아웃오브밸런스 조건이 상쇄될 때까지 각각 신중하게 조정할 수 있습니다. 툴홀더 자체를 드릴링하거나 밀링해 소량의 금속을 제거해 밸런스를 달성할 수도 있지만, 이는 분명히 더 비용이 많이 들고(영구적인) 접근법입니다.

타이어와 툴홀더는 같은 종류의 불균형, 즉 정적과 동적을 겪습니다. F-150 휠에서 러그 너트 하나를 제거하면 정적 불균형이 생기는데, 단순히 한쪽에 너무 많은 무게가 있는 것으로 생각할 수 있습니다. 낚시보트 프로펠러가 바위에 부딪히면 동적 불균형, 즉 두 회전 평면에서의 불균형에 직면할 가능성이 높습니다. 이 마지막 조건이 CNC 가공 센터에서 가장 흔하며, 특히 긴 공구와 툴홀더에서 그렇습니다.

아이러니하게도, 미국에서 공작기계 제조사들이 좋아하는 CAT 스타일 툴홀더는 플랜지의 비대칭 슬롯으로 인해 본질적으로 불균형입니다. 사이드락 웰던 홀더도 한쪽에 셋 스크류가 있어 그렇습니다. 심지어 HSK 툴링, 특히 더 일반적인 A형도 어느 정도의 불균형이 있지만, 스티프 테이퍼 툴홀더만큼은 아닙니다. 툴링 제조사들은 이런 불행한 조건을 상쇄하려 하지만, 툴홀더 한쪽에 리텐션 노브를, 다른 쪽에 드릴이나 엔드밀을 장착하면 모든 게 바뀝니다. 따라서 툴홀더를 완전한 어셈블리로 항상 밸런싱하라는 조언이 있습니다.

툴 밸런싱의 효과 입증

이 불균형은 정량화 가능합니다. G 값으로 불리며, 대부분의 업계 전문가는 공구가 2.5 G 이하(즉, 2.5보다 낮은 값)로 밸런싱되어야 한다고 제안합니다. 수학적으로 기울어진 분들을 위해 Haimer 웹사이트는 툴 밸런싱 과학에 대한 정신 나간 공식들과 밀링, 드릴링, 보링 작업 개선에 관심 있는 누구에게나 추가 이유를 제공합니다.

그럼 어떻게 할까? 답은 이제 명백해야 합니다: 툴 밸런싱 기계에 투자하세요. Brendt Holden의 또 다른 고객이 몇 년 전 첫 20,000rpm 가공 센터를 샀을 때 그랬던 것처럼. 결과가 너무 좋아서 그는 8,000rpm으로 제한된 오래된 기계들까지도 공장의 모든 것을 밸런싱하기 시작했습니다.

"향상된 공구 수명과 표면 조도는 부차적인 노트였습니다."라고 Holden은 말합니다. "그가 가장 눈에 띈 것은 향상된 금속 제거율이었습니다. 이전에는 3,000rpm으로 부품을 절삭했지만, 밸런싱으로 보통 그 2배로 할 수 있었고, 이에 상응하는 이송률 증가도 있었습니다. 그는 흥분했습니다."

툴 밸런스를 넘어서

Zoller Inc.의 인더스트리 4.0 테크 센터 매니저 Matt Brothers는 자사의 툴 밸런싱 솔루션을 구현한 고객들로부터 비슷한 성공 사례를 공유할 수 있습니다. 그러나 그는 밸런싱 기계가 훨씬 더 큰 툴 크리브 전략의 한 조각일 뿐임을 빠르게 지적합니다. 동등하게 중요한 것은 공구를 오프라인에서 프리셋하는 필요성입니다. 이는 기계 공구에서 터칭 오프할 때 작업자 오류 가능성을 제거하고 기계 가용성을 크게 높입니다.

대부분 프리세터의 첨단 광학 이미징 기능 덕분에 툴 크리브 담당자는 사용 전 공구를 철저히 검사하고, 앞서 언급한 중요한 런아웃을 측정할 수 있습니다. 그리고 수축 피트 툴링을 사용하는 공장을 위해 Zoller(와 Haimer)는 한 번의 작업으로 둘 다 할 수 있는 콤보 기계를 제공합니다.

Brothers는 툴 관리 솔루션(TMS)과 구현될 때, 오프라인 툴 프리세터가 공구 사용의 요람에서 무덤까지 가시성을 제공하면서 프로그래밍과 셋업 공정 흐름 전체를 크게 개선한다고 제안합니다.

"Zoller의 TMS는 공작기계와 직접 통신할 수 있습니다."라고 그는 말합니다. "공장의 CAM 시스템, 시뮬레이션 소프트웨어, 공구 수명 모니터링 시스템과 인터페이스할 수 있습니다. 절삭 공구와 툴홀더 정보를 단일 데이터베이스에 저장하는 것에는 데이터 정확도 향상, 공구 재고 감소, 다운타임 감소, 더 효율적인 공정 흐름 등 많은 이점이 있습니다. 이것이 우리가 TMS가 인더스트리 4.0에 초점을 맞춘 모든 공장의 필수적인 부분이어야 한다고 느끼는 이유입니다."

이 생산성 향상 기술 중 어느 쪽에 관심이 있는 공장이라면, 지금이 조사할 때입니다. 179조 장비 공제는 12월에 끝납니다. MSC나 이 기사에 언급된 회사들에 연락해 더 알아보세요.

툴 밸런싱의 혜택을 누리고 계십니까?

툴 밸런싱은 고속 가공에만 필요하다고 생각하기 쉽지만, 많은 공장이 혜택을 볼 수 있습니다.

전문가들은 밸런싱 필요성이 단 6,000rpm에서 시작되며, 이 중요한 단계를 건너뛰면 공구 수명과 생산성이 모두 감소한다고 말합니다.

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