Y축 가공으로 생산 최적화: 셋업 시간과 비용 절감

최근 수십 년간 제조 메가트렌드 중 하나는 특정 부품 생산에 필요한 가공 셋업 수를 단순화하고 최소화하는 것입니다. 시장은 더 짧은 리드타임과 재고 감소를 요구하며, 이는 OEM과 아마도 더 나아가 그들의 공급업체에게 부품 생산을 최대한 간소화할 명확한 인센티브를 만듭니다.

주어진 부품의 수익성은 여러 셋업을 단일 기계에서 결합하는 능력에 달려 있을 수도 있습니다.

싱글 셋업 트렌드의 한 측면은 터닝 센터에 '라이브 툴링(live tooling)', 즉 회전 공구를 추가하는 것입니다. 이를 위해 1990년대 후반 Y축 턴밀 머신이 도입되었습니다. 터닝 센터의 최초 단순한 라이브 툴 유형은 중대한 제약이 있었습니다. 회전 커터가 대부분 기계 설계에서 단순히 터렛에 추가되었기 때문에, 터닝 공구와 같은 두 축(X, Z)으로만 구동될 수 있었습니다. 도달 범위를 개선하기 위해 라이브 툴을 스핀들 페이스 쪽으로 이동시키는 추가 웨이 세트가 추가되었습니다. 이는 라이브 툴을 리볼버 측면이나 면에 장착하거나, 경사 베드에 Y축 웨이를 설치하거나, 독립적인 밀링 헤드를 사용해 달성되었습니다. 공작기계 제조사와 제조업체 모두 이 접근법의 이점을 곧 인식했습니다. 이제 약 20년 후, Y축은 거의 모든 멀티태스크 기계의 표준 기능이자 많은 신형 터닝 센터의 옵션이 되었습니다.

터닝 센터에 Y축을 추가하면 3축 머시닝 센터와 매우 유사하게 세 선형 축 사이에 90도 직교성을 제공합니다.

파팅오프 작업의 과제

파팅오프는 필요한 모든 터닝 공정에서 중요한 단계입니다. 전체 절삭 시간의 작은 비중만 차지하지만 보통 부품이 완성되기 전 마지막 작업입니다. 파팅 공구 파손은 쉽게 기계 가동 중단과 품질 이슈로 이어지고, 최악의 경우 공작물을 스크랩해야 해 이전 단계에서 더해진 모든 가치가 손실됩니다. 소재 비용도 주요 요소입니다. 특히 내열 초합금(HRSA) 같은 고가 소재를 가공할 때는 가능한 가장 좁은 인서트 사용이 강한 인센티브가 됩니다.

이 요소들은 파팅 공구에 두 가지 정반대 요구사항을 만듭니다: 소재 손실을 최소화하고 최대 작업 직경을 위한 공구 도달을 최적화하기 위해 최대한 좁고 가늘어야 합니다. 하지만 가는 공구는 안정성이 나빠 진동과 소음에 쉽게 시달립니다. 채터링으로 망가진 표면 조도와 치수 공차는 일반적으로 파팅 작업에서 용납할 수 없는 위험입니다. Y축이 멀티태스크 기계와 터닝 센터에서 회전 공구 사용 가능성을 크게 넓힌 반면, 이제 이 능력은 이러한 공작기계 유형의 원래 임무 중 하나인 Y축 파팅에 큰 혁신을 불러왔습니다.

Sandvik Coromant의 혁신인 Y축 파팅은 잠재적으로 모든 파팅 작업에서 상당한 생산성과 공정 안정성 개선을 제공하는 새로운 파팅오프 공구와 방법입니다. 이 혁신은 극도로 단순한 원리에 기반합니다. 기존 파팅오프 공구가 공작기계 X축에 정렬되는 반면, Y축 공구는 단순히 90도 반시계 방향으로 회전해 Y축에 정렬됩니다. 기존 파팅 공구 구성에서 상대적으로 길고 가는 절삭 블레이드와 홀더가 회전하는 공작물에 90도 각도로 진입하며, 가장 큰 절삭력은 절삭 속도에 의해 생성되고 나머지는 이송 운동에 의해 생성됩니다.

Y축 파팅의 이점

팁 시트를 90도 돌리고 Y축을 활용하면 공구가 전단으로 공작물 속으로 본질적으로 절입해, 결과적인 절삭력 벡터가 블레이드 종축과 거의 정렬됩니다. 힘의 더 유리한 분포는 기존 블레이드에 전형적인 임계 응력을 제거하고, 최대 절삭 깊이(CDX) 60mm(2.36인치)에서 굽힘 강성을 기존 대비 6배 이상 증가시킵니다. 또는 역으로, Y축 설계에서 소성 변형과 불안정성 감수성이 기존 파팅 블레이드 전형적 변형의 6분의 1 수준으로 낮습니다. 500% 이상 증가한 블레이드 강성은 실질적으로 더 높은 이송률과 더 긴 오버행을 안정성 손실 없이 가능하게 해, 공구 생산성을 동등한 비율로 향상시킵니다. 파팅오프 바의 일반적 권장사항은 오버행(OH)을 최소화하거나, 긴 OH에서는 가벼운 절삭 형상을 쓰거나 이송을 줄이는 것입니다. 이송 감소가 필요한 일반적인 임계값은 블레이드 높이의 1.5배를 초과하는 OH입니다. Y축 툴링으로는 최적 이송률, 절삭 형상, 공구 치수에 타협하지 않고 더 긴 오버행을 달성할 수 있습니다.

강성 증가와 그에 따른 휨 감소 덕분에 Y축 툴링은 오버센터 설정 필요성을 없애고, 센터 관통 시 조기 인서트 파손과 급속한 플랭크 마모 같은 관련 단점을 방지할 수 있습니다. 기타 이점으로는 낮은 소음 레벨, 더 나은 표면 조도, 더 신뢰할 수 있는 공정, 현재 가능한 것보다 더 큰 직경 파팅오프 능력이 있습니다.

기계별 Y축 파팅 고려사항

터닝 센터: 일반적으로 바 스톡에서 대량 생산용으로 사용되며, 전형적으로 지름 65mm(2.56인치)입니다. 이 가공 유형에서 Y축 파팅의 가장 큰 이점은 생산성과 표면 품질 개선입니다. 파팅오프가 보통 부품의 마지막 단계이므로 품질 최적화 기회도 흥미롭습니다. 추가 기회는 파팅 폭을 줄여 가공 경제성을 개선하는 것입니다.

멀티태스크 기계: Y축 파팅 블레이드는 주로 접근성 증가와 더 큰 직경 가공 능력을 제공합니다. 사전 테스트에서 기존 120mm 직경 바를 인서트 최대 이송 용량으로 절삭할 때 오버행이 50% 증가함을 확인했습니다. 공정 안정성 문제 없이 300% 생산성 증가를 달성했습니다. 고객 테스트 케이스에서 Y축 파팅이 지름 180mm Inconel 바의 밴드쏘잉을 성공적으로 대체해, 가공 시간 대폭 단축으로 상당한 생산성 향상을 가져왔습니다.

경사 베드 기계: 일반적으로 X축이 기계 앞쪽을 향해 '오르막' 경사를 만들며, 스핀들이 경사 베드 한쪽 또는 양쪽 끝에 있고, X축 이동 거리가 보통 Y축 이동 거리보다 훨씬 깁니다. 특정 부품에 대한 Y축 파팅 사용성을 고려할 때 이런 작업 공간 제약을 고려해야 합니다. 멀티태스크 기계는 본질적으로 터닝 옵션이 있는 머시닝 센터로 특징지을 수 있는데, Coromant Capto® C6이나 HSK63T 블레이드 어댑터 같은 일반적인 공구 어셈블리는 메인 척과 서브 척 사이의 충분한 도달을 위해 종종 상대적으로 깁니다. 이로 인해 전체 셋업은 Y축 하중(절삭력이 공구 어셈블리와 기계 스핀들로 향함)에 비해 X 방향으로 약합니다. 일반적인 Y축 공구 어셈블리는 보통 VDI 어댑터나 기계 적응 클램핑 유닛(MACU)용 볼트온 블레이드 어댑터 기반으로, 메인-서브 척 사이에 도달해 척 근처에서 파팅오프할 수 있도록 길고 가늘게 만듭니다.

시작하기

Y축 파팅 투자는 우선 파팅 작업과 관련 작업 방식에 대한 접근법의 변화입니다. 이미 Y축이 장착된 기계의 능력을 더 완전히 활용하는 방법을 제공합니다. 또는 새로운 기계나 수정된 공정 셋업에서 파팅 작업 생산성을 크게 높일 옵션이 될 수 있습니다. Y축 파팅은 새 Y축 블레이드가 표준 어댑터에 맞고 표준 CoroCut® QD 인서트를 사용하므로 전용 블레이드 필요성이 줄어들어 공구 재고 감축 기회도 제공할 수 있습니다.

실용적 고려사항으로, 표준 블레이드 어댑터에 장착 시 절삭 날이 Y=0 위치에서 7mm(0.276인치) 위에 있음을 유의해야 합니다. 작업자는 CNC 프로그램에서 이 돌출을 오프셋해야 합니다.

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