고성능 가공(HPM) 수용: 속도, 정밀도, ROI 향상

고성능 가공은 두려워할 대상이 아니라 환영할 대상입니다. 기술, 이점, 성공에 필요한 마인드셋을 자세히 살펴보는 HPM 입문서로 깊은 물로 뛰어드십시오.

금속 가공이나 제조 전문지를 읽어본 사람이라면 고성능 가공(HPM)과 고속 가공(HSM) 용어를 들어봤을 겁니다. 하지만 그것들을 유익하게 만드는 아이디어를 수용하는 데 주저할 수 있습니다. 많은 기계 작업장에서는 기존 커터, 툴패스, CNC 장비로 부품을 충분히 잘 생산하고 있다고 느낄 수 있습니다.

왜 배를 흔들까요?

특히 미래로 성장하고 싶다면 HPM에 대해 더 알 이유는 충분합니다. HPM을 채택한 많은 작업장은 불과 몇 년 전만 해도 불가능했던 것보다 몇 배 높은 처리량을 누리고 있습니다. 공구 수명이 늘고, 부품 품질이 개선되었으며, 고객 요구를 충족하면서 비즈니스를 성장시킬 새로운 유연성을 얻었습니다.

고성능 가공(HPM)이란 무엇입니까?

HPM이 정확히 무엇이며, 도입에 무엇이 필요합니까? 비싼 새 CAD 시스템? 생소한 새 엔드밀 무더기? 일요일 십자말풀이보다 축 글자가 많은 공작기계? HPM 구현에는 이들 기술 진보 중 일부, 없음, 또는 전부가 포함될 수 있습니다. 한 CAM 소프트웨어 회사가 먼 과거에 HPM을 어떻게 정의했는지 보십시오:

"HPM은 기계 전체를 고려하는 포괄적 패키지입니다."라고 DP Technology의 선임 애플리케이션 엔지니어 댄 혼이 MachineDesign 기사에서 말했습니다. "여기에는 기계적 특성, 제어 및 서보 드라이브 성능, 툴링, 공구 홀더, 지그·고정구, 부품 가공, 심지어 가공 전략까지 포함됩니다."

HPM을 기술 그 자체가 아닌 가공 전략으로 생각하는 것이 중요합니다. 무슨 뜻입니까? HPM은 기술을 활용해 작업에 가장 적합한 일을 수행해 최상의 결과와 생산 산출을 내고 원하는 비즈니스 목표에 도달하는 마인드셋입니다. 오늘날 기술은 HPM 작업장이 되는 데 도움을 주지만, 기계 이상이 필요합니다.

"머시닝 센터가 그 일에 가장 좋은 기계가 아닐 수도 있습니다." Modern Machine Shop 편집장 피터 젤린스키가 "고속 가공: 다음 10년" 기사에서 주장합니다. "멀티태스킹 터닝 머신이 오늘 더 많은 일을 하고, 한때 너무 전용적이라고 여겨지던 가공 시스템도 마찬가지입니다."

젤린스키는 속도나 기계 유형만의 문제가 아니라고 주장합니다. 오히려 작업장 내 조직 변화나 고객과의 소통이 핵심이라고 봅니다. 2006년 글이지만 그의 지적은 오늘도 유효합니다. 핵심적으로 HPM은 제조업체와 작업장이 더 적은 노동력과 더 큰 효율로 더 많은 일을 맡도록 돕습니다.

HPM 운영의 핵심 구성요소는 다음과 같습니다.

고성능의 기계들

모든 작업장이 기계 기술을 최신으로 유지하는 것은 중요하지만, 때로는 5축 머시닝 센터, 멀티태스킹 선반, 유연 생산 시스템 투자가 불가능할 수 있습니다. 우선 그런 기계에 적합한 일이 없을 수 있습니다. 또한 HPM 변혁이 시작되면 개선되겠지만, 감당할 수 있는 재정적 투자 리스크보다 클 수 있습니다.

그렇다, 새 공작기계는 1990년대 이전 구매 기계보다 부품을 더 빠르게 생산하고 더 나은 공차를 유지하는 것이 사실입니다. 하지만 오래된 기계에도 HPM 측면을 적용해 생산 출력을 개선할 수 있습니다. 예를 들어 기어 헤드 VMC는 6,000rpm으로 제한될 수 있지만, 칩 시닝(chip-thinning) 기법과 전장 커터 인게이지먼트를 채택하면 커터 수명과 부품 품질에서 큰 개선을 볼 수 있습니다. 퀵체인지 워크홀딩 설치로 셋업 시간도 줄일 수 있습니다.

HPM의 절삭 공구

현대 절삭 공구 사용의 이점을 생각해 보십시오. 여전히 수연마 드릴을 쓰고 HSS 콘콥 커터의 느린 속도에 좌절한다면, 툴링 전략을 재고할 때입니다. 절삭 공구 제조사들은 최근 놀랍도록 견고한 초경 재종, 코팅, 형상을 도입했으며, 이를 쓰지 않고는 기계 출력을 높일 방법이 없습니다.

경우에 따라 공구당 비용을 더 지불할 수 있지만, 이 중요한 HPM 요소를 채택하면 교체와 유지보수 노동이 줄어 총소유비용 절감으로 드라마틱한 수익 개선을 볼 수 있습니다.

이미 HPM 측면을 채택했지만, 기계 유지보수와 최적 상태를 유지하면서 생산 수준을 더 높이고 싶으십니까? 전체 설비 효율(OEE)이 어떻게 제로 결함과 무계획 가동중단 제로라는 높은 목표에 다가가게 돕는지 알아보십시오.

HPM에 필요한 워크홀더

사이드락 엔드밀 홀더와 6인치 기계공 바이스가 제자리가 있지만, 절삭 공구와 공작물을 잡는 훨씬 더 효과적인 방법이 있습니다. 슈링크핏과 유압 공구 홀더는 HPM의 높은 속도와 이송에 필요한 우수한 런아웃과 밸런스 특성을 제공합니다. 제로포인트 고정구와 기타 퀵체인지 툴링 기술은 고혼합 소량 환경에서도 스핀들 가동률 90%대 후반을 달성하게 해줍니다(네, 가능합니다).

아직 공구를 오프라인에서 세팅하고 표준화된 전사적 툴링 접근법을 채택하지 않았다면, 큰 개선 기회를 놓치고 있는 것입니다. 모든 머시닝 센터는 1/2인치 초경 엔드밀을 툴 포켓 7번에, 모든 선반은 80도 다이아몬드를 스테이션 3번에 둡니다. 이러한 표준 모범 사례를 사용해 셋업과 프로그래밍 시간을 줄이십시오. 사용 가능한 어떤 기계로든 작업을 이동할 더 큰 유연성을 제공합니다.

HPM에 필요한 코드

대부분 HPM을 들으면 트로코이달 툴패스, 칩 시닝 효과, 긴 축방향·얕은 반경방향 절삭 깊이를 떠올립니다. 맞습니다. 최신 CAM 시스템은 공구 수명과 부품 품질을 개선하면서 금속 제거율을 높이는 다양한 방법을 제공합니다. 그것들을 채택하십시오. 이러한 툴패스 전략은 낡은 공작기계나 저가 수입 기계도 빛나게 합니다. 절삭 공구와 공구 홀더, CAM 시스템 자체에 투자해야 합니다. 기계공, 작업자, 엔지니어를 교육에 보내고 새 시스템을 실험하고 배울 시간도 줘야 합니다.

또한 툴패스 시뮬레이션 소프트웨어 투자도 고려하십시오. 새로운 사고방식은 가동중단 시간 감소에 관한 것이기 때문입니다. 공구와 지그·고정구를 3D 모델링하는 데 필요한 시간을 쓰십시오. 프로그래밍이 필요합니다. 번거로워 보일 수 있지만, 하지 않으면 뒤처질 가능성이 큽니다.

진정한 고성능 달성에 필요한 데이터

여러분이 기다리던 버즈워드들이 옵니다: 스마트 제조, 인더스트리 4.0, 산업용 사물인터넷(IIoT). 제조는 이미 또는 곧 데이터 중심으로 될 것입니다. 데이터는 언제 커터 이송을 늘릴 수 있는지, 스핀들 베어링이 곧 고장나 예기치 못한 가동중단이 생길지, 공구 교체와 칩 제거로 매시간 몇 분을 잃는지 알려줍니다.

궁극적으로 데이터는 최고 가동률과 매 교대 끝 최대 부품 더미를 달성하는 것입니다. 데이터를 수집, 분석, 행동에 옮겨야 합니다. 이것이 인더스트리 4.0의 본질입니다.

HPM 산출물 측정 시작

더 높은 이송률과 퀵체인지 툴링은 HPM으로 나아가려면 분명히 좋은 생각입니다. 하지만 강조할 더 큰 점이 있습니다. 센서 가득한 최첨단 공작기계의 자랑스러운 소유자이든, 종이테이프 리더 교체품을 어디서 구할지 고민 중이든, 측정할 수 없거나 안 하면 개선할 수 없습니다.

그렇기 때문에 고성능 가공으로 가는 첫걸음은 기준선(baseline)을 설정하고 지속적으로 개선하는 것입니다. 작업장을 네트워킹하고, 기계 모니터링 센서와 소프트웨어를 설치하고, 성과를 추적할 챔피언을 임명하십시오. 개선 기회가 식별되면 이를 일일, 월간, 분기 현실로 만드는 데 집중하십시오. 어떤 단계로 공정이나 출력을 개선했는지 명확히 문서화하십시오.

단일 머시닝 센터나 선반에서 시작해, 구체적 목표를 세우십시오. 예: 3분기 스핀들 가용률 10% 증가, 7월까지 오프라인 프리세팅 확립—그리고 이 목표들을 향해 지속적으로 노력하십시오. 성과 목표와 그에 대한 측정 없이는 어떤 양의 고성능 가공도 큰 의미가 없습니다.

귀사 작업장에서 HPM의 어떤 부분을 시도해 보셨습니까? 뭐가 잘 되고 뭐가 안 됩니까? 아래 댓글로 경험을 공유해 주십시오.