머신 데이터로 공구 수명 최적화: 현대적 가이드

공구 비용과 불량 부품 스크랩으로 인한 비용이 합쳐져 금속 절삭 기업에서 공구 수명 연장은 중요한 목표가 됩니다. 전통적 가공은 기계 공구 수명을 결정하기 위해 실험적으로 결정된 설정에 의존했습니다. 운영자는 공구가 고장 나거나 규격 외 부품을 만들기 시작할 때까지 부품 수를 기록할 수 있습니다. 이 부품 수의 평균을 공구 수명의 임계값으로 설정할 수 있습니다. 또는 기계 공구 OEM이 제공한 부품 수를 사용해 공구 교체 주기를 설정할 수 있습니다.

이러한 솔루션은 부정확해 두 가지 중 하나를 초래합니다:

• 공구가 과소 활용됨: 공구가 수명 끝에 도달하기 전에 교체됨
• 공구가 과도 활용됨: 스크랩 부품과 가동 중단 발생

공구 모니터링을 통해 제조업체는 공구 수명을 모니터링하고 최적화해 치명적인 공구 고장의 결과 없이 공구 투자에서 최대 ROI를 얻을 수 있습니다.

공구 수명이란?

공구 수명은 기계 공구의 유용한 수명을 의미합니다. 주어진 공구가 가공할 수 있는 양품 부품 수로 표현될 수 있습니다. 공구가 마모돼 생성되는 부품이 규격 외가 되면 수명은 사실상 끝났으며 공구를 교체해야 합니다.

공구 마모, 공구 고장, 공구 수명은 CNC 가공의 현실입니다. 모든 공구는 공구 마모를 경험하며 계속 작업하면 결국 고장납니다. 그러나 공구 수명을 효과적으로 관리하는 데서 제조업체는 기계 공구의 가장 효율적인 사용을 이끌어낼 수 있습니다.

기계 공구 데이터를 수집하고 이를 사용해 공구 교체가 이뤄져야 할 시점을 결정하는 것만이 기계 공구 수명을 늘리면서 스크랩 부품과 고장을 방지할 수 있는 유일한 방법입니다.

모든 공구는 예측 가능한 수명 곡선을 가집니다. 공구가 예상되는 기간 동안 원하는 품질 기준의 부품을 생산하는 기간입니다. 그러나 공구 수명을 정확하게 결정하기는 어려울 수 있습니다. 특히 수동으로 수행할 경우 공구 수명에 영향을 미치는 다양한 요인 때문입니다. 예를 들어 가공되는 재료, 절삭 유형, 속도 및 이송률 등입니다.

출처

공구 수명 개선을 위한 7가지 방법

어떤 공구도 영원히 지속되지 않지만 공구 수명에 영향을 미치는 많은 요소가 있습니다. 공구 마모를 줄이는 몇 가지 방법은 다음과 같습니다:

1. 적절한 속도와 이송 사용

절삭 공구가 설정된 절삭 속도로 회전, 보링, 절삭하는 동안 공작물을 따라 이동하기도 합니다. 올바른 속도와 이송 설정을 사용하면 공구 수명을 크게 늘릴 수 있습니다. 실제 절삭 시간은 항상 고려사항이지만 속도와 이송에 대한 적절한 설정은 공구 수명을 연장할 수 있습니다.

2. 절삭유 적용

절삭 공정은 금속 대 금속 접촉으로 많은 열을 생성합니다. 올바른 유형의 절삭유와 적절한 양의 유체 적용이 공구 수명을 연장합니다.

3. 칩 재절삭 방지

칩은 절삭 후 공작물에서 금속 재료를 제거하는 방식입니다. 또한 절삭 중 생성된 과도한 열을 운반합니다. 하지만 설정이 올바르지 않으면 칩 재절삭으로 플랭크 마모 증가, 크레이터 마모, 기타 공구 마모 원인이 발생합니다.

4. 올바른 공구 사용

공작물 복잡도, 표면 거칠기, 요구되는 가공 정밀도, 완제품 공차 요건, 기타 고려사항이 중요합니다. 예를 들어 일부 공작물은 고속강 공구가 필요할 만큼 강할 수 있습니다. 이러한 매개변수를 알면 요소 조합에 맞는 올바른 공구를 선택하는 데 도움이 됩니다.

5. 절삭 날에 마모 분산

프로그램과 절삭 계획은 절삭 날의 최대한 많은 부분을 활용하도록 설계되어야 합니다. 절삭 공구 한 부분에 지속적으로 집중하면 공구 마모가 증가합니다.

6. 런아웃 제어

설비 연식이 가공 런아웃에 영향을 줄 수 있습니다. 현대 기계는 자동 공구 홀더를 가질 수 있습니다. 이 공구 홀더는 공구의 적절한 위치 지정과 고정을 보장합니다. 구형 기계의 경우 공구 샤프트 중심이 중심축 중심선 대비 정렬되거나 고정되지 않아 런아웃이 발생하며, 이는 스크랩 부품과 낮은 공구 수명을 초래할 수 있습니다.

7. 편향 제어

열이 쌓이고 절삭이 진행됨에 따라 재료 특성이 공구와 공작물 모두에 영향을 미치며 엄청난 절삭 힘이 발생합니다. 금속이 제거되며 형성된 칩이 공작물에서 빠져나가면서 쌓이면 반발합니다. 변수가 올바르지 않으면 공구가 휘거나 편향될 수 있습니다.

공구 수명에 영향을 미치는 요인

테일러의 공구 수명 방정식 같은 공구 수명 곡선 계산을 사용하면 다양한 요소를 도표화해 적용되는 변수 조합에 따라 공구의 서로 다른 수명 곡선을 예측할 수 있습니다. 여기에는 다음이 포함됩니다:

절삭 속도

빠르다고 항상 좋은 것은 아닙니다. 공작물 경도, 다양한 공구 재료, 절삭 복잡도, 기타 요소는 요소 조합마다 최적의 속도가 있음을 의미합니다.

이송률과 절삭 깊이

절삭 속도처럼 이송률과 절삭 깊이도 최적화될 수 있습니다. 그리고 그 최적점은 요구되는 절삭의 공격성에 의해 결정됩니다.

공작물 경도

매우 단단한 재료를 절삭하는 공구는 부드러운 금속을 절삭하는 공구보다 더 빨리 마모됩니다. 공작물의 다른 경도는 다른 공구 마모 유형을 유발할 수 있습니다. 알루미늄 같은 부드러운 금속에서는 빌트업 에지가 발생할 수 있습니다. 티타늄 같은 금속은 잘못된 공구에 치명적인 고장을 일으킬 수 있습니다.

공구 재료

공작물 경도처럼 공구 재료도 절삭 대상 재료를 충족하거나 초과하는 성능 특성을 가져야 합니다. 일부 공구는 고경도강이나 티타늄 같은 이국적 금속과 작업하도록 특수 경화될 수 있습니다. 하지만 표면 마감이 나쁜 금속과도 작동하도록 설계되어야 합니다.

절삭 유형

일부 절삭 공구는 표면 마감을 위해 가벼운 마모를 가합니다. 다른 공구는 더 공격적입니다. 절삭 속도와 이송률처럼 절삭 유형도 공구 수명 곡선 도표화와 마모 감소에 고려되어야 합니다.

MachineMetrics로 공구 수명 연장 및 최적화

MachineMetrics 공구 모니터링은 기계 제어장치에서 직접 기계 데이터를 수집해 기계 성능과 상태에 대한 정확한 실시간 데이터를 제공합니다. 데이터는 기계 공구를 모니터링하고 공구 고장이 임박했을 때의 임계값을 개발하는 데 수집될 수 있습니다.

임계값을 사용해 공구가 수명 끝에 도달했을 때 교체할 수 있도록 판단.

또한 이 데이터는 치명적인 기계 공구 고장을 예측하고 예방하는 알고리즘 개발에 사용될 수 있습니다. 수동으로 부품 수를 수집하거나 기계 공구 OEM의 공구 수명 권장사항을 사용하는 대신, 사용자는 정확한 기계 공구 데이터를 활용해 더 효과적인 공구 수명 매개변수를 설정할 수 있습니다.

기계 공구 분석은 기계 주변 공정을 최적화하는 데 활용될 수 있으며, 공구 수명 극대화를 지원하는 커뮤니케이션과 자동화를 가능하게 합니다. 예를 들어 운영자에게 임박한 공구 고장을 알리고 기계 공구를 선제적으로 교체할 수 있습니다.

이는 몇 가지 주요 이점을 보장합니다:

• 치명적인 공구 고장 방지
• 공구 고장이나 과도한 공구 고장으로 인한 가동 중단 감소
• 공구 수명 극대화로 공구 투자에서 최대 ROI 확보
• 초도 양품률 향상으로 더 높은 품질의 제품 생산

사례 연구: BC Machining이 공구 고장을 예측하고 예방하는 방법

"이전에는 종종 한 교대 분량의 1/3에 달하는 부품을 잃곤 했습니다. 스크랩을 식별하기 위해 부품을 분류하는 데만 최소 1시간을 소비했죠. MachineMetrics의 예지 공구 파손 기술을 사용한 이후 그 낭비가 사라졌습니다."

- Mike Driskell, 제조 엔지니어, BC Machining

가공 금속 부품 제조업체인 BC Machining은 너무 많은 스크랩을 생산해 생산 목표를 달성하기 위해 기계를 200% 용량으로 가동해야 했습니다. 공구가 마모되거나 파손될 시점에 대한 통찰이 없어 BC Machining은 스크랩 생산과 공구 교체로 상당한 비용을 누적했습니다.

스크랩 생산을 방지하고 공구 수명을 극대화하기 위해 MachineMetrics와 협력했습니다. BC Machining이 공구 마모로 인한 스크랩을 사실상 근절하고, 교체 시간을 크게 단축하며, 기계당 연간 72,000달러를 절감한 방법을 사례 연구에서 확인하세요.

전체 사례 연구 읽기.