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가공 시간을 절반으로 줄이는 5면 가공기
 
이 큰 기계는 어디에 쓰일까
 
박슬기기자 | 2012.05.31 | 2012년 6월호
 
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지난 달 기사 ‘이 큰 기계가 어떻게 전시장에 들어왔을까’의주인공인 한국정밀기계 제품 HPM-40H는 테이블 크기만 4,000(mm)X10,300(mm)였다. 거대한 크기로 보는 사람을 압도하는 그 기계는 무엇을 가공하는 데 쓰일까? 전통적 생산방식에 비해 빠르고, 강하게, 큰 공작물을 만들 수 있는 5면 가공기를 파헤쳐보자.
‘5면 가공기’란 무엇인가
5면 가공기는 공작물 전, 후, 좌, 우, 윗면까지 총 5면을 가공할 수 있는 장비 프라노 밀러라는 이름으로 혼용되기도 하는데 엄밀히 말하면 둘은 다른 개념이다. 주로 대형 공작물을 가공한다는 점에서는 같지만 프라노 밀러는 윗면 가공만 가능해 5면 가공기처럼 옆면을 가공하기 위해서는 소재를 탈착해 다시 세팅 후 가공해야한다는 차이가 있다.
누가, 왜 쓰나
기존에 5면 가공기를 사용하던 분야는 주로 발전 설비, 조선 기자재, 산업기계, 건설기계, 항공기 부품 등의 분야였으나 최근에는 수요 범위가 더 넓어져 자동차, 대형가전제품 금형제품부터 LCD 유리 기판 이나 반도체 실리콘 웨이퍼기판 등의 IT부품 가공 분야에서도 쓰이고 있다. 이들 분야는 예전엔 여러 부분으로 나눠 제작한 후 붙여 제품을 만들었던 것을 이제는 5면 가공기를 사용해한 번에 만들어내고 있다. 디자인 수준과 강성을 높이기 위해서다. 5면 가공기는 큰 제작물 을, 더 단단하고 빠르게 만들어야 할 필요가 있는 위와 같은 분야의 기업에서 주로 쓰인다.
쓸만한가
워낙 큰 제품을 만들기 때문에 정밀도가 떨어질 거라 속단할 수 있다. 하지만 아래의 각 회사 제품 스펙에서 볼 수 있듯이 그리 낮지 않다. 물론 지난 달 ‘초정밀 가공’ 기사의 10분의 1단위 마이크로미터 정밀도를 자랑하는 제품들보다는 떨어진다. 하지만 5면 가공기는 그러한 기계들은 만들지 못하는 규모가 다른 다른 공작물들을 만들수 있다. 게다가 한 번 테이블에 놓으면 지그를 풀고 회전시켜 공작물을 또 다시 고정하는 등의 사람이 개입하는 과정이 없어 공차도 작은 편이다. 공작물을 클리핑 하는 힘의 세기, 온도 변화로 인한 정밀도 하락도 적다.
  가격은 좀 비싼 편이다. 브랜드에 따라 차이가 있지만 X축 사이즈 4,000mm를 기준으로 6억원대부터 25억원대까지 다양하다. 가격의 기준은 정도와 자동화 기능이다. 따라서 결과물의 요구 수준에 맞는 범위 내에서 선택하면 된다. 높은 가격에도 불구하고 5면 가공기를 사용하지 않았을 때 요구되는 몇 번의 세팅 작업과 시간, 거기서 발생하는 큰 공차 등을 감안하면 긍정적으로 고려해 볼만하다.
높은 생산성
5면 가공기는 앞서 언급한 프라노 밀러나 머시닝센터를 이용해 작업할 때보다 그 시간이 훨씬 적게 소요된다. 프라노 밀러 같은 범용기를 사용했을 때 작업에 필요한 시간을 100으로 본다면 선반이나 머시닝센터를 사용했을 때 필요한 시간은 50정도이고 AAC(자동 어태치먼트 교환), AWC(자동 워크피스 교환), 무인화 기능, 자동 클램프, 고마력, 고속 절삭 등의 옵션을 갖춘 5면 가공기는 20~30정도면 작업을 완성할 수있다. 셋의 차이는 툴 세팅, 측정에 필요한 시간을 절감시키는 데 있다.
  범용기의 경우 총 작업 시간에서 순절삭시간이 차지하는 시간은 약20%이고 나머지 시간은 세팅에 쓰이는 반면 5면 가공기는 그 반대다.
  순절삭시간이 70% 이상이고 세팅 등에 필요한 시간은 작업 시간의 30% 이하에 불과하다. 가공공정에 따라 여러 장비로 공작물을 옮기며 작업해왔던 방식을 5면 가공기를 통해 한 번의 세팅으로 5면을 밀링, 보링, 드릴링, 탭핑 할 수 있다. 무인가공 기능을 갖춘 5면 가공기 작업자는 세팅만 해 놓으면 절삭 시간 동안 자동으로 돌아가는 가공 기를 들여다 보고 있지 않아도 되는 것이다.
단점도 있다
테이블 위에 공작물을 놓고 이송시켜야 하는 기본 구조 때문에 소재 무게에 제약이 있다. 또한 테이블을 사이에 두고 양쪽에 칼럼이 있는 문형 방식이어서 그 사이를 통과할 수 있는 크기의 소재만 가공이 가능하다. 하지만 크기에 관해서는 제품을 선택할 때 이를 감안해 맞는 사이즈의 모델을 선택하면 된다.
제품의 차이는 Ram과 Attachment에서부터
선택할 때 또 한 가지 고려해야 할 것은 램의 강성과 어태치먼트의 다양성이다. 스핀들이 높은 회전수와 파워로 연속적으로 가공하는 경우가 많은데 강성을 따져보지 않을 수 없다. 특히 중, 절삭 가공을 할때도 안정적인 작업을 이어나가려면 램은 견고해야 한다. 화천기계의 신제품 HMP 3606는 램의 부족한 강성으로 작업물의 정도나 부품 수명에 부정적인 영향을 미칠 것을 대비해 두 개의 밸런싱 실린더를 마련했다. 또한 웰리의 LB 421의 경우 램의 길이를 짧게 해 가공 시 오는 반동을 최소화하고자 했다.
  구상한 가공품을 완벽히 구현하기 위해서는 다양한 어태치먼트가 필요할 수도 있다. 따라서 작업에 맞는 어태치먼트를 구비하고 있는 회사 제품을 선택하는 것이 좋다. 오쿠마는 표준수직형부터 초고속 수직형, 다각도로 분할되는 스페셜 앵귤러 헤드, 유니버셜 인덱스 헤드등 80종 이상의 어태치먼트를 가지고 있다. 이러한 다양한 선택폭은 가공을 정확하게 해내기 위해 갖춰야 하는 기본적인 조건이다.
결정적 W축
크로스 레일에서 아래 위로 움직이는 W축도 빼놓을 수 없는 중요 사항이다. W축은 가공 범위를 넓히는 열쇠이기 때문이다. W축은 Z축과 움직이며 부족할 수있는 부분을 보완한다. 예를 들어 Z축이 원가 공을 할 때 스트로크가 모자라는데 W축이 함께 움직이지 않으면 파이의 크기는 작아질수 밖에 없다. 하지만 이를 프로그래밍하는게 쉽지만은 않다. 여러 각도에서 필요한 많은 값이 필요하기 때문이다. SNK는 작업자의 어려움을 덜고자 Z축 값에 따라 W축의 작업 값을 자동으로 분할해 보완 가공하는 프로그 램을 개발했다. 작업자가 X, Y, Z축 값만 지정 하면 W축이 자동 추가되어 작동되는 편리한 프로그램이다. 하지만 이런 세부적인 것보다 W축 유무를 확인하는 것이 우선이다.
5면 가공기의 앞으로 5년
현재 시장이 좋은 편은 아니기 때문에 5면 가공기의 수요가 급상승하 지는 않을 것이다. 그래도 기계 수요 내에서 5면 가공기의 비중은 조금씩 커지고 있다. 현재 독일·일본과 한국, 대만 등의 주요 공작기계 기업들의 목표 시장은 다르다. 하지만 한국 기업들의 제품이 가격에 비해 높은 수준의 제품을 만들어내고 있어 앞으로는 독일과 일본사 들을 한 층 더 위협할 것이라는 전망이다. 업계의 한 관계자는 5면 가공기의 향후 5년이 어떨 것 같냐는 질문에 “지금은 독일과 일본의 제품이 정도 면에서는 뛰어나다. 하지만 앞으로는 많은 기업이 열변위 제어와 정도 향상을 우선 순위에 두고 제품을 발전시키는 방향으로 함께 갈 것”이라는 말과 함께 “5면 가공기의 적용 분야는 확대될 것”이라는 의견을 전했다.
 
 
 
 

 
 
 
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