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셀프커팅이 필요 없는 알루미늄 척
 
칸워크 홀딩의 알루미늄 척
 
김유리기자 | 2014.03.31 | 2014년 4월호
 
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선반 표준 척을 사용할 때 중요한 것은 죠(Jaw)의 성형이다. 죠는 공작물을 안전하게 클램핑하고 가공정밀도를 맞추는 역할을 하기 때문이다. 하지만 척의 마모나 변형 등으로 초기 세팅된 정밀도를 유지하기 어려워 정밀도 보정을 위한 셀프커팅(Self-Cutting)을 자주 해야 한다. 이러한 번거로움은 없애고 가공 정밀도를 높이는 방법은 없을까?

공작기계에서 척은 제품의 정밀도와 생산성 향상에 중요한 기능을 한다. 그러므로 생산현장에서 선반의 회전축 중심과 가공물의 가공축 중심을 맞추기 위해 죠를 셀프커 팅하여 반복정밀도를 0.01mm 이내로 유지 하는 것이 매우 중요하다. 하지만 사용 기간이 오래되거나 유지·보수를 하지 않으면 초기 세팅된 반복정밀도가 떨어져 주기적인 셀프커팅으로 정밀도를 보정해야 한다.
  특히 선반 표준 척의 구동방식은 웨지후크형(Wedge-Hook Type)이기 때문에 공작물 클램핑 시 높은 압력으로 척 바디와 마스터 죠 사이에 접촉이 일어난다. 결국 척바디의 슬라이딩 가이드부(T홈부)가 집중 하중을 받아 마모나 변형이 생긴다. 이에 안전성과 정밀도가 떨어져 양산 가공 시 균일한 품질로 생산하기 어렵다. 또 주기적으로 보정작업을 해야 하는 번거로움이 있다.
  또한 일반 척은 고속회전 시 죠의 원심력에 의해 클램핑력이 떨어져 공작물의 이탈이나 미끄러짐이 일어날 수 있어 척을 더 높은 압력으로 작동시켜야 한다. 이때 강한 전달력으로 내부 부품 파손 혹은 소성 변형이 발생하는 문제도 있을 수 있다.
반복정밀도 유지기간을 5배 향상
이러한 문제를 해결하기 위해 칸워크홀딩은 기존 선반 표준 척 대비 반복정밀도 유지기 간이 5배 이상 긴 알루미늄 척을 개발, 특허 획득과 함께 양산하고 있다. 이 척의 특징은 스틸 표준 척에 준하는 강도를 유지하도록 합금처리하여 인장강도와 연신율이 높다는 것이다. 또 척 바디 슬라이딩 가이드에 특수한 형상과 강도의 보강재를 삽입하여 강도를 확보하고 반복적인 클램핑에도 마모와 변형을 최소화했다.
  시제품은 스틸 표준 척과 같은 조건에서 추력, 클램핑력, 최고 회전수, 진동, 언발란스 등의 성능 평가를 실시했다. 그 결과 대부분 항목에서 스틸 표준 척보다 우수한 특성 값을 나타냈다. SM20C, SCR420HB, ASCM17H1 등과 같은 재질의 샤프트, 기어, 피니언 등을 가공하는 양산업체의 필드 테스트에서도 고속회전 시 안정성, 반복 정밀도 무변화(T홈부 유격), 조도와 진원도 향상 등을 확인했다. 이 업체 중에는 1일 생산량이 2,400개 이상이고 최대 5,000rpm 사용 업체도 포함됐다.
  핵심기술을 요약하면 다음과 같다. 웨지후 크형으로 구동하는 표준 척은 공작물 클램핑 시 척 바디 슬라이딩 가이드부의 양쪽 가장자리에 집중하중을 받는다. 또 미끄럼 마찰운동에 의해 소성변형과 마모가 생겨 T홈부에 유격이 발생한다. 하지만 알루미늄 척은 척 바디 전체에 응력을 분산시켜 연속적인 탄성 거동을 보인다.

또 척 바디 슬라이딩 가이드부에 적용된 특수 보강재는 윤활작용을 활성화하고 마스터 죠와 연마마모 현상을 최소화하도록 설계, 제작되어 마찰 저항과 마모속도가 줄었다. 이러한 특수 보강재는 알루미늄 척 바디의 기능부 강도를 높이고 축 방향 단면 변형 량을 최소화한다.
 이 외에도 알루미늄 척은 획기적으로 중량이 감소돼 공작기계의 성능을 효율화한다.
  인치마다 다르지만 중량이 평균 40% 줄었고 관성모멘트는 1/2 수준으로 낮다. 이로써 같은 사이즈의 스틸 척보다 회전 관성부 하가 적어 취급이 쉽다. 또 가공 시 운전 속도에 도달하는 시간이 빨라 생산성을 향상 시킬 수 있다. 이처럼 스틸 척과 형상은 동일하게 유지하면서 중량만 40%로 줄여 회전체 불평형량이 감소한다. 물론 동일 수준의 제작상태를 보일 때 가능한 현상이라고볼 수 있으며 설치자의 숙련도에 따라 값이 다를 수 있다. 이를 확인하기 위해 실시한 시제품 테스트 결과 동일 조건에서 스틸 척에 비해 전 회전 구간에서 불평형량이 낮았 으며 알루미늄 척 바디의 생산품질 개선에 따라 그 값이 낮아졌다.
적용사례
칸워크홀딩은 소형 공작기계를 생산하는 일본 공작기계 업체에 5인치(외경 130mm,7.3kg) 척 중량을 크게 넘지 않는 범위에서 6인치 사이즈 척 개발을 의뢰 받은 사례가 있다. 그 업체에서 6인치 스틸 표준 척을 사용하는데 고속회전 시의 중량문제가 있었다. 칸워크홀딩은 알루미늄 척의 제품 테스트까지 완성하는 조건으로 6인치 (외경 169mm, 무게 8.1kg)알루미늄 척 3세 트를 납품했다. 제품 테스트 조건은 추력 20kN, 4,500rpm이었지만 문제가 되지 않는 수치였으며 가공 품질도 만족스러웠다.
  이처럼 알루미늄 척의 중량감소는 생산현 장에서 쉽게 접근하지 못했던 부분을 가능 하게 할 것이며 선반을 이용한 절삭가공에서 더욱 다양한 솔루션을 제공하게 될 것이다. 칸워크홀딩은 현재 6, 8, 10인치 알루미늄 척을 보유하고 있으며 올해 안에 12, 15 인치까지 확대 개발하여 시장에 공급할 계획이다.
 
  앞으로 기계제조, 척 분야에서 이러한 경량화 기술 제품이 많아지고 다양해지면 가공업체의 생산성이 향상 됨과 더불어 공작기계의 수명연장과 정밀도 유지에 기여할 것이다. 이로써 공작기계업체에는 새로운 마케팅 전략을 세울 수 있게 된다.

 
TAG :    칸워크홀딩
 
 
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