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금형의 모든 것 2편
 
금형 솔루션 특집
 
Manufacturing기자 | 2015.03.03 | 2015년 3월호
 
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매뉴팩처링은 2월부터 4월까지 3개월에 걸쳐 산업, 현황, 인물, 교육, 기업, 기술, 전시회 등‘금형’이라는 것에 대해 포괄적으로 다루기로 했다. 지난달에는 금형 분야의 인물을 통해 금형산업의 현황, 기술 개발, 인력 문제 등을 중심으로 이야기하며 기술을 소개했다. 이번에는 본격적으로 금형 솔루션에 대해 알아보기로 한다. 지난달에 이어 금형 가공에 적용되는 공작기계, 공구, 척, 측정, 소프트웨어 솔루션을 모아보았다. 이 기술들이 금형 가공을 어떻게 효율화하는지 파헤쳐 보자.
 
“금형가공에서는 불량품이 나오면 그 자체를 못 쓰게 되므로 약간의 타협도 용납할 수 없다.” 지난 달 ‘금형의 모든 것, 1편’에서 인터뷰한 마키노의 금형 전문가 니무라 코지(仁村浩治) 씨가 한 말이다. 금형은 정밀 제품 제작을 위한 모태이기 때문에 그만큼 더 엄격한 수준의 정밀도가 요구된다는 뜻이다. 즉 이를 위해서는 가공에 적용되는 모든 것들이 완벽하게 정밀해야 한다. 물론 아무리 정밀하게 가공할 수 있다 해도 작업 효율성이 떨어지면 무용지물이다. 따라서 정밀도와 효율성 이라는 두 요소를 모두 충족해야 한다. 그래서 이번 특집에서는 금형 가공 공정에서 정밀도와 효율성을 모두 잡은 솔루션을 소개한다.
주변 환경과 기계 한계를 극복하는 소프트웨어 - 화천기공
주변 환경과 기계 한계를 극복하는 소프트웨어
 
  설계와 가공과정이 복잡한 금형은 좋은 환경과 장비를 갖추는데 특히 많은 신경을 써야 한다. 하지만 끊임없는 노력에도 어쩔 수 없는 것이 있다. 열, 진동, 온도와 같은 환경 적인 요소는 계속 변하고, 아무리 비싼 기계라도 스스로 정도 오차나 가공 조건을 조정 하는 것은 연륜 있는 작업자의 능숙함을 따라갈 수 없기 때문이다. ‘완벽한 금형 가공’은 정녕 불가능한 것일까? 여기 24시간 사람을 대신해 기계를 관리하고, 시시각각 달라지는 환경까지 제어해 가공능률을 최대로 향상시키는 화천의 소프트웨어를 소개한다.
 
 가공시간 단축을 위한 솔루션
 목적에 따른 90단계의 가공모드, HECC
  가공목적에 따라 가공 시간과 정도를 유연하게 제어할 수 있다면 납기시간 단축은 물론 생산비용의 절감까지 기대할 수 있다. 화천의 고능률 윤곽제어(HECC; Hwacheon High Efficient Contour Control)는 황·중· 정삭 및 곡면 가공과 가공 모델 형상에 따라 가공방법을 선택할 수 있는 시스템이다. 가공 정도와 속도를 조절하는 것은 R1.0~R9.0까지 총 90단계의 패러미터로 나뉘며 작업모드도 자동과 수동방식 중 자유롭게 선택할 수 있다.
 
  HECC는 단순히 ‘황삭은 빠르게 정삭은 정밀하게’ 식의 이송을 조절하는 것만이 아니라 각 축이 움직이는 가·감속을 제어하는 역할을 한다. 예를 들면 CAM 소프트웨어에서 이송을 F3,000으로 설정했다면 목표 이송 값에 도달하기까지의 시간과 이동방식을 최적화한다. 쉽게 말해서 똑같은 목적지 라도 가장 빠른 시간 내에 효율적으로 가는 길을 안내하는 금형 가공의 네비게이션 시스템인 셈이다.
 
 정도 향상을 위한 솔루션
 열 변형에 따른 오차 최소화, HTDC
  정밀 가공에서 발생하는 가공오차 중 열 변형에 의한 오차가 40~70%인 만큼 열 변위를 제어하는 기술은 가공물의 정밀도에 영향을 미친다.
 
  특히 금형 가공은 열에 민감한 금속 소재가 주가 되기에 열 변위를 다루는 기술이 더욱 중요하다. 가공 중 열이 발생하면 결과물의 정도에 가장 많은 영향을 미치는 부분이 고속 회전하는 스핀들의 베어링과 프레임인데, 열로 인한 팽창과 수축을 반복하 면서 가공 정도가 들쭉날쭉해질 수 있기 때문이다.
 
  이 같은 열 변형 오차를 최소화하고 일정한 가공 정도를 유지하기 위해서 열 변위 통합 제어 시스템(HTDC; Hwacheon Thermal Displacement Control System)이 필요하다. HTDC는 주축과 프레임에 내장된 고감도 온도 센서를 통해 각 부의 온도를 실시간으로 측정하고 자동으로 보정해, 장시간 가공 시에도 정도를 유지할 수 있게 한다. 다만 지금까지는 HTDC가 머시닝센터에서만 적용됐다면 이달 10일에 개최되는 인터몰드를 기점으로 이제 터닝센터에서도 열변위 보정 기능의 대응이 가능해질 예정이다.
 
  이 외에도 금형 가공을 위한 소프트웨어로 공구 부하를 실시간으로 진단해 가공 도중 부하가 걸리면 자동으로 기계를 정지하는 공구과부하검출 시스템 HTLD(MC 대응)과터닝센터에서 적용이 가능한 L-HTLD, 절삭 이송속도를 최적으로 제어해 가공부하를 일정하게 유지하는 OPTIMA, 5축 가공물의 회전축 중심 최적화 기술인 HRCC 등이 있다.
 
 에디터|박진아
 
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 도움 주신 분
 화천기공㈜
 가공기술연구 2팀
 문성준 팀장
 www.hwacheon.com
전극가공에 적합한 5축가공기 – 마키노
3축으로 가공하기 힘든 전극, 5축으로 쉽고 간편하게
 
 ‘다다익선(多多益善)’이라는 말이 있지만 금형가공 공정에서는 예외다. 클램핑과 가공 횟수는 적으면 적을수록 좋기 때문이다. 이러한 점에서 가장 이상적인 금형 가공은 성능 좋은 머시닝센터로 금형을 단번에 깎아내는 것이다. 하지만 문제는 ‘정밀도’다. 보유하고 있는 머시닝센터로 요구 정밀도를 만족시킬 수 없다면 방전가공을 거쳐야 한다.
 
  제품과 금형 간 관계를 흔히 붕어빵과 붕어빵 틀에 빗대곤 한다. 그렇다면 붕어빵 틀에난 무늬를 만드는 것은 무엇일까. 방전가공에서 그 역할을 수행하는 것이 바로 ‘전극’이다. 전극의 정밀도는 곧 금형의 정밀도에 영향을 미친다. 마키노의 N2-5XA는 장비의 크기를 줄이고 가격을 낮춰 소형 그라파이트 전극 가공에 적합한 가공정밀도를 제공 하는 5축가공기다.
 
 짧아지는 공구 길이, 높아지는 가공 효율
  위 그림은 3축가공기와 5축가공기로 리브 전극을 가공할 때 공구 길이가 어떻게 달라지는지를 보여준다. 길고 얇은 리브 전극을 가공하기 위해서는 공구의 길이 역시 길어질 수밖에 없다. 공구를 길게 물린 3축가공기로도 가공을 단번에 마칠 수는 있지만 ‘낮은 가공 안정성’이 발목을 붙잡는다. 해결책은 간단하다. 위에서 깎는 것이 힘들다면 옆에서 깎으면 그만이다. 5축가공기에서는 테이블의 경사축이 움직이기 때문에 공구를 짧게 물려도 깊은 부분까지 깎아낼 수 있다.
 
  N2-5XA는 공구를 짧게 물릴 수 있어 3축가공기에 비해 가공 시간을 79% 가량 절감할수 있다. 공구 길이가 길어지면 강성이 낮아 가공이 불안정해진다. 강성을 무시하고 절삭이송속도를 무리하게 높일 경우, 공구의 떨림이 심해져 가공불량으로 이어질 수 있다. 따라서 공구 직경에 대한 길이 비율인 L/D비가 낮을수록 빠르면서도 안정적으로 전극을 가공할 수 있다.
 
  또 공구 길이는 공구 수명에도 영향을 미친다. 공구 길이가 길면 가공하는 도중 미세한 떨림이 일어나는데 이는 공구 날의 마모로 이어진다. 따라서 N2-5XA는 공구 교체에 드는 비용 역시 54% 가까이 절약할 수 있다.
 
 온도 변화에도 끄떡없는 5축가공기
  철은 단단한 소재임에는 분명하지만 환경 변화의 영향에서 마냥 자유롭지는 않다. 철은 주변 온도가 1°C 변할 때마다 1m 당10µm 가량 수축하거나 팽창한다. 실내라 하더라도 아침과 저녁, 계절에 따른 기온 변화는 피할수 없다. 특히 기온 변화로 인한 기계 변형은 3축가공기보다 5축가공기에 더큰 악영향을 미친다. 기계가 주변의 영향으로 인해 변형을 일으킬 경우 테이블의 경사 축과 회전축의 중심점 위치가 조금씩 틀어지기 때문이다. 하지만 철의 열변형을 원천 봉쇄하는 것은 불가능하다.
 
  N2-5XA의 해결책은 워크자동측정장치를 이용한 ‘회전축중심측정기능’이다. 이는 기계 변형에 따라 프로브가 기계의 현재 회전 축과 경사축의 정확한 중심 위치를 측정해 자동으로 맞춰주는 기능이다. 따라서 사용 자는 기계 주변의 온도가 변할 때마다 두 축의 중심 위치를 수동으로 설정하는 수고를 덜 수 있다.
 
  이외에도 주축의 열변형을 막기 위해 일반적인 냉각 방법 대신, 냉각유가 주축의 축심을 관통하는 ‘주축축심냉각방식’을 탑재 했다. 또 N2-5XA는 축심뿐만 아니라 자켓과 베어링 역시 냉각유를 이용해 냉각시켜 열변형으로 인한 정밀도 저하를 예방한다.
 
 에디터|송해영
 
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 도움 주신 분
 마키노코리아
 어플리케이션팀
 이주성 대리
 니무라 코지(仁村浩治)
 www.makino.co.kr
좋은 금형 가공을 위한 컨트롤러의 조건 – 하이덴하인
컨트롤러, 몇 수 앞 내다보고 완생(完生)이 되다
 
  금형의 형상이 복잡해지면서 가공에 필요한 정밀도 역시 높아지고 있다. 정밀 금형을 가공하기 위해 분해능과 형상 정밀도가 뛰어난 가공기를 마련했지만 생각만큼 가공 효율이 나아지지 않았다면 컨트롤러를 주목해 보자. 가공기는 컨트롤러의 가공 지령에 따라 움직이는데, 가공지령이 3D모델링과 다르다면 가공기의 뛰어난 정밀도는 오히려 독이 될 수 있다. 그렇다면 정밀도 높은 금형 가공을 위해 컨트롤러가 갖춰야 할조건은 무엇일까?
 
 블록 프로세싱 타임 (Block Processing Time)
  NC 데이터는 수많은 점(블록)으로 이루어져 있다. 컨트롤러는 블록과 블록 사이를 라인으로 이어 가공 축이 지나갈 패스를 그린다. 블록 프로세싱 타임은 컨트롤러가 하나의 라인을 읽어 들이는 시간을 가리킨다. 금형의 형상이 복잡해지면서 NC 데이터의 블록 간격이 조밀해지고 있다. 게다가 고속 가공을 위해 각 가공 축의 속도 역시 빨라 지는 추세다.
 
  어떤 컨트롤러의 블록 프로세싱 타임이 6ms인데 가공기는 해당 구간을 3ms만에 가공할 수 있다고 가정해보자. 컨트롤러를 앞지른 가공 축은 어쩔 수 없이 속도를 줄이고 컨트롤러의 가공 지령을 기다릴 수밖에 없다. 이와 같이 가공 축이 가감속을 반복할 경우 가공시간이 길어질 뿐만 아니라 가공 면 조도에도 나쁜 영향을 미친다. 따라서 짧은 블록 프로세싱 타임은 좋은 컨트롤러의 조건 중 하나다. 하이덴하인 TNC640의 블록 프로세싱 타임은 0.5ms다. 일부 컨트롤러 제조사는 0.1ms대의 블록 프로세싱 타임을 자랑하기도 한다.
 
 가공 경로를 미리 내다보는 선독제어(Look-Ahead)기능
  하지만 블록 프로세싱 타임은 컨트롤러를 평가하는 절대적인 기준이 아니다. 동일한 CAM 데이터와 가공허용오차(tolerance)를놓고도 컨트롤러에 따라 가공 경로가 다르게 나타난다. 이 때 컨트롤러가 NC 데이터의 각 블록 사이를 연결한 경로를 스플라인 (Spline)이라고 한다. 만약 컨트롤러가 눈앞의 블록을 직선으로 잇는데 급급하다면 가공 축은 급격한 커브를 지나기 위해 가감속을 반복할 것이다. 이 때 필요한 것이 가공 경로의 ‘한 수 앞을 내다보는’ 선독제어(Look-Ahead)기능이다.
 
  하이덴하인의 TNC640은 5,000여 라인을 미리 읽어 들인 뒤 부드러운 가공을 위한 최적의 패스를 그린다. 하지만 아무리 매끄러운 스플라인이라 해도 가공허용오차를 벗어나서는 안된다. 가공 축의 가감속과 가공허용오차를 모두 고려해 최적의 가공 속도를 낼 수 있는 스플라인을 만드는 것이 곧컨트롤러의 기술력이다.
 
 선(線)을 넘어 면(面)을 본다
  블록 프로세싱 타임이 짧고 선독제어기능이 뛰어난 컨트롤러를 이용해 금형을 가공했다. 그런데 생각만큼 코너 가공이 매끄럽지 않다면? 선독제어기능은 앞뒤 라인의 상관관계를 고려해 최적의 스플라인을 그린다. 문제는 금형 가공이 면 단위로 이루어진 다는 점이다. 작업자는 가공 면 전체를 한눈에 보고 코너를 집어낼 수 있지만 CAM 프로그램에게는 불가능한 일이다. 따라서 동일한 코너를 지나더라도 CAM 데이터의 개수와 간격, 그리고 각 스플라인의 모양이 달라져 면 조도가 나빠질 수밖에 없다.
 
  여타 컨트롤러들이 금형 가공을 하나의 긴 라인으로 가정해 스플라인을 그리는 반면, 하이덴하인의 컨트롤러는 ADP(Advanced Dynamic Prediction)기능을 이용해 면 요소까지 고려한다. 동일한 엣지 라인을 집어내 가공 속도를 균일하게 제어하는 것이다. 면 조도가 높아질 뿐만 아니라 불필요한 가감속이 줄어 가공 시간도 절약할 수 있다.
 
  결국 좋은 금형 가공을 위한 컨트롤러는 블록 프로세싱 타임과 선독제어기능처럼 수치로 표현할 수 있는 사양뿐만 아니라 ADP 기능과 같은 +α를 통해 결정되는 것이다.
 
 에디터|송해영
 
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 도움 주신 분
 하이덴하인코리아
 안동율 차장
 ahn.dong@heidenhain.co.kr
자력을 이용한 쉽고 강력한 클램핑 – SMC척
가공물은 물론 생산성까지 붙잡은 영구전자척
 
  가공 정밀도는 물론 생산성에도 영향을 미치는 클램핑. 제조 현장에서는 유압척, 콜릿 척, 바이스 등 다양한 방법을 이용해 가공물을 고정시킬 수 있다. 하지만 각자 장단점이 있기 때문에 가공 특성에 맞는 클램핑 방법을 선택하는 것이 중요하다. 그렇다면 금형 가공의 생산성을 높이는 클램핑 방법은 무엇일까? 힌트는 ‘금형’ 두 글자 가운데 금(金)이라는 단어에 있다.
 
 안정적인 가공을 돕는 강한 자력
  영구전자척은 전자석의 흡착력을 이용해 공작물을 클램핑한다. 특히 SMC척의 MC5- Series는 영구자석과 전자석을 결합해 한층 더 강한 자력으로 가공물을 고정시킬수 있다. MC5-Series는 가로와 세로가 각각 50mm인 하나의 Pole이 350kgf에 이르는 파악력을 지닌다. 따라서 48개의 Pole을 가진 MC5-46 제품은 최대 16.8톤 가량의 가공물을 붙들 수 있다.
 
  영구전자척을 이용해 가공물을 클램핑하는 것은 간단하다. 척 위에 가공물을 위치시킨 뒤 척에 연결된 컨트롤러를 조작해 전원을 켜면 강한 자력이 가공물 전체를 균일 하게 잡아준다. 가공 중에는 전원이 필요하지 않아 전력 역시 절약할 수 있다. 자력은 필요에 따라 6단계까지 조절할 수 있다.
 
  다만 영구전자척은 탈자 후에도 척과 가공물 표면에 자력이 남아 가공물끼리 서로 붙기 쉽다는 단점이 있다. 이를 극복하기 위해 SMC척은 컨트롤러에 잔류자력을 제거하는 프로그램을 설치해 컨트롤러 조작만으로 손쉽게 잔류자력을 없앨 수 있다. 그 원리는 척 표면으로 흐르던 자력의 방향을 바꿔 내부로 향하게 하는 것이다. 따라서 척 표면에는 자력이 거의 남아있지 않게 된다.
 
 기존 클램핑 방법과 어떻게 다를까
  작업자가 직접 지렛대를 돌려 가공물을 고정시키는 기존의 물리적인 클램핑 방식은 가공하는 도중 진동이 발생하기 쉽고 공작물의 평탄도를 유지하는 것이 힘들다. 가공중 진동은 정밀도를 떨어뜨릴 뿐만 아니라 공구를 필요 이상으로 마모시켜 공구 수명에도 나쁜 영향을 미친다. 또 외부에서 강한 압력을 가해 가공물을 잡아주기 때문에 클램핑한 부분에 변형이 생길 수 있다.
 
  반면 영구전자척은 강한 자력으로 가공물의 한쪽 면을 잡아당기기 때문에 가공물의 변형이 적다. 그리고 영구자석을 이용해 전원을 켜고 끌 때만 전력이 소모되기 때문에 발열이 적어 높은 파악력을 오래 유지할 수 있다. 마지막으로 기존의 클램핑 방법에서는 바이스나 볼트를 물린 부분을 가공할 수 없지만, 영구전자척은 5면 가공은 물론 관통 가공까지 가능해 클램핑 횟수를 크게 줄일 수 있다.
 
  자력을 이용해 공작물을 고정시키고 중·대형 공작물 가공에 효과적이라는 점은 마그네틱 클램핑 블록과 비슷하다. 하지만 마그네틱 클램핑 블록이 자력의 전원을 켜고 끌때 수동 레버를 이용하는 데 비해 영구전자 척은 전기 컨트롤러를 이용한다.
 
 에디터|송해영
 
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 도움 주신 분
 SMC척
 공정웅 이사
 진광배 과장
 031-499-0466
생산성 향상을 위한 툴링 시스템-지에프머시닝솔루션즈㈜
툴링, 생산성 향상을 위한 간단한 해결책!
 
  국내 금형 산업은 생산 및 수출 규모로 보나 기술적 수준으로 보나 무시할 수 없는 위치에 올라 있다. 그러나 이에 비해 노동 생산성은 상대적으로 낮은 편이다. 이러한 상황에 대한 원인은 여러 가지로 복잡하지만, 문제 해결은 생각보다 간단할 수도 있다.
 
  최적의 툴링 시스템을 선택하는 것은 생산성을 향상시키는 가장 손쉬운 방법 중 하나다. 동일한 물건을 반복적으로 가공하는 경우, 사람이 일일이 기계에 가공물을 세팅하는 것보다 정형화된 툴을 이용 하는 것이 세팅 시간을 줄이고 사전 작업 준비도 편하게 해준다. 또 숙련된 기술자가 아니더라도 손쉽게 세팅 작업을 할 수 있도록 해준다. 이처럼 간단하게 금형 가공의 생산성을 향상시키는 툴링 시스템을 다양하게 제공하고 있는 지에프머시닝솔루션즈 System 3R의 솔루션을 지금부터 소개하고자 한다.
 
 
 MacroMagnum
  MacroMagnum은 특허받은 마크로 시스템을 변형시킨 타입의 툴링 시스템으로, 마크로 팔렛과 매그넘 팔렛을 동시에 사용할 수 있는 더블 시스템 구조를 갖추고 있다. 54mm, 70mm 등 작은 사이즈의 척부터 156mm, 240mm와 같이 상대적으로 크기가 큰 척까지 모두 사용할 수 있다는 말이다. 때문에 절삭 가공이나 전극 가공을 위해 두가지의 툴을 따로 구비할 필요 없이 이 툴링 시스템 하나로 모두 해결할 수 있다는 것이 장점이다. 네 방향으로 회전시킬 수 있는 MacroMagnum은 반복정밀도가 2µm 이내이며, 잠금 압력이 16,000N에 달한다.
 
 
 DELPHIN
  공작물의 모양이나 크기에 상관없이 쉽게 툴링이 가능한 솔루션이 있다. DELPHIN은 다양한 옵션을 활용하여 최대 10t에 이르는 공작물에도 적용이 가능하며, 제품 모양이나 크기에 따라 척의 배열을 마음대로 변경할 수 있다. 이 툴링 시스템을 활용하면 기계 밖에서 미리 프리 세팅이 가능하다. 때문에 가공 결과 확인을 위한 측정 및 재가공이 쉬워지고 세팅 시간 및 전체적인 가공 시간까지 감소시킬 수 있다. DELPHIN은 특허 받은 스프링 영점 시스템과 원뿔 모양의 드로우바로 높은 클램핑 압력과 유지력을 자랑한다.
 
 VDP(Vibration Damped Palletization)
  금형 가공을 비롯하여 모든 밀링 가공 공정에서는 절삭 부하로 인한 진동이 심하게 발생하는 경우가 많다. 이에 System 3R VDP는 특별한 설계를 통해 진동을 감쇄시켜 가공성을 향상시킨다. 2장의 베이스 플레이트 사이에 완충재가 자동차의 업쇼버와 같은 역할을 하여 진동을 잡아 준다. 진동이 줄어들어 가공속도 향상은 물론 소음 감소, 공구 수명 연장, 표면 품질 향상과 같은 효과도 얻을 수 있다.
 
 Nano
  갈수록 높아지는 정밀가공에 대한 기준은 나노급의 툴링을 의무화시키고 있다. System 3R Nano 툴링은 정밀도와 신속함이라는 정밀가공의 두 가지 포인트를 모두 충족시킬 수 있도록 제작되었다. 스틸 재질로 제작되는 일반적인 마크로 툴링과 달리 X, Y 포지션을 결정하는 레퍼 런스가 초경 재질로 되어 있어 장시간의 사용에도 동일한 정밀도를 유지할 수 있다. Z 포지션을 결정하는 레퍼런스 역시 정밀 가공이 이루어져 있다. 0.5µm이내의 반복 정밀도를 자랑하는 이 솔루션은 정밀 가공을 필요로 하는 국내 단자 금형 업체는 물론 일본의 유수의 정밀 가공 분야 기업들이 적용하고 있다.
 
 에디터 |김솔
 
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 도움 주신 분
 지에프머시닝솔루션즈㈜
 영업팀 심진보 차장
 www.gfms.com
 02-2109-6583
떨림 없는 가공을 위한 트로코이달 가공 - ㈜마팔하이테코
떨림 없는 금형 가공을 위한 종합 솔루션
 
  원 소재 상태에서부터 가공이 시작되는 금형 가공에서는 소재의 가공시간을 얼마나 줄일 수 있느냐 하는 것이 생산성을 향상시키는 핵심 포인트다. 짧은 시간 안에 많은 양의 소재를 제거해야 하는 금형 가공의 밀링 공법은 기존에 크게 두 가지 방식으로 진행되었다. 공구가 견딜 수 있는 최대의 절삭 깊이를 주면서 이송속도를 느리게 하는 방식과 절삭 깊이를 적게 주고 이송속도를 빠르게 하는 방식이다. 그러나 전자의 경우 공구의 떨림이나 가공부하 등의 문제가 발생하고, 후자의 경우에는 얕은 절삭 깊이로 소재 절삭량이 적기 때문에 상대적으로 가공 시간이 많이 소요된다는 문제가 있었다. 이 같은 문제를 해결해주는 것이 바로 ‘트로코이달’ 가공 방식이다.
 
  트로코이달 가공은 트로코이드 곡선을 이용한 저절입 고이송 밀링 방식이다. 툴 전체의 직경 폭을 한번에 가공하는 것이 아니라, 가공부위를 나누어 가공함으로써 절입량을 작게 하여 가공하는 방법이다. 작아진 절입량 만큼 낮아지는 가공부하로 공구수명의 비약적인 증대는 물론 이송속도의 증가를 통해 가공시간을 단축시킬 수 있다. 일반적인 엔드밀 가공 방식에선 1.5×D, 2×D까지만 보장되는 절삭 깊이를 3×D까지 주고도 높은 이송속도로 가공할 수 있기 때문이다. 또, 금형과 같은 고경도강 가공에서 가공부하로 인해 필연적으로 발생하는 떨림 현상 역시 줄어 가공품질도 높일 수 있다.
 
  이처럼 가공부하를 줄여 공구수명, 가공시간, 가공품질을 향상시키는 트로코이달 가공의 효과를 극대화하기 위해서는 적절한 툴과 툴링 시스템의 선택이 필요하다. 마팔하이테코는 트로코이달 가공에 최적화된 엔드밀과 하이 토크 척을 통해 효율적인 금형 가공 솔루션을 제공하고 있다.
 
 맞춤 설계로 가공 품질 높이는 OptiMill-Trochoid
  한 벌의 금형이 생산하는 제품은 수천, 수만 개다. 즉, 금형이 찍어내는 제품의 수만큼이나 금형이 받는 물리적 충격의 횟수도 많다는 말이다. 지속적으로 가해지는 충격 속에 서도 적정 수명을 만족시켜야 하기 때문에 금형은 아주 단단한 소재로 만들어진다. 그래서 공구 자체도 그만큼 단단한 소재를 사용해야 하는데 가공 부하로 인해 진동에서 자유로울 수 없다는 것이 문제다. 높은 가공 조건에서는 심한 진동이 발생하고, 그렇다고 가공조건을 낮추자니 가공효율이 떨어진다. 앞서 얘기했듯이 트로코이달 가공은그 자체로도 가공부하를 낮춰주는 효과가 있지만 해당 가공법에 대한 최적의 설계가 적용된 마팔하이테코의 OptiMill-Trochoid를 활용할 경우 진동 억제 효과를 더욱 높일 수 있다.
 
  OptiMill-Trochoid 절삭날의 부등분할 구조는 진동을 줄여주는 중요 요인이다. 가공 측면에서 진동발생의 원인 중 하나는 공구와 소재가 만나며 발생하는 충격이다. 일반적인 공구의 경우 절삭날의 폭이 일정하게 설계되어 있기 때문에 같은 주기로 계속 충격이 누적되면서 진동이 증가된다(채터현상, 공진현상). 이러한 문제를 해결하기 위해 OptiMill-Trochoid는 다섯 개의 절삭날을 같은 각도로 분할하지 않고 각각 다르게 각을 주어 설계했는데, 이를 일컬어 부등분할 구조라 한다. 폭이 일정하지 않은 다섯 날과 소재가 만나는 시간이 각각 달라지기 때문에 소재와 공구 사이에 발생하는 충격이 상쇄되어 진동이 억제되는 효과가 있다.
 
  원활한 칩 배출을 위한 설계도 특징이다. 여느 가공과 마찬가지로 트로코이달 가공에서도 칩 배출은 중요한 문제다. 트로코이달 밀링은 일반 밀링 가공보다 절입량이 적은 반면 절삭 깊이는 매우 길어지게 된다. 이렇게 공구와 소재가 닿는 길이가 길어지다 보면 롱 칩이 생성되기도 한다. 칩의 길이가 길어지면 배출이 어려워질 뿐만 아니라 소재의 표면 품질 저하와 공구 수명 감소의 요인이 된다. OptiMill-Trochoid는 측면 절삭날에 칩 브레이커를 계단식으로 설계하여 칩이 잘게 끊어지도록 했다. 원활한 칩 배출을 위해 플루트 설계에도 신경 썼다. 넓게 설계된 플루트 면은 폴리싱 처리로 칩과의 마찰 력을 줄여 칩을 잘 배출시켜준다.
 
 댐핑력+파지력=HTC
  ‘트로코이달’이라는 효율적인 가공 기법과 트로코이달 가공 최적화 툴인 ‘OptiMill- Trochoid’의 적용만으로도 금형에 대한 가공성을 상당 부분 개선시킬 수 있지만, 그 효과를 극대화시키고 싶다면 적절한 툴링 시스템까지 함께 고려할 필요가 있다. 트로코 이달 가공을 위한 마팔하이테코의 추천은 바로 HTC(High Torque Chuck)이다.
 
  난삭재나 고경도 소재를 가공해야 하는 금형 가공에서 일반적으로 사용하는 것은 파지력이 좋은 열박음척이다. 그러나 열박음 척의 경우 진동을 억제해주는 댐핑 성능이 유압척에 비해 상대적으로 떨어진다는 단점이 있다. 그렇다고 유압척을 사용하자니 파지력이 약해 고부하 가공이 부담스럽다.
 
  마팔하이테코의 HTC는 댐핑력이 뛰어난 유압척의 일종이지만 파지력을 보완하여 열박음척에 상응하는 수준으로 끌어올린, 두마리 토끼를 다 잡아주는 솔루션이다. 때문에 고경도 소재가공에서도 진동이 최소화된 안정적인 가공이 가능해진다.
 
  마팔하이테코는 툴, 툴링 시스템 외에도 소재와 공구가 만나는 각도를 일정하게 유지 함으로써 고품질의 트로코이달 가공을 실현할 수 있도록 툴 패스를 자동으로 생성해 주는 가공 프로그램까지 지원하고 있다. 금형 가공 시 발생하는 공구의 떨림 현상 때문에 고민하고 있다면, 진동억제에 포커스를 맞춘 마팔하이테코의 트로코이달 종합 솔루션을 만나보길 바란다.
 
 에디터|김솔
 
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 도움 주신 분
 ㈜마팔하이테코
 MAPAL팀 박기훈 차장, 최준원 사원
 영업기획팀 최아정 대리
 www.mapalhiteco.com
 1661-0091(내선 9091)
경쟁력 유지시키는 공구 솔루션 - 세코툴스코리아
벨기에 금형 가공 업체가 경쟁력을 유지한 비결은?
 
  잠시 주위를 둘러보자. 핸드폰, 펜, 컵, 키보드 등 플라스틱 제품들을 쉽게 찾아볼 수 있을 것이다. 우리 주위에 산재한 수많은 플라스틱 제품은 거의 대부분 플라스틱 사출 성형으로 만들어지는데, 이 사출 성형 과정에서 핵심적인 역할을 하는 것이 바로 금형 이라는 것은 이미 잘 알고 있는 사실이다.
 
  정밀한 금형 가공은 그만큼 정밀하고 안정적인 공구를 필요로 하는 고난도 가공인데, 벨기에의 한 금형 가공 기업은 적합한 공구 솔루션 도입을 통해 시장 경쟁력을 유지하는 데 성공을 거뒀다고 한다. 이 업체가 어떤 솔루션으로 어떻게 경쟁력을 유지했는지 지금부터 사례를 살펴보도록 하자.
 
 차별화 위해 절삭공구에 투자
  벨기에 하르말레 소스 아르겐토 지역에 위치한 Precical사는 플라스틱과 알루미늄, 마그네슘 사출용 고정밀 금형을 생산하고 있다. 기계 부품과 압출 다이, 특수 기계 부문의 제품도 생산하고 있으며 엔지니어링부터 최종 제품의 사출성형까지 모두 수행하고 있다.
 
  이 회사는 이미 세코툴스 Jabro 솔리드 초경 공구로 절삭속도를 기존보다 3배나 향상시키는 경험을 한 이후로 고정밀 금형 가공에서 세코툴스의 다양한 인서트와 솔리드 엔드밀을 사용하고 있는 중이다. 예전엔 HRc 45~47의 경화강을 가공하는 것조차 쉽지 않았지만 세코툴스 솔루션을 통해 HRc 54~64의 경화강도 전혀 문제없이 가공하고 있다고. Eric Troupin 이사는 경쟁사와의 격차를 벌릴 수 있는 것은 기술 개선을 위한 노력 덕분이며, 이러한 기술 개선 및 구현에는 공구 솔루션의 역할이 중요하다고 생각하고 있다. “이 업계에서 신생국과 가격 경쟁을 하는 것은 거의 불가능하기 때문에 서비스와 품질, 엔지니어링과 노하우로 차별화를 꾀해야 한다. 따라서 우리는 높은 수준을 요구하는 고객을 만족시키는 것에 필요한 최고의 기술과 공구, 절삭 공구에 투자하고 있다.”고 설명했다.
 
  금형으로 찍어낸 플라스틱 결과물에는 추가적인 가공이 불가능하고, 또 가공 직후 제품을 바로 사용할 수 있는 상태여야 하기 때문에 금형 제작에 있어서는 정확성이 특별히 더 요구된다. 금형의 결함은 곧 수백만개 제품 결함으로 이어진다. 이에 Precical 사는 세코툴스의 솔리드 엔드밀 가운데 그러한 정확성에 대한 요건에 가장 부합하는 Tornado, HPM 및 Mini 제품군을 사용하고 있는데, 그 중에서도 금형 가공을 위해 설계된 Tornado 제품군이 특히 도움이 되었다고 한다.
 
 금형 가공을 위한 엔드밀, Tornado Tornado
  엔드밀은 고속 가공용으로 개발된 공구다. 금형 가공의 생산성 향상에 결정적인 역할을 하는 황삭 공정. 얼마나 빠르게, 많이 소재를 걷어낼 수 있는지가 중요하다. 이를 위해선 일반 가공 기법과 다른 고속가공 방법을 적용해야 한다. 여기서 고속 가공이란 단순히 속도를 높인 가공이 아닌, 절삭 인선에 대해 열 발생을 가능한 최소화 시키기 위한 가공법을 말한다. 절삭날과 피삭재 간의 접촉을 최소화하여 열 발생을 줄임과 동시에 칩 두께를 얇게 만들어 절삭 인선의 부하를 줄임으로써 빠르게 가공할수 있다.
 
  이러한 가공 방법에 적합하도록 설계된 Tornado 엔드밀은 긴 절삭날과 작은 코어 직경을 가진 일반 엔드밀과 비교하여 더 크고 안정적인 코어 직경, 짧은 절삭날부를 가진 것이 특징이다. 또 칩 배출을 원활하게 하기 위한 칩 공간 설계와 MEGA-T, MEGA- 64, SIRA, NXT 같이 피삭 재질에 따른 다양한 PVD 코팅을 적용한 것 역시 눈에 띈다.
 
  특수 형상 설계와 내마모성이 높은 TiAlN 계열의 코팅 적용은 고속가공에서도 치수 변화가 없는 안정성과 긴 수명을 제공하여 공구 교체시간을 줄이고 생산성을 극대화 시킨다.
 
  3차원 곡면 가공이나 빼기 구배 부분의 정삭 가공 등 여러 가공에 적합하게 사용할수 있도록 볼노즈, 테이퍼 등 다양한 형상으로 제공되는 Tornado. 빠른 가공은 물론 정밀함까지 보장한다. 특히 열처리된 금형 소재의 정삭 가공에 주로 적용하는 Tornado JH141 엔드밀은 직경 공차와 코너 래디우스 공차가 정밀하게 제작되어 금형의 가공 오차를 최소화시킴으로써 고정도 금형을 제작할 수 있게 해준다.
 
 에디터|김솔
 
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 도움 주신 분
 세코툴스코리아
 마케팅팀 이은주 대리
 www.secotools.com/kr
 042-622-9785
생산성에 경제성을 더한 공구 - 한국야금㈜
생산성에 경제성을 더한 공구
 
  오늘날 금형 가공에서 끊임없이 요구되는 과제는 같은 가공이라도 제조원가는 줄이 면서 가공품위와 정도를 향상하는 것이다. 이렇다 보니 금형을 가공하는 공구 역시 생산성을 만족하면서 동시에 경제성을 충족해야 할 필요가 생겼다. 특히 금형 가공은 숄더링, 페이싱, 슬롯, 플런지 등 그 종류가 다양한데, 이렇게 다른 작업을 할 때마다 매번 공구를 교체해야 한다면 생산성과 경제성 모두 불리해질 수밖에 없다. 그래서 여기 생산성에 경제성을 더한 한국야금의 두 가지 솔루션을 소개한다.
 
 황삭 가공용 고능률 커터
 New FMR P-positive 시리즈
  금형을 위한 고경도 금형강 및 내열합금 강에 특화돼 새롭게 출시된 New FMR P-positive(이하 New FMR P)시리즈는 1mm 이하의 절입에서는 15° 이하의 절입각이 형성돼 고이송 가공이 가능하고, 인서트 크기의 절반 가량인 반경(4~10mm)까지 고절입이 가능하다. 이 같은 고절입, 고이송 가공이 가능해지면 시간당 생산성을 향상시킬수 있는데, 고이송용 공구는 같은 이송량이라도 가공 시 칩 두께를 얇게 형성해 이송 부하가 적기 때문이다. 특히 저마력 장비에서 사용하거나 생산성 향상이 목표라면 적절한 선택이 될 수 있다.
 
  특히 깊은 가공이 많은 금형가공이라면 가공경이 작고 긴 세장비(전장/가공경) 2D이 상의 샹크형이 많이 사용된다. 하지만 세장비가 커지면 작은 부하에도 공구 떨림 현상이 발생해 인서트 및 홀더 파손 문제가 일어 나기 쉬운데, New FMR P는 축방향 경사각 (Axial Rake Angle)을 네거티브(Negative)하게 형성하는 방법으로 이 같은 문제를 극복 했다. 이에 따라 여유면 마모량이 감소되고 피삭재와의 접촉면적도 줄어 공구 떨림을 최소화할 수 있게 됐다.
 
  유효가공경도 넓어져 절삭속도는 약 1.6배 증가했고 회전반경수치도 커져 초기 진입 시 안정적인 가공이 가능하다. 구체적으로는 세장비(전장/가공경) 6D까지 가공이 가능하다. 유니버셜 PVD재종인 PC5300재종으로 범용 가공에서는 공구수명을, 강한 단속 가공이나 연강의 등 질긴 피삭재에서는 PC5400재 종으로 인선강도를 한층 보강했다.
 
 다용도 직각가공용 공구
 Rich Mill-RM3P
  단일공구를 다용도로 사용하려면 절삭성은 물론, 공구강성과 체결안정성도 만족해야 한다. 절삭성이 나쁘면 가공소음 및 버(Burr)가 발생하거나 직각도, 면조도 등 가공품위가 떨어지고, 공구 강성이나 체결이 불안정하면 가공 시 진동으로 인서트 치핑및 파손이 쉽게 일어나기 때문이다. RM3P는 이러한 문제를 단일공구로 해결할 수 있는 다용도 3코너 직각가공용 커터다.
 
  먼저 독자적인 인서트 형상 설계로 20°의 고경사각 칩브레이커와 12°의 고경사인선을 적용해 절삭저항은 줄이고 가공품위 향상을 최적화했다. 또한 기존의 절입 직각가공용 공구와 비교하면 50% 가량 인서트 두께가 늘어 자체 강성이 증가됐다. 체결 안정성을 위해서는 인서트 측면에 평탄면을 추가 하고, 체결면적을 기존공구 대비 2배 이상 증가시켰다.
 
  RM3P가 지닌 실제 공구강성과 체결안정성을 증명하기 위해 숄더링, 램핑, 페이싱, 슬로 팅, 플런지 등의 실제 가공에서 자체 성능평 가도 시행됐다. 그 결과 공정당 별도의 공구교체 작업이 필요 없어 자동화 설비 기준약 30초 정도 사이클 타임이 감소되는 효과가 있는 것으로 나타났다. 일반적으로 많이 쓰이는 날당 이송조건 0.1~0.3mm/tooth보다 높은 0.5~1mm/tooth의 조건에서도 공구 파손 없이 안정적인 가공이 진행됐다. 가공품위 또한 직각도 30㎛이내로 측정되어 일반적인 직각가공 공구의 평균 직각도 (30~50㎛) 대비 크게 개선됐다.
 
  RM3P는 범용가공에는 PVD재종인 PC5300 재종, 강 전용가공에서는 PC3600재종, 주철 가공에서는 PC6510재종, 단속가공이나 질긴 피삭재에서는 PC5400재종으로 효과적인 성능을 볼 수 있다.
 
 에디터|박진아
 
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 도움 주신 분
 한국야금㈜
 김영흠 연구소장
 www.korloy.com
 02-521-4700
클릭 한 번으로 측정하는 2D 화상측정기 - 미쓰도요
금형 측정, 이만큼 쉽고 빠를 수 있을까?
 
  금형은 형상이 더욱 복잡해지며 공차는 훨씬 엄격해지고 있다. 문제는 이처럼 까다롭고 어려운 측정 작업을 얼마나 쉽고 빠르게 할 수 있느냐다. 특히 공정의 효율성은 비가공 시간을 최대한 줄이는 것에 달려있기 때문에 비 가공 시간 중 하나인 측정 시간을 최소화해야 측정 작업은 물론 전체 공정의 효율성을 향상시킬 수 있다.
 
  측정 작업을 쉽고 빠르게 하려면 측정 방법이 간편하고 신속해야 한다. 즉 고도의 숙련도가 필요하지 않고 측정기 조작이 간단하며 작업이 최대한 단순해야 측정에 걸리는 시간을 줄일 수 있다. 그런 점에서 대안이 될 수 있는 2D 화상 측정기 Quick Image는 간편한 조작성으로 클릭 한 번에 측정이 가능해 측정 작업을 효율화하는 솔루션이다.
 
 클릭 한 번에 측정 끝
  2D 화상측정기 Quick Image는 이름처럼 빠르게 측정값(이미지)를 도출한다. 특히 측정기 양측에 텔레센트릭 광학계가 적용 되어 장초점 심도가 ±11mm인 것이 특징이다. 이로써 단차가 있는 측정물을 측정할수 있고 별도의 포커싱이 불필요하기 때문에 측정 세팅 후 클릭 한 번으로 측정을 끝낼 수 있다.
 
  또 여러 개의 소형 부품을 한 번에 측정할 수도 있다. 즉 같은 모양의 측정물 여러 개를 측정해야 할 때 측정기 위에 정확하게 위치를 배열하지 않아도 측정기에서 측정물의 동일한 패턴을 인식한다. 이처럼 측정물의 위치를 자동으로 인식하기 때문에 정확한 위치에 측정물을 올려놓아야 하는 수고를 덜 수 있다.
 
  이렇게 측정 방법은 단순하지만 측정 정확도는 고도로 정밀하다. Quick Image는 내부에 300만 화소의 CMOS 컬러 카메라가 탑재되어 고화질의 정확한 이미지로 관찰, 측정이 가능하다. 이에 선명하고 깨끗한 컬러의 측정 이미지를 얻을 수 있다. 또 화면에 나타나는 측정 정밀도와 정확도를 개선 하여 정밀한 측정값을 도출하기 때문에 그만큼 측정값을 신뢰할 수 있다.
 
 측정이 제일 쉬웠어요
  앞서 설명했듯 측정 방법이 단순해 측정 초보자도 쉬운 측정이 가능하다. 게다가 초보자 조작 모드인 이지모드(Easy Mode)가 따로 마련돼 있어 측정이 더 쉽다. 이지 모드에서는 GUI에 자주 사용하는 측정 기능이 간단한 측정용 아이콘으로 표시돼 있다. 특히 자주 사용하는 기능만 선택하여 배치할 수 있으며 간단한 조작만으로 측정이 가능하다.
 
  또 조작 도움말 기능이 있어 작업자에게 필요한 측정 조작법이 그래프와 도움말로 표시된다. 이에 취급 설명서를 읽지 않아도 간편하게 측정기를 조작할 수 있다. 따라서 측정 초보자이거나 갑자기 측정에 투입된 엔지니어의 경우 이지모드를 선택해 측정할수 있다. 측정을 원활하게 수행할 수 있는 작업자라면 프로모드(Pro Mode)에서 기존 조작 방법을 그대로 이용하면 된다.
 
  물론 측정 결과를 도출하는 작업 역시 단출하다. Video 윈도우 상에 측정 결과가 바로 표시되므로 측정 부위별 결과를 바로 판별할 수 있다. 또 측정 결과는 컬러로 표시되기 때문에 직관적으로 측정 결과를 판단할수 있다. 즉 공차 판정에서 OK가 나면 녹색 으로, NG가 나면 적색으로 표시된다.
 
  이처럼 Quick Image는 측정법이 빠르고 간단해 측정 작업을 효율화한다. 무엇보다 한 번의 클릭으로 측정 작업을 완료할 수 있다는 것은 측정 작업뿐 아니라 공정 전체의 사이클 타임을 줄이는데 기여한다. 이러한 특징으로 Quick Image는 금형 정밀 측정뿐 아니라 자동차 부품 제조, 철강, 가전, 공작 기계, 의료 등 다양한 분야의 부품 측정에 적용된다.
 
 에디터|김유리
 
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 도움 주신 분
 한국미쓰도요
 구미선 주임
 031-361-4210
품질 향상을 위한 공구 검사와 모니터링 시스템 – Marposs
‘값비싼 고철 덩어리’가 되지 않으려면
 
  컴퓨터산업 용어로 GIGO(Garbage In Garbage Out)라는 말이 있다. 불필요한 정보를 입력하면 불필요한 정보밖에 출력되지 않는다는 뜻이다. 이 원칙은 금형제조산업에도 적용될 수 있다. 투입값(Input)은 전력과 공구이며, 그 결과물(Output)은 금형의 품질이다. 인풋에 의해 아웃풋이 ‘사용 가능한 금형’이거나 ‘값비싼 고철 덩어리’ 중 하나가 되는 것이다.
 
  그렇다면 좋은 아웃풋을 내는 좋은 인풋을 위해서는 어떻게 해야 할까? 바로 측정이다. 즉 공구검사와 모니터링으로 제조의 신뢰성과 효율성을 확보하는 것이다. 공구검사는 공구의 유무를 확인하고 마모에 대한 보상을 수행한다. 그러나 절삭 중 실제로 어떤 일이 벌어지는지는 알 수 없는데, 이 중요한 정보의 공백을 채우기 위한 것이 공구 모니터링 시스템이다. 이 둘에 대해 자세히 알아보자. 정밀가공의 기본, 공구검사 저렴하면서 기본이 되는 접촉식 측정 접촉을 통해 공구의 유무, 길이와 경 측정, 파손을 탐지한다. 측정기는 마그네틱 베이스를 이용해 장비 테이블에 부착할 수 있어 측정 공간이 협소하거나 작은 장비에 적합하다.
 
  또 다수의 스핀들 프로브와 주파수·광학식 통신의 하드웨어로 구성이 가능하여 설치비를 줄일 수 있다. 하지만 실제로 공구를 ‘터치’하는 방식이기 때문에 측정과 이송 시최고 속도 구현은 어렵다. 스핀들 프로브와 무선 보어 플러그도 공구 검사에 적용된다. 측정기를 통해 전달받은 피드백은 툴세터로 측정된 데이터와 결합해 공구 마모 오프셋 보정으로 이어진다. 이 두 가지 디바이스가 현대식 SPC, 3D 분석 소프트웨어와 결합하면 가공 중 3차원 측정에 대한 필요성이 크게 줄어든다.
 
  속도와 정확도를 다 잡은 비접촉식 레이저 측정 비접촉식 시스템은 레이저를 이용한 측정기다. 레이저는 속도에 상관없이 회전 하는 공구 측정이 가능하여 스핀들의 불균형, 속도, 온도와 관련된 변화 등을 감지할수 있다. 이에 빠른 속도로 파손 여부를 체크하며 공구의 전체 형상이나 개별 공구의 윤곽도 몇 초 만에 측정한다. 또 먼지나 절삭유에 의한 영향을 받지 않는다.
 
  레이저 측정은 초대형 머신과 같이 측정 범위가 넓을 경우에 적용할 수 있다. 송신기와 수신기의 거리를 15m까지 측정할 수 있기 때문이다. 이 거리에서도 1㎛ 이하 반복도의 측정값을 얻을 수 있다. 한편 고정밀 레이저 시스템은 회전 공구의 10㎛까지 측정이 가능하며 최대 범위는 32mm다. 이는 주로 전자나 의료산업용 금형 분야의 작은 초정밀 공작기계에 적합하다.
 
 정보의 공백을 허용치 않는 모니터링 시스템
  모니터링 시스템은 센서를 이용하여 변형, 전력 소비량, 음향방출 (A/E), 진동, 가속도, 노크, 절삭유 온도와 흐름 등의 작동 상태를 감지하는 것이다. 이로써 전체 공정을 컨트롤한다. 측정은 실시간으로 이루어지며 충돌이나 공구 파손과 같은 잠재적인 문제를 감지하고, 장비와 공작물에 미치는 데미지를 최소화하기 위해 가공 정보에 대한 피드백을 제공한다.
 
  이 모니터링 시스템의 가장 큰 효과는 적응조절전략(adaptive cont rol strategy)을 통해 공구의 절삭력을 최적화하는데 있다. 즉 실시간 데이터를 기반으로 상황에 따라 절삭 한계값을 조절함으로써 최적의 절삭율을 달성하고 공구 수명 향상으로 수익성을 높이는 것이다. 또 가공시간을 단축하여 공정의 효율성을 향상시킨다.
 
  이처럼 최적의 공구검사와 모니터링을 적용하면 금형 가공에서 “Garbage In ZERO”라는 결과를 얻을 수 있는 기반이 마련된다. 검사와 모니터링을 통해 높은 품질의 Input을 보장함으로써 생산성과 수익성을 향상시킬 수 있기 때문이다. 나아가 산업 전반이 “Garbage Out”의 완벽 제거에 한 발 가까워질 수 있을 것이다.
 
 에디터|김유리
 
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 마르포스
 한아름 사원
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금형 측정 토탈 솔루션 – ZEISS
그 금형 측정엔 이 측정기를
  제품 품질과 디자인 수준이 높아지면서 금형 형상도 더 복잡하고 정밀해지는 추세다. 때문에 이에 대응할 수 있는 측정기술이 필수적이다. 게다가 금형은 사출, 프레스, 다이캐스팅등 종류가 다양하므로 그에 적합한 측정 기술과 방법을 적용해야 한다. 측정 작업이 쉽고 효율적이어야 함은 물론이다.
 
  이에 어느 분야의 금형 제조 작업자가 보아도 원하는 솔루션을 얻을 수 있도록 금형 측정 토탈 솔루션을 소개한다. 바로 ZEISS의 금형 측정 솔루션 라인업이다. 크기나 형상에 다양 하게 대응하는 브릿지/갠트리 타입의 3차원 측정기, 스캐닝 프로브 헤드, 레이저 스캐너, 관절형 프로브 홀더 등으로 구성돼 있다. 지금부터 하나씩 소개한다.
 
 DuraMax
 현장측정, VAST XXT 스캐닝 센서, 공간절약
  DuraMax는 18~30°C의 온도 변화에도 안정적이며 가이드웨이가 완벽히 밀봉되어 현장의 열악한 측정 환경에서도 정확한 측정값을 얻을 수 있다. 또 4면 로딩이 가능해 라인에서 측정물의 로딩 언로딩이 자유롭다. 스타일러스 교환은 CNC에서 자동으로 이루어지므로 현장 작업자라도 빠르고 정확하게 스타일러스를 교환할 수 있다. 이 때 작동은 두 개의 조이스틱과 숫자판으로 제어하여 쉽고 간편하다.
 
 CONTURA
 현장측정, 유리세라믹스케일, Navigator CAA
  CONTURA는 고정 패시브 센서, RDS 관절형 프로브 홀더, Aktiv 스캐닝 프로브를 탑재할 수 있어 다양한 크기와 형상의 금형 측정에 대응 가능하다. 3개의 축에는 에어 베어링을 채용하여 높은 이동 속도와 안정성을 확보했다. 팽창되지 않는 유리세라믹스케일로 온도 센서를 추가로 설치할 필요가 없고 수리적 보정도 필요하지 않다. CAA로 스캐닝 정확도에 영향을 줄 수 있는 동적 오차를계산, 보정하여 정밀도가 일정하게 유지된다.
 
 ACCURA
 MASS, Navigator
  ACCURA는 접촉식/광학식 센서와 스캐닝을 위한 와이어링이 되어 있어 즉시 MASS를 이용해 고속 스캐닝과 광학 측정을 모두 사용할 수 있다. 강철과 알루미늄 소재로 된 브릿지는 얇고 견고해 안정적으로 측정할 수 있게 한다. 특히 ZEISS의 CARAT 코팅기술로 알루미늄 소재를 코팅하여 온도 안정성과 수명을 개선했다. 또 외부에는 새로운 유형의 고성능 단열 기능이 특징인 Foam Insulating Technology를 적용했다.
 
 PRISMO
 현장측정, 유리세라믹스케일, Navigator
  PRISMO는 브릿지가 탄소 섬유 화합물과 세라믹 소재로 되어 있어 무게를 최소화하고 휨 강도가 높다. 그만큼 안정적이고 정확한 움직임으로 정밀한 측정값을 얻을 수 있다. 이 외에도 탄성중합체 소재를 사용해 진동을 감쇠한 것이 특징이다. 또 생산 현장에서 측정 가능하도록 가이드웨이와 스케일에 커버를 장착했다. 형상에 맞는 곡선 방향 진입 및 스캐닝, 나선 스캐닝, 빠른 동적 스타일러스 교정 기능의 Navigator로 측정 시간을 절약하고 정밀도를 향상시킨다.
 
 MMZ G
 대형측정, 현장측정, CAA, Navigator, MASS
  MMZ G는 최대 측정 범위가 193㎥으로 대형 금형 측정에 이상적이다. 충돌 방지를 위한 크레인 인터록은 충격 민감도를 낮추고 가이드웨이가 잘 작동하게 한다. 현장 측정에 가능한 것은 균질 혼합물 소재를 적용하여 강도가 높고 온도 변화에 민감하지 않기 때문이다. 또 CAA 기능으로 모든 측정 포인트에서 높은 정확도를 보장한다. 그밖에 회전 대칭형 측정물 측정을 위한 로터리 테이블, 액티브 인터페이스를 갖춘 RST-T 온도센서가 있다.
 
 에디터|김유리
 
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 도움 주신 분
 자이스 코리아
 이병부 부장
 김효인 사원
 imt@zeiss.com
사출성형 설계 해석 소프트웨어 - 오토데스크
아홉 번의 수고를 더는 한 번의 시뮬레이션
 
 ‘제 때의 바늘 한 땀이 아홉 땀의 수고를 던다’는 말이 있다. 큰 문제가 발생하기 전에 미리 조치를 취하면 나중에 큰 수고를 덜 수 있다는 것이다. 금형, 특히 사출금형분야에서 그 ‘한 땀’에 해당하는 것이 바로 사출성형 설계 시뮬레이션 소프트웨어다. 이를 이용하면 수지의 유동과 냉각 과정에서 발생할 문제점을 미리 예측하여 제품이나 금형 설계를 최적화할 수 있다.
 
  이러한 사출성형 시뮬레이션 소프트웨어는 여러 가지가 있다. 사출성형 소프트웨어의 성능을 결정짓는 것은 솔버와 수지 물성 측정기술이기 때문에 여러 소프트웨어 중에 서도 이러한 성능을 잘 갖춘 소프트웨어를 도입해야 한다. 대표적으로 오토데스크 시뮬레이션 몰드플로우(Autodesk Simulation Moldflow)는 솔버와 수치 물성 측정 기술이 보장된 솔루션이다.
 
  이를테면 몰드플로우는 더 신뢰성 있는 변형해석을 위해 CRIMS 모델을 사용한다. 이는 몰드플로우 솔버가 이론적 계산으로 찾아내기 힘든 변형 유발인자들을 고려하기 위해 수지 측정 기술을 이용하여 실험적인 방법으로 보완하는 것이다. 또 9,200개의 재질 데이터 베이스로 다양한 플라스틱 사출 성형 프로세스를 갖춰 요구사항에 따라 원하는 대로 시뮬레이션할 수 있다.
 
  이에 다양한 시뮬레이션 조건에서도 높은 정확도로 해석을 수행하여 그 결과값에 대한 신뢰도를 보장한다. 이렇게 정확한 시뮬레이션은 사전에 제조 결함을 방지하고 실물 프로토타입의 수를 줄여 제품을 더욱 빨리 출시하게 한다. 최종적으로는 사출성형 프로세스의 효율성을 높이고 제품 품질과 생산성을 향상시키는 효과를 얻을 수 있다.
 
 다양한 응용과 활용
  몰드플로우는 오토데스크 시뮬레이션 메카니컬(Autodesk Simulation Mechanical)과같은 구조, 열유동, 복합재 등의 다른 해석 툴과 직접 연계가 가능하다. 따라서 필요에 따라 몰드플로우와 여러 해석 툴을 연계하여 더 다양하고 정확한 시뮬레이션을 수행할 수 있다. 예를 들어 몰드플로우에서 해석한 것을 FEA 해석으로 구조 분석 테스트를 거쳐 제품의 임계 하중을 확인할 수도 있다.
 
  또 전문 시각화 툴인 쇼케이스(Showcase)나 브이레드(VRED)와 함께 사용하면 해석 결과를 직관적으로 파악할 수 있다. 즉 수치로 된 해석 결과를 사실적으로 시각화된 이미지를 통해 검증하는 것이다. 이를테면 시각화 기술을 몰드플로우에 도입하여 해석 결과를 실제 제품에 맵핑해 결함을 확인할수 있다. 또 도장, 도금 사양의 제품이 다른 색의 영향을 얼마나 받는지도 미리 확인하는 것이 가능하다.
 
 쉬운 작업, 빠른 공유
  오토데스크의 솔루션은 호환성 문제에서 자유롭기 때문에 몰드플로우 역시 여러 종류의 파일을 사용하여 설계를 최적화할 수있다. 즉 Rhino, Alias, NX 파일 등 데이터 출처에 관계 없이 다양한 형식으로 된 파일의 설계를 평가할 수 있는 것이다. 이에 번거로운 변환 작업이 필요없다. 또 몰드플로우를 이용한 작업은 빠르고 간편한 자동 프로그래밍 인터페이스(API)에서 이루어지므로 쉽고 간편하다. 이에 해석 전문가가 아니더라도 엔지니어, 설계자가 접근할 수 있는 범용성도 갖췄다.
 
  이를 통한 최적화된 해석 결과는 클라우드에서 쉽게 공유된다. 클라우드는 자유롭고 유연한 협업을 가능케하여 제조 팀, 엔지니어, 공급업체, 외부 고객과 협업의 효율성을 달성할 수 있다. 또 하드웨어에 대한 투자비용을 줄이기 때문에 제조 코스트 절감이라는 효과도 얻을 수 있다. 이 외에도 PC의 성능에 상관 없이 빠른 해석이 가능하므로 작업 시간의 대폭 단축도 가능하다.
 
 에디터|김유리
 
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 도움 주신 분
 오토데스크코리아
 이상훈 전무
 02-3484-3490
스프링 백 자동 보정 소프트웨어 – 시엠시엔지니어링
오래 걸리고, 어렵고, 복잡하다면, Morpher
 
  금형 제조에서 특히 작업 시간이 오래 걸리고 어려운 경우가 있다. 바로 프레스 박판 성형에서 필연적으로 발생하는 변형을 보정하는 작업이다. 물론 오래 전부터 설계와 해석 작업에서 이러한 변형을 예측하고 해결하려 노력해 왔다. 그러나 최근 고장력 강판 사용 확대, 공정 최소화, 제품 형상 복잡화에 의해 보정 작업이 더 빈번해지고 그만큼 시간이 오래 걸리게 되었다.
 
  이러한 비효율을 해결하려면 보정을 위한 소프트웨어가 더 빠르고 정확하며 쉬워야 한다. 바로 Tebis의 Morpher와 같은 솔루션이다. 이는 금형 제조 과정에서 발생할 수있는 변형에 대해 다양한 측정 방식을 기반으로 빠르고 쉽게 보정하는 소프트웨어다. 특히 해석 결과 기반의 스프링 백 해석 결과의 빠른 분석 능력이 특징이다.
 
 금형의 변형을 최소화하기 위해
  정밀 금형을 만들기 위해 변형을 최소화하는 Tebis Morpher의 기능에 대해 구체적으로 알아보자. Tebis Morpher는 기본적으로 공차, 제품 치수를 보정하는 역할을 한다. 이 보정 기능은 다양한 방식으로 지원되어 자유롭게 측정 기준 값을 설정하고 여러 보기 방식을 선택할 수 있다. 제조 단계에 따라 보정 방식을 단일 혹은 다양한 조합으로 복합 구성하여 사용할 수도 있다.
 
  이를 테면 성형 해석 소프트웨어인 Nastran 형식을 지원하여 해석 결과를 서피스 모델에 반영해 보정할 수 있다. 또 강력한 분석 기능으로 곡면, 메시 데이터(STL), 3차원 측정(CMM), 스캐닝, 복합 방식 등의 측정 소스에 대응하여 여러 가지 보정 방식을 지원 한다. 이처럼 다양한 기능을 적용하면 금형 변형을 최소화할 수 있다.
 
  물론 아무리 기능이 좋아도 쓰기 어렵다면 도입이 쉽지 않다. 그러나 Tebis의 Morpher는 자동 보정을 위한 마법사 환경을 제공하여 쉽게 쓸 수 있다. 이에 작업자는 몇 번의 마우스 선택만으로 빠르고 간단하게 자동 보정 결과를 얻을 수 있다. 또 실시간 결과를 저장하여 언제든지 발생할 수 있는 설계 변경에도 빠르고 유연하게 대응이 가능하다.
 
  이러한 기능의 가장 큰 장점은 하나의 측정 값으로 여러 가지 방식을 통해 자동 보정을 실행한다는 것이다. 작업자는 보정영역과 고정영역의 변형량을 고려하여 선택할 수있으며, 이 때 변화되는 영역은 자동으로 다시 정의된다. 또 공정에 따라 보정과 역보정에 대한 반대의 결과를 빠르게 정의하고, 변형 경향 분석에 따라 보정값의 크기를 선택할 수도 있다.
 
  이처럼 Tebis Morpher의 다양한 기능을 적용하면 금형제조에서 고품질의 작업 결과를 얻을 수 있다. 이 작업 결과는 언제든지 설계와 CAM에서 바로 사용할 수 있어 활용도가 높다. 또 리버스 엔지니어링 기반으로 보정 결과에 대해 다양하게 분석 작업이 가능하므로 원하는 조건에 맞는 정확한 값을 얻을 수 있다. 물론 이러한 작업에서 재 정의와 최적화 작업이 빠르게 진행돼 시간 손실을 최소화한다.
  이렇게 쉽고 빠르고 정확한 솔루션의 도입은 금형 제조 과정에서, 특히 더욱 복잡해지고 시간이 오래 걸리는 보정 작업의 효율성을 향상시킨다. 또 이와 같은 작업의 효율성 향상이 곧 품질 향상으로 이어짐은 물론이다. 그러므로 보정 작업에서 비효율을 개선하고 품질과 생산성을 향상시켜야 한다면 그에 적합한 솔루션을 적용해야 한다.
 
 에디터|김유리
 
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 도움 주신 분
 시엠시엔지니어링
 한동원 차장
 02-869-5391
 Tebis@korea.melchers.de

 
TAG :  공작기계  금형  소프트웨어    측정
 
 
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