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특수 장비, 과거의 유물인가?
 
표준 밀링장비에서의 완전한 기어 치면 형상의 제작
 
월간 기계기술기자 | 2010.07.01 | 2010년 7월호
 
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많은 업체들이 유사한 시도를 해왔지만 GILDEMEISTER의 가장 큰 생산공장인 DECKELMAHOPfronten(데켈 마호 프론튼)은 표준 밀링장비에서의 완전한 기어 치면 형상의 제작으로 시장에서의 성공을 이루었다.
  2009년에 개최된 EMO이후 치면 절삭 소프트웨어, 표준공구, 측정 모듈(기계 측정 공구 및 소프트웨어)을 포함한 모듈러 패키지를 선보인바 있는데 이 패키지는 현재 사용되는 기어들의 부드럽거나 두껍고 또는 높은 품질이 요구되는 것과 상관없이 효율적으로 제작하는 것을 가능하게 하였다(DIN/ISOQ6 보다 작은 허용치). 미래에는 현대적인 DECKELMAHO5축 장비에서 길이가 600mm에서부터 3,400mm까지의 치면 형상을 편리 하게 만드는 것이 가능해졌으며 따라서 프론튼 공장에서 생산하는 monoBLOCK, duoBLOCKⓇ및 Portal장비 시리즈의 유니버설 밀링센터에서의 제작이 가능할 것이다.
  이미 실질적으로 더 크고 정밀한 헬리컬 기어(HELICAL GEAR) 형태를 가진 원추 기어 휠 세트(CONICALGEAR WHEEL SET)가 뛰어난 가치가 있다는 것이 증명되었다. 치면 간격의 복잡한 형태가 Pfronten에서 나온 DECKELMAHO5축 기계에 표준 공구를 사용하여 개별 아이템부터 중간규모의 양산 제품까지 합당한 가격으로 간단하고 신속하며 높은 수준의 품질로 생산이 가능하다. 동시에 치면이 장착되어야 하는 회전부가 완전한 피니언 샤프트까지 한 대의 기계에서 제조될 수있는 밀링-터닝 장비의 사용은 특히 적절한 것임을 보여주고 있다.
최적의 공구 경로를 기술적으로 만들어내는 기어 절삭 소프트웨어 개발
무엇이 유니버설 장비 제조업체들에게 전문 기술을 필요로 하는 영역인 기어 휠 생산에 동기를 부여한 것일까?
  수년간 많은 업체들은 고성능의 밀링 장비 제조사인 DECKEL MAHO Pfronten에 매우 특별한 나선형 치면을 가진 원추 기어를 포함한 완전한 기어 밀링이 연관되어있는 5축 동시 가공 장비를 지속적으로 요구해 왔다. 대부분 고객들 자체의 NC 프로그램을 통한 관련 밀링 테스트는 Pfronten공장에서의 제품 생산을 가능하게 했고 단단한 치면(TOOTH FLANK)까지도 필요한 품질의 표면이 달성되었다. 그러나 치면 간격에 대한 기하학적인 자료의 가용성과 그들의 합리적인 기계가공에 대한 NC 프로그램이 존재함에도 불구하고 이러한 노력들은 설득력이 부족하였다.
  따라서 이러한 작업과 병행하여 상업적으로 성공한 5축가공기에서 수많은 정확한 기계가공 작업에서 힘들게 얻은 풍부한 경험을 바탕으로 DECKEL MAHO는 자신들만의 소프트웨어 프로그램을 개발하였다. 첫 번째 단계에서 이것들은 기하학적 정보를 준비 하는데 있었으며 이는 훗날 잘 알려진 CAD/CAM 시스템으로 처리함으로써 유명하게된 제조사로부터 특수한 기어 휠 소프트웨어를 획득하였다. 그와 더불어 나선형 베벨 기어(SPIRAL BEVEL GEAR)의 소프트 가공과 하드 가공이 세계 각국에 있는 관심업체에 의해 수행되었다. 작업물 결과의 높은 품질에 확신을 한 많은 고객들이 해당 장비를 주문하였다.
 두 번째 단계로 DECKEL MAHO는 일반 기어 휠 자료(모듈, 치면의 수 그리고 치형 수정)를 토대로 완전한 치면간격의 기하학적 배열을 계산하고 이를통해 직접적인 5축 제어 프로그램을 위한 소프트웨어 패키지를 개발하였다.
  그러나 이러한 개발에서 DECKEL MAHO는 왜 기존의 CAD/CAM 시스템을 사용하지 않았을까? Pfronten에 있는 애플리케이션 기술자들이 20년이 넘는 기간 동안 5축 동시 기계가공 작업을 위한 프로그램을 만들어 내는데 여러 가지 전문적인 CAD/CAM 시스템을 사용했기 때문일까? 이 소프트웨어 패키지는 곡면부분에 기초하여 밀링 경로를 계산하고 표면변수에 대해 공구의 축을 유도하는데 특히 전체가 둥근 곡면을 그리는 치면들에 대한 집중적인 조사는 적용 가능한 알고리즘의 계산으로는 필요한 정밀도를 만들어내지 못한다는 것을 밝혀냈다. 그러므로 더 정밀한 계산 과정이 새롭게 요구되었다.
  소프트웨어는 이미 시판 중인데 CAD/CAM시스템으로 세부 가공을 위한 치면의 기하 학적 간격을 계산하여 3축 및 5축 유니버설 밀링 머신에 대한 완전한 NC 프로그램을 생성해냈다. 이러한 집중 연구에도 불구하고 DECKEL MAHO는 장비가공 제조자들의 요구에 맞도록 그 소프트웨어를 개조하고 패키지로 장비와 함께 적절한 가격으로 제공할 독점 파트너로서의 협력업체를 찾을 수가 없었다.
  이러한 이유로 DECKEL MAHO는 계산 알고리즘이 기술적으로 최적의 공구 경로를 만들어내는 형태의 기어 절삭 소프트웨어를 개발할 수 밖에 없었다.
헬리컬 원통형 기어휠의 기계가공 유니버설 밀링 장비 DMU 40 monoBLOCKⓇ
DECKEL MAHO는 수년간 잘 알려진 기어박스 제조업체들과 매우 긴밀하게 협력해 왔다.
  이러한 협력으로 원추형 기어휠의 예비(단단하지 않은) 그리고 최종(단단한) 기어 제조에 대한 방법이 Klingelnberg사에 의해 등록상표명 Zyklo-PalloudⓇ로 특허 받은 기어 치면으로 등록되었고 그 이후 집중적으로 테스트되었다.
  그러나 DECKEL MAHO는 유니버설 장비로 기어휠을 종합적으로 제조할 수 있는 고유의 방법을 찾아야만했다. 하드웨어인 장비와 소프트웨어가 결합된 완전한 패키지 형태인 이 솔루션은 고객들이 디자인 엔지니어에 의해 설계된 가공구성요소의 도면과 기어 치면의 자료에 기초하여 모듈, 치면의 수, 수정 면모, 접촉 패턴 등의 요구된 품질의 기어를 제조할 수 있도록 하기 위해 필요한 것이었다.
  집중적인 개발 노력의 결과로 프로토타입의 소프트웨어 패키지가 2009년 2월 프론튼 오픈하우스에서 많은 관심 있는 기어 제조업체들에게 소개될 수 있었다. 기어휠의 밀링은 프론튼에서 제조된 여러 유니버설 장비들에 의해 수행되 었다.
  이렇게 하여 프론튼은 후속 시리즈를 선보일 수 있었다. 직경 90mm과 100mm의 18 CrNiMoV5에서 헬리컬 원통형 기어휠의 기계 가공을 하는 X, Y, Z = 450 × 400 × 480 mm 인 유니버설 밀링 장비인 DMU 40 monoBLOCKⓇ가 한 예이다.
  모든 DECKEL MAHO 기계들을 통한 기어제조의 경우처럼 NC형 회전식 밀링 헤드(B축)와 같은 5번째의 NC축이 요구된다. 또한 이 기계장치는 표준 사양인 자동 툴 체인저와 3D 컨트롤의 Heidenhain iTNC 530 이외에 NC 회전 테이블의 특징이 있다. 눈에 띄는 옵션으로 규칙적인 소 직경 표준 툴로 인한 HSK-A 63 리셉터클과 24,000 U/min의 모터 축의 모습에 서도 나타난다. 작업장에서의 테스트 프로브와 툴 측정 장비, IKZ 그리고 5축 운동학적 제어를 위한 패키지인 40bar의 3D quickSET과 적응 인피드 컨트롤(adaptive infeed control)을 갖춘 애플리케이션 터닝 사이클 (ATC) 모두가 옵션 사양으로 선택할 수 있다.
  만일 DMU 40 monoBLOCKⓇ이 60 매거진 위치를 가진 공구 매거진, 자동 인터페이 스, 3R시스템을 가진 EROWA 팔레트 스토어와 같은 옵션이 장착되도록 설정하였다면 이러한 유연한 순서로 여러 가지 작은 기어 휠 세트의 밀링이 가능하다.
생산적인 유니버설 머시닝 센터 DMC 80 U duoBLOCK®
오픈하우스에서 공개된 DECKEL MAHO 기어 치면 기술의 세부적인 애플리케이션이 [그림 2]에 있는 모듈 25로 나선형 치면 패턴(spiral tooth pattern)을 가진 직경 650 mm의 피니언 소프트 기계가공을 실행하는 DMC 80 U duoBLOCK®로 생산적인 유니 버설 머시닝 센터가 있다.
  800×800×800mm의 작업 공간을 가진 이 장비의 장점은 에 있는 현대적인 고성능의 센터의 규모로 빠른 장비와 팔레트 교환기능을 갖춘 duoBLOCK®시리즈의 높은 생산성에 있다.
  60개의 매거진 위치를 가진 표준 장비 이외에 팔레트 커리어와 2개의 팔레트, 생산 패키지 그리고 3D 컨트롤 Heidenhain iTNC 530을 가진 NC 컨트롤 회전 테이블은 기본 옵션이 HSK-A 63 리셉터클과 18,000 U/min의 모터 축을 B-축으로 한 NC 컨트롤 회전 밀링헤드의 형태로 가용된다.
  [그림 3]에 있는 직경 약 1.300 mm, 모듈 25, 18 CrNiMoV5 소재인 이 피니언에 맞는 스퍼 베벨기어 (spur bevel gear)는 포털 건설에서 세계 최초의 5축 DMC 210 U 머시닝 센터에 대한 첫번째 프레젠테이션을 위해 Pfronten공장에 의해 제작되었다.
  이러한 장점과 더불어 관련된 고가의 특수 장비에 비해 대형 스퍼 기어와 원추형 기어의 제조에 있어 DECKEL MAHO기어 치면 제조기술의 장점이 강조되어야 한다. 보편 적으로 모든 기어휠은 팔레트 교환기의 유무와 상관없이 Pfronten 공장에서 만든 모든 유니버설 머신들로 제조가 가능하다.
  전시관에서 소개된 경로 1.800×2.100×1.250 mm (X, Y, Z)인 DMC 210 U 포털 머시닝센터는 앞서 기술한 B-축으로 NC 조절 회전 밀링헤드, 팔레트 커리어와 사이즈가 1.400×1.600mm 인 2개의 팔레트, 생산 패키지 그리고 3D control Heidenhain iTNC 530을 지닌 NC- 회전테이블을 장착하고 있다. 반면에 10,000U/min의 44kW 중형 모터 스핀들은 한 개의 SK50 리셉터클을 가지고 있다. 추가로 DMC 210 U에는 120개의 장비 위치를 가진 랙매거진이이 장비에 보충된다.
  DECKEL MAHO 치면 간격 기계가공에 대한 이러한 가공시연은 내부인들 만 놀라게 한 것이 아니다. 이 분야에 있는 세계 전문가들은 이 장비가 보여주는 최고의 표면완성 품질을 갖춘 전반적으로 높은 금속제거능력을 인정하고 있다.
  DECKEL MAHO의 치면 절삭 소프트웨어 패키 지는 현재 새로운 기계를 주문하는데 중요한 다음의 기능들이 가능하게 되어 있다. DECKEL MAHO 치면 절삭 기술 패키지는 개별 제조에 대한 사용법만을 추구하는 것만 아니라 특수기계에서 기어 치면바퀴의 가공과 비교할 때 여러 가지 경우에서 사용 되는 특수한 솔루션에 의해 절약할 수 있다는 것을 증명하고 있다.
  기술 패키지를 갖춘 DECKEL MAHO 장비의 저렴한 비용의 구매와 더불어 다음의 장점 또한 고려되어야 한다. DECKEL MAHO 기어 치면 절삭 패키지로 바퀴, 피니언, 피니언 축 그리고 하우징 기어 치면이 효과적으로 제작될 수 있을 뿐만 아니라 표면 역시 최고의 품질로 제작될수 있고 연마와 같은 추가 기술사용을 피할 수 있다.
 
 ● 치형 수정, 접촉 패턴 모델링 그리고 치면 뿌리 (toothroot)의 기하학적 최적성을 포함한 입력자료에 의거한 나선 베벨 기어의 치면 공간의 기하학적 계산
 ● 5축의 황삭 및 연삭 프로그램 생성기
 ● 정렬 프로그램을 위한 생성기 (밀링머신에서 열처리 이후 작업물의 정렬)
 ● 측정된 데이터에 대한 생성기
 ● DECKELMAHO5축 밀링 및 밀링 터닝 기계가공에 대한 사후처리 기타 형태의 치면 배치에 대한 기타 소프트웨어 모듈이 Pfronten 공장에서 개발되었다. 2009년 EMO 이후, 치면의 레이아웃이 더 복잡한 사선 치면/원추형 기어패턴도 또한 유사한 고품질로 생산 가능하게 되었다.
 ● 계산을 위한 디자인 모듈, 측정 기기를 위한 CAM 모듈 그리고 과정지원을 위한 트레이닝 모듈을 지닌 치면 절삭 소프트웨어를 포함한 DECKEL MAHO에서 제공 하는 완전한 ‘턴키’ 프로그램 가능 시스템
 ● DECKELMAHO의 ‘턴키’는 향후 독립된 치면 프로파일 패키지로 될 것임- 기계는 모든 임의의 금속 제거작업에 사용될 수가 있다.
 ● 완전한 표준 공구에 의해 특수하고 더 고가의 기어 절삭기 장비로 교체
 ● monoBLOCK®장비에서 그리고 무엇보다도 직경 600mm부터 대직경의 톱니바퀴 에는 DECKEL MAHO duoBLOCK®및 포털 머시닝 센터로 고급 품질 치면의 완전한 기계가공
 ● 근본적인 생산시간 중 장착할 수 있어 특히 팔레트 교환기 또는 팔레트 스토어나 로봇 장치를 갖춘 DECKEL MAHO장비의 사용을 통해 추가로 지그와 고정장비 비용 절감
 ● 완전한 HM 촉의 엔드밀링 (END MILLING) 절삭기로 하드 기어휠의 밀링 (예를 들면 HRC60)
 ● 데켈 마호 FD-duoBLOCK®또는 FD-Portal 장비에서 최종 동시 5축 밀링으로 소재의 황삭 선삭의 합동 구현
 ● 옵션 3DquickSET와 함께 영구보정 옵션 및 축 오차보정의 사용을 포함한 Q6보다 작은 품질 수치의 달성
 ● 짧은 가공시간, 최소의 자산이동, 독립성 및 빠른 반응, 무엇보다도 유연한 대량 생산

 
TAG :  기어  밀링장비  치면  특수장비  형상
 
 
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