협소한 공간에서 항공기용 대형 부품 가공하기

선도적인 정밀 공작기계 제조사가 항공기 부품 생산에서 80%가 넘는 점유율을 가지고 있다면, 전세계에서 네 번째로 큰 항공기 제조사를 놓치지 않았다는 것이 어쩌면 당연한 일이다. 경험과 효율 그리고 공정 안전성이 결국 또 다른 유형의 주문으로 이어졌다.

브라질 기업인 Embraer/Eleb는 전세계에서 네 번째로 큰 항공기 제조사이다.

항공우주 분야에서 랜딩기어 부품을 생산하기 위해서는 공작기계에 특별히 까다로운 요건이 제시된다. Starrag Technology GmbH 빌레펠트 공장의 공장장 울리히 비하겐과 프로젝팅 매니저 울리히 폴머가 항공기 제조사 Embraer/Eleb를 위해 새로운 Droop+Rein Fogs D40 Twin으로 협조한 공간에서 고도로 효율적이며 공정 안전성과 동시에 수익성 있는 방법을 제시하였다. 브라질 기업인 Embraer/Eleb는 전세계에서 네 번째로 큰 항공기 제조사로, 현재 민간 항공기와 군용기를 생산하고 있다.

Starrag가 전세계에서 네 번째인 항공기 제조사 Embraer/Eleb와는 어떻게 만났습니까?

울리히 비하겐: 사전에 우리회사 Fog 제품을 사용하는 납품업체들과 Embraer/Eleb사의 엔지니어들이 여러 건의 연구 과제와 시장 분석을 위한 접촉이 있었습니다. Starrag가 전세계 섀시 콤포넌트 시장에서 80%가 넘는 점유율을 가지고 있으므로, 그리 놀라운 일은 아닙니다.

이번 프로젝트에서 폴머씨가 지도적인 역할을 하고 있다고 들었습니다. 기준이 무엇이라고 생각하십니까?

울리히 폴머: 수많은 프로젝트를 통해 섀시 생산은 제조 프로세스를 정확하게 알고 제어해야 합니다. 우리는 Embraer/Eleb에 랜딩기어 콤포넌트를 공정 상 안전하게 생산할 수 있는 기계를 제공합니다.

울리히 비하겐: 사용자에게 일반적으로 프로세스 전문 지식을 지원하는 것이 중요합니다.

울리히 비하겐, Starrag Technology GmbH, 빌레펠트 공장장(좌측), 울리히 폴머, 빌레펠트 프로젝팅 매니저.

설정한 목표는 무엇입니까?

폴머: 매우 효율적이고 공정 상 안전한 가공입니다. Embaer/Eleb은 스핀들이 하나인 기계 두 대를 이용한 솔루션과 더블 스핀들 기계, 두 가지 버전을 살펴 보고 더블 스핀들 기계를 선택하였습니다. 더블 스핀들 기계는 동시 5축 가공이 가능한 교체형 스핀들 카트리지가 있는 포크 타입 밀링 헤드를 사용합니다. Embraer/Eleb사는 선택적으로 최대 토크 1100Nm에 5000min-1인 기계식 40kW 기어 밀링 스핀들과 48Nm에 18000min-1인 빠른 20kW 모터 밀링 스핀들을 사용하게 됩니다. 우리는 이번 사례를 위해 보링을 위한 추가의 앵글 헤드 스핀들을 특별히 개발하였습니다.

랜딩기어 콤포넌트는 길고 복잡한 부품으로 알고 있습니다. 이러한 형태가 어떤 역할을 하나요?

비하겐: 네, 그렇습니다. 구성품이 크고 복잡한 경우 스핀들이 한 번의 클램핑으로 가공할 모든 영역에 접근할 수 있을까? 하는 문제가 제기됩니다. 우리는 이 문제를 3D 충돌 분석을 통해 신뢰할 수 있게 증명할 수 있었습니다. 결론적으로 말해서 우리는 가상의 충돌 점검을 포함한 가공 방법과 가공 프로세스를 새로 만들었습니다.

프로젝트를 자세하게 설명해 주시겠습니까?

비하겐: 2018년 여름부터 Droop+Rein Fogs D40 Twin으로 300M 표시가 있는 저합금 조질강에서 낙하 단조된 부품을 절삭하게 됩니다. 여러 번의 생산 단계를 거쳐 랜딩기어 하우징과 같은 메인 구조 콤포넌트와 Embraer/Eleb의 랜딩 기어에 대해 휠 축이 통합된 피스톤 로드가 만들어집니다.

Droop+Rein Fogs D40 Twin은 2 개의 스핀들이 있는 하이 갠트리 기계를 사용합니다. Starrag가 새로운 분야에 도전하는 건가요?

비하겐: 아닙니다. 우리는 이미 과거에도 여러 대의 멀티 스핀들 기계를 제작한 경험이 있습니다. 우리가 대형 밀링 기계 제조사들 가운데 멀티 스핀들 설계 경험이 가장 많을 것으로 생각합니다. 우리는 이미 미국과 캐나다 등에서 섀시 제조업체의 복잡한 동시 5축 가공을 통해 이를 증명하였습니다. 하지만 그 이후 더 빠른 싱글 스핀들 기계로 옮겨가고 있습니다. Twin은 빠르고 안정적인 스핀들 기술을 멀티 스핀들 시스템에 결합한 것입니다.

성능에 대한 예를 들어 주신다면?

비하겐: 기계식 스핀들은 하이 피드 커팅(High-Feed-Cutting), 4 ~ 5m/min의 빠른 황삭을 담당하고, 모터 밀링 스핀들은 10 ~ 12m/min의 정삭을 맡습니다. 이것이 Fogs D40의 일반적인 특징이기도 합니다. 고도로 역동적으로 황삭과 정삭을 하는 다기능 기계입니다. 메인 포커스는 높은 정확도로 이루어지는 빠른 황삭에 있습니다. Twin은 실질적으로 두 개의 하이 갠트리 기계가 필요한 경우에 사용합니다.

비생산 시간 통제: 로봇이 320개 공구의 핸들링을 담당한다. 이 기계에는 두 개의 작업 영역이 있어, 새로운 피삭재가 로딩되는 동안 다른 영역에서는 가공이 이루어진다.

생산성은 비생산 시간으로 인해 떨어집니다. 핸들링 또는 셋업 등 비생산 시간을 어떻게 줄일 수 있습니까?

폴머: 우리는 이를 위해 직선으로 이동할 수 있는 로봇을 설치하였습니다. 로봇은 창을 통해 320개 포켓이 있는 랙 매거진에서 Twin에 공구를 공급합니다. 또한 이 기계에는 두 개의 작업 영역이 있어, 새로운 피삭재가 로딩되는 동안 다른 영역에서는 가공이 이루어집니다. 즉 가공 중에도 셋업이 가능하여 비생산 시간을 줄이고 있습니다.

Starrag은 다음과 같이 주장합니다. Engineering precisely what you value. 우리는 항상 고객이 필요로 하고 고객에게 중요한 것을 정확하게 얻는다. 귀사는 Embraer/Eleb가 필요로 하는 것을 얼마나 제공하였습니까?

Droop+Rein Fogs D40 Twin은 랜딩기어 하우징과 같은 메인 구조 콤포넌트와 Embraer/Eleb의 랜딩 기어에 대해 휠 축이 통합된 피스톤 로드를 생산할 예정이다.

비하겐: Embraer/Eleb사는 작은 공간에서 적은 비용으로 가장 생산적인 생산 개수에 도달하기를 원했습니다. 이 솔루션은 다년간 테스트하고 검증된 공정 상 안전한 제조 방법을 기반으로 하고 있어, Embraer/Eleb사는 미지의 세계를 헤맬 필요가 없었습니다. 우리는 이 과제를 Droop+ Rein Fogs D40 Twin으로 해결하였습니다. 이 시스템은 두 대의 기계를 사용하는 일반적인 솔루션에 비해 공간을 40% 절감하고 가격도 약 30% 정도 낮추었습니다. 하지만 성능은 약 2배입니다. Twin은 인건비 면에서도 매우 긍정적으로 작용합니다. 다른 시스템인 경우에 두 명의 조작자가 감당할 일을 한 명으로 충분합니다.

싱글 스핀들 솔루션이 적합한 대상은 또 누구입니까?

비하겐: 1993년에 개발하였고 현재는 많은 제조사들이 모방하고 있는 오버 헤드 갠트리 밀링 머신 컨셉트가 그 중심에 있습니다. 또한 밀링, 로터리 밀링, 5축 밀링, 5축 로터리 밀링을 위해 설계된 유사한 다기능성을 지닌 기계는 없습니다. 여기에 더해 스핀들이나 가공 헤드를 간단하게 교체하면 황삭 작업과 정삭 작업을 할 수 있습니다. 이런 수많은 분야와 응용 사례에 적합한 것으로 입증된 기계는 없는 것으로 저는 알고 있습니다. 이번 시리즈를 구매하는 고객은 자동차 공구 제작, 항공기, 선박, 디젤 엔진, 잠수함용 구성품을 제작할 수 있습니다. 앞으로 더 많은 포털 밀링 센터가 하이 갠트리 기계로 대체될 것이라고 생각합니다.