Hermle 다품종 소량 금형 생산 자동화

성형 밀링은 사출 성형 금형 제작의 마지막 공정 단계로 가장 까다로운 공정이다. 문제는 고경도 소재가 정밀하고 안정적인 기계를 요구한다는 점이다. 엄격한 공차 내에서 50시간의 정삭 가공을 어떻게 작업하는지 알아보자.

우도 히프(Udo Hipp): Maschinenfabrik Berthold Hermle AG 마케팅 매니저

핵심 내용

– 금형 및 기계 제조사 Hofmann이 Hermle와 함께 세척 및 측정 시스템을 포함하여 C 42 U 타입의 밀링 머신 4대를 로봇을 통해 하나의 제조 셀을 구현하였다.

– 완성된 성형 부품은 이 시스템에서 전자동으로 세척되고 건조된 후 최종적으로 측정 점검된다.

– 전체 시스템은 Hofmanns MES에 연결되어 수동 또는 전자동으로 데이터를 공급받을 수 있다

Werkzeugbau Siegfried Hofmann GmbH는 1958년 지그프리드 호프만은 정원 창고에 설립한 성형 공구를 위한 수공업 공장에서 시작하였다. 이후 금형 및 기계 엔지니어링 분야에서 선구자로 발전하였다. 1890년대 결정적인 성장은 설립자의 2대인 귄터 호프만이었다. 귄터 호프만은 1982년 Werkzeugbau Siegfried Hofmann GmbH의 경영진에 합류하여 시리즈 기계와 특수 기계 제작 분야를 성공적으로 안착시켰다. 이후 3대인 슈테판 호프만이 사출 성형 분야에서 금형과 사출 성형 공정의 완전한 자동화를 위한 표준화 설루션을 제공하였다. 호프만은 기계 및 자동화 솔루션을 개발하고 제작하는 과정에서 가상 커미셔닝과 디지털 트윈 같은 디지털 솔루션을 이용하였다.

사출 성형 금형의 피니시 공정은 최대 50시간이 걸린다.

현재 Werkzeugbau Siegfried Hofmann GmbH이 제작하는 사출 금형과 기계 종류는 매우 다양하다. 가전에서 자동차, 포장 산업, 스포츠 장비에 이르기까지 정밀 성형을 통해 기능과 디자인을 완성한다. Hofmann의 장점은 집중적인 연구개발에 있다. Hofmann은 산학계 파트너들과 함께 새로운 기술과 소재를 연구하고 3D 프린팅을 이용한 혁신적인 구조 등을 구현하였다.

“기술적으로 앞서 나가는 것이 매우 중요합니다.”(마르쿠스 그래프, Werkzeugbau Siegfried Hofmann GmbH 프로세스 개발 매니저) 기계 제작과 금형 제작에서 결정적 주제는 자동화이다. 특별하게 들리지 않겠지만 금형 제작의 대부분은 실제 수작업으로 이루어진다.

“금형은 대체적으로 하나 또는 두 개 정도만 제작합니다. 따라서 자동화가 참 어려운 분야입니다.”라고 마르쿠스 그래프는 설명한다. Hofmann은 이미 수년 전부터 이러한 과제에 대해 성공적으로 대응하고 있다. 새로운 금형이 설계를 마치고 주문이 들어오면, 중앙 MES가 각 워크스테이션의 각 단계에 필요한 데이터를 할당한다. 또한 측정된 데이터는 자동화된 방식으로 시스템으로 다시 전송된다. 따라서 입력으로 인한 오타는 거의 배제된다. “당사 시스템은 15년 전부터 이미 종이 서류를 사용하지 않고 있습니다. 제작 단계를 통해 데이터 흐름이 안정적으로 운반되기까지 예전에는 많은 개발 작업이 필요했습니다.”(마루크스 그래프) 하지만 이러한 작업이 가치 있는 일이었다. “개별적인 가공품은 최대 100시간의 가공 시간이 필요하여 그만큼 비용이 많이 들었습니다. 모든 오류가 비용을 유발하는 요인입니다.”

2013년, Hofmann은 성형 부품의 절삭 가공을 최적화하기 위해 Maschinenfabrik Berthold Hermle AG의 C 50 U 2대를 구입하였다. 그리고 로봇 시스템 RS 3을 통해 자동화를 실현하였다. “우리는 20년 전부터 Hermle의 기계로 제품을 제작하고 있습니다. 서비스와 지원만큼 정밀성을 매우 중요하게 생각합니다.”(마루크스 그래프) 이와 관련하여 파트너쉽도 강조하였다.

고도로 정확한 부품을 위한 자동화

Hofmann은 2017년에 자사의 생산 용량을 확장하기 위해, 로봇과 4대의 C 42 U을 적용한 리니어 시스템인 Hermle 자동화 솔루션을 다시 선택하였다.

Hofmann은 4대의 C 42 U와 로봇 시스템, 세척 유닛, 측정실로 구성된 이 시스템으로 공간을 최대한 활용한다.

“이 시스템이 제조 설비에 잘 맞았습니다.”마르크스 그래프는 이 5축 머시닝 센터가 Hofmann의 기계에 맞게 상대적으로 이동 거리가 크고 부품 스펙트럼에 이상적이라고 설명하였다. “경화강으로 정밀하게 3D 윤곽을 가공할 수 있는 시스템이 시중에 많지 않습니다.” 4대의 C 42 U에서 완성된 형태의 정확도를 결정하는 고경도 성형 부품의 정삭 가공이 이루어지기 때문에 바로 이 점이 매우 중요하다.

           이 공정은 1 ~ 50시간 정도 걸리기 때문에, 긴 시간 동안 온도나 절삭유와 같은 외부 영향에 관계없이 정밀성과 정확도를 일정하게 유지하는 기계가 필요합니다.”(마루크스 그래프) 하지만 이 시스템으로 그 이상이 가능하다. 4대의 머시닝 센터 외에 셀에 세척과 측정 센터가 통합되어 있다. 완성된 성형 부품은 이곳에서 전자동으로 세척 건조되고 마지막에 측정을 통해 점검할 수 있다. 또한 전체 시스템은 Hofmanns MES에 연결되어 수동 또는 자동으로 데이터를 공급받을 수 있다.

공간은 최소화하고 시간은 절감하다

현재 로봇 한 대와 4대의 제조 셀 그리고 측정실, 세척 유닛이 Hofmann의 공장 전체를 채우고 있다. 설치에 8주가 걸렸으며 런업 단계에 3주가 걸렸다. “RS-3 시스템에 대한 경험은 매우 유익하게 작용했으며, Hermle의 탁월한 표준화 컨셉트가 인상적이었습니다. 모듈러 구조가 모든 절차를 마찰 없이 진행할 수 있었습니다.”(마르쿠스그래프)

왼쪽부터 베냐민 슈(HPV Hermle Vertriebs GmbH), Werkzeugbau Siegfried Hofmann GmbH의 마르쿠스 그래프(공정 개발 매니저), Werkzeugbau Siegfried Hofmann GmbH의 바스티안기르크(마케팅 + 커뮤니케이션 매니저)

하지만 소프트웨어에는 부분적으로 어려움이 있었다. “프로그램은 안정적이었습니다. 하지만 이 프로그램은 연속 생산을 위한 것입니다. 1개의 부품 생산을 자동화하는 데 테스트 런이나 길들이기 단계는 없습니다. 생산 개수 1개의 자동화는 최고 등급의 난이도입니다. 하지만 큰 난관은 없었습니다.”

Hofmann의 소프트웨어 전문가들은 마지막 장애물을 넘기 위해 툴 조정을 위한 자동화 공정을 직접 프로그램밍 하였다. “우리는 작업을 진행하면서 작은 오차를 발견했습니다. 원인은 기계가 아니라 툴에 있었습니다.”(그래프) Hofmann은 Hermle 밀링 센터가 오래 전부터 수년간 정확도를 유지하고 있다는 점을 잘 알고 있었다.

마르쿠스 그래프 팀은 결과를 예상했지만 결과에 놀라움을 표시했다. RS-L 시스템은 용량에서 예상보다 많은 여유가 있었다. C 42 U는 이전 기계보다 속도는 두 배 정도 빠르고 후처리가 줄어 정확하게 작동하였다. 여기에 자동화를 통해 시간이 절감할 수 있었다. “이제 설비가 우리를 추월했습니다.”(마르쿠스 그래프)

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