5축 머시닝 센터로 사이클 타임을 10% 정도 줄일 수 있다

플랜트 제조업체 Zimmermann이 공구 및 금형 제조사인 Commercial Tool & Die를 위해 5축 머시닝 센터를 개조하였다. 이후 Commercial Tool & Die는 사이클 타임을 10% 정도 단축할 수 있었다.

클라우스 쉐플러(Klaus Schöffler): a1kommunikation Schweizer GmbH 기술 편집자.

핵심 내용

  • Zimmermann의 FZ40 compact가 자동차 업계에서 주로 사용하는 부품 생산을 뚜렷하게 개선하였다.
  • Commercial Tool & Die의 주문으로 강력한 5축 머시닝 센터 여러 곳을 수정하였다.

1953년에 설립된 Commercial Tool Group은 미국 미시건 주에서 두 번째로 큰 도시인 그랜드 래피즈에서 작은 금형 제조업체로 시작하여 사출 성형과 프레스 금형 그리고 자동화 공급자로 발전하였다. 현재 이 기업은 설립자의 두 손자인 제임스 보우만과 댄 보우만이 경영에 참여하고 있다. 이 그룹의 사업 유닛은 CTD(Commercial Tool & Die)와 CG Plastics 그리고 CG Automation & Fixture으로 3개사이며, 이들은 무엇보다 품질 측정 장치, 자동화 용접 시스템, 프레스의 개발 및 제조에 집중하고 있다.

CG Plastics는 소량 부품의 사출 성형 테스트 및 생산을 담당하는 인증 기업이다. 이를 위해 이 업체는 85 ~ 2500t의 사출 성형 기계를 사용하고 있다. CTD는 주로 자동차 산업에서 사용하는 다양한 플라스틱 부품과 복합 부품 제조업체들에게 턴키 솔루션을 공급한다. 이를 위해 큰 포맷의 공구를 제조하기 위해 얼마 전부터 Zimmermann GmbH의 갠트리 밀링기 FZ40 compact를 사용하고 있다. Zimmermann GmbH의 미국 지사인 Zimmermann Inc.도 미시간의 오클랜드 카운티 윅섬에 자리 잡고 있다.

CTD는 다양한 응용 사례를 충족하기 위해, 장비에서 몇 가지 사항을 수정할 것을 요청하였다. 이에 Zimmermann은 신속하고 유연하게 대응하였다.

“우리는 이 기계를 시카고 IMTS에서 처음 봤습니다.”(다린 할 공장장) 열린 구조와 상부에서 역동적으로 구동되는 갠트리, 매우 견고한 베이스 구조 그리고 단단한 전체 컨셉트가 확신을 주었다. 담당자가 역시 살펴본 경쟁 기계에 비해 이 기계는 2배 정도 무게가 더 나간다. “우리는 Zimmermann 장비의 고정도가 우리의 요건에 부응할 것이라는 것을 확신했습니다. 이 시스템의 VH60 밀링 헤드의 A축과 C축 클램핑 힘으로 HSKA100 공구 토크 및 성능 범위의 장점을 완전히 활용하는 것이 가능하기 때문입니다.”(다린 할)

이 장비는 일차적으로 강, 주철 및 티타늄을 경제적으로 가공할 수 있으며, 공간도 많이 차지하지 않는다. Zimmermann은 난삭재의 효율적인 가공을 위해 구조적으로 육중하고 단단한 갠트리를 사용한다. 또한 수직 슬라이드는 대형 크로스 슬라이드를 적용하여 공구강 가공을 위해 설계되었다. 이 기계는 안정을 유지하며, 강화된 베이스 플레이트 덕분에 최대 16t의 공작물을 수용할 수 있다. 8개의 추가적인 설치 요소가 안정성을 높이고, 특수 콘크리트로 채워진 측면 벽은 기계 베드 위에 위치한다. 이 장비는 견고한 바닥에 설치가 가능하여 특별히 기초 공사를 하지 않아도 된다. 이러한 특별한 강점과 안정성으로 인해 강 재질의 부품을 신속하고 경제적으로 가공할 수 있어, 처리 시간은 짧고 가용성과 정밀도도 높다.

Zimmermann 기계의 강성 덕분에 광학 장치와 렌즈용 사출 금형에 필요한 정확도를 달성할 수 있다. 장기적으로는 A등급 자동차 부품에 필요한 최적의 표면 품질을 보장한다. 작동 중에 가공 공정이 모니터링 되지만 감독은 하지 않기 때문에 기계의 신뢰성과 반복 정확도 같은 요소가 중요하다.

CTD는 작동 중 다양한 응용 사례를 충족하기 위해 장비에서 몇 가지 수정 사항을 요청했고, 이에 따라 센서를 변경하고 Z축을 확장했다. 긴 공구를 위해 공구 교체 능력도 300mm에서 400mm로 늘리고, 5축 프로그램에 대해 C축 회전 반경을 넓히기 위해 Heidenhain과 협력하여 기어와 모터를 미세 조정하였다. 또한 공구 체인저를 위해 새로운 디자인을 적용했다. “일반적으로 기계 제조사들은 구조 변경을 요철하면 큰 난관에 봉착하게 됩니다.”(다린 할)

“이번 사례를 위해 기계의 기계적, 전기적 구조 변경이 필요했고, Heidenhain 컨트롤 소프트웨어 조정 작업도 간단히 수행하였습니다. 이를 위해 FZ40 compact를 사용해 본 공구 제조사들의 광범위한 노하우를 적용했습니다.”(코르넬리우스 키젤, Zimmermann Inc. 사장) 또한 설계 부서와 애플리케이션 전문가들이 필요에 맞는 솔루션을 개발하였다.

Zimmermann의 기술을 통해 표면 품질 저하 없이 프로세스 사이클 타임을 10% 정도 단축할 수 있었다.

개조 중 기계 사용

CTD는 이러한 개조 작업 중에도 기계는 계속 사용할 수 있었다. 사용 결과가 기록되고 Zimmermann에 피드백되었다. “이 기계를 통해 사이클 타임을 10% 정도 줄일 수 있었지만, 표면 품질 손실을 감수해야 하는 경우는 없었습니다.”(다린 할)

JD 보우만도 이를 인정했다. “Zimmermann은 우리 모든 의견을 반영했습니다. 많은 사람들이 파트너십과 협력을 강조하는데, 이 팀은 우리의 요청에 귀를 기울이고 이를 행동으로 옮겼습니다.” 그로 인해 모든 요건을 실현되었다. CTD는 앞으로도 계속해서 Zimmermann의 기계를 사용할 것이라 확신한다. 이번에 주문한 새로운 장비의 디자인은 Zimmermann이 전통적으로 사용하는 녹색에 CTD의 골드 톤을 결합하였다. 생산 과정에서 컨트롤 시스템이 FZ40 compact의 데이터를 고객 측 ERP 시스템에 전송한다. ERP 프로토콜은 계획, 작업 계획, 유사한 근무조 분석과 전체 시스템 효율성과 같은 모든 성능을 추적한다.

“우리는 FZ40 compact의 성능과 토크를 이용하여 절삭 속도를 개선할 수 있었습니다. HSK-A100 스핀들과 함께 강력하게 가공하여도 표면 품질이 저하되지 않았습니다.”(다린 할) 고객들은 짧은 납기의 이점을 누리고, CTD는 많은 주문을 소화할 수 있었다.

CAM 소프트웨어 솔루션은 CAM-to-Machine 기능 통합이 있는 Powermill을 사용한다. 작업자는 기계에서 공작물을 꺼내기 전에 신뢰할만한 공작물을 검사할 수 있다. 주로 제조하는 큰 성형 부품에는 이러한 특성이 큰 장점이다. CTD는 검사 과정에서 Zeiss-CMM 기술과 Creaform-Laser-3D 기술을 사용한다.

이번 프로젝트에서 다린 할은 Zimmermann 프로젝트 매니저인 이브 클라인의 역할을 긍정적으로 평가하였다. “우리의 모든 기대를 충족했습니다. 덕분에 세계적인 품질의 공작기계를 갖게 되었습니다.”(다린 할) 개조 사항은 철저히 논의하였고, 실현 가능성 측면에서 분석하고 최종적인 기계 디자인으로 구현하였다. 일반적으로 기계 제조사들 가운데 이처럼 대응하는 경우가 많지 않지만 Zimmermann은 이를 잘 실현하였다.

심지어 Zimmermann의 코르넬리우스 키젤은 CTD 기계를 위한 개조 내용 가운데 많은 부분이 앞으로 표준이 될 것이라고 확신한다. “완성된 시스템이 생산에 미치는 영향을 눈으로 보는 순간, 이 옵션이 이 업계의 다른 많은 가공 업체에게도 의미가 크다고 확신했습니다.”

이 모션 컨트롤 프로그래밍의 본질적인 장점은 Z축 및 C축 개별 동작의 미세 조정이다. CTD는 이를 통해 최대 표면 품질에 도달하였기 때문이다. 이를 통해 대부분의 수동 연마 작업을 피할 수 있었고, 이는 현저한 비용 절감을 의미하기 때문이다. 현재 Zimmermann은 CTD를 위해 또 다른 기계 두 대를 제작 중에 있다.