CNC 복합가공기와 적용 사례

현재 CNC 공작기계는 다기능화가 추진되고 있으며, 각종 부품 생산에 이용하는 생산 설비의 선택 범위가 확대되고 있다. 기존의 선택 기준을 포함한 유연하고 또한 최신 기술 정보에 기초한 선택이 생산 기술에 큰 영향을 미치고 있다.

CNC 복합 공작기계의 종류에는 CNC 터닝센터 또는 머시닝센터로부터 진화하여 밀링, 드릴링, 그라인딩, 선삭가공이 가능하고 동시 다축 제어 기능이 있는 것이 있다. 이들은 처음에는 대형 부품용이 많이 등장했는데, 그 후 소형 부품용도 개발되었으며 현재는 중심적인 부품 생산 설비로서 도입이 확대되고 있다.
CNC 복합 절삭은 기계가 가지고 있는 다양한 기능을 이용하여 절삭 기술을 개발함으로써 효과를 창출해내기 때문에 앞으로도 새로운 적용 기술의 소개가 주목된다. 최근 공작기계 전시회 등에서도 복합 절삭가공기와 부품 생산의 적용 예가 많이 소개되고 있다. 예를 들면 동일한 주축에 회전공구 및 선삭공구를 장착할 수 있는 기능이 있어 선삭과 밀링커터, 드릴 절삭이 가능하고 대경 구멍은 테이블을 선회시켜 선삭가공 및 주축 회전으로 밀링 절삭, 대형 부품의 다면, 다양한 가공이 가능하다. 또한 선삭, 턴밀, 동시 5축 밀링 절삭, 구멍가공 등 회전 주축, 선삭용 주축, 인덱스 기능을 이용한 절삭가공 예도 있다.

CNC 자동 선반·복합 터닝센터

CNC 자동 선반과 복합 터닝센터가 등장한 이후 부품 생산은 계속 변화되고 있으며, 자동화에 더하여 고효율 절삭에 의한 고생산성화 지향이 강해지고 있다. 이전부터 부품 생산에서 날붙이라고 불리는 부품이 많고, 이들의 대부분은 선삭으로 이루어지고 있다. 이들의 양산에 이용하는 CNC 자동 선반은 소재 자동 공급장치, 워크 핸들링 등에 의한 자동화 및 복수의 선삭공구와 소형 주축 유닛에 의한 엔드밀, 드릴 등의절삭으로 다양하고 효율이 높은 절삭가공을 실현하고 있다.
CNC 복합 터닝센터는 회전공구에 의한 절삭 비율이 높고선삭공구를 주축에 장착하는 방식으로 공구 수를 줄일 수 있어 중대형 부품 생산에서 고효율화, 공정간소화 등의 효과를 높이고 있다. 현재는 시험제작에서 자동차 부품 생산라인 등 여러 방면으로 적용 범위가 확대되어 부품 생산의 중핵 기종으로서 수요가 늘어나고 있다. 또한 이전에는 머시닝센터로 가공하고 있던 사각 부품도 둥근재로부터 바피더 기능에 의한 소재 자동 공급으로 연속 자동 운전이 이루어지는 등 적용 범위가 확대되고 있다.
한편 머시닝센터도 다축 제어와 다기능화가 발전하여, 예를 들면 테이블의 고속 회전 기능으로 선삭도 가능해지고 있으며 부품 생산에 있어 기종 선택 범위가 확대되고 있다.

복합가공용 공구와 절삭 기술

CNC 복합 공작기계의 다양한 기능을 활용한 절삭은 이들 기계의 도입과 함께 시작되었다. 하지만 CNC 복합 절삭 기술이 앞으로 더욱 발전하기 위해서는 해결해야 할 과제도 많다. 여기에서는 CNC 복합 절삭의 공구와 절삭 기술의 현 상황을 소개하면서 앞으로의 과제도 언급한다.
CNC 복합가공기의 주축은 회전 기능에 더하여 인덱스 기능도 가지고 있어 선삭용 공구를 장착하여 절삭할 수 있기 때문에 새로운 선삭공구가 등장하고 있다. 즉, 주축에 직접 장착하는 섕크 일체형 선삭공구는 주축의 인덱스 기능으로 선삭공구를 교환하는 카트리지 방식의 선삭 툴링 등 새로운 툴링과 사용 기술이 생겨나고 있다.
선삭과 엔드밀 절삭의 절삭 속도와 공구 수명의 관계 예로, 선삭은 엔드밀 절삭에 비해 공구 수명 특성이 낮다. 연속 절삭은 날끝과 피삭재에 미치는 열영향이 단속 절삭에 비해 크다는 것도 알려져 있다. 그러므로 턴밀이라고 하는 축 형상 부품을 회전하면서 외주, 단면부를 엔드밀 절삭하면, 절삭 시간 단축, 절삭칩 처리 용이, 워크에 대한 열영향 경감 등의 효과를 기대할 수 있다. 이 절삭 방식은 대형 축 부품의 거친절삭으로, 소형 축 부품에 대한 적용은 적다.
스레드 휠링이라고 하는 미소경 나사절삭은 나사산 형상의 절삭날을 가지고 있는 엔드밀과 워크를 회전시키면서 CNC 절삭하는 방식이다. 미소경 나사의 고정도, 고능률화를 지향한 이 절삭 방식은 복합 절삭에 의한 특징의 일례로서 들 수 있는데, 주축의 특성 및 미소경 엔드밀의 디자인과 공구 연삭 기술이 적용 범위를 좌우한다.
CNC 복합 절삭은 엔드밀 등의 밀링커터 공구의 외주 절삭날 및 바닥날 부근의 절삭날로 절삭하는 경우가 많기 때문에 최적의 공구가 요구되고 있다. 예를 들면 바닥날이 곡선의 절삭날 형상으로, 고이송 절삭, 공구 수명특성을 높이는 디자인이다. 이러한 엔드밀은 티탄합금과 같이 열전도율이낮고, 절삭날부의 열영향이 큰 피삭재의 고능률, 장수명 절삭이 가능하다.
소경 엔드밀, 드릴 절삭을 동반하는 가공 형상에서는 주축의 최고 회전수 제한으로 공구특성을 충분히 활용하는 것이 어려운 경우가 많으므로 고속 회전 주축을 보조적으로 이용하면 효과적이다. 복합 절삭에서는 우선 소경 엔드밀을 크게 돌출시켜 절삭하면, 진동 발생 등으로 가공 정도와 공구수명 저하가 나타난다. 수축끼워맞춤 홀더는 높은 공구의 진동 정도와 유지 강성을 기대할 수 있는데, 끝단부에 장착하는 엔드밀에 기인하는 고속 회전 시의 진동 발생이 걱정된다. 즉, 최단의 절삭날부와 전체 길이의 엔드밀 개발은 수축끼워맞춤 홀더의 특성을 발휘하는 데 있어 시급한 일이다.
CNC 복합 절삭은 대형 부품의 가공에서는 이미 큰 효과를 발휘하고 있는데, 현재 소형 부품 영역으로 확대되고 있으며 기계의 다기능을 활용한 공구와 적용 기술의 개발이 기대되고 있다.

CNC 복합 절삭 기술의 과제와 전망

CNC 복합 절삭은 부품 생산 고효율화의 효과적인 방법으로서 적용이 증가하고 있다. CNC 복합 절삭가공기의 다축 제어기능을 효과적으로 활용하여 고능률, 공구 수명특성을 높이고 새로운 콘셉트의 공구와 적용 기술개발이 기대되고 있다.
부품 생산의 자동화는 세계적인 공통의 목표가 되어 핸들링 로봇에 의한 워크와 공구의 자동 공급 시스템이 많은 전시회 등에서 중심적인 자동화 기술로서 소개되는 동시에 도입이 추진되고 있다.
한편, 복합 절삭을 생산 시스템으로서 도입하여 활용하는데 있어 해결해야 할 과제도 남아있다. 예를 들면 CNC 복합 가공기의 도입 코스트가 높다, 숙련된 조작을 습득하는 데 많은 시간을 필요로 한다, 고정도 부품 생산에 적용하기 위해서는 가공 정도와 쾌속성을 높일 필요가 있다 등을 들 수 있다. 이에 더하여 절삭공구와 적용 기술의 개발도 발전 도상에 있으며, 관련 분야의 조기 대응이 기대되고 있다. 그러나 CNC 복합가공기는 세계적으로 주목을 받고 있으며, 적용 기술의 고도화 경쟁은 가속화될 것으로 예측된다.