충돌 없는 가공, 1톤이 넘는 알루미늄 가공도 VERICUT으로 안전하게! Keller Technology

[Marketing]

CGTech의 VERICUT 시뮬레이션 소프트웨어는 수작업을 더하지 않고도 고부가가치의 제품을 생산할 수 있는 자신감을 부여하고 저가의 유사 제품이나 CAM 소프트웨어 내 검증 시스템만 사용할 경우 예측되는 위험들을 줄여줍니다. 

회절계(diffractometer) 부품을 생산하기 위해서는 51개의 네모난 테이퍼 포켓 가공이 필요한데, 모든 포켓은 정확하게 구의 중심을 향해 있어야 하고 정확한 위치에 봉합면을 가지고 있어야 합니다.  정확한 포켓 가공 외에도 부품이 공작기계에 꽉 찰 만큼 크끼 때문에 장비 파손을 방지하는 것도 매우 중요한 숙제였습니다.

위 사진 속의 크고 둥근 부품 가공은 매우 무모한 프로젝트로 느껴질 수도 있겠지만 Keller Technology에서는 늘 가공되는 흔한 부품 중 하나입니다.   고부가가치의 고객 주문 생산 부품으로, 수량은 많지 않지만 매우 모양(구조)가 복잡하고 실수가 용납되지 않는 프로젝트입니다.  재 가공은 있을 수 없는 일입니다.  이런 프로젝트의 경우 실 가공 전에 가공 공정을 검증하는 것이 매우 중요하지만, 그것이 납기일을 늦추는 핑계가 될 수는 없습니다.  CAD/CAM 가공 엔지니어 Steve Ziff는 VERICUT 소프트웨어를 사용하여 납기일 준수와 철저한 가공 공정 점검이 동시에 가능해 졌다고 이야기 합니다.  몇 년 전 VERICUT을 도입한 이후로는 수작업으로 프로그램을 검증할 필요가 없고 작업자들의 셋업 시간이 빨라졌습니다.

Keller Technology는 반도체, 의료 장비, 식품, 상용 및 산업용 제품, 대학과 국립 연구시설에서 사용되는 장비들을 위한 부품을 생산합니다.  1918년 뉴욕 버팔로 지역의 평범한 임가공 업체로 시작한 회사는 이후 40여년 간 전 미주 지역의 고객에 제조 서비스를 제공하는 기업으로 성장했습니다.  현재는 5세 경영인이 운영하는 전 세계에 고객사를 둔 글로벌 기업입니다.  버팔로 지역의 공장과 더불어 노스캐롤라이나 샷롯 조립공장을 운영하며 한국에도 협력사를 두고 있습니다.

회절계(diffractometer) 가공에는 무게 3천 파운드의 둥글게 연마된 알루미늄 덩어리가 사용됩니다. 

이 둥근 부품은 에너지 고해상도 회절계(diffractometer) 생산을 위한 부품으로 환경부문에서 사용하는 제품입니다.  지름 1m가 조금 넘고 무게가 3천 파운드가 넘는 알루미늄 덩어리를 파파스 아메리카의 SL100 5축 장비로 가공하여 만듭니다.  1톤이 넘는 소재를 깍아 610파운드짜리 부품으로 만들어내는 이 가공 공정은 Keller Technology의 대부분의 작업처럼 정밀한 가공, 맞춤 툴링, 그리고 상대적으로 긴 가공 루틴이 필요한 작업입니다.  그리고 미삭 부분 후 가공 같은 건 생각 할 수 없는, 처음부터 정확해야 하는 작업입니다.

VERICUT을 사용하기 전 Keller에서는 공작기계로 목업 가공을 하며 수동으로 프로그램을 검증했었습니다.  이 자체로도 굉장히 많은 가공 시간을 낭비하게 되는 셈인데다가 가공 작업자가 제대로 가공을 하기 위해 필요한 시간도 만만치 않았습니다.  공 모양의 알루미늄 소재가 기계 안에 겨우 들어가는 크기였기 때문에 공구 충돌도 매우 신경 쓰이는 부분이었습니다.  가장 까다로운 부분은 부품 전체 표면을 돌아서 가공되는 51개의 네모난 테이퍼 포켓의 깊이가 때로는 14인치에 달해 이 부품 가공에 상대적으로 긴 공구가 필요하다는 점이었습니다. (Steve Ziff, CAD/CAM 가공 엔지니어)

그래도 회사에서는 손쉽게 구할 수 있는 CAM 시스템 내 시뮬레이션 소프트웨어 보다는 수동 검증 작업을 더 신뢰했습니다.  Ziff는 CAM 내 시뮬레이션 프로그램은 제한적으로 CAM 파일 내만 검증하기 때문에 전체 공정에서 공구와 소재 외 가공에 영향을 주는 다른 요소들을 감안할 수 없다는 것이 문제라고 지적했습니다.  “실 가공에서는 감안할 조건들이 정말 많습니다.  문, 클램스, 앵글플레이트, 테이블 위 소재 위치 등등… 지금까지는 장비가 감안된 가공 시뮬레이션 방법이 없었습니다.” (Steve Ziff, CAD/CAM 가공 엔지니어)

Keller Technology의 CAD/CAM 가공 엔지니어인 Steve Ziff씨는 최초 디자인에서 회절계(diffractometer) 부품 아래쪽 치공구가 테이블에 너무 가깝게 설정되었다고 설명합니다.  최적의 높이를 찾는 방법은 Solidworks CAD 소프트웨어에서 치공구를 수정하고 모델을 베리컷으로 불러들여 검증하는 과정을 반복하며 최종 디자인을 컨펌하는 방식으로 진행 됩니다.

Steve Ziff는 VERICUT은 가공 공정에 필요한 모든 장비를 사용자정의에 따라 가상으로 모델링 하여 검증할 수 있다고 설명합니다.  VERICUT 사용 후 Keller사의 프로그래머들은 작업장에 있는 장비들에 대한 축의 이동과 다른 물리적 크기뿐 아니라 이동 속도, 마력 등 모든 정보를 베리컷에 입력하였습니다.  VERICUT은 이런 종류의 정보들을 활용하여 프로그램이 장비의 한계를 넘지 않는지, 즉 3천 RPM이 최대인 장비에 1만 RPM의 프로그램이 사용되지 않는지, 확인합니다.   

맞춤형 공구, 치공구 및 부품 모델은 일반적으로 CAM시스템 인터페이스를 통해 시뮬레이션 세션에 전달됩니다.  그렇게 얻어지는 가상 환경은 공작기계 컨트롤에서 사용되는 동일한 G코드 시뮬레이션이 가능하게 합니다.  CAM 파일 내부만 검증하는 CAM 자체 검증 시스템과는 다르게 VERICUT 시뮬레이션은 작업장에서 가공되는 환경을 종합적으로 보여줍니다.  “G코드로 검증한다는 점 때문에 VERICUT이 다른 소프트에어들과 차별화됩니다.” (Steve Ziff, CAD/CAM 가공 엔지니어)

Ziff씨는 공구 변경의 예를 들어 추가 설명을 했습니다.  회사의 CAM 시스템은 기존 도구 대신 새로운 공구를 사용한 가공 루틴이 막힘 없이 진행된다고 시뮬레이션 할 것입니다.  툴 패스 자체를 검증하는데는 문제가 없지만 여기서 알 수 없는 것은 가공 형상으로부터 스핀들이 멀어질 때의 움직임, 공구 변경을 위해 장비의 캐러셀로 향하는 움직임, 절삭 지점으로 돌아오는 움직임 등에서 충돌이 발생하는지의 여부입니다.  실 가공과 동일한 G코드 시뮬레이션은 이런 움직임들을 모두 찾아내 특히 공구 충돌이 우려되는 회절계 같은 부품의 가공에 아주 중요한 요소입니다. CGTech의 개발자의 설명에 따르면 VERICUT 시뮬레이션은 공작기계 컨트롤에서 사용하는 동일한G코드를 사용합니다.  공구와 가공 형상 간의 움직임만 검증하는 일부 검증시스템과는 다르게 VERICUT은 부품 가공 검증이 처음 이루어 질 때 모든 프로그램 된 움직임이 고려될 수 있도록 합니다.

사실적인 가공 환경에서 종합적인 시뮬레이션이 가능해 지면서 계획 단계에서부터 많은 시간과 비용을 절약할 수 있었다고 Ziff는 설명합니다.  CAM 내장 검증 시스템으로는 할 수 없는 사용자 맞춤 치공구 디자인 적용, 작업 구간 내에서 가공에 필요한 맞춤 공구의 길이 등을 찾아내는 작업들도 가능합니다.  다양한 시도와 에러 검증은 수동으로 진행하기엔 시간과 비용이 너무 많이 소요됩니다.  VERICUT이라면 마우스를 몇 번 클릭하기만 하면 됩니다.

“프로그래밍으로 치공구를 10인치 이동한 후 어떤 일이 벌어지는지 확인해 보는 것은 간단한 일입니다.  실 장비에서 직접 했다면 너무 오래 거릴 법한 작업입니다.” (Steve Ziff, CAD/CAM 가공 엔지니어)

Keller Technology에게도 쉽지 않은 가공 제품인 회절계(diffractometer) 부품 가공 프로젝트는 VERICUT을 사용하는 회사가 수작업 검증으로 시간 낭비하지 않고도 고부가가치 제품을 생산할 수 있는 자신감을 심어준 좋은 예가 될 것입니다.  “25만불쯤 되는 대형 소재를 가공하면서 실수를 할 여유는 없으니까요!” (Steve Ziff, CAD/CAM 가공 엔지니어)