Triumph Aerostructures - Vought Airostructures (이하 "Triumph Aerostructures")는 CNC 시뮬레이션 소프트웨어로 신규 장비 도입 및 생산에 투입하는 시간을 획기적으로 줄이고 장비 충돌의 위험을 사실상 제거할 수 있게 되었습니다.
Triumph Group의 자회사인 Triumph Aerostructures는 상용 및 군용 제트기 항공 구조물을 만드는 세계적 공급사입니다. 완벽한 제작 능력을 보유한 이 회사는 비행기 동체, 날개, 꼬리날개, 엔진실, 헬리콥터 캐빈을 포함한 많은 부품을 공급하고 있습니다. 글로벌 우주항공 OEM사들이 고객사들입니다. Triumph Aerostructures는 미국의 6개 지역에 약 6천여 명의 직원을 고용하고 있습니다.
그중 하나인 테네시 주 내슈빌 공장에서는 에어버스, 걸프스트림, 세스나, 록히드사를 위한 개별 부품 생산과 서브 어셈블리 서비스를 진행하고 있습니다. 약 900명의 직원이 일하고 있는 200만 ft2 부지의 내슈빌 사이트에는 10대의 대형 CNC 갠트리 밀, 9대의 대형 어셈블리 리베터, 그리고 소형 CNC 장비들을 갖추고 있습니다. 작업장에는 35개가 넘는 CNC 스핀들이 운영 중입니다.
“내슈빌 공장에서는 ‘길고 큰’ 부품을 주로 생산합니다. 대부분 길이가 30ft 이상입니다. 예전에는 손에 잡히는 작은 부품 수천 종을 만들었는데 이제 상황이 바뀌었습니다. 프로그래머들도 마찬가지입니다. 한때 내슈빌에는 32명의 프로그래머가 일을 했지만 이제 4명만 남아 있습니다. 이제 여러 번 시험을 해 볼 수 있는 여유는 사라졌습니다. VERICUT이 있어서 다행이라고 생각합니다.” (NC 매니저 Kevin Chandler)
여러 번의 소유권 변경에도 불구하고 이 공장에서는 오랫동안 NC 시뮬레이션 소프트웨어를 사용해 왔습니다. 1991년 회사명이 Textron Aerostructures 일 때 처음 소재 제거 시뮬레이션을 위해 VERICUT 소프트웨어를 사용했습니다. 1996년 회사는 칼라일 그룹에 의해 인수되었고 2003년에 Vought Aircraft Industries의 일부가 되었습니다. 2010년 6월에는 Triumph Group이 회사를 인수했고 Triumph Aerostructures – Vought Aircraft Division으로 이름이 변경되었습니다.
VERICUT은 NC 프로그램의 가공 공정을 시뮬레이션하고 시각화하여 보여주는 소프트웨어입니다. NC 프로그래머는 VERICUT을 사용하여 NC 프로그램의 품질과 정확성을 확인하고 CNC 장비의 3D 시뮬레이션을 통해 충돌 여부를 확인합니다. 하지만 NC 프로그램의 가장 중요한 목표는 충돌 방지와 효율 향상이 아니라 정확한 부품 가공입니다. VERICUT의 정확한 모델을 보면서 프로그래머가 NC 프로그램이 제대로 가공을 진행할 수 있는지 확인합니다. 예를 들어 많은 NC 프로그램이 원호보간을 사용합니다. VERICUT은 원의 움직임을 모방하고 정확성을 높이기 위해 실린더의 특징을 최종 가공 형상과 동일하게 생성합니다. 대부분의 내장 시뮬레이션은 원형의 움직임을 모방하지 않고 대신 원 운동을 실린더에 가까운 일련의 선형 운동으로 나눕니다. 이 나뉜 구간들을 가지고는 원통을 측정할 수 없습니다.
CNC 장비 장비를 시뮬레이션이 현실 그대로 재현할 수 있다면 차원이 다른 수준의 시뮬레이션이 가능해집니다.
"장비 시뮬레이션은 우리가 하는 모든 일의 중요한 열쇠입니다. 장비가 훨씬 더 복잡해졌고 바이스, 볼트, 공구 교환기, 기타 부품들이 충돌할 위험이 그 어느 때보다 커졌습니다. 시뮬레이션은 단순한 절삭 가공이 아닙니다.” (Bill Gwinn, NC 프로그래머)
Chandler와 Gwinn은 VERICUT 소프트웨어를 잘 사용하는 것으로 유명합니다. 둘의 경력을 합하면 VERICUT을 사용한 지 35년이 넘습니다. “컴퓨터로 더 자세하게 시뮬레이션을 할수록 실 가공 시 문제가 적다는 것이 제 경험을 바탕으로 한 판단입니다. 우리 둘 다 장비 시뮬레이션의 장점에 동의합니다.” (Bill Gwinn, NC 프로그래머)
장비 시뮬레이션은 축 슬라이드, 헤드, 터렛, 회전 테이블, 스핀들, 공구 교환장치, 치공구, 가공 형상, 공구, 그 외 사용자가 정의한 구성 요소 간의 충돌과 충돌 근접거리를 찾아냅니다. 사용자는 구성 요소 주위에 충동 근접 범위를 설정하고 위험 요소와 비효율적 이동 오류를 확인할 수 있습니다. VERICUT는 Look-Ahead, 3D 커터 보상, 공구 팁 프로그래밍 및 공구 길이 보정, 게이지 길이 기준점 프로그래밍, 고정 사이클, 치공구 오프셋, 로터리 축 피벗, 변수, 하위프로그램 및 매크로, 서브루틴, 루핑 브랜칭 로직 등의 고급 제어 기능을 지원하도록 설계되었습니다.
VERICUT을 도입하기 전 내슈빌 공장에서는 CatiaV4와 플랫 베드 플로터를 사용하여 검사 프로세스가 느린 APT 프로그래밍을 사용하고 있었습니다. 검사 후, 폼(foam)이나 실 소재가 아닌 재료로 처음 몇 개의 부품을 테스트 가공해야 할 필요가 있었습니다.
“CATIA와 VERICUT을 사용하기 시작하면서 첫 가공부터 제대로 진행된 경우가 약 90%였고, 장비 시뮬레이션을 시작하면서부터는 더 획기적으로 개선되었습니다. 검증되고 테스트 된 결과를 1995년 처음 경험했는데, 작은 파트 가공을 위한 4축 머시닝 센터를 처음 구매하고 CATIA 솔리드 모델과 VERICUT의 검증 모듈 및 AUTO-DIFF 모듈을 함께 사용했을 때 첫 가공 성공률이 96%였고, 그중 90%는 그 이후에도 수정이 필요가 없었습니다. 그 이후 모든 프로그램은 실 가공 전 반드시 VERICUT 장비 시뮬레이션을 거치도록 했습니다. 그 결과 첫 가공 성공률은 98%까지 향상되었습니다. 테스트 결과를 본 경영진도 VERICUT의 투자 가치를 인정했습니다. 가공 시간이 획기적으로 향상되었으니까요.” (NC 매니저 Kevin Chandler)
“프로그램만 준비되면 이제 저희는 장비를 직접 확인하는 일도 거의 없습니다. VERICUT으로 검증하고 나면 실 가공에서 크게 잘못될 것이 없다는 걸 알기 때문입니다. 우리가 직접 확인하지 않아도 가공은 제대로 될 겁니다.” (Bill Gwinn, NC 프로그래머)
일례로 길이가 60피트가 넘는 스트링거를 가공하기 위해 사용하는 5축 고속 장비 축 HandtmannPBZ 밀링 장비를 사용하는데, 가공 중 스트링거를 고정하기 위해 회사의 NC 그룹에서 직접 설계한 비둘기 꼬리 모양의 치구, 일명 ‘스커프 플레이트’를 사용하고 있습니다.
“우리가 그 치구를 스커프 플레이트라고 부르는 이유는 절삭 공구가 그 치구와 충돌해도 상관이 없기 때문입니다. 그래도 언제 충돌하는지는 알아야 하고 충돌을 최소화할 필요가 있습니다. VERICUT의 충돌 테이블에 공구와 스커프 플레이트 간의 값을 -0.022로 입력합니다. 장비의 모든 구성요소들이 아주 근접하여 움직이는데 때로는 섕크와 스커프 플레이트 간의 거리가 1mm밖에 안 될 때도 있습니다. 이 둘은 충돌하면 안 되기 때문에 VERICUT에 충돌 값을 0으로 설정합니다” (Bill Gwinn, NC 프로그래머)
Triumph Aerostructures NC 그룹은 최근 두 가지 도전 과제를 한꺼번에 해결해야 했는데, 바로 CATIA V4에서 V5으로 업그레이드하면서 새로운 Handtmann UBZ 패널 밀링 장비를 위해 오래된 프로그램들을 업데이트하는 것이었습니다. NC 그룹은 VERICUT의 NC 프로그램 최적화 모듈 OptiPath를 이용, CATIA V5 없이 새로운 장비를 위한 프로그램을 생성할 수 있었습니다. 파트의 위치와 공구 변환을 위한 CATIA V4 프로그램을 다시 프로세스 한 후 새 장비를 위한 결과 APT 소스 파일을 다시 게시하였습니다. 그 후 VERICUT 시뮬레이션으로 충돌을 제거하고 OptiPath로 새 장비에 맞는 가공 속도를 업데이트했습니다.
“새로 다시 시작하는 것보다 VERICUT으로 기존 프로그램을 최적화하여 프로그램 효율을 높였습니다. 가공 시간만 단축된 것이 아니라 파트를 새로운 CAM 시스템에서 다시 프로그램 하느라 소비했을 수 백 시간의 작업 시간을 줄일 수 있게 되었습니다.” (NC 매니저 Kevin Chandler)
OptiPath 최적화 소프트웨어는 NC 프로그램(CAM 원본 혹은 G코드)과 계속 변화하는 가공물에 접촉하는 공구의 접점을 분석합니다. 그리고 움직임을 아주 작은 구간으로 나누어 최적의 가공 조건이 되도록 가공 속도를 가/감속합니다. 각 구간에서 얼마나 많은 재교가 제거되고 있는지 정확히 파악하고 있기 때문에 이상적인 이송 속도를 결정할 수 있습니다. 이 과정에서 툴패스는 절대 변경되지 않습니다.
가공 속도를 최적화하면 칩 로드가 일정해지고 가공 시간도 줄어들어 공구 마모가 최소화됩니다. 가공 속도를 최적화 한 NC 프로그램은 장비와 가공 파트 간의 절삭력도 거의 일정하게 유지해 줍니다. 가공시간 단축과 일정한 로드 덕분에 장비 마모와 파손도 줄어들게 됩니다. 최적화된 툴패스는 일정한 절삭력을 유지하기 때문에 공구 편향이 줄거나 아예 제거되어 파트의 마감 품질도 향상시킵니다. 최종 가공 형상의 코너, 모서리, 블렌드 영역의 가공 품질이 획기적으로 향상됩니다.
Triumph Aerostructures NC 그룹이 꼽은 VERICUT의 주요 모듈 중에는 AUTO-DIFF 도 있습니다. 이 기능은 프로그래머가 CAD 디자인을 VERICUT 시뮬레이션 모델과 비교하여 자동으로 차이가 나는 부분을 찾아줍니다. “모든 프로그램, 특히 CATIA V5로 생성된 프로그램들은 솔리드 모델이 있습니다. V5 도입 이후에는 모든 프로그램을 솔리드 모델에서부터 시작하려고 노력합니다. 그리고 이 모델을 NC 툴패스에 대비시켜 검증합니다. 우리끼리 하는 말로 VERICUT은 거짓말을 하지 않는다고 이야기하는데, 그냥 하는 말이 아니라 사실입니다. 우리는 이제 VERICUT을 통해 시각화된 것 그대로 실 가공이 진행된다는 것을 의심 없이 믿는 단계에까지 와 있습니다. “(Bill Gwinn, NC 프로그래머)
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