[MACHINE] 공작기계 활용에 대한 기본적인 접근 성능 최대 활용, 절삭 공구 지능적 적용 가공 공정에서 최대의 생산성과 수익성의 달성은 전체 금속 절삭 프로세스의 최적화에서 비롯된다. 이러한 노력의 토대는 공작기계의 성능을 최대로 활용하고 여기에 절삭 공구 변수를 지능적으로 적용함으로써 완성된다. 효과적인 공작기계의 활용에는 두 가지의 주요 구성 요소가 있다. 첫 번째는 기계가 금속을 절삭할 수 있는 가용 시간을 최대화하기 위한 방법을 찾는 것이며, 두 번째는 그 시간을 가장 생산적이고 안정적이며 수익성 있게 사용하는 데 필요한 방법이다.제공_Patrick de Vos, Seco Tools 기업 기술 교육 매니저가용 시간의 최대화공작기계를 최대로 활용하려면 먼저 금속을 절삭하는 가용 시간을 최대화해야 한다. 기계는 현장에 1년 365일 있지만 생산 가용성은 훨씬 적다. 1주일에 5일, 1교대의 노동 시간의 경우, 공휴일 및 기타 중단에 의한 시간 손실을 계산하면 생산을 위한 가동 시간은 연간 약 1,300 또는 1,400시간이다. 비록 그렇다 할지라도, 기계가 이 모든 시간 동안 금속을 절삭할 수 있는 것은 아니며 프로그래밍 및 셋업에도 어느 정도의 시간을 소비한다. 이 비생산적인 기간을 가능한 한 짧게 하기 위해, 제조업체는 오프라인 프로그래밍 및 모듈 셋업 방법을 포함하는 전략을 선택한다. 공구 핸들링을 신속하게 처리하는 툴 매거진과 자동 툴 체인저도 신속한 처리를 돕는다. 로봇형 작업 핸들링 과 팔레트 교환 장치는 피삭재를 걸고 완성 부품을 내리는 데 필요한 시간을 줄여준다. 향상된 프로그래밍 속도, 빠른 설정 방법 그리고 간소화된 공구 처리와 작업 처리 등을 통해 절약된 모든 시간은 부품 가공에 사용할 수 있다.효율적인 시간 사용금속 절삭의 가용 시간을 최대화하는 전략을 구현한 후, 제조업체들은 이 시간을 효율적으로 사용해서 최저 비용으로 가능한 한 많은 부품을 생산하기 위해 노력한다. 중요한 것은 절삭 인선이 피삭재의 재질과 접촉하는 동안 공작기계의 성능을 완전하게 활용하는 것이다. 공작기계의 한계를 인식하는 것도 효율적인 시간 사용에서 한 몫을 한다.가용 시간을 최대한 활용하려고 할 때 가공 프로세스의 일부 요소를 변경할 수 없는 것은 분명한 일이다. 가공 부품의 최종 용도로 피삭재의 재질을 결정하고, 재질의 가공성으로 초기 절삭 변수를 규정한다. 예를 들어, 티타늄 합금은 열전도율이 낮기 때문에 열의 축적을 최소화하려면 낮은 절삭 속도와 이송이 필요하다. 일반적으로 기계를 변경하는 것은 즉각적으로 선택할 수 있는 사항이 아니므로 공작기계의 성능은 고정적인 요소다. 생산 비용을 추정할 때 이러한 요소들을 고려하지만, 공작기계의 특성에 대한 부정확한 평가와 유지될 수 없는 절삭 조건의 적용 등으로 인해 예상 비용과 실제 비용에서 상당한 차이가 날 수 있다.모든 가공 공정에서 초기 절삭 변수를 설정할 때 공통적인 요구사항이 있다. 공구의 파손을 방지하고 바람직한 칩의 형성을 보장하며 발열을 제한하는 절삭 깊이와 이송을 선택해야 한다. 너무 빠른 절삭 속도는 공구를 너무 빨리 마모시키고 너무 느린 속도는 공구가 기능을 생산적으로 발휘할 수 없게 한다. 일반적으로 가공 속도가 빠르면 피삭재를 더 짧은 시간 안에 생산해 낸다. 하지만 가공 시간이 짧으면 공구의 수명도 짧아지고 공구 비용은 증가한다. 즉 같은 작업에 공구가 더 많이 필요하게 되고 마모된 절삭 인선을 더 자주 인덱싱하거나 교체해야 한다. 공구 변경으로 인한 기계 작동 중단 시간은 전체적인 공정비용을 증가시킨다. 더 빠르고 비싼 가공과 느리고 저렴한 공정 사이에 균형을 실질적으로 유지할 수 있다. 일관된 생산성과 프로세스의 안정성이 이러한 두 가지 접근 방식의 사이에 놓여 있다. 과감하지 않은 절삭 변수는 공구가 더 이상 효율적으로 작동하지 않고 생산성을 손실할 때까지는 비용을 절감할 수 있으며 매우 높은 변수는 공구가 급속히 마모되거나 파손될 때까지는 생산성을 향상시킨다. 또한 절삭 공구의 특성뿐만 아니라 공작기계의 성능에 따라 절삭 조건을 선택하게 되는 경우도 많다. 서로 다른 공작기계는 소요동력, 토오크, RPM 및 안정성의 한계가 서로 다르다. 그 중 한계가 가장 분명한 요소는 소요동력이다. 소요동력 등급 하나만으로 특정 용도에 대한 기계의 성능이 결정되지는 않는다. 60kW의 공작기계는 충분한 동력을 제공하는 것으로 보일 수 있지만 의도하는 제조 공정이 예를 들어,12m 길이에 3m 직경의 단조 롤 생산인 경우, 60kW는 그렇게 인상적이지 않다. 특정 피삭재를 절삭하는 데 필요한 동력은 피삭재의 재질 및 크기, 절삭 깊이, 이송 및 절삭 속도에 따라 다르다. 빠른 절삭 속도에 의해 절삭력이 크게 증가하면 동력 수요도 상승한다. 따라서, 절삭 속도가 빠르면 동력 등급 이상의 소요동력이 필요할 수 있다. 또한, 극도의 절삭 변수는 다른 공작기계의 성능에 영향을 줄 수 있다. 지나치게 깊은 절삭 깊이는 기계의 구조적인 강성 이상의 힘을 생성할 수 있으며 진동은 부품의 품질을 저하시킬 수 있다. 마찬가지로, 지나치게 높은 이송은 칩을 너무 많이 생산해 절삭 프로세스를 방해하거나 칩 배출 시스템을 막히게 할 수 있다. 공작기계의 활용을 성능의 한계 내에서 최대화하려면 절삭 변수의 개발에 지능적이고 균형 있는 접근 방식이 필요하다. 이렇게 하기 위해서는 일반적으로 이송과 절삭 깊이의 증가에 비례해서 절삭 속도를 감소시켜야 한다. 가능한 한 가장 큰 절삭 깊이를 활용(기계의 안정성에 미치는 영향을 인식)하면 필요한 절삭 패스의 수가 감소하고 가공 시간이 단축된다. 절삭 깊이는 일반적으로 공구의 수명에 거의 영향을 미치지 않지만 절삭 속도의 영향은 상당하다. 극단적인 이송은 피삭재의 표면조도에 부정적인 영향을 미칠 수 있지만 이송 또한 최대화돼야 한다. 제조업체가 이송과 절삭 깊이의 안정적인 조합을 찾으면 절삭 속도는 공정의 최종 보정에 적용될 수 있다. 목표는 생산적인 금속 제거율과 프로세스의 안정성을 모두 충족하는 절삭 조건을 활용하는 것이다. 기계 성능과 절삭 변수의 조합을 최상으로 구현하면 공구 비용과 프로세스 안정성 및 생산성 간 균형을 유지할 수 있다.미래 전략공작기계의 성능으로 인해 가공 프로세스에서 한계가 규정될 수 있다고 해도 기계를 교체하는 것은 간단하거나 빠르고 저렴한 해결책이 아니다. 기존의 기계에서 절삭 공구 적용 변수를 조작해서 최적의 성과를 달성하는 것이 더 빠르고 쉬운 방법이다. 새로운 공작기계에 대한 투자가 실현 가능한 경우에도 장비의 작동 수명이 비교적 길다는 점도 중요하게 고려해야 한다. 업체가 현재의 필요사항을 충족하거나 초과할 수 있는 성능의 공작기계를 구입할 수 있지만 부품 피삭재의 재질, 크기, 부피와 같은 요소는 앞으로 5년, 10년 이상 해당 기계가 운영되는 기간 동안 변경될 수 있다. 변화에 대처하기 위해 절삭 조건을 변경해야 할 수도 있지만 이는 지능적인 방식으로 수행돼야 한다. 공작기계의 금속 절삭 가용 시간을 최대화하는 방법을 찾은 후에는 피삭재의 재질과 해당 공정에 가장 적합한 모재 재질, 코팅, 절삭 인선 형상을 갖춘 공구를 선택해야 한다. 그 다음 단계는 공구가 잘 작동하는 최저의 절삭 속도를 적용하는 것이며 그런 다음 공작기계의 동력과 안정적 특성을 고려해서 이송과 절삭 깊이를 가능한 한 높게 설정한다. 수식은 가공 변수와 기계 성능 간 가장 잘 맞는 조합을 결정하는 데 도움을 주기 위해 개발됐다. 작업 현장에서는 가급적 유사한 결과를 얻을 수 있도록 실제적인 테스트를 실행하는 것을 선호할 수도 있으며 수식은 보통 실제 값을 확인하는 역할만 할 뿐이다. 약 90% 이상의 경우, 이송과 절삭 깊이를 최대화해 낮은 절삭 속도에 대해 간단하고 실용적으로 접근하는 방식이 가장 효과적이다. 이 접근 방식은 믿을 수 있고 생산적인 가공 방식을 제공할 뿐만 아니라 기존 공작기계의 성능을 최대한 활용할 수 있다.생산 경제에 대한 균형 잡힌 접근가공 공정에서는 최저의 비용으로 정확한 부품을 생산해 수익성을 최대화하는 데 중점을 둔다. 일반적으로 가공비용을 절감할 수 있는 방법은 빠른 절삭 속도에 초점을 맞추고 보다 적극적으로 가공 변수를 사용해 생산 속도를 가속화하는 것이다. 하지만 이 접근 방식에서는 부품의 폐기와 생산 중단 시간과 같은 중요한 비용 요인이 간과된다. 생산 경제에 대한 총괄적인 공정의 관점을 견지하는 전략에는 모든 비용 요인이 포함되며 생산성과 제조비용 간의 최적의 균형이 유지된다.비용 관리본질적으로 제조비용의 일부 요소는 제조업체가 통제할 수 없다. 예를 들어, 피삭재 재질 타입과 비용은 가공 부품의 최종 용도에 의해 결정된다. 터빈 엔진에 들어가는 인코넬?을 회주철로 대체하면서 비용을 절감할 수는 없다. 마찬가지로, 장비에 대한 설비 투자, 유지 관리 그리고 장비를 가동하는 데 필요한 전력은 일반적으로 장비에 대해 지속적으로 지불해야 하는 기본적인 고정 비용이다. 인건비는 다소 유동적이기는 하지만 적어도 단기간 동안은 고정돼 있다. 이러한 모든 비용과 툴링 비용은 가공 부품의 판매 수익으로 상쇄해야 한다. 피삭재를 완성품으로 만드는 생산 속도가 향상되면 고정 비용이 상쇄된다.빠른 것이 반드시 좋은 것은 아니다제조업체는 가공 공정의 요소 중에 절삭 공구에 사용되는 변수를 관리할 수 있다. 다양한 공구와 기술 그리고 가공 방법은 생산 속도에 영향을 준다. 더욱이, 많은 작업장에서는 절삭 속도를 증가시키는 것만으로도 시간당 더 많은 부품을 생산하고 제조 비용을 감소시킬 수 있는 것으로 믿는다. 하지만 상황은 그렇게 간단하지 않다. 높은 절삭 속도를 유지하는 데에는 대가가 따른다. 일반적으로 공정이 빨라지면 안정감이 더 떨어진다. 절삭력이 증가되고 열이 발생하면 응력으로 인해 공구와 피삭재 모두 영향을 받아 공구의 마모가 빨라지며 예측성이 떨어진다. 공구는 피삭재를 부수거나 흠집을 낼 수 있으며, 공구의 마모 또는 진동으로 인해 부품의 치수가 변하거나 표면조도가 나빠질 수도 있다. 결과적으로 피삭재가 손상되고, 비용 때문에 수익이 줄게 된다. 피삭재 재질의 가치와 해당 부품의 최종 용도에 따라(예: 복잡한 우주항공 부품을 위한 고가의 초내열 합금) 피삭재를 폐기하는 것은 제조 공정의 전체 비용에 엄청난 영향을 줄 수 있다. 또한, 인건비를 절약할 수 있는 가능성을 배제하면서 신뢰성이 중요한 공정을 관리하지 않고 방치해서는 안 된다. 절삭 속도를 높이면 공구의 수명이 직접적인 영향을 받는다. 속도가 지나치게 높으면 공구 마모가 가속화돼 공구 교체 시기가 빨라진다. 공구 마모가 빨라지면 동일한 수의 부품을 완성하는 데 더 많은 공구가 필요하다. 이론적으로 제조비용과 생산율에서 얻은 이익은 추가적인 툴링 비용과 기계 공구의 작동 중단 시간으로 인한 비용 때문에 감소된다.기계 작동 중단 시간 비용절삭 속도가 높아지면 절삭 공구 비용을 증가시키지만 장비의 초기 비용을 절감시키기도 한다. 장비가 일정 기간 당 더 많은 부품을 생산하기 때문에 기계의 고정 비용에 대해 더 많은 수익을 낼 수 있다. 하지만 속도가 일단 일정 선을 넘으면, 장비 비용은 다시 증가하기 시작한다. 공구의 수명이 너무 짧아지므로 장비의 비용 감소는 빠르게 증가하는 툴링 비용과 공구의 교환 때문에 발생하는 가동 중단 시간 비용보다 효과가 적다. 또한, 경우에 따라서 매우 높은 절삭 속도와 적극적인 가공 변수 적용에는 유지 보수를 위한 장비 비용이 추가될 수 있으며 심지어 예기치 못한 기계 오류에 의해 가동 중단이 초래될 수도 있다.최적의 가공 변수절삭 속도를 높게 적용하면 생산 속도는 높일 수 있지만 툴링과 장비 비용도 다소 높게 발생할 수 있다. 반대로, 낮은 절삭 속도는 툴링과 장비 비용을 줄일 수 있지만 일반적으로 생산성이 떨어진다. 균형 잡힌 접근 방식은 이송과 절삭 깊이의 상승에 비례하도록 절삭 속도를 줄이는 것이다. 가능한 가장 큰 절삭 깊이를 사용해서 필요한 절삭 패스의 수를 줄이면 가공 시간이 단축된다. 이송 또한 최대화해야 하는데, 이송이 과도하면 피삭재 품질과 표면조도의 요구사항이 영향을 받을 수 있다. 경우에 따라서, 동일하거나 더 낮은 절삭 속도에서 이송과 절삭 깊이를 증가시키면 같은 조건의 공정에서 절삭 속도만 더 높였을 때 도달 가능한 수준으로 금속 제거율을 증가시킬 수 있다.이송과 절삭 깊이의 조합이 안정적이고 신뢰할 수 있을 때의 절삭 속도는 공정의 최종 보정에 적용할 수 있다. 목표는 높은 절삭 속도로 생산되는 피삭재당 장비 비용을 감소시키는 것이지만 공구 마모의 가속화로 인해 생산되는 피삭재당 절삭 공구 비용이 과도하게 증가돼서는 안 된다.효율성 모델20세기 초에 미국의 기계 엔지니어 F.W. Taylor는 공구의 수명을 결정할 수 있는 모델을 개발했다. 이 모델은 주어진 절삭 깊이와 이송의 조합에서 안전하게 공구의 열화를 예측하고 제어할 수 있는 특정 절삭 속도의 범위가 있음을 보여준다. 이 범위에서 작업하면 절삭 속도와 공구 마모 그리고 공구 수명 간의 관계를 정량화할 수 있다. 이 모델은 비용 효율성과 생산성을 모두 실현하며 공정을 위한 최적의 절삭 속도를 정의할 때 목표에 대한 명확한 개요를 제공한다. 낮은 절삭 속도에서 절삭 공구 비용과 장비 비용을 통합하면 약간의 생산성 희생으로 최대의 경제성을 제공할 수 있다. 반면에, 높은 속도는 최대의 생산성을 제공하지만 경제성이 떨어진다. 고효율(HE) 절삭 속도는 가장 경제적인 절삭 속도와 생산성을 최대화하는 속도의 중간에 위치한다. 그런데 가끔은 경제적 문제와 기술적 문제가 동시에 발생한다. 예를 들어, 티타늄은 인성과 낮은 열전도율 때문에 낮은 절삭 속도에서 가공해야 하지만 일반적으로 낮은 절삭 속도는 낮은 가공 비용을 야기한다. 이 경우, 피삭재의 독자적인 특성에 따라 생산성과 경제성의 균형을 유지하는 가공 변수를 채택하게 된다.공정 안정성 매우 중요생산성과 제품의 품질을 유지하고 폐기를 방지하기 위한 핵심 사항은 안정된 가공 공정을 확립하는 것이다. 글로벌 생산 경제의 실용적인 정의는 높은 생산성과 낮은 제조 비용을 유지하면서 최대한의 안전과 공정의 예측 가능성을 보장하는 것이다.안정적인 공정의 확립에는 최적의 생산 환경을 조성하는 것이 포함된다. 피삭재와 당면한 공정에 가장 적합한 공구 재질, 코팅, 형상을 선택하는 한편 가공 CAM 프로그램, 툴 홀딩 시스템, 절삭유 사용의 최적화를 고려해야 한다. 공정 통합에서 팔레트나 로봇형 제품 적재 시스템과 같은 작업 처리의 자동화도 중요하다. 왜냐하면 원료나 완제품의 비축에는 상당한 기계 작동 중단 시간이 소모되기 때문이다.제조업계는 이제 오랫동안 강조됐던 생산성과 경제성 달성 목적 이상으로 환경 문제 등의 비교적 새로운 관심사에 역점을 두고 있다. 생산 경제에 대한 균형 있는 접근 방법은 이러한 문제를 해결하는 데 도움이 될 수 있다. 낮은 절삭 속도에서는 피삭재로부터 재료를 제거하는 데 에너지가 더 적게 필요하고 이송의 증가와 절삭 깊이의 감소는 에너지 소비를 추가적으로 감소시킨다. 낮은 절삭 속도는 툴링의 소모를 감소시키고 폐기 또는 재활용의 필요성을 줄임으로써 공구 수명을 증가시킨다. 낮은 절삭 속도의 적용으로 열이 적게 발생하면 절삭유 사용을 최소화하거나 사용을 하지 않게 될 수도 있다. 글로벌 생산 경제 전략을 채택하려면 가공 환경에 대한 전반적인 분석을 해야 하고 기존의 금속 가공 관행에 반하는 사고방식을 수용해야 한다. 하지만 이 개념을 실행하면 비용을 절감하고 피삭재의 품질을 향상시키는 한편 전체적으로 안정적이고 신뢰할 수 있는 제조 공정에서 생산성을 유지하면서 더욱 환경 친화적인 생산을 할 수 있다.

[MACHINE] 공작기계 활용에 대한 기본적인 접근

성능 최대 활용, 절삭 공구 지능적 적용

기사입력 2014-12-27 01:57:23

[산업일보]
가공 공정에서 최대의 생산성과 수익성의 달성은 전체 금속 절삭 프로세스의 최적화에서 비롯된다. 이러한 노력의 토대는 공작기계의 성능을 최대로 활용하고 여기에 절삭 공구 변수를 지능적으로 적용함으로써 완성된다. 효과적인 공작기계의 활용에는 두 가지의 주요 구성 요소가 있다. 첫 번째는 기계가 금속을 절삭할 수 있는 가용 시간을 최대화하기 위한 방법을 찾는 것이며, 두 번째는 그 시간을 가장 생산적이고 안정적이며 수익성 있게 사용하는 데 필요한 방법이다.

제공_Patrick de Vos, Seco Tools 기업 기술 교육 매니저

가용 시간의 최대화
공작기계를 최대로 활용하려면 먼저 금속을 절삭하는 가용 시간을 최대화해야 한다. 기계는 현장에 1년 365일 있지만 생산 가용성은 훨씬 적다. 1주일에 5일, 1교대의 노동 시간의 경우, 공휴일 및 기타 중단에 의한 시간 손실을 계산하면 생산을 위한 가동 시간은 연간 약 1,300 또는 1,400시간이다. 비록 그렇다 할지라도, 기계가 이 모든 시간 동안 금속을 절삭할 수 있는 것은 아니며 프로그래밍 및 셋업에도 어느 정도의 시간을 소비한다. 이 비생산적인 기간을 가능한 한 짧게 하기 위해, 제조업체는 오프라인 프로그래밍 및 모듈 셋업 방법을 포함하는 전략을 선택한다. 공구 핸들링을 신속하게 처리하는 툴 매거진과 자동 툴 체인저도 신속한 처리를 돕는다. 로봇형 작업 핸들링 과 팔레트 교환 장치는 피삭재를 걸고 완성 부품을 내리는 데 필요한 시간을 줄여준다. 향상된 프로그래밍 속도, 빠른 설정 방법 그리고 간소화된 공구 처리와 작업 처리 등을 통해 절약된 모든 시간은 부품 가공에 사용할 수 있다.

효율적인 시간 사용
금속 절삭의 가용 시간을 최대화하는 전략을 구현한 후, 제조업체들은 이 시간을 효율적으로 사용해서 최저 비용으로 가능한 한 많은 부품을 생산하기 위해 노력한다. 중요한 것은 절삭 인선이 피삭재의 재질과 접촉하는 동안 공작기계의 성능을 완전하게 활용하는 것이다. 공작기계의 한계를 인식하는 것도 효율적인 시간 사용에서 한 몫을 한다.
가용 시간을 최대한 활용하려고 할 때 가공 프로세스의 일부 요소를 변경할 수 없는 것은 분명한 일이다. 가공 부품의 최종 용도로 피삭재의 재질을 결정하고, 재질의 가공성으로 초기 절삭 변수를 규정한다. 예를 들어, 티타늄 합금은 열전도율이 낮기 때문에 열의 축적을 최소화하려면 낮은 절삭 속도와 이송이 필요하다. 일반적으로 기계를 변경하는 것은 즉각적으로 선택할 수 있는 사항이 아니므로 공작기계의 성능은 고정적인 요소다. 생산 비용을 추정할 때 이러한 요소들을 고려하지만, 공작기계의 특성에 대한 부정확한 평가와 유지될 수 없는 절삭 조건의 적용 등으로 인해 예상 비용과 실제 비용에서 상당한 차이가 날 수 있다.
모든 가공 공정에서 초기 절삭 변수를 설정할 때 공통적인 요구사항이 있다. 공구의 파손을 방지하고 바람직한 칩의 형성을 보장하며 발열을 제한하는 절삭 깊이와 이송을 선택해야 한다. 너무 빠른 절삭 속도는 공구를 너무 빨리 마모시키고 너무 느린 속도는 공구가 기능을 생산적으로 발휘할 수 없게 한다.
일반적으로 가공 속도가 빠르면 피삭재를 더 짧은 시간 안에 생산해 낸다. 하지만 가공 시간이 짧으면 공구의 수명도 짧아지고 공구 비용은 증가한다. 즉 같은 작업에 공구가 더 많이 필요하게 되고 마모된 절삭 인선을 더 자주 인덱싱하거나 교체해야 한다. 공구 변경으로 인한 기계 작동 중단 시간은 전체적인 공정비용을 증가시킨다. 더 빠르고 비싼 가공과 느리고 저렴한 공정 사이에 균형을 실질적으로 유지할 수 있다. 일관된 생산성과 프로세스의 안정성이 이러한 두 가지 접근 방식의 사이에 놓여 있다. 과감하지 않은 절삭 변수는 공구가 더 이상 효율적으로 작동하지 않고 생산성을 손실할 때까지는 비용을 절감할 수 있으며 매우 높은 변수는 공구가 급속히 마모되거나 파손될 때까지는 생산성을 향상시킨다.
또한 절삭 공구의 특성뿐만 아니라 공작기계의 성능에 따라 절삭 조건을 선택하게 되는 경우도 많다. 서로 다른 공작기계는 소요동력, 토오크, RPM 및 안정성의 한계가 서로 다르다. 그 중 한계가 가장 분명한 요소는 소요동력이다.
소요동력 등급 하나만으로 특정 용도에 대한 기계의 성능이 결정되지는 않는다. 60kW의 공작기계는 충분한 동력을 제공하는 것으로 보일 수 있지만 의도하는 제조 공정이 예를 들어,12m 길이에 3m 직경의 단조 롤 생산인 경우, 60kW는 그렇게 인상적이지 않다. 특정 피삭재를 절삭하는 데 필요한 동력은 피삭재의 재질 및 크기, 절삭 깊이, 이송 및 절삭 속도에 따라 다르다. 빠른 절삭 속도에 의해 절삭력이 크게 증가하면 동력 수요도 상승한다. 따라서, 절삭 속도가 빠르면 동력 등급 이상의 소요동력이 필요할 수 있다.
또한, 극도의 절삭 변수는 다른 공작기계의 성능에 영향을 줄 수 있다. 지나치게 깊은 절삭 깊이는 기계의 구조적인 강성 이상의 힘을 생성할 수 있으며 진동은 부품의 품질을 저하시킬 수 있다. 마찬가지로, 지나치게 높은 이송은 칩을 너무 많이 생산해 절삭 프로세스를 방해하거나 칩 배출 시스템을 막히게 할 수 있다.
공작기계의 활용을 성능의 한계 내에서 최대화하려면 절삭 변수의 개발에 지능적이고 균형 있는 접근 방식이 필요하다. 이렇게 하기 위해서는 일반적으로 이송과 절삭 깊이의 증가에 비례해서 절삭 속도를 감소시켜야 한다. 가능한 한 가장 큰 절삭 깊이를 활용(기계의 안정성에 미치는 영향을 인식)하면 필요한 절삭 패스의 수가 감소하고 가공 시간이 단축된다. 절삭 깊이는 일반적으로 공구의 수명에 거의 영향을 미치지 않지만 절삭 속도의 영향은 상당하다. 극단적인 이송은 피삭재의 표면조도에 부정적인 영향을 미칠 수 있지만 이송 또한 최대화돼야 한다.
제조업체가 이송과 절삭 깊이의 안정적인 조합을 찾으면 절삭 속도는 공정의 최종 보정에 적용될 수 있다. 목표는 생산적인 금속 제거율과 프로세스의 안정성을 모두 충족하는 절삭 조건을 활용하는 것이다. 기계 성능과 절삭 변수의 조합을 최상으로 구현하면 공구 비용과 프로세스 안정성 및 생산성 간 균형을 유지할 수 있다.

미래 전략
공작기계의 성능으로 인해 가공 프로세스에서 한계가 규정될 수 있다고 해도 기계를 교체하는 것은 간단하거나 빠르고 저렴한 해결책이 아니다. 기존의 기계에서 절삭 공구 적용 변수를 조작해서 최적의 성과를 달성하는 것이 더 빠르고 쉬운 방법이다. 새로운 공작기계에 대한 투자가 실현 가능한 경우에도 장비의 작동 수명이 비교적 길다는 점도 중요하게 고려해야 한다. 업체가 현재의 필요사항을 충족하거나 초과할 수 있는 성능의 공작기계를 구입할 수 있지만 부품 피삭재의 재질, 크기, 부피와 같은 요소는 앞으로 5년, 10년 이상 해당 기계가 운영되는 기간 동안 변경될 수 있다. 변화에 대처하기 위해 절삭 조건을 변경해야 할 수도 있지만 이는 지능적인 방식으로 수행돼야 한다.
공작기계의 금속 절삭 가용 시간을 최대화하는 방법을 찾은 후에는 피삭재의 재질과 해당 공정에 가장 적합한 모재 재질, 코팅, 절삭 인선 형상을 갖춘 공구를 선택해야 한다. 그 다음 단계는 공구가 잘 작동하는 최저의 절삭 속도를 적용하는 것이며 그런 다음 공작기계의 동력과 안정적 특성을 고려해서 이송과 절삭 깊이를 가능한 한 높게 설정한다. 수식은 가공 변수와 기계 성능 간 가장 잘 맞는 조합을 결정하는 데 도움을 주기 위해 개발됐다. 작업 현장에서는 가급적 유사한 결과를 얻을 수 있도록 실제적인 테스트를 실행하는 것을 선호할 수도 있으며 수식은 보통 실제 값을 확인하는 역할만 할 뿐이다. 약 90% 이상의 경우, 이송과 절삭 깊이를 최대화해 낮은 절삭 속도에 대해 간단하고 실용적으로 접근하는 방식이 가장 효과적이다. 이 접근 방식은 믿을 수 있고 생산적인 가공 방식을 제공할 뿐만 아니라 기존 공작기계의 성능을 최대한 활용할 수 있다.

생산 경제에 대한 균형 잡힌 접근
가공 공정에서는 최저의 비용으로 정확한 부품을 생산해 수익성을 최대화하는 데 중점을 둔다. 일반적으로 가공비용을 절감할 수 있는 방법은 빠른 절삭 속도에 초점을 맞추고 보다 적극적으로 가공 변수를 사용해 생산 속도를 가속화하는 것이다. 하지만 이 접근 방식에서는 부품의 폐기와 생산 중단 시간과 같은 중요한 비용 요인이 간과된다. 생산 경제에 대한 총괄적인 공정의 관점을 견지하는 전략에는 모든 비용 요인이 포함되며 생산성과 제조비용 간의 최적의 균형이 유지된다.

비용 관리
본질적으로 제조비용의 일부 요소는 제조업체가 통제할 수 없다. 예를 들어, 피삭재 재질 타입과 비용은 가공 부품의 최종 용도에 의해 결정된다. 터빈 엔진에 들어가는 인코넬?을 회주철로 대체하면서 비용을 절감할 수는 없다. 마찬가지로, 장비에 대한 설비 투자, 유지 관리 그리고 장비를 가동하는 데 필요한 전력은 일반적으로 장비에 대해 지속적으로 지불해야 하는 기본적인 고정 비용이다. 인건비는 다소 유동적이기는 하지만 적어도 단기간 동안은 고정돼 있다. 이러한 모든 비용과 툴링 비용은 가공 부품의 판매 수익으로 상쇄해야 한다. 피삭재를 완성품으로 만드는 생산 속도가 향상되면 고정 비용이 상쇄된다.

빠른 것이 반드시 좋은 것은 아니다
제조업체는 가공 공정의 요소 중에 절삭 공구에 사용되는 변수를 관리할 수 있다. 다양한 공구와 기술 그리고 가공 방법은 생산 속도에 영향을 준다. 더욱이, 많은 작업장에서는 절삭 속도를 증가시키는 것만으로도 시간당 더 많은 부품을 생산하고 제조 비용을 감소시킬 수 있는 것으로 믿는다.
하지만 상황은 그렇게 간단하지 않다. 높은 절삭 속도를 유지하는 데에는 대가가 따른다. 일반적으로 공정이 빨라지면 안정감이 더 떨어진다. 절삭력이 증가되고 열이 발생하면 응력으로 인해 공구와 피삭재 모두 영향을 받아 공구의 마모가 빨라지며 예측성이 떨어진다. 공구는 피삭재를 부수거나 흠집을 낼 수 있으며, 공구의 마모 또는 진동으로 인해 부품의 치수가 변하거나 표면조도가 나빠질 수도 있다. 결과적으로 피삭재가 손상되고, 비용 때문에 수익이 줄게 된다. 피삭재 재질의 가치와 해당 부품의 최종 용도에 따라(예: 복잡한 우주항공 부품을 위한 고가의 초내열 합금) 피삭재를 폐기하는 것은 제조 공정의 전체 비용에 엄청난 영향을 줄 수 있다. 또한, 인건비를 절약할 수 있는 가능성을 배제하면서 신뢰성이 중요한 공정을 관리하지 않고 방치해서는 안 된다.
절삭 속도를 높이면 공구의 수명이 직접적인 영향을 받는다. 속도가 지나치게 높으면 공구 마모가 가속화돼 공구 교체 시기가 빨라진다. 공구 마모가 빨라지면 동일한 수의 부품을 완성하는 데 더 많은 공구가 필요하다. 이론적으로 제조비용과 생산율에서 얻은 이익은 추가적인 툴링 비용과 기계 공구의 작동 중단 시간으로 인한 비용 때문에 감소된다.

기계 작동 중단 시간 비용
절삭 속도가 높아지면 절삭 공구 비용을 증가시키지만 장비의 초기 비용을 절감시키기도 한다. 장비가 일정 기간 당 더 많은 부품을 생산하기 때문에 기계의 고정 비용에 대해 더 많은 수익을 낼 수 있다. 하지만 속도가 일단 일정 선을 넘으면, 장비 비용은 다시 증가하기 시작한다. 공구의 수명이 너무 짧아지므로 장비의 비용 감소는 빠르게 증가하는 툴링 비용과 공구의 교환 때문에 발생하는 가동 중단 시간 비용보다 효과가 적다. 또한, 경우에 따라서 매우 높은 절삭 속도와 적극적인 가공 변수 적용에는 유지 보수를 위한 장비 비용이 추가될 수 있으며 심지어 예기치 못한 기계 오류에 의해 가동 중단이 초래될 수도 있다.

최적의 가공 변수
절삭 속도를 높게 적용하면 생산 속도는 높일 수 있지만 툴링과 장비 비용도 다소 높게 발생할 수 있다. 반대로, 낮은 절삭 속도는 툴링과 장비 비용을 줄일 수 있지만 일반적으로 생산성이 떨어진다.
균형 잡힌 접근 방식은 이송과 절삭 깊이의 상승에 비례하도록 절삭 속도를 줄이는 것이다. 가능한 가장 큰 절삭 깊이를 사용해서 필요한 절삭 패스의 수를 줄이면 가공 시간이 단축된다. 이송 또한 최대화해야 하는데, 이송이 과도하면 피삭재 품질과 표면조도의 요구사항이 영향을 받을 수 있다. 경우에 따라서, 동일하거나 더 낮은 절삭 속도에서 이송과 절삭 깊이를 증가시키면 같은 조건의 공정에서 절삭 속도만 더 높였을 때 도달 가능한 수준으로 금속 제거율을 증가시킬 수 있다.
이송과 절삭 깊이의 조합이 안정적이고 신뢰할 수 있을 때의 절삭 속도는 공정의 최종 보정에 적용할 수 있다. 목표는 높은 절삭 속도로 생산되는 피삭재당 장비 비용을 감소시키는 것이지만 공구 마모의 가속화로 인해 생산되는 피삭재당 절삭 공구 비용이 과도하게 증가돼서는 안 된다.

효율성 모델
20세기 초에 미국의 기계 엔지니어 F.W. Taylor는 공구의 수명을 결정할 수 있는 모델을 개발했다. 이 모델은 주어진 절삭 깊이와 이송의 조합에서 안전하게 공구의 열화를 예측하고 제어할 수 있는 특정 절삭 속도의 범위가 있음을 보여준다. 이 범위에서 작업하면 절삭 속도와 공구 마모 그리고 공구 수명 간의 관계를 정량화할 수 있다. 이 모델은 비용 효율성과 생산성을 모두 실현하며 공정을 위한 최적의 절삭 속도를 정의할 때 목표에 대한 명확한 개요를 제공한다.
낮은 절삭 속도에서 절삭 공구 비용과 장비 비용을 통합하면 약간의 생산성 희생으로 최대의 경제성을 제공할 수 있다. 반면에, 높은 속도는 최대의 생산성을 제공하지만 경제성이 떨어진다. 고효율(HE) 절삭 속도는 가장 경제적인 절삭 속도와 생산성을 최대화하는 속도의 중간에 위치한다.
그런데 가끔은 경제적 문제와 기술적 문제가 동시에 발생한다. 예를 들어, 티타늄은 인성과 낮은 열전도율 때문에 낮은 절삭 속도에서 가공해야 하지만 일반적으로 낮은 절삭 속도는 낮은 가공 비용을 야기한다. 이 경우, 피삭재의 독자적인 특성에 따라 생산성과 경제성의 균형을 유지하는 가공 변수를 채택하게 된다.

공정 안정성 매우 중요
생산성과 제품의 품질을 유지하고 폐기를 방지하기 위한 핵심 사항은 안정된 가공 공정을 확립하는 것이다. 글로벌 생산 경제의 실용적인 정의는 "높은 생산성과 낮은 제조 비용을 유지하면서 최대한의 안전과 공정의 예측 가능성을 보장"하는 것이다.
안정적인 공정의 확립에는 최적의 생산 환경을 조성하는 것이 포함된다. 피삭재와 당면한 공정에 가장 적합한 공구 재질, 코팅, 형상을 선택하는 한편 가공 CAM 프로그램, 툴 홀딩 시스템, 절삭유 사용의 최적화를 고려해야 한다. 공정 통합에서 팔레트나 로봇형 제품 적재 시스템과 같은 작업 처리의 자동화도 중요하다. 왜냐하면 원료나 완제품의 비축에는 상당한 기계 작동 중단 시간이 소모되기 때문이다.
제조업계는 이제 오랫동안 강조됐던 생산성과 경제성 달성 목적 이상으로 환경 문제 등의 비교적 새로운 관심사에 역점을 두고 있다. 생산 경제에 대한 균형 있는 접근 방법은 이러한 문제를 해결하는 데 도움이 될 수 있다. 낮은 절삭 속도에서는 피삭재로부터 재료를 제거하는 데 에너지가 더 적게 필요하고 이송의 증가와 절삭 깊이의 감소는 에너지 소비를 추가적으로 감소시킨다. 낮은 절삭 속도는 툴링의 소모를 감소시키고 폐기 또는 재활용의 필요성을 줄임으로써 공구 수명을 증가시킨다. 낮은 절삭 속도의 적용으로 열이 적게 발생하면 절삭유 사용을 최소화하거나 사용을 하지 않게 될 수도 있다.
글로벌 생산 경제 전략을 채택하려면 가공 환경에 대한 전반적인 분석을 해야 하고 기존의 금속 가공 관행에 반하는 사고방식을 수용해야 한다. 하지만 이 개념을 실행하면 비용을 절감하고 피삭재의 품질을 향상시키는 한편 전체적으로 안정적이고 신뢰할 수 있는 제조 공정에서 생산성을 유지하면서 더욱 환경 친화적인 생산을 할 수 있다.