[TECH] 각 어플리케이션에 최적화 된 공작 기계

[산업일보]




Starrag라는 제품 브랜드는 스위스의 로차처버그에 있는 Starrag 그룹 본부에 위치해 있다. 이 회사는 주로 에너지 및 항공 우주 산업에 집중하고 있으며, 고정밀 터빈 블레이드, 임펠러, 블리스크 및 기타 구조적으로 복잡한 부품을 제조하기 위해 높은 금속 제거율이 가능한 5축 머시닝 센터를 구비하고 있다.
20 세기 초반 이래로 Starrag 공작 기계의 핵심 시장은 항공 우주 산업이었다. 심지어 당시에도 Starrag는 단단하고 견고한 디자인과 기술 표준을 통해서 타사 제품 및 브랜드와는 차별화돼 있었다. 1960년대에 Starrag가 5축 동시 가공 분야의 개척자 중 하나로 간주됐다는 것은 놀라운 일이 아니다. 티타늄 가공을 위한 STC와 BTP 시리즈와 같은 기종을 포함하는 현재의 높은 품질의 제품 포트폴리오에서 그 노하우의 장점을 명확하게 볼 수 있다. 게다가 블리스크 절단 및 LX 시리즈를 전문으로 하는 머시닝 센터는 포트폴리오의 일부이며, 특히 터빈 블레이드의 고도의 정밀하고 효율적인 동시 5축 가공을 위해 설계됐다.
패트릭 루티쇼저(어플리케이션 엔지니어링의 수장)은 “기술적으로 당사의 기계는 프리미엄 품질을 가지고 있다. 기계들은 높은 성능 용량과 정밀도로 알려져 있다. 더욱이, 어플리케이션에 대한 추가적인 가치를 고객에게 제공한다”고 말했다.
Starrag는 스스로를 최종 사용자의 기술 파트너로 생각, 완전한 프로세스의 설계 및 구현이 가능하다.
그는 “고객이 10,000개의 부품이 필요하다며 상담을 의뢰할 경우, 그 고객에게 필요한 완벽한 시스템을 설계하고 소프트웨어, 클램핑 장치, 공구 홀더 및 주변 부품과 기계를 포함하는 장비들을 공급한다”고 덧붙였다.
이러한 추가적인 제안은 공작 기계, CAM 시스템 및 특수 공구의 개발에 관한 다년간의 경험이 있기에 가능하다.
Starrag가 프로토 타입 및 작은 시리즈의 터빈 블레이드를 제조하며 얻을 수 있었던 어플리케이션 노하우를 축적하고 있다.
패트릭 루티쇼저는 “제 작업은 소위 단일 블레이드 애플리케이션을 위한 기술 및 소프트웨어를 개발하는 것을 포함한다. 우리 팀에서 어플리케이션 엔지니어들이 캠 소프트웨어 개발자들과 손잡고 일하고 있다. 이런 방식으로 최종 사용자가 필요한 것을 우회하거나 시간의 낭비 없이 정확하게 제공하고 있다”고 강조했다.



생산 공장에서 경험
그의 동료들은 로차처버그에 있는 Starrag 어플리케이션 센터에 있는 CPE(생산 우수 센터)에서 수요와 새로운 가공공정을 테스트하고 최적화시키는 중요한 경험을 한다. 약 2,000m²의 외관을 갖춘 홀은 새로운 4축 및 5축 Starrag 머시닝 센터를 갖추고 있다.
어플리케이션 팀은 매우 단단한 티타늄 합금의 중장비 절삭부터 가벼운 금속의 고속 절삭에까지 이르기까지 다양한 어플리케이션을 수행할 수 있다.
패트릭 루티쇼저는 “회전 부품, 복잡한 입방의 가공재료 뿐만 아니라 자유 형태 구조로 된 표면에 작업을 하며, 모든 과정은 제조 조건에 맞추어 작업을 한다. 또한 고객을 위해 프로토 타입 및 작은 시리즈를 생산하고 있다. 시장에서 합리적인 비용으로 도면 개발과 품질 생산을 수반한다는 것을 의미한다”며 “기계의 필요조건에 대한 귀중한 정보를 획득할 수 있으며, 통합 가공 공정에 대한 자세한 세부사항까지 알 수 있게 된다”고 부연 설명했다.

공구 홀딩
Starrag은 고정밀 가공에 있어서 ‘공구 홀딩’은 중요한 과제라고 오랫동안 인지해 왔다. 결국, 로차처버그 본사에서는 고속 스핀들(30,000 RPM의)을 심지어 20년 전에도 사용했었다.
그 당시 절삭 공구는 일반적으로 웰던 또는 휘슬 노치와 콜렛 척을 사용했지만, 이러한 척들은 런아웃 정밀도가 부족해서 많은 문제들을 야기했다. 높은 회전 속도에서는 작은 편차조차도 형편없는 밀링의 결과를 가져오고, 낮은 표면 품질 뿐만 아니라 공구와 스핀들 마모를 발생시킬 수 있다. 또한 이러한 툴 홀더의 형상은 많은 간섭 윤곽이 있어서, 최소한의 고정 공구로는 깊은 구멍에 도달하는 것이 불가능하다.
많은 공구 홀딩 시스템을 테스트 결과, Starrag는 회전 대칭적 클램핑 본체로 인해 간섭 윤곽을 덜 가지고 있으며 높은 런아웃 정밀도를 가진 열박음척을 사용하는 것이 필요하다고 결론 내렸다. 새로운 클램핑 기술로 초기 테스트하는 동안, Starrag는 몇 가지 약점을 극복해야 했다. 당시에 척은 뜨거운 공기로 온도를 높여야 했으며 이는 매우 많은 시간이 소요됐을 뿐만 하니라 소재에 많은 부담을 안겨줬다.
약 15 년 전 해결책을 찾아, Starrag의 전문가는 현재 툴 홀딩 기술분야에서 유럽 시장의 선도 기업인 아이겐하우젠의 Haimer를 찾았다.
패트릭 루티쇼저는 “Haimer는 열박음 기술 전문이었다. 심지어 다양한 종류의 공구 홀더와 전기 유도 코일과 쿨링 바디를 갖춘 열박음 기계를 갖추고 있었으며, 누구나 쉽게 조작 가능토록 했다. 현재도 Haimer는 공구 홀더와 기계로 이루어진 열박음 기술을 더욱 발전시켰다. 동시에 높은 품질 요구에 항상 충실히 임하고 있다. 지속적으로 많은 시스템과 공급 업체를 평가하지만, 정밀도와 제품의 품질에 관한한 Haimer는 타의 추종을 불허하고 열박음 기술에 대해서 다른 클램핑 공구 시스템에 비해 짧은 돌출 길이와 슬림한 윤곽의 클램핑 공구 가능성을 인정하게 된다”고 밝혔다.



박음척에서도 모든 세부 사항이 중요
Haimer의 기업 철학이 ‘품질 승리’인 데는 그럴 만한 이유가 있다. 이런 개념은 바이에른 아우크스부르크 근처의 아이겐하우젠에서만 생산돼 항상 100% 정밀성이 통제돼야 한다는 생각이 저변에 깔려 있기 때문이다. 모든 열박음척은 표준품들 조차도 모두 내열강으로 만들어지며 파인 발란스(G2.5에서 25,000 rpm <1 gmm 언발란스) 됐다. 기능적 표면은 가공과 연마가 매우 정밀하게 돼 있으며, 테이퍼 허용 공차는 상대적인 표준에 비해 훨씬 더 정확하다. 특수 가공 요청에 대해 Haimer 특수한 열박음척을 제공하고 있다.
예를 들어, 파워 열박음척은 고속이나 고정밀 밀링 어플리케이션에 적합하다. 특허받은 디자인은 높은 강성과 상단의 슬림한 디자인은 진동에 낮은 성향과 결합했다. 이 같은 구조는 작업자가 여전히 양호한 표면 품질을 유지하면서, 절삭 깊이 및 이송을 증가시켜서 더 많은 절삭량에 도달할 수 있게 만든다.
헤비 듀티 열박음척은 특히 큰 절삭 공구로 함께 쓰이는 중가공을 위해 설계됐다. 이 척은 클램핑 부분의 강화된 두께, 매우 견고한 외형과 특허받은 클램핑 보어 안의 확장 그루브를 특징으로 한다.
이런 방식으로 밀링 척들과 비교 할 수있는 높은 클램핑력에 도달 할 수 있다. 열박음척의 포트폴리오는 작은 미니 열박음척으로 완성된다. 슬림한 디자인과 3도의 경사가 있는 한 조각으로 이루어진 열박음척으로 금형제작을 위해 설계됐다.



어려운 소재, 높은 표면 조도
패트릭 루티쇼저에게 열박음척 디자인의 이러한 다양성은 장점으로 작용했다.
그는 “압출가공 프로파일로 만든 블레이드 생산에는 일반적으로 두 가지 공정이 필요하다. 우선 황삭 공정으로 시작하는 데 이 공정에서 척은 댐핑 요소로 작동하는 것이 중요하며 이는 많은 절삭 깊이와 이송을 달성하고, 한 제조 단계에서 가능한 많은 소재를 제거하기 위한 것이다. 그렇지만 이 마무리 과정에서는 어떤 강력한 절삭력이 필요 없다. 이 시점에서는 높은 런아웃 정밀도 및 밸런싱 품질이 중요하다. Haimer 파워 열박음척은 두 공정에 모두 이상적으로 적합하며, 만약 절삭이 힘들어지면 우리는 헤비 듀티 척으로 간단히 전환하면 된다”고 말했다.
열박음척 품질면에서 Starrag는 최고의 품질을 필요로 한다. 왜냐하면 티타늄등의 난삭재 황삭과 마무리 가공 중에는 절삭력이 기계 스핀들과 공구 홀더 사이의 인터페이스에 매우 스트레스를 줄 수 있다는 사실 때문이다.
“결국 핵심요소는 부품의 품질이다. 처음부터 완벽하게 시작해야 한다. 티타늄 블랭크 조차도 많은 비용이 소요되기 때문아다. 우리는 공구 홀더 품질이 부품 품질에 절대 필수적이라고 확신한다" 고 자신감을 드러냈다.
터빈 블레이드가 에너지 효율적이 되기 위해서는 매우 정밀한 구조를 필요로 한다는 사실에 기인한다. 요즘은 밀링을 통해 추가 재연삭없이 원하는 구조를 얻을 수 있다. 현재 Starrag는 Ra=0,8 µm - 0,4 µm의 표면 품질을 실현하는 단계까지 와 있다.



하이엔드 열박음 기계 빠르고 쉬운 공구 클램핑 보장
공구를 열박음하기 위해 Starrag는 CPE(생산 우수 센터)에 파워 클램프 프로피 플러스 NG 모델을 가지고 있는데, 이 모델은 모든 하이스와 초경공구를 생크 공차 h6로 직경 3mm부터 50mm까지 몇 초 안에 열박음 할 수 있다. 특허받은 이중 코일 기술이 장착돼 있는데, 이는 열박음척의 길이와 직경에 따라 알맞는 형상으로 코일이 조절 되는 기술이다. 열박음 과정 동안 열박음 부위만 열이 가해지게 돼 가열과 냉각 시간이 (접촉 냉각에 의해) 상당히 단축된다.
전문 열박음과 쿨링에 대한 하이엔드 솔루션이 있다. 파워 클램프 프리미엄 기계는 넓은 작업 표면을 제공하고, 취급이 용이하며, 온도 모니터링을 할 수 있는 호스 형 쿨링 바디를 갖추고 있다. Starrag의 기계는 통합된 길이 프리셋팅을 갖추고 있어서 정확히 0.02mm이내의 길이를 유지하며, 이는 공구가 항상 정확한 돌출 길이로 열박음할 필요가 있다.
패트릭은 “Haimer 열박음척은 회사 표준 기기의 일부다. 그 제품은 사람들이 당사에 기대하는 신뢰할만한 절삭 공정을 위한 최상의 조건을 제공하기 때문”이라고 언급했다.



그는 “우리의 CPE에서 제품만 사용 하는 것은 아니며, 시스템과 함께 제품들을 판매하기에 제품의 품질을 항상 높게 유지하는 것이 중요하다. 기억하는 한 고객이 불만을 토로할 때 한 번도 공구 홀더가 원인이 된 적은 한 번도 없었다”고 강조했다.

한편 Starrag 그룹(약 1,617 명의 직원과 2014년 매출이 약 3억9천 스위스프랑)은 선도 공작 기계 제조업체 중 하나다. Marken, Berthiez, Bumotec, Dörries, Droop+Rein, Heckert, Scharmann, SIP, Starrag, TTL, WMW의 브랜드가 있다. 각기 다른 지역에서는 밀링, 드릴링, 금속 연삭, 복합 소재 및 세라믹을 위한 기계를 광범위하게 개발하고 있다. 각 브랜드는 자신의 전문 분야가 있다. Bumotec의 소형 고속 머시닝 센터(시계, 의료, 컴퓨터 산업의 절삭 부품에 적합)에서 부터 몇 미터나 되는 길이로 전체 홀을 채울 수 있는 Droop-Rein의 Gantry 기계(크고 무거우 소재에 적합)까지 전기종의 제품을 제공하고 있다. 고객들은 국제적으로 활동하고 있는 회사들을 포함해서 세 종류의 목표 시장에 속해 있는데, 이는 항공 우주 및 에너지, 교통 및 산업 부품과 정밀 공학이다. 공작 기계의 포트폴리오는 기술 지원 및 일반 서비스로 완료되고, 고객은 큰 진전을 할 수 있다는 게 이 회사 관계자의 말이다.