[Tech]티타늄 가공 분야에서 성공 5개 스핀들이 Fives Cincinnati XT 프로파일러 우월한 생산력이 항공기 제조업체에 미치는 영향은 바로 매출과도 직결된다. 최대 항공기 제조업체인 미국의 Boeing이 올해 1사분기 순 신규 주문과 납품 분야에서 유럽의 라이벌인 Airbus를 앞섰다. 1사분기는 전통적으로 신규 주문이 저조하고 납품에서 대부분의 수익을 올리는 기간이다. Boeing은 이 기간 동안 기록적인 수의 항공기를 인도했다. 모든 규모와 유형의 항공기 제조업체와 난삭재를 가공하는 구성품 및 부품 공급업체의 전체 공급망에서 생산 지연은 주문 취소를 의미하고, 주문 취소는 더욱 우수한 장비를 갖춘 제조업체로의 전환을 의미한다.Fives Cincinnati는 다른 누구보다도 이를 잘 아는 기술 공급업체로, 켄터키 주 허브론 공장에서 머시닝 센터, 복합 섬유 적층 시스템, 멀티 스핀들 Cincinnati 프로파일러를 생산하고 있다. 이 회사는 전 세계 현장에서 650가지 이상의 프로파일러를 공급해 Cincinnati 프로파일러로 가공되지 않은 민간 항공기는 없다고 말한다.3 또는 5 스핀들 갠트리 구성에서 사용할 수 있는 차세대의 강력한 제품인 Cincinnati XTi 프로파일러는 여러 면에서 상당히 인상적인 성능을 구현한다. 다양한 소재를 가공하는 제조업체를 위해 제조된 7,000rpm 스핀들은 알루미늄과 강을 절삭할 수 있으며 높은 토크(2,523Nm) 스핀들은 티타늄과 기타 고경도 합금을 가공하는 데 사용할 수 있다.자료에 따르면 '티타늄 황삭에 사용할 수 있는 유일한 멀티 스핀들 플랫폼'이라고 소개한 XT는 티타늄을 분당 100입방인치 이상의 속도로 티타늄을 가공해 MRR(소재 제거율) 신기록을 세웠다. 이 대형 장비의 X축 이동거리는 4,267mm(3,658mm 단위로 확장 가능), Y축은 3,683mm, Z축은 711mm이며, 이제 Kennametal Inc.의 옵션 KM4X100 스핀들 커넥션을 사용하면서 이같은 기록을 달성했다.가장 약한 링크에서 가장 강력한 기능까지대형 갠트리 장비에서 프로파일링을 하든 소형 머시닝 센터에서 밀링을 하든, 티타늄과 같은 고인성 소재를 가공하는 것은 항상 어렵다.고경도 합금을 가공하면서 생산 효율성까지 향상시켜야 한다는 것은 낮은 절삭 속도와 상당한 절삭 부하에서 소재 제거율을 극대화해야 함을 말한다.Fives와 같은 장비 제조업체는 스핀들과 크기 조정이 가능한 장비 구조의 강성과 댐핑을 향상시켜 부품 품질, 처리량, 공구 수명을 저해하는 불필요한 진동을 최소화하는 특수 밀링 및 프로파일링 센터로 이에 대응해왔다. 이 같은 노력을 통한 기술 진보의 결과로 생산성을 높일 수 있었지만, 스핀들 커넥션 자체가 늘 취약점으로 지적돼 왔다.장비와 절삭 공구 사이의 핸드쉐이크인 공구 스핀들 커넥션은 주어진 작업에서 장비가 제거할 수 있는 소재의 양을 결정한다. 이는 공구 변형이 너무 커지거나 채터가 발생하기 시작할 때까지 인터페이스가 큰 부하를 견디면서 강성을 유지해야 하기 때문이다.스핀들은 상당한 양의 토크를 전달할 수 있지만, 절삭 부하가 휨모멘트도 발생시켜 토크 한계를 초과하기 전에 인터페이스 한계를 초과하게 된다. 이는 일반적으로 돌출 길이가 더 긴 엔드 밀링 애플리케이션에서 두드러지며, 제한 인자는 스핀들 인터페이스의 휨 강성이다. 예를 들어, RDOC가 12.7mm이며 ADOC가 63.5mm인 상황에서 Ti6Al4V를 360cm3/min로 제거하는 경우 직경 80mm(3.15in.)의 스핀들 면에서 250mm(9.84in.) 돌출된 인덱서블 헬리컬 커터는 4,620Nm(3,407.5ft.lbs.)의 휨모멘트와 900Nm(663.8ft.lbs.) 미만의 토크를 생성한다.Kennametal의 차세대 스핀들 커넥션 KM4X는 강한 체결력과 최적화된 간섭 레벨의 조합을 통해 강력한 체결, 극히 높은 강성 및 휨 부하 강성을 나타낸다. 티타늄 가공업체에게 이것은 고강도 합금 및 기타 소재 가공에서 성능을 대폭 향상시키고 소재 제거율을 크게 높여 많이 생산할 수 있다는 말로 풀이할 수 있다.장비 디자인에 다양한 기능 추가Fives Cincinnati 애플리케이션 엔지니어 Robert Snodgrass는 Kennametal 선임 어카운트 매니저 Mike Malott과 함께 약 4년 전에 KM4X를 평가했다며 엔지니어링이 인상적인데 이는 장비 디자인 외에 보다 효과적인 금속가공과 처리량 증가에 대한 고객 요구를 충족하는 고강성 스핀들 추가를 고려해준다고 말했다.Kennametal 부사장 Mark Huston은 일반적인 항공 구조물 부품은 완성된 부품 규격을 달성하기 위해 제거되고 있는 대부분 소재 단조물로 시작한다면서, 원재료에서 구매하는 가중치와 완제품으로 제공되는 가중치, 즉 완제품에 이르는 원재료의 비율(buy-to-fly ratio)은 4:1, 부품에 따라 8:1 이상이 될 수도 있다고 설명했다.사실 1세대 Cincinnati 프로파일러는 장비 구조와 공구 스핀들 커넥션 제한으로 인해 티타늄 MRR이 분당 4입방인치에 불과했다. Cincinnati 프로파일러의 XT 세대와 페이스 구속 HSK 125 스핀들 커넥션을 사용하면 MRR은 분당 50입방인치까지, KM4X100의 경우 MRR은 분당 100입방인치까지 두 배로 증가한다.Snodgrass는 분당 100입방인치까지 증가한다고 하지만, 우리의 벤치마크 테스트 결과 KM4X를 사용한 XT 프로파일러는 휨모멘트 저항에서 장비의 이론적 한계보다 훨씬 낮게 나타났다고 언급했다.그는 대형 CAT60 테이퍼 툴 홀더를 사용한 이전 세대 테스트를 50 테이퍼 버전과 비교했을 때 탱크와 SUV를 비교하는 것과 같다고 부연 설명했다.Fives Cincinnati 제품 매니저인 Ken Wichman은 이는 스핀들과 장비 디자인을 대폭 바꿀 것이라고 전제한 뒤 많은 갠트리 장비는 자동 공구 교체/보관이 가능하더라도 수동으로 공구를 교체할 수 있다. KM4X의 휨모멘트 저항 향상으로 CAT 또는 HSK 공구와 비교해 동일한 휨모멘트 저항을 제공하면서도 더 가벼운 툴링을 제공할 수 있게 됐다. 인체 공학적으로도 이는 작업자에게 큰 이점으로 작용한다. 자동 공구 교체/보관을 선택하는 고객을 위해, KM4X는 보다 적은 설치 면적에 더 많은 공구를 수용할 수 있다고 강조했다.Fives Cincinnati 부회장 Chip Storie는 우리 업계는 부품당 최저 비용으로 티타늄을 생산하기 위한 새로운 표준을 규정하고 해야 하며 XT 프로파일러가 이를 위한 성능을 제공한다며 대형 크로스 레일, 강력한 스핀들 디자인, 전용 파운데이션, 고압 쿨런트 시스템 등을 통해 우리는 소재 제거율이 분당 100입방 inch를 초과할 것으로 기대된다. 이는 우리 업계가 티타늄 가공에 접근하는 방식을 바꾸고 있다는 점을 분명히 했다.Kennametal 선임 어카운트 매니저 Mike Malott는 현장에서 수년 간 일해왔으며, 바로 이곳 Fives Cincinnati 생산 작업장에서 가족이라는 지위를 부여 받았다. 그는 절삭공구 성능을 높이기 위한 FIVES의 봅슬레이 컷이 업계에서 수익을 올리고 있었던 것에 주목했다.애플리케이션 엔지니어 Robert Snodgrass는 새로운 구성의 성능을 시험해보기 위해 우리는 공구의 본래 용도가 아닌 부문에 대해서도 매우 까다로운 테스트를 개발해야 했다고 당시를 회고했다.바로 공구를 티타늄 피삭재에 적용해 봅슬레이 트랙과 유사한 깊고 연속적인 곡선을 가공하는 것인데 관통 깊이와 동시동작 컷의 토크를 극대화하고자, 가능한 한 모든 방식으로 장비와 스핀들/절삭공구를 극도의 힘에 노출시켰다. 노련한 티타늄 가공업체들 조차도 장비 또는 커터가 파손되기 전에 피삭재에서 나오는 소음에 움찔할 수도 있지만 YouTube의 Fives 동영상(https://www.youtube.com/watch?v=-0pcocy4IsE)에서 입증돼 있듯이, 깊고 넓은 시험 절삭에서 나오는 엄청난 양의 작은 칩은 5개의 독립된 스핀들에서 효율적으로 무리 없이 처리되면서 성능이 입증됐으며 앞으로도 계속 개선될 것으로 기대했다. 한편 Fives Cincinnati은 Cincinnati, Giddings & Lewis, Forest-Liné, Liné Machines 및 Rouchaud 등 유명한 브랜드를 바탕으로 확고한 입지를 구축한 Fives는 고객 실적의 중심이 되는 탁월한 솔루션을 제조하는 공급업체로 널리 알려져 있다. 서비스를 제공하는 주요 업계 시장에는 항공우주, 자동차 및 트럭, 중장비, 오일 및 가스, 철도, 풍력 에너지 및 일반 가공 등이 있다. 전 세계 곳곳에 전략적으로 배치된 제조 및 지원 센터를 갖춘 Fives와 자사의 금속가공 및 복합소재 사업소는 자동화된 조립 작업, 레이저 용접 및 절단, 선삭, 밀링, 복합소재 가공, 소프트웨어 등 장비 및 기술의 포괄적인 제품군과 함께 관련 지원 및 서비스(유지보수, 예비 부품, 개량, 분해정비 및 업그레이드)를 제공한다.

[Tech]티타늄 가공 분야에서 성공

5개 스핀들이 Fives Cincinnati XT 프로파일러

기사입력 2015-08-17 11:35:38

[산업일보]
우월한 생산력이 항공기 제조업체에 미치는 영향은 바로 매출과도 직결된다. 최대 항공기 제조업체인 미국의 Boeing이 올해 1사분기 순 신규 주문과 납품 분야에서 유럽의 라이벌인 Airbus를 앞섰다. 1사분기는 전통적으로 신규 주문이 저조하고 납품에서 대부분의 수익을 올리는 기간이다. Boeing은 이 기간 동안 기록적인 수의 항공기를 인도했다. 모든 규모와 유형의 항공기 제조업체와 난삭재를 가공하는 구성품 및 부품 공급업체의 전체 공급망에서 생산 지연은 주문 취소를 의미하고, 주문 취소는 더욱 우수한 장비를 갖춘 제조업체로의 전환을 의미한다.

Fives Cincinnati는 다른 누구보다도 이를 잘 아는 기술 공급업체로, 켄터키 주 허브론 공장에서 머시닝 센터, 복합 섬유 적층 시스템, 멀티 스핀들 Cincinnati 프로파일러를 생산하고 있다. 이 회사는 전 세계 현장에서 650가지 이상의 프로파일러를 공급해 Cincinnati 프로파일러로 가공되지 않은 민간 항공기는 없다고 말한다.

3 또는 5 스핀들 갠트리 구성에서 사용할 수 있는 차세대의 강력한 제품인 Cincinnati XTi 프로파일러는 여러 면에서 상당히 인상적인 성능을 구현한다. 다양한 소재를 가공하는 제조업체를 위해 제조된 7,000rpm 스핀들은 알루미늄과 강을 절삭할 수 있으며 높은 토크(2,523Nm) 스핀들은 티타늄과 기타 고경도 합금을 가공하는 데 사용할 수 있다.

자료에 따르면 '티타늄 황삭에 사용할 수 있는 유일한 멀티 스핀들 플랫폼'이라고 소개한 XT는 티타늄을 분당 100입방인치 이상의 속도로 티타늄을 가공해 MRR(소재 제거율) 신기록을 세웠다. 이 대형 장비의 X축 이동거리는 4,267mm(3,658mm 단위로 확장 가능), Y축은 3,683mm, Z축은 711mm이며, 이제 Kennametal Inc.의 옵션 KM4X100 스핀들 커넥션을 사용하면서 이같은 기록을 달성했다.

가장 약한 링크에서 가장 강력한 기능까지
대형 갠트리 장비에서 프로파일링을 하든 소형 머시닝 센터에서 밀링을 하든, 티타늄과 같은 고인성 소재를 가공하는 것은 항상 어렵다.
고경도 합금을 가공하면서 생산 효율성까지 향상시켜야 한다는 것은 낮은 절삭 속도와 상당한 절삭 부하에서 소재 제거율을 극대화해야 함을 말한다.

Fives와 같은 장비 제조업체는 스핀들과 크기 조정이 가능한 장비 구조의 강성과 댐핑을 향상시켜 부품 품질, 처리량, 공구 수명을 저해하는 불필요한 진동을 최소화하는 특수 밀링 및 프로파일링 센터로 이에 대응해왔다. 이 같은 노력을 통한 기술 진보의 결과로 생산성을 높일 수 있었지만, 스핀들 커넥션 자체가 늘 취약점으로 지적돼 왔다.

장비와 절삭 공구 사이의 "핸드쉐이크"인 공구 스핀들 커넥션은 주어진 작업에서 장비가 제거할 수 있는 소재의 양을 결정한다. 이는 공구 변형이 너무 커지거나 채터가 발생하기 시작할 때까지 인터페이스가 큰 부하를 견디면서 강성을 유지해야 하기 때문이다.

스핀들은 상당한 양의 토크를 전달할 수 있지만, 절삭 부하가 휨모멘트도 발생시켜 토크 한계를 초과하기 전에 인터페이스 한계를 초과하게 된다. 이는 일반적으로 돌출 길이가 더 긴 엔드 밀링 애플리케이션에서 두드러지며, 제한 인자는 스핀들 인터페이스의 휨 강성이다. 예를 들어, RDOC가 12.7mm이며 ADOC가 63.5mm인 상황에서 Ti6Al4V를 360cm3/min로 제거하는 경우 직경 80mm(3.15in.)의 스핀들 면에서 250mm(9.84in.) 돌출된 인덱서블 헬리컬 커터는 4,620Nm(3,407.5ft.lbs.)의 휨모멘트와 900Nm(663.8ft.lbs.) 미만의 토크를 생성한다.

Kennametal의 차세대 스핀들 커넥션 KM4X는 강한 체결력과 최적화된 간섭 레벨의 조합을 통해 강력한 체결, 극히 높은 강성 및 휨 부하 강성을 나타낸다. 티타늄 가공업체에게 이것은 고강도 합금 및 기타 소재 가공에서 성능을 대폭 향상시키고 소재 제거율을 크게 높여 많이 생산할 수 있다는 말로 풀이할 수 있다.

장비 디자인에 다양한 기능 추가
Fives Cincinnati 애플리케이션 엔지니어 Robert Snodgrass는 "Kennametal 선임 어카운트 매니저 Mike Malott과 함께 약 4년 전에 KM4X를 평가했다"며 "엔지니어링이 인상적인데 이는 장비 디자인 외에 보다 효과적인 금속가공과 처리량 증가에 대한 고객 요구를 충족하는 고강성 스핀들 추가를 고려해준다"고 말했다.

Kennametal 부사장 Mark Huston은 "일반적인 항공 구조물 부품은 완성된 부품 규격을 달성하기 위해 제거되고 있는 대부분 소재 단조물로 시작한다"면서, "원재료에서 구매하는 가중치와 완제품으로 제공되는 가중치, 즉 완제품에 이르는 원재료의 비율(buy-to-fly ratio)"은 4:1, 부품에 따라 8:1 이상이 될 수도 있다"고 설명했다.

사실 1세대 Cincinnati 프로파일러는 장비 구조와 공구 스핀들 커넥션 제한으로 인해 티타늄 MRR이 분당 4입방인치에 불과했다. Cincinnati 프로파일러의 XT 세대와 페이스 구속 HSK 125 스핀들 커넥션을 사용하면 MRR은 분당 50입방인치까지, KM4X100의 경우 MRR은 분당 100입방인치까지 두 배로 증가한다.

Snodgrass는 "분당 100입방인치까지 증가한다고 하지만, 우리의 벤치마크 테스트 결과 KM4X를 사용한 XT 프로파일러는 휨모멘트 저항에서 장비의 이론적 한계보다 훨씬 낮게 나타났다"고 언급했다.

그는 대형 CAT60 테이퍼 툴 홀더를 사용한 이전 세대 테스트를 50 테이퍼 버전과 비교했을 때 탱크와 SUV를 비교하는 것과 같다고 부연 설명했다.

Fives Cincinnati 제품 매니저인 Ken Wichman은 "이는 스핀들과 장비 디자인을 대폭 바꿀 것"이라고 전제한 뒤 "많은 갠트리 장비는 자동 공구 교체/보관이 가능하더라도 수동으로 공구를 교체할 수 있다. KM4X의 휨모멘트 저항 향상으로 CAT 또는 HSK 공구와 비교해 동일한 휨모멘트 저항을 제공하면서도 더 가벼운 툴링을 제공할 수 있게 됐다. 인체 공학적으로도 이는 작업자에게 큰 이점으로 작용한다. 자동 공구 교체/보관을 선택하는 고객을 위해, KM4X는 보다 적은 설치 면적에 더 많은 공구를 수용할 수 있다"고 강조했다.

Fives Cincinnati 부회장 Chip Storie는 "우리 업계는 부품당 최저 비용으로 티타늄을 생산하기 위한 새로운 표준을 규정하고 해야 하며 XT 프로파일러가 이를 위한 성능을 제공한다"며 "대형 크로스 레일, 강력한 스핀들 디자인, 전용 파운데이션, 고압 쿨런트 시스템 등을 통해 우리는 소재 제거율이 분당 100입방 inch를 초과할 것으로 기대된다. 이는 우리 업계가 티타늄 가공에 접근하는 방식을 바꾸고 있다"는 점을 분명히 했다.

Kennametal 선임 어카운트 매니저 Mike Malott는 현장에서 수년 간 일해왔으며, 바로 이곳 Fives Cincinnati 생산 작업장에서 "가족"이라는 지위를 부여 받았다. 그는 절삭공구 성능을 높이기 위한 FIVES의 "봅슬레이 컷"이 업계에서 수익을 올리고 있었던 것에 주목했다.

애플리케이션 엔지니어 Robert Snodgrass는 "새로운 구성의 성능을 시험해보기 위해 우리는 공구의 본래 용도가 아닌 부문에 대해서도 매우 까다로운 테스트를 개발해야 했다"고 당시를 회고했다.

바로 공구를 티타늄 피삭재에 적용해 봅슬레이 트랙과 유사한 깊고 연속적인 곡선을 가공하는 것인데 "관통 깊이와 동시동작 컷의 토크를 극대화하고자, 가능한 한 모든 방식으로 장비와 스핀들/절삭공구를 극도의 힘에 노출시켰다. 노련한 티타늄 가공업체들 조차도 장비 또는 커터가 파손되기 전에 피삭재에서 나오는 소음에 움찔할 수도 있지만 YouTube의 Fives 동영상(https://www.youtube.com/watch?v=-0pcocy4IsE)에서 입증돼 있듯이, 깊고 넓은 시험 절삭에서 나오는 엄청난 양의 작은 칩은 5개의 독립된 스핀들에서 효율적으로 무리 없이 처리되면서 성능이 입증됐으며 앞으로도 계속 개선될 것"으로 기대했다.

한편 Fives Cincinnati은 Cincinnati, Giddings & Lewis, Forest-Liné, Liné Machines 및 Rouchaud 등 유명한 브랜드를 바탕으로 확고한 입지를 구축한 Fives는 고객 실적의 중심이 되는 탁월한 솔루션을 제조하는 공급업체로 널리 알려져 있다. 서비스를 제공하는 주요 업계 시장에는 항공우주, 자동차 및 트럭, 중장비, 오일 및 가스, 철도, 풍력 에너지 및 일반 가공 등이 있다. 전 세계 곳곳에 전략적으로 배치된 제조 및 지원 센터를 갖춘 Fives와 자사의 금속가공 및 복합소재 사업소는 자동화된 조립 작업, 레이저 용접 및 절단, 선삭, 밀링, 복합소재 가공, 소프트웨어 등 장비 및 기술의 포괄적인 제품군과 함께 관련 지원 및 서비스(유지보수, 예비 부품, 개량, 분해정비 및 업그레이드)를 제공한다.