[Tech] 효율적인 가공 핵심 '공구와 변수' 금속가공 산업, 공구 특성·절삭 조건 고려해야 부품과 피삭재 재질, 이에 사용되는 가공 공정은 매우 다양하지만 모든 제조업체의 공통된 목표는 주어진 시간에 적절한 비용으로 정해진 수량의 피삭재를 원하는 품질로 가공해야 한다는 점이다 .제조업체들은 이 목표를 달성하기 위해 보통 공구 선정 및 적용으로 시작해 사후 대응적인 방식으로 문제를 해결하는 미시적 관점의 모델을 따르고 있다. 그러나 이러한 접근 방식을 역으로 활용하면 비용을 절감하고 효율성을 높일 수 있다. 문제가 발생할 때까지 기다린 후 개별 가공 공정을 조정하는 대신, 제조업체는 먼저 불합격 부품과 작동 중단 시간이 발생하지 않도록 사전에 계획된 선제적 방식에 초점을 맞춰야 한다. 안정적이고 신뢰할 수 있는 공정을 확립한 후에 생산 경제학 개념을 적용하면 생산율과 제조 비용 사이의 균형을 맞출 수 있다. 이후 절삭 공구와 가공 변수를 신중하게 선택한다면 운영을 완전히 최적화하고 생산 목표를 달성할 수 있다. 공구 및 절삭 조건의 선택금속 절삭 공구의 선택은 보통 가공 방법을 기준으로 한다. 작업장에 따라 강철 또는 알루미늄과 같은 특정 피삭재 재질을 가공하거나 황삭 또는 정삭 등의 작업을 수행하기 위한 공구가 필요할 수 있다. 보다 유용한 공구를 선택하려면 먼저 가공 작업이 제조업체의 전체 비즈니스에서 어떤 부분에 속해 있는지를 고려해야 한다.이러한 접근 방식에서 가장 중요한 것은 공정 신뢰도를 확보하고 불합격 부품과 불시의 중단 시간이 발생하지 않도록 하는 것이다. 일반적으로 신뢰도란 규칙 존중과 관련이 있다. 작업장에서 공구와 관련한 절삭, 열 및 화학 작용에 대한 효과를 제대로 인식하지 못한다면 신뢰도가 떨어지고 공구가 파손될 것이다.안정적인 공정을 확립한 후에는 전체적인 금속 가공 산업의 목표에 부합하는 공구 특성과 절삭 조건을 선택해야 한다. 예를 들어 단순 부품을 대량 생산할 경우에는 최소한의 비용으로 생산량을 극대화하는 방향을 우선적 고려할 수 있다. 반면에 까다롭고 복잡한 부품을 다품종 소량 제조할 때에는 제조 비용을 논하기에 앞서 전체적인 신뢰도와 정확도를 중시하게 된다. 그러한 소량 시나리오에서는 반드시 유연성을 갖춘 공구 시스템이 필요하다(사이드바 참조).비용 효율이 기본 목표라면 절삭 인선당 비용이 저렴한 툴링을 선택하고 절삭 조건과 툴링의 균형을 맞춰야 한다. 가공 변수로는 공구 수명의 연장과 공정 신뢰도를 모두 중시해야 한다. 반대로 피삭재 품질이 가장 중요한 경우에는 적절한 절삭 조건에 고도의 정밀 툴링을 적용하는 것이 올바른 접근 방식일 것이다. 대상에 관계없이 목표가 다르면 절삭 조건과 공구의 선택이 달라진다.절삭 조건의 선택 및 조정신규 부품의 가공 계획을 세울 때 공구 및 절삭 조건을 선택하려면 먼저 가공 방법, 공구 형상 및 공구 재질을 고려해야 한다. 가공할 부품은 이러한 요건을 결정하는 데 가장 큰 영향을 미친다. 예를 들어 니켈계 우주항공 부품에는 포지티브 형상의 솔리드 초경 엔드밀을 사용한 프로파일 밀링이 필요할 수 있다. 선택의 기준은 생산율, 피삭재의 비용 및 품질을 비롯한 작업장의 기본 목표이며 이러한 목표 달성을 위해 적용되는 절삭 깊이, 이송, 절삭 속도에 따라 달라질 수 있다.생산성, 경제성 또는 신뢰도와 관련해 더 나은 결과를 얻기 위해 기존의 부품 제작 공정을 수정할 때는 이와 다른 선택 절차를 적용한다. 이러한 경우에는 절삭 조건부터 시작해 형상, 절삭 소재, 공구 종류, 마지막으로 가공 방식을 변화시키는 단계별 접근 방식이 권장된다. 그러나 대부분의 작업장은 가공 결과를 개선하려 할 때 이와 반대되는 순서로 진행해 처음부터 공구 혹은 가공 방식의 변경을 고려하는 경우가 많다.처음에는 절삭 변수부터 변경하는 것이 훨씬 더 쉬우면서 일반적으로 더 효과적인 방법이다. 절삭 조건에 영향을 미치는 요소는 매우 다양하며, 절삭 속도나 이송을 약간만 변경해도 공구 변경에 비용이나 시간을 소모하지 않고 문제를 해결하거나 생산성을 높일 수 있다.절삭 변수의 수정으로 원하는 효과를 얻지 못했다면 절삭 공구의 형상에 변화를 줄 수 있다. 그러나 이 방법은 단순히 변수를 변경하는 것보다 복잡하고 새 공구를 적용해야 하므로 공구 및 기계에 필요한 시간과 비용이 증가한다. 절삭 공구 재질을 변경하는 것도 대안이 될 수 있으나 이 역시 시간과 비용의 추가적인 투자를 필요로 한다. 절삭 공구 또는 홀더 자체를 변경해야 할 경우 주문 제작 공구가 필요해질 가능성이 있고 이러한 모든 요인이 제조 비용을 더욱 증가시킬 수 있다.이러한 모든 단계로도 원하는 결과를 얻지 못했다면 가공 방법을 변경해볼 수 있다. 요점은 단계별 방식을 차근차근 변경해 어떤 요인이 원하는 결과를 가져올 것인지 확인하는 것이다.공구 선택에 도움을 받기 위해 빠르고 쉬운 접근 방식인 CAM 시스템을 활용하는 작업장이 많다. 이러한 방법은 효과적일 때가 많지만 최적의 결과를 제공하지 못할 수도 있다. CAM 시스템은 개별 작업의 특징을 모두 고려하지 않는다. 예를 들어 밀링 커터의 적용을 속도, 이송 및 절삭깊이와 연관시키지 않는다. 최적의 작업에 영향을 주는 요인은 커터 안의 날수부터 칩 배출의 효율성, 공구의 강도, 밀링 기계의 안정성까지 매우 다양하다. 제조 작업의 목표를 완전히 달성하려면 금속 제거율, 공구 수명, 표면 조도, 경제성을 포함한 모든 요인을 빠짐 없이 살펴봐야 한다.속도와 이송 및 절삭 깊이작업장 관리자 중에는 절삭 속도를 높이는 것만으로 같은 기간에 더 많은 부품을 생산하고 결과적으로 제조 비용을 절감할 수 있다고 믿는 사람이 많다. 그러나 제조 비용에는 생산량 외에도 여러 가지 요소가 있다. 예를 들어 작업 중 공구를 교체하면 부품의 품질과 가공 시간에 안 좋은 영향을 줄 수 있다.절삭 속도를 높이면 생산 속도가 높아지지만 공구 수명이 단축된다. 공구 교체가 잦아지면 가공 비용이 증가하고 교체 도중 가공 중단 시간이 길어지게 된다.절삭 속도를 높이면 공구 수명이 단축되고 작업의 안정성이 떨어질 수 있는 반면, 절삭 깊이 또는 이송을 변경할 경우에는 공구 수명에 큰 영향을 주지 않는다. 따라서 최상의 결과를 얻으려면 절삭 속도의 감소에 맞춰 이송과 절삭 깊이를 적절하게 늘리는 것이 좋다. 절삭 깊이를 최대한으로 늘려 필요한 절삭 패스의 수를 줄이면 가공 시간이 단축된다. 이송이 과도하면 피삭재 품질과 표면조도에 영향을 줄 수 있지만 이송 역시 최대한으로 높여야 한다.일반적인 사례에서 절삭 속도를 180m/min에서 200m/min으로 높일 경우 금속 제거율은 10%밖에 증가하지 않지만 공구 수명에는 부정적인 영향을 준다. 이송을 0.2mm/rev에서 0.3mm/rev로 늘리면 공구 수명에 미치는 영향을 최소화하면서 금속 제거율을 50%까지 높일 수 있다.대부분의 경우 이송과 절삭 깊이를 동시에 늘리거나 절삭 속도를 줄이기만 해도 절삭 속도를 증가시키는 것만큼 작업의 금속 제거율이 높아진다. 절삭 속도를 줄이고 이송을 높이는 동시에 절삭 깊이를 줄이면 에너지 소비량이 줄어드는 이점이 있다.절삭 조건을 최적화하는 마지막 단계는 최소 비용 또는 최대 생산성에 있어 적절한 기준을 선택하고 해당 기준을 정밀하게 달성할 수 있는 절삭 속도를 사용하는 것이다. 미국 기계 엔지니어 F.W. Taylor가 20세기 초에 발명한 모델이 선택에 도움을 줄 것이다.이 모델은 주어진 절삭 깊이와 이송의 조합에서 안전하게 공구의 열화를 예측하고 제어할 수 있는 특정 절삭 속도의 범위가 있음을 보여준다. 해당 범위에서 작업할 경우 절삭 속도와 공구 마모, 공구 수명 간 관계의 정량화 및 정성화가 가능하다. 목표는 높은 절삭 속도에서 기계 비용을 감소시키는 것이지만 공구 마모의 가속화로 인해 절삭 공구 비용이 과도하게 증가돼서는 안 된다.공구 모재 및 형상공구 적 최적화의 추가적인 단계로 공구 모재 및 형상 특성의 미세 조정이 있다. 절삭 조건의 조정에서 원하는 결과를 얻기 위해 상충 요인을 조절하는 것과 마찬가지로 공구 모재를 변경해 생산성을 극대화하려면 상충하는 모재 속성 간의 균형을 맞춰야 한다.공구의 절삭 인선은 절삭 재질보다 단단해야 하므로 경도는 공구의 핵심적인 특성이다. 경도가 높으면 고속 가공으로 인한 온도 상승 시에도 공구 수명이 연장된다. 그러나 공구가 단단하면 그만큼 잘 부서진다. 특히 절삭 깊이가 변화하는 단속 절삭에서 황삭의 절삭력이 불균일할 경우 단단한 절삭 공구가 파손될 수 있다. 불안정한 절삭 공구, 고정 장치 또는 피삭재 역시 파손을 야기할 수 있다.반대로 코발트 바인더 등의 비율을 높여 공구 인성을 높이면 공구의 충격 저항력이 강해진다. 이 경우 공구의 경도가 감소해 고속 작업 또는 마모성 피삭재 가공 시 마모 또는 변형에 취약해진다. 핵심은 가공할 피삭재 재질에 맞춰 공구 속성의 균형을 유지하는 데 있다.공구 형상을 선택해도 상쇄 효과는 피할 수 없다. 포지티브 절삭 형상과 날카로운 절삭 인선은 절삭력을 감소시키고 칩의 흐름을 최적화한다. 그러나 날카로운 절삭 인선은 원형 인선보다 약하다. T 랜드 및 챔퍼와 같은 형상을 조작하면 절삭 인선을 강화할 수 있다.절삭 인선 뒤쪽의 강화 영역인 T 랜드를 포지티브 각으로 설정하면 특정 작업 및 피삭재 재질을 처리하고 절삭력을 최대한 최소화하는 데 필요한 충분한 강도를 얻을 수 있다. 챔퍼는 절삭력을 증가시키는 대신 날카로운 절삭 인선에서 가장 약한 부분을 쳐낸다. 단단한 칩 제어 형상은 칩이 좁은 예각을 통과해 둥글게 말린 채 쪼개지도록 한다. 이러한 형상은 긴 치핑 재질에 효과적이나 절삭 인선에 대한 부하를 가중시킬 수 있다. 부드러운 칩 제어 형상은 절삭 인선에 대한 부하를 줄이나 칩의 길이가 길어진다. 호닝 등의 공구 인선 처리와 마찬가지로 다양한 형상을 조합함으로써 특수 피삭재 재질 가공 시 절삭 성능을 최적화할 수 있다.가공 비용 모델 역시 미시적/거시적 관점으로 표현할 수 있다. 미시적 경제 모델은 절삭 조건을 절삭 비용에 직접 연결해 좁은 관점에서 절삭 공정을 이해한다. 거시적 경제 모델은 더 넓은 관점을 통해 지정된 피삭재를 생산하는 데 필요한 전반적인 시간을 강조한다.제조업체는 일정 기간에 완성된 피삭재에서 공정을 완료하는 데 필요한 전체 기간에 이르기까지 다양한 방식으로 생산율을 측정한다. 피삭재 형상 요구 사항, 재질 특성, 전체 설비에서 제품 흐름, 인력 투입, 유지보수, 주변 장치 및 환경, 재활용, 안전 문제를 비롯해 다양한 요인이 생산율에 영향을 미친다.일부 제조 비용 요소는 고정돼 있다. 피삭재 복합성과 재질은 일반적으로 부품을 만드는 데 필요한 가공 작업 유형과 수를 결정한다. 설비의 기계 공구를 확보하고 유지보수하는 비용과 가동 동력은 기본적으로 고정된 비용이다. 인건비는 다소 유동적이지만 단기적으로 봤을 때 고정된 요소이다. 이 비용은 가공 부품의 판매 수익으로 상쇄해야 한다. 피삭재를 완성품으로 만드는 생산 속도가 향상되면 고정 비용이 상쇄된다.작업 현장의 직원과 생산 엔지니어는 절삭 조건과 생산성에 상당히 민감할 수 있으나, 상위 관리자는 그러한 수치보다 제조 운영상의 전체적인 비즈니스 목표에 더욱 민감하다. 절삭 조건과 절삭 공구를 선택하는 담당자는 먼저 회사의 가공 작업에 있어 넓은 범위의 목표를 고려해 그러한 목표 실현에 필요한 성능을 제공할 수 있는 절삭 조건과 공구를 선택해야 한다.현대적인 생산 시나리오를 위한 다목적 공구정시 생산 전략의 활용과 아웃소싱의 성장에 따라 제조업은 대량 생산에서 다품종 소량 가공 시나리오로 변화하고 있다. 하도급 업체는 점점 더 단속적이지만 반복적으로 소량 생산을 하는 경우가 많아지고 있다. 이런 상황에서 생산성과 공구 비용의 균형을 유지하려면 다양한 가공범위에서 다용성과 유연성을 제공하는 공구가 필요하다. 작업장 내 공구의 종류를 최소화하면 공구 취급 시간이 감소하고 가공 작업에 매진할 수 있는 시간이 늘어난다.동일한 부품의 장기 생산으로 개별 작업의 생산성 향상을 중시하는 전통적인 방식은 해당 작업에 맞게 특별 설계된 공구를 적용한다. 장기 생산 가동을 통해 비용 회수가 가능한 경우에는 특수 공구의 설계와 구현 작업이 의미를 가진다.그러나 다품종 소량 생산 조건에서 생산성과 공구 비용의 균형을 맞추려면 넓은 가공 범위에서 유연성을 높여주는 다목적 범용 공구를 적용하는 편이 유리하다. 이러한 공구는 피삭재 변경 시 새 공구로 전환하는 데 필요한 시간을 최소화해 중단 시간을 줄여주며 새 공구의 설치와 시험 가동이 불필요하다.그러한 공구 중 하나가 바로 Seco Turbo 밀링 커터 제품군이다. 이 공구는 다양한 적용 분야에 다용성을 제공함으로써 비용 효율과 우수한 성능을 조화롭게 만족시켜준다. 커터의 포지티브 절삭 형상으로 소비동력이 절감돼 공구 수명이 연장될 뿐 아니라 절삭 깊이와 이송을 높일 수 있다.범용 툴링에 접근하는 또 다른 방식은 다양한 용도에 어울리는 공구 세트를 조립하는 것이다. Seco Selection 공구는 유연성을 제공할 수 있도록 설계됐다. 선정된 그룹에 포함된 공구의 수는 제한적이며 모든 분야에서 반드시 최대의 생산성이나 비용 효율성을 제공하는 것은 아니다. 하지만 빠르게 변화하는 다양한 피삭재 재질과 부품을 가공하기 위해 최고의 유연성이 필요할 경우 가장 적합하고 경제적인 선택이 될 수 있다.Patrick de Vos, Seco Tools 기업 기술 교육 매니저

[Tech] 효율적인 가공 핵심 '공구와 변수'

금속가공 산업, 공구 특성·절삭 조건 고려해야

기사입력 2016-01-27 08:08:12

[산업일보]
부품과 피삭재 재질, 이에 사용되는 가공 공정은 매우 다양하지만 모든 제조업체의 공통된 목표는 주어진 시간에 적절한 비용으로 정해진 수량의 피삭재를 원하는 품질로 가공해야 한다는 점이다 .제조업체들은 이 목표를 달성하기 위해 보통 공구 선정 및 적용으로 시작해 사후 대응적인 방식으로 문제를 해결하는 미시적 관점의 모델을 따르고 있다. 그러나 이러한 접근 방식을 역으로 활용하면 비용을 절감하고 효율성을 높일 수 있다. 문제가 발생할 때까지 기다린 후 개별 가공 공정을 조정하는 대신, 제조업체는 먼저 불합격 부품과 작동 중단 시간이 발생하지 않도록 사전에 계획된 선제적 방식에 초점을 맞춰야 한다. 안정적이고 신뢰할 수 있는 공정을 확립한 후에 생산 경제학 개념을 적용하면 생산율과 제조 비용 사이의 균형을 맞출 수 있다. 이후 절삭 공구와 가공 변수를 신중하게 선택한다면 운영을 완전히 최적화하고 생산 목표를 달성할 수 있다.

공구 및 절삭 조건의 선택
금속 절삭 공구의 선택은 보통 가공 방법을 기준으로 한다. 작업장에 따라 강철 또는 알루미늄과 같은 특정 피삭재 재질을 가공하거나 황삭 또는 정삭 등의 작업을 수행하기 위한 공구가 필요할 수 있다. 보다 유용한 공구를 선택하려면 먼저 가공 작업이 제조업체의 전체 비즈니스에서 어떤 부분에 속해 있는지를 고려해야 한다.

이러한 접근 방식에서 가장 중요한 것은 공정 신뢰도를 확보하고 불합격 부품과 불시의 중단 시간이 발생하지 않도록 하는 것이다. 일반적으로 신뢰도란 규칙 존중과 관련이 있다. 작업장에서 공구와 관련한 절삭, 열 및 화학 작용에 대한 효과를 제대로 인식하지 못한다면 신뢰도가 떨어지고 공구가 파손될 것이다.

안정적인 공정을 확립한 후에는 전체적인 금속 가공 산업의 목표에 부합하는 공구 특성과 절삭 조건을 선택해야 한다. 예를 들어 단순 부품을 대량 생산할 경우에는 최소한의 비용으로 생산량을 극대화하는 방향을 우선적 고려할 수 있다. 반면에 까다롭고 복잡한 부품을 다품종 소량 제조할 때에는 제조 비용을 논하기에 앞서 전체적인 신뢰도와 정확도를 중시하게 된다. 그러한 소량 시나리오에서는 반드시 유연성을 갖춘 공구 시스템이 필요하다(사이드바 참조).

비용 효율이 기본 목표라면 절삭 인선당 비용이 저렴한 툴링을 선택하고 절삭 조건과 툴링의 균형을 맞춰야 한다. 가공 변수로는 공구 수명의 연장과 공정 신뢰도를 모두 중시해야 한다. 반대로 피삭재 품질이 가장 중요한 경우에는 적절한 절삭 조건에 고도의 정밀 툴링을 적용하는 것이 올바른 접근 방식일 것이다. 대상에 관계없이 목표가 다르면 절삭 조건과 공구의 선택이 달라진다.

절삭 조건의 선택 및 조정
신규 부품의 가공 계획을 세울 때 공구 및 절삭 조건을 선택하려면 먼저 가공 방법, 공구 형상 및 공구 재질을 고려해야 한다. 가공할 부품은 이러한 요건을 결정하는 데 가장 큰 영향을 미친다. 예를 들어 니켈계 우주항공 부품에는 포지티브 형상의 솔리드 초경 엔드밀을 사용한 프로파일 밀링이 필요할 수 있다. 선택의 기준은 생산율, 피삭재의 비용 및 품질을 비롯한 작업장의 기본 목표이며 이러한 목표 달성을 위해 적용되는 절삭 깊이, 이송, 절삭 속도에 따라 달라질 수 있다.

생산성, 경제성 또는 신뢰도와 관련해 더 나은 결과를 얻기 위해 기존의 부품 제작 공정을 수정할 때는 이와 다른 선택 절차를 적용한다. 이러한 경우에는 절삭 조건부터 시작해 형상, 절삭 소재, 공구 종류, 마지막으로 가공 방식을 변화시키는 단계별 접근 방식이 권장된다. 그러나 대부분의 작업장은 가공 결과를 개선하려 할 때 이와 반대되는 순서로 진행해 처음부터 공구 혹은 가공 방식의 변경을 고려하는 경우가 많다.

처음에는 절삭 변수부터 변경하는 것이 훨씬 더 쉬우면서 일반적으로 더 효과적인 방법이다. 절삭 조건에 영향을 미치는 요소는 매우 다양하며, 절삭 속도나 이송을 약간만 변경해도 공구 변경에 비용이나 시간을 소모하지 않고 문제를 해결하거나 생산성을 높일 수 있다.

절삭 변수의 수정으로 원하는 효과를 얻지 못했다면 절삭 공구의 형상에 변화를 줄 수 있다. 그러나 이 방법은 단순히 변수를 변경하는 것보다 복잡하고 새 공구를 적용해야 하므로 공구 및 기계에 필요한 시간과 비용이 증가한다. 절삭 공구 재질을 변경하는 것도 대안이 될 수 있으나 이 역시 시간과 비용의 추가적인 투자를 필요로 한다. 절삭 공구 또는 홀더 자체를 변경해야 할 경우 주문 제작 공구가 필요해질 가능성이 있고 이러한 모든 요인이 제조 비용을 더욱 증가시킬 수 있다.

이러한 모든 단계로도 원하는 결과를 얻지 못했다면 가공 방법을 변경해볼 수 있다. 요점은 단계별 방식을 차근차근 변경해 어떤 요인이 원하는 결과를 가져올 것인지 확인하는 것이다.

공구 선택에 도움을 받기 위해 빠르고 쉬운 접근 방식인 CAM 시스템을 활용하는 작업장이 많다. 이러한 방법은 효과적일 때가 많지만 최적의 결과를 제공하지 못할 수도 있다. CAM 시스템은 개별 작업의 특징을 모두 고려하지 않는다. 예를 들어 밀링 커터의 적용을 속도, 이송 및 절삭깊이와 연관시키지 않는다. 최적의 작업에 영향을 주는 요인은 커터 안의 날수부터 칩 배출의 효율성, 공구의 강도, 밀링 기계의 안정성까지 매우 다양하다. 제조 작업의 목표를 완전히 달성하려면 금속 제거율, 공구 수명, 표면 조도, 경제성을 포함한 모든 요인을 빠짐 없이 살펴봐야 한다.

속도와 이송 및 절삭 깊이
작업장 관리자 중에는 절삭 속도를 높이는 것만으로 같은 기간에 더 많은 부품을 생산하고 결과적으로 제조 비용을 절감할 수 있다고 믿는 사람이 많다. 그러나 제조 비용에는 생산량 외에도 여러 가지 요소가 있다. 예를 들어 작업 중 공구를 교체하면 부품의 품질과 가공 시간에 안 좋은 영향을 줄 수 있다.

절삭 속도를 높이면 생산 속도가 높아지지만 공구 수명이 단축된다. 공구 교체가 잦아지면 가공 비용이 증가하고 교체 도중 가공 중단 시간이 길어지게 된다.

절삭 속도를 높이면 공구 수명이 단축되고 작업의 안정성이 떨어질 수 있는 반면, 절삭 깊이 또는 이송을 변경할 경우에는 공구 수명에 큰 영향을 주지 않는다. 따라서 최상의 결과를 얻으려면 절삭 속도의 감소에 맞춰 이송과 절삭 깊이를 적절하게 늘리는 것이 좋다. 절삭 깊이를 최대한으로 늘려 필요한 절삭 패스의 수를 줄이면 가공 시간이 단축된다. 이송이 과도하면 피삭재 품질과 표면조도에 영향을 줄 수 있지만 이송 역시 최대한으로 높여야 한다.

일반적인 사례에서 절삭 속도를 180m/min에서 200m/min으로 높일 경우 금속 제거율은 10%밖에 증가하지 않지만 공구 수명에는 부정적인 영향을 준다. 이송을 0.2mm/rev에서 0.3mm/rev로 늘리면 공구 수명에 미치는 영향을 최소화하면서 금속 제거율을 50%까지 높일 수 있다.

대부분의 경우 이송과 절삭 깊이를 동시에 늘리거나 절삭 속도를 줄이기만 해도 절삭 속도를 증가시키는 것만큼 작업의 금속 제거율이 높아진다. 절삭 속도를 줄이고 이송을 높이는 동시에 절삭 깊이를 줄이면 에너지 소비량이 줄어드는 이점이 있다.

절삭 조건을 최적화하는 마지막 단계는 최소 비용 또는 최대 생산성에 있어 적절한 기준을 선택하고 해당 기준을 정밀하게 달성할 수 있는 절삭 속도를 사용하는 것이다. 미국 기계 엔지니어 F.W. Taylor가 20세기 초에 발명한 모델이 선택에 도움을 줄 것이다.

이 모델은 주어진 절삭 깊이와 이송의 조합에서 안전하게 공구의 열화를 예측하고 제어할 수 있는 특정 절삭 속도의 범위가 있음을 보여준다. 해당 범위에서 작업할 경우 절삭 속도와 공구 마모, 공구 수명 간 관계의 정량화 및 정성화가 가능하다. 목표는 높은 절삭 속도에서 기계 비용을 감소시키는 것이지만 공구 마모의 가속화로 인해 절삭 공구 비용이 과도하게 증가돼서는 안 된다.

공구 모재 및 형상
공구 적 최적화의 추가적인 단계로 공구 모재 및 형상 특성의 미세 조정이 있다. 절삭 조건의 조정에서 원하는 결과를 얻기 위해 상충 요인을 조절하는 것과 마찬가지로 공구 모재를 변경해 생산성을 극대화하려면 상충하는 모재 속성 간의 균형을 맞춰야 한다.

공구의 절삭 인선은 절삭 재질보다 단단해야 하므로 경도는 공구의 핵심적인 특성이다. 경도가 높으면 고속 가공으로 인한 온도 상승 시에도 공구 수명이 연장된다. 그러나 공구가 단단하면 그만큼 잘 부서진다. 특히 절삭 깊이가 변화하는 단속 절삭에서 황삭의 절삭력이 불균일할 경우 단단한 절삭 공구가 파손될 수 있다. 불안정한 절삭 공구, 고정 장치 또는 피삭재 역시 파손을 야기할 수 있다.

반대로 코발트 바인더 등의 비율을 높여 공구 인성을 높이면 공구의 충격 저항력이 강해진다. 이 경우 공구의 경도가 감소해 고속 작업 또는 마모성 피삭재 가공 시 마모 또는 변형에 취약해진다. 핵심은 가공할 피삭재 재질에 맞춰 공구 속성의 균형을 유지하는 데 있다.

공구 형상을 선택해도 상쇄 효과는 피할 수 없다. 포지티브 절삭 형상과 날카로운 절삭 인선은 절삭력을 감소시키고 칩의 흐름을 최적화한다. 그러나 날카로운 절삭 인선은 원형 인선보다 약하다. T 랜드 및 챔퍼와 같은 형상을 조작하면 절삭 인선을 강화할 수 있다.

절삭 인선 뒤쪽의 강화 영역인 T 랜드를 포지티브 각으로 설정하면 특정 작업 및 피삭재 재질을 처리하고 절삭력을 최대한 최소화하는 데 필요한 충분한 강도를 얻을 수 있다. 챔퍼는 절삭력을 증가시키는 대신 날카로운 절삭 인선에서 가장 약한 부분을 쳐낸다. "단단한" 칩 제어 형상은 칩이 좁은 예각을 통과해 둥글게 말린 채 쪼개지도록 한다. 이러한 형상은 긴 치핑 재질에 효과적이나 절삭 인선에 대한 부하를 가중시킬 수 있다. "부드러운" 칩 제어 형상은 절삭 인선에 대한 부하를 줄이나 칩의 길이가 길어진다. 호닝 등의 공구 인선 처리와 마찬가지로 다양한 형상을 조합함으로써 특수 피삭재 재질 가공 시 절삭 성능을 최적화할 수 있다.

가공 비용 모델 역시 미시적/거시적 관점으로 표현할 수 있다. 미시적 경제 모델은 절삭 조건을 절삭 비용에 직접 연결해 좁은 관점에서 절삭 공정을 이해한다. 거시적 경제 모델은 더 넓은 관점을 통해 지정된 피삭재를 생산하는 데 필요한 전반적인 시간을 강조한다.

제조업체는 일정 기간에 완성된 피삭재에서 공정을 완료하는 데 필요한 전체 기간에 이르기까지 다양한 방식으로 생산율을 측정한다. 피삭재 형상 요구 사항, 재질 특성, 전체 설비에서 제품 흐름, 인력 투입, 유지보수, 주변 장치 및 환경, 재활용, 안전 문제를 비롯해 다양한 요인이 생산율에 영향을 미친다.

일부 제조 비용 요소는 고정돼 있다. 피삭재 복합성과 재질은 일반적으로 부품을 만드는 데 필요한 가공 작업 유형과 수를 결정한다. 설비의 기계 공구를 확보하고 유지보수하는 비용과 가동 동력은 기본적으로 고정된 비용이다. 인건비는 다소 유동적이지만 단기적으로 봤을 때 고정된 요소이다. 이 비용은 가공 부품의 판매 수익으로 상쇄해야 한다. 피삭재를 완성품으로 만드는 생산 속도가 향상되면 고정 비용이 상쇄된다.

작업 현장의 직원과 생산 엔지니어는 절삭 조건과 생산성에 상당히 민감할 수 있으나, 상위 관리자는 그러한 수치보다 제조 운영상의 전체적인 비즈니스 목표에 더욱 민감하다. 절삭 조건과 절삭 공구를 선택하는 담당자는 먼저 회사의 가공 작업에 있어 넓은 범위의 목표를 고려해 그러한 목표 실현에 필요한 성능을 제공할 수 있는 절삭 조건과 공구를 선택해야 한다.

현대적인 생산 시나리오를 위한 다목적 공구
정시 생산 전략의 활용과 아웃소싱의 성장에 따라 제조업은 대량 생산에서 다품종 소량 가공 시나리오로 변화하고 있다. 하도급 업체는 점점 더 단속적이지만 반복적으로 소량 생산을 하는 경우가 많아지고 있다. 이런 상황에서 생산성과 공구 비용의 균형을 유지하려면 다양한 가공범위에서 다용성과 유연성을 제공하는 공구가 필요하다. 작업장 내 공구의 종류를 최소화하면 공구 취급 시간이 감소하고 가공 작업에 매진할 수 있는 시간이 늘어난다.

동일한 부품의 장기 생산으로 개별 작업의 생산성 향상을 중시하는 전통적인 방식은 해당 작업에 맞게 특별 설계된 공구를 적용한다. 장기 생산 가동을 통해 비용 회수가 가능한 경우에는 특수 공구의 설계와 구현 작업이 의미를 가진다.

그러나 다품종 소량 생산 조건에서 생산성과 공구 비용의 균형을 맞추려면 넓은 가공 범위에서 유연성을 높여주는 다목적 "범용" 공구를 적용하는 편이 유리하다. 이러한 공구는 피삭재 변경 시 새 공구로 전환하는 데 필요한 시간을 최소화해 중단 시간을 줄여주며 새 공구의 설치와 시험 가동이 불필요하다.

그러한 공구 중 하나가 바로 Seco Turbo 밀링 커터 제품군이다. 이 공구는 다양한 적용 분야에 다용성을 제공함으로써 비용 효율과 우수한 성능을 조화롭게 만족시켜준다. 커터의 포지티브 절삭 형상으로 소비동력이 절감돼 공구 수명이 연장될 뿐 아니라 절삭 깊이와 이송을 높일 수 있다.

범용 툴링에 접근하는 또 다른 방식은 다양한 용도에 어울리는 공구 세트를 조립하는 것이다. Seco Selection 공구는 유연성을 제공할 수 있도록 설계됐다. 선정된 그룹에 포함된 공구의 수는 제한적이며 모든 분야에서 반드시 최대의 생산성이나 비용 효율성을 제공하는 것은 아니다. 하지만 빠르게 변화하는 다양한 피삭재 재질과 부품을 가공하기 위해 최고의 유연성이 필요할 경우 가장 적합하고 경제적인 선택이 될 수 있다.

Patrick de Vos, Seco Tools 기업 기술 교육 매니저