가공 과학 + 공구 기술 = 최대의 결과물
가공 공정이 하나의 일관된 모델로 설명된다면 가공 기술의 새로운 발전이 최대의 경제적 이점을 제공할 수 있습니다. 전체 또는 글로벌 생산 경제의 관점에서 가능한 다양한 기술 시나리오를 비교하는 것이 매우 중요합니다.Fagersta, 2022년 3월 — 가공 공정이 하나의 일관된 모델로 설명된다면 가공 기술의 새로운 발전이 최대의 경제적 이점을 제공할 수 있습니다. 전체 또는 글로벌 생산 경제의 관점에서 가능한 다양한 기술 시나리오를 비교하는 것이 매우 중요합니다. 글로벌 생산 경제학의 실용적 정의는 다음과 같습니다: "최고의 생산성과 최저 생산 비용을 유지하면서 가공 공정의 최대 보안과 예측 가능성을 보장한다." 개별 작업의 자세한 1:1 최적화를 수행하기 전에 전체 프로세스의 생산성과 비용 효율성 그림이 균형을 이루고 거시적으로 최적화되어야 합니다. 이 단계가 수행되면 1:1 최적화가 도움이 될 수 있는 상황에 대한 신중한 조사를 통해 추가 개선을 달성할 수 있습니다.
미시적 및 거시적 모델
최대 가공 결과를 달성하기 위한 기존의 접근 방식에는 한 번의 작업으로 한 도구의 1:1 최적화를 기반으로 하는 좁은 관점의 미시적 모델이 포함됩니다. 반면에 거시적 모델은 더 넓은 관점에서 제조를 고려합니다. 이러한 거시적 또는 글로벌 모델을 사용하면 주어진 공작물을 생산하는 데 필요한 총 시간이 더욱 결정적인 역할을 합니다.
글로벌 최적화의 쉬운 예로는 부품을 가공하기 위하여 직렬로 사용되는 두 대의 장비 A 와 B 를 생각해 볼 수 있습니다. 공작 기계 A 의 절삭 시간을 최적화하고 출력을 높이는 것은 공작 기계 B 에서 유사한 개선이 불가능하다면 아무 소용이 없습니다. 증가된 생산량은 두 번째 기계 B 에서 대기하는 반제품 재고비용만 추가시킬 뿐입니다. 이 예에서 훨씬 더 나은 방법은 공작 기계 A의 절삭 비용을 최적화하는 것입니다. 그렇게 하면 공작 기계 A의 생산성이 제한될 수 있지만 생산량을 유지하면서 전체 비용을 절감할 수 있습니다.
반면에 공작 기계 B가 공작 기계 A가 생산한 부품을 처리하기 위해 대기하고 있는 상황일 때, 기계 A의 생산량을 늘리면 총 생산량이 증가합니다. 라인, 배치 또는 병렬 조직 여부와 같이 공장이 생산 작업을 구성하는 방법에 따라 많은 것이 달라집니다. 단 하나의 정답은 없지만, 이러한 예는 더 넓은 시야가 필요함을 나타내고 미시적 모델 최적화가 매우 신중하게 수행되어야 함을 보여줍니다.
더 넓은 시야를 가져야 할 필요성은 공작 기계 자체에도 적용될 수 있습니다. 일반적인 상황에는 일주일에 40시간 풀가동하는 밀링 머신을 운영하는 공장에서 고속 장비로 교체하기로 결정하는 작업을 예로 들 수 있습니다. 그러나 새 시스템이 가동되어 가동하게 되면 절반의 시간을 유휴 상태로 보내는 경우도 있습니다. 그런 경우 공장은 새 기계를 계속 바쁘게 유지하고 투자를 정당화하기 위해 더 많은 일거리를 찾아야 하는 도전과 비용에 직면합니다. 더 나은 방법은 먼저 더 큰 그림을 검토하고 새 장비의 더 큰 출력으로 인해 어떤 결과가 나올지 예상하는 것입니다.
비용 절감 VS 절삭 시간 최적화
1:1 최적화는 하나의 가공 어플리케이션과 하나의 절삭 공구에 초점을 맞추며 가능한 가장 낮은 비용으로 높은 금속 제거율(Q 또는 MRR)을 달성하기 위한 것입니다. 이 과정에는 해당 부품 가공에 가장 적합한 툴링을 결정하고 가능한 가장 큰 절삭 깊이와 가장 높은 이송 속도를 적용하는 작업이 포함됩니다. 물론 최대 절삭 깊이와 이송 속도는 장비의 가용 출력 및 토크, 공작물 고정의 안정성 및 공구 클램핑의 안정성과 관련된 제약 조건의 영향을 받습니다.
1:1 최적화의 마지막 단계는 최소 비용 또는 최대 생산성 측면에서 적절한 기준을 선택하고 절삭 속도 통해서 기준 달성을 미세 조정하는 것입니다. 공구 수명 결정을 위해 Taylor 모델을 기억하는 것이 중요합니다. 이 모델은 절삭 깊이와 이송이 일정한 환경에서, 공구 마모가 안전하고 예측 가능하며 제어 가능한 양상으로 발생하기 위한 특정한 절삭 속도 범위가 있음을 보여줍니다. 해당 조건 범위에서 작업할 때 절삭 속도, 공구 마모 및 공구 수명 간의 관계를 한정하고 정량화할 수 있습니다.
초기에는 가공 시간이 감소하고 절삭 속도가 증가함에 따라 생산성이 증가합니다. 그러나 특정 시점 이후에는 비용이 다시 상승하기 시작합니다. 특정 절삭 속도 이상에서는 공구 수명이 너무 짧아 절삭날(인선)을 자주 교체해야 합니다. 전체 그림에서 가공 시간에 대한 비용 감소는 빠르게 증가하는 공구 비용보다 영향이 적습니다. 어딘가에 두 비용의 합이 균형을 이루어 총 비용이 최소가 되는 절삭 속도가 있습니다.
생산성을 추구하는 과정에서 공장은 세부 사항에만 과도한 관심을 기울이지 않도록 주의해야 하며, 전체 그림, 즉 공작물을 생산하는 데 필요한 전체 작업 시간을 충분히 고려해야 합니다.
품질 및 생산성: 충분하지만 과하지 않게
오늘날 요구되는 부품 품질 수준은 과거보다 심각하게 높아졌습니다. 그러나 최고 수준의 품질을 과도하게 달성하는 경우도 있습니다. 높은 품질은 좋지만 지나치게 높은 품질은 돈을 낭비합니다. 상황을 요약하는 간단하고 이론적인 질문은 다음과 같습니다: "기술적 허용치는 달성하는 한도 내에서 최저 수준의 제품을 생산하려면 어떻게 해야 할까?" 최소한의 요구 사항만 충족하면 비용을 크게 절감하고 생산성을 크게 높일 수 있습니다.
마찬가지로, 낮은 사이클 타임이라는 측면에서 최대 생산성에 전적으로 초점을 맞추면 금속 가공 공정의 신뢰성이 저하될 수 있습니다. 공정이 가능성의 한계 지점에서 지속적으로 실행되다가 그 한계를 초과하면 비용이 거부되거나 공작물을 폐기해야 하고 시간이 손실됩니다.
품질, 생산 시간 및 비용
생산 효율성에는 품질, 생산 시간 및 비용의 세 가지 요소가 있습니다. 에너지 소비, 마모된 공구 및 가공 폐기물의 재활용을 비롯한 환경적 요인은 직원의 복지와 관련된 안전 요인과 함께 고려되어야 합니다.
다양한 개별적 기술 요소가 생산 효율성에 영향을 미칩니다. 가공 공정에서 50 ~ 70개의 개별 요소 중 하나 이상이 효율성에 상당한 영향을 미치는 것은 전혀 드문 일이 아닙니다. 일반적인 요인에는 공구/홀더, 가공물 구성 및 소재, 장비 프로세스 기능 및 데이터, 인적 요인, 주변 장비 및 유지 관리 문제가 있습니다.
가장 영향력 있는 요인 중 하나는 공구와 가공물의 상호 작용 결과입니다. 공구 마모 및 고장 현상에 대한 이해는 가공 공정을 제어하는 데 필수적입니다. 마모 관련 현상은 일반적으로 점진적이고 예측 가능하지만 공구 파손과 같은 다른 고장 현상은 안정적인 절삭 프로세스를 유지하는 데 필요한 예측 가능성이 낮습니다.
범용 공구
생산성, 안정성 및 공구 비용 고려 사항의 균형을 맞추려면 광범위한 응용 프로그램 범위에서 다기능성과 유연성을 제공하는 공구가 필요합니다. 다용도 또는 범용 툴링(아래 사이드바 참조)은 더 작은 배치(로트) 규모로 전환중인 제조업의 분명한 추세에 대한 해답이기도 합니다. 더 작은 가공 배치 크기(로트 규모)로 이동하는 추세는 적시 생산 방식(JIT; Just-In-Time)의 활용도가 증가하고 아웃소싱이 증가했기 때문입니다.
하청업체들은 정기적으로 생산해야 하지만 연속적이지는 않은 더 작은 배치(로트) 규모에 직면해 있습니다. 과거에는 자동 공구 교환기가 공구 교환에 의한 가동 중지 시간을 줄이는 데 도움이 되었고 팔레트 교환기를 사용하면 가공물 조작으로 인한 가동 중단 시간이 감소했습니다. 범용 공구는 공작물이 변경될 때 공구를 교체하는 시간을 최소화하고 새 공구를 설정하고 테스트할 필요가 없으므로 가동 중지 시간을 줄일 수 있습니다. 공장에서 공구의 수를 최소화하면 공구 처리 시간이 줄어들고 가공 작업에 투입할 수 있는 시간이 늘어납니다.
기존의 공구 선정 관념은 각 가공에 중점을 두는 경향이 있었습니다. 예를 들어 강, 스테인리스 강 또는 황삭 또는 밀링용 공구를 찾는 식입니다. 하지만 단일 작업을 위한 공구를 선택하는 것보다 더 중요한 것은, ‘해당 작업이 전체 그림에 어떻게 들어맞는지’ 입니다. 생산성, 비용 효율성 또는 신뢰성 측면에서 원하는 것, 그리고 생산 프로세스의 전체적인 관점에서 가장 낫다고 판단되는 방향을 향해야 합니다.
간단한 해결책
공정 최적화에 대한 폭넓은 관점을 취하는 것은 복잡할 필요가 없습니다. 매우 기본적이고 간단한 작업과 분석을 수행하면 됩니다. 사용한 공구를 검사하는 것이 핵심 예입니다. 공구에 나타나는 마모 또는 악화 양상을 올바르게 해석하면 공장에서 진행 중인 일에 대한 넓은 시야를 얻을 수 있습니다. 예를 들어, 일반적으로 공장에서 절삭날(인선) 길이가 12mm인 인서트를 사용하는데 공구의 마모 길이가 2mm 또는 2.5mm에 불과하다면 해당 공장은 작업에 비해 너무 큰 인서트를 사용하고 있을 것입니다. 6mm 절삭날(인선)이 있는 공구로도 충분하고 6mm 길이의 인선이 있는 공구는 인선 길이가 10mm 인 공구보다 훨씬 저렴합니다. 이러한 간단한 관찰을 통해 생산성 손실 없이 공구 비용을 50%까지 줄일 수 있습니다.
