주말 48시간 무인 가동 달성! 무인 가공을 막던 병목 현상을 해결한 Chamfering 공구는?

벨트 핀 자체 생산 프로젝트

츠바키모토 메이프란 주식회사는 주력 제품인 컨베이어를 시가현 고카시 본사 공장에서 생산하고 있어. 본사 공장은 판금 작업부터 용접, 조립, 도장에 이르는 통합 컨베이어 생산 공정을 모두 처리하는 마더 플랜트야. 이때 주요 컨베이어 부품 중 하나인 벨트 핀 조달에 문제가 발생했어. 이전에는 본사 공장에서 금속 절삭 작업을 거의 하지 않았고, 가공이 필요한 벨트 핀은 외주 생산했었지. 하지만 하청업체가 생산을 계속하기 어려워졌어. 이 문제를 해결하기 위해 벨트 핀 자체 생산 프로젝트가 시작되었어. 금속 절삭에 대한 깊은 지식을 가진 생산 기술부의 이치하시 씨가 프로젝트 리더로 임명되었지.

이치하시 씨

“이전에 외주 생산하던 벨트 핀을 본사 공장에서 자체 생산하면 많은 이점을 얻을 수 있어서 자체 생산을 추진하기로 했어. 자체 생산을 통해 수요에 따른 유연한 생산 계획이 가능하고 소량 생산도 더 쉬워져. 외주 생산할 때는 주문량과 리드 타임 때문에 많은 부품 재고(재공품)를 유지해야 했어. 자체 생산을 통해 고객 요구 사항에 맞춰 생산 일정과 생산량을 유연하게 조정할 수 있게 되었지. 적시 생산(Just-in-Time)을 구현하여 부품 재고를 크게 줄일 수 있었어.”

이것은 생산 효율성 향상이 기대되는 중요한 프로젝트였어.

이치하시 씨

“리드 타임 단축과 재고 감소에 대한 기대 외에도, 이번 프로젝트의 목표로 원가 경쟁력도 설정했어. 생산 비용을 고려하면 해외 생산도 한 가지 선택지였지만, 최종 조립 현장인 본사 공장에서 부품을 생산하는 것이 운송 리드 타임(현지 생산, 현지 소비) 측면에서 최적이야. 그래서 우리는 국내 생산으로도 해외 생산에 필적하는 원가 경쟁력을 갖춘 생산 라인을 구축하는 것을 목표로 삼았어. 원가 경쟁력 달성의 핵심은 ‘자동화 및 장시간 무인 가동’이라고 생각했지.”

힌지형 스틸 벨트 컨베이어의 외관 및 구조

벨트 핀 외관

무인 가동을 막는 병목 공정

설정된 목표를 달성하기 위해 라인 구축이 진행되었어. 벨트 핀은 긴 원통형 부품이므로 재료 공급을 위해 바 피더를 채택했지. 또한, 긴 공작물의 재그리핑과 양단 가공을 자동화하기 위해 서브 스핀들이 장착된 NC 선반을 선택하여 공작물 로딩, 가공, 언로딩까지 모든 것을 자동화했어.
벨트 핀은 다양한 직경과 길이의 여러 모델이 있어. 각 모델에 대한 가공 프로그램을 생성하고 검증하여 공장 최초의 가공 부품 시동을 성공적으로 완료했지.
가공 시동은 성공적으로 완료되었지만, 다른 목표인 장시간 무인 가동은 아직 달성되지 못했어. 두 공정에서 사용되는 공구의 수명이 짧아서 공구 교체 빈도가 높아 장시간 가동이 불가능했거든.

이치하시 씨

“비교적 생산량이 많은 모델은 휴일 동안 무인 가동으로 가공하는 것을 목표로 했어. 예를 들어, 금요일 퇴근 시 세팅을 완료하고 가공을 시작하는 거야. 주말(토요일, 일요일) 동안 무인 가공을 할 수 있다면 라인 생산 효율성과 생산 비용에 크게 기여할 수 있을 거야. 이를 달성하려면 약 48시간의 무인 가동을 해야 했는데, 병목 공정의 공구 수명 문제로 목표에 도달하지 못했어.”

벨트 핀 가공의 병목 공정

병목 공정 1: Parting / 단면 정삭 Turning

생산에 바 피더를 사용했기 때문에 Parting 공정은 주요 작업 중 하나였어. 또한, 다양한 모델을 가공하는 데 필요한 공구 수와 터릿 스테이션 수의 제약 때문에 Parting 공구를 단면 정삭에도 사용하여 공구 사용을 통합했지.

병목 공정 2: 스폿 Drilling + Chamfering

홀 위치 정확도를 높이기 위해 홀 가공 전에 스폿 Drilling을 수행했어. 이 홀들은 C-Chamfering이 필요했기 때문에, 90° Chamfering 공구를 미리 깊게 구동하여 스폿 Drilling과 Chamfering을 한 번의 작업으로 결합하도록 공정을 설계했어.

‘스폿 Drilling + Chamfering’ 공정 가공 이미지

1. 공정 1
   스폿 Drilling + Chamfering
2. 
3. 공정 2
   Drilling

이치하시 씨

“특히 문제가 있다고 느꼈던 공정은 바로 이 ‘스폿 Drilling + Chamfering’ 공정이었어. 공작물을 잡는 콜릿 케이스와 로터리 공구 유닛 간의 간섭, 그리고 기계의 밀링 범위 제한 때문에 밀링 작업을 위해 공작물이 약 80mm 돌출되어야 했어. 게다가 단면 근처에서 가공이 이루어져야 했기 때문에 캔틸레버 방식으로 해야 했지. 공작물이 강성이 낮은 상태에서 가공이 불안정해졌어. 특히 직경이 작은 벨트 핀 모델에서는 채터링이 심하게 발생하여 홀 모양이 불규칙한 Chamfer가 생겼어.”

이치하시 씨

“여러 제조업체에 공구 개선을 요청했고, 공구 개선 작업을 진행하고 있었어. 한 제조업체에서 맞춤형 공구를 제작하여 테스트했지만, 필요한 개선을 가져다줄 공구를 찾기 위해 고군분투하고 있었지.”

장시간 무인 가동이라는 목표는 막다른 길에 다다랐어.

센터 핀 가공에 사용되는 바 피더 및 서브 스핀들 장착 NC 선반

‘스폿 Drilling’ + ‘Chamfering’ 공정 모습

병목 공정 해결책

이 무렵 이치하시 씨와 Tungaloy 교토 영업소의 무라타 씨가 처음 만났어.
이치하시 씨가 선택한 드릴 제품을 이용한 가공에 대한 상담 요청이 대리점을 통해 무라타 씨에게 전달되었지. 무라타 씨가 이치하시 씨를 방문했을 때, 이치하시 씨가 겪고 있는 어려움에 대해 알게 되었어.

무라타 씨

“Parting/단면 Turning 공구 개선을 위해 TungCut을 제안했어. TungCut은 독특한 아크형 인서트 시트를 특징으로 하여 횡력에 강한 저항력을 제공하며, Parting뿐만 아니라 Turning 작업도 가능한 Grooving/Parting 공구 시리즈야. 인서트로는 최신 등급인 AH7025를 선택했어. 이 등급은 이미 다른 고객사에서 뛰어난 결과를 보여주었기 때문에 테스트를 권장했지.”

이치하시 씨

“AH7025를 테스트했을 때, 공구 수명 연장을 달성했고 병목 공정 중 하나를 해결했어. 원래 우리는 공구 수명과 표면 조도 품질 측면에서 냉각수를 사용하여 가공했어. 하지만 냉각수를 사용하면 수질 저하로 인해 주기적으로 교체해야 하고, 폐유로 처리하는 것은 최근 점점 더 문제가 되는 환경 문제를 야기해. 우리는 냉각수 없이 건식 가공을 확립하고 싶었어. 그런 점에서 AH7025는 건식 가공에서도 만족스러운 표면 조도 품질을 제공하면서 목표 공구 수명을 충분히 달성했어. 우리는 당신의 공구 기술에 솔직히 감탄했지.”

무라타 씨

“다른 병목 공정인 ‘스폿 Drilling + Chamfering’의 경우, 소직경 공작물과 긴 오버행 조건 때문에 어려운 개선이 될 것이라고 예상했어. 교환식 헤드 공구 TungMeister는 다양한 Chamfering 헤드를 제공하므로, 이 라인업에서 벨트 핀 가공에 최적인 헤드를 선택할 수 있는지 살펴보았지.”

교환식 헤드 엔드밀 TungMeister: 광범위한 Chamfering 헤드 종류

교환식 헤드 엔드밀 TungMeister는 스퀘어 헤드 외에도 고이송, 볼 노즈, Chamfering, Drilling, 슬롯형 헤드 등 광범위한 헤드 라인업을 제공해. 특히 Chamfering 공구 라인업은 확연히 다른 특성을 가진 Chamfering 헤드를 특징으로 해.

무라타 씨

“사용 가능한 여러 헤드 유형 중에서 가장 날카로운 절삭과 가장 낮은 저항 설계를 가진 VDS 유형을 이 응용 분야에 선택했어.”

TungMeister Chamfering 헤드는 ‘비용 효율성을 위한 프레스 성형 설계의 VCP 유형’, ‘생산성을 위한 다날 설계의 VCA 유형’, ‘저저항 절삭을 위한 고 헬릭스 각도 설계의 VDS 유형’의 세 가지 유형으로 제공돼.

무라타 씨

“VDS 유형의 큰 헬릭스 각도와 저저항 설계가 이 응용 분야에 적합할 것이라고 예상하고 선택했어. 또한, 츠바키모토 메이프란에서 사용하던 경쟁사 Chamfering 공구를 살펴보니 절삭날에 시닝이 적용된 것이 없었어. 시닝 기능이 있는 VDS 유형을 사용하면 thrust force를 줄여 강성이 낮은 공작물에서도 공작물 처짐을 억제할 수 있을 것이라고 생각했지.”

VDS 유형의 특징

1. VDS 헤드 정면도
   
2. VDS 헤드
   

48시간 주말 무인 가동 달성

성공에 대한 높은 기대를 안고 테스트가 시작되었어. 기존 공구가 채터링과 함께 가공되었던 반면, VDS 유형은 채터링 발생을 크게 억제했어. 안정적인 가공을 확인한 후, 테스트는 실제 생산 테스트로 넘어갔지. 테스트 결과는 다음과 같았어:

• 공구 수명이 3,000개로 연장되었어. 이전 600개 설정의 5배야.
• 이전에 불규칙한 모양이었던 Chamfer 영역이 깨끗한 원형으로 바뀌어 제품 품질이 향상되었어.

이것들은 상당한 개선이었지.

이치하시 씨

“이 공구로 가공한 결과는 놀라운 일련의 새로운 발견이었어. 두 가지 병목 공정을 해결하고 48시간 주말 무인 가동을 달성함으로써 벨트 핀 가공 라인의 생산성 향상에 크게 기여했어. 범용 기계를 사용한 벨트 핀 가공은 해외에서도 아직 달성되지 않았기 때문에, 이 새로운 라인은 해외 생산에 필적하는 원가 경쟁력을 갖추고 있다고 생각해.”

이치하시 씨

“가공 안정성 향상과 공구 수명 연장 외에도, TungMeister의 쉬운 공구 교체 방식도 높이 평가하고 있어. 솔리드 공구의 경우, 공구를 교체할 때마다 콜릿을 풀고 다시 조이고, 공구 돌출 길이를 조정하고, NC 프로그램에서 공구 길이 오프셋을 수정해야 했어. 나사식 헤드 부착 Chamfering 공구도 사용했지만, 제거 중에 나사가 기계 내부에 떨어져 분실되는 사고도 있었지. 샹크를 제거하지 않고 렌치만으로 헤드 교체가 가능한 TungMeister는 공구 교체 작업 개선에도 기여했어.”

기계 내 공구 교체가 잦은 선반에서 교환식 헤드 공구만의 이점이 명확하게 인정받았어.

TungMeister VDS 유형 헤드를 사용한 가공된 Chamfer

더 긴 무인 가동을 향하여

츠바키모토 메이프란은 현재의 개선에 만족하지 않고 이미 추가 개선을 향해 나아가고 있어.

이치하시 씨

“이제 두 가지 병목 공정이 해결되었으니, 다른 가공 공정인 면 가공이 현재의 병목이 되었어. 이 공정을 개선하여 다음에는 60시간 무인 가동에 도전하고 싶어.”

다음 목표를 듣고 무라타 씨가 대답했어:

무라타 씨

“‘스폿 Drilling + Chamfering’ 공정과 마찬가지로, 면 가공도 강성이 낮은 조건이 포함돼. 여기에서도 가능한 한 절삭 저항이 낮은 커터를 선택하여 안정적인 가공과 공구 수명 연장을 추구하고 싶어.”

무라타 씨

“이 회사에 입사한 이후로 선배에게 배운 ‘위기는 기회다’라는 좌우명을 소중히 여기고 있어. 이번 사례처럼 일이 잘 풀릴 때도 있지만, 가공이 계획대로 되지 않아 문제가 발생할 때도 있지. 하지만 쉽게 포기하기보다는 다른 아이디어나 개선책이 있는지 탐색하고 계속 도전하는 것이 가장 중요하다고 생각해. 특히 어려운 경우에 문제를 해결하는 것이 고객과의 신뢰 관계를 더욱 강화한다고 느껴.”

무라타 씨는 60시간 무인 가동 달성이라는 다음 도전도 지원할 것을 약속했어.

이치하시 씨

“가공에는 실제로 해봐야만 알 수 있는 것들이 많아. 우리는 기존 개념에 얽매이지 않고 계속해서 도전할 생각이야.”

이치하시 씨는 다음 도전에 대한 포부를 밝혔어.
Tungaloy는 매일 새로운 도전을 하는 제조 전문가들을 계속해서 지원하기 위해 노력할 거야.