Sharp-E 뉴스 레터 2024년 3월

 

 

절삭 공구를 많이 사용하거나 때 때로 적합한 공구가 부족할 때 나만의 공구를 만들어보고 싶다는 생각을 해본 적이 있을 것입니다. 아니면 최소한 낡은 공구를 연삭하는 것 정도는 생각해 보셨을 겁니다. 하지만 공구 연삭을 자체적으로 하는 것이 현명한 결정인지 어떻게 판단할 수 있을까요? 이 질문은 GKN 항공우주 엔진이 직면한 문제이며, 수석 제조 엔지니어인 제레미 세인트 피에르가 고려 사항에 대해 알려드립니다. 또한, 제레미 세인트 피에르 수석 엔지니어는 아웃소싱으로 전환할 경우의 모범 사례에 대한 귀중한 조언도 제공합니다.

비용 절감으로 2년 내 투자 회수

CNC 공구 그라인더와 필수 보조 장비에는 상당한 투자가 필요합니다. 그래서 GKN의 경영진은 세인트 피에르에게 공구 소비량을 조사하고 공구 연삭을 자체적으로 진행함으로써 달성할 수 있는 잠재적 절감 효과를 예측해 달라고 요청했습니다. 세인트 피에르는 많은 공구를 여러 번 재연삭 할 수 있다는 점이 핵심 요소 중 하나였다고 설명했습니다. 예를 들어, 그는 테이퍼 볼 노우즈 엔드밀을 예로 들며 "매번 원하는 형태"로 연삭 할 수 있다고 설명했습니다.

반대로 세인트 피에르는 이러한 공구 중 상당수는 인덱싱이 불균일하고 가변 헬릭스로 복잡하기 때문에 외부 공급업체는 원래 공구를 만들지 않는 한 재연삭을 원하지 않는다고 경고했습니다. 따라서 직접 재연삭 할 수 없는 경우 제한된 공급에 묶이게 되고, 이는 비용이 많이 들고 잠재적으로 위험할 수 있습니다.

세인트 피에르는 또한 일부 대용량 공구는 업계에서 표준이 아니라는 이유로 매우 비싸다는 사실을 발견했습니다. "0.5인치 커터 대신 0.485인치 커터 직경이 필요할 수도 있습니다. 이는 엄밀히 말하면 맞춤형이기 때문에 프리미엄을 지불하고 12주 분량의 공구를 주문해야 했습니다. 그리고 리드 타임도 길었습니다." "좋은 가격을 받기 위해 한 번에 70개의 공구를 주문해야하는 것"을 포함하여 실제 툴링 비용을 계산한 결과, 세인트 피에르는 ANCA MX7 리니어 공구 연삭기 4대, ZOLLER "타이탄" 측정기, 휠 드레서 및 드래그 피니셔 같은 지원 장비를 모두 갖춘 훨씬 더 강력한 툴 룸에 투자할 수 있는 근거를 마련할 수 있었습니다. 하지만 이에 대한 투자 회수 기간은 2년밖에 걸리지 않았습니다.

하지만 세인트 피에르는 GKN이 공구에 막대한 비용을 지출한 대기업이기 때문에 소규모로 시작하는 것이 많은 기업에게 더 합리적이라는 것을 알고 있었습니다. 그는 또한 "'모든 것을 가져올 수 있다'고 말하기 전에 중요하고 실행 가능한 도구, 즉 '쉬운 성공'을 면밀히 살펴볼 것"을 제안했습니다. 그런 다음 그라인더와 관련 장비를 자신 있게 지정하고 숫자가 제대로 작동하는지 확인할 수 있습니다.

더 빠른 회전

생피에르의 공구실은 생산 현장에 필요한 공구를 신속하게 제공함으로써 GKN의 전반적인 효율성을 크게 향상시켰습니다. 그리고 재연삭뿐만이 아닙니다. "우리는 현재 직경 8인치 공구부터 5.5인치 절삭 길이의 1인치 8인치 공구까지 모든 것을 연삭하는 데 ANCA 머신을 사용하고 있습니다."라고 세인트 피에르가 설명합니다. "우리는 일회성 맞춤형 툴링과 긴급 수리가 필요한 모든 공구를 제작합니다. 외부에서 만들어야 했던 모든 공구를 이제는 우리가 직접 제작합니다. 또한, 복합재 툴링,

특수 소재 툴링, 플라스틱, 목재용 툴링 등 필요한 모든 공구를 제작합니다." 맞춤형 도구의 리드 타임은 짧게는 하루, 길게는 2주까지 걸린다고 그는 덧붙였습니다. "단 하나만 원하셔도 저희가 만들어 드립니다."

가공 개선을 위한 설계 조정

사내 연삭 공장이 전문 제조업체보다 더 나은 절삭 공구를 만들지 못할 것이라고 생각할 수도 있습니다. 하지만 GKN에 집중하고 실험에 대한 세인트 피에르의 의지로 인해 실제로 이 팀은 "다른 유명 공구 제조업체의 공구를 상당 부분 능가했습니다."라고 세인트 피에르는 말합니다. "그게 저희의 의도는 아닙니다. 단지 저희는 운영과 제품에 집중하고 해당 생산 환경에 맞는 툴을 맞춤화할 수 있게 되었을 뿐입니다. 저희를 위해 툴을 조정할 수 있는 기능이 있습니다."

세인트 피에르는 자신의 접근 방식을 "망가질 때까지 밀어붙인 다음 다시 다이얼을 돌려 최고의 도구를 만드는 것"이라고 요약합니다. 유휴 머신이 있는 경우 부속 GKN 공장에서 공구를 시험해 보거나 전용 테스트 머신이 있고 즉각적인 피드백을 제공할 수 있는 스웨덴 지사로 공구를 보내기도 합니다. 또한 수년 동안 함께 일해 온 회사에 샘플 도구를 제공하고 의견을 구하기도 합니다.

세인트 피에르는 또한 미시간주 윅섬에 본사를 둔 ANCA가 툴 설계 문제를 해결하는 데 도움을 주었다고 말합니다. "일 년에 몇 번씩 미시간에 가는 이유는 그만한 가치가 있는 여행이기 때문입니다. 제가 보통 제작하지 않는 공구로 어려움을 겪고 있을 때면 ANCA에 가져다주고 함께 앉아 설계를 합니다. 또는 그들이 저에게 전화해서 전화로 상의하기도 하죠. 하루나 이틀 동안 함께 도구를 만들 수 있습니다. 그리고 그들은 아무것도 요구하지 않습니다. 그냥 어떻게 진행되고 있는지 알고 싶어 하죠. 많은 도움을 받았습니다."

세인트 피에르가 보고한 놀라운 발견 중 하나는 많은 공구의 절삭날을 OTEC 드래그 피니싱 머신으로 연삭하여 코팅할 필요가 없다는 것이었습니다. "우리 공구는 코팅한 것보다 더 오래 지속됩니다."라고 세인트 피에르는 말합니다. "고온 가공에 사용되는 공구의 경우 많은 공구를 코팅합니다. 하지만 저희는 '타이타늄'을 위해 테이퍼 볼을 많이 만들고 많은 테스트를 거쳤습 니다. 드레그 피니싱을 통하면 공구를 오래 사용할 수 있습니다. 이전 공구보다 수명이 4배나 늘어난 경우도 있습니다."

세인트 피에르는 더 높은 성능 외에도 드레그 피니싱은 코팅에 필요한 약 1주일의 리드 타임과 그 비용, 추가 배송 및 취급 비용을 없앨 수 있다고 덧붙였습니다. "재연삭에 5달러 또는 100달러의 비용이 들 수 있습니다."라고 그는 계속 설명합니다. "하지만 5달러를 들여 재연삭 해도 여전히 10달러짜리 코팅입니다. 이제 기본적으로 도구 비용이 3배가 되는 셈이죠. 몇 초밖에 걸리지 않는 공정으로 이를 없앨 수 있습니다." (세인트 피에르에 따르면 GKN의 평균 호닝 시간은 약 1분이며, OTEC은 한 번에 25개의 공구를 처리합니다.)

독립적인 수익 센터

세인트 피에르의 툴 룸은 코네티컷주 뉴잉턴에 있는 GKN의 항공우주 엔진 공장에 붙어 있지만, 별도의 수익 센터로 운영되고 있습니다. 북미에 있는 7개의 GKN 항공우주 엔진 사업장 모두에 서비스를 제공하고 다른 지역 항공우주 회사에도 공구를 판매합니다. 심지어 다른 회사의 외부 작업도 유치하여 수익을 추가할 수 있었습니다. GKN에게는 부수적인 일이지만, 사내 공구 연삭을 결정할 때 이러한 가능성도 고려할 가치가 있습니다.

올바른 그라인더 선택...

공구 연삭에 뛰어들 준비가 되었다면, 다음으로 가장 중요한 고려 사항은 어떤 공구 연삭기에 투자해야 하는가입니다. 당연히 사용 편의성과 지원은 핵심 요소이며, 머신 제작업체를 넘어서서 생각하는 것이 현명합니다. 현재 공급업체에 어떤 머신을 사용하고 있는지, 프로그램을 공유하거나 다른 지원을 제공할 의향이 있는지 물어보세요. GKN의 경우, 시장을 선도하는 기업이고 스웨덴 사업장에 ANCA 머신이 있었기 때문에 ANCA는 확실한 선택이었 습니다.

"그렇게 하면 서로를 도울 수 있습니다."라고 세인트 피에르가 설명합니다. "우리는 서로에게 프로그램을 보낼 수 있고, 같은 방식으로 연삭을 하고 있습니다... 공구를 만들어야 하는 경우, 그들이 우리에게 프로그램을 보내면 우리는 공구를 실행하고 다시 배송하면 마치 그곳에서 만든 것과 똑같은 공구가 만들어집니다."

세인트 피에르가 GKN에서 프로젝트를 시작할 당시에는 다년간의 제조 및 문제 해결 경험이 있었지만 공구를 연삭해본 적은 없었습니다. 그 후 팀에 합류한 모든 사람에게도 마찬가지였습니다. "저는 머신적인 성향이 있고 실제 세계를 이해하고 일을 지나치게 복잡하게 만들지 말아야 한다는 것을 알고 있는 사람들을 고용했습니다."라고 세인트 피에르가 회상합니다. "처음에는 모두 긴장했지만 가장 먼저 한 일은 미시간으로 날아가 2주 동안 ANCA와 함께 교육을 받는 것이었습니다. 그리고 나서 달리기 시작했습니다." 그 후로도 계속 배웠고 실수도 몇 번 했다고 그는 덧붙였습니다. 하지만 실패한 툴을 보낸 적은 단 한 번뿐이었습니다.

"자동화를 수행할 때 재보정, 재시운전, 위치 재교육 등 모든 작업을 ANCA의 소프트웨어로 처리할 수 있습니다. 제가 사용해 본 것 중 가장 사용자 친화적인 머신입니다. 머신을 처음 본 사람도 30분 안에 공구를 만들 수 있습니다. 머신에서 공구를 설계하고 연삭하는 것만 알려주면 작업자가 해야 할 일은 전혀 없습니다."

...그리고 올바른 측정기

공구실, 특히 항공우주 회사에 서비스를 제공하는 공구실에서 두 번째로 중요한 투자 결정은 검사 장비입니다. 미시간주 앤아버에 본사를 둔 ZOLLER는 또 다른 최적의 선택이었습니다. 첫째, GKN은 이미 ZOLLER 프리셋터를 보유하고 있었고, 세인트 피에르는 그 동안 구축한 원활한 협력 관계를 높이 평가했습니다. 둘째, ZOLLER는 ANCA와 긴밀한 파트너십을 맺고 있어 두 머신의 성능을 향상시키는 솔루션을 제공합니다. 그래서 GKN은 플루트 형태와 모서리 준비를 포함한 모든 공구 속성을 광학적으로 자동 측정할 수 있는 최고급 ZOLLER "타이탄"을 선택했습니다.

높은 정확도의 자동화

GKN은 모든 ANCA MX7 공구 연삭기에 로봇 로더와 내부 휠 드레싱 및 측정을 추가하기로 결정했습니다. 또한 이 머신에는 공구 프로파일을 스캔하고 연삭 프로그램을 자동으로 보정하여 형태와의 편차를 보정할 수 있는 레이저가 통합되어 있습니다. 이러한 기능을 결합하여 머신은 무인 교대 근무 시간 내내 엄격한 공차 공구를 생산할 수 있습니다. "우리는 공구에 대해 플러스 마이너스 0.5도만을 고수합니다."라고 세인트 피에르가 말합니다. "그리고 일부 공구는 더 엄격한 공차를 적용합니다. 정삭 가공용 볼 노우즈인 경우 몇 십분의 일도 허용하지 않습니다."

ZOLLER "타이탄"에는 로봇 로더도 장착되어 있는데, ZOLLER는 이 로봇 로더를 "로보셋2"라고 부릅니다. 또한 4개의 그라인더와 측정기 모두 소등 작업 중에 공구 직경을 자동으로 변경할 수 있습니다. 세인트 피에르는 이 기능이 중요한 이유에 대해 "GKN의 부품 번호가 400개나 되기 때문"이라고 설명합니다. 우리는 1000개 단위가 아니라 15~20개 단위로 생산하고 있습니다." 그리고 극소수의 예외를 제외하고는 모든 공구의 10~100%를 검사해야 합니다. 따라서 병목 현상을 방지하려면 유연한 워크홀딩이 필수적입니다.

두 시스템 모두 중간 슬리브를 삽입하여 서로 다른 직경을 고정하는 Schunk 유압 척을 사용합니다. GKN의 경우 로봇이 슬리브를 교체합니다. 생 피에르가 설명했듯이 "로보셋[또는 MX7 로더]은 모든 슬리브가 이미 내부에 들어 있고 그 위치를 알고 있습니다. 배치 번호 1이 0.5인치 공구라고 가정해 봅시다. 로봇이 0.5인치 슬리브를 잡고 척에 적재합니다. 그런 다음 모든 0.5인치 공구를 실행하고 필요한 보고를 수행합니다. 이 작업이 완료되면 슬리브를 교체하고 다음 크기의 공구를 잡은 다음 해당 프로그램을 실행하기 시작합니다. 프로그램을 작성하고 일정을 선택하기만 하면 됩니다." GKN은 5가지 크기를 수용하도록 팔레트를 맞춤 제작했으며, 세인트 피에르는 한 번의 무인 교대 근무로 20가지 다른 공구 디자인을 ZOLLER를 통해 실행할 수 있다고 말했습니다.

GKN은 ANCA 툴링 소프트웨어를 사용하여 "업계에서 익숙한 더미 솔리드 대신" 공구의 매우 상세한 프린트를 제작한다고 세인트 피에르가 설명합니다. "따라서 실제 물리적 도구의 모든 파라미터와 설계 방식을 포함할 수 있습니다." 그런 다음 이러한 인쇄물은 검사 루틴을 결정합니다. "표준 툴에서는 22~30개의 서로 다른 파라미터를 검사하지만, 우리는 가변 인덱스와 가변 나선형 툴을 많이 만들기 때문에 특히 모든 플루트를 검사해야 합니다." 세인트 피에르는 전체 세부 검사에는 "10분이 걸릴 수 있지만, 이러한 프로그램을 사용자 정의하여 특정 기능의 하위 집합을 확인하는 데는 1분 이내에 완료할 수 있다"고 덧붙였습니다.

ANCA-ZOLLER 파트너십에 대해 자세히 알아보기

QC 요건을 충족하기 위해 GKN은 "타이탄" 수준의 독립형 측정기가 필요합니다. 하지만 ANCA의 측정 기능이 ZOLLER의 측정 기능과 어떻게 겹치는지 주목하십시오. 두 장비가 수행할 수 있는 작업을 어떻게 나눌 수 있을까요? 두 머신이 협력할 수 있을까요? 생피에르의 목표는 필요한 공구 품질을 달성하는 것 외에도 생산성을 극대화하는 것입니다. 예를 들어, 작업자가 가능한 경우, 그는 ANCA의 내부 레이저를 사용하는 대신 "타이탄" 머신을 사용하여 공구 프로파일을 스캔하고 필요한 보정 데이터를 그라인더로 전송하는 것을 선호할 것입니다. 이렇게 하면 MX 연삭 공구를 계속 사용할 수 있습니다.

세인트 피에르는 또한 작업자가 조정 방법을 잘 모를 수 있는 상황에 대해서도 언급했습니다. "ZOLLER를 사용하여 측정한 후 연삭 프로그램으로 다시 전송하여 수정합니다. 서로 쉽게 대화할 수 있다는 점이 좋았고 설정하는 것도 그리 어렵지 않았습니다... 우리는 파라미터가 너무 많아서 한 가지가 다른 파라미터에 영향을 미칠 수 있는 고급 툴링에 사용했습니다. 그래서 ZOLLER의 도움을 받았습니다."

GKN은 또한 연삭 휠을 측정하는 데에도 ZOLLER를 사용하기 시작했으며, 이를 통해 MX의 생산성을 다시 한번 극대화하고 있습니다. "모든 휠 측정을 수행할 수 있도록 장비를 설치하여 전체 배치를 설정한 다음 그라인더로 데이터를 간소화할 수 있습니다."라고 세인트 피에르가 말합니다.

GKN은 또한 오프라인에서 휠을 컨디셔닝할 수 있는 독립형 휠 드레서도 보유하고 있습니다. 하지만 앞서 언급했듯이 무인 교대 근무의 경우, MX 머신은 공정 중인 공구를 연삭하고 측정하는 동시에 휠을 측정하고 드레싱할 수 있습니다. 한편 ZOLLER는 이전에 연삭한 공구에 대해 완성된 공구 검사를 수행합니다.

기타 보조 장비

모든 공구 연삭 공장에는 냉각수 필터링 및 온도 제어가 필요하며, GKN에서는 이중 용기 Transor 시스템으로 이를 처리합니다. 컷오프 머신은 카바이드 블랭크의 크기 조정에도 유용합니다. 여기서 GKN은 창의적인 접근 방식을 취하여 Makino U6 와이어 EDM을 선택했습니다. 세인트 피에르의 말처럼, "컷오프만 가능한 머신에 그렇게 많은 비용을 지출할 만큼 가격 차이가 크지 않았습니다. 그래서 저희는 대량으로 커스텀 컷오프를 하기 위해 와이어 EDM을 구입했습니다. 또한 회사 전체에 사용할 고정 장치와 검사 게이지도 자체 제작했습니다. 그 머신은 첫해에 연삭 공구와 관련이 없는 것들을 만들면서 스스로 비용을 지불했습니다." 세인트 피에르는 EDM을 사용하여 공구 프로파일을 절삭한 다음 ANCA에서 플루트 및 OD를 연삭할 것이라고 덧붙였 습니다. "EDM에서 연삭 공차를 유지할 수 있습니다." 그들은 이미 ANCA의 고정 받침대 부싱을 만드는 데 이 머신을 사용하고 있습니다.

로봇 그리퍼 및 기타 툴링용 3D 프린터, 모듈라 VLM 스토리지 타워, 레이저 마커에 ZOLLER의 TMS 공구 관리 소프트웨어를 추가하면 GKN의 툴룸은 효율적이면서도 자급자족할 수 있는 공간이라는 것을 알 수 있습니다.

"많은 작업"과 큰 투자가 필요했습니다. 하지만 세인트 피에르는 이렇게 요약했습니다: "이 프로젝트를 보고 나쁜 투자라고 말하는 사람은 아무도 없습니다. 모두가 진작에 이 일을 했으면 좋았을 것이라고 말합니다."

 

제레미 생 피에르가 주도한 GKN 항공우주 엔진의 사내 공구 연삭 작업은 불과 2년 만에 투자 비용을 회수했습니다(이미지 제공: ZOLLER).

6 3월 2024