[첨단 헬로티]
요시카와 무츠미 (吉川 睦), 나카무라 신고 (中村 眞吾 ) 三菱중공공작기계(주)
1. 서론
자동차를 중심으로 한 제품의 경량화와 디자인의 복잡화를 배경으로, 프레스 금형이나 수지 금형에 요구되는 정도와 면품위에 대한 요구는 점점 더 높아지고 있다.
앞으로 더 높아질 정도 요구에 대응하기 위해 기계 본체 구조나 제어 방법을 하나에서부터 재인식, 대형 고정도 가공기 MVR․Fx를 개발했다(그림 1).
MVR․Fx는 ‘제로에 대한 도전-단차 제로, 형상오차 제로, 손다듬질 제로’를 콘셉트로 내걸고 있으며, 대형 금형의 고정도 가공을 실현하고 있다.
이 글에서는 기계의 기술적 특징과 이번에 새롭게 개발한 축심 냉각 기능이 있는 2축 분할 주축인 유니버설 헤드를 이용한 고정도 가공 사례에 대해 소개한다.
2. 기계의 기술적 특징
대형 금형의 고정도 가공을 실현하는 기계 본체와 유니버셜 헤드의 특징, 또한 경사시킨 공구를 고정도로 측정하는 촬상식 공구 측정 시스템의 3가지에 대해서 설명한다.
(1) 기계 본체
기계 본체는 지령대로 정확하게 추종시키는 이송장치, 구동 가감속에 견딜 수 있는 기계 강성으로 했다. 이송장치는 장착이 되는 볼나사의 비틀림 영향을 최소한으로 억제하기 위해 볼나사 양 끝단에 모터를 직결한 구조(제로 갭 드라이브 시스템)을 채용, 높은 리스폰스 구동을 실현했다.
구조체는 기존대비 1.8배 폭의 칼럼과 오버행이 없는 크로스레일 문형 구조와 테이블 휨을 억제하는 3열 가이드 구조 등으로 대폭적으로 강성을 높였다.
가공 정도의 악화로 이어지는 기계의 자기 발열이나 기계의 설치 환경의 온도 변화에 의한 열변위 대책도 철저하게 했다. 이송장치는 볼나사나 베어링, 모터 장착면과 모든 발열부를 냉각, 구동에 의한 온도 상승을 억제했다.
칼럼에는 온도 제어 매체를 봉입해 온도 변화에 영향을 미치지 않는 구조로 했다(써모스태빌라이저 칼럼). 기계적으로 온도 변화를 억제함으로써 재현성이 높고 안정된 정도를 실현하고 있다.
(2) 유니버셜 헤드
MVR․Fx의 주축은 가공 내용에 맞춰 입향 익스텐션 헤드 외에 유니버셜 헤드를 준비했다(그림 2). 어느 것이나 최고 회전 속도 20,000min-1의 HSK-A63 테이퍼로 하고 있다.
이 기계의 유니버셜 헤드는 익스텐션 헤드와 함께 주축 내외 냉각과 특수 제트 윤활 기술을 채용하고 있다. 이것에 의해 공구의 열변형을 포함한 열변위를 억제한 고정도 주축으로 되어 있다.
(3) 촬상식 공구 측정 시스템
유니버셜 헤드의 기울어진 공구로도 측정할 수 있게 진화시킨 촬상식 공구 측정 시스템(그림 3)은 카메라를 이용한 동사 독자의 기술로, 공구를 고정도로 측정하는 것이 가능하다. 또한 공구 날끝을 연속적으로 측정할 수 있기 때문에 열변위가 안정된 것을 자동 판정하는 기능을 가지고 있다(특허 취득 완료).
유니버셜 헤드는 분할오차나 열변위, 중력에 의한 공구 변형 등으로 날끝 위치 어긋남이 생기고 가공 정도의 악화로 이어진다.이 시스템은 카메라 유닛을 수평 방향으로 회전시키는 기구에 의해 2방향에서 공구상을 촬영함으로써 XYZ 3방향의 날끝 위치를 고정도로 측정하고 있다.
3. 고정도 가공 사례
MVR․Fx의 유니버셜 헤드 주축과 촬상식 공구 측정 시스템을 이용한 가공 사례 2가지에 대해 이하에 소개한다.
(1) 입방체 형상 워크 가공
입방체 형상의 워크 상측 1면과 4측면의 가공을 했다(그림 4). 각 면은 9분할함으로써 합계 45종류의 분할 각도로 가공을 했다. 공구는 ø10 초경 볼엔드밀을 8,000min-1로, 강재의 워크를 가공했다. 가공면마다 공구의 각도나 절삭 방향이 다르기 때문에 외관은 격자 모양으로 되어 있지만, 가공면 단차는 최대라도 0.01mm 이하를 달성하고 있다.
(2) 범퍼 모델 워크 가공
범퍼의 캐비티 모델 금형의 다듬질가공을 ø16～ø3의 초경 볼엔드밀을 이용해 했다(그림 5). 가공 전에는 유니버셜 헤드 분할 후에 촬상식 공구 측정 시스템으로 날끝 위치를 측정함으로써 공구 간 단차가 거의 없는 가공면을 얻었다.
4. 맺음말
대형 고정도 가공기 MVR․Fx는 고정도의 금형가공을 실현, 유저의 금형 손다듬질을 줄임으로써 생산성을 향상시킬 수 있는 기계이다. 유니버셜 헤드와 촬상식 공구 측정 시스템을 이용한 가공 사례로 고정도․고품위 가공이 가능한 것을 나타냈다. 앞으로 더욱 금형가공 사례를 늘려 가는 동시에, 기계나 주변 애플리케이션을 고도화해 금형가공의 고정도화, 고능률화에 공헌해 간다.
요시카와 무츠미 ＆ 나카무라 신고 : 기계본부 기술개발추진실 주석 ＆ 동 주임
