수평형 터닝센터

1. 수평형 터닝센터는 무엇인가?

수평형 터닝센터는 주축이 수평으로 놓인 터닝센터입니다. 그럼 터닝센터는 무엇인가라는 질문이 있을 수 있다. 이 문제에 대해 답하기 전에 아래 사진을 먼저 보자.

위 사진의 기계는 범용선반으로 부르는데, 약 40년전에는 대부분의 선반이 이런 모습이었다.

왼쪽에 있는 레버를 이용하여 주축의 회전수를 맞춘 다음, 오른쪽 중간의 붉은색 레버를 아래로 당기면 주축이 회전한다. 다음으로 기계 중간의 원형핸들을 손으로 돌리면서, 바이트를 주축에 장착된 공작물에 접촉시켜 가공을 한다. 가공이 종료되면 아래에 있는 풋브레이크를 밟아 주축을 정지시킨다.

다음 사진을 보자.

이 사진의 기계는 요즘 선반의 모습이다. 사진은 디엔솔루션즈의 PUMA GT2100이다. 이러한 기계들을 호칭하는 이름도 바뀌었다. 예전과 같이 선반으로 부르는 불리기도 하지만, 요즘은 터닝센터라고 부른다. 그러나 크기와 기능은 사실 이전 선반과 동일하다. 즉 선삭공정을 수행하는 것이다. 선삭주축에 장착된 공작물을 선삭공구를 평면상에서 이동하여 원하는 형상을 만드는 것이다. 당연한 결과지만, 공작물의 최종형상은 원형이다.(아래 사진 참고)

달라진 부분을 보자?

우선 외관이 바뀌었다. 기계 외부를 외부와 차단하는 커버가 있고, 안전문이 설치되어 있다. 터닝센터는 작업자가 수동으로 기계를 조작하지 않고, 사전에 입력된 프로그램에 따라 컴퓨터가 기계를 조작한다. 이때 기계의 가공공간과 외부를 완전히 분리해야 안전하기 때문에 이런 구조로 바뀌었다.

둘째, 앞서 언급한 바와 같이 컴퓨터가 기계에 장착되어 있다. 컴퓨터는 기계 동작과 상태모니터링, 외부와 신호송수신에 관여한다.

언뜻보면 대단한 변화가 있는 것 같지만, 일하는 방식이 바뀌고, 가공품질이 균일화되고, 작업효율이 향상되었지만, 근본적으로 바뀐 것은 없다. 그런데 왜 선반대신 터닝센터라는 명칭을 사용할까?

터닝은 선삭이라는 의미이다. 공작물이 회전하며 가공하는 것이 선삭이다. 전통적인 개념과 일치한다.그럼 센터는 무슨 의미일까? 센터는 한 곳에서 종합적으로 이루어지는 것을 말한다. 쇼핑센터, 민원센터 등등 우리 주변에서도 유사하게 사용되고 있다. 디엔솔루션즈 PUMA GT2100만 보면 터닝센터라는 의미가 조금은 부자연스럽긴 하다.

사실 터닝센터라는 표현을 사용할 수 있는 이유는 따로 있다. 지금부터 자세히 알아보자.

2. 수평형 터닝센터의 구성요소

2.1. 선삭주축

주축은 선반이나 터닝센터에서 주요 작동 주축을 지칭한다. 이 주축은 주선삭주축 또는 선삭주축1번으로 호칭되기도 한다.

2.2. 공구대

사용가능한 공구의 수량은 공정상 중요한 부분이다. 터닝센터에서 공구대 1개당 4개에서 24개까지 선택이 가능합니다. 핵심은 공정을 완료할 수 있는 공구를 모두 장착할 수 있느냐는 것이다.

2.2.1 갱

갱은 필요한 공구를 1열로 배치하는 방식입니다. 일반적으로 4개에서 6개를 배치할 수 있습니다. 공구의 선택은 X축의 제어로 수행되므로, 보통 X축이 길어진다.

2.2.2 터렛

터렛은 원통형상의 외면과 측면에 공구를 배치하고, 이를 분할하여 공구를 선택하는 기구이다.

- BOT

- BMT

- VDI

2.2.3 회전공구

터닝센터에서 회전공구를 사용한다는 것은 선삭 뿐만 아니라 드릴, 탭, 밀링이 가능하다는 것이다. 머시닝센터에서만 가능했던 공정이 터닝센터에서도 가능하다. 회전운동을 직선운동으로 변환할 수도 있어서 회전공구의 종류에 따라 특수가공도 가능하다.

2.3. Y축

2.4. B축 터렛

2.5. 서브주축

서브주축은 메인주축과 크기와 용량이 동일할 수도 있고, 출력이 작거나, 척이 작거나, 주축관통경이 작을 수 있다. 메인주축과 서브주축은 서로 마주하고 있고, 서비주축은 Z축이동이 가능하여, 주축 사이에 어떤 유형의 이동이 발생할 수 있다. 이를 통해 본주축 공정을 완료한 후, 서브주축으로 공작물을 이동하여, 후면공정을 완료할 수 있다.

앞서 이야기한 바와 같이 가장 일반적인 서브주축의 축이송은 Z축이다. 이를 통해 메인주축의 공작물을 지지하거나, 공작물을 받아올 수 있다.

서브주축에서 Z축 이외에 X축 방향으로 이송이 가능한 경우도 있다. 이를 통해 터렛과의 간섭을 줄이거나, 동시가공 공정을 적용할 수 있다.

보통은 서브주축 또는 심압대가 단독으로 존재하지만, 어떤 기계는 서브주축과 심압대가 같이 부착되어 있는 경우가 있다. 이때는 보통 X축을 이용하여 서브주축을 사용할 지, 심압대를 사용할 지 선택한다.

2.6. 면삭주축

터렛에서 사용하는 회전공구는 가공능력에 일정한 한계가 있으나, 면삭주축을 별도로 장착하면 머시닝센터와 동일한 성능을 발휘할 수 있다.

2.7. 베드

과거 선반의 베드는 대부분 평베드였다. 평베드는 안내면이 수평인 베드를 지칭한다. 이후 터닝센터가 등장하면서 경사베드가 사용되기 시작했다. 경사베드의 특징은 칩과 절삭유가 경사면을 따라 아래로 흘러내리기 때문에 칩과 절삭유의 처리가 용이하다는 점이다. 동시에 작업자가 척에 좀 더 쉽게 접근할 수 있다는 장점이 있다. 이는 일반 사용조건 뿐만 아니라 자동화에서 중요한 요소이다.

소형 터닝센터의 경우, 외견상 경사베드이지만, 평베드인 기계도 있다. Z축 슬라이드에 경사를 주어, 경사베드의 효과를 제공한다. 분류상으로는 경사베드에 속한다.

위에서 설명한 기능을 모두 통합하여 보자. 다음 그림을 보자.

S1: Turning spindle #1 S2: Turning spindle #2 H1: Milling spindle #1 H2: Milling spindle #2 T1: Toolpost #1 T2: Toolpost #2 T3: Toolpost #3 T4: Toolpost #4 TS: Tail stock

이것은 터닝센터의 컨셉도이다. 좀 복잡해 보이긴 하지만, 이것이 현대 터닝센터의 모습이다. 이 개념만 이해하면, 현재 시장에서 구할 수 있는 대부분의 기계를 구분할 수 있다.

앞서 본 디엔솔루션즈의 PUMA GT2100과 비교해 보자. 터닝센터 컨셉도를 PUMA GT2100에 맞게 조정하면 아래와 같다.

어떤가요? 이젠 복잡하지 않죠? 사실 대부분의 터닝센터는 터닝센터 컨셉도로 표현이 가능하다. 물론 일부 변형이 있을 수는 있다.

이 페이지에서 설명드린 사항을 정리해 보자.

1. 터닝센터는 2개의 선삭주축(Turning spidle), 2개의 면삭주축(Milling spindle), 4개의 공구대(Tool post), 1개의 심압대(Tail stock)의 조합이다.

2. 조합방식에 따라 터닝센터는 2축터닝센터에서 복합가공선반에 이르기까지 다양한 형태의 가공이 가능하다.

3. 터닝센터는 공정집약을 통한 공작물의 정밀도 확보와 생산성 향상이 목적이다. 고부가가치 공작물의 고효율 생산에 적용하는 것을 추천한다.

4. 고도화된 터닝센터는 다품종 가공에 추천한다. 소품종 대량생산에는 공정분할이 종다.

3. 수평형 터닝센터 제품

그럼 지금부터는 실제 현장에서 사용되고 있는 제품을 살표보자. 아래는 MTF에서 제공하는 터닝센터의 종류별 검색기능이다. 실행단추를 누르면 제품목록을 볼 수 있다.