화천기계 부스
과거에 보지 못했던 깎기 어려운 난삭재가 등장했고, 기계요소 간 간섭을 예방 차원에서 시뮬레이션하고 제어할 필요가 생겼으며, 공작기계가 생산 시스템으로서 생산에 최적화 할 수 있도록 솔루션까지 요구하는 상황이다. 이것이 최근의 공작기계를 둘러싼 환경이자 트렌드이다.
「SIMTOS 2014」의 ‘금속절삭 및 금형 가공관’에서는 이러한 트렌드를 반영한 공작기계들이 출품됐다. 복합 기능은 어디까지인가, 5축가공기들이 그간 완성도를 높여 온 성과들은 무엇인가, 어떤 기계로 어떤 난삭소재를 가공할 수 있나, 그래픽으로 쉽게 제어할 수 있는 제어기들의 동향은 무엇인가, 공구 과부하 검출이나 절삭 이송속도 최적화 제어 같은 솔루션을 제공하는 기술 트렌드는 어떠한가 등의 해답이 이번 전시회에 망라되었다.
한편 「SIMTOS 2014」는 규모가 큰 국내외 공작기계 업체들이 모두 대형 부스를 구성하여 참가함에 따라 신제품은 물론이고, 라인업된 기종들을 대부분 전시했다. 특히 금형가공에 특화한 장비는 대부분 출품 업체가 빼놓지 않고 출품한다. 한국의 금형생산은 이제 10조원 시대를 열게 됐다. 이러한 한국 금형 제조시장을 국내외 공작기계 업체들이 크게 주목하는 것은 당연하다.
금형가공기는 금형이 양산을 위한 도구인 만큼 고속화, 정밀화를 특징으로 내세운다. 때문에 금형가공기는 고속화를 추구하여 주축과 이송축이 고속화한 공작기계, 그리고 반도체, 의료 부품 양산의 정밀 금형에 대응하는 공작기계들이 출품된다. 종전의 고속, 고정밀도 금형가공기가 이제 얼마나 업그레이드 됐는지 살펴 볼 수 있는 기회다.
자동차 부품 양산용 프레스 금형은 대부분이 대형 금형으로, 절삭량을 최대한 높이는 강력절삭용 가공기를 필요로 하기 때문에 이 분야에는 고강성 주축을 탑재하는 등의 고강성 기술이 진일보한 가공기들이 출품됐다. 또 항공산업과 같은 다른 산업에 비해 비교적 적용이 늦게 시작된 5축 가공기가 금형가공에 적용이 활발해지는 동향에 따라 고속, 고정밀을 추구하는 5축 금형가공기들이 선보였다.
현대위아 부스
두산인프라코어 부스
◆ 난삭재 가공 공작기계 트렌드
공작기계 최대 수요산업인 자동차 산업에서도 경량소재이면서 가공이 매우 어려운 소재들이 등장했다. 경량화를 위한 탄소섬유복합재(CFRP)나 니켈을 함유하는 소재의 부품들이다. CFRP의 경우 개발 초기 워낙 비싸다는 문제가 있었고 가공의 어려움도 컸지만, 자동차의 연비향상이란 중대성 때문에 이런 문제는 부차적인 것으로 간주돼 버렸다. 따라서 탄소섬유복합재는 수요가 확대되자 갈수록 가격이 내려가는 추세다. 앞으로 자동차 제작에 쓰임이 더 많아진다는 것을 시사한다.
항공산업에서는 터빈블레이드에 티타늄을 주로 쓴다. 우선 터빈블레이드는 5축가공기가 아니면 가공할 수 없는 부품으로 인식이 되어 있는데다 소재까지 난삭소재다. 문제는 난삭재들을 가공하기 위해서는 공작기계의 구조와 강성이 이들 소재의 가공에 적합하게 변화해야 한다는 것이다. 예를 들자면 고강성 주축과 로터리테이블 역시 고강성 구조여야 할 것 등을 들 수 있다.
이번 SIMTOS에서는 난삭재 가공용 공작기계를 국내외 일부 선진 메이커에서 출품되고 있다. 난삭재 가공용 공작기계는 선진 기술이기 때문에 출품제품은 많지 않지만, 해당 기계의 출품업체들은 각각 어떤 난삭재 가공에 특화한 기계인지 소개가 따를 것이고, 향후 난삭재 가공기의 기술개발 방향을 가늠할 수 있을 것이다.
◆ 제어기의 복합기능 내장…NC 기능과 그래픽을 동시에
기존 전문 메이커의 NC 컨트롤러에 시뮬레이션, 그래픽 기능을 내장하여 제어기의 다기능·복합화를 추구하는 동향이다. 선진 공작기계 메이커들은 캠 소프트의 기능을 덧붙이는 자체 컨트롤러를 개발하여 기계에 탑재하고 있다. 이는 기계가 대형화하거나 반대로 초정밀화하고, 기능이 복잡해지면서 사전에 간섭을 고려하지 않으면 충돌이 일어날 수 있는데, 이를 보완하기 위한 새로운 트렌드다.
구체적으로 5축가공기 수요가 증가하고 가공물 형상이 복잡하여 공구와 축 간 간섭이 흔히 발생하는데, 이를 예측하기 위한 그래픽으로 표현하는 시뮬레이션이 필요해졌다. 하지만 기존 NC 제어기는 그래픽이나 시뮬레이션 기능이 없기 때문에 이러한 기능을 별도로 추가하는 것이 하나의 경향적 추세다. 제어기능의 복합화 동향이라 할 수 있겠다.
그래픽 기능은 가공작업을 형상화하여 보여주는 것으로, 사용자가 직관적으로 쉽게 최적화한 작업을 할 수 있을 뿐만 아니라 기계를 매우 쉽게 조작할 수 있기 때문에 갈수록 복잡해지는 가공물의 형상과 기계의 운용에 있어 매우 효과적으로 대응할 수 있다. 시뮬레이션 역시 충돌과 간섭을 사전에 예측할 수 있는 기능으로 현대의 가공공정에서는 빼놓을 수 없기 때문에 기존의 NC 컨트롤러에 이들 기능을 구현하는 장치를 복합화하며 진화하고 있다.
한편으로 그래픽 기능을 구현하려면 상부 시스템과 통신을 해야 하기 때문에 통신 기능까지 추가해야 한다. 이제 제어기는 고유의 NC 코드 슬롯이 있고, 그래픽을 제공하는 부분, 그리고 통신기능이 각각 존재하는데, 이들은 모두 인터페이스가 개방되어 있다.
◆ 제품 생산을 원활히 완성할 수 있는 기계 라인과 함께 최적 공정 솔루션의 등장
공작기계 수요 산업 현장은 제품 생산을 위한 여러 대의 기계를 공정라인으로 구성한다. 단위 기계만 쓰는 현장이라 하더라도 기계가공에 자동화나 무인화를 지속적으로 추구하면서 주변장치와의 라인 구성도 고려해야 하는 것이 현실이다. 수요자는 각 공정에 성능이 좋은 단위기계를 구매하여 제조 라인을 구성하는데, 이를 세팅하는 데 따른 시간의 문제, 각 기계마다 개별적으로 수행해야 하는 제어의 문제 등에 부닥친다.
기계 수요자 입장에서는 생산 라인이 최적화 되어 공정 간 문제를 일으키지 않고 최종 제품으로 완성되는 시스템을 요구한다. 이에 따라 공작기계 업체들은 장비들을 세팅하기 편리한 방식의 패키지로 공급하는 경향이다. 공작기계 업계에서 감지되는 또 하나의 트렌드다.
유럽과 일본은 이미 공작기계의 패키지 비즈니스를 시작했다. 업체들이 합병이나 제휴를 통해 수주활동을 벌이고, 각각 최적화한 단위기계들의 스펙을 서로 맞춰 생산라인에 셋업하며 협력하고 있다. 전체 공정을 운용하는 제어는 개방형으로 기계 간 서로 연결되고, 공정기술 등의 솔루션을 같이 제공하는 방식이 등장하여 이번 전시회에 선보였다.