터닝 및 밀링 복합 가공 센터: 선택 및 적용에 대한 완벽한 가이드

터닝 및 밀링 복합 머시닝 센터란 무엇입니까?

터닝 및 밀링 복합 머시닝 센터(턴밀 센터, 멀티 태스킹 머시닝 센터 또는 밀턴 머신이라고도 함)는 선반과 머시닝 센터의 기능을 단일 통합 플랫폼에 결합한 고급 CNC 공작 기계입니다. 별도의 선삭 기계와 밀링 기계 사이에서 공작물을 이동하는 대신 복합 머시닝 센터는 회전 선삭 작업과 프리즘형 밀링, 드릴링 및 보링 작업을 모두 한 번의 설정으로 완료합니다. 종종 부품을 수동으로 재배치하지 않고도 가능합니다.

기존의 가공 작업 흐름에서는 부품을 먼저 CNC 선반에서 선삭한 다음 밀링, 드릴링 및 태핑 작업을 위해 수직 또는 수평 머시닝 센터로 옮겨야 했습니다. 각 전송에는 설정 시간, 잠재적인 고정 오류 및 누적 치수 공차가 발생했습니다. 터닝 및 밀링 복합 센터는 라이브 툴링 스핀들(또는 전체 밀링 스핀들 헤드)을 터닝 스핀들, C축(메인 스핀들의 회전 위치 지정) 및 종종 중심에서 벗어난 밀링 작업을 위한 Y축과 통합하여 이러한 중간 단계를 제거합니다.

이러한 기계는 공차가 엄격한 복잡한 부품을 효율적이고 반복적으로 생산해야 하는 항공우주, 자동차, 석유 및 가스, 의료 기기, 방위 산업과 같은 산업에서 정밀 제조의 중추입니다. 턴밀 머시닝 센터의 작동 방식, 사용 가능한 구성, 올바른 기계 선택 방법을 이해하는 것은 이 기술을 고려하는 모든 제조업체에 필수적입니다.

핵심 축 및 구조 구성

의 능력 터닝 및 밀링 복합 머시닝 센터 축 구성에 따라 크게 정의됩니다. 축이 많을수록 단일 설정으로 더 복잡한 형상을 가공할 수 있지만 기계 비용이 높아지고 프로그래밍이 더 복잡해집니다. 각 축의 역할을 이해하면 해당 기계가 생산 요구 사항과 일치하는지 평가하는 데 도움이 됩니다.

표준 축 구성

기본 턴밀 센터에는 X 및 Z축(표준 선반 선형 축), C축(각도 위치 지정을 위한 메인 스핀들의 인덱싱 또는 연속 회전), 구동 밀링 및 드릴링 도구를 위한 터렛의 라이브 툴링이 포함됩니다. 이 구성은 부품의 외경이나 면에 있고 부품 프로파일 깊이에서 중심을 벗어난 밀링이 필요하지 않은 한 교차 드릴 구멍, 플랫, 키홈, 방사형 밀링과 같은 샤프트 유형 부품의 대부분의 프리즘 형상을 처리합니다.

오프센터 가공을 위한 Y축

터닝 및 밀링 센터에 Y축을 추가하면 중심을 벗어난 밀링 기능, 즉 부품의 중심선에 없는 형상을 밀링하는 기능이 잠금 해제됩니다. 이는 X-Z-C 동작만으로는 생성할 수 없는 편심 보어, 각진 슬롯, 평면의 포켓 및 복잡한 프로파일을 가공하는 데 필수적입니다. Y축은 터렛을 수직 평면에서 Z축에 수직으로 이동시켜 라이브 툴링에 부품에 대한 진정한 3축 밀링 기능을 제공합니다. 가장 중요한 멀티태스킹 턴밀 기계에는 Y축이 표준으로 또는 우선순위가 높은 옵션으로 포함되어 있습니다.

완전한 부품 가공을 위한 서브 스핀들

서브 스핀들(보조 스핀들 또는 카운터 스핀들이라고도 함)은 메인 스핀들 반대편에 위치한 두 번째 회전 스핀들입니다. 프런트 엔드 작업이 완료된 후 메인 스핀들은 부품을 서브 스핀들로 직접 전달합니다. 서브 스핀들은 가공된 부분을 잡고 추가 작업을 위해 가공되지 않은 끝 부분을 제시합니다. 수동으로 다시 척킹할 필요가 없습니다. 이를 통해 단일 기계 사이클에서 부품의 양쪽 끝을 완전히 가공할 수 있으므로 두 번째 설정이 완전히 필요하지 않습니다. 서브 스핀들 기계는 중대량 규모의 복잡한 선삭 가공 부품을 바 이송 생산하는 데 특히 유용합니다.

B축 밀링 헤드

가장 유능한 턴-밀 구성에는 밀링 스핀들 헤드를 0°(터닝 작업의 경우 Z축에 평행)에서 90°(페이스 밀링의 경우 Z축에 수직)까지 그리고 그 사이의 임의 각도로 기울이는 회전축인 B축이 포함되어 있습니다. B축 밀링 헤드는 기계를 단일 설정으로 매우 복잡한 윤곽 표면, 각진 보어 및 복합 각도 기능을 생성할 수 있는 진정한 5축 동시 가공 플랫폼으로 변환합니다. 이 기계는 전통적인 턴밀 센터와 완전한 5축 머시닝 센터 사이의 격차를 해소하며 항공우주 및 의료용 임플란트 제조에 널리 사용됩니다.

터닝 작업과 밀링 작업: 각 모드에서 복합 센터가 수행하는 작업

선삭 및 밀링 복합 머시닝 센터를 최대한 활용하려면 작업자와 프로그래머는 선삭 모드와 밀링 모드에서 기계가 작동하는 방식의 차이점과 둘 사이에서 작업 순서를 효율적으로 지정하는 방법을 이해해야 합니다.

선삭 모드에서는 고정 절삭 공구(또는 고정 라이브 공구)가 회전 절삭 작업으로 재료를 제거하는 동안 메인 스핀들이 공작물을 고속으로 회전시킵니다. 원통형 프로파일, 테이퍼, 나사산, 홈, 보어 및 면 작업은 모두 선삭 모드에서 수행됩니다. 메인 스핀들 속도, 이송 속도 및 절삭 깊이는 기존 CNC 선반 프로그래밍과 동일한 원칙에 따라 가공물 재료와 생산되는 형상에 맞게 최적화되어야 합니다.

밀링 모드에서 메인 스핀들은 특정 각도 위치로 고정되거나(C축 인덱싱) CNC 제어(C축 보간)에 따라 천천히 회전하는 반면 터렛의 라이브 공구 스핀들 또는 B축 밀링 헤드는 절삭 공구를 회전합니다. 재료는 회전하는 작업물이 아닌 회전 도구를 통해 제거됩니다. 포켓, 슬롯, 교차 구멍, 평평한 면, 윤곽선 및 복잡한 3D 표면은 모두 밀링 모드에서 생성됩니다. C축은 X, Z(및 Y)축과 보간되어 필요한 표면 형상을 생성합니다.

평가할 주요 기술 사양

터닝 및 밀링 복합 머시닝 센터를 평가할 때 광범위한 기술 매개변수 세트가 특정 생산 요구 사항과 일치해야 합니다. 아래 표에는 가장 중요한 사양과 확인해야 할 사항이 나와 있습니다.

턴밀 복합 가공의 주요 장점

터닝 및 밀링 복합 머시닝 센터에 투자하는 비즈니스 사례는 기존의 다중 기계 워크플로에 비해 구체적이고 정량화 가능한 이점에 기초합니다. 이러한 이점은 특히 혼합이 많고 ​​정밀 중심의 생산 환경에서 시간이 지남에 따라 더욱 심화됩니다.

• 설정 및 처리 시간 단축: 선반과 머시닝 센터 사이의 기계 이동을 없애면 복잡한 부품의 전체 설정 및 처리 시간을 50~80% 단축할 수 있습니다. 제거된 각 설정은 또한 고정 오류 및 치수 변화의 잠재적인 원인을 제거합니다.
• 향상된 기하학적 정확도: 모든 형상을 다시 척킹하지 않고 동일한 데이텀을 기준으로 가공하면 선삭 형상과 밀링 형상 간의 동축성, 직각도 및 위치 공차가 두 개의 개별 기계 및 설정에서 달성할 수 있는 것보다 훨씬 더 엄격해집니다. 이는 유압 밸브, 항공우주 부품, 수술용 임플란트와 같은 정밀 부품에 매우 중요합니다.
• 더 짧은 리드타임과 더 낮은 WIP: 부품은 기계 사이에 줄을 서서 기다리지 않고 완성되거나 거의 완성된 단위로 작업장을 통과합니다. 복잡한 선삭 가공 부품의 총 리드 타임을 며칠에서 몇 시간으로 단축하여 진행 중인 재고를 대폭 줄이고 고객 요구 변화에 대한 대응력을 향상시킬 수 있습니다.
• 낮은 바닥 공간 요구사항: 하나의 멀티 태스킹 머시닝 센터는 일반적으로 선반과 이를 대체하는 머시닝 센터보다 적은 바닥 공간을 차지하며, 멀티 머신 셀에 필요한 기계 간 자재 처리 장비, 작업 고정 장치 및 준비 영역도 제거합니다.
• 부품당 작업자 노동력 절감: 서브 스핀들과 바 피더를 사용하면 많은 터닝 및 밀링 복합 센터에서 바 공급 생산 시 장기간 소등을 실행할 수 있으며, 한 명의 작업자가 단일 전용 선반이나 밀에 참석하는 대신 여러 기계를 동시에 관리할 수 있습니다.
• 이전에는 어려웠던 형상의 가공이 가능합니다. 기존 기계에서 특수 고정 장치나 4/5축 설정이 필요한 기능을 B축 턴밀 센터에서 직접 생산할 수 있어 이전에는 제조 비용이 많이 들지 않았던 새로운 부품 형상이 가능해졌습니다.

터닝 및 밀링 복합 센터에서 생산되는 일반적인 부품

모든 부품이 턴밀 복합 센터를 정당화하는 것은 아닙니다. 밀링 기능이 없는 단순한 원통형 부품은 기존 CNC 선반에서 더 경제적으로 생산되는 경우가 많습니다. 복합 가공의 가장 좋은 점은 상당한 터닝 내용과 의미 있는 밀링, 드릴링 또는 나사 가공 요구 사항이 결합된 부품입니다. 이러한 기계가 가장 큰 가치를 제공하는 응용 분야 범주는 다음과 같습니다.

• 항공우주 구조 부품: 랜딩 기어 구성 요소, 액추에이터 하우징, 티타늄 구조 피팅 및 터빈 샤프트 어셈블리는 모두 복잡한 터닝 프로파일과 정밀 밀링 기능 및 엄격한 기하학적 공차를 결합합니다. 이는 정확히 B축 터닝-밀 센터에 적합한 프로파일입니다.
• 석유 및 가스 하향공 도구: 드릴 칼라, 스태빌라이저 본체, MWD 공구 하우징 및 밸브 본체는 복잡한 교차 드릴 포트, 밀링 플랫 및 정밀 나사산 연결부를 갖춘 크고 무거운 회전 부품입니다. 크기와 복잡성으로 인해 복합 가공이 매우 유리해졌습니다.
• 의료용 임플란트 및 수술 도구: 뼈 나사, 척추 케이지 및 고관절 줄기와 같은 정형외과 임플란트에는 정밀하게 밀링된 뼈 접촉 질감, 슬롯 및 교차 구멍이 결합된 회전된 외부 프로파일이 필요하며 모두 티타늄 및 코발트 크롬과 같은 생체 적합성이 어려운 재료로 만들어졌습니다.
• 자동차 정밀 부품: 캠샤프트, 크랭크샤프트, 변속기 샤프트 및 유압 제어 밸브 스풀은 밀링된 키홈, 교차 드릴링된 오일 통로 및 정밀 연삭 저널이 있는 대용량의 복잡한 회전 부품으로, 특히 프로토타입 및 중소 규모 생산에서 복합 가공의 이점을 누릴 수 있습니다.
• 유체 동력 및 유압 구성 요소: 유압 매니폴드 본체, 밸브 스풀, 펌프 샤프트 및 실린더 로드는 회전 보어 및 OD를 정밀 밀링 포트 표면, 교차 드릴 통로 및 나사산 연결과 결합하여 복합 센터에서 한 번의 설정으로 완료할 수 있습니다.

복합 가공을 위한 CNC 제어 시스템 및 CAM 프로그래밍

터닝 및 밀링 복합 머시닝 센터의 프로그래밍 복잡성은 기존 선반 또는 머시닝 센터의 프로그래밍 복잡성보다 상당히 높습니다. 최신 기계는 주로 FANUC 31i-B5, Siemens SINUMERIK 840D sl, Mazatrol Smooth 및 Okuma OSP-P300과 같은 고급 CNC 제어 장치를 사용하여 통합 선삭 및 밀링 사이클, 동시 스핀들 및 하위 스핀들 작업을 위한 다중 채널 프로그래밍, B축이 있는 경우 5축 동시 보간을 제공합니다.

CAM 소프트웨어도 마찬가지로 중요한 역할을 합니다. 복잡한 턴-밀 부품을 위한 프로그램은 수동으로 작성되는 경우가 거의 없습니다. 터닝 사이클, C축 밀링, Y축 중심에서 벗어난 기능 및 B축 동시 5축 절단 간의 상호 작용에는 전용 멀티태스킹 CAM 소프트웨어가 필요합니다. 턴밀 프로그래밍을 위한 주요 CAM 플랫폼으로는 Mastercam Mill-Turn, Siemens NX CAM, Hypermill TURN/MILL 및 Esprit가 있습니다. 이러한 도구는 터릿, 서브 스핀들 및 안정 받침대 형상을 포함한 전체 기계 범위를 시뮬레이션하여 프로그램이 실제 기계에서 실행되기 전에 충돌을 감지합니다. 이는 다축 복합 가공 사이클의 복잡성을 고려할 때 중요한 안전 및 품질 관리 단계입니다.

동기화 및 다중 채널 프로그래밍

서브 스핀들이 있는 턴-밀 센터의 가장 강력하고 가장 프로그래밍 집약적인 기능 중 하나는 두 스핀들에서 동시에 동시 작업을 수행할 수 있는 기능입니다. CNC 컨트롤은 병렬로 실행될 수 있는 두 개(또는 그 이상)의 독립적인 실행 채널을 관리하며, 다른 스핀들에서 필요한 작업이 완료될 때까지 한 스핀들의 작업을 일시 중지하는 대기 코드로 동기화됩니다. 적절하게 최적화된 동기화는 메인 스핀들과 서브 스핀들 작업을 겹쳐서 총 사이클 시간을 획기적으로 줄입니다. 그러나 정확하고 안전하게 실행하려면 신중한 프로그래밍, 시뮬레이션 및 검증이 필요합니다.

올바른 터닝 및 밀링 복합 머시닝 센터를 선택하는 방법

밀턴 복합 머시닝 센터를 선택하는 것은 중요한 자본 투자 결정이며 기본 터렛 스타일 라이브 툴 선반부터 전체 5축 B축 멀티 태스킹 센터까지 사용 가능한 구성 범위가 넓습니다. 다음 결정 프레임워크를 통해 작업하면 애플리케이션 포트폴리오에 적합한 머신 클래스를 식별하는 데 도움이 됩니다.

• 먼저 부품 포트폴리오를 분석하십시오. 기계에서 생산하려는 부품을 검토하십시오. 내용, 밀링 복잡성, 재료, 공차 및 볼륨을 선삭하여 분류합니다. 이 분석을 통해 Y축, 서브 스핀들, B축 또는 잘 지정된 라이브 공구 터릿 선반이 필요한지 여부가 결정됩니다. 과도하게 지정하지 마십시오. B축 기능은 실제로 복잡한 부품 형상에 의해서만 정당화되는 비용과 프로그래밍 오버헤드를 추가합니다.
• 소재에 맞는 스핀들 성능: 항공우주 티타늄 및 니켈 합금 가공에는 적당한 속도와 견고한 기계 구조에서 높은 스핀들 토크가 필요합니다. 고속 알루미늄 가공에는 높은 RPM의 라이브 툴링과 뛰어난 칩 배출이 필요합니다. 장비의 스핀들 토크 곡선과 구조적 강성이 가장 까다로운 절단 작업에 적합한지 확인하십시오.
• 공구 고정 시스템을 평가합니다. BMT(내장 모터 터렛) 공구 시스템은 기존 VDI 구동 터렛 설계보다 훨씬 더 높은 라이브 공구 강성과 출력을 제공합니다. 턴밀 센터의 무거운 밀링 패스의 경우 BMT 툴링은 추가 투자 가치가 있습니다. 라이브 툴 스테이션 수, 툴 생크 크기 호환성, 앵글 헤드 및 특수 툴링 어댑터의 가용성을 확인하십시오.
• 자동화 호환성을 고려하십시오. 소등을 실행하거나 기계를 자동화 셀에 통합하려는 경우 바 피더 호환성, 갠트리 로더 인터페이스 옵션, 팔레트 교환기 가용성(척 작업용) 및 Industry 4.0 통합을 위한 MTConnect 또는 OPC-UA와 같은 자동화 프로토콜에 대한 CNC 제어 장치 지원을 확인하십시오.
• 공급업체의 애플리케이션 지원을 평가합니다. 복합 가공 센터는 복잡하며 설치 후 지원 품질(응용 프로그램 엔지니어링, CAM 후처리기 개발, 교육, 예비 부품 가용성)은 공작 기계 제조업체마다 크게 다릅니다. 구매를 결정하기 전에 유사한 부품을 실행하는 기존 설치에 대한 참조 방문을 요청하십시오.

선삭 및 밀링 복합 머시닝 센터의 주요 제조업체로는 Mazak(Integrex 시리즈), DMG Mori(NTX 및 CTX 시리즈), Okuma(MULTUS 시리즈), Doosan(Puma MX 시리즈), Nakamura-Tome, Index 및 Miyano가 있습니다. 각 제작업체는 특정 구성, 크기 범위 및 산업 응용 분야에서 강점을 갖고 있으므로 최종 선택을 하기 전에 특정 부품 요구 사항 및 생산 환경에 대해 여러 옵션을 평가하는 것이 항상 가치가 있습니다.