자동화, 경쟁이 치열한 시장에서 기계 공장의 생존을 지원하다

클래스 101 몰드 전문가

1980년 창립된 미시간주 캘러머주 소재 JK Machining은 플라스틱 사출 성형 설계 및 제조 전문 기업입니다. 대상 업종은 자동차와 의료 기기 산업입니다. JK Machining의 자동차 고객은 대부분 에어컨 배출구, 트림 베젤, 컵 홀더 등 내부 부품을 생산하는 Tier 1 및 2 공급업체입니다.

JK Machining은 최고급 소재로 제작되며, 수 백만 번 이상의 사이클에 맞게 설계되는 사이클 타임이 빠른 초 고성능 몰드인 클래스 101 몰드에 주력합니다. JK Machining의 대상 업종에서 진행되는 트렌드는 동일합니다. 고품질에 대한 요구는 더 나은 몰드 파팅 라인과 정삭, 한층 타이트한 공차를 필요로 합니다. 자동차 및 의료 기기 분야 고객사는 모두 품질, 납품 시간, 비용이라는 공통된 문제를 안고 있습니다.

납품 시간 단축, 품질 개선 및 비용 절감

JK Machining 사장 Henry Kalkman은 “과거에는 자동차 툴을 제작하는데 18~22주가 걸렸습니다" 라고 말합니다. “이제는 10~12주면 됩니다. 모든 고객사는 출시 시간을 단축하고 싶어합니다. 역외 몰드 제조사는 비용 면에서 유리하며, 품질 수준을 향상시키고 있습니다. 저희의 주요 경쟁사이죠."

JK Machining은 최첨단 기술과 몰드 설계 및 제조에 대한 전문성 갖춘 15명의 기술자를 통해 이러한 과제를 해결합니다. 고속 머시닝 센터, 그라인더, 밀링 및 방전 기계 (EDM) 등 여러 첨단 기능 공작 기계를 갖춘 제조 공장을 운영합니다.

최신 기술로 경쟁 우위를 확보하다

몇 년 전, JK Machining은 효율성과 경쟁력을 향상시키기 위해 CAD/CAM 기능 업그레이드에 나섰습니다. 이를 위해 최첨단 CAD/CAM 기능과 특수 몰드 설계 툴이 포함된 Siemens PLM Software의 NX™ 소프트웨어를 선택했습니다.

그 전에는 몰드 설계와 제조에 각각 다른 소프트웨어 시스템을 사용했습니다. 설계에서 생산으로 이동하려면 설계 시스템에서 데이터를 중립 교환 형식으로 내보낸 후 NC 프로그래밍을 위해 데이터를 CAM 시스템으로 가져오기 해야 했습니다. 이렇게 데이터를 전송하고 변환하느라 작업이 번거로웠으며 오류도 자주 발생해 생산성이 저하됐습니다. 또한, 번거로운 데이터 변환 및 전송 작업은 필요한 설계 변경 작업을 복잡하게 만들어 진행 과정을 추적하기 어렵습니다.

기존에 JK Machining이 사용하던 NC 프로그래밍 소프트웨어는 핵심 기능이 부족해 할 수 있는 작업 유형에 제한이 있었습니다. JK Machining이 고속 5축 기계를 도입했을 때, 이 소프트웨어로는 속도와 효율성에 대한 특정 요구사항을 더욱 잘 충족할 수 있도록 작동시키고 맞춤화하기 역부족이란 점이 확인됐습니다.

JK Machining은 NX가 가진 주요 기능을 눈여겨 보고 이를 선택했습니다. NX는 완전히 통합된 기능으로 설계에서 제조에 이르는 전체 몰드 개발 프로세스를 자동화합니다. NX의 CAD 툴에는 고객이 제공한 지오메트리 모델로 작업할 수 있는 강력한 기능과 몰드 설계를 위한 효율적이며 우수한 워크플로를 지원하는 몰드용 기능이 포함돼 있습니다. NX CAM 소프트웨어는 JK Machining이 첨단 기계 도구를 최대한 활용할 수 있도록 지원하는 5축 고속 기계 프로그래밍을 위한 최신 NC 프로그래밍 툴을 제공합니다. JK Machining은 이 통합 시스템을 활용해 설계와 제조 전반에 걸쳐 프로세스 자동화를 구현할 수 있는 디지털 스레드를 마련했습니다.

Siemens 파트너사 CAM Logic, Inc.의 지원

JK Machining은 Siemens PLM Software 솔루션 파트너인 CAM Logic, Inc.으로부터 지원과 구현 컨설팅을 받습니다. JK Machining 사장 Henry Kalkman은 “새로운 소프트웨어 버전을 도입할 때 CAM Logic, Inc.의 지원이 특히 중요합니다" 라고 말합니다. "각 릴리스의 새로운 기능을 파악하고 이를 최상의 방법으로 적용하는 방법을 알려줍니다."

NX를 사용한 몰드 개발

JK Machining의 몰드 설계 프로세스는 보통 고객이 제작하려는 부품의 CAD 모델과 프로젝트 견적 요청을 보내는 작업으로 시작됩니다. CAD 모델은 대게 STEP 중립 교환 형식이며, JK Machining은 이 지오메트리 데이터를 NX로 가져옵니다. JK는 자사의 방대한 몰드 설계 경험에 기반해 견적을 준비합니다. Kalkman은 "그간의 경험을 통해 몰드 베이스나 핫 러너 비용이 어느 정도일지 직관적으로 알 수 있습니다" 라고 말합니다. "경험에서 비롯된 전문성을 활용해 정확한 입찰을 신속하게 준비할 수 있으며, 이는 우리 비즈니스에 있어 중요합니다."

JK Machining가 프로젝트를 낙찰 받으면 몰드 설계 작업이 즉시 시작됩니다. JK는 NX 몰드 마법사의 특수 몰드 설계 툴을 적극 활용해 몰드 베이스를 만들며, 코어 및 캐비티, 러너, 냉각 라인 및 기타 몰드 피쳐를 설계합니다. NX 사용 경력 10년, 몰드 설계 경력 30년인 Brian은 “NX를 사용하는 것은 2D로 몰드 설계하던 방식에 비해 몇 광년을 앞서 가는 셈" 이라고 비유합니다. "NX의 몰드 해석 툴은 우수합니다. 구배가 더 필요한 언더컷이나 위치를 쉽게 파악할 수 있습니다. 얇은 벽이나 두꺼운 벽을 찾아 자동으로 몰드 총 무게와 중력 중심을 결정할 수 있습니다."

Brian은 다른 자동 NX 몰드 설계 기능에도 관심이 많습니다. 그는 "몰드 라이브러리는 실시간으로 저장되며, 저희는 몇 년간 자료를 구축해 왔습니다" 라고 말합니다. "NX Mold Wizard는 설계 변경을 간소화하고 자동화했습니다. 수정된 파트 모델을 받으면 이것을 그냥 놓고 축소해서 기존 파트와 새 파트를 비교해 차이점을 파악하고 필요한 업데이트를 하면 됩니다."

Brian은 “BOM도 자동으로 생성되므로 이를 컴파일하느라 하루를 소비할 필요가 없습니다. 저널링과 매크로 기능을 사용해 많은 반복 작업을 자동화 해 시간을 단축할 수 있습니다. 작업을 한 번 수행하고 이를 기록한 후 다음 프로젝트에서 사용할 수 있도록 매크로로 저장하면 설계 프로세스를 현저히 단축할 수 있습니다" 라고 말합니다.

NX를 사용한 몰드 제조

JK Machining은 NX CAM을 사용해 몰드 제조에 수반되는 모든 밀링 작업을 프로그래밍 합니다. JK의 생산 시설에는 주로 드릴링 사이클과 황삭에 사용되는 Milltronics 기계 두 대와 고속 Röders 수직 머시닝 센터 한 대, 3축과 5축 각각 한 대가 포함돼 있으며, 이들은 방전 가공을 위한 몰드 캐비티 정삭 및 전극 절단에 사용됩니다.

JK의 NC 프로그래머는 몰드의 CAD 모델에서 바로 작업하며, NX 설계 기능을 적극 활용해 가공을 위한 모델을 준비하고 전극을 설계합니다. CAD 툴은 간격 돌출, 결합 및 폐쇄에 주로 사용됩니다. JK Machining의 시니어 프로그래머 Rick은 "우리가 활용할 수 있는 몰드 모델에는 많은 역사가 있습니다" 라고 말합니다. 급수관과 볼트 구멍을 전부 제거하고 싶으면 클릭 한 번으로 할 수 있습니다. NX의 동기식 기술은 매우 쉽고 직관적입니다. 면 최적화 기능을 사용해 고객으로부터 받은 미흡한 파트 지오메트리를 바로잡을 수 있으며, 여러 단계를 거쳐 작업하는 방식보다 훨씬 쉽습니다. 면을 쉽게 이동시키고 교체하며 오프셋 할 수 있습니다.”

완전히 통합된 NX 몰드 설계 및 가공 기능으로 대부분의 프로젝트에서 시간이 절약됐습니다. JK Machining의 CNC 프로그래머 Mitch는 “CAD에서 쉽게 편집할 수 있으며, CAD/CAM을 쉽게 오갈 수 있습니다" 라고 말합니다. 전에 사용하던 소프트웨어로는 몰드를 설계하고 CAD 시스템에서 내보내기 해 CAM으로 다시 가져오기 했었는데, 그 과정에 뭐 하나가 잘못되면 전 과정을 다시 해야 했습니다."

NX의 고급 NC 프로그래밍 기능은 JK Machining의 경쟁력을 향상시킵니다. Rick은 “기존에 사용하던 소프트웨어로는 파트를 받아도 이걸 우리가 처리할 수 있을지에 대한 확신이 없었습니다. 하지만 이제 더 이상 그런 의구심은 없습니다. 우리는 복잡한 파트, 딥 포켓 등 무엇이든 처리할 수 있습니다. 이걸 프로그래밍 할 수 있는 기능을 갖췄기 때문입니다" 라고 말합니다.

고속 가공

고속 가공은 몰드 제조사에게 있어 핵심 기술입니다. 기계 스핀들 속도와 이송 속도가 높을수록 니어 미러 (near-mirror) 정삭으로 밀링된 표면을 빠르게 얻을 수 있기 때문입니다. Rick은 "NX는 고속 가공에 딱 알맞습니다. “자동 반경과 공구 경로 방식 및 출구를 통해 매우 빠르고 부드러운 커터 경로에 도달합니다. 기계는 RPM과 이송 속도를 높게 유지하면서 날카로운 모서리, 급 정지 및 철강 또는 흑연에서 멈추는 현상을 제거할 수 있습니다" 라고 말합니다.

그는 또한 “정삭 기능도 훌륭합니다. “Röders 장비를 사용하면 모든 작업 시 뛰어난 표면 정삭을 얻을 수 있습니다. 가공된 몰드가 있으면 벤치워크가 필요하지 않습니다. 그러므로 시간이 상당 부분 절약되고 고객 수용률이 향상됩니다" 라고 덧붙입니다.

한층 쉬운 5축 가공

JK Machining의 NC 프로그래머는 특히 5축 가공을 쉽게 활용할 수 있게 해 주는 NX CAM의 툴 틸트 제어 기능을 특히 높이 평가합니다. 깊은 캐비티가 있는 몰드를 효율적으로 가공할 수 있도록 3축 툴을 5축 툴로 자동 변환합니다. 틸팅된 툴을 사용하면 짧은 툴로 진동을 줄이고 공구 휨을 최소화하며 표면 정삭을 향상시킬 수 있습니다. Rick은 “툴 틸팅 기능이 없으면 커터를 그라인더로 가져와 넥을 풀어야 합니다. 1.5인치 정도의 .032 인치 직경 커터로 전극을 절단할 때 이송 속도를 1/3으로 줄이고 작게 절단해야 합니다. 기존 방식으로는 모든 것이 느려집니다. 그러나 NX CAM의 5축 툴 틸팅 기능을 사용하면 몰드 품질을 향상시키면서 가공 시간을 최대 4배 단축할 수 있습니다" 라고 설명합니다. Mitch 역시 이 기능을 호평합니다: “툴 축 틸팅 기능은 정말 놀랍습니다. 할 수 있는 작업이 대폭 늘어났으며, 전에는 할 수 없었던 수 많은 프로젝트를 할 수 있게 됐습니다" 라고 말합니다.

강력하고 유연한 다재다능한 NC 프로그래밍

우수한 사용자 제어 기능과 많은 옵션을 가진 NX의 고급 5축 밀링 기능은 JK Machining의 프로그래머가 높은 이송 속도와 정밀한 마무리를 유지할 수있는 유연성을 제공합니다. Rick은 “잔삭 밀링에 사용하는 유량 절단 방식은 몰드 가공에 완벽한 기능입니다. “올바른 공구 경로를 얻을 수 있는 옵션이 다양합니다. 위아래, 내외부 어디에서나 작업을 시작할 수 있습니다. 기존 소프트웨어로는 이런 결과를 얻을 수 없었습니다. NX를 사용하면 항상 양질의 커터 경로를 얻을 수 있습니다" 라고 말합니다.

자동화로 시간 절약, 프로그래밍 효율성 향상

NX에는 JK Machining이 몰드 설계와 제조를 자동화하고 커스터마이즈하는데 활용하는 많은 도구가 포함돼 있습니다. 프로세스 템플릿은 NC 프로그래머가 검증된 절삭 방법과 툴링을 사용할 수 있도록 지원합니다. Rick은 “프로세스 템플릿을 사용하면 직경 또는 절삭 깊이, 이송 및 속도와 같은 모든 작업에 동일한 매개변수를 일일이 입력할 필요가 없습니다. “깊이와 측벽, 스캘럽 크기를 고민하느라 한 시간을 보낼 필요 없이, 단 몇 분 만에 저장된 템플릿을 재사용해 공구 경로를 시작할 수 있습니다. 우리는 황삭, 반 정삭 및 정삭을 비롯한 검증된 가공 사이클 템플릿 라이브러리를 갖추고 있어 NC 프로그래밍이 자동으로 이뤄집니다. 이는 가공 속도를 크게 단축시킵니다” 라고 말합니다.

커스터마이제이션으로 맞춤 기능 구현, 반복 작업 자동화

JK Machining은 또한 자체 요구사항에 맞게 NX를 조정할 수 있는 개방형 자동화 및 커스터마이제이션 툴을 중요하게 생각합니다. Rick은 “NX의 타 프로그래밍 언어 지원 방식이 마음에 듭니다. 반복되는 단계를 자동화하기 위해 저널 파일을 작성할 때 사용할 언어를 선택할 수 있습니다" 라고 말합니다. Rick이 생각하는 또 하나 중요한 측면은 바로 가공용 NC 프로그램을 생성하는 기능입니다. “5축 기계를 도입했을 때 기존 소프트웨어로는 포스트프로세서를 수정할 수 없었습니다. 그러나 NX Post Builder는 개방형이라 포스트를 쉽게 조정할 수 있습니다. 정밀 조정된 포스트를 사용해 가공을보다 빠르고 효율적으로 수행 할 수 있는 제대로 된 프로그램을 얻을 수 있습니다."

장기적 성공

Kalkman은 NX가 JK Machining에 미친 영향을 다음과 같이 정리합니다. “NX는 완벽한 솔루션입니다. 오랜 기간 NX를 사용해 왔고, 그간 여러 변화가 있었습니다. 예전에는 3축 가공만 사용했지만 지금은 5축 가공을 사용합니다. 프로세스 자동화를 위해 로봇 기능도 탐색 중입니다. NX를 사용해 자동화와 지속적인 개선을 이루면서 적시에 최고 품질의 몰드를 납품하는 업체로써의 명성을 구축할 수 있었습니다. 바로 이것이 저희가 경쟁력을 유지하고 비즈니스를 성장시키는 방법입니다."