장인의 밀링 작업

2019년 초 유명 밀링 머신 제조업체인 쿤쯔만(Kunzmann)은 직업 교육 및 작업장 생산에서 특히 인기가 높은 수동 범용 밀링 머신 라인을 재출시했다. B&R 테크놀로지 및 안전 브레이크 테스트(SBT)와 같은 통합 안전 기능을 통해 Kunznann은 축 교체 시간을 단축하고 캐비닛 공간을 절약함으로써 기계를 보다 쉽게 설치하고 서비스할 수 있다.

Milling like the masters
쿤쯔만 (Kunzmann) 수동 밀링 머신은 전 세계적으로 10,000대 이상 가동 중이다. (출처: F. Rossmann)

2019년 8월말 1,600여 명의 젊은 무역 전문가들이 러시아 도시 카잔에 모여 WorldSkills 대회에서 자신의 재능을 시험해 볼 수 있는 기회를 가졌다. 세계 최고의 밀링 작업자는 “폴리메카닉스 및 자동화”, “제조 팀 챌린지”, “프로토타입 모델링”, “산업 기계 정비” 부문에서 선정되었다. 이 대회는 독일의 유명한 공작기계 제작사 쿤쯔만(Kunzmann)이 제공한 15대의 WF 410 M 밀링 머신으로 진행되었다.

이 기계는 상위 자매품인 WF610 M과 마찬가지로 100 % 수동으로 작동한다. 이 제품은 긴 수명, 높은 가공 정밀도 및 고급 안전 기능을 구비하였을 뿐만 아니라 인체 공학적이고 작동하기 쉬운 것으로 알려져 있다. 따라서 교육, 시제품 제작 및 작업장 생산에 안성맞춤이다. 이 제품은 많은 직업 학교와 견습 공방에서도 표준 장비로 사용되지만, 또한 다수의 공작 기계 제작업체, 금형 제조업체 및 제조 OEM에도 구비되어 있다.

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고득점 주자: WF 610 M/MA 및 WF 410 M/MA 밀링 머신은 2019년 초 이래로 B&R 기술을 탑재하여 가장 많이 생산되는 쿤쯔만 머신 제품군에 속한다. (출처: Kunzmann)

B&R 드라이브로 공구 설비 재구축

쿤쯔만은 2019년초 밀링 머신을 개조하면서 수많은 개선작업을 실행했다. 그 중에는 새로운 드라이브 공급업체로의 전환도 손꼽힌다. “B&R은 혁신적인 솔루션과 매력적인 가격성능비로 여타 공급업체들에 비해 월등했습니다.” 쿤쯔만의 전기 디자인 책임자인 랄프 구트만 (Ralf Guthmann) 씨의 말이다. “또한 이 업체는 우수한 컨설팅 전문 지식으로 초기에 점수를 많이 획득했습니다.” B&R 직원들은 초기 탐색 토론 중에 쿤쯔만 질문의 대부분을 답변할 수 있었다. 구트만 씨는 이렇게 말했다. “이것은 우리가 과거에 겪었던 경험과는 전혀 다릅니다. 어떤 경우에는 같은 일을 수행하기 위해 직원 4명을 파견해야 했습니다. 때문에, B&R이 우리에게 제시한 것은 종래의 솔루션에 비해 비약적인 도약인 셈이었죠.”

전환 시간 없이 보다 효율적인 밀링

쿤쯔만이 B&R 기술로 달성한 주요 개선 사항 중 하나는 밀링 효율을 높인 것이다. 수동 밀링 기계의 안전 표준에는 여러 축을 동시에 작동할 수 없다고 규정되어 있다. 이제까지 쿤쯔만은 세 개의 좌표축(X, Y, Z)에 하나의 컨트롤러만 설치하여 이 요구 사항을 충족했다. 다음 가공 단계에 필요한 축이 이 단일 축 컨트롤러에 연결되었다. 이렇게 하면 두 좌표 축의 동시 활성화가 효과적으로 방지되었다. 그러나 사용자의 경우 축 사이를 전환하는 데 걸리는 시간이 커지면서 가공 프로세스가 상당히 지연되었다.

차세대 제품은 이제 3축 ACOPOS P3 서보 드라이브를 사용해 축 사이를 전환할 필요가 없으므로 더 이상 사용자의 지시를 기다릴 필요가 없다. 이 드라이브에는 안전 브레이크 테스트를 포함한 통합 안전 기능이 구비되어 있다. B&R의 X20 제품군의 PLC는 X20 Safety I/O 모듈과 함께 표준에서 요구하는 다중 좌표축의 동시 작동을 안정적으로 방지한다. X20 PLC는 공작 기계의 스핀들을 구동하는 단일 축 ACOPOS P3 모듈의 제어 및 모니터링 기능도 수행한다. X20 PLC는 하이덴하인(Heidenhain) CNC 컨트롤러의 아날로그 인터페이스를 통해 축 설정점을 수신한다. TNC128은 기계의 직선 절단 컨트롤러 및 사용자 인터페이스로 작동한다.

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파워하우스(Powerhouse): 인덕션 모터를 팬 없는 B&R 서보 모터로 교체함으로써 쿤쯔만은 스핀들 모터에 필요한 공간을 거의 절반으로 줄여주었다. (출처: F. Rossmann)

다이나믹한 공간 절약

구트만 씨가 설명한 바와 같이, B&R 솔루션의 또 다른 이점은 캐비닛 설치 공간이 줄어든다는 것이다. “사상 처음으로 B&R의 통합 안전 기능을 통해 외부 안전 하드웨어를 완전히 분리할 수 있게 되었습니다. B&R 부품의 컴팩트한 크기와 함께 필요한 캐비닛 공간을 크게 줄였습니다.” B&R의 3축 서보 드라이브는 기존의 단일 축 모델보다 작다. 기계를 24V 기술로 변환하면 변압기의 필요성이 없어졌기 때문에 전기 엔지니어는 제어 캐비닛 도어의 장착 플레이트를 완전히 제거할 수 있었다.

쿤쯔만의 기계 엔지니어들은 또한 B&R 솔루션의 공간 절약 설계의 혜택을 누렸다. “축과 스핀들에서 사용하는 B&R 서보 모터는 고출력 밀도를 제공합니다.” 구트만 씨의 설명이다. “이는 스핀들의 경우 특히 그렇습니다. 여기에는 설계상 이미 유도 모터보다 작은 서보모터가 처음으로 사용됩니다. 또한 B&R 모터에는 팬이 필요없기 때문에 전체 소요 공간이 거의 절반으로 줄어들었습니다.” 이점이 그의 관점에서 유일한 혜택은 아니다. “바로 저에게 깊은 인상을 주었고 제 업무를 훨씬 더 쉽게 만들어 준 것은 B&R이 제품 관련 기술 문서와 CAD 데이터 링크를 제공한다는 점입니다. 이는 제품 설계자 입장에서 엄청난 도움이 됩니다.”

즉시 설치 가능한 완제품 시스템

쿤쯔만 전문가들은 B&R의 어플리케이션 엔지니어들이 구성 요소 선택, 드라이브 크기 조정 및 PLC 프로그래밍 작업을 처리한 결과에 대해 매우 만족했다. 하지만 그것이 전부는 아니다. B&R은 12개의 X20 모듈로 구성된 밀링 머신 제어 시스템을 조립한 다음 소프트웨어를 설치하고 스테이션에 라벨을 부착한 후, 마지막으로 테스트한다. “그런 다음 한 번에 6대의 기계에 필요한 모든 B&R 컴포넌트가 포함된 패키지를 구입합니다. 이는 내부 주문, 조립 및 테스트 프로세스에 상당한 도움을 줍니다.”

마지막으로 공급업체 변경과 B&R의 새로운 자동화 기술로 인해 수동 밀링 머신의 서비스 및 유지보수가 한결 쉬워졌다. “X20 모듈은 세 가지 모듈형 컴포넌트로 구성되어 있으므로 시스템의 나머지 부분을 분해하지 않고도 단자대, 전자 모듈 또는 버스 모듈만 교체할 수 있습니다. 정말 제대로 고안된 솔루션입니다.” 또한 쿤쯔만은 하이덴하인 컨트롤러의 통합 웹 브라우저에서 X20 PLC의 웹 서버에 직접 액세스하여 B&R의 시스템 진단 관리자(SDM)에서 진단 데이터를 불러올 수도 있다. 이로써, TNC128의 TeleService를 통해 하이덴하인 컨트롤러 및 B&R 시스템 모두에서 원격 유지 관리 수행도 가능하다.

“이를 위해 현장에 별도의 PC가 필요 없을 뿐 아니라 특별한 소프트웨어 또는 프로그램 중 어느 것도 설치할 필요가 없습니다.” 구트만 씨의 말이다. B&R의 SDM은 현재 속도, 위치 및 컨트롤러 사용 값과 같은 드라이브의 현재 상태에 대한 데이터를 제공한다. 또한 SDM을 통해 각 드라이브에 통합된 오실로스코프를 열고 작동하거나 I/O 뷰어를 사용하여 B&R 시스템의 모든 I/O 채널의 현재 상태를 표시할 수도 있다. 이렇게 하면 시간이 많이 소요되는 I/O 배선 테스트가 필요하지 않아 시운전 시간이 단축된다.

적절한 방식의 전환

쿤쯔만은 B&R 기술을 도입함으로써 사용자가 밀링 머신에서 기대하는 높은 수준의 안전을 보장하는 동시에 전례 없는 설계의 자유를 제공할 뿐 아니라 기계의 설치 및 유지보수가 훨씬 쉬워졌다. 이번 전환 작업은 사용자에게 원활하게 이루어졌다. “2018년 가을에 첫 번째 파일럿 기계를 출하한 이래로 우리는 부정적인 피드백을 한 번도 받지 않았습니다. 이는 당사가 모든 것을 우수하게 수행했다는 것을 의미합니다.”

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