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소량 생산의 무인 원통 연삭 공정

Studer 연삭기 작업장 앞에 선 MPS 팀(왼쪽에서 오른쪽으로): 디디에 누아르장(Flex Cell 매니저), 미카엘 바잔(생산 매니저), 줄리앙 그로장(나사 연삭 매니저), 마누엘 네르시드(플랜트 매니저) - 모두 MPS 직원 및 울리히 바이어만(Ulrich Weyermann) (지역 영업 책임자, Fritz Studer AG).

소량 생산의 무인 원통 연삭 공정

다국적 기업인 MPS Micro Precision Systems AG(MPS)는 까다로운 고정밀 부품을 IT02 공차 범위 내로 생산할 때 연삭 공정을 사용합니다. 총 7대의 Studer 연삭기를 보유한 당사는 타의 추종을 불허하는 원통 연삭 전문 기술을 자랑합니다. 자동화 및 공정 최적화 덕분에 중간 규모의 물량도 24시간 유연하게 무인 생산할 수 있습니다. 유연한 생산 셀 덕분에 향후 프로젝트와 프로토타입을 보다 신속하게 출시할 수 있습니다.

400명 이상의 직원이 근무하는 MPS는 특별한 종류의 “우량 강소기업(Hidden-Champion)”입니다. MPS의 전신인 RMB(Roulements Miniatures Bienne SA)는 1969년에 이미 아폴로 달 탐사 임무를 위한 구성 부품을 개발한 바 있습니다. 250명의 직원이 근무하는 Biel은 MPS 그룹 중 최대 사업장으로서 140대 이상의 선삭, 밀링, 연삭, 연마 및 삭마 공작 기계를 보유하고 있습니다.

« 당사의 기술 스펙트럼은 다양하지만 한 마디로 요약하자면 첨단 영역의 고정밀 응용 분야에서 복잡한 전기기계 어셈블리를 가장 엄격한 공차로 제조 및 조립하는 기술입니다 »
마누엘 네르시드(Manuel Nercide) (플랜트 매니저).

연삭기에 대한 지속적인 투자

미카엘 바잔(Michael Bazzan) (생산 매니저): “당사는 현재 7대의 Studer 연삭기를 가지고 뛰어난 연삭 역량으로 고정밀 부품을 생산하고 있습니다. 하나만 생산하는 단일 부품 생산부터 연간 최대 25,000개의 부품 생산에 이르기까지 다양한 배치 크기에 맞춰 연삭기를 조정합니다.”

현재 Studer 연삭기 7대 중 3대에는 배치 크기에 따라 자동 로딩 시스템이 장착되어 있습니다. 다음에서는 볼 나사 생산을 위한 Studer S33과 유연한 생산 셀(Flex Cell) 부문에 사용되는 Studer S21를 중점적으로 다루겠습니다.

프로토타입 생산을 위한 유연한 생산 셀

디디에 누아르장(Didier Noirjean) – (Flex Cell 매니저): “Flex Cell은 최근 자급자족형 생산 유닛으로서 원통 연삭 생산에 통합됨으로써 프로토타입 및 새로운 개발을 위한 연삭 공정을 설정하면 생산에 개입할 필요가 없어졌습니다. 이 유연한 생산 셀 덕분에 당사는 개발에서 완성 부품까지 걸리는 시간을 대폭 단축하게 되었습니다. Studer S21의 경우 중요한 특징은 다양한 구성 부품에 맞춰 매우 빠르고 유연하게 기계를 설정할 수 있다는 점입니다. 또한 편심 연삭 공정도 S21을 사용하여 처리할 수 있습니다. 이러한 점들을 살펴볼 때 Studer S21은 당사의 요구 사항에 완벽하게 부합하도록 설계되었습니다.”

Flex Cell에서는 주로 프로토타입을 처리하는 한편 양산 부품들은 다른 6대의 Studer 기계에서 처리합니다. 여기에는 고정밀 설계의 볼 나사가 포함됩니다.

유연한 생산 셀(Flex Cell)에서 자신의 기능을 수행하는 Studer S21 보기. 여기서 프로토타입 구성 부품(알루미늄 소재의 펌프 로터)은 정밀하게 연삭됩니다. 유연성이 뛰어나 편심 연삭 공정도 문제 없이 처리할 수 있습니다.

볼 나사에 대한 핵심 역량

볼 나사의 최소 볼 직경은 0.8 mm입니다. 볼을 포함한 모든 구성 부품은 MPS에서 자체 개발 및 생산합니다. 나사산이 고딕 아치형인 나사 스핀들의 양산은 완전 자동화된 Studer S33에서 이루어집니다.

 

현재 MPS 고정밀 볼 나사는 전 세계적으로 수요가 많으며 특히 고성능 현미경 및 망원경 시스템에서 렌즈를 정밀하게 포지셔닝하는 데 사용됩니다.

고정밀 응용 분야에 사용되는 볼 나사

마누엘 네르시드: “당사는 무엇보다도 이러한 정밀 나사 스핀들을 연구 개발 중에 있습니다. 렌즈 어셈블리를 매우 부드럽고 정확하게 포지셔닝하도록 MPS Microsystems에서 개발한 전문 기술을 사용하여 줌 및 레이저 빔 포커싱 시스템과 같은 광학 구성 부품에 고성능 정렬 시스템을 제공할 수 있습니다.”

고객 맞춤형 시스템

MPS Microsystems 미니어처 볼 나사 또는 볼 나사 스핀들은 전체를 스테인리스강으로 만들며 축 방향 유격을 미세 조정할 수 있는 이중 너트를 사용하여 위치를 잡습니다. 종종 측정용으로 만드는 이 스핀들은 연삭한 나사산의 정밀도가 높아 거의 마찰 없이 움직일 수 있습니다. 양산에 관해 말하면 볼 나사의 경우 다양한 고객 맞춤형 옵션 중에서 선택할 수 있습니다.

J. 그로장(J. Grosjean): “이러한 응용 분야에는 유격이 전혀 없는 최고의 정밀도와 포지셔닝 정확도가 필요합니다. 이러한 요구 사항이 바로 당사 스핀들 시스템이 강점을 가지고 있는 부분입니다. 당사는 소위 고딕 아치형 나사산 프로파일을 가장 엄격한 공차 범위 내로 연삭하여 반경 방향 및 측면 유격을 0으로 줄일 수 있습니다.”

연중무휴 24시간 가공하는 경우: 미가공 부품과 볼 나사 완제품이 3축 선형 로봇에 의해 ‘처리’됩니다.

고딕 아치형 나사산: 전체를 연삭하여 가공

나사산이 고딕 아치형일 경우 경화된 블랭크에서 직접 나사산을 연삭합니다. 이러한 고딕 아치형 나사산을 가공하기 위해 Studer에서 사용할 수 있는 매크로를 개발했습니다. 이 매크로를 사용하여 연삭 파라미터를 각 나사 스핀들에 매우 빠르게 적용할 수 있습니다.

U. 바이어만(U. Weyermann) (지역 영업 책임자, Fritz Studer AG): “여기서 소개할 Studer S33은 터렛 휠 헤드가 장착된 외부 원통 연삭기입니다. 특히 여기에 사용된 휠 헤드에는 2개의 외부 연삭 휠이 있습니다. 두 휠 중 하나는 나사산 프로파일링에 사용하고 나머지 디스크는 일반적으로 외부 원통 연삭에 사용합니다.”

2 µm 생산 공차: 나사산이 고딕 아치형인 프로파일이 있는 나사 스핀들의 연삭 공정 보기.

무인 생산을 위한 핸들링 시스템

Humard사는 중간 규모의 물량을 경제적으로 생산할 수 있도록 MPS 및 Studer와 협력하여 공작물의 자동 로딩 및 언로딩을 위한 유연한 핸들링 시스템을 개발했습니다.

M. 바잔: “당사의 경우 배치 크기가 변할 수 있기 때문에 핸들링 시스템의 컨셉트를 구상할 때 다양한 공작물 형상에 신속하게 적응할 수 있는 능력이 중요합니다.”

일반적인 나사산 연삭 공정

Studer S33의 경우 직경이 8 mm이고 길이가 120 mm인 나사 스핀들을 가공할 때 15분도 걸리지 않습니다. 이 과정에서 나사산은 모두 동일한 연삭 휠로 황삭 및 마감 처리합니다. 전체 연삭 공정 동안 연삭 휠은 µ 단위에서 여러 번 조정합니다. 이러한 조정을 통해 하나의 연삭 휠로 지정된 이 크기의 나사 스핀들을 1000개 이상 연삭할 수 있습니다.

 

여러 작업에서의 조정 프로세스

연삭 휠의 조정 프로세스는 연삭 시 중요한 기능을 수행합니다. 한편으로 연삭 휠의 모양과 치수를 보정하고 이어서 연삭 휠의 절삭력을 정의합니다.

줄리앙 그로장(나사 연삭 매니저): “나사 스핀들의 경우 일반적으로 당사는 생산 공정당 여러 번 연삭 휠을 조정해야 합니다. 다이아몬드와 조정 롤러가 모두 조정에 사용합니다. 조정 롤러를 사용할 경우 연삭 휠의 조도를 비교적 구체적으로 정의하고 이를 통해 연삭 공정과 표면 품질을 제어할 수 있습니다. 황삭 및 마감 공정에 이상적인 조정 방법을 결정할 때까지 당사는 이와 관련하여 많은 테스트를 수행했습니다.” U. 바이어만: “연삭 공정의 복잡성과 기계의 치수(키워드 열 흐름)를 고려할 때 당사에서 IT02 공차에 따라 무인으로 생산하는 것은 당연한 일입니다. 매일 7대의 Studer 기계가 모두 MPS에서 요구하는 정밀성과 공정 신뢰성을 정확하게 제공합니다. 궁극적으로 연중무휴 24시간 당사에서 요구하는 IT-02 공차 범위 내로 부품을 생산할 수 있는 Studer 연삭기의 반복 정확도가 매우 높은 덕분입니다.”

투자를 통한 생산 비용의 절감

STUDER-Kundengeschichte-MPS
STUDER-Kundengeschichte-MPS

마지막으로 마누엘 네르시드가 비교를 위해 과거를 살펴봅니다. “7년 전 당사는 2000에서 최대 5000개의 스핀들을 생산했는데 현재는 연간 50000개의 스핀들을 생산하고 있습니다. 특히 최신 연삭기에 대한 투자 덕분에 생산 비용을 지속적으로 절감했습니다. 7년 전에는 생산 비용이 네 배나 더 높았습니다. 이러한 관점에서 현대적 생산 수단에 대한 투자는 미래에도 계속 역량을 발휘하는 데 매우 중요합니다. 궁극적으로 당사의 생산이 제품 범위의 질적 및 양적 요구 사항을 충족해야 합니다. 이와 관련하여 당사는 특히 지속적인 투자 덕분에 원통 연삭 부문에서 완벽한 입지를 구축했습니다.

 

MPS AG: 400명의 직원 – 3개의 사업장 – 4개의 사업부

이러한 전기 기계 구성 부품은 Biel에 소재한 MPS에서 생산하여 완제품으로 조립합니다. 이 제품은 척추 수술에서 수술 기구를 고정밀도로 포지셔닝하는 데 사용됩니다.

MPS Micro Precision Systems AG(MPS)는 1936년에 RMB(Roulements Miniatures Bienne SA)라는 이름으로 설립되었으며 2003년에 MPS로 개명한 스위스 회사입니다. 이 기업 그룹은 전기 기계 시스템의 개발, 처리 및 조립 기술뿐만 아니라 선형 볼 베어링 및 미니어처 볼 나사 분야에 대한 전문 기술을 보유하고 있습니다. 당사의 전기 기계 구성 부품 및 솔루션은 신뢰성, 높은 수준의 정밀도 및 작은 치수가 특징입니다. MPS 제품이 활용되는 전문 영역으로는 정형외과를 비롯한 의료 기술 분야와 시계 제조, 자동화, 항공우주, 과학 및 광학 분야를 들 수 있습니다.

MPS Micro Precision Systems AG는 400명의 우수한 직원이 근무하고 있으며 3개의 사업장을 두고 있습니다. 시장은 다음과 같이 네 가지 사업부로 나뉩니다: MPS Microsystems(본 보고서), MPS Watch, MPS Décolletage 및 MPS Precimed. 또한 MPS는 전기 기계 구동 시스템과 관련하여 모회사인 Faulhaber 그룹의 노하우를 활용할 수 있습니다.

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