원문｜두산공작기계

최근 기계가공업계는 숙련 인력의 고령화에 비해 20~30대 젊은층의 인력은 거의 유입되지 않아 심각한 인력난을 겪고 있다. 특히 소수의 엔지니어가 다양한 장비를 관리해야 하는 작업환경 탓에 고지능화·고성능화된 컴퓨터 수치제어(Computerized Numerical Control) 공작기계에 대한 요구는 더욱 커지고 있다.

이러한 상황에서 2019년 8월 일본의 화이트리스트 제외 조치는 글로벌 수준의 경쟁력 갖춘 국산 CNC 기술의 필요성을 키웠고, 국산 CNC 개발 및 출시를 앞당기는 계기를 만들었다. 

두산공작기계의 차세대 CNC

CNC의 국산화는 단순히 기술력 확보 차원을 넘어 공작기계 기반의 국가 제조경쟁력 제고에 있어서 매우 중요한 문제다. 두산공작기계는 지난 30여년 간 고품위, 초정밀 가공기술력 확보를 위해서는 없어서는 안 될 CNC 기술력을 국산화 시켰으며, 1~3세대 CNC 모델을 자사의 여러 장비에 적용해 국산 CNC의 자생력을 키우는 데 기여해 왔다.

특히 두산공작기계가 2015년 선보인 차세대 CNC ‘DOOSAN CNC D300(이하 D300)’은 고객들로부터 생산성 향상뿐만 아니라 작업자 편의를 고려한 제어시스템과 탁월한 그래픽 성능, 용이한 유지·보수 기능까지 갖춘 이상적인 CNC로 평가받았다.

두산공작기계는 여기에 만족하지 않고 애플리케이션 형태로 확장 가능한 인간-기계 인터페이스(HMI, Human Machine Interface)를 적용하고, 블록 프로세싱 타임(Block Processing Time)을 감소시켜 생산성을 높이고 ‘공구 중심점(TCP, Tool Center Point) 제어’ 기술을 적용하여 정밀도를 향상시킨 ‘New DOOSAN CNC D300(이하 New D300)’의 출시를 앞두고 있다.

소수 엔지니어가 여러 장비를 관리해야 하는 작업환경에 최적화된 CNC ‘D300’

독일, 일본 등 제조 강국은 물론이고 우리나라 역시 노동력 감소와 숙련자의 고령화 등 노동 기반이 약화되고 있다. 생산 제조 현장의 고령화와 인력난으로 인해 기계부품 가공 및 금형 가공라인에서는 소수의 엔지니어가 다수의 장비를 관리해야 하는 문제들이 커지고 있으며, 이러한 작업환경에서는 CNC의 역할과 책임 또한 커질 수밖에 없다.

HMI 기술의 적용은 단순한 작업의 용이성을 넘어 사용자 편의성과 노동 기반 약화를 해소하는 핵심요소 기술이 되고 있다. 두산공작기계의 ‘D300’ 모델 역시 이러한 기능 강화에 초점을 맞추고 개발되었다.

- 사용자 편의성과 그래픽 기능 화면의 강화 

D300은 개발 초기부터 글로벌 CNC 제조사의 사용자 인터페이스와 호환이 되도록 개발되어 사용자 불편을 최소화 하였다. D300 모델에는 편집(EDIT)에서, 한 화면에 프로그램 두개를 동시에 백그라운드 편집할 수 있는 ‘멀티 편집기능’과 매뉴얼 없이도 쉽게 내용을 파악할 수 있도록 한 ‘G-code/M-code help 기능’ 등 조작효율성을 높인 기능이 탑재돼 있다.

▲‘멀티 편집기능’ 화면으로, 한 화면에 프로그램 두개를 동시에 백그라운드 편집할 수 있다.

이와 함께 자동화에 자주 사용되는 툴 카운터 기능을 표준으로 탑재해 사용자 편의성을 강화했으며, 소재에 시리얼 넘버 등 제조 표시를 위해 문자를 음각으로 각인하는 고급 가공기능코드를 표준으로 적용해 별도 넘버링 공정 비용을 절약시켜준다.

특히 D300 모델은 강화된 그래픽 기능 화면을 자랑한다. 실시간 가공 경로 확인 기능, 프로그램 사전 문법 체크 및 가공 경로 예측 기능, 가공 시간 예측 기능 등 간편하고 빠른 그래픽 체크 기능을 통해 프로그램 및 가공 세팅을 효율적으로 도와준다.

- 더 쉽고, 더 편하게 : 유지보수 기능 강화

두산공작기계의 3세대 CNC인 D300 모델은 화면기반 유지보수 도움 기능과 화면 기반 경보 지침(Alarm Guidance)를 비롯한 다양한 유지 보수 편의 기능을 적용해 공작기계 기반의 디지털 가공을 앞당기고 있다.

▲D300 모델의 화면 기반 경보지침이 켜진 화면

직관적인 센서 상태 모니터링 화면은 센서의 부착위치 및 상태를 사진 형태로 보여줘 화면기반으로 유지보수 가이드가 가능하다. 특히 사용자가 센서 상태를 확인할 경우, 실 배치와 동일한 사진을 이용해서 도면 없이 쉽게 확인이 가능하여 유지/보수가 편리하다는 특징을 갖고 있다. 또 ‘NC 파라미터 Help 기능’은 파라미터에 대한 상세 내용을 매뉴얼 없이 화면으로 확인할 수 있어 파라미터 변경이 필요할 때 사용이 매우 용이하다.

또 편리한 NC 경보 지침은 NC 알람이 발생했을 때 발생 원인과 해결 방법을 그림과 상세한 설명으로 표기하여 경험이 부족한 작업자도 쉽게 이해할 수 있도록 해 준다. PLC 경보 지침은 사진을 기반으로 PLC 알람 발생의 원인을 확인할 수 있으며, 전기도면 없이도 쉽게 확인할 수 있어 유지/보수가 편리하다는 장점을 가진다.

이밖에도 D300 모델은 비휘발성 메모리를 사용하여 데이터 백업용 배터리가 불필요하며, 옵셋값에 대해 과거 값을 불러오거나 실행을 취소할 수 있어서 조작자의 실수를 방지하고 예상치 못한 값 입력에 대비할 수 있다.

- 사용자 편의성의 진화 불러온 ‘New D300’

특히 ‘D300’의 기능을 보다 업그레이드시켜 사용자 편의성과 작업 용이성을 업그레이드시킨 신모델 ‘New D300’은 사용자 편의성을 높이기 위한 애플리케이션 기반의 HMI 기술이 적용되어 작업자 이외에도 제3자의 앱(App) 제작 및 사용이 가능하도록 했다. 또한 고성능 HMI CPU, 대용량(1GB) 메모리 및 최신 Windows 10 OS를 탑재해 빠른 프로그래밍 구현이 가능하다.

▲New D300은 12.1인치와 15인치의 고해상도 화면스크린과 터치스크린을 적용했다.

이와 함께 작업자가 보다 쉽고 편하게 CNC를 조작할 수 있도록 12.1인치와 15인치의 고해상도 화면스크린과 터치스크린을 적용했으며, 직관적인 장비 모니터링이 가능하도록 간결하고 심플한 디자인이 적용된 CNC 프로그래밍 화면은 고령의 작업자뿐만 아니라 공작기계 운영이 미숙한 초보 작업자도 쉽게 장비를 제어할 수 있게 했다.

생산성 향상과 고정밀 가공 위한 고객맞춤형 CNC를 찾는다면?

기존의 CNC기술이 제어기에 종속적인 장비응용시스템을 제공했다면 최근 금형가공 및 부품가공 수요업계에서는 유연생산과 다양한 종류의 가공공정, 그리고 다양한 컴퓨팅 환경(OS 및 플랫폼 등)에 대응할 수 있는 커스터마이징화된 CNC 기술력을 요구하고 있다. 두산공작기계 역시 기계장비의 고부가가치화와 고성능화를 위해 고정밀 위치제어 기술을 적용한 D300을 장비에 적용하고 있다.

- 생산성 향상 위해 고속가공 선독블록 기본 제공

고속·고정도 가공을 위한 목적으로 일정 블록을 먼저 선독(Look-Ahead)하여 최적의 경로와 가감속 속도를 계산함으로써 가공 속도를 높이는 것이 바로 ‘선독블록’의 역할이다. 단순히 가공 속도 및 기계의 이송 속도만 증가시키면 가감속에 의한 가공물의 형상 오차가 발생할 수 있으나, 선독블록을 사용하여 서보 모터를 제어함으로써 가공 속도를 높여 생산성 향상은 물론, 가공 형상 윤곽 오차를 줄일 수 있어 가공품의 품질향상이 가능하다.

D300은 Lynx 210A/B, Lynx 220G super, PUMA GT2100/2100M, PUMA GT2600(L)/2600M(LM) 등 터닝센터 장비에 고속가공을 실현하는 선독블록 400블록을 기본으로 제공한다. 400블록이 기본으로 적용된 터닝센터는 고출력의 스핀들과 서보를 체택하여 가공안정성 및 공구수명 개선 효과는 물론 절삭 성능 개선, 생산성 증대도 기대할 수 있다.

두산공작기계는 고객사의 생산성 향상을 위해 가공의 고속·고정도화에 매우 중요한 ‘선독블록’을 터닝센터 장비뿐만 아니라 T3600D, T4000(L) 등 일부 머시닝센터 장비에도 700 블록을 기본으로 제공해 생산성 향상에 탁월한 성능을 확보해 왔다. 

- 고정밀 제어와 고품질·생산성 향상의 기여하는 ‘New D300’

New D300은 CNC 기술을 통해 공작물의 고정밀 제어를 실현할 수 있도록 고속 CPU를 적용해 블록 프로세싱 타임을 감소시켜 생산성을 향상하였다. 이와 함께 5축가공의 역기구학 방식을 이용한 공구 중심점(TCP, Tool Center Point) 제어를 통해 공구 중심점의 변위를 최소화하고 정밀위치제어를 가능케 했다.

▲TCP(공구 중심점) 제어 기능을 적용 여부에 따른 가공 변화 모습

뿐만 아니라 New D300은 선독 1000블록 고속 윤곽제어 및 가공조건 선택 기능을 기본적으로 내장해 생산성 향상에 기여했으며, 고가감속과 고토크 스핀들 모터의 적용으로 공작물의 가공품질을 크게 향상시킬 수 있게 되었다.

무엇보다도 D300, New D300이 매력적인 CNC로 떠오르고 있는 이유는 제조현장에서 요구하는 복잡한 계산 및 빠른 통신 속도를 보다 효율적으로 처리하기 위해, 고성능 제어시스템을 기반으로 사물인터넷(IoT)를 융합한 다양한 앱 기반 HMI 소프트웨어 모듈을 탑재해 사용자 편의성과 작업 용이성을 높였다는 것.

특히 D300, New D300은 두산공작기계의 스마트공장 솔루션인 아이두(aI doo) 컨트롤을 선택적으로 지원받을 수 있다.