1 장비 및 방법

1.1 데이터 출처 및 측정 프레임워크

운영 데이터는 공장 교대 기록(2025년 1월~9월), 기계공구 진단 출력 및 자동 검사 로그에서 수집되었다. 반복성을 보장하기 위해 평가에는 고정된 측정 구간이 사용되었으며, 60분 간의 가동률 샘플링, 전체 사이클 가공 시간 측정, 게이지 제어 차원 검사가 포함되었다. 온도, 냉각수 농도, 스핀들 부하 등 환경 변수는 측정 간 일관된 조건을 유지하기 위해 기록되었다.

1.2 장비 목록 및 분류

1.2.1 CNC 밀링 시스템

해당 시설은 12,000~20,000rpm의 고속 스핀들을 갖춘 3축 및 5축 수직 머시닝 센터를 운영하고 있다. 각 장비는 공정 중 측정을 지원하는 통합 프로빙 모듈을 포함하고 있으며, 도구 저장고는 20~60개의 포지션을 보유하여 복잡한 형상을 신속하게 전환할 수 있다.

1.2.2 CNC 선반 플랫폼

선삭 시스템에는 동시 가공이 가능한 이중 스핀들 선반과 파워 타워 구성이 포함됩니다. 바 피더는 최대 직경 65mm의 스테인리스강, 알루미늄 및 티타늄 재료의 연속 가공을 지원합니다.

1.2.3 보조 및 검사 장비

보조 시스템에는 자동 팔레트 교환장치, 로봇 로딩 암, 냉각수 재활용 장치가 포함됩니다. 치수 검증은 CMM, 고해상도 광학 비교기 및 휴대용 다관절 측정 암을 통해 수행됩니다.

1.3 워크플로우 모델링 및 재현성

1.3.1 공정 흐름 매핑

프로그램 로딩, 지그 설정, 낙략 가공, 준정밀 가공, 정밀 가공, 버 제거, 검사 등 공정 단계들은 표준화된 워크플로우 차트를 사용하여 매핑되었습니다. 각 단계는 디지털 MES 인터페이스를 통해 시간 기록이 남고 기록되어 재현성을 보장합니다.

1.3.2 생산 능력 시뮬레이션 모델

이산시간 시뮬레이션을 통해 스핀들 가동 시간, 설치 기간 및 검사 간격을 모델링하였습니다. 입력 자료로는 실제 공구 수명 기록과 검증된 기계 사이클 타임이 포함됩니다. 이 모델은 동일한 시간 파라미터와 기계 상태를 적용함으로써 반복적으로 사용할 수 있도록 설계되었습니다.

2 결과 및 분석

2.1 처리 성능

2.1.1 가공 사이클 타임

데이터에 따르면, 5축 가공을 통합하면 재위치 결정 빈도가 줄어들어 기존의 3축 전용 공정 대비 평균적으로 18~23%의 사이클 타임 단축 효과를 얻을 수 있습니다. 자동 프로빙은 체크당 오프셋 조정 시간을 약 12초 감소시킵니다.

2.1.2 장비 활용도

3교대 운영에서 측정된 스핀들 활용도는 78~84%에 달하며, 일반적인 산업 벤치마크보다 6~8%p 높습니다. 로봇 적재 장치는 소량 생산 시 수작업 적재로 인해 발생하는 변동성을 줄여 활용도를 안정적으로 유지합니다.

2.2 치수 정확성 및 일관성

500개의 기록된 부품에서 평균 치수 편차는 ±0.008mm 이내로 유지된다. 광학 검사 데이터는 공구 경로 최적화가 알루미늄 하우징 및 정밀 샤프트의 표면 마감 산포를 줄이는 데 효과적임을 확인했다.

2.3 벤치마크 비교

2019년부터 2023년까지 발표된 가공 연구들은 소규모 배치의 평균 가동률이 65–76% 사이로 보고하고 있다. 관찰된 2025년 성과는 동기화된 스케줄링과 다축 통합의 영향을 반영하며, 디지털화된 공장 운영에 관한 최근 연구 결과와 일치한다.

3 논의

3.1 사이클 타임 단축에 영향을 미치는 요인들

사이클 타임 단축은 주로 통합된 공구 경로, 수동 조정 횟수 감소, 그리고 빠른 공정 중 검사 덕분에 이루어진다. 개선된 스핀들 가속 프로파일도 전체적인 효율성 향상에 기여한다.

3.2 한계점

용량 결과는 주로 중간 수준의 복잡도를 가진 알루미늄 및 스테인리스강 부품을 다루는 공장의 특정 제품 믹스에 영향을 받습니다. 중절삭 작업이나 냉각수 안정화 시간이 긴 재료의 경우 결과가 달라질 수 있습니다.

3.3 실용적 함의

일관된 가동률과 안정적인 치수 성능은 다축 시스템과 로봇 핸들링을 결합하면 고정밀 및 고다양성 생산 모두를 지원할 수 있음을 시사합니다. 워크플로 데이터는 향후 고정구 표준화 및 자동 검사 통합에 관한 의사결정에 도움을 줄 수 있습니다.

4 결론

2025년 운영 평가에 따르면, 조정된 설비 업그레이드와 디지털 워크플로 매핑은 가공 일관성과 공장 수준의 생산성을 크게 향상시킵니다. 사이클 타임 단축, 향상된 가동률, 안정적인 치수 결과는 통합된 다축 시스템의 가치를 입증합니다. 향후 과제로는 날림가공 및 최종 검사 공정의 추가 자동화를 통해 피크 생산 기간 동안 처리량을 확대하는 방안을 모색할 수 있습니다.