머시닝 센터

1. 주요 기능과 특징

현재, 머시닝 센터(machining center, 약칭 MC)는 제조 현장에서 널리 이용되고 있습니다. 가장 중요한 용도인 금형 제조를 비롯하여 금속 부품 가공 시 없어서는 안 될 존재입니다. 예를 들어 자동차 산업에서는, 엔진 부품의 연삭이나 구멍 뚫기부터 시작하여 보디 부품의 금형 제조 등에서 위력을 발휘합니다. 그 밖에 생활이나 산업을 지탱하는 많은 제품들이 머시닝 센터로 만들어진다고 해도 과언이 아닙니다.

머시닝 센터의 특징은 컴퓨터 제어에 의한 「공구 자동 교환 기능」이 있다는 점입니다. 일반적으로 NC 공작기는 작업자가 공구를 교환하지만, 머시닝 센터는 「툴 매거진」이라고 하는 공구 수납 장소에서 「체인지 암」에 의해 자동으로 공구를 교환하고 가공합니다. 따라서 번거로운 설정 변경 과정이 줄어들어 제조 시의 무인화와 공정 수 감소, 비용 절감이 가능합니다.

최근에는 가로, 세로, 높이의 3축을 이용한 가공 외에 회전 운동을 하는 2축이 추가된 「5축 머시닝 센터」가 등장하여 더 복잡한 형상을 가공할 수 있게 되었습니다.

CAD 데이터를 이용하여 머시닝 센터로 금속 가공
CAD 데이터를 이용하여 머시닝 센터로 금속 가공
금형 가공을 바탕으로 제품 제조
금형 가공을 바탕으로 제품 제조

2. 머시닝 센터의 탄생과 발전

금속 부품을 제조하려면 일반적으로 면이나 홈의 연삭을 비롯해 구멍 뚫기, 보링(구멍 확대), 나사 내기 등 여러 가지 가공을 할 필요가 있습니다. 과거에는 이러한 가공을 위해 밀링 커터나 엔드밀, 드릴, 보링, 탭과 같은 바이트 공구를 구분해서 사용했습니다.
그 후 NC 공작기가 등장하고 터릿이라는 수동식 공구 교환 기능이 개발되어 바이트 교환이 편리해졌습니다. 더 나아가 바이트 교환을 컴퓨터 제어로 자동화한 것이 머시닝 센터입니다. 가공물의 여러 면에 대해 몇 종류의 가공을 동시에 연속으로 할 수 있어서 생산 효율이 크게 향상되었습니다. 해마다 가공의 정도와 속도가 향상되고 있으며 이제는 제조의 근간을 이루고 있습니다.

금속 가공 메이커의 공장을 견학해 보면 여러 대의 머시닝 센터가 주야로 쉬지 않고 계속 가동되고 있습니다. 현장에서 기계를 모니터하는 것은 소수의 오퍼레이터뿐입니다.

NC 공작기에서는 터릿에 공구를 장착하여 수동으로 회전

A
터릿
NC 공작기에서는 터릿에 공구를 장착하여 수동으로 회전
머시닝 센터에서는 공구 교환이 자동화
머시닝 센터에서는 공구 교환이 자동화

3. 머시닝 센터의 주요 구조와 종류

머시닝 센터는 크게 수평형과 수직형, 도어형의 3가지 구조로 나뉩니다. 처음 개발된 것은 수평형으로, 간단히 말하면 바이트를 장착하는 회전 축(스핀들)이 가로 방향(바닥에 대해 수평 방향)입니다. 이와 달리, 수직형은 회전 축이 세로 방향입니다. 한편, 도어형(갠트리형)은 말 그대로 문과 같은 구조이며, 회전 축은 문의 천장 부분에서 아래를 향하고 있습니다.
머시닝 센터의 주요 구조는 수평형을 예로 들어 설명하면, 아래에서부터 순서대로 베드라는 기반 부분, 베드 위에서 이동하는 새들, 새들 위에 장착되어 가공 재료를 설치하는 테이블, 그리고 베드에 수직 방향으로 설치된 컬럼, 바이트를 장착하는 주축 헤드 등이 있습니다.

4. 수평형과 수직형의 차이

수평형 머시닝 센터는 바이트의 회전 축이 가로 방향으로 되어 있어 가공물을 수평 방향으로 가공합니다. 이때 컬럼이 X축 방향, 새들이 Y축 방향, 테이블이 Z축 방향으로 움직여 3D 가공이 가능합니다. 여기에 테이블의 일부가 수평 방향으로 회전하는 B축이 추가된 모델이 있고, 이 경우 총 4축으로 가공할 수 있습니다.
수평형의 장점은 B축이 포함된 4축을 활용하여 가공물의 4면을 한꺼번에 가공할 수 있다는 것입니다. 따라서 가공물의 4면을 수작업으로 바꿀 필요가 없기 때문에 가공 정도가 높다는 특징이 있습니다. 또한, 가로로 절삭해가기 때문에 절삭분이 아래로 떨어져 절삭분이 가공물 위에 쌓여 바이트에 끼이는 문제를 방지하기 쉽다는 장점도 있습니다.

한편 수직형 머시닝 센터는 회전 축이 수직 방향이어서 가공물을 위에서부터 가공하는 구조입니다. 일반적으로는 테이블이 X축, Y축의 수평 방향으로 이동하고 회전 축이 수직 방향으로 이동하여 3축에 의해 가공됩니다.
회전 축이 가공물 옆에 있는 수평형에 비해 설치 공간이 작기 때문에 현재 널리 보급되고 있습니다. 또한, 가공물을 위에서부터 절삭하므로 설계 도면과 비교하면서 가공할 수 있다는 점도 장점입니다. 다만, 가공물의 상부에서 가공하기 때문에 절삭분이 쌓이기 쉬워 압축 공기를 불거나 윤활유제로 세척하여 수시로 제거할 필요가 있습니다.

수직형 머시닝 센터
바이트 공구가 수직 방향
수직형 머시닝 센터
수평형 머시닝 센터
바이트 공구가 수평 방향
수평형 머시닝 센터
A
바이트를 장착하는 회전 축