스트레인 게이지 공작 기계 프로브는 5축 항공우주 부품에 적합합니다
항공우주 인장 성형 제품을 전문 취급하는 Triumph 사에서는 포물선, 복심 곡선 또는 원뿔 형태가 아닌 부품이나 형상을 거의 찾아볼 수 없습니다.
여전히 공작 기계에 사용되는 이러한 부품에 대한 가공 작업의 신속한 정밀 측정은 회사의 CAD/CAM 부서에서 개발하여 린 제조가 용이하도록 개선한 핵심 기술입니다. 그러나 여기에는 작은 구멍 직경, 굴곡, 형상 공차 등을 높은 정확도로 연속 측정하는 데 필요한 정밀 "접촉"이 지원되는 RMP600 스트레인 게이지 프로브가 사용됩니다. 로빙(즉, 진정한 3 차원 트리거링 특성)이 없고 반복정도가 0.25 μm(0.00001 인치)인 스트레인 게이지 프로브는 1회 캘리브레이션 루틴 후 어떤 방향의 트리거에서도 높은 정확도를 제공합니다.
RMP600을 Renishaw의 OMV Pro 소프트웨어와 함께 사용하면 회사의 Zimmerman CNC 5축 포털 밀링 장비에 지원되며 CMM과 같은 기능이 제공되므로, 복잡한 부품을 기계에서 이동 없이 측정할 수 있어 다른 장치에서 재확인 시 일반적으로 0.025 mm(0.001 인치) 이내의 측정 결과를 얻을 수 있습니다. 따라서 실제 CMM에서의 오프라인 작업 점검이 필요치 않아 회사는 고가의 부품을 옮기고 다시 장착하는 데 따른 많은 시간의 생산 지연, 잠재적인 손상, 정확도 문제 등을 방지할 수 있습니다.
Triumph 제조 설비의 핵심 역량은 항공우주 산업용 판금, 돌출, 롤링 형상 및 라이트 플레이트 금속의 인장 성형에 있습니다. 회사의 프레스 용량은 10톤에서 750톤까지 다양하며 Cyril Bath 프레스에 부착된 150톤 및 400톤의 불도저를 사용하여 리버스 폼을 인장 성형할 수 있습니다. 회사는 또한 복잡한 단일 면과 다양한 금속으로 이루어진 다중 면을 지원하는 독자적인 인장 성형 역량도 갖추고 있습니다.
Triumph 제조 설비의 핵심 역량은 항공우주 산업용 판금, 돌출, 롤링 형상 및 라이트 플레이트 금속의 인장 성형에 있습니다. 회사의 프레스 용량은 10톤에서 750톤까지 다양하며 Cyril Bath 프레스에 부착된 150톤 및 400톤의 불도저를 사용하여 리버스 폼을 인장 성형할 수 있습니다. 회사는 또한 복잡한 단일 면과 다양한 금속으로 이루어진 다중 면을 지원하는 독자적인 인장 성형 역량도 갖추고 있습니다.
CAD/CAM 부서 매니저 Gary Medlock은 사이클 시간을 단축하고 재작업을 방지할 뿐 아니라 부품의 여러 고정물에서 점차 변형을 일으킬 수 있는 오차를 줄이려는 회사의 목표 달성을 위해 기계 내에서 프로빙(on-machine probing)이 필수라고 말하면서, "우리는 CMM으로 부품을 옮기기보다는 절삭 즉시 측정하기를 원한다"고 덧붙입니다. "이러한 고가치 부품으로 시작하여 Zimmerman에서 매 작업마다 가치를 더하고 있습니다. 리딩 에지(동봉된 사진에 나와 있음)를 위한 성형품과 같은 부품에서 우리의 대안은 부품의 분리와 측정 그리고 다시 셋업하는 데 거의 하루를 소모하거나, 부품을 완전히 마무리한 후 검사와 재작업이 필요하지 않기를 바라는 것입니다. 공정 내 측정에서는 부품에 더 많은 노력을 들이기 전에 각 작업 단계가 사양을 충족하는지 확인합니다."
더 일반적으로, Zimmerman 밀링 장비에서 가공된 부품은 가공한 구멍과 컷아웃을 필요로 하는 0.635 mm(0.025인치) ~ 3.18 mm(0.125인치) 두께의 판금을 구성합니다. 이러한 부품은 진공 방식으로 고정됩니다. 항공기 분야의 통상적인 크기인 2.5 mm(0.098인치) ~ 9.5 mm(0.375인치)의 구멍을 뚫고 리머 가공하는데, 이 때 정확도는 0.05 mm(0.002인치)이고 실제 위치 공차는 0.30 mm(0.012인치) ~ 0.71 mm(0.028인치)입니다. “우리는 1 mm(0.039인치) 텅스텐 또는 스테인리스강 스타일러스, 50 mm(1.97인치) 연장바 그리고 이중 접촉식 프로빙 방식을 사용하여 RMP600 프로브로 구멍 크기와 실제 위치를 측정한다”고 Medlock은 설명합니다. “우리는 구멍 깊숙히 도달할 수 있는 텅스텐 볼을 선호합니다. 방향에 주의를 기울인다면, 이 볼로 거의 모든 것을 측정할 수 있습니다. RMP600 프로브의 50 mm 연장바는 정확도 손실을 초래하지 않으며, 충돌 가능성을 최소화하기 위해 공작물에서 프로브까지 일정한 거리를 유지하고, 충돌 시 교체 비용도 더 저렴합니다. 소프트웨어에서 사용하는 것과 동일한 속도로 캘리브레이션했기 때문에 우리는 이중 접촉식 프로빙을 사용합니다. 따라서 타이밍과 각도가 모두 설정되어 있습니다."
기계 캘리브레이션은 Triumph가 우수한 프로빙 결과를 얻고 그 결과에 확신을 가질 수 있는 중요한 요소 중 하나입니다. Medlock은 "레이저와 볼바로 1년에 한 번 기계를 캘리브레이션한다"고 말합니다. “또한 기계에 일주일에 한 번 캘리브레이션하는 소형 캘리브레이션 구가 있는데, 알려진 각도로 기계를 회전시키고 프로브로 구에 접촉시킵니다. 이러한 결과가 2년 전 데이터와 함께 히스토그램에 나타나므로 쉽게 추세 파악이 가능합니다. 또한 QC 프로그램 구성 요소에 대한 변동이 있을 때마다 프로빙하는 원뿔, 구, 슬롯 및 기타 피처를 갖는 추적 가능한 인공물이 있습니다."
Triumph에는 두 가지의 Zimmerman 포털 밀링 장비가 있습니다. 2008년에 제조된 최신형 FZ-30 모델에는 Siemens 840D CNC가 장착되었습니다. 이 특별한 기계는 X-Y-Z 리니어 축 범위가 6 x 2.8 x 1.5 m(236인치 x 110인치 x 59인치)이고 110° A축과 360° C축이 있습니다. 스핀들은 25,000 rpm의 최대 속도로 최대 40 kW의 전력과 48 Nm의 토크를 생성합니다. 공장 자체의 온도가 제어됩니다. “이 기계는 체적 정확도가 0.1 mm(0.004인치)이고, 널리 사용되는 더 큰 공작 기계에서는 일반적인 CMM 정확도와 비교하기 적합하다”고 Medlock은 설명합니다.
RMP600의 뛰어난 기능 중, 1 mm 스타일러스를 사용하여 최대 0.098인치의 작은 구멍 직경까지 측정할 수 있다는 점을 입증했습니다.
Triumph 제조 설비(영국)
“프로브가 없을 때의 우리의 대안은 부품을 CMM 룸으로 가져와서 측정한 뒤 돌아와서 다시 셋업하는 것”이라고 Medlock은 말합니다. 각 셋업이 처음과 동일하게 유지될 수 있도록 점검 홈 또는 기타 피처를 추가해야 합니다. 즉, 전체 검사 사이클이 완료될 때까지 하루 종일 기다려야 할 뿐 아니라 부품에 더 많은 비용이 소요됩니다.
이러한 지연과 새로운 셋업 시마다 발생하는 불확실성은 린 공정에서는 허용되지 않습니다. 평균적으로, 프로빙 사이클은 기계 사이클과 거의 동일하지만, 이는 매우 포괄적인 평균치로, 피처의 수에 따라 일부 부품은 훨씬 빠르게 검사됩니다. 예를 들어 구멍을 프로빙할 때는 각 구멍에 대해 평균 8초가 소요됩니다.”
Triumph의 성공을 위한 다른 핵심 요소는 모델과 형상의 프로그래밍입니다. “제대로 된 운영을 위해서는 모든 피처가 부품에 있어야 한다”고 Medlock은 강조합니다. "보통은, 오프라인에서 프로빙 프로그램을 만들기 위해 OMV Pro 소프트웨어로 가져오는 STEP 파일부터 시작합니다. 소프트웨어는 충돌 검출을 위해 프로빙 루틴을 시뮬레이션하며 필요한 각도의 수동 입력 없이 적절한 측정 위치로 프로브를 자동 회전시킬 수 있는 '자동 회전' 기능을 포함합니다. 피처는 다양한 방법으로 측정할 수 있습니다. 예를 들어 구멍은 원이나 원통으로 측정될 수 있습니다."
측정 데이터 수집을 위해 프로빙 프로그램이 CNC에서 실행되며, 그 후 OMV 소프트웨어에서 CMM 유형 알고리즘을 사용해서 오프라인으로 평가됩니다. 소프트웨어는 측정 데이터를 맵/모델 파일과 비교하고 그래픽 및 수치 보고서를 생성합니다. 소프트웨어는 공칭 대비 차이를 보고하며, 범위를 보여주기 위해 그래프를 그립니다.
OMV 소프트웨어의 GD&T 마법사는 프로그래머를 위해 국제 공인 기호에 기반한 표준화된 보고서 요소 생성 절차를 안내하므로, 기계부터 제조 도면까지의 측정 결과를 비교하는 것이 가능합니다. “현재 직각도, 경사도, 표면 프로파일 및 실제 위치를 사용하고 있다”고 Medlock은 덧붙입니다.
기존 공작 기계 프로브와는 달리, 스트레인 게이지 기반 RMP600은 각 벡터에 대해 캘리브레이션할 필요가 없어 5축 환경에서 사이클 시간이 크게 절약됩니다. Medlock은 "5축 분야이므로 모든 벡터로부터 측정을 수행한다"고 설명합니다. "RMP600의 스트레인 게이지 트리거링 시스템 덕분에 스타일러스 접촉 방향에 관계 없이 양호한 측정값(동일한 측정값)을 얻을 수 있습니다. 이는 5축 분야에서 완벽하게 수행됩니다. 5축 작업을 수행할 때, 프로브가 약간 비뚤어진 방향에서 사용되며, 실제 방향으로부터 볼이 접촉될 수도 있습니다. RMP600으로 뭔가 측정할 때는 재측정이 필요할 경우 동일한 판독값을 얻게 됩니다. RMP600의 뛰어난 기능 중, 1 mm 스타일러스를 사용하여 최대 0.098인치의 작은 구멍 직경까지 측정할 수 있다는 점을 입증했습니다.특허 기술인 RENGAGE™ 감지 메커니즘이 기존의 모든 공작 기계 프로브의 본질적인 오류인 로빙을 제거한다는 점에서 RMP600은 기존 공작 기계 프로브와는 기본적으로 다릅니다. 로빙이 측정 정확도에 영향을 끼칠 정도로 과도하게 높은 경우, 사용자는 프로브를 각 측정 벡터를 따라 캘리브레이션해 이를 보정해야 합니다. 이때 복잡한 캘리브레이션 사이클과 수많은 프로브 오프셋 관리가 요구됩니다.
RMP600이 이러한 불편함을 없애줍니다. 스트레인 게이지는 스타일러스에 가해지는 접촉력을 측정하고 스트레인 임계값을 초과하면 트리거를 생성합니다. 따라서 트리거 힘이 약해지고 스타일러스 휨이 감소할 뿐 아니라 서브미크론 수준의 반복정도(0.25 μm 2σ), 로빙 없음, 진정한 3차원 트리거링 등의 장점을 얻을 수 있습니다. RMP600은 특히 많은 감지 방향이 사용되는 3D 표면 또는 공작물에 대한 접근 벡터를 모를 수 있는 셋업에서 훨씬 향상된 계측 성능을 제공합니다. 프로브 내부의 로직은 게이지에서 보여진 스트레인이 부품 표면과의 접촉으로 인해 생긴 것인지 불특정 사건에 의해 생긴 것인지 판별함으로써 충격과 진동으로 초래되는 예기치 않은 트리거를 없애줍니다.
Medlock은 "결국 프로브의 정확도는 기계에 의해 결정된다는 점을 염두에 두어야 한다"고 강조합니다. "이 기계의 성능, 조건 및 캘리브레이션 내역을 감안할 때 이 기계에 대한 검사는 CMM 검사와 동일하다고 생각합니다. 기계는 테스트를 거쳐 CMM과 동일한 요건으로 캘리브레이션되며 쉽게 0.38 mm(0.015인치)의 부품 프로파일 정확도를 갖출 수 있습니다. 우리는 부품에서 발생하는 모든 피처를 가지고 있는 알려진 가공물을 프로빙함으로써 계측 성능을 확인할 수 있습니다. 이 기계와 5축 기능의 높은 정밀도 덕분에 스트레인 게이지 프로브는 당사의 측정 요건에 더 적합한 것으로 확인되었습니다. 다른 측정 장치와의 비교를 통해 주기적인 이중 점검에서 0.001인치 이상의 편차가 거의 나타나지 않아, 높은 수준의 신뢰도와 작업 효율성을 제공줍니다.”