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핵심기술
♦ 제품변화에 따른 다축(X, Y, Z, B, C 및 ATC) 다기능화(밀링+터닝) 복합가공기
♦ 넓은 가공영역의 컬럼 이송형 복합가공기
♦ 고강성 초경량 소재의 고능률 가공기
♦ 주축 등 요소 유니트의 온도제어 및 지능형 툴매거진(ATC)
♦ 자동차 엔진블록과 실린더 헤드 등 초경량 고강도 소재의 고능률 복합가공기

최종목표
♦“자동차의 대형부품까지 가공이 가능한 수평형 밀링헤드 방식의 구조로 그린카 경량소재의 가공생산성과 복합가공(밀링+터닝)이 가능한 5축 가공시스템 개발”을

핵심기술
♦ 제품변화에 따른 다축(X, Y, Z, B, C 및 ATC) 다기능화(밀링+터닝) 복합가공기
♦ 넓은 가공영역의 컬럼 이송형 복합가공기
♦ 고강성 초경량 소재의 고능률 가공기
♦ 주축 등 요소 유니트의 온도제어 및 지능형 툴매거진(ATC)
♦ 자동차 엔진블록과 실린더 헤드 등 초경량 고강도 소재의 고능률 복합가공기

최종목표
♦“자동차의 대형부품까지 가공이 가능한 수평형 밀링헤드 방식의 구조로 그린카 경량소재의 가공생산성과 복합가공(밀링+터닝)이 가능한 5축 가공시스템 개발”을 본 과제의 최종 목표로 함

단계목표
♦ 고강성 고정밀 주축 : Universal Head
- CGI와 Bainite 강과 같이 가공이 어려운 소재를 위하여 강도가 높게 설계된 시스템, 구조적으로 각도를 회전시킬 수 있는 축이 2개가 존재하며, 일반적으로 어려운 임의의 각도를 표현할 수 있음, 엔진헤드와 엔진블록의 Tilting면 가공에 특화됨. 주 가공을 중황삭에 초점을 두어 한 번에 많은 소재를 제거하는데 효과적인 주축, 강성 주축의 회전과 Head의 회전을 하나의 Main Motor를 사용하여 구현된 시스템으로 비용이 절감됨.
♦ 초경량 소재 가공용 주축 : 빌트인 Head
- 자동차 및 항공분야에서 많이 사용되고 있는 AL70계열을 가공하기 위한 주축으로, 높은 RPM을 통해 주축1에 비해 빠른 속도로 가공하는 시스템, 물리적으로 주축각도를 회전할 수 있는 축이 1개가 존재하여, Vertical Head와는 다르게 Tilting면의 고정도 가공이 가능, 빌트인 주축을 사용하여 설계하였기 때문에 기계 운용이나 유지보수에서 이점이 있으며, 주축의 회전과 Head의 회전은 두 개의 Motor를 사용하여 독립적으로 구현된 시스템으로, 유사 모델의 주축에 비해 효율성이 높은 시스템 임.
♦ “그린카 경량소재가공용 수평형 밀링헤드 틸팅 타입의 복합가공기” 개발
- 컬럼이송 타입으로 설계, 기존의 테이블 이송 타입보다 설치면적이 절반 가량절감되어 공간 활용도가 높음, 기본적으로 로터리테이블이 내장되어 5축 가공과 동시에 3축 가공의 공작물 셋팅이 가능하여 장비의 효율성이 증대됨, 주축 베어링과 Chatter 감지 기능 구현을 통하여 가공시 문제가 될 경우 기계 파손을 미리 인지하여 유지보수 비용 절감, 시스템 온도제어를 통하여 열변위를 보정할 수 있기 때문에 장기간 가공 시 가공 정도를 유지할 수 있음.

개발내용 및 결과
♦ “그린카 경량소재가공용 수평형 밀링헤드 틸팅 타입의 복합가공기” 개발
- B축 회전 장치를 내장한 고강성 RAM 설계/ 해석/ 제작기술
- 고강성 고정밀 주축(주축1) 설계/ 해석/ 제작기술
- 초경량 소재 가공용 주축(주축2) 설계/ 해석/ 제작기술
- 주축 Swivel 장치 설계/ 해석/ 제작기술
- 고속 X, Y, Z축 이송 시스템 설계/ 제작기술
- 자동차 엔진블록과 실린더 헤드 등의 고강성 초경량 소재의 고능률 가공기술
- 핵심요소 유니트의 온도제어 및 지능형 툴매거진(ATC) 설계/ 제작기술
- 빌트인 센서 기반의 예측형 장비 보호 (Protection) 모듈 개발
- CNC와 센서와의 통합형 공정모니터링 기술 개발
- 5축 복합가공기 시험평가 기술 개발

기술개발 배경
♦ 엔진 블록은 터닝과 밀링 작업이 요구되며, 가공물 셋팅이 반복될수록 정밀도가 낮아지는 한계가 있음, 이는 복합 가공기를 이용 가공물을 한 번의 셋팅으로 가공 완료와 더불어 고정밀 부품을 생산할 수 있음. 부품의 고효율 가공을 위해 터닝과 밀링이 순차적으로 반복되는 가공을 진행해야하므로, 한 번의 셋팅으로 일체 가공이 가능하도록 스위빌 헤드(Swivel Head)와 로터리 테이블을 효율적으로 이용한 고정도 5축 장비의 구축이 필요.
♦ 개발 대상인 엔진 부품은 고온, 고압의 부하를 받는 부분으로 엔진의 효율과 배출가스 감소를 위하여 초경량 고강성 소재의 가공이 요구되어, 일반적인 터닝과 밀링으로는 가공이 불가능하므로, 고정밀의 가공을 위해 로터리 테이블을 고속화하고 장비 구조의 고강성화 필요. 주작업(밀링)과 부작업(터닝)이 병행되는 구조로 여러 종류의 공구를 대량으로 저장할 지능형 ATC를 통해 신속, 고정밀의 공구교환 기능 필요.
♦ 과제 기술의 핵심 대상 부품은 자동차 엔진의 효율에 중요한 변수로 작용하는 부품들을 대상으로 하며, 그 대상으로는 엔진 블록, 실린더 헤드, 피스톤 등으로서 초경량 고강성 소재의 부품을 사용하고자하는 세계 자동차 산업의 패러다임에 대응함은 물론, 그린전장 공통핵심부품, 전동부품 및 고효율 동력전달시스템에 대응 가능하도록 고강성 공작물의 고정도, 고속 가공을 대상으로 함. 초경량 고강도 소재 가공 시에 발생하는 열은 공구가 흡수하고 주축에 전달하여 가공 결과에 악영향을 미치게 되므로, 구조물의 발열저감 및 고강성 시스템 구조가 요구되며, 센서를 적극 활용 주축 온도의 실시간 측정 및 실시간 보정 필요.

핵심개발 기술의 의의
♦ 차세대 자동차의 엔진블록과 실린더 헤드의 초경량 고강성 고정밀 친환경에 대응한 초경량소재의 고능률 가공과 자동차 대형부품까지 가공이 가능한 “그린카 경량소재가공용 수평형 밀링헤드 틸팅 타입의 복합 가공기” 개발.
♦ 최대 5축 동시 가공이 가능한 복합 가공기를 상품화하였으며, 한번의 셋팅에서 5축 터닝, 밀링 작업이 가능하여 대형 공작물을 일괄 생산할 수 있는 복합 가공기.
복합 가공기는, CNC선반, 레이저 등 주요장비의 경쟁력을 확보하여, 북미, EU 및 동남아 생산기지 구축 등 적극적 글로벌 시장 공략, IT 생산운용솔루션을 개발하여, 플랜트 단위의 시스템과 서비스 공급 예정.

적용 분야
♦ 차세대 승용자동차 및 상용자동차의 엔진 블록 및 실린더 헤드 가공
♦ 자동차 핵심 차체 부품생산용 몰드 금형 가공
♦ 우주항공용 초경량 고강성 대형부품 가공
♦ 항공기 동력장치용 가스터빈 내부 압력기 하우징 가공
♦ 항공기 랜딩기어용 티타늄 재질의 구조물 가공
♦ 프레스 가공기용 핵심 부품 가공
♦ 각종 주조용 금형 가공
♦ 3차원 산업용 대형 부품류 가공
♦ 산업기계의 초경량 고정밀 피드 유니트 레일 가공 (예: 반도체/디스플레이 장비의 피드 유니트)

( 출처: 최종보고서 초록 - 3. 개발결과 요약 3p )

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 기술개발사업 단계보고서 초록 ... 2
• 기술개발사업 주요 연구 성과 ... 11
• 목차 ... 17
• 제 1 장 기술개발 내용 및 방법 ... 19
• 제 1 절 최종 목표 및 평가 방법 ... 19
• 제 2 절 단계 목표 및 평가 방법 ... 24
• 제 3 절 연차별 개발 내용 및 개발 범위 ... 32
• 1. 연차별 기술개발 추진 체계 ... 32
• 2. 기술개발팀 편성도 ... 35
• 3. 연차별 추진 일정 ... 36
• 4. 연차별 추진 실적 ... 38
• 5. 연차별 추진 실적(참여기관 : 한국기계연구원) ... 146
• 6. 연차별 추진 실적(참여기관 : 한국생산기술연구원) ... 207
• 7. 연차별 추진 실적(참여기관 : 대구대학교 산학협력단) ... 292
• 제 4 절 유형적 발생 품(연구시설, 연구장비 등) 구입 및 관리현황 ... 333
• 제 2 장 결과 및 향후 계획 ... 343
• 제 1 절 단계 연구개발 결과 ... 343
• 제 2 절 시장 현황 및 사업화 전망 ... 375
• 제 3 절 고용 창출 효과 ... 380
• 제 4 절 차기 단계 계획(향후 계획) ... 382
• 제 5 절 기업 재무건전성 현황 ... 383
• 제 6 절 자체보안관리진단표 ... 387
• 끝페이지 ... 390