볼 베어링이 없는 기계와 변속기는 생각할 수도 없다. 고리 형태의 구조는 롤을 쉽게 움직이게 하며 마찰도 감소시킨다.

물론 이를 제조할 때 마이크로미터 범위 내의 엄밀한 정밀성이 매우 중요하다. 퓌르트에 소재한 Interprecise Donath GmbH 사의 과제다. 이 회사는 기계 및 변속기 제조에 사용하는 까다로운 볼 베어링을 30년 이상 제작했다. 기획에서부터 구성 및 생산이 전적으로 '자체 제작으로' 이뤄진다.

2017년부터는 EMAG의 수직형 VL 선반을 투입했다. 이 장비에 내장된 자동 픽업 장치는 생산성을 향상시키는 동시에 베어링 링과 같은 전형적인 부품의 연질 및 경질 가공에서 필요한 부품 품질을 유지한다. 볼 베어링 전문인 이 회사는 이같은 생산 솔루션으로 어떠한 경험을 축적했을까?

우서 볼 베어링이 사용되지 않는 곳이 어디인가 하는 질문으로 시작해보면, 이에 대한 답은 명확하다. 왜냐하면 이 부품을 사실상 상당히 많은 기계와 변속기 및 차량 내에 있기 때문이다. 이 부품은 대부분의 경우 샤프트나 축에 장착돼 유도하거나 하중을 전달하는 역할을 하다.

마찰이 극히 적어 결국에는 구동 장치의 에너지 소비량도 적어진다. 이러한 배경과 부품 제조에 있어 어떤 도전이 숨겨져 있는지를 짐작할 수 있다. 여기에서는 몇 마이크로미터의 제조 공차가 매우 중요하다.

이 프랑코니아 지방의 회사는 약 140명의 직원이 '특정 시장'에서 약 2억 7천만 유로에 달하는 매출고를 올리고 있다.

크리스티안 비테(Christian Witte) 사장은 최근 공유한 자료에서 '저희는 1개에서 2천 개 정도 사이의 비교적 적은 수량을 필요로 하는 고객을 위한 특별한 애플리케이션에 집중한다. 이를 무인 대량 생산을 허용하지 않는 고정밀 시장 부품이라고도 말할 수 있을 것이다. 그 대신 저희는 어떤 의미에서 1대1 작업을 추구한다. 즉 전문 작업자가 공작기계에서 그 과정을 모니터링하고 각 부품의 최종 품질을 측정 장치를 이용해 계속해 점검한다. 추구하는 허용 공차는 '영(제로)'이다'라고 전했다.


점증하는 주문 수량의 효율적인 관리
Interprecise사는 시장에서 신속하고 유연한 공급업체로 평가받고 있다. 새로운 볼 베어링에 대한 모든 주문에 대해 직접적이고 까다롭지 않게 응답한다. 기술 도면을 이용한 구조적 전환도 빠르게 진행한다.

비테 사장은 '우리는 기술적으로 상당히 수준이 높은 이 분야에서 짧은 반응 시간과 그 후 이뤄지는 전반적인 고객 지원을 하고 있다'고 강조했다. 이 회사가 계속적으로 성장했다는 점은 직원 수가 지난 13년 동안 3배나 늘었다는 점만 봐도 알 수 있다.

2007년은 남다른 의미가 있는 해다. 처음으로 'iDC'라는 자체 상표를 시장에 내놨다. 이후 약 3년 전 Interprecise사의 입안자들은 또다른 문제에 직면했다.

계속 변하는 부품의 변형 버전과 부품군의 수량이 급증하면서 해당 부품을 어떻게 비용효율적이면서도 안전성과 정밀성을 포기하지 않고 생산할 수 있을지에 집중했다. 결론은 수직형 EMAG 장비의 자동 픽업 장치로 귀결됐다.

비테 사장은 '이 솔루션을 고객의 입장에서 고찰했다. 이때 작업 스핀들에 의해 스스로 로딩되고 따라서 반자동으로 작동될 수 있도록 하는 이 장비의 접근 방법이 저희 작업이 가장 이상적으로 적합하다고 판단했고 분명했다. 적은 수량도 생산성을 향상시킬 수 있었던 이유는 작업자 한 명이 공작기계를 여러 대 담당할 수 있기 때문이다. 이는 결국 동일한 수의 직원으로도 생산량을 늘릴 수 있다는 것을 의미한다'라고 강조했다.

Interprecise사는 2017년 VL 4 타입의 픽업 선반 두 대를 먼저 구축했고, 그 다음 해에 VL 4와 VL 6를 추가로 도입했다. 4대의 EMAG 장비에서 볼 베어링의 내측 및 외측 링에 대한 연질 및 경질 선반 가공이 이뤄진다. 하지만 전체적으로 볼 때 최대 50가지의 상이한 부품에 대한 선반 작업이 VL 공작기계로 가공한다. 한 배치의 수량은 20개에서 500개 사이다. 엔지니어는 4대의 픽업 선반을 1주일에 약 3회 정도 새로 세팅한다.


Interprecise 사는 솔루션에 만족하고 있다. 작업 준비 및 제어를 담당하는 다니엘 브라운(Daniel Braun) 씨는 '이 장비는 적은 수의 인원으로도 원활하게 작동할 수 있어 단가를 15% 가량 절감할 수 있었다. 생산 공정 전체에 도움이 됐다. 그 과정은 아주 단순하다. 작업자는 부품을 회전하는 컨베이어 벨트의 견인 고리 중 하나에 놓고 거기서 다시 그 부품을 꺼낸다. 벨트는 통합된 부품 저장소로써 작동하고 공작기계는 공정 과정 전체 동안 감독을 받지 않고 생산할 수 있다. 공작기계의 내부에서 공정이 높은 효율로 진행한다. 픽업 스핀들이 견인 프레임에서 부품을 꺼내어 그 부품을 빠른 속도로 12중 터릿(Turret)이 내장된 작업 공간으로 이송한다. 이 경로가 짧기에 공구 교환 시간(chip-to-chip time)도 짧다. 첫 번째 면을 완료한 후 (그리고 벨트를 통해 배출한 후) 작업자는 공작기계에서 최소한의 전환만 실행해야 한다.

그 다음 작업자는 방향을 바꾼 부품을 다시 컨베이어 벨트 위에 올려 두 번째 면을 가공할 수 있도록 한다. 작업 공간과 픽업 스테이션 사이에 위치한 내장형 측정 스테이션이 중요한 역할을 하는 데, 로딩 및 언로딩 직전에 부품에 대한 측정을 한다. 각 측정 결과에 따라 공작기계가 스스로 다시 조절하고 공구의 마모를 수정해, 베어링 링을 고도로 정밀하게 제조할 때 포기할 수 없는 반복 정밀도를 유지하도록 한다.


정밀성 및 경제성과 마찬가지로 중요한 것은 VL 공작기계의 전체적인 구조다. 폴리머 콘크리트 Minerali®로 제작된 공작기계의 바닥으로 인해 밀링 공정 중 진동이 감소되고 공구의 긴 수명과 표면 품질의 질을 높일 수 있다. 메인 스핀들이 복식 슬라이드에 의해 전면에 부착돼 X-축과 Z-축에서 역동적으로 움직일 수 있다. 작업자가 작업 공간과 터릿에 쉽게 접근할 수 있는 것도 유리한 점이다. 이를 기반으로 해 수직형 선반은 짧은 시간 내에 전환한다.

브라운 씨는 '이 부분이 정말 우리에게 중요하다'면서 '저희가 시장에서 우위를 차지할 수 있는데는 짧은 반응 시간과 공급 시간에 있다. 이는 결국 주문에 따른 생산의 유연성 문제다. 공작기계의 전환이 상당히 신속하면서도 간단하게 진행해야 한다. EMAG의 솔루션을 통해 이를 구현한다'라고 설명했다.


마지막으로 볼 베어링 기술이 현재 어느 방향으로 발전하고 있으며 이러한 방향이 생산 솔루션에게 어느 정도의 도전인가라는 문제가 남아 있다.

다니엘 브라운 씨는 이와 관련해 일반적으로 점증하고 있는 품질 요구 사항을 지적했다. Interprecise사의 볼 베어링이 많이 사용되고 있는 기계 제작 분야에서 '인쇄기’를 예로 들었다. 완료된 인쇄물의 품질에 부과되는 요구 사항의 수준이 계속해 높아지고 있다. 이는 결국 투입된 장비의 정밀한 이동 매커니즘에 달려 있다. 이때 볼 베어링이 또 다시 중요한 역할을 한다. 이 볼 베어링은 정밀하고 적게 마모되도록 제조돼야 한다. 많은 애플리케이션 분야에서도 이와 유사하다고 생각한다는 그는 'EMAG의 장비는 이를 위한 중요한 생산 기반이다. 이런 점에서 대처를 잘했다고 생각한다'라고 언급했다. [정리=김지성 기자]