이동통신기기처럼 개인화,휴대화 되고있는 첨단제품 경쟁에서 살아남기 위해서는 상품의 소형화가 관건이다.
그러나 이는 최종 상품에만 해당되는 것이 아니다. 공간절약,에너지절약차원에서 공작기계 분야에서도 소형화 기술개발이 핵심과제로 부각되고 있다.
최소한의 공간에서 최소한의 에너지를 사용,제품을 생산할수 있는 시스템의구축이 가장 이상적인 생산시스템이 되기 때문이다. 또 이는 미래의 제품생산에 필수적인 미세 가공기술을 완성 시킬수 있는 길이라는 점에서도 중요하게 받아 들여지고 있다.
이에 따라 세계 각국의 주요 공작기계 생산업체들의 공작기계 소형화를 위한 기술개발노력이 끊임없이 이어지고 있다.
이같은 상황에서 최근 기존 선반의 50분의 1 크기의 마이크로선반이 일본의 한 연구소에 의해 개발돼 관심을 끌고 있다.
절삭기계인 이 선반은 통산성 공업기술원 기계기술연구소가 개발한 것으로크기면에서 세계 최소형이면서도 범용선반에 비해 정밀도가 더 높은 가공이가능한 것으로 알려지고 있다.
일본 업계에서는 이 선반을 두고 에너지절약의 극대화와 공간절약효과를끌어낼수 있는 새로운 공작기계시스템의 길을 열어놓은 것으로 평가하고 있다.
이 선반은 길이32mm,폭25mm,높이 30.5mm의 초소형 제품이다.무게는 1백g이며 소비전력은 1.5W에 불과하다.
현재 사용되고 있는 범용선반이 평균적으로 길이 1.5m,폭 0.5m 높이 1.5m크기라는 점을 감안할때 이번에 개발된 마이크로선반은 범용선반의 약 50분의1 크기이다.
또 무게의 경우 5백kg∼1천kg인 범용선반의 5천분의1∼1만분의1이며 범용기의 소비전력 7백35W∼1천4백70W에 비하면 마이크로선반의 소비전력은 5백분의1∼1천분의 1 수준이다.
이 마이크로선반은 새로운 방식의 마찰구동 XY이동판을 도입하고 主軸의구동에는 시판되고 있는 마이크로모터를 사용했다. 절삭재료 고정에는 커레트체크 방식이 채용됐다.
개발주체인 기계기술연구소는 이 마이크로선반으로 절삭실험을 한 결과 실용선반에 비해 오히려 높은 정밀도를 얻을수 있었다고 밝히고 있다. 정밀도는 표면의 거칠기가 Rmax 1.5미크론, 원형 형성도가 2.5 미크론으로 발표했다.
이 선반은 주요부가 주축系,XY이동판,절삭제,고정장치(바이트)등으로 구성돼 있다. 주축부분을 XY 이동판 위에 설치해 X,Y방향으로 이동시켜 절삭한다.
주축系는 내경4mm,외경 8mm인 미니어처 축을 가진 주축과, 주축의 끝에 부착된 커레트체크 방식의 워크볼트, 마이크로모터 등으로 구성돼 있으며 모터에서 주축까지의 동력 전달은 벨트를 사용하고 있다.
모터의 회전속도는 약 1만5천rpm으로 이것을 자유롭게 변속시키는데 주축은 약 1만rpm까지 회전한다.
워크의 직경이 2mm인 경우 이 축의 회전속도에 의한 최고 절삭속도는 초당1m 이다. 프리변환의 기능에 의해 주축의 회전속도는 얼마던지 변환이 가능해 작업내용에 따라 속도를 조정할 수도 있다.
워크볼트는 직경2mm의 圓形棒材를 4개의 발톱으로 고정하는 커레트체크 형이다. 발톱부분은 주축과 일체화돼 있다.
XY이동판은 직선으로 움직이는 기구 2개의 이동방향을 교차시킨 복합구조이다. 직선으로 움직이는 구조는 2개의 피에조소자와 바네구조에서 나오는슬라이더와 이것을 고정해 안내하는 V薄型 가이드로 형성돼 있다.
이 구조는 2개의 피에조 소자에 주어지는 전압의 주기적인 변동에 의해위상 차이를 만들어 슬라이더를 이동시키고, 또 이동방향을 변화시킨다.
슬라이더의 최대 이동범위는 약 4m이며 이동량은 외부에 장착된 레이저의위치변화로 측정된다. 고정장치는 베드에 고정돼 있어서 여기에 바이트를 물리는데 바이트는 초경합금으로 제작됐다.
기계기술연구소는 앞으로 슬라이더의 이동량을 측정하는 變位計를 직선운동 부분에 내장시키고, 또 XY이동판은 PC제어로 작동되게 한다는 방침을세워놓고 있다. 이렇게 되면 설계자가 원하는 형상의 절삭 가공이 가능하게된다.
에너지 사용량을 낮추는 것은 공업생산기기 시스템에도 크게 요구되어지고있다. 따라서 에너지절약,기계효율 극대화가 나름대로 추진되어 오고 있다.
반도체,전자부품및 전자기기,정보통신기기에 대한 소형화,마이크로화는 그동안 꾸진히 추진됐지만 이것들을 생산하는 기계,기기의 대부분은 아직 사람보다 작을 정도의 소형화에는 별다른 진전을 보이지 못하고 있다.
또 생산기계의 소요동력 대부분은 기계자체의 가동부위를 움직이는데 사용될만큼 비효율적이다.
공업장치 생산시스템, 특히 소형부품,디바이스 생상기기의 경우 그 크기에맞는 초소형 생산기계 사용이 가능해 진다면 에너지절약 효과가 극도로 높은생산시스템을 구축할 수 있게 된다.
21세기에는 마이크로머신 기술에 의한 마이크로팩토리(소형생산시스템)가실현될 것으로 보인다. 이를 앞당기기위해 생산기계의 소형화를 목표로하는마이크로팩토리에 대한 연구도 일각에서 착실히 진전되고 있으며 이번에 선보인 마이크로선반은 이를 향해 앞서가는 발걸음 중 하나로 볼수 있다.
<박주용 기자>