신에너지 차량 제조 분야에서 휠 허브는 차량 바디를 지탱하는 핵심 부품일 뿐만 아니라, 그 경량화 설계와 정밀 가공 정확도가 차량의 주행 거리와 주행 안전성에 직접적인 영향을 미칩니다. 한 주요 신에너지 차량 휠 제조사는 과거 생산 병목 현상에 직면한 적이 있었는데, 18-22인치 알루미늄 합금 휠의 경우 기존 가공 방식으로는 선반 가공, 밀링, 드릴링 공정을 각각 세 대의 기계에서 순차적으로 수행해야 했으며, 단일 제품당 가공 사이클이 최대 60분에 달했습니다. 다중 클램핑으로 인해 휠 단면의 왕복 편차 오류가 0.05mm를 초과하였고, 동적 균형 편차율은 7%에 이르렀습니다. 또한 알루미늄 합금의 고속 절삭 시 버(burr) 발생이 잦아 후속 연마 공정에 추가로 15%의 인건비가 소요되었습니다.
고객 사용 현장
이 난제를 해결하기 위해 회사는 타이윈 CNC 공작기계의 VTC80A CNC 수직 선반 센터를 도입하여 '단일 기계 다중 기능'의 통합 가공 시스템을 구축했다. 이 장비는 항공 등급 주철 베드와 4점 지지 구조를 채택하고, 유한 요소 해석(FEA)을 통해 강성 분포를 최적화하였다. 진동 감쇠 성능은 업계 표준 대비 60% 향상되었으며, 알루미늄 합금의 고속 절삭 중 발생하는 12kN의 방사형 절삭력을 안정적으로 견딜 수 있다. FANUC 31i-B5 CNC 시스템과 그레이팅 자(전체 폐루프 제어)를 장착하여 ±0.01mm의 위치 결정 정밀도와 ±0.007mm의 반복 위치 결정 정밀도를 달성하였으며, 휠 허브 및 휠 림 곡률의 허용 오차 요구 사항(±0.02mm)에 정확하게 부합한다. 알루미늄 합금 가공 시 발생하는 절삭 칩의 접착 특성에 대응하기 위해, 장비의 스핀들은 오일 미스트 윤활 시스템을 채택하고 세라믹 코팅 절삭 공구와 조합함으로써 칩 덩어리 형성을 효과적으로 억제한다.
맞춤형 휠 허브 고정장치
기술 혁신 측면에서 이 장비는 '한 번의 클램핑으로 전체 공정 완료'라는 돌파구를 마련했다. 통합 회전 스핀들(최대 속도 1000회전/분)과 8스테이션 서보 툴 홀더(공구 교환 시간 1.2초)를 통해 휠 허브 블랭크의 외주면 선반 가공, 볼트 홀 드릴링 및 모따기 작업을 연속적으로 수행할 수 있다. AI 절삭 파라미터 최적화 시스템을 장착함으로써 장비는 알루미늄 합금 소재(예: 6061-T6)에 따라 피드 속도(80~150mm/분)와 스핀들 속도를 실시간으로 조정하여 휠 허브의 표면 거칠기를 안정적으로 Ra0.8 μm로 유지할 수 있으며, 후속 광택 처리 없이도 도장 전처리 요구사항을 충족시킨다. 다양한 크기의 휠에 대해서는 프로그램을 통해 처리 파라미터를 원클릭으로 전환할 수 있어 기존의 2시간에 달하던 세팅 변경 시간을 15분으로 단축하였다.
구현 결과는 기대를 훨씬 뛰어넘었으며, 단일 부품 가공 사이클이 60분에서 35분으로 단축되었고, 일일 생산 능력은 200세트에서 380세트로 증가하였다. 휠림 단면의 와동 오차는 ≤ 0.03mm에서 안정적으로 제어되며, 동적 밸런스 편차율은 7%에서 0.8%로 감소하여 ISO 1940-1 G2.5 표준을 충족한다. 수작업 연마 공정을 폐지한 후 개별 휠 허브의 제조 비용이 12% 감소하였고, 파라미터 최적화로 인해 공구 수명이 40% 연장되었다. 장비의 IoT 모듈은 절삭력 및 스핀들 온도 등 12개 주요 데이터를 실시간으로 수집할 수 있다. 예지 정비 알고리즘과 결합함으로써 장비의 종합 가동률을 82%에서 95%까지 끌어올릴 수 있으며, 연간 다운타임을 320시간 줄일 수 있다.
VTC80A는 우리 회사의 생산 방식을 완전히 바꾸어 놓았습니다. 회사의 제조 담당 이사는 '이제 우리는 신에너지차가 요구하는 휠 허브 경량화(벽 두께 제어 정확도 ±0.1mm)의 엄격한 기준을 충족시킬 수 있을 뿐 아니라, 다양한 차종의 빠른 양산 요구에도 대응할 수 있게 되었으며, 이로 인해 주요 자동차 제조사들로부터 장기적인 납품 계약을 따낼 수 있었다'고 말했습니다. 이 사례는 CNC 세로 선반 기계가 '하드웨어 강성 + 공정 통합 + 지능형 제어'의 협업적 혁신을 통해 신에너지차 휠의 정밀도와 효율성이라는 양대 병목 현상을 해결하는 핵심 장비가 되었다는 점을 입증하고 있습니다.
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