[인더스트리뉴스 최정훈 기자] 한국기계연구원(원장 박상진, 이하 기계연)은 두산공작기계(대표 김재섭)와 공동으로 전량 일본에서 수입하고 있던 최고 정밀도의 머시닝센터인 지그센터를 개발하는데 성공했다. 

이번 성과는 정부의 실증 R&D 지원을 통해 실적을 확보하고 사업화까지 연계시킨 모범 사례로 꼽힌다. 실증 종료 3년 후에는 연간 약 100억원의 매출 및 약 40% 수준의 수입 대체 효과가 기대된다. 이와 함께 2020년 국가과학기술연구회 선정 ‘소재부품장비 산업 대표 우수성과’ 7선에도 선정되는 성과를 거뒀다.

전량 일본 수입양산 실증 중인 4축 수평형 지그센터 시제품 HSP8000에 의존하던 지그센터 국산화에 성공했다. 사진은 지그센터 시제품 HSP8000 [사진=기계연]

기계연 초정밀장비연구실 오정석 실장 연구팀과 두산공작기계 공동 개발한 지그센터는 지그보러(Jig Borer)급의 탁월한 정밀도와 자동공구교환장치를 갖추고 구멍 가공 외에도 다양한 정밀 가공을 수행할 수 있는 머시닝센터이다.

지그센터는 시대별로 가장 정밀한 절삭가공장비로 인식되며 공작기계용 고정밀 구조부품, 항공기 엔진·동체 부품, 동력전달장치 부품 등 일반 머시닝센터로는 가공이 쉽지 않은 고정밀 핵심 기계류 부품의 최종 정밀도 확보를 위한 정삭가공에 주로 활용된다.

일반 머시닝센터 대비 정밀도는 약 5배, 강성은 약 2배 정도의 성능이 요구되는 만큼 고도화된 설계 및 정밀 조립 능력이 필요하다. 특히, 고도의 정밀도를 확보하기 위해서는 숙련된 장인이 직접 이송계의 안내면과 연결부 등 주요 부위를 정교하게 핸드 스크래핑하는 작업이 필요하다.

높은 기술적 난이도로 인해 지그센터는 독일, 스위스, 일본 정도에서만 개발이 이뤄졌으며 국내의 경우 전량 일본(Yasda, Mitsui Seiki)에서 수입해왔다. 세계 지그센터 시장은 약 2,600억원 규모로 추산되며, 국내에는 연 평균 약 120억원 규모의 지그센터를 일본에서 수입하고 있다.

연구팀은 국내 개발사례가 없었던 만큼 설계, 조립, 성능 평가 등 각 개발 단계마다 면밀한 검증을 거쳐야 했다. 개발된 4축 및 5축 수평형 지그센터 중 4축 지그센터 기준으로 공간오차 약 10 ㎛/m3, 헤드-테이블 간 루프 정강성 100 N/㎛ 이상(하단 기준) 등 선진사 수준의 정밀도 및 강성을 확보했다. 가공정밀도도 선진사들과 견줘 손색없는 수준이다.

기계연 오정석 초정밀장비연구실장 연구팀과 두산공작기계가 개발한 지그센터에서 공작기계용 헤드바디 가공이 이뤄지고 있다. [사진=기계연]

아울러 연구팀은 설계 단계에서 공작기계 각 부위의 강성 기여도를 해석하는 기술, 위치별 구조정밀도를 자동으로 해석하는 기술, 기하학적 오차를 기계 상에서 자체적으로 측정 가능한 기하오차 기상측정 기술 등 지그센터급 고강성·고정밀 공작기계의 설계와 정밀도의 평가 및 보정에 필요한 핵심 원천기술도 확보했다.

이 가운데 4축 수평형 지그센터 시제품(모델명 HSP8000)은 두산공작기계에 설치돼 높은 가공품질이 필수적인 공작기계 헤드바디를 대상으로 양산을 통한 실증이 진행 중이며, 현재 약 100개 양산 샘플을 결함 없이 생산하고 있다. 연구팀은 실증 결과를 바탕으로 국내 기업에 이미 한 대를 판매 계약하며 본격 시판시킬 예정이다.

이번 연구는 산업통상자원부(전담기관 한국산업기술평가관리원) ‘기계산업핵심기술개발사업’ 지원을 받아 2015년부터 관련 핵심기술 및 시제품을 개발했으며 지난해 일본 수출규제 사태를 계기로 마련된 제조장비 실증사업을 통해 실증이 진행되고 있다.

기계연 오정석 연구실장은 “전량 일본 수입에 의존하고 있는 지그센터의 국내 최초 개발로 고정밀 머시닝센터의 개발 및 제조역량을 획기적으로 향상시킨 데 큰 의미가 있다”며, “높은 강성이 필요한 항공기 엔진부품용 머시닝센터 등 독일, 일본이 선점하고 있는 고부가가치 공작기계 개발에 기술적 포석을 제공할 것으로 기대된다”고 설명했다.

[최정훈 기자 (news@industrynews.co.kr)]

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