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국내 연삭기 산업의 현황 및 전망은. 글메탈넷코리아(월간 생산가공저널) 취재부 임향묵 기자 |
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최근의 기계가공품의 고정밀화 추세에 따라 연삭가공 기술도 빠르게 발전하고 있다. 절삭가공 기계들이 고속화, 고정밀화, 고능률화 되어가면서 과거의 연삭가공을 대체하는 경우도 많이 발생하고 있다.
그러나 한편으로는 이러한 제품의 고정밀화 등의 요구에 맞춰 연삭가공의 수요도 늘어나고 있으며 높은 생산성과 고정밀, 고품위 연삭 표면을 요구하고 있는 상황이다. 그러나 이러한 연삭가공을 위한 가공기는 많은 부분을 수입에 의존하고 있는데, 특히 최근 국내 산업을 주도하고 있는 전자.통신 등에 사용되는 정밀 부품 제작용 연삭가공기의 경우에는 전량 수입에 의존하고 있는 실정이다. 2006년 기준 국내 공작기계 시장이 약 2조원으로 연삭기 산업 시장은 약 2,000억원 규모로 추정되는 가운데 국내 연삭기 업체의 생산규모는 국내 전체시장의 25% 가량의 수준인 약 500억 규모인 반면 수입규모가 1,500억원으로 무역 불균형이 상당히 심각한 상태인 것으로 나타났다. 인간의 삶 속에서 금속을 가공하여 만들어진 물건은 수없이 많다. 아주 간단한 것에서부터 복잡한 물건까지, 시계, 카메라 등과 같이 정밀하고 작은 것에서부터, 선박, 항공기, 자동차와 같은 큰 것에 이르기까지 문명의 발전 속도에 따라 금속을 가공한 물건은 점점 복잡하고 다양해지고 있다. 이러한 금속을 깎거나 구멍을 뚫고 연마하기 위한 기계가 바로 ‘공작기계’인 것이다. 기계를 만드는 기계(Mother Machine)로 불리는 공작기계는 자본재산업의 핵심 산업이며 산업구조의 고도화와 제조업 경쟁력 강화를 실현하기 위한 핵심산업으로 전.후반 산업관련 효과가 매우 커 국가 전략산업으로 공급수준에 따라 산업의 기술력과 경쟁력의 척도로 활용되며, 국가 기간산업 및 방위산업의 필수 자본재로서 일정자급도 유지가 필요하다. 또한 경기변동에 민감하며 투자 자본에 대한 자본회전율이 낮고 소재부터 완제품 생산까지 장기간이 소요되어 자본 회전이 느려 호경기에는 늦게 영향을 받는 대신 불경기에는 어느 산업보다 빨리 영향을 받는 특징이 있다. 이러한 공작기계를 생산하기 위해서는 설계기술, 가공기술, 제어기술 및 조립기술 등과 같은 고도의 전문기술이 복합적으로 요구되는 가운데 연삭가공은 제품의 마지막 가공 공정으로 제품의 품질에 많은 영향을 미친다. 
1. 연삭기의 정의 및 종류
(1) 연삭기(Grinding Machine)의 정의 연삭가공은 매우 단단하고 미세한 연삭입자를 결합하여 만든 연삭숫돌을 고속 회전시켜 공작물을 평면이나 원통면을 극히 소량씩 절삭 가공하는 정밀 기계라 한다. 앞서 말했듯이 연삭가공은 공작기계 중 제품의 가장 마지막 가공 공정으로 제품의 품질에 많은 영향을 미치고 있다. 그러나 국내 연삭기 제조 업체들은 영세한 기술을 유지하고 있고, 외국의 연삭기와 비교하여 소프트웨어, 기상 측정, 가공 조건, 피드백 컨트롤, 가공 DB, 최적 가공 조건 선정 등에 해당하는 지능화 된 공정이 미약한 실정으로 이는 제품의 상품화 과정에서 가장 큰 경쟁력의 척도가 된다. 연삭가공은 대직경 반도체 웨이퍼의 경면 가공, IT 및 BT 산업용 정밀 부품, 광통신 부품, 광학 분야의 고정밀급 렌즈 및 사출용 금형 가공뿐만 아니라 항공기의 Turbine Blade 등 여러 산업 분야의 각종 정밀 부품의 마무리 공정에 적용되어 제품의 질을 좌우하는 필수적인 공정이라 할 수 있다. 제품 표면의 마무리 공정에 사용되어 제품의 품질을 결정하는 연삭기는 보다 좋은 고품질의 제품을 생산하기 위해 고밀도화와 고속화가 요구되고 있으며, 응용범위도 다양하여 자동차 부품 제조, 전기전자부품 제조, 일반기계 제조, 금형 제조, 광통신 부품 등 범위가 다양하다. 현재 이러한 연삭시스템이 과거의 범용 연삭기에서 전용 연삭시스템으로 변화하고 있으며, 전용 연삭시스템의 다양화에 맞추어 다품종 소량생산과 신뢰성 높은 제품을 생산하기 위한 고능률화 되어 가고 있는 추세다. 
(2) 연삭기의 종류
원통형 공작물의 외면 테이퍼 및 측면 등을 주로 연삭한다. 또한 원통연삭기의 내면 연삭장치를 설치한 것을 만능원통연삭기라 한다. 연삭기의 주요부는 베드, 테이블 위에 놓인 주축대와 심압대, 숫돌대 및 테이블 이송 기구이다. 센터를 내기 어려운 공작물의 외경을 연삭하는데 있어서 센터나 척을 사용하지 않고 연삭가공하는 기계로서 가늘고 긴 공작물을 지지하는데 센터를 사용하지 않는 것이 특징이며, 연삭숫돌과 조정숫돌 사이에 공작물을 삽입하고 지지판으로 지지하면서 연삭한다. ① 수평형 평면연삭기 평형숫돌의 원통면으로 연삭하는 것으로 평면 연삭기의 테이블이 왕복운동을 하며, 테이블 위에는 마그네틱 척이 장치되는 것이 보통이다. 연삭깊이는 칼럼에 따라 숫돌 축을 수동 또는 자동으로 하면 이송방향은 테이블의 왕복운동 방향에 직각 방향으로 한다. ②수직형 평면연삭기 수직형 평면연삭기는 숫돌바퀴가 수직축에 끼워지고 원형 테이블이 회전하게 되어 있다. 공작물은 테이블 위에 설치된 마그네틱 척에 의해 고정된다. 테이블 회전형은 연속회전으로 테이블 왕복형에 비하여 속도를 높일 수 있고, 절삭깊이도 연속적으로 가할 수 있어 매우 능률적이다. 공구연삭이란 여러 가지 가공용 절삭공구를 연삭하는 것을 총칭하며 공구 연삭이라 하며, 원통연삭과 평면연삭을 이용한 연삭 법이다. 기어를 가공하는 이론을 이용한 방법으로서 2개의 컵형 숫돌바퀴로 가상적인 래크치형을 만들고, 이 기어가 피치선과 피치원에서 정확한 구름운동을 하도록 하고, 동시에 기어의 축 방향으로 왕복운동을 준다. 금형부품과 같이 복잡한 형상을 연삭가공 하는데 적합한 공작기계이다. 성형연삭기에는 가공할 공작물의 모양과 반대 모양으로 연삭숫돌을 성형하여 공작물을 가공하는 방법과 공작물의 외면형상을 따라 숫돌을 이송시켜서 가공하는 방법이 있다. 2. 연삭기 산업의 현황 (1) 세계 시장 동향 최근의 기계가공품의 고정밀화 추세에 따라 연삭가공 기술도 빠르게 발전하고 있다. 절삭가공 기계들이 고속화, 고정밀화, 고능률화 되어가면서 과거의 연삭가공을 대체하는 경우도 많이 발생하고 있다. 그러나 한편으로는 이러한 제품의 고정밀화 등의 요구에 맞춰 연삭가공의 수요도 늘어나고 있으며 높은 생산성과 고정밀, 고품위 연삭 표면을 요구하고 있는 상황이다. 지난 2006년도 자료(Gardner Publications, Metalcutting Machine Breakdown)에 의하면 연삭기 시장은 전체 공작기계 시장의 약 10% 안팎의 점유를 보이고 있는 것으로 나타났다. 그러나 전체적으로 판매 대수는 줄어드는 반면 판매 금액은 꾸준히 증가하고 있는 모습으로 이는 고능률 복합화 연삭기의 판매가 증가하면서 높은 가격대의 연삭기 판매 비중이 증가하고 있음을 보여준다고 할 수 있다. 기술 선도 업체에서 판매하고 있는 고능률 연삭기의 경우 대체적으로 5억에서 20억 정도로 고가의 연삭기를 판매하고 있으며 고기능화, 복합화, 자동화, 고 생산성을 얻을 수 있는 연삭기이기 때문에 연삭기 시장에서 차지하는 비중이 꾸준히 증가하고 있는 추세다. 현재 세계 연삭기 시장 규모는 연간 100억불 규모로 선진국 독일을 포함한 유럽이 7~80년, 일본이 3~40년의 기술개발 경험을 보유하며 세계 연삭기 산업을 선도하는 만큼 전체 시장의 약 70%의 규모를 유럽과 일본 업체들이 점유하고 있다. (2) 국내 시장 동향 앞에서도 언급했듯이 최근 고정밀화, 고능률화, 고속화 추세로 발달해 가는 기계가공품의 발달로 인해 연삭기 산업 역시 빠르게 변화해 가고 있다. 절삭가공 기계들이 고정밀화 되어가면서 과거의 연삭가공을 대체하는 경우도 많이 발생하고 있지만, 일반적으로 제품의 고정밀화 요구에 따라 연삭가공의 수요가 늘어나고 있으며 높은 생산성과 고정밀, 고품위 연삭 표면을 동시에 요구하고 있다. 하지만 이러한 연삭가공을 위한 가공기는 많은 부분을 수입에 의존하고 있는데, 특히 최근 국내 산업을 주도하고 있는 전자.통신 등에 사용되는 정밀 부품 제작용 연삭가공기의 경우에는 전량 수입에 의존하고 있는 실정이다. 현재 국내 공작기계 수입에서 연삭기가 수입기종에서 가장 많은 부분을 차지하고 있으나, 국내의 연삭기 제조업체들은 대부분 영세하고 기술력 또한 부족한 실정이라 연구개발이 매우 취약한 것이 현실이다. 한국생산기술연구원 생산공정기술본부 이석우 박사는 “국내 연삭산업은 대부분의 업체들이10억 안팎의 생산체계를 이루고 있는 공작기계산업 내에서도 매우 영세한 기업군으로 어려움이 크다”며 “대기업이 참여하며 기술발전을 이루는 선진국과 달리 국내 연삭기 제조업체들은 일반 범용 연삭분야에서는 많은 기술발전을 이루고 있으나 영세한 것은 물론 기술력 또한 부족한 실정이라 고능률, 복합 연삭시스템 등의 개발이 이뤄지지 못하고 있다”고 말했다. 한국공작기계공업협회에 의하면 2006년 기준 국내 공작기계 시장이 약 2조원으로 연삭기 산업 시장은 약 2,000억원 규모로 추정되는 가운데 국내 연삭기 업체의 생산규모는 국내 전체시장의 25% 가량의 수준인 약 500억 규모인 반면 수입규모가 1,500억원으로 무역 불균형이 상당히 심각한 상태인 것으로 나타났다. 수입 시장의 경우 중고기계가 약 300억원 규모로 국내 생산규모와 비슷한 수준을 보이고 있다. 연삭기의 국내 주요 수요처로는 자동차산업이 65%로 가장 큰 비중을 차지했으며, 그 뒤를 금형.가전부분이 15%, 반도체.IT관련이 10%, 베어링 등 기타 부분이 10% 정도의 수요 비율을 보이고 있다. 한편, [도표 1]에서도 알 수 있듯이 국내 연삭기 제품에 대한 국가별 수출 비율을 살펴 보면 중국이 절반 가량의 높은 비율을 보이고 있는 반면 기술선진국으로의 수출은 미약한 것으로 나타났다. 또한 수입 연삭기에 대한 국가별 비율을 보면 기술적 우위와 함께 지리적 이점을 갖고 있는 일본에 대한 수입이 가장 큰 것을 알 수 있다.  3. 연삭기 기술 동향 공작기계 및 연삭기가 고정밀화 되면서 안내면 가공기술, 스핀들 조립기술, 기계 조립기술이 고정밀화 되어 각 업체의 노하우화 되는 경향이 짙어지면서 고정밀급 조립기술을 보유하고 있는 업체들이 이를 바탕으로 고기능, 고능률 연삭기 기술을 선도하고 있다. 연삭기의 고능률화를 위해 연삭기계에 각 요소의 고속화 개발과 더불어 이를 뒷받침 할 수 있는 제어장치의 고속화 및 가공 기술의 고속화가 병행되어 진행되고 있으며, 가공을 위한 준비 작업에서의 고속화도 연구되고 있다. 또한 연삭기의 고능률화와 고생산성을 동시에 만족시키기 위해서 지능화 기술에 대한 연구도 진행되고 있다. 연삭기의 고정도화는 연삭가공에 요구되는 가공 정도가 점점 더 정밀해지며 가공 변질층과 균열(Crack) 스크래치(Scratch) 등에 대한 요구도 엄격해짐에 따라 이를 실현하기 위한 가공조건, 공구, 연삭액, 기계정밀도의 영향인자 처리를 추구하고 있다. 또한 장시간에 걸쳐 고정도를 유지하기 위해 열변형, 숫돌 및 드레서의 마모, 각 운동 요소의 운동 정밀도, 센서의 감도 등에 대한 기술 개발도 진행 중이다. 최근에는 환경적인 문제의 대두로 인해 연삭유를 많이 사용하는 연삭기에 있어서 드라이 가공, 세미드라이 가공, 극미세 연삭액 사용, 냉풍 연삭 등의 연삭가공기술과 주변장치 기술개발, 인체에 무해한 연삭액 개발 등도 확대되고 있는 추세다. 국내 연삭기 요소설계기술 측면으로 볼 때 선진국 대비 70~80% 수준으로 나타나고 있는 가운데 주축/숫돌축은 최대 95% 수준까지 끌어올린 것으로 나온 반면 공정제어에 있어서는 60% 수준으로 취약한 것으로 나타났다. 연삭기의 제품화 기술에 있어서는 부품의 가공기술, 조립기술이 뒤떨어져 있고 고정밀도를 추구하기 위해 열 특성을 고려한 설계, 해석 및 주요 구조물의 최적설계, 취약부 해석 기술 등은 기술 선진국에 비해 더욱 더 떨어지는 모습을 보였다. 또한, 연삭기 구조물의 설계, 가공, 조립 및 응용기술수준은 선진국의 경우 이미 기술의 안정화 단계에 이르고 있으나, 전반적인 연삭기의 국내 기술은 아직 개발단계에 머물고 있어 5년 이상의 기술 격차를 보이고 있다. 한편, 고능률 연삭 및 절삭가공은 연삭 및 절삭가공이 시작된 이래 에너지 절약 및 생산원가 절감을 위해 꾸준한 연구가 진행 중이며, 유럽 및 일본에서는 장비산업의 고도화에 따라 관련 고능률 절삭 및 연삭 장비와 공구가 병행, 개발되어 공급되기 시작했다. 고능률 다이아몬드 연삭 휠의 경우 수요자 중심의 고능률 고신뢰도의 연삭시스템의 공급을 통한 시장 확보가 가장 중요한 시점이라 할 수 있다.  4. 국내 연삭기 산업의 문제점 국내 연삭기 산업의 가장 큰 문제점에 대해 많은 업체 대표자 및 관련자들은 국내 연삭기 제조업체들의 영세성을 첫 손에 꼽을 만큼 국내 연삭기 제조업체들은 소규모의 기업군으로 운영되고 있다. 업체가 영세하다는 것은 전문 인력 확충이 힘들기 때문에 꾸준한 기술 축적 및 기술 이전이 어려우며, 그로 인해 기업이 주도적으로 산업을 이끌어 나가지 못한다는 것을 의미하기 때문에 국내 연삭기 산업의 가장 큰 문제점으로 나타나고 있는 것이다. 실질적으로 국가적으로 연삭기 산업에 대한 충분한 이해와 그 파급효과가 공유되지 못한 상황에서 소규모의 기업 위주의 산업은 대기업의 안정적인 투자와 맞물려 산업이 발달해 가고 있는 선진국에 비해 활성화 되지 못한 측면이 크다. 현재 해외 선진국들의 연삭기 제품 기술은 범용 연삭기를 넘어서 정밀급 연삭기에 대한 기술의 안정화 단계에 이르러 최근에는 고정밀, 고능률화는 물론 친환경적인 제품에 역점을 둔 고부가가치화를 추구할 만큼 빠른 발전을 이루고 있는 반면 국내 연삭기 산업은 산업기반이 취약하여 기술의 정체성을 띠며, 선진국의 기술을 모방하는 수준에 머물고 있다. 기업의 영세성으로 인해 기술축적이 어려운 것도 있지만, 무엇보다 재투자가 이뤄지지 않아 기술개발이 어렵다는 것이 장기적인 측면에서 더욱 심각한 문제를 초래하고 있다. 일종의 악순환의 연속으로 생산 및 기술개발 투자가 이루어져야 산업 및 기업이 발전해 생긴 이익을 통해 또 다시 투자가 이루어질 수 있도록 구조가 만들어져야 하지만, 기업의 영세성으로 투자가 이뤄지지 않아 그에 따른 이익이 없게 되니 새로운 기술개발을 위한 투자 또한 생기지 않는 것이다. 이처럼 기술이 발전하지 못하고 정체된다면 현재의 선진국 대비 기술 격차는 앞으로 더욱 벌어질 수밖에 없게 된다. 또한, 소규모의 중소기업으로 구성된 국내 제조업체 특성상 단순한 생산기술 및 조립기술문제에서부터 조립기술, 설계기술 등 신 시장개척에 필요한 기술문제에 이르기까지 인프라가 부족하다. 따라서 중소기업의 독자적 기술개발 및 기술 이전을 돕기 위한 기술 인프라를 구축할 필요성과 업체의 기술개발 및 기술이전을 지원할 수 있는 기술 데이터베이스를 구축하고 이를 운용, 양성할 필요성이 있다. 때문에 지금이야말로 소규모의 기업을 보조하는 국가적 정책을 바탕으로 국가 연구소 및 산.학.연이 합동으로 기술개발을 통한 새로운 경쟁력 확보가 필요한 시점이라고 할 수 있다. 5. 향후 전망 및 발전 방안 현재 국내외 경제시장은 연삭기 산업뿐만 아니라 모든 산업이 매우 어려운 실정이다. 더욱이 산업이 발전하고 활성화되기 위해서는 투자가 뒤따라야 하는데 세계적인 경기침체로 인해 대부분 투자가 축소되거나 멈춰있는 상황으로 더욱 어려운 시기를 맞이하고 있다. 여러 경제 전문가들에 의하면 지금의 어려운 경기 침체는 올 상반기 혹은 하반기에는 회복이 가능할 것이라는 의견이 쏟아지고 있지만, 경기의 영향을 가장 빨리 받는 반면 회복에 있어서는 가장 늦게 영향을 받는 공작기계 산업의 특성상 연삭기 산업 역시 다른 산업에 비해 회복이 더딜 것으로 내다보고 있다. 한편, 국내에서 해외로 수출되는 연삭기의 경우 대부분 범용 연삭기, 일반 CNC 연삭기로 선진국에서는 현재 거의 생산하지 않는 장비이며, 그나마 수출이 이뤄지고 있는 중국, 대만 등의 경우에는 가격 경쟁력을 잃어 앞으로 수출이 쉽지 않을 전망이다. 때문에 앞으로 국내 연삭기 산업이 더욱 발전하고 살아남기 위해서는 선진국 업체들이 주도하지 못하고 있는 특화된 목표시장을 선택하고 한정된 자원과 역량을 경쟁력 있는 목표시장에 집중 투자해 나갈 필요가 있다. 국내 연삭기 산업 현황에서도 언급했듯이 국내 연삭기 시장을 살펴보면 전체 시장에서 수입장비가 차지하는 비중이 70% 이상을 차지할 만큼 수입 의존도가 크다. 이러한 상황에서 똑 같은 장비 개발로 국내 시장 비율 확대는 물론 어느 정도의 신장은 있을 수 있지만, 국내 시장 선점 비율 확대는 한계가 있을 수밖에 없다. 따라서 연삭기 관련 특화된 분야에 대한 집중 투자로 경쟁력을 쌓아 수출을 통한 해외 시장 판로 확보를 마련해야 할 것이다. 그러나 특화된 분야에 대한 업체 단독의 투자는 소규모의 운영체계를 보이고 있는 국내 제조업체 특성상 어려운 일이다. 이를 해결하기 위해 국가적 정책사업을 바탕으로 업체간 공동의 투자 방안으로 최대의 효과를 이끌어 내기 위한 노력이 필요하다고 생각한다. <참조한국생산기술연구원 ‘2008 생산시스템 연구기획 최종보고서> ■ 글/임향묵 기자. mwpkorea@yahoo.co.kr |
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