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[기술기고Ⅰ]로봇 제조사 -자동차 부품 제조사, 협력…생산력·경쟁력↑

기술이슈 | 안영건 기자 | 입력 2018.10.25

글 / 소냐 코반(Sonja Koban) [스토브리(STABLI) 독일 마케팅 매니저

[기술기고Ⅰ]로봇 제조사 -자동차 부품 제조사, 협력…생산력·경쟁력↑ - 다아라매거진 기술뉴스
대형 로봇일지라도 콤팩트한 디자인으로 인해 사용 가능한 공간 내에서 기계와 통합 가능하다.


경쟁이 치열한 자동차 산업의 특성상 끊임없이 새로운 제조 아이디어를 창출해야 한다. 체코 자동차 부품 기업인 ACL 오토모티브(Automotive)는 스토브리 로봇의 정교한 성능을 통해 루프 레일을 가공하는 작업을 수행하고 있다.

ACL Automotive는 자동차 산업에 루프 레일 및 루프 랙과 같은 제품을 공급하는 기업이다. 체코의 자동차 회사 skoda(스코다)는 이 기업의 주요 고객 중 하나이다. Fabia II, Octavia III 및 Yeti와 같은 모델에는 보헤미아 북부의 Liberec에서 만든 자동차 루프 액세서리가 있다.

“우리는 루프 레일 제조에 수년간의 경험을 가지고 있지만 라인에는 단 하나의 제품만 생산하고 있다. 그러던 중 기존 공장에서는 불가능했던 두 가지 버전의 생산 능력 및 생산량이 동시에 필요한 상황에 놓이게 됐다. 그래서 우리는 이러한 작업을 위한 효율적인 솔루션을 찾기 위해 Ultrastech 공장을 건설했다”고 ACL Automotive의 매니저 Vladimir Bohm는 말했다.

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대형 밀링 커터가 기본 가공을 하는 동안 소형 커터는 마무리 가공에 사용된다.


실제 조건에서 광범위한 테스트
Ultratech CEO인 Libor Strejcek은 새로운 프로젝트에 대한 특별한 솔루션을 제시해야 했다. 클래식한 4축 처리 시스템의 구축을 할 경우 높은 비용을 지불해야 하기 때문에 로봇 가공의 가능성을 모색하기 시작했다.
Ultratech는 산업용 로봇 기업을 찾는 중에 Pardubice에 위치한 스토브리 체코 지사를 선택 했다. 스토브리는 즉시 작업을 수행하고 Ultratech의 지원에 나섰다.

여러 개의 6축 로봇으로 애플리케이션 별 테스트를 통한 고객 서비스와 로봇의 성능은 Ultratech가 스토브리와 협력하기로 한 주된 이유라고 할 수 있겠다.

궁극적으로 실제 가공을 위해 스토브리 TX200 로봇 두 대를 선택했다. 상당한 크기 임에도 불구하고, 밀폐된 케이블 연결을 통한 콤팩트한 디자인과 운반 하중에 비해 작은 설치 공간을 차지하므로 사용 공간에 쉽게 배치됐다. 또한 스토브리 6축 RX160 로봇을 결합해 전체 가공 공정을 자동화하도록 마무리 작업을 수행하기로 결정했다.

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(왼쪽) 알루미늄 프로파일을 처리하는 두 대의 TX200 로봇 중 하나이다. (오른쪽)두 대의 TX200 모두 동일한 밀링 커터를 사용한다.


4단계의 루프 레일 생산과 스토브리 로봇
이 공장은 두 개의 다른 알루미늄 프로파일을 처리하도록 설계됐다. 플랜트의 적재는 수동으로 수행된다. 생산하는 동안 가공 될 4쌍의 피스가 일반적으로 라인의 4개 스테이션에 공급된다.

수동 삽입 후 첫 번째 단계에서 한 쌍의 프로파일이 플랜트의 아래쪽 영역에 도착하고 서보가 구동하는 네 개의 톱은 프로파일을 크기로 자른다. 그런 다음 프로파일은 다음 단계에서 두 대의 강력한 TX200의 작업 영역으로 들어가게 된다.

프로파일의 각 끝에 평행하게 작업하는 두 개의 로봇은 두 개의 밀링 스핀들을 가진 동일한 툴 헤드를 가지고 있다. 두 로봇은 더 큰 13mm 커터로 거친 밀링 작업을 수행 한 다음 6mm 밀링 커터로 전환해 마무리 작업을 수행한다. 두 대의 고성능 로봇의 병렬 작업 덕분에 작업 시간이 현저하게 줄어든다.

[기술기고Ⅰ]로봇 제조사 -자동차 부품 제조사, 협력…생산력·경쟁력↑ - 다아라매거진 기술뉴스
최대 정밀도가 요구되는 심공 드릴링을 스토브리 로봇 TX200이 수행하고 있다.최대 정밀도가 요구되는 심공 드릴링을 스토브리 로봇 TX200이 수행하고 있다.


기계 가공 후, 스토브리 RX160은 압축 공기를 불어넣어 작업물을 세척하게 된다. 남은 찌꺼기는 흡입을 통해 제거된다. 그런 다음 로봇은 공압 그리퍼로 레이저 마커를 가져 와서 각 루프 레일에 일련번호 라벨을 새긴다.
최종 가공 단계가 끝난 후, 완제품은 라인의 로딩/언로딩 영역으로 돌아온다. 이 애플리케이션은 로봇 제조사와 자동차 부품 제조사가 서로 파트너로서 함께 일하고 혁신적인 설계를 구축하는 것이, 이러한 까다로운 시장에서 생산성과 경쟁력을 높이는 이상적인 방법임을 다시 한 번 보여준 사례라고 생각한다.


아우디에 적용된 ‘스토브리 로봇’
인더스트리 5.0을 향한 금형 제조기술의 대도약


로봇이 하는 금형 가공
플랜트 장비 및 사출 성형 기술을 위한 첨단 아우디 역량센터(Audi Center of Competence)에서는 점진적으로 모든 공정의 디지털 연결을 위해 노력하고 있다. 이런 변화에 발맞추어 로봇 머시닝 센터는 이제 금형 제조에서 4개의 방사형 드릴링 기계까지 대체하고 있다.

2015년에 Audi가 올해의 툴메이커(Toolmaker) 상을 수상했을 때 심사위원단은 지속적인 디지털 공정 개발 및 부분적 실현에 대한 칭찬을 아끼지 않았다. Audi는 금형 제조에 있어서 Industry 4.0을 향한 또 다른 대응방안을 준비하고 있다.

이전에는 방사형 드릴링 머신이 금형에 벤트 구멍을 만드는 데 사용됐으나 단점이 있었다. 공정을 자동화 할 수 없었으며 시간과 노동면에서 비용이 많이 들고 Industry 4.0의 개념과 호환되지 않는다고 판단했다.

이를 해결하기 위해 현재는 고정밀 산업용 로봇의 대명사인 스토브리 로봇으로 드릴링을 하고 있으며 나아가 나사 절삭뿐만 아니라 정밀 보링 작업까지 로봇이 수행할 계획이다. 이 프로젝트는 독일 젤리겐슈타트의 로봇머시닝사(robot-machining GmbH of Seligenstadt)에서 수행했으며, 아우디 역량센터와 긴밀한 협력을 통해 공정 기술, 클램핑 메커니즘 및 가공 기술로 플랜트 컨셉을 잡고 개발했다.

인텐시브 로봇 시스템 노하우
많은 전문 기술이 플랜트에 도입됐다. 8미터 길이와 7미터 폭의 로봇 머시닝 센터는 강철 또는 회색 주철로 만든 금형을 가공 할 수 있다.

금형의 크기는 최대 4,500 x 2,500 x 1,000mm이며 무게는 최대 20,000kg이다. 37kW 가공 스핀들을 장착한 스토브리의 고정밀 로봇이 셀 내의 모든 활동을 제어했다. 사용된 6축 다관절 산업용 로봇 TX200 모델은 최대 하중이 150kg이고 범위가 2,194mm이다. 또한 로봇은 이송 레일에 장착돼 모든 위치에 접근할 수 있다.

TX200 로봇이 심공 드릴링을 시작하기 전 금형을 정확하게 교정하기 위해서 툴 매거진에 3D 프로브를 사용하고 프레스 툴의 정확한 위치를 측정했다. 계산된 드릴링 위치와 오프라인 조정 후 실제 드릴링이 시작되기 전에 공정의 모든 단계에 대한 최종 시뮬레이션이 이뤄진다.

각 금형의 1/2 마다 70~80개의 벤트 구멍이 필요하다. 벤트 구멍을 뚫는 작업은 3단계로 진행되며, 그 중 첫 번째 작업은 '미러링', 두 번째는 30mm 깊이의 파일럿 구멍을 드릴링하고 마지막으로 실제 구멍을 드릴링 한다. 직경은 4~8mm이다.

특이사항은 드릴 비트의 선형 진행이 로봇에 의해 제어된다는 것이다.
역량센터의 새로운 비즈니스 유닛 자동화 기술부서의 Audi 프로젝트 매니저인 줄리앤 콜렉커(Juliane Kollecker)는 “이것은 로봇이 최대 120mm까지의 벤트 구멍을 능동적으로 드릴링 한다는 것을 의미한다. 이를 위해서는 독자적인 드라이브 기술로 스토브리 로봇만이 할 수 있는 탁월한 모션 제어 및 강성이 요구된다”고 말했다.

지속적인 디지털 공정
벤트 구멍의 위치는 CAD 시스템의 금형 설계 단계에서 미리 정의돼 있으므로 추가 작업 없이 로봇 머시닝 센터의 오프라인 프로그래밍 시스템으로 전송할 수 있다. 디지털 네트워킹은 처리량을 줄이는 핵심 요소이다.
과거에는 Audi가 현장의 벤트 구멍 위치를 정의하고 수동 조작 장비로 드릴링을 했어야 했지만 스토브리 로봇과의 디지털 공정으로 자동차 제조 공정 소요 시간을 약 60%의 감소시켰다.

따라서 이 혁신적인 시설 도입에 대한 평가는 긍정적이었다. 로봇 머시닝 센터는 벤트 구멍의 드릴링과 관련해 Audi의 기대치를 충분히 충족시켰으므로 가까운 미래에 추가 가공 공정 설치 또한 이루어질 것으로 기대한다.

ayk2876@kidd.co.kr

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