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[기술 기고] 인더스트리 5.0을 향한 금형 제조기술의 대도약

아우디에 적용된 ‘스토브리 로봇’

[기술 기고] 인더스트리 5.0을 향한 금형 제조기술의 대도약
최대 정밀도가 요구되는 심공 드릴링을 스토브리 로봇 TX200이 수행하고 있다.

[산업일보]
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 노동 면에서 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.

[기술 기고] 인더스트리 5.0을 향한 금형 제조기술의 대도약

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 120mm 까지의 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.

글 / 소냐 코반(Sonja Koban)_스토브리(Staubli) 독일 마케팅 매니저

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