뿌리산업의 경쟁력 제고를 위한 로봇의 도입 고려는 지금 이 순간에도 현재진행형이다. 금형 산업 또한 마찬가지로, 최근 유수 기업들의 금형 제조 파트에서는 로봇의 도입이 심심치 않게 보인다. 이와 관련해 스토브리는 성공적인 지침서를 제안했다. 본지에서는 Audi Competence Center에 적용된 스토브리 로봇 머시닝 센터를 소개한다.
Audi Competence Center에 적용된 스토브리 로봇(사진. 스토브리코리아)
스토브리의 로봇 머시닝 센터
플랜트 장비 및 사출 성형 기술을 위한 첨단 Audi Competence Center에서는 모든 공정의 디지털 연결을 위해 점진적으로 노력하고 있다. 이러한 변화로 인해 이제 로봇 머시닝 센터는 4개의 방사형 드릴링 기계의 영역까지 대체하고 있다.
지난 2015년 Audi가 다시 올해의 Toolmaker상을 수상했을 때, 심사위원단은 지속적인 디지털 공정 개발 및 부분적 실현에 대한 칭찬을 아끼지 않았다.
Audi는 금형 제조에 있어 Industry 4.0을 향한 또 다른 조치를 취하고 있다. 이전에는 금형에 벤트 구멍을 만드는 데 방사형 드릴링 머신이 사용됐으나 단점이 있었다. 공정을 자동화할 수 없으며, 시간과 노동력 및 비용이 많이 소모되고, Industry 4.0의 개념과 호환되지 않았기 때문이다.
그러나 현재는 고정밀 산업용 로봇의 대명사인 스토브리 로봇으로 드릴링 작업을 하고, 나아가 나사 절삭뿐만 아니라 정밀 보링 작업까지 로봇이 수행하게 될 것으로 보인다.
이 프로젝트는 Robot-machining GmbH of Seligenstadt가 수행했으며, Audi Competence Center와의 긴밀한 협력을 통해 공정 기술, 클램핑 메커니즘 및 가공 기술에 대한 플랜트 콘셉트를 개발했다.
인텐시브 로봇 시스템 노하우
이 플랜트에는 많은 전문 기술들이 도입됐다. 8m 길이와 7m 폭의 로봇 머시닝 센터는 강철 또는 회색 주철로 만든 금형을 가공할 수 있는데, 금형의 크기는 최대 4,500×2,500×1,000㎜이며 무게는 최대 20,000㎏에 육박한다.
이 시스템을 살펴보면, 37㎾ 가공 스핀들을 장착한 스토브리의 고정밀 로봇이 셀 내의 모든 활동을 제어하고 있다. 사용된 제조용 6축 다관절로봇 TX200 모델은 최대 하중이 150㎏이고, 작업 범위는 2,194㎜이며, 이 로봇은 이송 레일에 장착되어 모든 위치에 접근할 수 있다.
스토브리 로봇 머시닝 센터(사진. 스토브리코리아)
작업 과정을 살펴보면, TX200 로봇이 심공 드릴링을 시작하기 전 금형을 정확하게 교정하기 위해 툴 매거진에 3D프로브를 사용하고 프레스 툴의 정확한 위치를 측정한다. 계산된 드릴링 위치와 오프라인 조정 후 실제 드릴링이 시작되기 전, 공정의 모든 단계에 대한 최종 시뮬레이션이 이뤄진다.
한편 각 금형의 1/2마다 70~80개의 벤트 구멍이 필요하다. 벤트 구멍을 뚫는 작업은 3단계로 진행되며, 그 중 첫 번째 작업은 미러링, 두 번째는 30㎜ 깊이의 파일럿 구멍을 드릴링하고 마지막으로 실제 구멍을 드릴링하는 순이다. 구멍의 직경은 4~8㎜이다.
특이사항은 드릴 비트의 선형 진행이 로봇에 의해 제어된다는 점이다. Competence Center의 새로운 비즈니스 유닛 자동화 기술부서의 Audi Project Manager인 Juliane Kollecker는 “이것은 로봇이 최대 120㎜까지의 벤트 구멍을 능동적으로 드릴링한다는 것을 의미한다. 이를 위해서는 독자적인 드라이브 기술로 스토브리 로봇만이 할 수 있는 탁월한 모션 제어 및 강성이 요구된다.”고 전했다.
스토브리 로봇 머시닝 센터(사진. 스토브리코리아)
지속적인 디지털 공정
벤트 구멍의 위치는 CAD 시스템의 금형 설계 단계에서 미리 정의되어 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% 감소시켰다.
이러한 성과로 이 혁신적인 시설 도입은 긍정적인 평가를 이끌어냈다. 로봇 머시닝 센터는 벤트 구멍의 드릴링과 관련해 Audi의 기대치를 충분히 충족시켰기 때문에 가까운 미래에 추가 가공 공정 설치 또한 이루어질 것으로 기대된다.
