<로봇기술> notable Product 1

<사진> KR QUANTEC 및 KUKA.CNC를 적용한 사례 

유연하고 정확한 표면가공을 선보인 KUKA. CNC

SEMATEK GmbH(이하 SEMATEK)는 KUKA.CNC 소프트웨어를 이용해 표면 가공의 새로운 길을 열고 있다.
알고이의 제그에 위치한 SEMATEK는 2007년부터 신제품 제조 공정의 필요성을 인식해 기존 프로세스를 발전 및 최적화하기 위한 최첨단 생산 설비 기계 제작 분야의 혁신적인 통합 솔루션을 개발하고 있다. 동사에서는 이미 오래전부터 비용 절감 및 생산 능력 향상에 주력해왔다.

■ 초기상황과 과제 설정
현재까지도 차체 부품용 딥드로잉 툴, 플라스틱 부품용 사출 성형 또는 복합재 부품의 인서트 성형 등과 같은 밀링된 몰딩툴의 다듬질 또는 마무리 가공을 수작업으로 처리하는 경우가 많으며, 자동화 설비가 구축된 기업에서도 대형 자유 곡면 표면의 폴리싱 작업은 부분적으로 최대 20일까지 소비된다.
그에 따라 표면 가공에서 새로운 기술을 개발할 때, 가장 중요한 사항은 공정을 최대한 유연하고 정확하며 믿을 수 있고 경제적으로 만드는 것이다. 이는 공작물의 표면 다듬질에 이용할 수 있는 ‘Machine Hammer Peening(해머링 프로세스)’ 적용 분야를 이용해 구현할 수 있다. 이 프로세스를 이용해 복합적인 공작물 표면을 자동으로 가공하도록 할 때, SEMATEK에서는 KUKA 로봇과 KUKA.CNC 소프트웨어를 사용한다.

■ 구현 및 솔루션
KR QUANTEC 시리즈의 KUKA 로봇 플랜지에는 표면 기계 가공을 위한 선형 진자 해머 헤드가 장착된 공압 작동식 공구가 있다(3S-Engineering GmbH의 FORGEfix).
로봇이 공작물을 측정하면 로봇의 해머 헤드가 KUKA 소프트웨어인 KUKA.CNC에 의해 해머링 경로에서 표면으로 이동하는데, 이때 밀링팁이 밀링 그루브의 가장 깊은 곳을 체크해 스트로크와 표면 사이의 접근각, 공급 각도, 경로 간격, 이송 속도, 볼 직경을 프로세스에 따라 선택하거나 설정하게 된다.
SEMATEK은 가공 헤드 측정을 위해 LEONI GmbH의 5D 측정 시스템을 사용하며, 이 절차를 이용해 TCP(Tool Center Point) 측정 외에도 툴 방향을 최대한 정확하게 측정할 수 있다. 툴 방향은 특히 5축 CNC 프로그램에 의한 가공에서 최대 공정 정밀도를 위해 중요한 요소이다.

■ 시스템 구성요소
KUKA KR 240 R2900은 탁월한 작업 반경과 유연성을 자랑하고 있다. 특히, 5축 가공이 필요한 부품에 로봇을 사용하면 뛰어난 비용 절감 효과를 볼 수 있다.
용이한 로봇 셋업 및 프로그래밍을 위해 KUKA에서는 로봇 컨트롤러에 CNC 코어를 적용하고, KUKA.CNC를 개발했다. 이 소프트웨어를 사용하면 DIN 66025 또는 G 코드로 로봇의 모든 동작 기능을 프로그래밍할 수 있다. 프로그램은 CAD/CAM 체인을 이용해 작성할 수 있으며, 특수 로봇 프로그램(로봇 언어로 번역)으로 변환하지 않고 KUKA 컨트롤러에 사용이 가능하다. 또한 툴 반경 보정과 헤비듀티 툴과 같은 CNC 시스템의 기능을 문제 없이 사용할 수 있다는 장점도 가지고 있다.
SEMATEK는 시뮬레이션 모듈로 프로세스 체인을 보완해, 전체 시스템의 접근성과 충돌 방지 기능을 향상했다. 이를 통해 로봇을 완벽한 CNC 기계로 사용할 수 있으며, 향상된 경로 성능과 전체 부품의 균일한 가공으로 이익을 창출할 수 있다.

■ 결과와 성공
해머링 기능은 밀링된 표면을 다듬질할 뿐만 아니라 표면을 강화하고 내부 응력을 최적의 상태로 분배하기 때문에 표면이 균일하고 재현 가능한 형태가 된다. 해머링 공정에 의해 밀링 작업만으로는 불가능한 0.1μm 미만의 표면 조도가 구현되고, 냉간 경화를 통해 가공할 재료에 따라 표면 경도가 최대 30% 상승되기도 해 표면의 추가 후가공이 종종 불필요해지기도 한다.
또한, 자동화 해머링 프로세스를 사용하면 특히 수동 연마와 폴리싱 작업을 줄일 수 있다. 평활 공정 요구사항이 감소해 마무리 가공과 전체 제조 공정 시간이 현저하게 줄어들며, KUKA 로봇을 이용해 복합적인 자유 곡면 표면 가공도 가능하다.
그 외에도 전체 부품의 가공이 가능하기 때문에 비용과 시간이 많이 드는 래핑 작업을 하지 않아도 되며, 매우 정확한 경로 계획에 의해 로봇이 빠른 속도와 적은 중첩으로 이동할 수 있다. 즉, 이를 통해 최소 시간으로 최상의 결과를 낼 수 있는 것이다.

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