특수기계를 유연하게 만드는 개방형 컨트롤러

특수기계는 일반기계로는 제작할 수 없는 응용 사례를 위해 제작한다.개방형 컨트롤 시스템을 사용하면 유연하게 구성할 수 있고, 복잡한 시스템도 전체를 한 눈에 파악할 수 있다.

마리오 칼리그 : 오스트리아 Siemens AG 소속

Miba Automation Systems GmbH는 오스트리아 아우라하키르헨에 위치하고 있으며, 특수 기계 제작을 담당하는 New Technologie Group과 함께 Miba 그룹(구동 기술 중심의 서비스와 제품에 집중하는 기술 콘체른) 에 속해있다. 설계자들은 일반적으로 고객의 잘 정리된 제품 요건을 가지고 시스템을 개발하지만, 대부분의 경우 대략적인 설명만으로 주문을 하는 경우가 많아, 고객의 특수한 사항을 해결해야 하는 숙제를 안고 있다. 이런 일련의 개발 과정을 거쳐, 다양한 부품을 가공하는 CNC(Computerized Numerical Control )공작 기계가 탄생되는데, 이 기계들은 부분적으로 이동식이며, 증기 터빈이나 발전소 컴포넌트를 현장에서 직접 검사 수리거나 가공할 수 있다.

 

단순한 NC축 그 이상?

중국 상해 근처의 자동차 부품업체에서 사용되는 로터리 인덱싱 시스템으로 복잡한 소형 부품 가공에 적합하다.
중국 상해 근처의 자동차 부품업체에서 사용되는 로터리 인덱싱 시스템으로 복잡한 소형 부품 가공에 적합하다.

이 업체의 최신 개발 제품은 로터리 인덱싱 시스템이다(사진 1). 이 시스템은 복잡한 소형 부품 가공을 위해 설계되어, 먼저 자사에서 사용하였다. 시장에서는 견고하게 제작된 같은 유형의 기계를 구할 수가 없었기 때문이다. 구조적으로 안정적인 콤포넌트들로만 달성해야 했고, 동시에 기계의 정확도를 높여야 했다. 폴리머 콘크리트 베드, 무거운 자체 무게로 진동을 저지하는 강합성 부품, 크라운휠 기어로 형성된 로터리 테이블 등 전체적으로 견고한 구조가 이 로터리 인덱싱 시스템의 위치 정확도 2μm를 만들어 낸다. 동시에 구조가 매우 컴팩트하여 차지하는 공간이 상대적으로 적으며, 안정성도 매우 큰 도움이 된다. 이 시스템은 습식 운전을 위해 구입하기도 하지만, 건식 가공을 목적으로 하기 때문이다. 집진 장치의 성능이 우수하다는 것은 가이드에 쌓여 있는 분진과 끝임 없이 씨름해야 한다는 의미이기도 하다. 하지만 건식 가공은 공정 마지막 부분에 금속 가공유를 세척하지 않아도 되는 장점도 있다. 제대로 된 집진 장치와 인클로저 밀폐성, 그리고 견고한 디자인 때문에 이 시스템은 분진 부하를 견딘다. 이러한 프로세스 안전성은 요즈음 필수이다.

 

사진 2: CNC로는 Siemens의 Sinumerik 840D sl을 사용하여, 여러 스테이션에서 사용자 요건에 따라 임의로 밀링, 드릴링 및 터닝할 수 있다.
사진 2: CNC로는 Siemens의 Sinumerik 840D sl을 사용하여, 여러 스테이션에서 사용자 요건에 따라 임의로 밀링, 드릴링 및 터닝할 수 있다.

복잡한 CNC 머신을 간단하게 조작한다

이 로터리 인덱싱 시스템의 표준 구성은 여섯 개의 스테이션을 포함하는 로터리 테이블을 구비하며, 이 구성으로 32개가 넘는 NC 축을 사용한다. 구동은 Siemens의 Simotics S-1FT7 모델 서보모터로 이루어진다. CNC로는 역시 Siemens의 Sinumerik 840D sl을 사용하여, 여러 스테이션에서 사용자 요건에 따라 임의로 밀링, 드릴링, 터닝할 수 있다(사진 2). 이 로터리 인덱싱 시스템은 NCU 링크로 연결되는 두 개의 NCU를 갖추었으며, 32개의 축에 대해서도 성능이 우수하다. 연결되어 있는 세 개의 NCU로 이 CNC는 최대 93개의 축을 제어한다. 이 모듈식으로 제작된 시스템에서 의도하는 바와 같이 스테이션이 여섯 개가 넘는 기계 변형 모델에 대해서도 충분히 여유가 있다.

컨트롤 인터페이스 Sinumerik Operate의 개방성 덕분에 실제 이미지와 3D 애니메이션을 입력하고, 조작자가 복잡한 기계를 한 눈에 확인할 수 있도록 자체적인 인터페이스를 설치하는 것이 가능하다. 로터리 테이블, 3축 유닛 또는 로딩 시스템, 이러한 개별적인 유닛들은 각각 CNC 디스플레이를 통해 시각화되고 매우 간단하게 분류할 수 있다.

정확도가 매우 높은 포지셔닝

사진 3: 로터리 인덱싱 머신을 보면 전면에 Miba가 개발한 콤팩트한 큐브 형태의 적재 시스템을 탑재한 로더가 보이며, 뒤로는 피삭재 수용을 위해 장착 가능한 로터리 테이블이 보인다.
사진 3: 로터리 인덱싱 머신을 보면 전면에 Miba가 개발한 콤팩트한 큐브 형태의 적재 시스템을 탑재한 로더가 보이며, 뒤로는 피삭재 수용을 위해 장착 가능한 로터리 테이블이 보인다.

표준화된 1차 프로그램과 프로그램 체인이 있다. 개별 스테이션 프로그램 내에서 표준 NC 프로그래밍 지식을 이용하여 각 기계의 개별적인 조작을 변경하고 조정할 수 있다. 척 관련 부품 또는 가공 개수 기준 부품을 자동으로 선별하기 위해 “측정을 위한 부품 배출“ 기능을 통해 컨트롤 시스템에 데이터를 기록할 수 있다. 각 스테이션에서 언제든지 버튼을 눌러서 부품을 배출할 수 있다. 따라서 조작자는 바로 기계에서 품질 점검과 측정을 실시할 수 있다.

모터 스핀들로는 Siemens의 Weiss 스핀들을 선택하여 구조를 조정하였다. 3채널 매체 통로 덕분에 회전하면서 시스템 컨트롤이 가능한 다이아프램 척을 사용하여 작업할 수 있다. 부품이 척에 꼭 맞는지 여부를 차압 측정으로 확인할 수 있다. 오류가 감지되면 시스템은 부품을 배출한다. 클램핑 교체 없이 피삭재를 여러 스테이션에서 가공하는 로터리 인덱싱 시스템은 고도로 정확하게 포지셔닝이 이루어지고 정밀하게 유지가 되어야 효과가 있기 때문에 매우 중요하다. Miba가 개발한 큐브 형태의 적재 시스템을 사용하는 로딩 공정에서 카메라로 클램핑 척에 고정되는 구성품의 위치를 점검한다. 피삭재에 있는 구멍은 로딩 유닛이 정확하게 접촉하였는지 보여준다(사진 3). 필요할 경우 기계는 스스로 재조정한다.

모터 스핀들의 장착과 탈거는 자체 크래인 시스템으로 이루어져 조립 작업에 드는 노력이 최대한 줄어든다. 스핀들 교체가 이루어진 Miba의 자체 테스트에서 포지셔닝 후 교체 스핀들은 1μm만 보정하면 되는데, 이는 시스템의 기본 정확도가 매우 높기 때문이다. 모든 스테이션은 개별적으로 장비를 추가 장착할 수 있고 표준화된 인터페이스가 있다. 앞서 밀링된 지점에서 터닝, 축 방향 드릴링 또는 반경방향 드릴링 등 사용자가 운전 방법을 바꾸고자 하면, 이는 간단하다. 이 시스템은 정확하게 이러한 목적을 위해 모듈 방식으로 구성되었고, 스테이션은 플러그 & 플레이에 적합하도록 개발하였다.

 

테스트 합격

사진 4: Miba 로터리 인덱싱 시스템은 Sinumerik 840D와 Sinamics S120 모델의 드라이브를 장착하였다. Siemens와의 정비 서비스 계약을 통해 전세계 어느 곳에서든 위치에 상관없이 기계와 예비 부품을 마음껏 사용할 수 있게 해달라는 사용자들의 요청에 대응하고 있다.
사진 4: Miba 로터리 인덱싱 시스템은 Sinumerik 840D와 Sinamics S120 모델의 드라이브를 장착하였다. Siemens와의 정비 서비스 계약을 통해 전세계 어느 곳에서든 위치에 상관없이 기계와 예비 부품을 마음껏 사용할 수 있게 해달라는 사용자들의 요청에 대응하고 있다.

Miba는 자체 그룹 내 소비자와 외부 사용자를 위해서 신속한 작동 개시를 보장하기 위해 특이한 적용 사례일지라도 특별히 기술자를 준비해 두고 있다. 시스템을 판매할 경우에도 콤포넌트 납품업체와 Siemens의 정비 서비스 계약을 체결하여, 시스템 운영자는 전세계 어디서든 고장이 난 경우 무료로 진단하고 수리를 받을 수 있다. 이는 로터리 인덱싱 테이블뿐만 아니라 로딩 시스템에 사용하는(그림 4) Sinamics S120 드라이브, 입력과 출력을 위한 Simatic 주변 장치 그리고 컨트롤 시스템 Sinumerik 840D sl 등 Siemens의 모든 컴포넌트에 해당한다. 이렇게 Miba는 기계와 예비 부품에 대한 높은 가용률을 보장하기 위해, 전세계 어디서든 사용자들의 요청에 대응하고 있다.

자기 자신을 위해서 또는 동료를 위해서 일하는 사람은 (이 글에서는 기계를 개발하는 일) 결함에 대한 비판은 생각보다  빨리 그리고 여과되지 않은 상태로 온다는 점을 확신하고, 의문점이 있는 경우는 점심 식사 시간을 이용하여 논의한다. 이 로터리 인덱싱 시스템은 내부 테스트에 합격하였고 성공적으로 사용되고 있다. 생산은 순리적으로 진행되며, 그사이 외부적으로도 큰 주목을 받고 있다.