최근 인력 부족에 대한 대응이나 생산성 향상, 위험 작업의 회피 등을 목적으로 버 제거의 자동화에 대한 요구가 높아지고 있다.

 

그러나 수작업으로 하는 버 제거를 머시닝센터나 로봇으로 자동화하려고 하면 목표한 대로 버 제거가 안 되는 경우가 있다. 그림 1에 나타냈듯이 버의 잔재나 워크의 과삭, 복잡한 형상의 프로그램 수고 등의 문제가 발생한다.

 

 

원인으로는 절삭공구 마모에 의한 버의 크기나 형상의 변화, 워크 치수의 편차, 윤곽의 기하학적인 형상, 로봇에 있어서는 궤적의 부정확함(스피드에 따라 궤적이 변화한다) 등을 들 수 있다. 이러한 버 제거 자동화 시에 발생하는 문제는 ‘플로팅 가공’으로 해결할 수 있다. 그림 2에 플로팅 가공에 의한 버 제거 전후의 사진을 나타냈다.

 

알루미늄 다이캐스트나 주물 부품을 기계 가공한 경우, 가공면은 고정도이지만 버가 발생하는 주물 표면이나 가공면의 교점은 주물의 정도이다. 즉, 치수의 편차가 크거나 형상이 부정확하거나 한다. 도면대로 정확하게 프로그래밍해도 주물 표면과 가공면의 교점을 균일하게 버 제거하는 것은 매우 어렵다. 예를 들어 미세 수정에 의해 균일하게 버를 제거할 수 있었다고 해도 금형의 열화나 수정에 의해 형상과 치수가 크게 변화하는 경우도 생각할 수 있다. 이와 같이 버 제거 부위와 공구의 상대 위치가 여러 가지 요인으로 변화하게 되는 경우에 ‘플로팅 가공’이 효과적이다.

 

 

스기노머신에서는 머시닝센터로 플로팅 가공을 하기 위한 툴홀더 BARRIQUAN(바리콴)을 대폭으로 모델 체인지해 기능성과 사용 편의성을 향상시킨 BRQ-TX01을 개발했다(그림 3).

 

 

이 글에서는 플로팅 가공과 BRQ-TX01의 특징을 앞부분에서 소개하고, 후반부에서는 로봇 버 제거가공에 대한 응용을 소개한다.

 

플로팅 가공에 의한 버 제거란

 

플로팅 가공이란 플로팅 기구가 있는 어태치먼트에 의해 공구를 워크 형상을 본뜨게 해 워크의 과삭이나 버의 잔재를 방지하는 가공 방법을 말한다. 플로팅 기구란 스프링이나 압축 공기를 이용해 공구를 일정 압력으로 워크에 밀어붙이는 구조를 가리킨다. 플로팅 기구는 툴홀더나 스핀들 모터에 내장되는 경우와 독립된 유닛으로 구성되는 경우가 있다(그림 4).

 

 

1. 플로팅 기구의 역할

버 제거의 자동화에서 최대의 문제는 인간의 감·요령·판단을 무엇이 담당하는지이다. 비전 카메라, 각종 센서나 소프트웨어는 인간의 감각이나 뇌에 해당되는 부분이지만, 소프트웨어는 인간과 같이 애매한 정보를 처리할 수 없다. 또한, 정보를 인풋, 연산, 아웃풋해 기계를 움직이는 복수의 처리 공정을 거쳐야 하며, 고속 가공이 요구되는 버 제거에서는 센서나 소프트웨어만으로는 스피드 관점에서도 불충분하다.

 

플로팅 기구는 인간이 의식하지 않는 영역에서 작동하는 이른바, 자율신경과 같은 역할을 한다. 애매한 정보에 대해 다이렉트로 리액션시킴으로써 센서와 소프트웨어만으로는 달성할 수 없는 고속 버 제거를 실현한다.

 

2. 플로팅 기구의 종류와 선택 방법

플로팅 기구는 끝단을 Z방향으로 신축시키는 신축형(그림 6)과 공구나 스핀들을 기울이는 경동형(그림 7)으로 나뉜다. 신축형은 워크의 에지에 발생하는 버에 적합하며, 주물의 윤곽이나 기계가공 후의 버 제거에서 많이 사용되고 있다. 경동형은 에지보다 ‘면’에 발생하는 돌기나 버에 적합하며, 알루미늄 다이캐스트의 파팅라인 제거 등에서 많이 사용되고 주로 로봇 버 제거에 활용된다.

 

 

BRQ-TX01의 새로운 기능

 

1. 가공 테스트의 수고를 줄이는 원터치 공구 교환

BRQ-TX01은 신축형의 툴홀더 타입으로 분류된다. 이전 기종은 2013년 발매 이래 BARRIQUAN(바리콴) BC10-20으로 호평을 받아왔는데, 이번에 시장의 요구를 반영해 대폭으로 모델 체인지했다.

 

버 제거는 제품마다 다르기 때문에 안건마다 실제로 가공 테스트를 하지 않으면 채용 여부를 판단할 수 없다. 버 제거 공정의 자동화에서는 우선 가공 조건이나 공구를 빈번하게 변경해 최적의 조건을 찾을 필요가 있다. BRQ-TX01에서는 가공 테스트의 공구 교환과 생산 현장의 메인티넌스성을 고려해 끝단의 공구를 유지하는 부품(플로터)을 원터치로 교환할 수 있는 구조로 했다(그림 8).

 

 

이것에 의해 사전에 외부 세팅에 의해 공구의 길이 조정이 가능하기 때문에 공구 교환 시의 수고가 대폭으로 경감된다.

 

2. 버 제거의 품질을 안정화시키는 메인틴넌스 성능

신축형 툴홀더에서 플로터의 열화는 가공 품질에 직결된다. 예를 들어 마모가 일정량을 넘은 경우, 신축 동작이 원활하게 되지 않아 추종성의 저하(균일하게 마무리되지 않는다)나 뜯김에 의해 예상보다 가공면 폭이 커지는 현상이 발생한다. 이전 기종은 구조적으로 플로터의 교환이 불가능했지만, BRQ-TX01은 플로터를 교환할 수 있게 해 제품의 성능 안정화와 장수명화를 실현했다. 또한, 플로터에 스핀들 오일을 정기적으로 도포해 그 성능을 장기간 유지할 수 있다. 메인티넌스가 용이하고 안정되게 사용할 수 있도록 플로터는 분해 공구를 사용하지 않고도 탈착할 수 있게 되어 있다.

 

3. 내장 스프링의 교환을 간단히 할 수 있다

플로팅 가공에서는 내장 스프링의 강도를 바꿔 공구를 워크에 밀어붙이는 힘을 바꿈으로써 버의 제거 정도(면떼기 폭)가 변화한다(그림 9). BRQ-TX01은 강·중·약 3종류의 스프링을 간단히 교환할 수 있고, 면떼기의 폭(크기)을 쉽게 바꿀 수 있다(그림 10).

 

 

4. 12,000min-1의 고속 회전에 의한 안정된 버 제거

BRQ-TX01의 허용 회전수는 이전의 5,000min-1에서 12,000min-1으로 대폭 상승했다. 신축형의 플로팅 가공에서는 회전수와 이송 속도의 관계는 1:0.3～0.6이 기준이 된다. 허용 회전수가 높을수록 고이송으로 가공할 수 있고, 사이클타임의 단축으로 이어진다.

 

또한, 플로팅 가공은 가공 시작점 부근에서 진입 각도에 따라서는 다듬질이 불안정해지는 경향이 있다. 회전수에 의한 가공 시작점 부근의 다듬질 차이를 그림 11에 나타냈다. 고속 회전이면 그 불안정 영역이 없어져 안정된 다듬질을 얻을 수 있다는 것을 알 수 있다.

 

 

로봇 버 제거가공에 대한 응용

 

최근 산업용 로봇이 가공 현장에 보급됨으로써 버 제거 자동화에서는 머시닝센터에 의한 버 제거와 동시에, 로봇에 의한 자동화도 검토되고 있다. 예를 들어 머시닝센터에 의해 버 제거를 자동화했지만, 머시닝센터의 가공 시간이 늘어나 사이클타임의 균형이 나빠지는 경우가 있다. 그래서 다시 버 제거 공정을 분리하기 위해 로봇을 활용하는 케이스가 늘고 있다. 이에 산업용 로봇에 의한 버 제거가공에서 발생하는 문제에도 ‘플로팅 가공’이 효과적이라는 것을 이하에 소개한다.

 

1. 버 제거의 고속화에는 플로팅 기구가 필수

수직 다관절 로봇을 사용해 버 제거를 하는 경우, 공구를 회전시키는 스핀들 모터나 왕복 동작시키는 기기와 같은 엔드 이펙터가 필요해진다(그림 12).

 

 

로봇으로 버를 제거하기 위해서는 티칭에 의해 엔드 이펙터의 끝에 있는 공구를 버를 따르게 하는 프로그래밍이 필요하다. 그런데 다관절 로봇은 머시닝센터와 같이 어떠한 상황에서도 정확한 궤적을 따라가는 것이 아니라, 예를 들어 로봇의 스피드를 변화시키면 그 궤적도 변한다.

 

따라서 티칭 시와 실제 가공에서는 날끝과 워크의 상대 위치가 변화해 많은 시간을 미세 조정에 소비해야 한다.

 

그러나 플로팅 기구가 있으면 로봇의 궤적 변화를 흡수해 미세 조정 시간을 대폭으로 단축할 수 있다. 또한, 워크의 치수 차이나 장착 오차에 의해 생기는 충격도 흡수할 수 있기 때문에 양산가공에서도 고속으로 가공하는 것이 가능하다.

 

2. 소형 다관절 로봇이 가공기가 된다

다관절 로봇은 반송이나 비접촉 작업의 자동화에 널리 이용되는데, 금속가공과 같이 강성이 필요한 작업에는 부적합하다(필요 이상으로 대형화된다).

 

앞에서 말한 대로 플로팅 기구가 있으면 로봇에 대한 부하나 충격을 완화시킬 수 있기 때문에 머시닝센터에 비해 강성이 낮은 소형 다관절 로봇이라도 버 제거의 자동화를 실현할 수 있다(그림 13).

 

 

맺음말

 

플로팅 가공은 버 제거의 자동화를 도와주는 가공법이다. 보통의 절삭가공과는 요구되는 노하우나 공구의 거동이 다르기 때문에 사용에는 조금 익숙해지는 것이 필요하다.

 

공구의 선정, 회전수와 이송 속도, 밀어붙이는 압력과 옵셋량 등 선택 요소가 많다. 단, 한번 사용법을 이해하면 단순한 기구이기 때문에 이미지대로의 결과를 얻을 수 있게 된다.

 

스기노머신은 플로팅 가공에 의한 버 제거의 자동화 노하우를 가지고 있으므로 부담 없이 편하게 상담해 주기 바란다. 앞으로도 라인업이나 기능 확충을 계속해서 버 제거의 자동화에 기여하는 상품을 더 개발해 갈 계획이다.