오늘날 특히 인력 부족과 기술 전승의 문제에 대해서는 여러 다양한 업계에서 중요한 과제이며, 공작기계 업계에서도 설비의 복합화와 자동화 시스템의 수요는 해마다 증가하고 있다. (주)타이요코키에서도 로봇이나 갠트리로더, APC(Auto Pallet Changer) 시스템 등을 사용한 자동화 시스템은 증가하는 경향에 있다. 그 중에서 이 글에서는 (주)타이요코키가 시티즌머시너리주식회사에서 공급받은 여러 대의 ‘CNC 복합 원통연삭반’, ‘CNC 복합 내면연삭반’ 및 2대의 ‘DMG모리세이키제 AMR(Autonomous Mobile Robot) WH-AMR’을 사용한 공작기계 스핀들의 연삭가공 자동화 시스템에 대해서 소개한다(그림 1).

 

 

AMR 연삭가공 라인의 구성

 

다음의 설비·공정이 시티즌머시너리주식회사의 제안으로 (주)타이요코키가 공급받은 라인 구성이다(그림 2).

 

※센터 구멍 연삭반, 수축끼워맞춤 장치, 세정기 장치는 다른 메이커의 설비.

① IN 스토커 (타이요코키제)

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② 레이저 마커 (시리얼 No., QR 코드를 각인/타이요코키제)

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③ 센터 구멍 연삭

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④ 세정기

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⑤ 외경 연삭(거친가공) ※CNC 복합 원통연삭반 (타이요코키제)

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⑥ 수축끼워맞춤 장치

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⑦ 나사 연삭 ※CNC 복합 원통연삭반 (나사 연삭 사양/타이요코키제)

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⑧ 세정기

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⑨ 내경 연삭(거친가공) ※CNC 복합 내면연삭반 (타이요코키제)

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⑩ 외경 연삭(다듬질가공) ※CNC 복합 원통연삭반 (타이요코키제)

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⑪ 내경 연삭(다듬질가공) ※CNC 복합 내면연삭반 (타이요코키제)

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⑫ OUT 스토커 (타이요코키제)

 

 

이 각 공정 간을 사람의 손으로 이동하지 않고 2대의 AMR이 자율주행해 공급·배출함으로써 리드타임 단축과 고효율의 생산 라인을 실현했다. 기존에는 각 공정에서 로트 생산을 하기 때문에 대량 생산에는 적합했지만, 완성까지 최저라도 작업 공수만큼의 일정이 필요했다. AMR을 사용함으로써 1개 단위의 가공이 가능하게 됐기 때문에 필요한 때에 필요한 수량을 생산할 수 있게 되어 보다 효율적인 생산이 가능해졌다(그림 3).

 

 

타이요코키(太陽工機)제 CNC 복합 원통연삭반

 

해당 기계는 공작기계 메이커의 스핀들 가공용으로 개발된 원통연삭반으로, 이번 AMR 라인에서는 스핀들 외경부 거친가공용으로 1대, 다듬질가공용으로 1대, 그리고 나사 연삭가공용으로 1대, 총 3대의 구성으로 되어 있다. 이번 원통연삭용 설비는 양두 외경 연삭축 사양으로 와이드 레인지에 대응한 NC 구동식 지름 차이 대응 3헤드 외경 계측장치와 600mm 롱 스트로크의 자율주행식 자동 심간 조정식 심압대 등 고기능의 옵션을 갖추고 있다.

 

또한 나사 연삭가공용 설비에는 나사 연삭용 숫돌과 불완전 나사 제거용 숫돌 2개의 빌트인 숫돌축을 장비하고 있으며, 주축대는 엔코더가 있는 동기 회전축 사양, 심압대는 600mm 롱 스트로크의 자율주행식 자동 심간 조정기구를 채용한 특별 사양으로 되어 있다. 나사 지름 계측장치(선회 기능 있음)에는 지름 차이 Ø25mm 대응 타입을 2대 탑재하고 있기 때문에 이번에 최소 지름 Ø25mm～, 최대 지름 ～Ø75mm까지 대응 가능하고, 숫돌대에는 하부 나사 계측용 치수장치도 장착한 특별 사양으로 되어 있다.

 

이 복합 원통연삭반은 스핀들의 외경부를 고정도·고능률로 연삭하는 능력을 가진 원통연삭반으로, 스핀들의 원통부, 테이퍼부 및 나사부를 1회의 세팅으로 연삭할 수 있다. 이 기계는 숫돌의 절입 X축, 테이블 이송 Z축, 주축의 회전 C축, 테이블의 선회 B축을 NC화한 4축 제어의 복합 연삭반으로, 숫돌대 상에는 2위치의 분할식 테이블을 설치, 각종 공정용 숫돌축을 배치하는 구조로 되어 있다.

 

(1) 외경 연삭 숫돌축에 유정압을 채용

외경 연삭 숫돌축의 레이디얼 및 스러스트 베어링에 유정압 베어링을 채용하고 있다. 숫돌축 기동 시에도 메탈 콘택트가 없어 저속에서 고속까지 높은 강성 및 회전 정도를 얻을 수 있다. 또한 온도 컨트롤된 베어링유로 스핀들의 발열을 억제해 치수의 안정화를 도모할 수 있다.

 

(2) 테이블 선회의 NC화

선회 테이블의 구동을 NC화하고 있으므로 테이퍼 조정 및 테이퍼 연삭이 NC 프로그램에 의해 가능하다. 또한 이 구동 제어는 0.0001도 단위로 이루어지기 때문에 미소한 테이퍼 조정을 할 수 있다. 테이블의 선회 범위는 숫돌 측으로 4도, 작업자 측으로 0.5도로 하고 있어 스핀들에 일반적으로 사용되는 복렬 원통 롤러 베어링의 1/12 테이퍼 연삭이 NC 프로그램에 의해 가능하다.

 

(3) 나사 연삭용 숫돌축 장비 가능

2위치 분할식 테이블을 가진 숫돌대 구조를 채용하고 있으며, 나사 연삭용 숫돌축 장비가 가능하다. 이번에는 불완전 나사 제거용 숫돌축도 장비하고 있으며, 빌트인 타입의 2축 사양으로 되어 있다.

 

(4) 숫돌 절입 및 테이블 이송 안내 구조

절입 및 이송 안내는 V-평탄 구조를 채용하고 있다. 절입 안내는 타카이드(turcite)를 사용한 슬라이딩 안내 구조로 해서 절입의 추종성 및 진동에 대한 감쇠 성능을 갖추고 있다. 또한 테이블의 이송은 슬라이딩 안내로 구성하고, 각각 온도 컨트롤된 윤활을 실시하고 있다(그림 4).

 

 

타이요코키제 CNC 복합 내면연삭반

 

이번 AMR 라인에 도입된 복합 내면연삭반은 특수 주축대(데드 센터 기준 또한 자동 워크 길이 조정식 600st 사양), 자동 계측장치, 자동 진동 억제장치 외에 수직다관절 로봇, NC 2축 로더, 워크 임시거치 스테이션 등을 부속한 특주 설비이다. 기존에 사람 손으로 하고 있던 가공 지그의 장착, 탈착 작업을 이 수직다관절 로봇을 사용해 자동화(AMR로 임시받침대에 공급된 스핀들에 로봇으로 가공 지그를 장착해 로더로 기계 내에 공급하고, 가공 후에는 로더로 임시받침대에 공급된 스핀들의 가공 지그를 로봇으로 떼어내고 AMR가 꺼내서 다음 공정으로 이동)하는 획기적인 자동화 시스템을 실현하고 있다. 이 설비 1대로 스핀들 내경의 거친가공, 다듬질가공, 끝면가공 및 지그 자동 탈착을 하고 있다.

 

이 복합 내면연삭반은 공작기계의 스핀들 내면 연삭의 합리화를 목적으로 개발된 기계이다. 특히 테이퍼 구멍 연삭의 고정도화 및 비숙련화를 실현한다. 테이퍼 각도의 분할을 NC화하고 있으므로 프로그램 입력으로 테이퍼 연삭 및 스트레이트 구멍 등의 연삭을 연속으로 자동 연삭할 수 있다.

 

머시닝센터, NC 선반 등의 스핀들 내경, 외경, 끝면을 자동 연삭할 수 있고, 대폭적인 공정집약과 합리화가 가능하다.

 

(1) 터릿식 4스핀들의 숫돌대로 다공정의 원척 연삭이 가능

숫돌대는 4위치 분할식으로, 최대 4개의 숫돌대를 장착할 수 있다. 예를 들면 내경 연삭용 3개, 외경 연삭용․끝면 연삭용 1개 등의 조합이 가능하다. 또한 소경용, 깊은 구멍용 등 용도에 맞는 회전수와 강성을 가진 스핀들을 선택해 사용할 수 있다. 더구나 숫돌대의 분할에는 대형 커플링을 사용하고 있으므로 높은 분할 정도와 강성을 얻을 수 있다.

 

(2) 스핀들의 내면 연삭의 고정도화·비숙련화가 가능

테이터 각도의 NC 분할 스핀들 내면 연삭, 특히 테이퍼 연삭은 기존에 매우 어려운 작업으로, 숙련된 오퍼레이터밖에 할 수 없는 작업이었다. 해당 기계는 테이퍼 각도의 설정, 테이퍼 조정 등을 NC 입력만으로 쉽게 할 수 있고 오퍼레이터의 비숙련화를 도모할 수 있다. 테이퍼 각도의 입력은 0.0001도 단위로 할 수 있기 때문에 맞춤 수정도 입력 각도의 수치 수정만으로 가능하다. 각도의 분할은 (주)타이요코키 독자의 기구를 채용하고 있으며, 높은 반복 분할 정도를 확보하고 있다(그림 5).

 

 

맺음말

 

이번에 (주)타이요코키의 AMR을 활용한 자동화 시스템의 적용 사례를 소개했다. 기존에 자동화 시스템을 구축하기 위해서는 공작기계 본체의 하드웨어 인터페이스나 자동화 라인을 둘러싼 안전펜스 설치 등 대규모의 시스템이 필요했다.

 

이번에 채용한 DMG모리세이키제 WH-AMR은 레이저 측정 영역 센서를 이용한 SLAM(Simultaneous Localization And Mapping)에 기초해 최적 경로를 선택, 충돌을 자동 회피하면서 목적지까지 자율주행 가능한 로봇이다. 또한 로봇은 협동 로봇을 채용해 사람과 공존이 가능하기 때문에 안전펜스가 불필요하다. 따라서 공작기계 본체의 개조는 최소한으로 대응할 수 있고, 기존 설비도 쉽게 적용할 수 있다.

 

최근 생산 시스템에서는 인력 부족을 배경으로 자동화 요구가 높아지고 있다. (주)타이요코키에서도 예외 없이 자동화 사양의 비율이 증가하고 있다. 변종 변량 생산이 요구하는 워크의 변화와 수요 변동에 의한 변경, 확장에 유연하게 대응할 수 있는 자동화 시스템의 요구도 높아지고 있다.

 

이번에 소개한 AMR을 활용한 자동화로 한정하지 않고 (주)타이요코키가 공헌할 수 있는 분야는 아직 많이 남아있다고 생각한다. 사용자의 목소리를 듣고, 시장의 요구에 매치한 기계를 제안하면서 (주)타이요코키는 더욱 진보해 갈 것이다.

 

다카무라 히로요시, (주)타이요코키 제어부 부장

오오쿠보 다카아키, (주)타이요코키 영업부 영업추진과 그룹장