일본산업뉴스요약

오쿠마, 다채로운 자동화 시스템 라인업 확충
금속 가공 인력 부족 정조준

공작기계 기업인 오쿠마가 금속 가공 현장의 자동화 수요 흡수에 박차를 가하고 있다. 목표는 ‘고객이 숙달하여 사용할 수 있는 자동화’다. 현장 무인화에 대한 다양한 고객 니즈에 부응하기 위해, 공작기계와 조합하여 사용하는 새로운 자동화 시스템 개발과 적용 기종 확대에 역량을 집중하고 있다.

다수의 워크(피가공물)를 미리 준비해 장시간 자동 가동을 가능케 하는 자동 팔레트 교환 장치(APC) 분야에서는 두 가지 시스템을 마련했다. 하나는 승강 2단식 APC이며, 다른 하나는 타워형 APC다.

승강 2단식 APC는 이름 그대로 워크를 고정한 워크 팔레트(이하 팔레트)를 보관하는 팔레트 매거진에 승강 기능이 탑재되어 있다. 구체적으로는 팔레트를 적재하는 2단 구조의 팔레트 선반(이하 선반)이 여러 개 있으며, 이 선반들이 위아래로 승강하는 방식이다.

각 선반은 이른바 ‘2단 침대 방식’으로 상단과 하단에 각각 팔레트를 실을 수 있어 선반 하나당 2개의 워크를 격납할 수 있다. 따라서 선반이 3개일 경우 총 6개의 워크를 보관할 수 있다. 이 외에도 가공 직전의 워크를 임시 배치하는 셋업 스테이션도 있기 때문에 준비할 수 있는 워크는 총 7개, 즉 7면식 APC가 된다.

팔레트 매거진에서 팔레트를 집어 운반하고 공작기계에 로드(장착)하는 역할은 팔레트 운반 장치가 담당한다. 공작기계가 워크를 가공하는 동안 팔레트 운반 장치는 다음 팔레트를 픽업하여 셋업 스테이션에 배치한다. 가공이 완료되면 공작기계에서 워크를 언로드(분리)하여 원래 보관해 두었던 선반으로 되돌려 놓는다.

팔레트 운반 장치는 수평 방향 회전 기능은 있지만 승강 기능은 없다. 대신에 운반 장치의 높이가 선반 상단에 맞춰져 있어 선반 상단에 있는 팔레트는 바로 집을 수 있고, 하단에 있는 팔레트는 선반 자체를 상승시켜 하단 팔레트의 높이를 반송 장치에 맞추는 구조로 되어 있다.

2단 구조 덕분에 기존의 평면(1단식) 타입보다 APC 설치 면적을 줄일 수 있다는 이점이 있다. 예를 들어 7면식 APC를 기준으로 비교하면, 이 승강 2단식 APC는 설치 면적을 12% 절감할 수 있다.

오쿠마 측에 따르면 준비 가능한 워크 수, 즉 팔레트 매수는 최소 3장에서 최대 20장이라고 한다. 따라서 고객은 팔레트 수량에 맞춰 필요한 시간만큼 자동화를 구현할 수 있다. 가령 워크 1개당 가공 시간을 3시간으로 잡을 때, 20장의 팔레트를 사용하면 가공 현장을 60시간(2.5일간) 동안 무인으로 가동할 수 있다.

-- 더 장시간 가동할 수 있는 APC --
타워형 APC는 원통형 부스 내에 최대 3단의 팔레트 매거진을 설치할 수 있는 구조다. 그리고 이 부스 중앙에는 운반 장치인 '팔레타이저(Palletizer)'가 위치한다.

팔레타이저는 두 개의 포크(발)를 가진 그리퍼가 장착된 암을, 문형(門型) 리프터가 사이에 끼우고 있는 형태다. 리프터는 암의 승강과 수평 방향 회전을 수행한다. 앞서 언급한 승강 2단식 APC와 달리 팔레트 매거진에는 승강 기능이 없다. 그 때문에 팔레타이저가 상하로 움직이며 팔레트를 픽업한다. 가공 셋업이나 로드, 언로드 등의 자동화 메커니즘은 승강 2단식 APC와 동일하다.

팔레트 수량은 13~20매로 구성된다. 따라서 승강 2단식 APC보다 더 긴 시간 동안의 무인화 니즈를 충족시킨다.

-- 기내 로봇으로 공간 절약 --
낮에는 사람이 근무하고 밤에는 무인 가동을 하는 등, 인력 작업과 자동화의 유연한 전환을 가능하게 하는 것이 바로 기내 로봇 ‘ARMROID’다. 시장에 출시된 지는 수년이 지났으나, 최근 업무 방식 개혁으로 인한 잔업 규제 등의 영향으로 도입 문의가 늘고 있다고 한다.

기내 로봇은 공작기계 가공실에 장착되어 있다. 암 끝단에 부착하는 엔드 이펙터를 교체함으로써 워크 운반은 물론, 에어 블로우를 이용한 칩(절삭 부스러기) 청소, 긴 워크를 지지해 휨이나 채터 진동을 억제하는 등 다양한 용도로 활용할 수 있다.

야간 등에 자동으로 작업을 진행할 때는 공작기계 가공부 앞에 워크를 적재한 워크 스토커를 배치한다. 자동화 모드를 시작하면 기내 로봇이 암을 뻗어 워크 스토커에서 워크를 픽업하고, 워크를 파지하는 주축에 로드한다. 그 직후 기내 로봇은 주축이나 공구 등과 간섭되지 않도록 구석으로 수납되고 워크 가공이 시작된다. 가공이 완료되면 기내 로봇은 다시 암을 뻗어 워크를 언로드하여 워크 스토커로 되돌려 놓는다.

반대로 낮에 사람이 작업할 때는 공작기계 앞에서 워크 스토커를 치우고 기내 로봇을 수납하기만 하면, 작업자는 단독 공작기계를 다룰 때와 동일하게 작업할 수 있다.

기내 로봇은 공간 절약 측면에서도 이점이 있다. 유사한 자동화 시스템을 공작기계 본체 앞에 수직 다관절 로봇을 설치해 구현할 수 있다. 하지만 이 경우 로봇 가동 범위만큼의 면적을 확보해야 할 뿐만 아니라 안전 펜스까지 설치해야 한다. 결과적으로 공작기계 단독 설치 면적보다 2배 가까운 공간이 필요하게 된다.

또한 기내 로봇은 공작기계의 NC(수치 제어) 장치로 직접 제어한다. 따라서 문제가 발생하더라도 오쿠마가 직접 대응하기 때문에 해결이 빠르다. 반면 수직 다관절 로봇을 사용하는 경우 문제가 발생했을 때 로봇 제조사에 대응을 의뢰해야 하므로 해결에 시간이 걸리는 경우가 있다.

-- 양산 가공의 자동화 --
자동차 부품이나 의료용 부품 등 양산 가공을 위해 전개하는 것은 갠트리 로더(Gantry Loader)다. 콤팩트한 수평형 머시닝 센터(MC) 등 공작기계 본체 상부에 장착되어 워크의 로드 및 언로드를 자동으로 수행한다. 이 역시 오쿠마가 오래전부터 개발해 온 분야이지만, 개당 가공 시간이 짧은 부품 가공 분야에서 꾸준한 수요가 있다고 한다.

갠트리 로더에서 뻗어 나온 로더 핸드가 수평 및 상하로 이동하며 공작기계 옆에 설치된 워크 스토커의 워크를 픽업한다. 이를 공작기계 쪽으로 운반해 워크를 파지하는 주축에 로드하고, 가공이 끝나면 주축에서 워크를 언로드하여 다시 워크 스토커로 옮겨 수납한다. 로더 핸드는 2개가 장착되어 있어 로드와 언로드를 동시에 수행할 수 있다. 이러한 일련의 움직임을 고속으로 처리한다.

-- 끝 --

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