산업기술/제조/경영

Nikkei Monozukuri_26.06호 (p16~19)

오쿠마, 금속 가공 현장의 인력 부족 해소를 조준
APC 등 다채로운 자동화 시스템 제공

오쿠마가 금속 가공 현장의 자동화 수요 흡수에 나섰다. 목표로 하는 것은 “고객이 잘 활용할 수 있는 자동화”(오쿠마)이다. 현장의 무인화에 대한 다양한 고객 수요에 대응하기 위해 공작기계와 조합해 사용할 수 있는 새로운 자동화 시스템 개발과 적용 기종 확대에 주력하고 있다.

다수의 공작물을 미리 준비해 기계가 멈추지 않고 장시간 자동화할 수 있도록 하는 자동 팔레트 교환 장치(APC)에서는 2종류의 시스템을 준비했다. 승강 2단식 APC와 타워형 APC이다.

-- 2층 침대 방식으로 팔레트 탑재 --
승강 2단식 APC에는 이름 그대로 공작물이 고정된 워크피스 팔레트(이하 팔레트)를 두는 팔레트 매거진에 승강 기능이 도입되어 있다. 구체적으로는 팔레트가 탑재되는 2단식 팔레트 선반(이하 선반)이 여러 개 있으며, 이 선반들이 위아래로 승강하는 구조이다.

각 선반은 이른바 '2층 침대 방식', 즉, 상단과 하단에 팔레트를 탑재할 수 있어 선반 하나에 2개의 공작물을 보관할 수 있다. 따라서 예를 들어, 3개의 선반이 있을 경우, 보관할 수 있는 공작물은 6개이다. 또한 가공 직전의 공작물을 임시로 두는 세팅 스테이션도 있기 때문에 준비할 수 있는 공작물은 총 7개, 즉 7면 구성의 APC가 된다.

팔레트 매거진에서 팔레트를 파지해서 운반해 공작기계에 장착(로딩)하는 것이 팔레트 운반 장치이다. 공작기계가 공작물을 가공하는 동안 팔레트 운반 장치는 팔레트를 픽업해 세팅 스테이션에 놓는다. 가공이 완료되면 공작기계에서 공작물을 빼내(언로딩) 보관되어 있던 선반으로 되돌려 놓는다.

팔레트 운반 장치는 수평 방향의 회전 기능은 있지만 승강 기능은 없다. 팔레트 운반 장치의 높이는 선반 상단에 맞춰져 있기 때문에 선반 상단에 탑재된 팔레트만 파지할 수 있다. 하단에 탑재된 팔레트를 파지할 때에는 선반을 상승시켜 하단 팔레트의 높이를 팔레트 운반 장치에 맞추는 구조이다.

2단식이기 때문에 기존의 1단식 타입보다 APC 설치 면적을 줄일 수 있다는 장점이 있다. 예를 들어, 7면 구성의 APC로 비교하면, 이 승강 2단식 APC는 설치 면적을 12% 줄일 수 있다.

준비할 수 있는 공작물의 수, 즉, 팔레트 수는 "최소 3개, 최대 20개"(오쿠마)이다. 고객은 팔레트 수에 대응하는 시간만큼 자동화할 수 있다. 예를 들어, 공작물 1개당 가공 시간이 3시간이라고 한다면, 20개의 팔레트를 사용하면 가공 현장을 60시간(2.5일간) 무인화할 수 있다.

-- 보다 장시간 사용할 수 있는 APC --
타워형 APC는 원통형 부스 내에 최대 3단의 파렛트 매거진을 설치할 수 있다. 그리고 이 부스 중앙에 있는 것이 운반 장치인 팔레타이저이다.

팔레타이저는 2개의 포크를 가진 그리퍼가 장착된 로봇 팔을 문형 리프터로 감싼 구조이다. 리프터는 로봇 팔의 승강과 수평 방향 회전을 실시한다. 앞서 언급한 승강 2단식 APC와 달리 팔레트 매거진에 승강 기능은 없다. 따라서 팔레타이저가 위아래로 움직여 팔레트를 픽업한다. 가공 세팅과 로딩, 언로딩을 자동화하는 구조는 승강 2단식 APC와 동일하다.

팔레트 수는 13~20개. 따라서 승강 2단식 APC보다 장시간 무인화 수요에 적합하다.

-- 가공실 내부에 내장된 로봇으로 공간 절약 --
낮에는 사람이 일하고 밤에는 무인으로 가공하는 등, 인력 작업과 자동화의 유연한 전환을 가능하게 하는 것이 공작기계 가공실 내부에 내장된 로봇 'ARMROID'이다. 시장 투입 후 수년이 지났지만, 최근 업무 방식 혁신에 따른 야근 규제 등의 영향으로 문의가 늘고 있다고 한다.

ARMROID는 공작기계의 가공실 내부에 내장되어 있으며, 로봇 팔 끝에 장착된 엔드 이펙터를 교환함으로써 공작물 운반은 물론, 에어 블로우를 이용한 절삭 가공 칩 청소나 긴 공작물을 지지해 휘어짐이나 채터 진동을 억제하는 등의 활용이 가능하다.

야간 등에 자동으로 작업하도록 할 때에는 공작기계의 가공 파트 앞에 공작물이 탑재된 워크피스 스토커를 세팅. 자동화 모드를 시작하면 ARMROID가 로봇 팔을 뻗어 워크피스 스토커에서 공작물을 픽업해 공작물을 파지하는 주축에 로딩한다. 그 직후 ARMROID는 주축이나 공구 등의 움직임에 방해되지 않도록 구석으로 수납되며 공작물 가공이 시작된다. 가공이 완료되면 다시 ARMROID가 로봇 팔을 뻗어 공작물을 언로딩하여 워크피스 스토커로 되돌린다.

반대로 낮 등 사람이 작업할 때는 공작기계 앞의 워크피스 스토커를 치우고 ARMROID를 수납하면 작업자는 공작기계와 동일하게 다룰 수 있다.

ARMROID에는 공간 절약이라는 장점도 있다. 이러한 자동화는 공작기계 본체 앞에 수직 다관절 로봇 설치도 가능하다. 하지만 로봇의 가동 범위만큼의 면적을 확보해야 할 뿐만 아니라, 안전 울타리를 설치할 필요가 있어 공작기계 설치 면적 대비 2배 가까운 공간을 필요로 한다고 한다.

ARMROID는 공작기계의 NC(수치 제어) 장치로 제어한다. 그렇기 때문에 트러블이 발생한 경우에도 "우리가 직접 대응할 수 있어 해결이 빨라진다"(오쿠마)라고 한다. 이에 반해 수직 다관절 로봇을 사용하는 경우, 트러블 발생 시 로봇 제조 업체에 대응을 요청해야 하기 때문에 해결에 시간이 걸리는 경우가 있다.

-- 양산 가공의 자동화 --
자동차 부품이나 의료용 부품 등 양산용 가공에는 갠트리 로더 도입을 확대한다. 컴팩트한 수평형 머시닝센터(MC) 등 공작기계 본체 상부에 장착해 공작물의 로딩 및 언로딩을 자동으로 실시한다. 이것 역시 오쿠마가 이전부터 개발해 왔으며, 1개당 가공 시간이 짧은 부품 가공용으로 꾸준한 수요가 있다고 한다.

갠트리 로더의 로더 핸드가 수평 방향 및 위아래로 이동하여 공작기계 옆에 설치된 워크피스 스토커에 준비되어 있는 공작물을 픽업한다. 공작물을 공작기계로 운반하여 공작물을 파지하는 주축에 로딩한다. 가공이 완료되면 주축에서 공작물을 언로딩하고 다시 워크피스 스토커로 이동해 보관한다. 로더 핸드는 2개가 있어 로딩와 언로딩을 동시에 실시할 수 있다. 이러한 일련의 움직임이 고속으로 처리된다.

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