자동화 가공 장비가 생산적이고, 신뢰할 수 있으며, 유연성을 갖추게 하는 요인은 무엇일까요?

1. 높은 생산성

자동화 생산의 주된 목적은 인력과 기계의 생산성을 높이는 데 있다. 자동화는 첨단 공정을 기반으로 해야 하며, 비절삭 시간 및 보조 시간을 지속적으로 줄여야 한다. 구식 공정을 자동화한다고 해도 얻을 수 있는 이득은 제한적일 뿐이다.

가공 사이클 외부에서도 손실이 발생하기 때문에 장기적인 생산성은 이상적인 사이클 속도보다 낮습니다. 공구 교체, 수리, 기계 조정, 재장착, 제품 전환 및 조직적 중단 등은 모두 시간을 소모합니다. 이러한 손실은 다음 여섯 가지 영역에서 줄일 수 있습니다:

1. 가공 관련 손실. 연속 자동화 라인, 고속 비절삭 방식, 자동 검사, 칩 제거, 그리고 주기적인 적재를 위한 로봇이나 장치를 활용한다.
2. 공구 관련 손실. 공구 저장 장치, 자동 공구 교환 로봇, 자동 공구 조정, 자동 잠금 장치 및 강제 공구 교체 기능을 활용하십시오.
3. 장비 관련 손실. 자동 마모 보정 및 마모 저감 장치, 보호 장치, 내구성 있는 소재, 안정적인 윤활, 계획적 유지보수, 자동 진단 기능을 활용하십시오.
4. 교대 근무 변경 및 자재 부족으로 인한 손실. 작업, 라인, 구역 및 작업장 간에 자동화된 보관 시스템을 활용하고, 자동 기록 및 컴퓨터 관리 시스템을 함께 도입하십시오.
5. 고철 관련 손실. 능동적인 공정 중 검사, 적응형 제어, 자동 공구 마모 보정 및 강제 공구 교체를 활용하여 공정 및 공작물 형상을 제어하고 불량률을 줄이십시오.
6. 전환 및 설정 손실. 최신형 CNC 자동화 장비, 재구성 가능한 유연한 생산 라인, 컴퓨터 제어 가변 시스템, 프로그램 제어, 자동 프로그램 전환 및 신속 조정 공구를 활용합니다.

2. 일관된 가공 정밀도

제품의 품질은 해당 제품과 자동화 시스템이 실질적인 가치를 지니는지 여부를 결정합니다. 일괄 불량 발생을 방지하고 정확도를 유지하는 것은 기본적인 요건입니다.

1. 공구의 치수적 마모. 마모는 치수 및 형상 정밀도에 큰 영향을 미칠 수 있습니다. 공작물 자동 측정, 절삭력·토크·온도·소음 또는 표면 거칠기의 간접 모니터링, 그리고 직접적인 온라인 마모 감지 기능을 통해 제어 시스템에 데이터를 제공함으로써 공구를 자동으로 보정할 수 있습니다. 감지 및 보정 기능이 없는 경우, 머시닝 센터와 FMS에서는 공구 수명에 기반한 강제 교체가 널리 사용되며, 수명 데이터와 절삭 시간은 컴퓨터를 통해 관리됩니다.
2. 탄성 변형. 강성이 낮은 시스템은 상당한 오차를 유발할 수 있으며, 특히 강성이 표면 거칠기에 영향을 미치는 정삭 공정에서 더욱 그러합니다. 중·대량 생산을 위한 특수 목적 및 모듈식 기계는 하나의 제품군을 중심으로 설계되어, 기계적 특성이 충분한 강성을 제공하도록 할 수 있습니다. 예를 들어, 랙 밀링 커터를 단일 톱니형에서 다중 톱니형으로 개선하더라도 기계의 강성을 고려하지 않으면 정밀도를 달성하지 못할 수 있습니다.
3. 절삭 조건. 절삭 속도, 이송량, 절삭 깊이는 표면 거칠기에 영향을 미칩니다. 이러한 요소들은 표면 품질을 저해하지 않으면서 생산성 요건을 충족해야 합니다.
4. 기계 설정 오류. 자동화 생산은 사전 설정된 기계와 자동으로 확보된 치수에 의존합니다. 따라서 생산에 앞서 기계의 치수 설정과 기계와 공작물 간의 관계를 조정해야 합니다. 공구는 기준 공작물을 기준으로 하거나 시험 절삭을 통해 설정할 수 있으며, 지정된 공차를 충족해야 합니다.

3. 높은 장비 신뢰성

품질, 비용 및 실제 생산성은 신뢰성에 달려 있습니다. 신뢰성이 향상되면 실제 생산량은 이론적 설계 값에 가까워집니다.

장비는 기계, 고정구 또는 부품의 고장, 공구 결함, 계획된 가동 중단, 또는 반제품·공구·인력 부족, 자재 불량, 전력 또는 공압 공급 중단과 같은 조직적 원인으로 인해 가동이 중단됩니다. 이러한 고장은 기구의 작동을 멈추게 하거나 지정된 정밀도를 달성하지 못하게 합니다.

가동 시간 동안의 고장률은 크게 다음 세 단계로 나뉩니다:

1. 초기 실패 사례. 고장 밀도는 초기에는 높다가 이후 급격히 감소합니다. 그 원인으로는 재료 결함, 미숙한 설계, 불량한 제조 공정, 초기 운영상의 실수 등이 있습니다. 빈번한 점검, 설계 및 제조 부서에 대한 피드백, 결함 시정, 작업자의 숙련도 향상, 부품의 시운전 등을 통해 장비의 안정성이 확보됩니다.
2. 무작위적인 오류. 정상 가동 중에는 고장 발생 빈도가 안정적이며, 과부하나 예기치 못한 응력 집중 등으로 인해 예측할 수 없이 고장이 발생합니다. 청소, 윤활, 조정 및 점검을 통해 사용 수명을 연장할 수 있습니다.
3. 마모에 의한 고장. 기계적 마모, 피로, 화학적 부식 및 시간에 따른 재료 변화로 인해 고장 발생률이 급격히 증가합니다. 유지보수를 개선하면 이 비율을 낮추고 열화를 늦출 수 있습니다.

신뢰성은 부품의 신뢰성, 부품 수, 연결 구조에 따라 달라집니다. 경직된 직렬 연결 라인에서는 단 하나의 부품 고장만으로도 전체 라인이 중단되지만, 라인을 버퍼가 있는 구간으로 나누면 신뢰성과 생산성을 향상시킬 수 있습니다.

우수한 설계, 제조 및 운영 절차, 유지보수 용이성, 신속한 고장 탐지 등은 모두 가동 중지 시간을 줄여줍니다. 고장이 잦은 마모 부품에는 신속 교체식 연결 장치를 사용하여 완전한 예비 어셈블리를 교체할 수 있도록 해야 합니다. 병렬 중복 구성 요소, 대기 회로 및 백업 수동 제어 장치를 활용하면 가용성을 더욱 향상시킬 수 있습니다.

4. 제조 유연성

제품 수명 주기가 짧아지고 제품 종류가 다양해짐에 따라, 소량 및 중량 배치 생산이 혼합되는 방식이 보편화되었습니다. 유연한 장비는 소프트웨어와 일부 공구만 교체함으로써, 대개 수동으로 기계를 조정할 필요 없이 정의된 부품 계열 내에서 생산 품목을 전환할 수 있습니다. 이를 통해 전환 및 생산 준비 시간이 대폭 단축되며, 다양한 모델이 혼합된 생산을 지원할 수 있습니다.

중소 규모의 배치 생산을 위한 자동화 시스템에는 다음이 필요할 수 있습니다:

1. 자동 프로그램 변경. 컴퓨터나 프로그래머블 컨트롤러는 시스템을 중단하지 않고도 장비 프로그램을 신속하게 전환할 수 있어야 합니다.
2. 여러 제품 또는 부품 계열의 자동 생산. 범용적이고 고도로 자동화된 이송, 팔레트-고정구 및 가공 시스템은 그룹화된 부품을 자동으로 가공해야 합니다.
3. 가변 라우팅 및 택트. 유연성이 매우 높은 시스템은 서로 다른 제품을 서로 다른 공정 순서와 이송 경로를 통해, 각기 다른 생산 속도로 처리해야 합니다.
4. 효율적인 자동 가공 및 공구 교환. 매거진과 자동 공구 교환 장치가 장착된 CNC 기계는 절삭 시간과 공구 교환 시간을 단축하고 생산성을 유지해 줍니다.
5. 자동 모니터링 및 고장 진단. 공정 중 검사, 모니터링 및 진단은 가동 중단 시간과 검사 시간을 줄여주면서 신뢰성과 품질을 보장합니다.

모든 기계에 모든 기능이 필요한 것은 아닙니다. 유연성은 생산 요구 사항과 실제 운영 조건에 맞춰져야 합니다.

경직된 대량 생산 시스템이라도 유연한 요소를 도입할 수 있습니다. CNC 셀이나 스핀들 헤드를 교체할 수 있는 기계는 제품의 적응성을 높일 수 있습니다. 경직된 이송 시스템에 버퍼를 배치하면 각 구역을 분리할 수 있어, 한 단위의 고장으로 인해 전체 라인이 중단되는 것을 방지할 수 있습니다.