CNC 프로그래밍만으로 로봇 구동 가능
KUKA가 4월 개최된 SIMTOS 전시회에서 새로운 기술들을 국내에 소개했다. 그 중 가장 중심이 된 로봇 CNC 기술은 2010년 처음 공개됐지만 한국에서는 이제 막 소개됐다.
그동안은 로봇 언어로 CNC를 구동하려면 변환 과정이 필수였지만, 이제는 로봇 컨트롤러에서 CNC 프로그램의 처리가 가능하게 됐다. 이를 통해 로봇과 CNC의 이점을 모두 누릴 수 있는 것이다. 이 기술을 널리 알리기 위해 본사의 Werner Angerer 프로덕트 매니저가 한국을 찾았다.
기존에도 로봇 CNC 기술을 보유하고 있었던 것으로 기억한다.
이 기술은 지난 2010년에 AUTOMA TICA 전시회에서 선보인 것이다. 그전에 KUKA는 이미 CAMBob라는 세계 유일의 로봇 CNC 가공 시스템을 보유하고 있었다. 이는 로봇과 밀링 애플리케이션 모듈을 통합한 것으로, 밀링, 그라인딩, 글루잉, 커팅 등 다양한 작업을 수행할 수 있었다. 기존 설비 시스템에 비해 50% 향상된 가공속도 및 다양한 각도에서의 작업이 가능하다는 장점이 있었다.
그런데 CAD/CAM 시스템을 기반으로 하는 로봇 오프라인 프로그래밍을 위한 다양한 시스템이 이미 존재하지만, 지금까지는 로봇 컨트롤러에 적용하기 위한 프로세스 데이터의 변환이 필수적이었다. 즉 상응하는 포스트 프로세서를 이용해 CNC 프로그램을 각 로봇 언어로 변환하는 것이 프로그램의 처리를 위한 기본 전제조건이었다. 다양한 로봇 언어에서 CNC 프로그램의 기능들이 항상 완전하게 지원되는 것은 아니므로 이러한 변환 과정에서 정보의 손실이 불가피했다.
이번에 선보인 KUKA.CNC에서는 이러한 문제점이 발생하지 않는다. 직접 로봇 컨트롤러에 CNC 코어를 통합시킴으로써 로봇 머시닝 시스템에 원하는 추가적인 기능들을 탑재할 수 있게 됐다.
이 기술의 특징은?
직접 로봇 컨트롤러에 CNC 코어를 통합시킴으로써 이제 로봇은 폭넓은 작업영역, 탁월한 유연성, 낮은 투자비용 및 6축 가공과 같은 산업용 로봇의 이점과 G 코드 프로그래밍, CNC 유저 인터페이스, 툴 반경 보상, 확장된 포인트 예측 기능, 확장된 스플라인 경로 계획 기능 및 편리한 툴 관리와 같은 CNC 컨트롤러의 이점이 결합된 개방형 기구 시스템을 구비한 머시닝 센터로 그 적용 영역을 확장하게 됐다.
뿐만 아니라 CNC 코어 통합을 통해 직접 로봇 컨트롤러에서 CNC 프로그램의 처리가 가능하게 됐다. 따라서 CAD/CAM 프로그래머뿐 아니라 CNC 기계 오퍼레이터도 기존의 노하우를 활용해 산업용 로봇을 프로그래밍 및 조작할 수 있다.
CNC 프로그래밍만 할 줄 알아도 로봇 조작이 가능하다는 말인가?
기존의 CNC 머시닝 센터 환경에서 로봇의 사용 또한 G 코드의 처리 가능성을 통해 새롭게 정의된다. 자동화된 머시닝 시스템에서 향후에는 공작기계뿐 아니라 로봇도 DIN 66025 코드로 프로그래밍 및 조작이 가능할 것으로 예상된다. 이는 로봇 통합을 간소화시키며, 특히 기계 오퍼레이터에게 상당한 편의성을 제공하게 될 것이다. 앞으로는 로봇에 대한 심화된 프로그래밍 지식 없이도 CNC에 대한 기존의 지식만으로도 로봇의 조작이 가능할 것이다.
기존 산업용 로봇의 이점과 CNC 컨트롤러의 이점을 함께 누릴 수 있다는 뜻은?
로봇 컨트롤러에 통합된 CNC 코어를 통해 상응하는 프로그램을 처리하는 기본적 가능성 외에도 KUKA는 로봇 컨트롤러의 완전한 본래 기능도 변함없이 제공한다. 따라서 다양한 애플리케이션의 구현을 위해 CNC 작동방식과 기존의 로봇 작동방식 사이에서 자유로운 전환이 보장된다. 즉 각 프로세스에 이상적인 컨트롤, 프로그래밍 및 조작 환경을 자유롭게 선택할 수 있다.
CNC 모드는 특히 경로 프로세스와 관련해 큰 이점을 제공한다. CNC 코어 및 그 하위 기능을 통해 더욱 정확하고 감소된 사이클 타임으로 다수의 경로 포인트를 포함하는 머시닝 프로그램의 처리가 가능하다. 이러한 정확도 및 사이클 타임 개선은 CNC 코어의 확장된 경로 계획 기능에 기인한다. 500포인트 이상의 포인트 예측이 가능한 경로 계획 기능으로 인해 가공 프로세스에서 특히 로봇 속도의 일정한 유지 그리고 최적의 가속도 및 제동 램프 플래닝이 가능하다. 뿐만 아니라 CNC 코어에서 다양한 스플라인 보간을 통해 경로 정밀도가 더욱 개선됐다. 아키마 스플라인 및 B-스플라인 계산은 로봇이 그 설정 경로를 유지하는데 기여한다. 이러한 전형적인 CNC 기능들은 로봇 컨트롤러의 기존 기능들과 결합해 최적의 가공 결과를 보장한다.
로봇을 통해 핸들링되는 부품의 가공은 자동 머시닝의 특수한 경우에 해당한다. 핸들링과 머시닝의 콤비네이션은 이러한 프로세스 모델을 매우 효과적으로 구현한다. 로봇이 부품을 잡은 상태로 머시닝 센터로 이동시켜 여기에서 가공하고 이어서 저장 시스템에 전달하므로 프로세스 자동화를 위한 별도의 운반 또는 핸들링 시스템이 필요하지 않다. 이러한 적용 사례에서 머시닝 센터 및 자동화 시스템은 비용 효율성 측면에서 상당한 이점으로 작용하는 하나의 유닛으로 융합된다.
기존 머시닝센터에 비해 어떤 장점이 있나?
기존의 머시닝센터는 사이즈가 커질수록 비용이 4~5배까지도 증가하게 된다. 게다가 정도까지 유지하려면 증가폭이 더욱 커진다. 이 기술을 적용하면 워크 스페이스를 더 넓게 사용할 수 있어 공간 활용도가 높으며, 그만큼 비용 절감도 가능하다.
또한, 머시닝센터는 직선 작업에서는 속도가 빠르지만, 곡선 작업에서는 속도가 느리고 프로그래밍도 어렵다. 로봇은 이 부분에서 더 빠르다. 게다가 로봇은 툴도 손쉽게 교체가 가능해 전체 작업 소요 시간을 줄여준다.
이렇게 뛰어난 기술을 한국에서는 이제야 선보이는 이유는?
그동안 한국시장에서는 이에 대한 수요가 거의 없었다고 판단했다. 시간이 지나면서 점차 관심이 증가했고 관련 수요가 발생할 때가 됐다고 생각해 최근 본격적으로 알리고 있다.
어떤 고객들이 관심을 보이고 있나?
큰 장비를 써서 가공하는 업체들이 가장 관심을 보이고 있다. 예를 들어 자동차 등 실제 크기의 모형을 제작하는 곳 등이다.
또한, 기존에 머시닝센터를 제작하는 업체들의 경우, 새로운 제품 개발 단계에서 기존의 방식으로는 한계가 되는 부분들을 뛰어넘고자 할 때 로봇 CNC를 도입하려고 한다. 6축 자유도를 보유한 로봇을 사용하면 기존 머시닝센터의 한계를 손쉽게 뛰어넘을 수 있기 때문이다. 보다 넓은 영역에서 사용하려면 큰 로봇을 적용해 간단히 해결할 수 있다.
기존 기술에 비해 떨어지는 부분은 없나?
정도 자체는 기존 머시닝센터보다 떨어지는 면이 있다. 그렇지만 나무, 알루미늄, 돌, 콘크리트 등의 일반적인 제품에서는 별다른 문제가 없고, 딱딱한 메탈의 경우는 사이즈도 크고 기구적인 강성도 높인 로봇인 MT 모델을 사용하면 정도 문제를 해결할 수 있다.
로봇 CNC 기술을 사용하기 위해 필요한 제품 구성은?
CNC 소프트웨어, 스핀들 드라이브, 케이블 등의 CNC 패키지만 있으면 되고, 가공시 사용하는 툴들은 시스템 업체에게 요구하면 된다. 로봇은 애플리케이션에 맞는 가반하중을 고려하면 된다.
현재까지 적용된 곳은?
현재 항공사에서 많이 사용 중이다. 비행기는 바디가 길면서 정도가 상당해야 한다. 그런데 이를 가공기에 넣어서 작업하기에는 너무나 크다. 그래서 로봇 CNC를 이용하면 보다 편리하게 작업이 가능하다.
적합한 애플리케이션으로는 어떤 것들이 있을까?
▲목재, 플라스틱, 알루미늄, 복합재료 등과 같은 연성 또는 중간강도 재질의 성형품 밀링 ▲성형품의 그라인딩 및 폴리싱 ▲복잡한 부품 표면의 코팅 및 표면 처리 ▲복잡한 부품 및 컴포넌트의 트리밍 및 커팅 ▲복잡한 부품의 레이저 커팅, 플라즈마 및 워터제트 커팅 등을 꼽을 수 있다.
이 기술로 기존 CNC 시장을 얼마나 대체할 수 있다고 보는가?
기존 CNC 시장과는 성격을 달리 한다고 볼 수 있다. 특화된 애플리케이션 위주로 시장을 개발할 것이다.
또한, 기존의 CNC 장비는 그 규모가 커지면서 따로 위치해서 생산라인과는 별개의 흐름을 가지게 되는 경우가 많다. 하지만 이 기술을 통해 생산라인의 흐름을 끊어지지 않게 이어줄 수 있다는 장점이 있다.
KUKA의 기술 개발 기조는?
첫 번째는 안전에 관한 것을 꼽을 수 있다. 사람과 로봇이 더 가깝게 협업할 수 있도록 하는 것에 중점을 두고 있다. 두 번째는 로봇을 얼마나 편리하게 사용할 수 있게 하느냐다. 그런 관점에서 보다 간편하게 하나의 HMI 인터페이스로 다양한 솔루션을 해결할 수 있도록 돕는 소프트웨어인 KUKA.WorkVisual을 최근 선보이기도 했다. 세 번째는 그린 관점이다. 에너지 소비량을 얼마나 많이 줄일 수 있는가에 포커스를 맞추고 있다. 네 번째는 로봇의 민감성을 높이는 것이다. 이를 통해 사람이 하기에는 쉽지만, 로봇이 하기 어려웠던 것들을 가능하게 하는 것 등이 있다.
