정밀 CNC 가공이 로봇 솔루션 발전에 미치는 역할

로봇 내부의 모든 움직이는 부품은 간단한 요구 사항을 충족해야 합니다. 즉 , 동일한 동작을 동일한 정확도로 수천 번 반복해도 오류가 발생하지 않아야 합니다. 하지만 관절, 기어 또는 센서 하우징이 마이크론 수준의 허용 오차를 벗어나는 순간 이러한 요구 사항은 무너집니다. 정밀 CNC 가공은 바로 이러한 문제를 방지하는 핵심 요소입니다.

로봇 팔의 복잡한 곡면 가공부터 변속 시스템용 1mm 미만 정밀 샤프트 선삭에 이르기까지, CNC 가공은 로봇 엔지니어에게 다른 어떤 제조 방식도 대규모로 구현할 수 없는 치수 제어 및 재료 유연성을 제공합니다. 이는 CAD 모델과 반복 가능한 정확도로 움직이고, 잡고, 반응하는 기능성 로봇을 연결하는 다리 역할을 합니다.

산업, 서비스 및 AI 기반 애플리케이션 전반에 걸쳐 로봇 기술이 발전함에 따라 CNC 가공에 대한 요구 사항은 "충분히 정확한" 수준에서 "경화 합금에서 여러 축에 걸쳐 0.005mm 이내의 정확도" 수준으로 변화하고 있습니다.

다룰 내용은 다음과 같습니다.

●   정밀 CNC 가공은 로봇이 의존하는 구조적 및 기능적 부품을 어떻게 형성하는가

●   CNC 수준의 정밀도에 의존하는 특정 로봇 부품은 무엇입니까?

●   다축 CNC 기능은 복잡한 부품 형상을 어떻게 처리하는가?

●   CNC 가공이 다양한 로봇 유형에 어떻게 적용되는가

●   일반 CNC 작업과 로봇급 결과물을 구분하는 요소는 무엇일까요?

로봇 시스템용 금속 부품을 조달하는 경우, 작동하는 로봇과 안정적으로 작동하는 로봇의 차이는 바로 여기서 시작됩니다.

CNC 가공을 이용한 로봇 골격 제작

로봇의 몸체는 압력, 속도, 반복적인 사용 속에서도 매끄럽게 작동해야 하는 수많은 금속 부품으로 구성됩니다. 그리고 정밀 CNC 가공은 원자재인 금속 막대를 로봇에 필요한 정밀도로 이러한 부품으로 만들어내는 핵심 요소입니다.

그것의 중요성을 간단히 설명해 드리겠습니다.

●   로봇의 뼈대는 구조 부품으로 구성됩니다. 프레임, 베이스 플레이트, 암 링크는 로봇 시스템이 받는 모든 기계적 충격을 견뎌냅니다. CNC 기계가 이러한 표면의 수평과 정렬을 유지하지 못하면 로봇은 시간이 지남에 따라 불안정해지고 움직임에 유격이 발생하기 시작합니다.

●   움직이는 부분들은 모두 기능성 부품으로 구동됩니다. 기어, 축, 커플링, 관절 하우징은 로봇의 원활한 작동을 위해 최소한의 마찰로 회전, 슬라이딩 또는 고정되어야 합니다. CNC 선삭 및 밀링 가공을 통해 이러한 부품들은 반복적인 작업 환경에서도 제 역할을 다할 수 있도록 매끄러운 표면과 높은 정밀도를 확보합니다.

●   통합 부품은 모든 시스템을 하나로 묶고 제대로 작동하도록 합니다. 센서 마운트, 엔코더 브래킷, 커넥터 하우징은 전자 장치와 완벽하게 정렬되어야 합니다. 아주 작은 위치 오차라도 센서 판독값을 왜곡시켜 로봇의 피드백 루프에 문제를 일으킬 수 있습니다.

구조적 CNC 부품과 기능적 CNC 부품

이 세 가지 범주 모두에서 공통적인 특징은 로봇 부품 제조 과정 에서 오차가 발생할 여지가 거의 없다는 것입니다. 캘리퍼로 측정했을 때 "충분히 근접한" 부품이라도 수백 번의 작동 주기 후에는 로봇의 위치 정확도가 떨어질 수 있습니다.

팁: 로봇 조립용 CNC 부품 도면을 검토할 때, 진위치 공차와 런아웃 공차에 대한 GD&T 표기를 특히 주의 깊게 살펴보세요. 이 두 가지 공차는 움직이는 시스템 내부에서 부품의 성능에 가장 큰 영향을 미칩니다.

다축 CNC는 로봇에게 복잡한 형상을 구현합니다.

로봇 부품은 단순한 형태를 띠는 경우가 드뭅니다. 관절 하우징은 윤곽이 잡힌 내부 채널, 각진 장착면, 나사산 등 여러 가지 요소를 하나의 부품에 가공해야 할 수 있습니다. 기존의 3축 CNC 장비는 이러한 작업 중 일부를 처리할 수 있지만, 공작물의 위치를 ​​여러 번 재조정해야 하고, 매번 재조정할 때마다 미세한 오차가 발생합니다.

바로 이 지점에서 5축 및 6축 CNC 기계가 판도를 바꿉니다.

로봇 공학에서 축 개수가 중요한 이유

5축 가공기는 단 한 번의 설정으로 거의 모든 각도에서 공작물에 접근할 수 있습니다. 즉, 다음과 같은 의미입니다.

●   설정 횟수가 줄어들면 오류도 줄어듭니다. 로봇 팔 링크나 기어박스 하우징을 한 번의 클램핑으로 가공하면 부품을 뒤집고 다시 고정하는 과정에서 발생하는 적층 공차 오류를 제거할 수 있습니다. ±0.005mm 수준의 정밀 CNC 가공에서는 이러한 방식이 필수적입니다.

●   언더컷 및 내부 형상 가공이 가능해집니다. 많은 로봇 부품에는 3축 스핀들이 물리적으로 도달할 수 없는 오목한 홈, 경사진 포켓 또는 곡선형 내부 벽이 필요합니다. 다축 가공을 통해 방전가공이나 수동 마감과 같은 2차 가공 없이 이러한 형상 가공이 가능해집니다.

●   곡면 부품의 표면 연속성을 향상시킵니다. 로봇 그리퍼, 암 세그먼트 및 맞춤형 엔드 이펙터는 공구 경로가 눈에 띄는 단차 없이 따라야 하는 매끄럽고 유려한 표면을 갖는 경우가 많습니다. 5축 가공기는 절삭 과정 내내 공구를 최적의 각도로 유지하여 더 적은 패스로 더 깨끗한 마감을 제공합니다.

바로 이러한 이유로 지난 10년간 로봇 공학용 CNC 가공은 다축 플랫폼으로 크게 전환되었습니다. 형상 특성상 다축 플랫폼이 필수적이며, 엄격한 공차 기준 때문에 편법을 쓸 여지가 없습니다.

각 로봇 유형별 CNC 요구 사항은 모두 다릅니다.

모든 로봇이 똑같은 것은 아닙니다. 움직이는 방식, 들어 올리는 하중, 작업 환경 등이 모두 다르기 때문입니다. 따라서 로봇의 임무에 따라 CNC 요구 사항은 매우 다양할 수 있습니다.

1. 산업용 로봇

이것들은 고성능 로봇에 사용되는 부품들입니다. 용접 로봇 팔, 픽앤플레이스 시스템, 그리고 엄청난 토크와 진동 속에서 하루 종일 쉴 새 없이 작동하는 조립 라인 로봇들을 말하는 것입니다. 이러한 로봇에 사용될 부품을 생산한다면 다음 사항에 집중해야 합니다.

●   기어, 축, 웜 기어 드라이브처럼 지속적인 회전 스트레스를 견뎌야 하는 부분에서 강도를 높이면 마모가 훨씬 줄어듭니다.

●   반복적인 기계적 충격에도 흔들리지 않아야 하는 조인트 하우징과 마운팅 플랜지를 사용하여 안정성을 유지합니다 .

2. 서비스 및 AI 로봇

인사 로봇, 가정 도우미, 그리고 두 발로 돌아다니는 AI 기반 로봇들은 일반적으로 상당히 단순한 기계적 환경에서 작동합니다. 하지만 아이러니하게도, 이러한 로봇들은 수많은 센서를 탑재하고 있으며 센서로부터 오는 피드백에 의존하기 때문에 특정 영역에서는 CNC 가공에 필요한 요구 사항이 오히려 더 까다로워집니다.

●   센서 어레이, 카메라 모듈, LiDAR 브래킷을 위한 초정밀 장착으로 로봇의 두뇌에 모든 데이터를 제공합니다.

●   알루미늄 합금으로 부품을 가볍고 부드럽게 제작하여 전체적으로 너무 크지 않으면서도 다루기 쉬운 형태로 매끄럽게 움직일 수 있도록 했습니다.

3. 농업용 로봇

현장 로봇은 먼지, 습기, 극한 온도, 고르지 않은 지형 등 다양한 환경에 하루 종일 노출됩니다. 이러한 로봇에게 CNC 가공은 초정밀 가공보다는 현장에서 필요한 대략적인 작업을 처리하는 데 중점을 둡니다.

●   알루미늄 합금이나 특수 처리된 스테인리스강과 같은 소재에서 거친 부분을 제거하고 , 물과 화학 물질에 모두 견딜 수 있는 부품을 만듭니다.

●   로봇 외부 부품에서 누출이 발생하지 않도록 밀봉을 제대로 해야 합니다 .

그러니까 기본적으로 로봇 부품의 CNC 제조는 절대 일률적인 방식이 아닙니다. 로봇이 실제 현장에서 수행할 작업에 맞춰 공정, 재료, 사양을 정확하게 설정해야 합니다.

Fortuna은 어떻게 정밀하게 대규모 로봇 부품을 제작하는가

Fortuna 이 회사는 20년 가까이 초정밀 금속 부품 생산에 특화된 시스템을 구축해 왔습니다. 로봇 공학 분야에서 이는 단 하나의 시제품부터 대규모 생산까지 모든 것을 처리할 수 있는 시설을 의미하며, 이 모든 과정에서 단 한 치의 정밀도도 희생하지 않습니다.

당사가 생산하는 로봇 부품의 종류

저희 로봇 제품군은 로봇 제조업체가 필요로 하는 모든 구조적, 기능적, 통합 수준 구성 요소를 포괄합니다. 현재 활발하게 생산 중인 제품은 다음과 같습니다.

●   움직임 시스템용 부품: 유성 기어박스 기어, 회전 조인트, 웜 기어, 커플링 및 샤프트는 로봇 팔이 매우 정밀하게 움직일 수 있도록 해줍니다.

●   로봇 의 구조를 이루는 부품들: 로봇 베이스 플레이트, 팔 연결 부품, 팔 조립 연결 부품, 관절 하우징, 그리고 기계적 스트레스를 견뎌내는 장착 플랜지 등 로봇이 제대로 작동하도록 해주는 요소들입니다.

●   카메라 및 전자 부품: 센서 케이스, 인코더 마운트, 카메라 모듈 브래킷, 그리고 초고감도 전자 부품을 보호하고 고정하는 커넥터 하우징.

●   특수 부품: 로봇의 손가락 관절, 맞춤형 그리퍼, 공구 교환기 부품, 방열판, 버스바, 접촉 스프링 등 각 로봇을 고유하게 만드는 요소들이 있습니다.

우리가 업무를 완수하는 3가지 핵심 방법

정밀 CNC 가공이 기본이지만, 로봇 부품에 대한 원스톱 솔루션을 제조업체에 제공하기 위해 두 가지 추가 공정을 활용합니다.

●   40대의 5축 CNC 가공기와 2대의 6축 CNC 가공기를 사용하여 수많은 축을 정밀하게 가공합니다. 이 모든 기계는 일본산이며, 로봇 관절 모듈이나 센서 베이스와 같은 제품에서 0.005mm 이내의 동심도 오차를 구현합니다.

●   한 번에 모든 작업을 완료하는 프로그레시브 다이 스탬핑 방식 - 펀칭, 벤딩 및 성형을 하나의 매끄러운 공정으로 수행하면서도 ±0.01mm 이내의 정밀도를 유지합니다.

●   금형 내부에서 스탬핑과 체결을 한 번에 결합하는 인몰드 리벳팅 방식 은 2차 오류를 제거하고 분당 100회 생산 속도를 달성할 수 있게 해줍니다.

설계부터 출하까지 품질 관리

저희 시설에서 출고되는 모든 로봇 부품은 여러 단계에 걸친 검사 과정을 거칩니다.

●   설계 단계에서 DFM 분석을 수행하여 가공이 시작되기 전에 재료 변형 및 버(burr) 발생과 같은 위험 요소를 파악합니다.

●   CMM 및 2.5D 측정 장비를 사용하여 도면 사양에 따라 치수를 검증하는 초도품 검사를 실시합니다 .

●   IPQC는 생산 과정 중 정해진 간격으로 실시하는 현장 점검을 통해 주요 치수의 변동 사항을 파악합니다.

●   CCD 비전 검사 및 3D 광학 측정이 자동화된 검증을 위해 생산 라인에 통합되었습니다.

●   원자재 배치부터 최종 승인까지 모든 부품에 대한 완벽한 데이터 추적이 가능합니다 .

이러한 계층적 접근 방식은 Fortuna에서의 로봇 부품 제조가 일반적인 CNC 공장과 다른 이유입니다. 로봇의 성능이 수천 번의 작동 주기 동안 모든 부품이 사양을 유지하는 데 달려 있는 경우, 해당 부품의 제조 공정은 완벽해야 합니다.

CNC 및 로봇 공학의 핵심 요약

로봇은 세대가 거듭될수록 더욱 똑똑해지고 빨라지며 훨씬 더 많은 기능을 갖추게 됩니다. 하지만 아무리 정교해지더라도 내부 부품이 실제 작동에 필요한 고온을 견뎌내지 못한다면 아무 소용이 없습니다. 바로 정밀 CNC 가공이 설계자의 의도와 실제 작동 사이의 간극을 메워주는 핵심 요소입니다.

이 글에서 얻을 수 있는 핵심적인 교훈은 아주 간단합니다.

●   로봇 부품은 구조적, 기능적, 통합적 측면을 포괄하며, 각각의 부품은 충족해야 하는 매우 엄격한 CNC 요구 사항을 가지고 있습니다.

●   다축 가공은 로봇 공학에서 거의 표준이 되었습니다. 왜냐하면 복잡한 부품은 위치 조정 오류를 용납할 수 없기 때문입니다.

●   로봇의 종류에 따라 CNC 공정에 요구되는 조건은 완전히 다릅니다. 공장용 로봇 팔의 경우 내마모성이 중요하고, AI 기반 시스템에서는 미세한 수준의 정렬이 필수적입니다.

로봇 산업은 앞으로 더욱 정밀한 공차, 더욱 가벼운 소재, 그리고 더욱 복잡한 설계를 추구할 것이며, 이미 이러한 수준에 도달한 CNC 파트너를 기반으로 사업을 구축하는 제조업체는 생산 규모를 확장하고 현장에서 더욱 원활하게 운영하는 데 훨씬 유리할 것입니다.

로봇의 성능 한계는 부품을 만드는 작은 기계에서부터 시작됩니다.