사출성형기 동향을 고려한 로봇 선택법

 

사출성형기 동향을 고려한 로봇 선택법

앞으로 발생할 모든 상황에 최대한 대비하되 판단의 기반을 현실에 두어야 한다

금최근 사출성형 사업 현황은 어떠한지? 앞으로의 사업 전망은 어떤지? 이 두 가지 질문은 사출성형 업체가 로봇 시스템을 도입하기 전에 반드시 검토할 필요가 있는 것이다.

가장 적합하게 설계된 로봇을 선택함으로써 로봇의 활용 가치를 극대화할 수 있기 때문이다. 가령 하중 용량이 작은 로봇을 설치했는데 무거운 제품을 생산할 필요가 생겼다면 그 로봇은 사실상 무용지물이 될 수 밖에 없다. 그러나 가능한 최대한의 스트로크와 하중 용량을 가진 로봇을 도입하더라도 짧은 스트로크와 가벼운 무게를 가진 제품만 수주한다면 불필요한 비용을 지출한 결과가 되는 것이다.

가장 적당한 규격의 로봇을 선정하기 위해서는 회사의 현재 사업 내용과 현황, 그리고 앞으로 예상되는 방향을 철저하고 완전하게 검토하지 않으면 안 된다. 앞으로 발생할 가능한 모든 상황에 최대한 대비하되 판단의 기반을 현실에 두어야 하는 것이다.

이 기사의 목적은 독자가 가진 사출성형 사업에 대한 지식을 활용하여 가장 적합한 설계와 규격의 로봇을 선정할 수 있도록 도와주는 것을 목적으로한다. 로봇 설계의 기본 사항은 아래와 같다.

- 장착 방법
- 하중 용량(페이로드)
- Kick-forward 설계(대용량 사출성형기용) 대 kick-back 설계(소용량 사출성형기용).

장착 방식
모든 사출성형 셀은 제각기 고유한 구조를 가지고 있으며 따라서 새 로봇을 도입할 때에는 셀에 최대한 문제 없이 설치할 수 있어야 한다는 것이 매우 중요하다. 로봇을 사출성형기 어디에 장착할 것이며, 로봇이 취출한 성형품을 어느 위치에 내려놓을 것인지는 효율적인 사출성형 공정을 구현하는데 있어서 가장 중요한 사항이다.

이상적으로는 로봇이 횡단 빔 상에서 이동할 수 있도록 하여 생산 셀 구조에 변경이 있더라도 이에 맞추어 로봇의 방향을 변경할 수 있게 하는 것이 좋다. 로봇은 여러 위치에 장착할 수 있지만, 일반적으로 가장 널리 설치되는 위치 또는 방식은 운전자 측, 기계 후면, T-형 장착, 그리고 길이방향 네 가지이다.

기계 후면이나 운전자 측에 설치하면 운전자와 금형 설치기사가 사출성형기에 있는 도어 양쪽에 모두 쉽게 접근할 수 있는 장점이 있으며, 기계 후면에 설치하면 로봇이 성형품을 취급하는데 필요한 수평 방향의 스트로크가 단축되는 이점이 있다.

이 두 위치가 가장 널리 이용되고 있는 로봇 장착 위치이다. T-형 장착 구조는 성형품을 분류할 필요가 있는 경우에 적합하다. 예를 들어 제품을 구분하여 왼쪽과 오른쪽에 각각 분리하는 경우나, 불량품을 기계 한쪽에 설치되어 있는 과립기에 내려놓고 양품은 반대편에서 다음 공정으로 이송되도록 하는 경우 등에 T-형 구조의 장착방식을 사용한다.

또한 이 방식은 로봇을 어느 한 쪽으로 치우친 위치에 설치하여 그 방향으로 더 멀리 움직일 수 있도록 할 필요가 있는 경우에도 적합하다. T-구조는 통상적인 후면 또는 운전자 측 설계 형태이므로 사출성형기 도어에 대한 접근 용이성은 위에서 설명한 구조와 같다.

길이 방향, 또는 L-형 장착 구조는 공장의 작업장 면적이 한정되어 설치 면적을 최소화할 필요가 있는 경우에 적합하다. 이 구조는 성형품을 기계의 클램프 측 끝에 내려 놓기 때문에 보통 운전자 측에 로봇을 설치할 때보다 (기계 배치도 기준으로) 약 50% 더 많은 기계를 설치할 수 있다.

또한 모든 성형품을 중앙으로 집결시키는 중앙 컨베어를 사용하여 운전원 숫자를 줄이는데 기여할 수도 있다. 이 구조를 채택하려면 사출성형기에서 클램핑 실린더, 오일 필터, 냉각수 라인, 조명기기나 배선 등 클램프 유닛 상부와 뒤쪽에 장애물이 없어야 한다.

또한 빔 지지 구조를 설치할 수 있는 여유 공간이 있는지, 로봇의 수평방향 스트로크가 타이바의 폭 이상으로 클램프를 통과할 수 있는지 확인해야 한다.

하중 용량
로봇은 기본적으로 현재는 물론 향후 예상되는 생산 제품을 취급할 수 있어야 한다. 이때 취급할 수 있는 하중은 플라스틱 성형품이나 사출량에 의해서만 결정되는 것이 아님을 유의할 필요가 있다.

하중용량(Payload) = 사출량(Shot size) + EOAT(암 툴링) 무게 + 허용 무게중심 편차 예를 들어, 500ton 사출성형기에서 로봇의 EOAT(End of Arm Tooling)가 무거울 경우 플라스틱 성형 제품 자체의 무게는 2 파운드에 불과한 데도 로봇의 하중을 합산하면 55~75 파운드의 하중용량이 필요할 수도 있다.

적절한 하중용량을 계산할 때에는 장기적인 관점에서 신뢰성과 내구성을 고려하는 것이 바람직하다. 로봇에 권장되는 표준 하중용량을 첨부된 표에 수록하였다.

Kick-Forward : Kick-Back 설계
중-소형 기계에는 Kick-Forward 또는 Carriage-Forward 구조의 설계가 적합한 경우가 많다. 이 구조는 플라텐의 뒤쪽을 비워서 쇼트-배럴형 사출 유닛의 호퍼, 투입구에 장착되는 건조기, 건물 기둥, 통로 등의 장애물이 없도록 할 수 있다.

중-대형 기계는 Kick-Back 또는 Carriage-Back 구조의 설계로 보다 균형이 잡히고 더 큰 하중을 취급할 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 앞서 설명한 것과 같이 하중용량은 EOAT, 즉 로봇 암 끝에 부착되는 툴의 무게를 포함해야 하므로, 가령 운전반의 패널, 범퍼 전면부, 건물 측벽용 패널 등 큰 성형품을 취급할 때 적합하다. 또한 Kick-Back 구조는 코어 실린더나 언스크류잉 래크 등 장애물과 거리를 둘 수 있도록 해준다.

이차 플립 또는 회전 축도 대형 사출성형기에서 성형품을 취출하는 데 도움을 줄 수 있다. 이런 축들은 공압 또는 서보 모터로 구동하여 로봇이 성형 구역에서 벗어날 때 성형품을 회전시키거나 젖힐 수 있게 할 수 있다.

그 결과로 큰 부품을 회전시키거나 방향을 바꾸어 기계에 부딪치지 않게 취출할 수 있는 것이다. 1500ton 이상의 대형 사출성형기일 경우 기계 위에 갠트리-형 로봇을 설치할 수 있는 여유 공간이 없으며 오버헤드 크레인과 같은 장애물이 없어야 하는 경우가 있다. 대부분의 로봇 제작사에서는 크레인 인터록 옵션을 제공하고 있다.

이러한 인터록은 크레인이 사출성형기 위로 지나가기 전에 안전한 위치에 정지하도록 하는 것이다. 추가 요령: 로봇은 동시 3차원 동작, 즉 곡선 동작, 비-직선 동작, 일회에 일회의 동작 등을 프로그래밍 할 수 있어야 한다.

3D 동작은 전체 동작 시퀀스를 효율적으로 구성할 수 있으며 로봇 기계 장치의 마모와 손상을 최대한 방지할 수 있다. 이를 위해서는 로봇의 구동 시스템을 적절하게 선택해야 한다. 최근 로봇의 구동 시스템은 일반적으로 표준화되고 있지만, 고속 및 고하중 용도에서는 서보 장치에 선택 여지가 남아 있다.

사이클 시간이 10초 이하일 경우에는 고속용이 필요하며, 팔렛이나 대형 자동차 부품 등을 성형할 때에는 고하중용이 필요하다.

일부 로봇 제작사에서는 아직도 서보 구동 시스템 대신 공압 실린더를 사용하고 있다는 것을 유의할 것. 공압 실린더는 완전 서보 구동장치에 비해 여러 측면에서 성능이 미흡하며, 프로그래밍이 곤란하고 하중용량이 낮을 뿐만 아니라 정비작업이 더 필요하다.

로봇에는 즉시 사용할 수 있는 여러 가지 옵션도 있다. 예를 들어 입출력 기구의 추가, 접근 도어 추가, 박스-충전 제어, 확장된 라인 코드, 툴링 식별장치. 크레인 인터록 등이 대표적인 옵션이다. 로봇 역시 다른 기술분야와 마찬가지로 종합적인 기준이 있다. 모든 사출성형기는 제각기 고유한 특성을 가지고 있으며 로봇과 관련한 용도와 요구조건에 차이가 있다.

이 기사에서 중점적으로 설명한 새 가지의 기본 검토 사항만으로 부족할 경우 신뢰할 수 있는 로봇 제작사에 의뢰하여 가장 적합한 규격을 결정하도록 하는 것이 좋다