일반기술

금형 연마 로봇 시스템

본 금형 연마 로봇 시스템은 로봇의 뛰어난 접근성과 넓은 작업공간을 활용하여 복잡한 3차원 자유곡면형상의 금형을 자동으로 연마하기 위한 기술로, 로봇시스템, 연마에 필요한 공구와 공구 교환 장치, 로봇 연마 경로 생성 및 제어를 위한 프로그램으로 구성된다. 본 기술은 금형 절삭 공정의 APT 프로그램 소스를 이용하여 금형 상의 연마할 자유곡면의 위치와 방위 데이터를 생성하고, 연마 스핀들 공구 상의 패드가 원활한 마찰연마를 하도록 연마 경로에 대해 소정의 꺾임각 상태를 유지시키도록, 연마 스핀들 공구와 곡면간의 간섭을 회피하도록 로봇 연마 경로 위치 데이터 및 방위 데이터를 생성한다. 생성된 데이터들은 쿼터니안 데이터로 변환되어 로봇 제어기로 전송하여 금형 연마용 로봇을 제어한다. 또한 자동비트 교환 기구를 이용하여 연마정도에 따라 연마 패드를 교환하고, 마모된 연마 패드를 자동으로 교환한다. 본 기술의 크게 로봇, 연마 스핀들 공구, 자동비트 교환 장치, 통합 시스템 제어 프로그램으로 구성된다. 첫째, 로봇은 연마 작업 중 발생하는 접촉 강성에 적합하도록 치차 감속기를 이용한 수직다관절 6축 로봇을 이용한다. 둘째, 연마 스핀들 공구 및 자동비트 교환 장치는 공압에 의해 회전하는 공압 스핀들에 연마 패드를 부착한 비트를 부착하여 연마 스핀들 공구를 제작하였다. 접촉 강성을 연마 스핀들 공구 자체적으로 일정부분 흡수할 수 있도록 컴플라이언스 유지 기구를 부착하였다. 기존의 연마 패드 교환은 스핀들 공구 전체를 교환하는 방식이었으나 효율 및 비용 절감을 위하여 연마 패드를 부착한 비트 부분만을 자동으로 교환할 수 있도록 자동비트 교환 장치를 개발하였다.셋째, 통합 시스템 제어 프로그램은 연마 데이터 생성하고, 로봇 제어를 수행한다. 연마 데이터 생성은 금형 절삭공정의 APT 소스를 이용하므로 별도의 프로그램을 사용하지 않고 데이터 생성이 가능하여 작업 시간 단축이 가능하고, 연마 데이터에 따라 시뮬레이션이 가능하도록 프로그래밍 하였다.로봇에 의한 연마 자동화는 연마 데이터를 생성하기 위하여 별도의 프로그램이 필요하고, 연마작업시 발생하는 접촉 강성에 비하여 손목 부분(5축)이 상대적으로 약한 대부분의 로봇에서는 지속적인 반력을 충분히 지행하기 어렵다. 이러한 문제로 현재 국내 금형 산업에서는 금형 연마 자동화에 로봇이 적용되지 않고 있으며, 금형 가공용 NC에 별도 부착한 연마 장치에 의한 연마 방식과 연마 전용기에 의한 연마 방식이 연구 되고 있다. 전자의 금형 가공용 NC에 연마 장치를 부착하는 방법은 NC 데이터를 공동으로 사용할 수 있으며 제품의 탈착, 공정 시간을 단축시키는 장점이 있고, 후자는 빠른 작업을 할 수 있는 장점이 있으나, 양자가 모두 접근성 및 유연성이 부족하다는 문제를 지닌다.본 기술은 첫째, 로봇의 넓은 작업공간과 뛰어난 접근성을 이용하여 복잡한 형상의 금형 연마가 가능하다. 둘째, 절삭 공정의 APT 소스를 이용하여 연마 데이터를 생성하므로 데이터 생성이 용이하고, 작업 시간의 단축이 가능하다. 셋째, 자동비트 교환 기구를 이용하여 연마 스핀들 전체를 교환하는 방식보다 시간 단축 및 비용 절감이 가능하며, 넷째, 다양한 연마 패턴(지그재그, 페아노 등) 구현이 용이하고, 시뮬레이션 통한 연마 경로 및 로봇 작업 상태의 검증이 가능하다. 따라서 금형 연마 로봇 시스템은 수직다관절 6축 로봇의 넓은 작업공간, 유연성, 접근성을 이용하여 다양하고 복잡한 형상의 금형을 연마할 수 있는 시스템이다.