챕터 11. NC 공작기계와 자동화

챕터 11. NC 공작기계와 자동화

1. NC공작의 개요

 (1) 개요

  1) NC와 CNC공작기계의 차이점

     1. NC공작기계

      NC(수치제어)란 부호와 수치로서 구성된 수치정보로 기계의 운전을 자동제어하는 것을 의미한다.

     2. CNC공작기계

      CNC란 컴퓨터가 내장된 수치제어로서 현재에는 통상 NC라 하면 CNC를 의미한다. 프로그래밍만으로 쉽게 기능이 변경되므로

      유연성이 높고 계산능력이 크다.

  2) NC와 CNC공작기계의 필요성

     제품의 라이프사이클이 짧아지고 제품의 고급화로 인하여 부품은 더욱 고정밀도를 요구하며 복잡한 형상들로 이루어진 다품종

     소량생산방식이 요구되고 있다.

 (2) NC시스템

  NC시스템의 구성

     1. 부품도면 : 설계된 도면이 NC기계가공을 하기 위한 설계도를 말한다. NC가공을 하기 위하여 약간의 수정이 필요한데

                     이 수정된 도면을 부품도면이라 한다.

     2. 가공계획 : 부품도면이 가공하는 범위와 파트 프로그래밍 및 NC가공을 위한 가공계획을 세운다.

     3. 파트 프로그래밍 : NC공장기계를 운전하려면 부품도면을 NC공작기계가 알 수 있도록 정보를 제공해야한다.

     4. 지령테이프(NC테이프) : 프로그래밍한 것을 NC 공장기계에 입력시키기 위한 하나의 수단으로 일종의 종이테이프이다.

     5. 컨트롤러 : NC테이프에 기록된 언어 즉, 정보를 받아서 펄스화 시킨다.

     6. 서보기구와 서보모터 : 마이크로컴퓨터에서 번역연산된 정보는 다시 인터페이스회로를 거쳐서 펄스화 되고 이 정보는

                                     서보기구에 전달 되어 서보모터를 작동시킨다.

     7. 볼스크루 : 서보모터에 연결되어 있어 서보모터의 회전운동을 받아 NC공작기계의 테이블을 직선운동시키는 일종의 나사이다.

     8. 리졸버 : NC공작기계의 움직임을 전기적인 신호로 표시하는 일종의 회전피드백 장치

 (3) NC제어방식

     NC공작기계가 일을 하려면 공구와 가공물이 서로 움직여야 하는데 위치결정제어, 직선절삭제어, 윤광절삭제어의 3가지 방식으로 구분

  1) 위치결정제어

     공구의 최후위치만을 찾아 제어하는 방식으로 도중의 경로는 무시되는 제어방식을 말하며 정보처리회로가 간단하고 프로그램이 지령하는 이동거리 기억회로와 테이블의 현재위치 기억회로 그리고 이 두 가지를 비교하는 회로로 구성되어 있다. 필요한 위치에만 도달하기만 하면 되므로 point to point 제어라고 한다.

  2) 직선절삭제어

     직선으로 이동하는 도중에도 절삭이 이루어지는 방식으로 위치결정제어방식에 공구치수의 보정, 주축의 속도변화, 공구의 선택 등과 같은 기능이 추가된 제어방식이므로 회로는 다소 복잡하다. 직선 이외에는 절삭 불가

  3) 윤곽절삭제어

     위치결정 및 직선절삭제어의 회로는 더하기, 빼기의 기능만 있으면 되지만 윤곽을 제어하려면 곱하기, 나누기의 기능을 추가한 회로가 필요하며 S형 경로나 크랭크형 경로 등 어떠한 경로라도 자유자재로 공구를 이동시켜 연속절삭을 할 수 있는 방식이다.

 (4) 서보기구

     구동모터의 회전에 따른 속도와 위치를 피드백 시켜 입력된 양과 출력된 양이 같아지도록 제어할 수 있는 구동기구

  1) 개방회로방식

     피드백장치없이 스태핑모터를 사용한 방식으로 실용화 되었으나, 피드백장치가 없기 때문에 가공정밀도에 문제가 있어 현재는 거의 사용하지 않는다.

 

  2) 반폐쇄회로방식

     초기의 DC서보모터를 사용할 당시에는 위치의 정보를 리졸버 등의 아날로그형 검출기를 이용하여 피드백하였으나 분해능이 떨어져 근래에는 거의 사용되지 않는다.

  3) 폐쇄회로방식

     래크와 피니언에 의하여 구동되는 대형기계의 정밀도를 해결하기 위하여 고안된 것

  4) 복합회로서보방식

     반폐쇄회로방식과 폐쇄회로방식을 결합하여 고정밀도로 제어하는 방식으로 가격이 고가이므로 고정밀도를 요구하는 기계에 사용

 (5) 그룹테크놀로지(GT)

  1) GT의 정의

     다품종 소량생산에서 유사한 가공물들을 집약, 가공할 수 있도록 부품설계, 작업표준가공등을 계통적으로 행하여 생산효율을 높이는 기법

  2) 장점

     1. 설계측면 : 표준화와 함께 부품수가 줄어들며 설계도면의 작성이 간편해지고 CAD/CAM 및 NC 가공프로그램이 용이해진다.

     2. 계획측면 : 생산일정과정이 용이해지고 MRP의 적용이 수월해진다.

     3. 제조측면 : 흐름작업이 촉진되며 전용화 및 자동화가 추진되고 준비시간이 줄어든다.

     4. 관리측면 : 품질이 향상되고 원가가 절감되며 관리가 쉬워진다.

  3) 단점

     1. 계획 : 수요변동에 대한 유연성이 적어진다.

     2. 재고 : 납기이행에 필요한 공정품과 제품재고가 증가된다.

     3. 설비관리 : 설비고장시 가공의 정체가 크다.

     4. 업무량 : 부품분류가 복잡하며 이에 수반되는 업무가 증대된다.

 (6) 머시닝센터

  1) 개요

     부품에 따라 차이는 있지만 복잡한 부품이라도 공작물을 한번 고정하고 각 작업에 필요한 공구를 자동으로 교환해가면서 순차적으로 가공할 수 있으므로 가공물의 고정 및 공구의 교환에 소요되는 시간을 줄일 수 있어 생산성을 높일 수 있다.

  2) 특징

     1. 소형부품의 경우 테이블에 여러개 고정하여 연속작업을 할 수 있다.

     2. 각 작업에 필요한 공구를 자동으로 교환해 가면서 순차적으로 가공하여 작업을 완료할 수 있다.

     3. 공구가 자동으로 교환되어 공구교환시간이 줄어든다.

     4. 작업자 한사람이 여러대의 기계를 작동할 수 있다.

  3) 구조

     머시닝센터의 주요구성요소는 주축대, 베이스와 컬럼, 테이블, 조작반, 서보기구, 전기회로장치, ATC(자동공구교환장치),

     APC(자동팰릿교환장치)로 구성 되어있다.

 (7) 용어해설

  1. DNC : 직접수치제어 또는 분배수치제어의 약어로서 여러대의 CNC공작기계를 1대의 컴퓨터에 연결시켜 제어하는 시스템

  2. CAD : 컴퓨터응용설계란 제품을 제작하기 위한 제품의 제도, 해석, 최적설계 등의 작업을 컴퓨터의 고속연산능력을 이용하여

             작업의 효율성을 극대화시키고자 하는 것

  3. CAM : 컴퓨터응용가공이란 제품제조단계에 관련되는 기술로서 공정설계, 작업방법결정, 가공, 검사, 조립 등의 전과정에서

              컴퓨터의 지원을 받아 생산성, 정밀도를 향상

  4. CAE : 컴퓨터응용공학이란 컴퓨터이용에 관한 기술전반을 의미하며 CAD, CAM등이 있다.

  5. CAP : NC가공에 필요한 정보, 생산 및 검사를 위한 계획 등의 리스트를 작성하는 것

  6. CIM : 컴퓨터에 의한 통합생산이란 공장내에 분산, 고립되어 있는 자동화 즉, 제조부분, 기술부분 등 공장전체와 경영시스템을

            통합해 운영하는 새로운 생산시스템

  7. CAT : 제조공정에 있어서 컴퓨터 시스템의 통제에 의한 자동검사 시스템

  8. FA : 공장자동화란 공장에서 수주한 제품을 생산계획부터 부품의 가공, 조립, 제품의 출하까지의 각종 공정에 관한 각종 정보를

          확실히 파악하여 생산시스템 전체의 효율적인 관리와 제어를 행하기 위하여 컴퓨터에 의해 집중관리하는 공장전체의 자동화,

          무인화를 이루는 것

  9. FMS : 유연생산시스템이란 자동이송장치 및 자동창고 등을 갖추고 있는 제조공정을 연결하고 그것을 중앙컴퓨터에 의해 제어하는

            시스템
  10. CIMS : 컴퓨터통합가공은 회사의 전체작업과 관련이 있어 포괄적이어야 하고 광범위한 데이터베이스가 갖추어져야한다.

  11. ATC : 자동공구교환장치는 주축에 고정되어 있는 공구와 다음 공정에 사용될 공구를 자동으로 교환하는 장치

  12. APC : 자동팰릿교환장치는 대부분 수직형 대형 머시닝 센터에 가공물회전용 로터리 테이블을 추가 할 때 그 상수의 팰릿을

              자동으로 교환함으로서 기계정지시간을 단축

  13. CAPP : 컴퓨터를 이용한 공정설계

  14. LCA : 저투자성 자동화란 말 그대로 비용이 적게 드는 자동화

  15. CAI : 컴퓨터를 이용하여 많은 사람들을 동시에 교육하기에 편리하게 만든 자동교육시스템

  16. IMS : 지능형생산시스템은 21세기 제조환경의 지능화, 통합화, 쾌적화 및 국제화에 대응하기 위해 인간과 기계, 정보통신기술 및

             환경기술이 통합되는 차세대 생산시스템

  17. MAP : 생산자동화 통신규약이란 설계공정의 CAD, 절삭, 연마 또는 용접, 도장 등의 CNC 공작기계나 로봇, 입축고 및 재고관리

               시스템 등 단위시스템 또는 단위공정 자동화를 여러개 합려 놓은 공장전체의 자동화로 발전시키는 요소

  18. MRP : 생산지시용정보, 부품전개표에 의한 기준생산계획을 고려하여 소재로부터 완성품을 만드는 시간흐름의 관리계획

2. 산업용로봇

     산업용로봇은 사람의 팔과 손의 동작기능에 해당하는 특성을 가지고 프로그램에 따라 동작이 가능한 기계 또는 감각기능과

    인식기능을 가지고 자율적으로 행동하는 기계.

 (1) 산업용로봇의 구성

     하드웨어인 기구부, 소프트웨어인 제어부로 구성되어있다. 제어기에서는 조정기라하고 본체와 손목으로 되어있다.

    본체는 팔이라 하고 팔 끝에 붙어서 여러가지 일을 하는 엔드이펙트를 손목이라 한다. 엔드이펙터는 용접봉, 분무총, 공구 또는

    집게가 있다.

 (2) 산업용 로봇의 종류

  1) 기능의 수준에 따른 분류

     1. 수동 머니퓰레이터형 : 사람이 직접조작

     2. 머니퓰레이터형 : 대상물을 공간적으로 이동시킬 수 있는 로봇

     3. 시퀀스 로봇형 : 시퀀스회로로 미리 설정해 놓은 조건과 순서 및 위치 등에 따라 동작

     4. 플레이 백 로봇 : 움직임 정보를 머니퓰레이터를 움직여 입력해 기억시켜두고 읽어내어 작업

     5. 수치제어로봇 : 수치제어에 의해 명령되는 대로 작업할 수 있는 로봇

     6. 지능로봇 : 인식기능에 의해서 행동결정을 할 수 있는 로봇

  2) 동작형태에 따른 분류

     원통좌표구조, 직교좌표구조, 극좌표구조, 관절형 구조

3. 프로그램의 구성

 (1) 주소

     주소는 영문자 중 1개로 표시되며 CNC에 사용할 수 있는 주소와 의미는 다음표와 같다.

주소의 의미

 (2) 워드

     블록을 구성하는 가장 작은 단위가 워드이며, 워드는 어드레스와 데이터의 조합으로 구성된다.

 (3) 블록

     프로그램은 여러개의 지령으로 구성되는데 한 개의 지령단위를 블록이라 하고 각각의 블록은 기계가 한번의 동작을 하는데

    필요한 정보가 담겨져 전체 프로그램을 구성

 (4) 프로그램

    NC의 프로그램은 여러개의 블록이 모여서 하나의 프로그램을 구성하며 일반적으로 주 프로그램과 보조프로그램으로 나눌 수 있다.