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연삭 어플리케이션의 최대 정밀성 및 효율성

정밀 연삭 기술의 아주 오래된 문제를 해결하기 위해, Echo Hill은 기계를 거꾸로 뒤집다

Beckoff

개선된 계측은 Echo Hill이 폐 루프 제어에 기반한 연삭 패턴을 생산 중에 수정하는 것을 쉽게 만든다. 이는 미크론 수준까지 자동 수정을 가능하게 한다. 기계는 효율성의 감소 없이 최대 4개의 부품을 동시에 성공적으로 처리한다.

정밀 부품의 생산- 과거에는 전문적인 기능공의 영역-이 오늘날에는 기계에 의해 주로 이루어진다. 센터리스연삭은 제작품이 고정되어있지 않고, 빠르게 회전하는 숫돌바퀴와 더 느리고 더 작은 조정 숫돌바퀴사이에서 회전하는 원통형 기계 부품의 정밀연삭을 위한 특별한 기법이다. 이 기법은 예를 들어, 자동차, 항공이나 항공우주 산업에서 정밀 부품의 생산에 사용된다. 마이크론 범위까지의 최소 공차, 짧은 생산 작업 및 로트 사이즈(lot size) 물건의 자동화 생산 등의 요구조건을 충족시키는 것은 강력한 맞춤형 자동화 기술을 필요로 한다.

CP690x 시리즈의 '경제적'인 원격 제어 패널이 시스템 시각화에 사용된다.

Echo Hill은 연삭 과정을 최적화하려는 목적으로 연구 개발에 많은 노력을 쏟았다. “우리 고객들 대부분은 광범위한 다양한 부품을 취급합니다. 즉, 잦은 제품 변경과 함께 생산 작업이 짧은 경향이 있습니다.

또 다른 요인은 가공 부품의 치수공차가 수년 동안 점점 더 작아지고 있다는 것입니다”라고 Echo Hill Automation의 회장 Harry Schellenberg는 말한다. “고정밀도, 작은 생산 작업의 효율적인 생산 및 다양한 차원을 가능하게 하기 위해서, 우리는 우리 자신의 기계를 재설계해야 했습니다.”

Echo Hill은 기계 개념을 헤드로 돌리다

많은 경우, 이런 종류의 기계에서 연삭 헤드는 1,000 lbs (500kg)이상의 무게가 나갈 수 있다. 그래서 기계 부품을 움직이기 위해서 사용되는 기계의 구성요소들은 마모되기가 쉽다. 게다가, 연삭 과정은 잔해를 생성하기로 악명이 높다. 이는 심지어 고정밀 연삭기도 엄격한 공차를 충족시키는데 어려움이 있다는 의미이다.

Echo Hill의 “Tactic 8” 기계는 이런 문제에 대한 혁신적인 솔루션이다. 8-인치 연삭 휠을 가진 이 기계에서, 움직일 수 있는 구성요소는 헤드에 달려 있다. 다시 말해서, 리니어 모터가 기계의 상부에 장착되어 있다. 그래서 부품이 더 이상 연삭 휠 아래에서 공급될 필요가 없으며 위에서 가공될 수 있다. 리니어 모터의 자기력은 회전 롤러 슬라이드 장치의 무게를 중화시키면서 슬라이드 바의 무게에 반작용한다. 그 결과로 마모가 최소화되고 기계의 수명이 상당히 증가한다.

과학적 자동화가 로봇 공학 및 측정 기술을 제어 플랫폼에 통합하다

“기계 개선과 더불어, Tactic 8는 통합 PC 및 Beckhoff의 EtherCAT 기반 제어 플랫폼을 갖췄습니다. 이것은 기계의 전체적인 효율성을 증가시켰습니다”라고 Harry Schellenberg는 말한다. “원래, 우리는 로봇 제어 시스템을 찾고 있었기 때문에, 처음부터 Beckhoff와 대화를 시작했습니다. 과거에, 우리는 기계, 로봇 및 측정 시스템을 위해 통신을 복잡하게 만드는 개별 제어기를 사용했습니다. 과학적 자동화로, 현재 우리는 하나의 PC, 소프트웨어 플랫폼 및 네트워크에 로봇공학, 측정 기술 및 기계 자동화를 하나로 묶은 플랫폼을 가지고 있습니다. 이는 우리에게 분명한 경쟁적 우위를 제공합니다.”

Echo Hill은 2세대 인텔 코어 i3 프로세서 및 TwinCAT자동화 소프트웨어를 장착한 고성능 C6515 산업용 PC(IPC)를 사용한다. CP690x 시리즈의 ‘경제적’인 원격 제어 패널이 기계 시각화에 사용된다. “우리의 자동화 소프트웨어처럼 HMI 소프트웨어가 같은 PC에서 작동한다는 것은 상당한 개선입니다”라고 Echo Hill Automation의 부회장이자 제어 전문가인 Dan Schelleberg는 말했다. “우리가 표준으로써 PC 기반 제어로 전환하기 전에, 우리는 하드웨어 PLC 및 HMI용 개별 PC를 사용했습니다.”

“PC 기반 제어 플랫폼의 큰 장점은 TwinCAT NC I이 하나의 제어기 및 소프트웨어에서 전체 로봇 조정 및 3개의 축 관리를 통합한다는 것입니다”라고 Dan Schellengerg는 말했다. “PC가 복잡한 움직임을 위해 G-코드를 작동하기 때문에, 파라미터가 변경되었을 때 프로그램을 수정하기가 아주 쉽습니다. 게다가, 특정 업무에 가장 적당한 것이 무엇인지에 따라, 표준에서부터 고도의 전문 언어에 이르기까지 여러 프로그래밍 언어를 사용하는 것이 가능합니다. 규칙적으로 반복되는 모션 제어 요소를 위해서, TwinCAT은 프로그래밍 시간을 많이 절약해주는 기능 블록을 제공합니다.”

TwinCAT XML 서버 소프트웨어 추가는 표준 포맷으로 부품 파라미터를 읽고 쓰는데 사용될 수 있다. “몇몇 Echo Hill의 어플리케이션은 생산 중에 계속 바뀌는 최대 4,000개의 부품 파라미터를 가지고 있다는 것을 기억하는데 이것이 특히 도움이 됩니다”라고 Dan Schellenberg는 말했다.

“이것은 기계사이의 파라미터 전송을 훨씬 더 유연하게 만듭니다.”

Echo Hill은 최대 정밀도를 달성하기 위한 목적으로 전체 연삭 공정에 걸쳐 전 부품 테스트를 구현했다. 아주 정밀하게 측정된 데이터 수집은 가공 패턴이 생산 중에 제어될 수 있도록 해준다. 이는 미크론 수준 이하까지 자동 변경을 구현하는 것을 가능하게 해준다. 측정 시스템은 모든 제작품을 최대 6 μm 공차로 제어할 수 있다. Tactic 8는 정밀도의 손실 없이 최대 4개의 부품을 동시에 처리할 수 있다. “몇 분 내에, 우리의 고객들은 주사위처럼 똑바르게 4개의 부품을 동시에 연삭할 수 있습니다. 그것이 연삭 기술의 절정입니다”라고 Dan Schelleenberg는 열광한다.

최적화된 온도 모니터링 및 진동 분석을 위한 EtherCAT 단말기

EtherCAT은 기계 네트워크에 사용된다. 다양한 EtherCAT I/O 단말기가 연삭기의 데이터 수집, 온도 모니터링 및 진동 분석에 사용된다. Echo Hill은 통합 오버 샘플링 기능을 가진 EL1262 XFC 단말기를 사용한다. 그래서 프로세서 단계에서 나온 제어 신호가 재빨리 포착되어 제어기로 전송될 수 있다. 단말기의 기저 시간이 분산 클럭을 통해서 다른 EtherCAT 장치와 정확하게 동기화될 수 있다. 이런 방식으로, 디지털 입력 신호의 시간 해상도가 n배의 버스 사이클 타임까지 증가할 수 있다. 또한 EtherCAT은 길이 및 직경 파라미터를 연결된 영상 시스템에 전송한다. 이는 시스템 변경 동안 구성을 용이하게 해준다.

TwinSAFE은 최적의 안전을 보장하다

Safety over EtherCAT은 기계, 오퍼레이터 및 다른 직원에 대한 종합적인 안전을 보장한다. 자체 소프트웨어 및 네트워크를 가진 특별한 안전 제어기와 함께 개별 케이블 세트를 사용하는 것 대신에, Beckhoff의 TwinSAFE는 안전 기술을 간단하고 비용효율적인 솔루션인 표준 I/O 시스템에 통합한다.

일련의 성공을 평가하다

“Tactic 8이 가장 잘 팔리는 이유는 그것이 최대 4개의 부품을 동시에 처리할 수 있다는 점입니다”라고 Harry Schellenberg는 말한다. “우리 고객들에게 다른 중요한 점은 개선된 계측 기술입니다. EtherCAT을 사용하기 때문에, 우리는 이전의 1,000개보다 훨씬 더 많은 초당 최대4,000개의 스캔을 실행할 수 있습니다”라고 Echo Hill 회장은 말했다.

Echo Hill이 EtherCAT 기반 제어 플랫폼을 구현함으로써 시스템 처리량을 최적화했음에도 불구하고, 비용증가는 없었다. “정반대로, 로봇 동역학은 중앙 IPC에서 작동하기 때문에, 우리는 제어 시스템의 총비용을 감소시킬 수 있었습니다. 게다가, 우리는 제어 캐비닛의 공간 요구사항, 기계의 면적 및 시스템의 복잡성을 상당히 줄일 수 있었습니다”라고 Dan Schellenberg는 말했다.

“다른 경쟁적 우위는 요구되는 기계의 더 짧아진 교체 시간입니다”라고 제어 전문가인 Dan Schellenberg는 말했다. “우리 고객들 중 많은 업체가 아주 작은 로트 사이즈의 차량 변속기용 제품을 생산합니다. 이것은 기계 파라미터의 잦은 교체를 요구합니다. Tactic 8로, 기계 교체 시간이 50%이상 감소했습니다.”

Echo Hill은 C6515 산업용 PC 및 TwinCAT 자동화 소프트웨어를 통해서 3대의 로봇 및 측정 시스템을 포함해서 전체 연삭 셀을 제어한다.

센터리스연삭으로, 제작품이 고정되어 있지 않고, 빠르게 회전하는 연삭휠과 더 느리고 더 작은 조정 휠 사이에서 돌아간다. 이 기술은 예를 들어, 자동화, 항공이나 항공우주 산업에서 정밀 부품을 생산하는데 사용된다.