CNC 가공이 로봇 구현에 중요한 이유
눈앞에서 로봇들이 공중제비를 도는 모습을 볼 때, 로봇들이 부서지거나 오작동할까 봐 걱정된 적이 있나요? 관절은 움직이고, 팔은 뻗어 나가죠. 전체 구조는 중력, 관성, 충격과 같은 실제 힘을 받습니다.
따라서 하드웨어는 견고하고 가벼우며 정밀해야 합니다.
시제품 제작 및 소량에서 중량 생산에 있어 두 가지 공정이 주를 이룹니다. 바로 CNC 가공 과 판금 가공입니다. 두 공정 모두 접근성이 좋고, 실제 부품을 신속하게 생산할 수 있습니다. 하지만 목적은 서로 다릅니다.
이 두 가지 공정은 로봇 본체를 제작하는 데에도 매우 중요합니다. 이제 CNC 가공과 판금 가공이 어떻게 결합되어 로봇 본체를 단계별로 제작하는지 보여드리겠습니다.
CNC 가공 부품 (정밀 코어)
로봇의 성능을 좌우하는 부품들이 있습니다. 이 부품들은 하중을 견디고 정확도를 결정합니다. 이 부품들이 없으면 로봇 전체가 불안정해지고 고장이 발생합니다.
조인트 하우징
이러한 부품들은 어깨, 엉덩이, 무릎, 발목 부위에서 찾아볼 수 있습니다. 각각의 부품은 팔다리의 움직임이나 몸의 자세 변화에 따른 모든 힘을 견딜 수 있도록 설계되었습니다. 하우징에는 정밀한 구멍이 필요하며, 베어링은 단단히 압착되어 장착됩니다. 밀봉재는 회전축과 동심원을 이루도록 위치합니다.
고객에게 특별한 요구 사항이 없는 한, 당사는 일반적으로 6061 또는 7075 알루미늄을 사용하여 이러한 부품을 제작합니다. 5축 CNC 가공이 최적의 방법입니다. 5축 CNC 가공은 한 번의 셋업으로 언더컷과 경사진 면까지 가공할 수 있습니다. 하지만 숙련된 기계공은 3축 밀링 머신으로도 동일한 부품을 제작할 수 있습니다. 다만 여러 번의 셋업과 더 많은 고정 장치, 그리고 정밀한 기준점 재검증이 필요합니다. 5축 가공은 더 빠르고 정확하며, 3축 가공은 소량 생산 시 비용 절감에 유리합니다.
회전식 변속축
이 부품들은 회전하면서 모터에서 관절로 토크를 전달합니다. 구조가 다소 복잡한데, 베어링 저널은 직경을 정밀하게 제어해야 하고, 스플라인이나 키홈은 미끄러짐 없이 회전을 전달합니다. 나사산 부분은 고정 너트나 풀리를 고정하는 역할을 합니다. 또한 많은 축에는 내부에 관통 구멍이 있으며, 센서나 전원선은 회전 어셈블리의 중앙을 통과합니다.
저희는 라이브 툴링이 장착된 CNC 선반을 사용하여 이러한 샤프트를 제작합니다. 선반은 외경 가공과 같은 어려운 작업을 담당하고, 라이브 툴링은 부품을 스핀들에서 분리하지 않고도 평면 밀링, 크로스홀 드릴링, 키홈 절삭 작업을 수행합니다. 복잡한 샤프트의 경우, 일반적으로 5축 선삭 밀링 센터를 사용하는 것이 가장 좋습니다. 5축 밀링 센터는 한 번의 클램핑으로 축외 형상과 각도 가공을 처리할 수 있습니다.
여기서 중요한 것은 재료 가공 경로입니다. 우선 샤프트의 황삭 가공부터 시작합니다. 중요한 직경 부분은 재고를 충분히 확보해 두는 것이 중요합니다. 그 후 열처리 공정을 거칩니다. 목표 경도는 합금 종류와 내마모성에 따라 HRC 45에서 60 사이입니다. 열처리가 완료되면 베어링 저널과 씰 표면을 정밀 연삭합니다. 경화강을 가공할 때는 선삭으로는 따라올 수 없는 매우 정밀한 연삭 작업이 필요합니다. 이렇게 만들어진 샤프트는 정확하게 회전하고 마모가 적으며, 로봇의 작동 수명만큼 오래 사용할 수 있습니다.
몸통 섀시 (메인 장착판)
이것이 로봇의 핵심입니다. 컴퓨터, 배터리, 액추에이터, 케이블 관리 시스템 등 모든 것이 여기에 연결됩니다. 이 판은 평평하고 평행한 기준면을 제공합니다. 만약 이 판이 휘거나 뒤틀리면 다른 모든 부분이 제대로 정렬되지 않아 로봇이 비뚤어지게 서 있게 됩니다.
이 제품은 알루미늄 판으로 제작됩니다. 두께는 로봇의 크기와 제작 방식에 따라 12mm에서 25mm까지 다양합니다. 가공 작업 자체는 간단하지만 다소 고된 작업입니다. 수백 개의 나사 구멍이 있는데, 모두 정밀하게 드릴링 및 탭 가공을 거쳐야 합니다. 판재에 구멍 위치가 잘못되면 큰 손실이 발생할 수 있습니다. 따라서 가공 업체에서는 CNC 가공 센터의 프로빙 기능을 사용하여 탭 가공 전에 구멍 위치를 확인합니다.
소형 정밀 부품
모든 부품이 구조적 격벽은 아닙니다. 어떤 부품들은 매우 작아서 다른 기계와 다른 사고방식이 필요합니다.
손가락 뼈와 손 관절은 작고 복잡하며 수가 많습니다. 인간의 손에는 약 15개에서 20개 정도의 관절이 있을 수 있습니다. 각 관절에는 베어링 표면, 회전축 구멍, 케이블 가이드가 있습니다. 이러한 작업에는 스위스식 선반이 최적의 선택입니다. 스위스식 선반은 기계를 사용하여 봉재에서 길고 얇은 부품을 매우 높은 동심도로 절삭합니다. 더욱 미세한 형상을 가공해야 할 때는 마이크로밀링 공구가 적합합니다. 우리가 사용하는 공구는 직경이 1mm 미만이며, 이송 속도는 톱니당 마이크론 단위로 측정됩니다.
힘/토크 센서용 플렉셔는 완전히 다른 차원의 문제입니다. 이 부품들은 얇은 벽으로 된 탄성 구조물이라 압력을 받으면 약간 물렁거립니다. 스트레인 게이지는 이러한 변형을 측정합니다. 따라서 부품은 매번 완벽하게 원래대로 복원되어야 합니다. 재료가 너무 많으면 센서의 감도가 떨어질 수 있습니다. 변형을 영구적으로 발생시킬 만큼 충분한 양을 만들 수 없기 때문입니다. 알루미늄이나 17-4PH 스테인리스강으로 가공할 경우, 공구 경로 제어에 특히 주의해야 합니다. 절삭 자국은 응력 집중 지점이 될 수 있습니다. 많은 업체들이 이 사실을 알고 나서 첫 번째 생산분의 절반을 폐기하는 경우가 많습니다.
베어링 고정판과 엔코더 마운트는 구조가 단순하지만 여전히 정밀합니다. 이들은 축 방향으로 베어링을 찾고, 엔코더 판독 헤드를 정확한 공극에 고정합니다. 공차는 중요하지만, 기하학적 구조는 일반적으로 매우 간단합니다.
CNC 가공 설계 규칙 (목록)
제 생각이 궁금하신가요? 특히 어떤 점에 주의해야 할까요? 도움이 될 만한 몇 가지 포인트를 정리해 봤습니다.
- 가능한 한 좁고 촘촘한 포켓은 피하십시오. 폭보다 깊이가 네 배 이상 큰 포켓은 문제가 됩니다. 칩이 잘 배출되지 않고, 절삭유가 절삭 영역에 도달하지 못합니다. 길고 가는 엔드밀은 진동하거나 파손될 수 있습니다. 칩 배출을 용이하게 하기 위해 부품 설계를 변경하거나 관통 구멍을 추가하십시오.
- 내부 모서리 가공에는 표준 엔드밀 반경을 사용하세요. 가장 일반적인 반경은 1.5mm, 3mm, 6mm입니다. 이 반경들은 시중에서 판매되는 공구와 호환됩니다. 만약 4.2mm처럼 표준이 아닌 반경을 사용해야 한다면, 가공 업체에서 맞춤형 공구를 제작하거나 여러 번에 걸쳐 가공해야 합니다. 두 가지 모두 비용과 시간이 추가됩니다.
- 정말 필요한 경우에만 엄격한 공차를 지정하세요. 베어링 저널이나 기어 장착면에는 ±0.005mm의 공차가 필요하지만, 외관상의 외형에는 그 정도의 공차가 필요하지 않습니다. 많은 설계자들이 모든 치수에 엄격한 공차를 설정하는데, 이는 성능 향상 없이 비용만 증가시킬 뿐입니다. 설계자를 신중하게 선택하는 것이 중요합니다.
- 핵심은 최소한의 설정으로 설계하는 것입니다. 부품을 기계에서 분리했다가 다시 장착할 때마다 정확도가 떨어지고 사이클 시간이 늘어납니다. 한두 번의 설정만으로 가공되는 부품은 다섯 번의 설정이 필요한 부품보다 비용이 절반으로 줄어듭니다. 방향 설정은 한 방향에서만 접근 가능합니다. 꼭 필요한 경우가 아니라면 언더컷은 피하십시오. 기능뿐만 아니라 기계 자체를 고려하여 설계해야 합니다.
판금 가공 구성 요소(경량 프레임)
실물 로봇은 매우 복잡하지만, 여전히 견고하고 가벼우며 저렴해야 하는 부품들이 있습니다. 바로 이 부분에서 판금이 진가를 발휘합니다. 판금은 로봇의 외피와 보조 구조물을 만드는 데 사용됩니다.
몸통 보호대 및 패널
측면 패널, 후면 덮개, 상단 덮개를 생각해 보세요. 이 부분들은 먼지를 막아주고 케이블을 정리하는 역할을 합니다. 또한 로봇의 외관을 완성된 모습으로 만들어 줍니다. 시제품에서 어지럽게 널려 있는 전선들은 보기 흉하다는 것을 우리는 모두 알고 있습니다.
저희는 레이저 절단기를 사용하여 제품을 제작합니다. 이 기계는 1.5mm에서 2mm 두께의 알루미늄 판에서 평평한 부품을 절단합니다. 공기 순환을 위한 구멍과 케이블 통과용 절단부가 있습니다. 절단된 부품은 프레스 브레이크로 이동하여 3D 디자인을 구부리고, 플랜지를 만들고, 모양을 다듬습니다.
PEM 너트는 여기서 표준 부품입니다. 이것은 압입식 나사산 인서트입니다. 전문 업체에서 벤딩 작업을 거쳐 설치해 줍니다. 인서트는 판재 표면과 평평하게 장착됩니다. 이제 얇은 알루미늄 패널에 강철 볼트를 사용해도 나사산이 마모되지 않습니다. 아주 간단하죠. 아주 효과적입니다.
다리 및 팔 연결
로봇의 팔다리는 반드시 단단한 금속으로 만들어질 필요는 없습니다. C자형 채널이나 밀폐형 박스도 잘 작동합니다. 둘 다 구부린 판금으로 만들 수 있습니다.
일반적인 방법 중 하나는 두 개의 U자형 채널을 사용하는 것입니다. 각 채널은 단순한 굽힘 형태입니다. 조립자는 이 두 채널을 서로 맞대고 플랜지를 리벳으로 고정합니다. 그러면 굽힘 강성과 비틀림 강성이 뛰어난 밀폐형 박스형 단면이 만들어집니다. 대부분의 재료가 외표면에 집중되어 있어 무게도 가볍습니다. 이는 I형 빔이나 자전거 프레임 튜브와 같은 원리입니다.
이 판금 연결 부품은 정밀 가공된 조인트 하우징에 볼트나 리벳으로 직접 고정됩니다. 하우징은 정밀한 베어링 표면을 제공하고, 판금 연결 부품은 구조적 연결성을 제공합니다. 각 재료는 고유의 장점을 발휘합니다.
배터리 인클로저
리튬 이온 전지는 보호가 필요합니다. 구멍이 나면 화재가 발생할 수 있고, 찌그러지면 내부 단락이 발생할 수 있습니다. 배터리 케이스는 뚜껑을 열 수 있는 구부러진 상자 형태입니다. 판금 재질은 충격에 대한 저항력을 제공하며, 유지보수 중에 전지가 공구나 이물질과 접촉하는 것을 방지합니다.
디자이너들은 이 케이스에 구부러진 탭을 추가했습니다. 이 탭에는 구멍이 뚫려 있습니다. 이 구멍은 본체 섀시의 나사산 삽입구와 일렬로 정렬됩니다. 몇 개의 나사로 전체 배터리 팩이 고정됩니다. 분리하는 데는 몇 초밖에 걸리지 않으며, 교체하는 것도 아주 간단합니다. 판금 케이스는 다소 평범해 보이지만, 제 역할을 훌륭히 해내며 안정적으로 작동합니다.
전자제품 장착 브래킷
센서와 회로 기판에는 장착할 공간이 필요합니다. 마운트는 복잡할 필요가 없습니다. 간단한 L자형 브래킷과 Z자형 브래킷이면 충분합니다. 사람들은 카메라, LiDAR 장치, 마이크로컨트롤러 등에 이러한 브래킷을 사용합니다.
이 과정은 상당히 빠릅니다. 두께 1~1.5mm의 알루미늄 판에서 평면 패턴을 얻은 다음, 프레스 브레이크로 구부리기만 하면 됩니다. 끝입니다. 제작 기간은 몇 주가 아닌 며칠입니다. 이러한 속도는 제품의 첫 번째 버전을 만들 때 매우 중요합니다. 센서 위치를 변경해야 하나요? 새로운 브래킷을 설계하고, 자르고, 구부리고, 시험해 보면 됩니다. 전체 과정은 오후 시간 정도면 충분합니다.
발판 (간단 버전)
발판은 지면 반력을 다리 구조로 전달하는 역할을 합니다. 가장 기본적인 형태는 평평한 판입니다.
워터젯 절단이 최적의 선택입니다. 열영향부가 없고, 추가적인 다듬질이 필요한 거친 부분도 없습니다. 판은 평평하고 응력 없이 유지됩니다. 절단 후에는 작업장에서 힘/토크 센서 장착을 위한 구멍을 뚫고 탭을 냅니다.
저희 엔지니어들은 내구성을 높이기 위해 알루미늄 대신 스프링 강을 사용하는 경향이 있습니다. 스프링 강판은 압력을 받으면 약간 휘어지지만 다시 평평하게 돌아옵니다. 따라서 균열이 생기기까지 더 오래 사용할 수 있습니다. 하지만 무게와 내식성이 단점입니다. 스프링 강은 더 무겁고 코팅을 하지 않으면 녹이 슬기 쉽습니다.
판금 가공 설계 규칙
이러한 규칙은 부품의 제조 가능성을 유지하는 데 도움이 됩니다. 만약 규칙을 지키지 않으면, 업체에서 다시 연락하여 변경을 요구하거나 더 많은 비용을 청구할 수 있습니다.
- 구멍의 지름은 재료 두께 이상이어야 합니다. 1mm 두께의 판재마다 최소 1mm 크기의 구멍이 하나씩 있어야 합니다. 작은 구멍을 뚫으려면 특수 공구를 사용하거나 추가 드릴링 작업을 해야 하는데, 둘 다 비용이 추가됩니다.
- 구멍과 굽힘 부분 사이의 거리를 꼭 확인하세요. 일반적으로 재료 두께의 2.5배에 굽힘 반경을 더한 값이 적당합니다. 굽힘 부분에 너무 가깝게 구멍을 뚫으면 재료가 굽힘 부분에서 바깥쪽으로 늘어나면서 변형이 생깁니다. 결국 구멍이 타원형으로 변하게 되어 고정 장치가 제대로 맞지 않게 됩니다.
- 플랜지 높이는 재료 두께의 최소 네 배 이상이어야 합니다. 플랜지가 너무 짧으면 정확하게 성형할 수 없습니다. 프레스 브레이크 다이가 재료를 단단히 고정하려면 충분한 재료가 필요합니다. 또한 플랜지가 짧으면 강성이 부족하여 하중을 받을 때 흔들립니다.
- 내부 모서리에 곡률 반경 필렛을 추가하십시오. 날카로운 모서리는 표면에 많은 압력을 가할 수 있습니다. 특히 구부러진 부품의 경우, 날카로운 내부 모서리는 균열이 발생하기 쉬운 원인이 됩니다. 곡률 반경은 하중을 분산시켜 부품의 수명을 연장합니다. 이 원칙은 평면 패턴과 최종 성형 형상 모두에 적용됩니다.
- 참고로, 특히 알루미늄의 경우 재료의 결 방향을 기준으로 굽힘 방향을 지정하는 것이 중요합니다. 판금은 압연 과정에서 결 방향이 생깁니다. 결 방향에 수직으로 구부리면 강도가 높아지고, 결 방향으로 구부리면 굽힘 바깥쪽에 균열이 생길 수 있습니다. 경험이 풍부한 설계자는 도면에 이 점을 표시해 둡니다. 경험이 부족한 분들은 첫 번째 부품 생산 과정에서 문제가 발생한 후에야 이 사실을 알게 될 것입니다.
하이브리드 조립품(가공 + 성형)
로봇 전체를 단 하나의 제조 공정만으로 제작하는 것은 불가능합니다. 제작 과정은 매우 복잡하지만, 일반적으로 정밀도와 강도가 중요한 부품에는 CNC 가공을, 무게와 비용이 더 중요한 부품에는 판금 가공을 사용합니다. 그런 다음 이러한 부품들을 조립합니다.
다리 구조 패턴
로봇 다리의 전체적인 구조를 살펴보세요. 엉덩이부터 발까지 세 개의 관절이 있습니다. 엉덩이, 무릎, 발목 관절이죠. 각 관절에는 정밀 가공된 하우징이 필요합니다. 베어링 구멍은 중심이 일치해야 하고, 장착면은 평행해야 하며, 밀봉 홈은 깨끗해야 합니다. 바로 이런 부분들이 CNC 가공의 영역입니다.
이제 관절 사이의 연결 부위를 생각해 보세요. 허벅지, 종아리. 이들은 길고 구조적인 부위입니다. 따라서 전체 길이에 걸쳐 강성이 확보되어야 합니다. 하지만 알루미늄 블록처럼 밀도가 높을 필요는 없습니다. 판금 채널이 이러한 목적에 이상적입니다. U자형 채널이나 폐쇄형 박스형 단면은 무게는 훨씬 가볍지만 굽힘 강성은 뛰어납니다.
조립자는 가공된 하우징을 판금 채널에 볼트나 리벳으로 고정합니다. 하우징은 정밀하게 접합된 부분을 단단히 잡아줍니다. 채널은 두 하우징을 일정한 간격으로 떨어뜨려 놓습니다. 각 부품은 제 역할을 다하며, 이들이 함께 하나의 단위로 작동합니다.
몸통 제작 패턴
몸통 부분도 비슷한 논리를 적용하여 설계되었지만, 비율은 다릅니다.
하나의 금속 덩어리를 깎아 만든 중앙 척추판이 본체 중앙을 가로지릅니다. 이 척추판은 견고한 뼈대 역할을 합니다. 액추에이터는 이 척추판에 직접 장착되고, 컴퓨터와 배터리는 표면에 볼트로 고정됩니다. 척추판은 평평하고 견고해야 하며, 정밀하게 구멍이 뚫려 있어야 합니다. 두꺼운 알루미늄 판을 CNC 가공하는 것이 이러한 요구 사항을 충족하는 최적의 방법입니다.
이 조밀한 코어 주변에 판금으로 된 측면, 전면 및 후면 패널이 추가됩니다. 이 패널은 두 가지 목적을 수행합니다. 첫째, 내부 부품을 감싸서 노출된 전선이 없도록 합니다. 둘째, 손가락이 움직이는 부품에 닿는 것을 방지합니다. 셋째, 비틀림 강성을 높입니다. 판금으로 된 밀폐된 상자는 단일 평판보다 비틀림에 훨씬 더 효과적으로 저항합니다.
이러한 조합은 효율적입니다. 정밀 가공된 코어는 집중 하중과 정밀한 인터페이스를 처리할 수 있으며, 판금 쉘은 넓은 표면과 밀폐 요구 사항을 충족할 수 있습니다. 이 두 부품을 함께 사용하면 전체가 정밀 가공된 본체보다 무게와 비용이 절감됩니다.
수작업 패턴
손은 작지만 패턴은 일관되게 유지됩니다.
정밀한 형상 구현을 위해 CNC 가공으로 제작된 로봇 금속 손가락 뼈대가 사용됩니다. 관절을 위한 핀 구멍과 힘줄용 케이블 가이드, 그리고 연결 장치 부착을 위한 평평한 표면이 있습니다. 각 뼈대는 크기가 작지만 정밀도가 매우 높습니다. 이러한 뼈대는 스위스식 선반이나 마이크로밀을 사용하여 대량 생산이 가능합니다.
손바닥 부분에는 얇은 판금이나 구부러진 플랜지를 사용할 수 있습니다. 이 플랜지들은 손바닥의 곡선 형태를 만들어주고, 손가락 뼈를 고정하는 역할을 합니다.
작은 리벳이나 나사로 조립체를 고정합니다. 정밀 가공된 손가락 뼈는 정밀 핀을 중심으로 회전합니다. 판금으로 만든 손바닥은 지지대 역할을 합니다. 그 결과, 부드럽게 움직이고 무게가 가벼우며, 완전히 기계 가공된 손보다 훨씬 저렴한 인공 손이 탄생합니다.
CNC 가공 vs. 판금 가공
사람들은 어떤 방법이 더 나은지 묻습니다. 하지만 그것은 잘못된 질문입니다. 각 방법은 서로 다른 문제를 해결합니다. 아래 표는 두 방법의 차이점을 보여줍니다.
| 아래 | CNC 가공 | 판금 제조 |
| 베스트 | 베어링 구멍, 정밀 나사 구멍, 복잡한 3D 형상. | 평평하거나 구부러진 판, 간단한 브래킷, 외함 및 구조용 외장재. |
| 일반적인 볼륨 | 소량 주문. 1~100개. | 소량~중량. 10~500대. |
| 툴링 비용 | 전혀 없습니다. 금형이나 다이도 사용하지 않았습니다. | 낮은 비용. 간단한 프레스 브레이크 툴링. 레이저 절단은 별도의 툴링이 필요하지 않습니다. |
| 부품당 비용 | 높음. 자재 낭비가 심각합니다. | 10개 이상 주문 시 가격이 저렴합니다. |
| 리드 타임(시제품) | 1 주에 2. | 3 ~ 7 일 |
| 강도 대 무게 | 맛있긴 한데, 좀 뻑뻑해요. | 훌륭합니다. 얇은 소재임에도 불구하고 하중을 효율적으로 지탱합니다. |
| 기하학적 복잡성 | 매우 높음. 언더컷, 깊은 포켓, 복합 각도. | 낮음. 구부릴 수 있는 형태로 제한됨. |
CNC 가공을 선택해야 하는 경우
베어링 구멍이 필요한 부품에는 CNC 가공을 선택하십시오. 이 구멍은 완벽하게 원형이어야 하며 요구되는 크기에서 몇 미크론 이내의 정밀도를 가져야 합니다. 결합 부품과 정확하게 정렬되는 나사산 정밀 구멍에도 CNC 가공을 선택하십시오. 평판으로 근사화할 수 없는 복잡한 3차원 형상에도 CNC 가공을 선택하십시오. 조인트 하우징, 복합 각도를 가진 센서 브래킷, 맞춤형 기어 블랭크 등에도 CNC 가공이 적합합니다.
초기 비용은 저렴합니다. 별도의 공구를 구입할 필요가 없기 때문입니다. 하지만 부품당 비용은 높습니다. 가공 부품은 단단한 블록 형태로 시작하는데, 대부분이 가공 과정에서 칩으로 변합니다. 1개에서 100개 정도의 소량 생산에는 이러한 단점이 감수할 만하지만, 그 이상의 대량 생산에는 다른 방법을 고려해야 합니다.
시트 메탈 제작을 선택하는 시기
베어링 구멍이 필요한 로봇 부품에는 CNC 가공을 선택하십시오. 이 구멍은 완벽하게 원형이어야 하며 요구되는 크기에서 몇 미크론 이내의 정밀도를 가져야 합니다. 결합 부품과 정확하게 정렬되는 나사산 정밀 구멍에도 CNC 가공을 선택하십시오. 평판으로 근사화할 수 없는 복잡한 3차원 형상에도 CNC 가공이 적합합니다. 조인트 하우징, 복합 각도를 가진 센서 브래킷, 맞춤형 기어 블랭크 등에도 CNC 가공이 적합합니다.
초기 투자 비용은 낮습니다. 별도의 공구를 구입할 필요가 없기 때문입니다. 하지만 부품당 생산 비용은 높습니다. 가공 부품은 단단한 블록 형태로 시작하는데, 대부분이 가공 과정에서 칩으로 변합니다. 1개에서 100개 정도의 소량 생산에는 이러한 단점이 감수할 만하지만, 그 이상의 대량 생산에는 다른 방법을 고려해야 합니다.
비용 및 리드타임 고려 사항
CNC 가공 시제품 제작에는 1~2주가 소요됩니다. 병목 현상은 프로그래밍 및 설정 단계에서 발생합니다. 일단 기계가 가동되면 부품 생산 속도는 빠르지만, 각 부품 제작에 상당한 기계 가동 시간이 필요합니다. 이러한 점이 높은 단가에 반영되어 있습니다.
판금 가공은 더 빠릅니다. 도면 작성부터 완제품 완성까지 3~7일이 소요됩니다. 레이저 절단도 신속하며, 벤딩 작업 또한 빠릅니다. 10개 이상 주문 시 단가가 크게 낮아집니다. 첫 번째 제품 제작에 걸리는 시간과 열 번째 제품 제작에 걸리는 시간이 동일합니다.
하이브리드 방식은 완전한 로봇 제작에 있어 가장 비용 효율적인 솔루션입니다. 정밀 가공으로 연결 부위를 제작하고, 구조 부품을 성형한 후, 볼트로 조립합니다. 이렇게 하면 전체 제작 비용이 기계 가공 방식보다 저렴하고, 전체 무게 또한 판금 방식보다 가볍습니다. 두 가지 공정을 모두 이해하는 사람은 더 나은 기계를 더 빠르게 제작할 수 있습니다.
구현된 것을 위해 NOBLE을 선택하세요 로봇 제조
단체 소개
NOBLE은 정밀 CNC 가공 전문 기업입니다. 당사는 로봇, 자동화 및 의료기기 생산 분야에서 풍부한 경험을 보유하고 있습니다.
저희는 시제품 제작과 양산 사이의 간극을 메워드립니다. 많은 기업들이 단일 프로젝트나 대량 생산 중 하나에만 특화되어 있지만, 저희는 두 가지 모두를 다룹니다. 테스트를 위한 소량 생산부터 1대부터 1,000대 이상에 이르는 중량 생산까지 모두 처리합니다. 두 경우 모두 동일한 장비를 사용하고, 동일한 품질 기준을 적용하며, 세부적인 부분까지 똑같이 신경 씁니다.
핵심 가공 기능
CNC 밀링
당사는 3축, 4축 및 5축 CNC 밀링 서비스를 제공합니다 . 주요 형상에 대해 ±0.005mm(±0.0002인치)의 정밀도를 유지합니다. 고속 가공 기능을 통해 알루미늄 및 박판 부품을 진동이나 변형 없이 가공할 수 있습니다.
CNC 터닝
저희는 Y축 가공이 가능한 라이브 툴링 선반을 보유하고 있습니다. 스위스식 자동 선반은 작고 복잡한 부품 가공에 사용됩니다. 손가락 뼈, 마이크로 샤프트, 센서 부품 등에 활용됩니다. 스위스식 선반은 봉재를 가공하여 한 번의 사이클로 완성품을 생산합니다.
지원 프로세스
표면 연삭과 원통 연삭 모두 베어링 품질의 표면 조도를 제공합니다. 연삭된 표면에서 Ra 값 0.4 마이크로미터 이하를 달성합니다.
열처리 작업은 사내에서 또는 자격을 갖춘 협력업체를 통해 수행됩니다. 당사는 어닐링, 경화 및 응력 완화 처리를 제공합니다. NOBLE은 공정 관리 및 관련 문서 작성을 모두 담당합니다.
가공 후 마무리에는 버 제거, 양극 산화 처리(투명 및 3형 경질 코팅), 스테인리스강 부동태 처리, 균일한 표면 질감을 만들기 위한 미디어 텀블링이 포함됩니다.
제품사양
ISO 9001:2015
NOBLE은 품질 경영 시스템 인증을 획득하여 제조, 검사, 배송에 이르기까지 모든 공정이 확립된 표준에 따라 관리됨을 보장합니다. ISO 9001:2015 인증은 당사 부품의 일관된 품질, 추적성 및 지속적인 개선을 보장합니다. 이는 고객이 언제나 사양을 충족하는 부품을 받을 수 있음을 의미합니다.
ISO 13485:2016
당사는 ISO 9001 인증 외에도 의료기기 제조 관리 인증을 획득했습니다. 이는 특히 로봇 수술 기구, 의료용 외골격, 재활 로봇 분야에서 매우 중요합니다. 해당 표준은 ISO 9001 단독 인증보다 더 엄격한 문서화, 체계적인 위험 관리, 그리고 철저한 공정 검증을 요구합니다. 당사는 이러한 모든 사항을 유지하고 있습니다.
FAQ
3D 프린팅이나 판금 가공보다는 CNC 가공에 가장 적합한 로봇 부품 유형은 무엇일까요?
관절 하우징, 회전축 등 베어링 구멍이나 ±0.005mm 범위의 정밀한 공차가 필요한 부품들이 여기에 해당합니다. 이러한 부품들은 하중을 지탱하고 움직이는 부품의 위치를 고정하는 역할을 합니다. 3D 프린팅은 강도가 부차적인 복잡한 저하중 브래킷에 적합하고, 판금은 형상이 단순한 외함이나 구조적 연결부에 적합합니다.
로봇 구조 부품에 어떤 재료를 추천하시나요?
6061-T6 알루미늄은 가장 널리 사용되는 소재입니다. 강도가 우수하고 가공이 용이하며 가격도 합리적입니다. 더 높은 강도가 필요한 경우에는 7075-T6를 선택할 수 있습니다. 가공성은 좋지만 가격이 더 비쌉니다. 표면 경도와 내마모성이 요구되는 접합부 하우징에는 17-4PH 스테인리스강이 일반적으로 사용됩니다. 열처리를 통해 높은 강도를 얻을 수 있고 마모에 강합니다. 경량의 비금속 부품에는 PEEK와 델린(아세탈)이 적합합니다. 이 소재들은 강성이 좋고 안정적이며 가공성이 우수합니다. 또한 부식 문제도 없습니다.
특정 부품에 대해 CNC 가공과 판금 가공 중 어떤 것을 선택해야 할까요?
대부분의 경우 간단한 규칙이 적용됩니다. 부품에 베어링 구멍이 있거나, 복잡한 3차원 형상이 있거나, 정밀한 공차가 요구되는 경우에는 기계 가공을 선택하십시오. 부품이 체결 구멍이 있는 평판이나 곡면판이고 정밀한 접합부가 필요하지 않은 경우에는 판금 가공을 선택하십시오. 부품에 두 가지 유형의 특징이 모두 필요한 경우에는 조립품으로 설계하는 경우가 많습니다. 정밀하게 가공된 코어 부분을 제작하고, 판금으로 된 쉘을 성형한 다음, 볼트로 조립하는 방식입니다.
가공 부품의 비용을 증가시키는 설계 특징은 무엇입니까?
깊고 좁은 포켓은 문제가 됩니다. 포켓 깊이가 공구 직경의 네 배를 초과하면 칩 배출이 어려워지고 공구 파손 가능성이 높아집니다. 또한 사이클 시간이 급격히 증가합니다.
날카로운 내부 모서리도 또 다른 문제입니다. 직각 내부 모서리는 특수 공구나 추가 가공이 필요합니다. 둥근 모서리는 표준 엔드밀을 사용할 수 있습니다. 가능한 한 모서리에 필렛 처리를 하는 것이 좋습니다.
모든 부품에 불필요하게 엄격한 공차를 적용하면 비용만 증가하고 가치는 추가되지 않습니다. 베어링 내경에는 ±0.005mm의 공차가 필요하지만, 외형 프로파일에는 그럴 필요가 없습니다. 기능상 필요한 경우에만 엄격한 공차를 지정하십시오.
NOBLE에서 의료용 로봇이나 수술 기기용 부품을 제조할 수 있나요?
네. NOBLE은 ISO 13485:2016 인증을 보유하고 있습니다. 이는 의료기기 품질경영표준으로, 의료용 부품 가공 분야에서 당사의 역량을 입증합니다. 당사는 이러한 제품 생산 과정에서 완벽한 추적성을 유지합니다. 자재 인증서, 검사 기록, 공정 문서 등을 통해 고객은 규제 기관 제출에 필요한 모든 자료를 제공받을 수 있습니다.
품질 검사 과정이란 무엇인가요?
가공 중 검사는 기계 가공 과정 중에 이루어집니다. 작업자는 정해진 간격으로 주요 부분을 점검하고, 그 결과를 작업 현장 문서에 기록합니다.
최종 검사에는 교정된 장비가 사용됩니다. 치수 정확도 측정을 위해 CMM(좌표측정기)을 사용하고, 내경 측정을 위해 보어 게이지를, 나사산 부분을 위해 스레드 게이지를 사용하며, 복잡한 형상 및 미세한 부분을 검사하기 위해 광학 비교기를 사용합니다.
