이 연재 기사에서는 펠릿이 부품으로 변환되는 성형 공정의 각 단계를 설명합니다. 이번 기사에서는 금형 개방, 부품 배출, 그리고 부품을 떨어뜨리거나 진공 흡입하거나 집어내는 등 자동화 기술에 대해 중점적으로 다룹니다. 성형 업체의 로봇 기술과 로봇 팔 끝단 툴링(EOAT)의 조합은 금형 설계, 사이클 시간 및 비용에 직접적인 영향을 미칩니다. 여기서는 로봇을 사용하여 금형에서 부품을 집어내는 방식을 살펴보겠습니다.

모든 프로젝트의 목표 중 하나는 관련된 모든 당사자가 소통하고 협력하여 최상의 계획을 수립하는 것입니다. 이는 여러 가지 이점 외에도 올바른 자동화 장비를 구매하는 데 도움이 됩니다. 로봇에는 여러 종류가 있으며, 업계 표준으로는 두 가지가 있습니다.선의그리고관절형선형 로봇은 일반적으로 가격이 저렴하고 금형에서 부품을 더 빠르게 제거할 수 있으며 프로그래밍이 더 쉽습니다. 그러나 부품의 관절 가동 범위가 제한적이어서 성형 후 공정에는 적합하지 않습니다. 선형 로봇은 직선 방향으로 움직이기 때문에 X, Y 또는 Z 평면으로 제한되는 경우가 많으며 사람 팔처럼 자유로운 위치 조정을 제공하지 못합니다. 선형 로봇은 프레스의 작업자 측 또는 비작업자 측, 혹은 프레스 끝단(L 마운트)에 설치할 수 있습니다.

관절형 로봇은 다기능성을 갖추고 있으며, 특히 성형 후 공정에 유용하고 사람 팔과 같은 유연성 덕분에 좁은 공간에서도 작업이 가능합니다. 일반적으로 기계 옆 바닥이나 기계에 고정된 플래튼에 설치됩니다. 예를 들어, 조립이나 포장과 같은 성형 후 공정에서 관절형 로봇은 부품이 작업에 필요한 위치에 정확하게 위치하도록 궤도 운동을 할 수 있습니다. 그러나 이러한 로봇은 더 많은 공간을 필요로 하며, 궤도 운동으로 인해 프로그래밍이 더 어려울 수 있습니다. 또한 일반적으로 가격이 더 비싸고 금형에서 부품을 분리하는 속도가 느립니다.

EOAT또 다른 중요한 요소는 가격입니다. 성형업체는 종종 가장 저렴한 EOAT 구성을 선택하는데, 이로 인해 공정 허용 오차 범위 내에서 작동하는 데 필요한 공차를 유지할 수 없는 부정확한 설계가 나올 수 있습니다.

손목 움직임로봇 설계 시 고려해야 할 또 다른 사항은 회전각입니다. 전통적인 선형 로봇은 수직에서 수평으로 90도 회전하는 공압식 회전 기능을 제공하며, 이는 대부분의 픽앤플레이스(pick-and-place) 작업에 충분합니다. 그러나 성형 후 작업이나 금형에서 부품을 분리하는 작업에는 추가적인 자유도가 필요한 경우가 많습니다. 최근 자동화 애플리케이션에서는 금형 도면에 없는 세부적인 설계가 필요한 부품이 있는데, 이 경우 로봇이 부품을 금형에서 "살짝 흔들어" 분리해야 합니다. 이를 위해서는 선형 로봇의 수직 암 끝에 2축 관절 운동을 추가하는 서보 손목이 필요합니다.

로봇에 장착되는 손목의 유형은 금형 설계에 직접적인 영향을 미칠 수 있습니다. 예를 들어, 금형 개방 거리(일명 데이라이트)에 영향을 주는데, 이는 로봇이 부품을 제거하기 위해 금형을 충분히 열기 위해 필요한 선형 클램프 스트로크 양입니다. 인서트 성형에 사용되는 양방향 손목 설계는 데이라이트 개방을 25%까지 최소화하고, 프로그래밍을 간소화하며, 금형 개방 시간을 단축하여 사이클 시간을 개선할 수 있습니다.

손목 옵션 선택 시 고려 사항에는 토크 요구 사항, 손목 무게, 탑재물(부품 및 이동 장치) 무게, 손목, 탑재물 및 이동에 필요한 추가 여유 공간이 포함됩니다. 간단히 말해, 손목 선택은 주로 적용 분야의 요구 사항에 따라 결정되지만, 때로는 과도한 토크나 최소한의 여유 공간 요구 사항이 선택에 더 큰 영향을 미칠 수 있습니다. 이러한 사실은 종종 간과되어 부품의 조기 고장이나 자동화 시스템의 완전한 오작동으로 이어집니다.

허용 오차자동화 셀 설계에서 또 다른 고려 사항은 로봇의 작동 위치 공차입니다. 로봇은 정해진 작동 위치 공차를 가지고 있지만, 셀 전체의 공차 누적이 최종 부품 출력의 제어 허용 오차를 훨씬 초과하는 경우가 많기 때문에 일반적으로 셀 내의 위치 정확도를 이 공차에만 의존할 수는 없습니다. 또한 로봇이 움직이는 기계 위에 있다는 점도 명심해야 합니다. 따라서 엄격한 공차를 요구하는 자동화 셀의 경우, 로봇을 EOAT(End-of-Arm Tool)의 운반체로만 간주하여 공차 누적에서 로봇을 제외하는 것이 좋습니다. 이 경우 EOAT, 금형 및 자동화 지그는 독립적인 시스템의 작동 부품으로 간주됩니다. 더욱 엄격한 공차를 확보하기 위해, 세 부분으로 구성된 독립 시스템의 각 부품 간의 기준 위치를 정확하게 설정하기 위해 위치 결정 핀이 자주 사용됩니다.

진동위치 공차를 유지하는 데 있어 가장 큰 어려움은 흔히 발생하는 문제입니다. 기계 플래튼에 장착된 로봇 아래에는 움직이는 기계 부품이 있기 때문에 위치 공차를 일정하게 유지하는 것이 어렵다는 것은 당연한 일입니다. 작동 중인 성형기의 힘은 사인 곡선을 따라 이동합니다. 이 사인 곡선이 EOAT(End of the Air Toxic Test, 기계 상단 접촉면)에서 끝나는 지점에서는 고주파 진동이 발생합니다.

이유는 다음과 같습니다. 성형기의 사인 곡선 운동은 금속 덩어리를 통해 전달되는데, 질량이 클수록 저주파 진동이 커지고, 질량이 작을수록 고주파 진동이 커집니다. 이 사인 곡선 진동이 고정된 플래튼에서 로봇 라이저, 이동 빔, 킥 스트로크, 수직 암을 거쳐 EOAT(End-of-Task Tool)까지 전달되는 동안 질량은 기하급수적으로 감소하고, 이로 인해 진동이 과도하게 증가합니다. 해결책은 로봇에 비례하는 충분한 질량을 가진 지지 다리를 추가하여 진동을 지면에 전달하는 것입니다. 이렇게 하면 진동력이 바닥의 진동 방지 패드로 전달될 수 있는 경로가 제공됩니다. 지지 다리가 클수록 질량이 커지고, 이동이 수월해지며 진동이 줄어듭니다.

이러한 기본적인 로봇 고려 사항은 성형 팀이 완벽하고 일관된 성형 공정을 제공하는 데 도움이 될 것입니다.