자동화 기계용 금속 부품을 설계하는 방법?

자동화된 조립을 개선하는 설계 기능

사소한 설계 조정만으로도 효율성이 크게 향상됩니다. 이러한 조립 지향적인 디테일 덕분에 로봇은 최소한의 고정 장치 조정으로 원활하게 작업할 수 있습니다.

구멍, 슬롯 및 탭 최적화

구멍과 슬롯은 단순히 기능적인 측면을 넘어 기계가 부품을 얼마나 쉽게 찾고, 잡고, 정렬할 수 있는지를 정의합니다.

잘못 배치된 홀은 생산 리듬을 깨뜨릴 수 있습니다. 잘 설계된 홀 및 슬롯 시스템은 반복성을 개선하고 픽스처 의존성을 줄입니다.

자동화 친화적인 기능을 위한 설계 원칙:

• 성형 공정 중 균열을 방지하기 위해 재료 두께의 1.5-2.0배의 가장자리 거리를 유지합니다.
• 자동 삽입 도구와 호환되는 표준화된 직경(4, 6, 8mm)을 사용합니다.
• 로봇의 빠른 방향 설정을 위해 일반적인 기준점을 따라 구멍을 정렬합니다.
• 조립 중에 공차를 흡수할 수 있도록 슬롯 너비를 균일하게 유지합니다.

💡 디자인 팁: 정렬 탭을 추가할 때는 대칭 지점에 배치합니다. 로봇은 기하학적 균형을 사용하여 부품 방향을 더 빠르게 결정합니다.

탭 앤 슬롯 어셈블리와 같은 자체 위치 지정 기능을 사용하면 픽스처 요구 사항을 최대 35%까지 줄일 수 있으므로 로봇이 한 번의 패스로 정렬과 결합을 모두 수행할 수 있습니다. 얇은 게이지 판금 프레임의 경우 이 설계 방식을 사용하면 보조 지그가 필요 없는 경우가 많습니다.

⚠️ 일반적인 실수: 정렬을 위해 장식용 또는 비표준 컷아웃을 사용합니다. 머신 비전 시스템은 불규칙한 모양을 감지하는 데 어려움을 겪기 때문에 사이클 시간이 느려집니다.

공차 및 데이텀 제어

공차는 부품이 얼마나 안정적으로 장착되는지, 자동화가 얼마나 원활하게 수천 번 반복되는지를 결정합니다.

너무 꽉 조이면 부품이 걸리거나 변형되고, 너무 느슨하면 진동에 덜컹거리거나 검사에 실패합니다.

자동화된 허용 오차 계획을 위한 모범 사례:

• 위치 지정, 구부리기, 결합을 위한 명확한 기본, 보조, 3차 기준점을 정의하세요.
• 중요한 경우가 아니라면 ±0.05mm의 불필요한 공차는 피하고, 로봇 용접이나 굽힘에는 ±0.1~0.2mm가 적합한 경우가 많습니다.
• CAD에서 허용 오차 스택업을 시뮬레이션하여 생산 전에 누적 오류를 예측합니다.

로봇 조립 연구에서 일관된 데이텀 체계를 유지하면 픽스처 설정 시간을 20-25 % 단축하고 첫 번째 아티클 검사 시 합격률을 향상시킬 수 있습니다.

💡 디자인 팁: 듀얼 암 로봇으로 조립하는 부품의 경우 양쪽 축을 따라 키 데이터를 정렬하여 보정을 간소화하고 비전 보정 루프를 줄입니다.

패스너 및 조인트 선택

적절한 접합 방법을 선택하면 자동화 처리량을 획기적으로 개선할 수 있습니다. 수동 체결 단계는 생산 속도가 느려지는 반면, 자동화 친화적인 조인트는 일관된 사이클 타이밍을 유지합니다.

권장 고정 및 결합 방법:

• 셀프 클링킹 패스너(PEM/리벳 너트): 로봇 프레스에 이상적이며, 토크 편차를 없애고 반복 가능한 풀아웃 강도를 제공합니다.
• 스폿/심 용접: 일관된 전기 접촉은 동일한 용접 비드를 보장하여 안정적인 조인트 관통과 무결성을 제공합니다.
• 탭 앤 슬롯 조인트: 기계적으로 빠르게 정렬할 수 있어 별도의 위치 고정 장치가 필요하지 않은 경우가 많습니다.
• 스냅핏 또는 래치 시스템: 빠른 조립이 하중을 견디는 것보다 중요한 경량 커버 또는 패널에 적합합니다.

대량 생산에서 자동화된 화스너 삽입 시스템은 시간당 1,000~1,200개의 부품을 % 미만의 편차로 처리할 수 있습니다. 동일한 나사 길이, 나사산, 헤드 스타일을 사용하여 하드웨어 유형을 표준화하면 공구 교체 시간과 프로그래밍 노력이 더욱 줄어듭니다.

⚙️ 셍겐 인사이트: 생산 라인에서 수동 너트 용접에서 로봇 PEM 삽입으로 전환하여 총 조립 시간을 42 % 단축하고 용접 후 왜곡 문제를 제거했습니다.

프로토타입에서 프로덕션까지 자동화 통합

설계 검증은 개념과 규모를 연결합니다. 이 단계에서는 작동 중인 프로토타입을 안정적이고 대량 생산이 가능한 자동화된 프로세스로 전환합니다.

초기 DFM 및 시뮬레이션

우수한 자동화는 초기 검증에서 시작됩니다. DFM 검토는 한 장의 판재를 절단하기 전에 성형 한계, 공구 도달 범위, 공차 스택업을 강조합니다. 또한 가상 시뮬레이션을 통해 로봇의 동작 경로, 굽힘 각도, 용접 접근성을 실제 시험을 시작하기 훨씬 전에 확인할 수 있습니다.

DFM 유효성 검사를 위한 모범 사례

• 굽힘 및 스프링백 각도를 시뮬레이션하여 성형 안정성을 확인합니다.
• 로봇 용접 경로를 검증하여 안전거리와 접근성을 확보합니다.
• 디지털 픽 앤 플레이스 시뮬레이션을 실행하여 방향 문제를 감지합니다.

조기 시뮬레이션은 실제 비용을 절감합니다. DFM 검증을 활용하는 공장은 엔지니어링 변경 지시를 30~501% 줄이고 생산 준비 기간을 20~301% 단축할 수 있습니다.

💡 디자인 팁: CAD를 마무리하기 전에 빠른 DFM 검사를 실행하세요. 굽힘 반경을 디지털 방식으로 수정하는 데는 몇 분이면 충분하지만, 툴링 후 수정하는 데는 몇 주가 걸립니다.

프로토타입 실행을 통한 자동화된 단계 검증

시뮬레이션을 하더라도 실제 프로토타입이 진실을 말해줍니다. 엔지니어는 소량의 파일럿 배치를 통해 굽힘 정확도, 정렬 적합성 및 재료의 실제 성능을 검증할 수 있습니다. 이 단계에서는 디지털 모델이 놓칠 수 있는 왜곡, 공급 문제 또는 그립 불일치를 발견할 수 있습니다.

프로토타입 실행 목표

• 구멍 왜곡, 스프링백 및 용접 품질을 확인합니다.
• 고정 장치 정렬 및 조립 방향을 확인합니다.
• 로봇 보정 및 반복성을 위한 통계 데이터를 수집합니다.

검증된 프로토타입은 일반적으로 이후 단계에서 스크랩을 30~40%까지 줄입니다. Shengen에서는 자동화를 확대하기 전에 파일럿 실행을 기본으로 하며, 엔지니어는 실시간 공정 데이터를 사용하여 성형 각도와 공급 압력을 미세 조정하여 대량 생산으로 보다 원활하게 전환할 수 있습니다.

⚠️ 일반적인 실수: "시간 절약"을 위해 프로토타입 검증을 생략합니다. 그러면 첫 번째 생산 배치가 테스트가 되고, 종종 가장 비싼 교훈을 얻게 됩니다.

확장 가능한 툴링 및 픽스처 설계

유연한 툴링은 확장 가능한 자동화의 기반입니다. 고정식 지그는 한 부품에 적합하지만, 모듈식 픽스처는 제품 수정 및 혼합 모델 생산에 큰 다운타임 없이 적응할 수 있습니다.

확장 가능한 툴링 가이드라인

• 모델에 따라 교체 가능한 로케이터 핀과 플레이트를 사용하세요.
• 퀵 체인지 클램프를 통합하여 설정 시간을 단축하세요.
• 로봇 및 수동 작업 모두에 대한 픽스처 인터페이스를 표준화하여 일관성과 효율성을 보장합니다.

이러한 전략은 교체 주기를 단축하고 장비 활용도를 향상시킵니다. 혼합 생산 환경에서 유연한 픽스처는 일관된 품질을 유지하면서 라인 효율을 25-35 %까지 향상시킬 수 있습니다.

💡 디자인 팁: 설계 단계에서 픽스처 구멍과 데이텀 패드를 계획하세요. 나중에 픽스처 호환성을 개조하면 툴링 비용이 두 배로 늘어나는 경우가 많습니다.

비용, 속도, 유연성 간의 균형

자동화는 생산 목표를 제어하는 것이 아니라 생산 목표를 달성하는 데 도움이 되어야 합니다. 반복 가능하고 안정적인 부품과 확장 가능한 대량 생산에 적용할 때 가장 비용 효율적입니다. 다품종 소량 생산 프로젝트의 경우 반자동 라인(수동 로딩과 로봇 벤딩/용접을 결합)이 속도와 투자 간의 균형을 가장 잘 맞출 수 있는 경우가 많습니다.

ROI 가이드라인

• 완전 자동화: 안정적이고 장기적인 대용량 부품에 적합합니다.
• 반자동: 유연한 빌드 또는 프로토타입 빌드에 적합합니다.
• 하이브리드 자동화: 소규모 배치에 대해 수동 감독과 자동화된 정밀도를 결합합니다.

표준 브래킷, PEM 인서트, 홀 패턴 등 표준화된 부품 라이브러리를 구축하면 제품 라인 전반에서 검증된 설계를 재사용할 수 있습니다. 이러한 일관성을 통해 설계 리드 타임을 최대 40%까지 단축하는 동시에 자동화 프로그래밍을 간소화할 수 있습니다.

결론

자동화의 성공은 사람을 대체하는 것이 아니라 더 지능적인 시스템을 설계하는 것입니다. 엔지니어가 일관성을 계획하고, 시뮬레이션을 통해 검증하고, 파일럿 실행을 통해 검증할 때 자동화는 위험이 아닌 전략적 이점이 됩니다.

자동화 기계, 로봇 시스템 또는 정밀 금속 어셈블리를 개발하는 경우, 유니티 엔지니어가 자동화 지원 구성 요소를 설계하고 검증하는 데 도움을 드릴 수 있습니다. 지금 셍겐에 문의하세요 를 통해 다음 프로젝트의 자동화 제조 효율성을 최적화할 수 있습니다.

자주 묻는 질문

금속 부품이 '자동화 지원'이 가능한 이유는 무엇일까요?

자동화 지원 부품은 일관된 형상, 명시적인 기준점 참조, 로봇 그립, 방향 및 조립을 위한 표준화된 기능을 갖추고 있습니다.

DFM은 어떻게 자동화된 생산을 개선할 수 있을까요?

초기 DFM 검토는 툴링이 시작되기 전에 형상 위험, 성형성 문제, 공차 스택을 감지하여 재작업을 30~50%까지 줄여줍니다.

자동화된 제작에 가장 적합한 소재는 무엇일까요?

냉간 압연강, 스테인리스강 304/316 및 알루미늄 5052는 안정적인 성형 특성, 내식성 및 예측 가능한 굽힘 성능으로 인해 일반적으로 사용됩니다.

자동화 환경에서 사용하기에 적합한 표면 마감재는 무엇인가요?

분말 코팅, 아노다이징 및 아연 도금은 로봇 취급을 위한 일관된 표면을 제공합니다. 설계자는 코팅이 쌓이는 것을 고려해야 합니다(측면당 ≈ 0.1mm).

로봇 공학에 가장 적합한 패스너와 조인트는 무엇인가요?

셀프 클린칭 너트, 탭 앤 슬롯 조인트, 스폿 용접을 통해 반복 가능한 토크와 정렬로 자동 조립이 가능합니다.