Servo Press Assembles Fine and Large Parts at the Same Time

한 사용자가 매우 작은 금속 부품과 두껍고 거대한 구성부품 모두 크림핑(crimping), 즉 소성 변형을 통한 접합을 통해 단일 하위 부품으로 만들 수 있는 단일 프레스를 제공하기 위해 IEF-Werner GmbH를 찾았습니다. 독일 푸르트완겐(Furtwangen)에 위치한 이 자동화 전문업체는 압축력이 12kN인 aiPRESS 서보 프레스 시리즈로 이러한 기기 요건을 충족할 수 있었습니다. 이 솔루션은 필요한 힘과 매우 높은 정확도를 구현합니다. 사용자들은 적은 투자비로 단시간에 양질의 재현 가능한 접합할 수 있는 단일 시스템을 원합니다.

제조업체들은 경쟁력을 유지하기 위해서는 더 유연하게 고객 주문에 대응해야 합니다. 신제품 또는 제품 버전의 출시 간격이 전보다 짧아지면서 기기에 대한 요구도 증가하고 있습니다. 구조, 크기 또는 두께가 크게 다른 재료를 시스템에서 가공해야 합니다. 그러나 새로운 시스템은 값이 비싸며, 설치 후에는 최대 용량으로 사용해야 합니다. 의료 엔지니어 부문의 한 사용자는 서로 상당히 다른 구성부품을 변형시켜 서브어셈블리를 생산해야 하는데, 이때 서로 다른 압축력을 가해야 하는 문제가 있었습니다. 이 서브어셈블리는 매우 작은 금속 부품과 두껍고 커다란 구성부품으로 구성되었습니다. IEF-Werner GmbH의 서보 프레스 제품 책임자인 Frank Neugart는 “이 작업에는 두 공정 단계를 매우 정확하게 실시할 수 있는 프레스가 필요했습니다”라고 설명했습니다. 게다가 이 유연한 솔루션은 훨씬 더 강한 힘이 사용될 가능성이 있는 향후 주문의 요건도 충족할 수 있을 만큼 커야 했습니다. 이 방식은 특히 기기 간소화의 측면에서 합리적인 접근방식이었습니다. 두 공정 단계 모두 구성부품의 크림핑 과정이 들어갔습니다.

 

 

Frank Neugart, IEF-Werner GmbH 의 제품 매니저

“서보 기술로 공정을 제어하여 필요한 오프셋을 몇 마이크로미터의 정확도로 달성할 수 있습니다.” IEF-Werner GmbH의 서보 프레스 제품 책임자 Frank Neugart

다양하게 활용할 수 있는 단일 프레스

IEF-Werner의 엔지니어들은 이 작업을 면밀히 살핀 후에 압축력이 12kN인 aiPRESS 시리즈의 서보 프레스 기기를 납품했습니다.

 

Frank Neugart는 “이 시리즈는 자동 고정밀 접합 공정을 재현할 수 있습니다”라고 설명했습니다.

 

"이 시스템은 유연하게 설계되어, 조립 라인뿐만 아니라 수동 작업장에서도 통합할 수 있습니다. 이 용도에서 서보 기술은 큰 장점을 발휘합니다. 이 기술을 사용하여 속도 같은 매개변수를 설정할 수 있습니다. 구동력이 스핀들에 작용하기 때문에 필요한 정밀도에 따라 매우 짧은 사이클 시간을 구현할 수 있습니다”라고 Frank Neugart는 말했습니다.

공구강(tool steel) 재질로 비틀림에 강한 커다란 C 프레임이 프레스의 베이스를 이룹니다. 이 시스템은 압축 공정의 측정 시스템 기계적 분리에서 힘 전달 부품에 영향을 주는 변형, 휨 또는 세팅 공정이 없고, 이런 공정을 서보 제어로 보상합니다.

드라이브 트레인은 횡력을 완전히 흡수할 수 있는 전동축 가이드, 정밀 스핀들, 서보 모터로 구성됩니다. aiPRESS의 정밀 가이드는 전체 듀티 스트로크에서 드라이브 트레인을 정확하게 유지시킵니다. Frank Neugart는 “전동축 편향에 의한 배치 오차가 생기지 않습니다”라고 말했습니다. 구성 시스템을 이용해 드라이브 트레인을 필요한 힘 범위로 조정할 수 있습니다. 따라서 서보 드라이브가 항상 최적의 작동 조건에서 작동합니다. 이 사용자는 공급력, 이송 속도, 배치 시간, 특정 용도의 정확도 같은 공정 요인을 조정할 수 있습니다.

 

 

The aiLIGHT process visualization indicates different work conditions through energy-efficient, four-color LED technology.
aiPRESS with an automatic protective cover and aiQ-CONTROL software

우수한 품질의 접합

Frank Neugart는 "두 공정 단계 모두 정밀하게 구현되도록 두 가지 확장형 작동 범위가 있는 압전 힘 센서를 aiPRESS에 장착했습니다.

이 둘이 센서에서 파라미터 전환을 통해 정확한 측정을 보장합니다"라고 설명했습니다. IEF-Werner는 HBM 테스트 및 측정(HBM) 팀과 긴밀한 협력을 통해 이 세부 범위 보정을 구현했습니다.

압전 센서는 특히 측정 범위가 매우 클 때 스트레인 게이지에 기반하는 센서를 대신할 수 있습니다. 압전 포스 트랜스듀서를 사용하면 몇 N에서 수 kN까지 이르는 힘 범위를 획득할 수 있습니다. 필요한 보정만 완료되면 단일 센서를 여러 힘 범위에서 사용할 수 있습니다.

IEF-Werner는 HBM의 CFT/25kN 피에조 힘 센서 를 사용합니다. 이 센서는 프리스트레싱과 보정을 거친 후에 출고되기 때문에 바로 사용할 수 있습니다. 25kN 용량 CFT 센서의 중심은 갈륨 포스페이트(gallium phosphate) 결정으로 구성됩니다. 이 재료는 많이 사용되는 석영보다 센서 감도가 2배입니다. 드리프트와 잡음이 적어 사용 가능한 측정 범위가 상당히 넓습니다. 이 센서는 특히 잡음이 없는 케이블을 사용하여 CMD 600 차지 앰프 에 연결됩니다. CMD 600은 프로그래밍 가능 매개변수 집합이 2개이고, 대역폭이 매우 높고, 드리프트가 매우 낮아 까다로운 측정 작업에 이상적입니다. 

IEF-Werner는 이 사용자와 함께 다른 용도에서도 사용할 수 있는 특수 프레싱 공정을 개발했습니다. 접합 공정에서 서보 모터로 구동되는 프레싱 펀치가 처음에 아래로 빠르게 이동하며 구성부품에 닿습니다. 이후에는 공정 속도가 느려집니다. 일반적으로 이 시스템은 압축력과 접합할 구성부품의 위치를 측정합니다. 그 특수한 구조 때문에 aiPRESS는 작은 금속 부품을 최대 3,000N의 힘으로 ±15N 미만의 정확도로 크림핑합니다. Frank Neugart는 “일반적으로 이런 구성품들은 기껏해야 500~600N이 사용됩니다. 따라서 우리는 양질의 접합 공정을 보장할 수 있습니다”라고 말했습니다. 두 번째 공정 단계에서는 서보 프레스가 더 커다란 부품을 6,000N으로 ±30N 미만의 정확도로 크림핑합니다.

 

 

CFT sensor with 25 kN capacity
CMD 600 charge amplifier

취급 편의성

인체공학과 사용 측면에서 최대한 편리한 설정과 제어 개념을 구현하기 위해 IEF 개발자들은 aiPRESS 그래픽 사용자 인터페이스에 자체 프레싱 공정용 운영체제를 탑재했습니다. aiQ-CONTROL이 운영체제의 핵심입니다. 이 힘-경로 모니터는 프레싱 공정을 그림으로 표현하며 그 진행 과정을 모니터링합니다. 이 모니터에는 포락선, 창, 힘-경로 장벽과 같은 다양한 기능이 있습니다. 이 모니터를 통해 언제라도 상호 관련된 측정량을 볼 수 있습니다.

그리고 aiLIGHT 지능형 공정 시각화 기능도 있는데, 이것은 에너지 효율이 우수한 4색 LED 기술에 기반합니다. 이것은 재료의 반사 특성을 이용해 조명 색상 코드로 조작자와 상호작용합니다. 필요한 모든 정보를 제공합니다. 밝은 백색은 구성품의 설정 또는 삽입을 지원합니다. 청색 조명은 구성품이 프레싱 중임을 나타냅니다. 결과가 양호하면 LED가 녹색으로 켜집니다. 양호하지 않으면 적색으로 켜집니다. 프레스 상단에 통합된 적색 조명 기능도 프레싱 결과의 품질을 나타내며 모든 방향에서 선명하게 볼 수 있습니다. 따라서 프레싱 결과를 평가하기 위해 사용자 인터페이스에서 정보를 검색할 필요가 없습니다. 조작자가 프레싱 곡선을 보기 위해 현재 작업에서 시선을 뗄 필요가 없습니다. 따라서 작업에 방해를 받지 않고 편안하게 집중할 수 있어 작업 효율이 향상됩니다.

 IEF-Werner의 서보 프레스 시리즈 개발에서 중요한 측면 또 하나는 에너지 효율적인 작업입니다. 한 근무조 작업에서 전체 시스템에 드는 에너지는 일반적인 60W 전구의 에너지 밖에 안 됩니다. 진공 또는 압축 공기 공급장치가 aiPRESS 시리즈 전동축에 직접 통합되어 있습니다. 따라서 이 장비에 외부 공급 케이블을 연결할 필요가 없습니다. 전체 시리즈에서 200N부터 30kN의 힘 범위를 사용할 수 있습니다.

 특히 이 프로젝트에서 aiPRESS 시리즈의 또 다른 장점은 다음과 같습니다. “눈에 보이는 모든 부품은 스테인리스 스틸 재질입니다. 설비가 클린룸에 있는 경우 작업 영역을 완벽하게 세정할 수 있습니다”라고 Frank Neugart는 말했습니다. 그리고 사용자가 향후 주문에서 더 강한 힘이 요청할 경우 최대 12kN까지 힘을 확장하여 프레스를 재구성하고, 변경된 힘에 맞게 간단하게 조정할 수 있습니다.

 

 

고객

IEF Werner는 최고 정밀도를 갖는 동적 이송부터 강력한 이동까지 각 작업에 필요한 정교한 자동화 구성품으로 구성된 광범위한 제품 라인을 보유하고 있습니다. 이 회사는 35년 이상 자동차, 의료, 전기, 정밀 엔지니어링, 반도체, 식품 산업 등 다양한 산업 부문에서 사용되는 전문 자동화 시스템을 생산해왔습니다.

www.ief-werner.de/en

 

 

 

Images: IEF-Werner GmbH

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