CNC 자동선반 스마트 기술 개요
CNC 자동선반은 소재를 자동 공급해 직경이 작은 소형부품의 정밀 가공과 대량 생산이 가능하다. 자동차, 통신·전자, 유공압, 의료 부품 등 각종 산업용 부품 가공에 많이 사용되고 있다.
CNC 자동선반 스마트 기술은 <그림1>과 같이 첨단제조 공정장비 기술 분류상 ‘초정밀/미세 가공공정·장비’와 ‘스마트장비/시스템’ 기술에 해당한다.
국내 초정밀/미세 가공공정·장비 분야의 기술수준은 최고 기술국인 일본 대비 88% 수준(1년 기술격차)이며, 스마트장비/시스템 분야의 기술수준은 최고 기술국인 유럽 대비 90% 수준(0.8년 기술격차)이다.
이처럼 초정밀 부품과 복잡 형상 부품 가공용 CNC 복합 자동선반의 경우, 핵심 원천기술과 주요 부품의 기술수준은 선진국에 비해 미흡해 대부분을 수입에 의존하는 상황이다. 개선을 위해서는 초정밀 제품 가공과 복잡 형상 제품 가공을 위한 요소 부품및 Unit 고도화, 머신러닝 기반의 스마트 기술개발이 필요하다.
TC 39, ISO/TC 213이 있으며, 스마트 기술개발(자동화 시스템·데이터 제어 등) 관련 기술위원회는 ISO/TC 184, IEC/TC 77이 있다.
ISO/TC 4/SC 8에서는 구름베어링 1) 의 하중 등급 및 수명 분야 등 총 16종 발간 및 5종 개발이 진행 중이며 현재 독일이 간사를 담당하고 있다. ISO 14728 시리즈에서 직선운동 구름베어링의 성능평가(하중·수명)를 다루고 있다.
ISO/TC 4/SC 11에서는 직선운동 구름베어링 분야 등 총 7종 발간과 1종을 개발하고 있으며 간사국은 중국이다. ISO 12090 시리즈에서 직선운동 구름베어링용 프로파일 레일 가이드(경계 치수 및 공차)를 다룬다.
ISO/TC 39는 스위스가 간사국을 담당하며, 금속·목재에 대해 작업하는 모든 공작기계의 표준 제정을 맡고 있다. 산하 분과위원회 중 SC 2(공작기계 시험방법)와 SC 10(공작기계 안전)이 가장 활발히 활동하고 있으며, ISO/TC 39/SC 2에서는 수치제어 선반 관련 금속 절삭 공작기계의 테스트 조건 등 총 71종 발간, 6종의 개발을 진행하고 있다. 현재 오스트리아가 간사를 담당 하고 있다.
자동화 시스템 및 통합 분야를 담당하는 기술위원회 ISO/TC 184는 SC 1, SC 4, SC 5로 이루어져 있다. ISO/TC 184/SC 1에서는 산업용 사이버 및 물리적 장치 제어 등 총 28종 발간, 5종을 개발 중으로 간사국은 독일이다. ISO 23570-1에서 센서 및 액추에이터 요소의 상호 연결을 지정, ISO 14649-12와 ISO 14649-121에서는 각각 수치제어기와 프로그래밍 시스템 간의 인터페이스 및 공구 데이터에 필요한 데이터 요소를 규정한다.
IEC/TC 77은 전자파적합성 등 총 18종을 발간했고, IEC 6100 시리즈에서 전자파적합성에 대해 규정하고 있다.
우리나라는 스마트제조혁신추진단을 통해 스마트공장 지원사업을 추진, 스마트공장 표준의 연구개발·보급사업 및 국제표준화 활동 등을 수행 중이다. 「소재·부품·장비 핵심전략기술 확대 개편(2022.10.18.)」을 통해 고정밀 직선이송 부품 제조 기술 등의 개발을 지원하고 있으며, 한국트라이볼로지학회는 과거 JIS 표준의 단순 번역 수준에서 최근 수년간의 노력을 통해 표준 개정과 ISO 표준 부합화 등을 진행 중이다.
한편 공작기계 분야 KS표준은 주로 일본의 JIS 표준을 참조해 제정해왔지만, 현재는 한국공작기계산업협회를 중심으로 ISO 부합화 원칙에 의거, 많은 ISO 표준이 부합화되어 제정되었다.
기술개발에 도움이 되는 주요 표준
자동선반 부품·모듈 기술개발 및 스마트 기술개발 관련도가 높은 국제표준은 <표2>와 같으며, 이 중 다음 <표3>과 같은 주요 표준은 기술개발 간 참조 및 활용이 가능하다.
자동선반 부품·모듈 기술개발 및 스마트 기술개발 관련도가 높은 국내 KS표준 목록은 <표4>와 같으며, <표5>의 표준은 기술 개발 간에 참조 및 활용이 가능하다.
CNC 자동선반 기술개발 제언
CNC 복합 자동선반 스마트 기술개발을 위해서는 CNC 복합 자동선반 부품·모듈 개발 및 고도화 기술개발, 머신러닝 기반 스마트 솔루션 적용 CNC 복합 자동선반 개발 및 실증이 중요하다.
이와 관련하여 구름베어링의 하중 등급 및 수명 분야(ISO/TC 4/SC 8)와 직선운동 구름베어링(ISO/TC 4/SC 11) 분야는 각각 독일과 중국 주도로 개발하고 있다. 공작기계(ISO/TC 39) 분야와 금속 절삭 공작기계의 테스트 조건(ISO/TC 39/SC 2) 분야는 각각 스위스와 오스트리아의 주도로 개발 중이다. 치수 및 기하학적 제품사양 및 검증(ISO/TC 213) 분야는 영국 주도로 개발하고 있다. 반면, 우리나라는 기술개발 관련 상기 분야의 국제표준화 활동이 미진하므로 이에 대한 개선책 마련이 필요하다고 판단된다.
산업용 사이버 및 물리적 장치 제어(TC 184/SC 1) 분야의 국제표준은 독일이 주도하고 있으며, 우리나라는 전자파적합성(IEC/ TC 77) 분야의 국제표준화 활동에 적극적이다.
현재 CNC 복합 자동선반 스마트 기술개발 관련 구름베어링, 공작기계(수치제어 선반), 자동화 시스템 및 통합 분야에서 용어, 요소 부품의 측정·특성 평가, 설계 및 완제품의 성능 평가방법 등과 같이 관련 표준이 제정된 상태다.
국내에서는 국제표준의 부합화 표준개발 이외에 스마트공장 표준, 리니어 모션 가이드의 신뢰성 평가기준, 다축 자동 선반의 시험 및 검사방법 등의 제정이 완료됐다.
앞서 살펴본 국내외 표준을 기술개발 간에 참고 및 활용해 국내 관련 산업의 대외 경쟁력 제고에 도움이 되기를 기대한다.