로봇 vs CNC 머신: 현대 가공의 승자는?

로봇 가공이 CNC 머신을 공룡의 길로 몰아넣고 있습니다! 하지만 로봇이 가공용으로 정말 충분할까요?

아직 들어보지 못하셨다면, 로봇이 새로운 CNC 머신입니다!

전통적 CNC 머신이 공룡처럼 멸종할까요? (멸종이란 뜻이지, 블록버스터 영화 프랜차이즈로 부활한다는 뜻은 아닙니다. 'CNC 월드 3'가 나온다면 기꺼이 보겠지만요.)

지난 10년간 로봇은 밀링, 폴리싱, 디버링, 절단 등 다양한 작업에서 전통 공작기계를 대체하기 시작했습니다.

로봇 가공이 정말 전용 공작기계를 능가할 수 있을지 따져봅시다.

로봇 가공… 정말?

로봇 가공이 생소하다면 의아할 수 있습니다. 로봇은 강성(rigidity)이 약한데, 이는 CNC 머신의 가장 중요한 특성으로 여겨집니다. 하지만 로봇 가공은 이 단점을 상쇄할 엄청난 장점들을 가집니다.

거대한 얼음 블록이 있다고 상상해 보세요. 회사 대표의 유머러스한 얼음 조각상을 만들어야 하는데, 손으로 조각할 실력도 시간도 없습니다. 기계실엔 CNC 머신들이 있지만 모두 얼음 블록을 수용하기엔 너무 작습니다. 하지만 로봇은 있습니다.

이게 바로 로봇 가공에 완벽한 애플리케이션입니다. 기존 공작기계에 들어가지 않는 대형 공작물, 비교적 부드러운 소재, 일반 CNC로 불가능한 복잡한 가공 경로가 필요합니다. 그래서 로봇 가공은 래피드 프로토타이핑에 특히 인기입니다.

하지만 '난 얼음 조각 안 해. 우리 제품을 정밀 가공하고 싶은데 로봇 가공이 될까?'라고 생각하실 수 있습니다. 답은 '아마도'입니다.

로봇 vs CNC 머신: 5대 속성 비교

두 기술의 차이를 5가지 핵심 속성으로 비교해 보겠습니다.

1. 정밀도(Accuracy)

가공 정밀도는 CNC 머신 성능을 가늠하는 제1 척도입니다. 머신이 정밀하지 않으면 품질 제품을 어떻게 만드나요?

공작기계 정밀도는 계속 향상되어 고급 머신은 20~50μm, '세계에서 가장 정밀한 선반'(2001년 제작, 아직 깨지지 않음)은 0.2μm를 달성합니다.

로봇 정밀도도 최근 몇 년간 개선되었습니다. 산업용 로봇은 반복정밀도 근접까지 보정 가능합니다. 예: KUKA KR210(반복정밀도 100μm)을 200μm 정밀도까지 보정 가능.

단, 로봇 정밀도는 좋은 보정에 의존합니다('오프라인 프로그래밍은 정말 정확한가?' 참고). 보정이 사용자 몫이라 로봇 업계는 '정밀도'보다 '반복정밀도'를 강조하는 경향이 있습니다.

승자: CNC 머신

2. 작업 공간(Workspace)

작업 공간 면에서도 인상적인 CNC 머신들이 있습니다. 코끼리보다 큰 평판 머신도 봤습니다. 하지만 대다수는 훨씬 작습니다.

산업용 로봇은 대체로 큰 작업 공간을 가집니다. 중형 로봇의 작업 반경은 7~8㎥. 게다가 외부 축을 추가해 작업 공간을 더 확장하기 쉽습니다.

승자: 로봇 가공

3. 다재다능함(Versatility)

로봇의 최대 장점은 다재다능함입니다. 작업을 쉽게 전환할 수 있습니다. CNC 머신은 밀링, 터닝, 드릴링 등 한 가지 특정 작업에 특화됩니다. 로봇은 이 모든 것과 그 이상을 수행합니다.

로봇은 대부분 CNC 머신보다 복잡한 경로 이동이 가능합니다. CNC는 보통 3~4 자유도(DoF)지만, 거의 모든 산업용 로봇은 6 DoF로 거의 모든 형상 가공이 가능합니다.

승자: 로봇 가공

4. 강성(Rigidity)

공작기계의 강성은 정밀도에 직접 영향을 줍니다. 강성이 낮으면 단단한 소재 가공 시 툴이 밀려 부정확한 절삭이 발생합니다. 로봇은 일반적으로 기존 공작기계보다 훨씬 낮은 강성을 가집니다. 로봇 강성은 보통 1 N/μm 미만, CNC 머신은 50 N/μm 이상.

낮은 강성은 낮은 고유 진동수를 의미해 소재 접촉 시 진동이 발생합니다. 로봇 고유 진동수는 10~20Hz, 공작기계는 수백~수천 Hz.

로봇 가공은 폼, 목재, 플라스틱 등 연질 소재엔 탁월하지만, 강철·티타늄 등 경질 소재는 로봇 모터에 백래시를 일으켜 정밀도를 떨어뜨립니다.

승자: CNC 머신

5. 경제성(Affordability)

공작기계와 로봇 모두 고가일 수 있습니다. 하지만 로봇은 두 가지 명확한 비용 우위가 있습니다: 거대한 작업 공간과 다재다능함. (사실상) 어떤 크기, 형상, 복잡도의 물체든 가공 가능해 동일한 비용으로 더 큰 가치를 제공합니다.

벨기에 몽스 대학 연구진 추산에 따르면, 동일 작업 공간 기준 로봇이 공작기계보다 30% 저렴합니다.

승자: 로봇 가공

결론

'로봇이 CNC 머신을 능가할 수 있는가?'라는 질문에 답은 분명한 '예'입니다.

단, 전제 조건이 있습니다: '능가한다'의 정의가 여러분 애플리케이션에 무엇을 의미하느냐에 달려 있습니다.

고정밀·고강성이 필수라면 CNC 머신을 따라올 수 없습니다. 하지만 다재다능함, 대형 작업 공간, 경제성이 중요하다면 로봇 가공이 정답입니다.

로봇 가공을 내 것으로 만드는 법

로봇 가공은 쉽습니다. 단, 올바른 프로그래밍 소프트웨어가 있어야 합니다. RoboDK에는 내장 로봇 가공 툴이 있어 CAM 생성 ASM 파일이나 G코드를 로봇 경로로 변환합니다. 영상 데모를 확인하세요.

가공 전용으로 설계된 로봇(강성·정밀도 향상)도 지원합니다: Stäubli RX170 hsm, ABB IRB 6660, KUKA KR 500-3(머신 툴 버전) 등. 이 모델들과 수백 종 로봇이 로봇 라이브러리에 있습니다.

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