하이브리드 드라이브로 구현한 다축 가공 장비의 공간 절감 해법
독일의 특수기계 제조기업 ‘Wolf Maschinenbau(볼프 마쉬넨바 우)’는 중·대량 생산에 적합한 로터리·리니어 트랜스퍼 머신을 개발하는 기업이다. 이 회사는 TSM 280 로터리 트랜스퍼 머신의 차세대 모델에 AMKmotion의 하이브리드 드라이브 기술을 적용했다. 중앙 집중형 드라이브와 분산형 드라이브를 결합한 이 방식은 에너지 효율과 유연성을 높이고, 배선 작업과 제어반 공간 부담을 줄이는 사례로 주목받고 있다.
Challenge
제어반 공간과 설치 부담을 줄이는 과제
Wolf Maschinenbau는 금속 링, 봉재, 선삭 부품, 튜브, 냉간 압출 부품 등을 가공할 수 있는 로터리·리니어 트랜스퍼 머신과 주변 장비를 개발하는 기업이다. 이 회사의 장비는 자동차, 의료기 술, 전기공학 등 다양한 산업의 중소·중견 부품 공급업체에 사용 된다. 이들 업체는 높은 정밀도와 신뢰성을 요구하며, 최근에는 에너지 효율과 소량 배치 대응을 위한 빠른 셋업 전환도 중요해지고 있다.
TSM 280은 공작물을 각 스테이션으로 단계별 이송하는 로터리 인덱싱 테이블 방식의 트랜스퍼 머신이다. 인덱싱 테이블이 공작 물을 각 스테이션으로 순차 이송하고, 정지 상태의 공작물은 구동 공구에 의해 동시에 가공된다. 모듈형 설계 덕분에 개별 요구에 맞춰 공정을 구성할 수 있으며, 8개 또는 16개의 유압식 공작물 클램핑 장치를 갖춘 수직 배치 클램핑 테이블을 중심으로 구성된다.
기존 장비 세대에서는 드라이브와 제어 기술 전체가 제어반에 수용됐다. 이 방식은 설치 비용과 작업 부담을 높이고, 많은 공간을 차지했으며, 장비 복잡도에 따라 두 개의 제어반이 필요한 경우도 있었다. 이에 따라 개별 고객 요구에 맞춘 장비 구성이 어려워지는 문제가 있었다.
신규 세대 TSM 280 개발의 과제는 명확했다. 전체 솔루션을 짧은 개발 기간 안에 완성하면서도 설치 비용과 배선 부담을 줄이 고, 제한된 공간 안에서 더 유연한 장비 구성을 구현해야 했다.
▲ Wolf Maschinenbau는 TSM 280 로터리 트랜스퍼 머신에 AMKmotion의 하이브 리드 드라이브 기술을 적용했다.
Solution
중앙집중형과 분산형을 결합한 드라이브 적용
Wolf Maschinenbau는 TSM 280 신규 세대에 AMKmotion의 하이브리드 드라이브 기술을 적용했다. 이 기술은 중앙집중형 드라이브와 분산형 드라이브를 결합하는 방식이다. 일부 드라이브 구성품은 제어반에 설치하고, 다른 구성품은 기계 내부에 분산 배치함으로써 두 방식의 장점을 함께 활용한다.
핵심 구성요소는 KHY 하이브리드 디스트리뷰터, ihXT3 동기 서보모터, DT 시리즈 동기 서보모터, KE/KW 서보 드라이브 시스템이다. KHY는 다양한 신호와 공급 전압을 통합하고, 실시간 통신을 지원한다. 또한 DC 버스 전류와 분산형 구동 시스템을 모니터 링해 중앙집중형·분산형 구동부를 연결하는 허브 역할을 한다.
분산형 구동부에는 인버터가 통합된 ihXT3 동기 서보모터가 사용됐다. 이 모터는 설치 공간이 제한된 애플리케이션에 적합하며, 하이브리드 케이블 하나로 전원, STO, 24V, 통신 데이터를 동시에 전달한다. ihXT3 구성품은 데이지 체인 방식으로 연결되기 때문에 설치 작업과 배선 부담을 줄일 수 있다.
축 구동에는 고극수 DT 시리즈 동기 서보모터가 적용됐다. 이 모터는 높은 토크와 관성 모멘트에 대응하도록 설계됐으며, 큰 부하도 기어 없이 직접 구동 방식으로 가속할 수 있어 장비 전체 효율 향상에 기여한다. 중앙집중형 드라이브 영역에는 KE/KW 시스템이 적용됐다. KE는 DC 버스 전압을 생성하고 KW 인버터에 전력을 공급하는 역할을 한다.
제어 기술은 sm motion control이 담당했다. TSM 280에는 15 인치 컬러 터치 패널이 통합된 smmx.tp15hd 컨트롤러가 적용됐으며, RT Linux 기반 운영체제, CODESYS V3, 자체 CNC 코어가 결합됐다. 이를 통해 PLC, CNC, 시각화 기능이 하나의 변수 공간 에서 연동되며, 최대 16개 스테이션을 CNC 기능으로 유연하게 제어할 수 있게 됐다.
▲ 중앙집중형과 분산형 드라이브 솔루션을 결합해 장비의 유연성과 에너지 효율을 높였다.
Result
제어반 공간 절감과 유연한 다축 제어 구현
AMKmotion의 하이브리드 드라이브 기술을 적용한 결과, Wolf Maschinenbau는 TSM 280 신규 세대에서 더 컴팩트한 장비 구성을 구현할 수 있게 됐다. 추가 축을 제어해야 하는 경우에도 두번째 제어반이 필요하지 않도록 설계할 수 있으며, 배선 작업도 줄어들었다.
장비의 메인 축도 새롭게 설계됐다. 기존의 복잡한 베벨·스퍼 기어박스 대신 컴팩트한 직각형 유성기어박스를 적용해 구조를 단순화했다. 각 스테이션은 CNC 기능을 통해 유연하게 제어되며, 기능 유닛은 구성에 따라 자유롭게 설정할 수 있다.
sm motion control의 컨트롤러는 PLC, CNC, 시각화 기능을 통합해 제어 구조를 단순화했다. 과거라면 16개의 개별 컨트롤러가 필요했을 구성도 하나의 장치에서 구현할 수 있게 됐으며, 웹 시각화와 OPC UA 통신 등 선택 기능도 단일 장치 안에 통합할 수 있었다. 이는 1.6GHz 쿼드코어 프로세서의 처리 성능을 바탕으로 구현됐다.
▲ TSM 280의 각 스테이션은 CNC 기능으로 유연하게 제어되며, 공정에 맞는 기능 유닛을 선택해 장착할 수 있다.
Insight
하이브리드 드라이브는 공간 절감형 고축수 장비에 적합
Wolf TSM 280 사례는 축 수가 많고 스테이션 구성이 복잡한 장비에서 하이브리드 드라이브 방식이 제공하는 장점을 보여준다. 중앙집중형 구조는 관리가 명확하지만 제어반 공간과 배선 부담이 커지고, 완전한 분산형 구조는 전원·통신·안전 기능을 안정적으로 통합해야 하는 과제가 있다.
AMKmotion의 하이브리드 방식은 필요한 중앙 장치는 제어반에 두고, 일부 구동 기능은 기계 내부로 분산함으로써 공간 절감과 유연한 장비 구성을 동시에 구현했다. 이 사례는 고축수·맞춤형 특수기계에서 드라이브 아키텍처가 장비 구성과 운용 효율을 좌우하는 핵심 요소가 될 수 있음을 보여준다.
자료제공: AMKmotion(www.amk-motion.com)
