진공을 이용한 소형 판넬의 안전한 클램핑

ASSTEC Assembly Technology GmbH & Co. KG 는 인체공학적 작업 공간의 개발 및 제조에 특화되어 있습니다. 이 회사의 제품 및 서비스 범위는 조립, 검사 및 배송 작업 스테이션 제조를 위한 개별 구성 요소 공급부터 본격적인 산업 생산을 위한 개별 일체형 생산 셀의 설계 및 제조에 이르기까지 모든 것을 포괄합니다.

테이블 탑과 페이싱을 생산하거나 상품 고정 장치, 슈트, 서랍 및 선반을 구성하기 위한 자재 작업을 할 때 ASSTEC은 일반적으로 CNC 가공에서 가공된 고압 라미네이트(HPL) 판넬을 사용합니다. 이러한 판넬은 진공 테이블에서 클램핑 됩니다.

ASSTEC은 진공을 생성하기 위해 Busch (부쉬)의 MINK  클로 진공 펌프를 활용합니다. 진공 펌프가 지속적으로 높은 진공을 생성하여 작은 작업 부품도 안전하게 보관할 수 있습니다.

ASSTEC 소개

로트웨일에 위치한 ASSTEC 본사의 다양한 부서(작업장, 공구, 설계, 구현)는 제조 산업의 모든 부문에 걸쳐 생산 공정의 모든 측면에서 효율성을 달성하기 위해 노력하고 있습니다. 또한 레이아웃 및 자재 흐름 계획, 공구 작업 시간 단축, 인체공학적 작업 스테이션 설계, 작업 현장 관리 등의 주제를 다루는 특별 워크샵을 포함한 컨설팅 프로그램도 제공합니다.

간단히 말하자면, ASSTEC은 생산을 더 빠르고 효율적으로 만들면서 작업 스테이션을 더 인체공학적이고 안전하게 개선하는 해결책을 제공합니다. 고객과 협력하여 컨셉을 개발한 후 ASSTEC은 실물 크기(1:1)의 카드보드 엔지니어링 프로토타입 모델을 사용하여 검사를 수행합니다. 이 단계는 개별 작업 스테이션(그림 1)과 해당 장비의 설계 및 제작으로 이어집니다.

판넬 고정

판넬 작업 시 ASSTEC은 주로 다양한 두께의 HPL을 사용하여 CNC 가공을 수행합니다(그림 2). CNC 가공은 폴리카보네이트, 기타 플라스틱 및 알루미늄 판넬을 밀링하거나 조각하는 데에도 사용됩니다.

ASSTEC은 CNC 가공에 Busch (부쉬)의 흡입 팬을 설치했습니다. 이 흡입 팬은 각각 전체 가공 테이블이 분할된 4개의 사분면 중 하나에 공급되었습니다. 각 사분면의 크기는 3,000 x 500mm입니다. 이를 통해 최대 2 x 3m 크기의 판넬을 안전하게 고정 할 수 있었습니다. 흡입 팬에서 생성된 진공은 테이블의 네 사분면 중 하나를 덮는 판넬을 고정할 수 있을 정도로 강력했습니다. 그러나 소형 작업 부품의 경우 유지력이 너무 낮아 공정 중에 테이블에서 미끄러지는 경우가 많았습니다.

이러한 시스템 결함에 대응하기 위해 CNC 가공의 피드 속도를 줄이려고 시도했지만, 이 솔루션은 충분하지 않은 것으로 판단되었습니다. 따라서 ASSTEC의 총괄 책임자 Marc Blessing은 더 나은 기술 솔루션을 찾던 중 Busch (부쉬) 진공 솔루션의 진공 전문가들과 이야기를 나누게 되었습니다.

Busch (부쉬) 진공 솔루션 및 고객에게 제공되는 이점

ASSTEC은 기존의 흡입 팬 4개를 대체할 수 있는 MINK MV 클로 진공 펌프 를 사용할 것을 권장했습니다.

ASSTEC은 이 솔루션을 구현하기로 결정한 후 4개의 흡입 팬을 하나의 MINK MV 클로 진공 펌프(그림 3)로 교체하여 이제 4개의 진공 섹터, 즉 전체 가공 테이블을 모두 커버할 수 있는 충분한 흡입 용량을 생성합니다. 또한 150밀리바(절대)의 진공 레벨은 기존 흡입 팬의 진공 레벨인 800밀리바(절대)보다 훨씬 높습니다(그림 4).

MINK MV 클로 진공 펌프는 유지보수가 불필요합니다. 기어박스의 오일만 2년마다 교체하면 됩니다. 고진공 레벨 덕분에 이제 소형 작업 부품도 가공 중에 안전하게 고정할 수 있습니다.

진공을 이용한 클램핑의 물리적 기반
클램핑에 진공 테이블을 사용하는 이유는 물론 가공 공정 중에 평평한 작업 부품을 단단히 고정하기 위해서입니다. 또 다른 장점은 기계적 클램핑 요소가 필요하지 않으므로 부품을 연결하는 데 시간을 낭비하지 않고 작업 부품에 압력 자국이 남지 않는다는 점입니다. 다양한 요소의 조합에 따라 작업 부품이 안전하게 고정되는지 여부가 결정됩니다. 물리적인 측면에서 보면 실제로 작업 부품을 유지하는 것은 진공이 아니라 대기압입니다. 진공 시스템은 대기압이 완전한 효과를 발휘할 수 있도록 반대편에 충분한 진공을 제공하기만 하면 됩니다. 기술적인 관점에서 볼 때, 클램핑 중에는 공기가 배출되기 때문에 작업 부품과 가공 테이블 또는 지지면 사이의 압력이 감소합니다.

압력, 표면, 유지력
물리학에서 압력은 특정 영역에 영향을 미치는 힘으로 정의되며, 따라서 힘과 면적의 함수입니다(그림 5). 아래 예는 이 함수의 계산 방법을 보여줍니다.

HPL 판넬이 CNC 가공의 진공 테이블 위에 놓여 가공 준비가 완료되었습니다. 500 x 3,000밀리미터 크기로, 사분면 중 하나의 크기와 정확히 일치합니다. 나머지 3개의 사분면은 차단 밸브로 진공 공급 장치와 분리되어 있습니다.

흡입 팬으로 유지력 계산(800밀리바(abs.))



즉, 대기압과 흡입 팬에서 발생하는 진공 사이의 200밀리바의 압력 차가 30,000N의 유지력으로 이어진다는 뜻입니다. 따라서 HPL 판넬에는 3톤의 무게가 가공 테이블에서 가해집니다.
사용자가 가공을 위해 더 작은 HPL 판넬을 클램핑하려는 경우 동일한 수식을 사용하여 유지력이 감소합니다. 이 경우 진공 테이블의 여유 공간이 밀폐되어 있고 판넬 재료 또는 필름으로 덮여 있는 것으로 가정합니다.
150 x 150mm 크기의 HPL 판넬을 고정하는 경우, 유지력은 450N에 불과하며 이는 45kg의 무게로 판넬을 가공 테이블 위에 누르는 것에 해당합니다. 사용자가 판넬에 어떤 작업을 하느냐에 따라 450N의 유지력으로는 판넬을 단단히 고정하기에는 너무 작을 수 있습니다.
이제 이 소형 HPL 판넬을 MINK 클로 진공 펌프를 사용하여 동일한 조건에서 가공 테이블에 고정하면 유지력이 4배 이상 증가합니다. 그 이유는 대기압과 진공 펌프에서 생성되는 150밀리바의 진공 사이의 차압이 증가하기 때문입니다. 수학적으로 흡입 팬으로 클램핑할 때 450N의 힘은 MINK 진공 펌프로 클램핑할 때 1,912N으로 증가합니다. 판넬에 가해지는 무게는 45킬로그램에서 191킬로그램으로 증가합니다.

결과적으로 HPL 판넬이 작을수록 진공 펌프의 차압 또는 진공 레벨이 더 높아야 한다는 결론을 내릴 수 있습니다.
이러한 계산은 가공 중인 판넬로 덮여 있지 않은 진공 테이블의 표면이 밀폐되어 있는 경우에만 적용됩니다. 그렇지 않은 경우 '누설 공기'가 시스템으로 흡입됩니다. 진공 펌프의 크기가 충분히 크고 흡입 용량이 충분히 높으면 필요한 진공 레벨에 도달할 수 있습니다. 그러나 진공 펌프가 너무 작으면 시스템으로 흡입되는 '누설 공기'가 진공 레벨에 부정적인 영향을 미치고 결과적으로 유지력에도 부정적인 영향을 미칠 위험이 있습니다.

ASSTEC은 2018년 초부터 MINK 클로 진공 펌프를 사용하고 있습니다. Marc Blessing 총괄 책임자는 그 이후로 클램핑 문제가 발생하지 않았으며 진공 펌프가 연속 고진공 레벨을 제공 한다고 강조하며 만족감을 드러냈습니다.