실전 기계설계 프레임 설계시 확인해야 할 사항

실전 기계설계를 할 때 프레임 설계 시 확인해야 할 사항을 알려드리려 합니다. 

개인적으론 설계할 때 맞는 유닛 중 가장 힘들고 중요한 유닛은 프레임이라고 생각합니다. 

그 이유는 프레임은 설비의 모든 유닛이 올라가기 때문에 많은 사항들을 고려하고 알아야 설계를 할 수 있기 때문입니다.

모든 유닛의 동작을 알고 그에 맞게 배치가 되었는지도 검토해야 하고 전장, 배선 등 타 부서와 관련된 확인사항도 많기 때문에 많은 지식과 협업이 필요합니다.

그리고 힘든 이유 중 가장 큰 것은 프레임은 설계불량을 도리 킬 수 없는 큰 문제가 발생할 수 있는 유닛이기 때문입니다.

프레임은 처음 가공이 들어가 납품받으면 수정하기가 매우 힘힘듭니다. 

표준품은 납기가 허락하는 내에선 반품을 할 수 있는 것들을 하고 다시 발주를 진행해서 수습할 수 있고 일반 가공품들은 현품수정이다 재제작을 할 수 있으니 실수를 수습할 수 있는 방법이 있습니다. 

하지만 프레임은 워낙 크기도 크고 한번 입고가 되면 다시 보내는데 운송비가 많이 들어갑니다. 

그리고 유닛이 올라간 다음은 다시 유닛을 해체하는데 많은 공수가 들어가고 배선 포설을 한 후엔 되돌릴 수어 없는 것이 현실입니다. 

또한 그렇게 해서라도 수정을 업체로 보낸다 해도 수정할 수 없는 부분이 있어 불량을 수정하기에 매우 힘들고 비용도 많이 들어가 실수가 용납이 안되기 때문에 가장 힘들고 신중하고 많은 확인이 필요한 유닛입니다.

필수적으로 프레임 설계 시 확인해야 하는 사항을 설명드리겠습니다. 

 

1. 프레임 강성 확인하고 

프레임은 많은 유닛을 받치고 지지하여야 하기 때문에 강성이 매우 중요합니다. 

강성의 계산이 미흡해서 부족해졌을 땐 프레임이 휘어 물류이송 정도가 안 나올 수도 있고 유닛에서 발생하는 진동 이 전달되어 다른 중요한 유닛들의 정도를 떨어트릴 수도 있습니다. 

프레임 강성을 확인하는 방법은 여러 가지지만 실제로 사용하는 방법은 과한 안전비를 가져가는 것이 실제 사용하는 방법입니다. 

왜냐하면 다른 유닛들을 모두 설계가 끝나고 그에 맞춰 하중 계산을 돌려야 하지만 실제 프로젝트 일정상 유닛 발주와 프레임발주의 간격은 짧아 제대로 된 검토가 힘든 부분이 있고 나눠져 배치된 유닛들의 무게와 특성을 고려해 시물레이션을 돌린다 해도 제대로 된 결고 값을 내기가 힘듭니다. 

그렇다고 대학 연구실로 강성 관련 계산을 외주를 준다 하더라고 일정이나 비용 등의 현실적인 문제점이 많아 실행하기 어렵습니다. 

그리고 어떠한 변수가 생길지 예상하기 힘들기에 많은 안전비를 가져와 모든 변수를 무시할 수 있고 여러 현실적인 문제점을 발생시키지 않을 수 있기 때문에  현실적으로 가장 적합한 방법입니다. 

하지만 유닛이 적게 올라가고 매우 간단한 설비들은 충분히 계산하여 단가적으로 유리한 설계를 할 수 있습니다.

과한 안비의 설계란 상판의 두께를 충분히 가져가고 하중을 받는 부위 유닛 이 올라가는 상판 밑에는 프레임 뼈대를 질러서 받쳐주는 방법이 대표적이고 프레임 하부의 전장 및 여러 배치 표준품들의 위치가 허락하는 한에서 많은 뼈대를 배워주고 기둥을 배치하는 것이 방법입니다.

 

풋

2. FOOT 및 캐스터 하중 확인하기

FOOT은 설비가 움직이지 않을 시 프레임 하부와 바닥면 사이에 간격을 뛰워주고 프레임의 하중을 받쳐주며 상판의 평행도를 세팅할 수 있게 해 주는 표준품입니다.

캐스터는 설비가 움직일 시 밀어서 움직일 수 있는 바퀴를 말합니다.

 

3. 공압 확인하기 

설비 안엔 액추레이터를 움직이기 위한 공압 혹은 유압에 필요한 표준품들이 들어갑니다. 

예를 들어온 오프 밸브, 유량계, 압력센서 디스플레이, 진공센서 디스플레이, 이젝터, 메니폴더 등등 여러 표준품들이 들어가고 그에 비치할 공간을 확보해야 합니다. 

이때 피팅이나 공압품들의 다른 부속품들 의 간섭이 없는지 배선은 어디서 나가는지 메인 유틸은 어디로 올라올지 등을 고려하여 설계하여야 합니다.

 

4. TAP 확인하기 

프레임엔 많은 유닛들 및 배치품들이 많습니다.

그렇기에 그걸 고정하기 위한 TAP들이 무수히 많이 배치되고 가장 많이 실수하는 부분 중 하나가 TAP 위치 불량입니다.

그리고 설계를 하면서 유닛 위치나 형상이 변경되면 TAP 또한 따라 변경되는 경우가 많아 프레임은 발주 내기 전까지 확인해야 하고 발주를 나가서도 확인해야 합니다. 

그리고 TAP을 확인하면서 유닛 위치를 확인하고 물류 및 유닛끼리 호환되는지 확인하면 설비의 전체적인 동작이 가능한지 확인해야 하는 중요한 설계입니다.

 

5. HOLE 확인하기 

위에 말씀드렸든 프레임엔 많은 유닛들이 배치되면서 배선 HOLE과 간섭 회피 HOLE 등 많은 HOLE들이 뚫립니다.

이 HOLE 들은 프레임의 상판에 뚫어야 하기 때문에 수정이 불가능한 경우가 많습니다. 

TAP 이야 새로 내고  사용하지 않는 TAP이 있어도 많이 티 나지 않지만 HOLE 경우엔 실수할 시 수습하기가 매우 힘들어집니다. 

그렇기에 HOLE은 늘 긴장하고 여러 번 확인하는 꼼꼼함이 필요합니다.

 

 

6. 전선 이동경로 확인하기 

프레임엔 많은 전선들이 깔려 각 유닛으로 분배되게 됩니다.

특히 모터가 많이 들어가는 설비엔 모터 드라이버에서 나오는 전선 용량이 많기에 더 많은 전선 포설 영역을 확보해 주어야 합니다. 

프레임 하부에 많은 배선들은 외부로 보이지 않게 포설하는 경우가 많으니 전선 길을 잘 확인하여 전장팀과 협업하여 배선을 하는 영역을 확보하고 덕트가 배치될 수 있게 TAP을 내주고 배선을 고정되는 TAP 또한 추가해 주는 것이 좋습니다.

 

7. 표준품 확인하기 

프레임엔 많은 표준품이 배치됩니다. 

공압품 돈 있고 여러 컨트롤러 와 모터를 조작하기 위한 드라이버 제어를 하기 위한 pc와 plc 컨트롤러 등 많은 표준품이 들어가 그걸 빠짐없이 한정된 공간에 배선을 할 위치까지 파악하며 배치하고 고정할 수 있는 TAP을 미리 뚫어 노어야 합니다.

그렇기에 프레임을 설계할 땐 꼼꼼하게 검토하고 여러 번 확인해야 실수를 줄일 수 있습니다.

 

8. 상대 설비 확인하기

설비는 단독 설비도 있지만 다른 설비와 연결되는 라인 설비도 있습니다. 

그렇기에 앞뒤로 설비가 붙는지 붙는다면 어떻게 다른 설비로 물류를 옮겨줘야 할지 설비 프레임 사이즈는 얼마인지를 확인 후 다른 설비와 잘 연동되게 설계를 진행해야 합니다. 

다른 설비와 연결이 되어야 한다면 미리 구객사와 협의하여 타설비의 사이즈를 확인하고 타설비 회사와 협업하여 문제없이 도킹될 수 있도록 해야 합니다.

 

11. 안전 사항 및 고객 설명서 확인하기

프레임엔 여러 표준품들이 들어가기 때문에 그에 따른 안전사양 또한 확인하여 그에 맞는 DOOR와 열을 방출하는 펜등을 확인하여 사양에 맞게 진행해야 합니다. 

그리고 설비를 협의 할때 고객사가 요구하는 사양 서란 게 있는대 그를 꼼꼼히 확인하여 프레임 높이 물류높이 등 여러 사양에 적합한지 확인하고 추후 문제가 생기지 않도록 조치하여야 합니다.

 

12. 프레임 소재

프레임 소재는 크게 진동에 영향이 받지 않는 저 정도 설비나 적은 유닛이 올라가는 작은 설비들은 프로파일로 제작하고 사이즈가 크고 고정도의 사양을 가진 설비는 각관으로 기둥과 외관을 짜고 상판으로 강철 소제를 올리는 방식을 사용합니다.

또한 초고정도를 요구하고 진동이나 외부 영향을 매우 주의해야 한다면 석정반이란 돌을 깎아 프레임을 만들기도 합니다. 

 

결론적으로 프레임은 많은 유닛이 올라가기 때문에 설비 전체적인 지식이 필요하고 유닛들이 필요한 표준품들을 배치해야 하기에 표준품의 지식이 필요합니다. 

또한 전장 배선 등 여러 모든 설비에 관련한 다양한 지식이 필요하기 때문에 매우 어렵고 힘든 설계분야입니다.

그리고 한 번의 실수조차 고치기 힘든 프레임 특성상 꼼꼼함과 정확성이 많이 필요하고 그만큼 일정의 부담과 과도한 스트레스를 받을 위험이 높은 설계 분야입니다. 

하지만 잘 배워 마스터한다면 어떤 유닛보다 많은 걸 배우고 익힐 수 있기에 매력적인 설계인 것 또한 맞습니다.