모든 자동화 기계에는 인간의 두뇌 역할을 하는 제어 장치가 있습니다. 대표적인 예시가 컴퓨터에 내장된 CPU이죠. 마이크로프로세서라고 부르기도 하는 이 장치는, 말 그대로 컴퓨터의 중앙에서 모든 데이터를 처리합니다. CNC 기계 역시 컴퓨터가 제어하기 때문에 다른 컴퓨터들처럼 두뇌 역할을 하는 장치가 있습니다. 오늘은 그 장치인 CNC 컨트롤러에 대해 자세히 알아보겠습니다.
CNC 컨트롤러의 정의와 구성
CNC 컨트롤러의 정의는 굳이 거창하게 쓸 필요가 없습니다. 서론에서 말씀드렸듯이 CNC 기계의 두뇌 역할을 하는 장치입니다. 기계의 종류에 따라 CNC 컨트롤러의 구성 요소도 조금씩 다르긴 합니다. 하지만 일반적으로 CNC 컨트롤러는 다음과 같은 요소들을 포함합니다.
- 컴퓨터: CNC 시스템 소프트웨어를 실행, 제어 명령을 해석, 기계 작동 결정
- 제어 소프트웨어: CAD나 CAM 파일로부터 기계 작동 명령을 생성하고 전달
- 드라이브 시스템: 각각의 축을 제어하기 위해 사용되는 시스템, 모터와 엔코더를 포함하며 명령에 따라 축의 이동과 회전 제어
- I/O 인터페이스: 다양한 입출력 장치와의 통신을 위한 인터페이스, 버튼, 스위치, 센서 등을 통해 상호작용 가능
CNC 컨트롤러의 역사
CNC 컨트롤러는 역사가 꽤 오래된 장치입니다. 1752년에 태어난 프랑스의 상인 조셉 마리 자카드는 프로그래밍을 할 수 있는 최초의 직기인 ‘자카드 직기’를 개발했습니다. 자카드 직기는 천공 카드(Perforaed Cards)를 이용해 베틀 기계에 직물의 모양을 자동으로 디자인할 수 있는 기계입니다.
기계 안에는 직물 설계를 이루는 수많은 카드가 순서대로 팽팽히 매여있습니다. 자카드 직기는 CNC 컨트롤러뿐만 아니라, 현대에 프로그래밍이 가능한 다른 모든 기계들의 개발에도 중요한 역할을 했습니다.
현대적 개념의 NC(Numerical Control)를 공작기계에 도입한 시기는 제 2차 세계대전 이후였습니다. 당시 미국에는 공군이 쓰는 헬리콥터 회전날개의 윤곽을 검사하는 플레이트 게이지라는 기계가 있었는데요. 미국 파슨스 사의 존 파슨스가 이 기계를 가공하는 방안으로 지그보링기를 전자적으로 제어하는 방식을 제안했습니다.
그 후 NC에 컴퓨터가 결합한 CNC, 한 대보다 많은 공작기계를 제어하는 DNC, 복합생산시스템에 대응하는 FMS, 데이터베이스 중심으로 모든 과정을 일괄 제어하는 CIM 등 다양한 방식으로 발전하여 현대의 CNC 컨트롤러가 탄생했습니다.
CNC 컨트롤러의 기능
이렇게 역사가 깊은 CNC 컨트롤러가 하는 일은 CNC 기계가 정밀하고 자동화된 작업을 할 수 있도록 돕는 것입니다. 구체적으로 제공하는 기능은 다음과 같습니다.
- 이동 축의 속도와 위치 제어
- 자동으로 도구 교체
- 작업 조건과 툴 패스 계획
- 실시간 모니터링을 통해 기계의 위치와 상태를 파악하여 오류 감지
이러한 기능들을 통해 CNC 컨트롤러는 기계가 더 정확하고 효율적으로 다양한 작업물을 만들 수 있도록 돕습니다.
CNC 컨트롤러의 미래
4차 산업혁명 시대에 CNC 컨트롤러의 중요성은 더욱 커질 전망입니다. 미래에 CNC 컨트롤러는 크게 두 가지 역할을 맡는다고 합니다.
첫 번째 역할은 스마트공장에서 장비와 상위시스템을 연결해주는 가교이자 플랫폼입니다. 스마트공장은 많은 장비가 다품종 혼류 물품을 생산하는 거대한 자동화 시스템입니다. 그래서 정보를 수집하는 하위 로봇들과 하위 로봇들에게 내릴 지령을 만드는 상위시스템이 존재하는데요. 바로 이 둘 사이에서 하위 로봇의 정보와 상위시스템의 명령을 서로에게 전달하는 역할을 CNC 컨트롤러가 수행합니다.
두 번째 역할은 CNC 컨트롤러 자체가 스마트화 되어 스마트공장을 관리하는 역할입니다. 여기서 핵심은 엣지 컴퓨팅(edge computing)이라는 기술입니다. 엣지 컴퓨팅은 중앙이 아닌 엣지 디바이스에서 발생하는 데이터를 중앙 클라우드로 보내지 않고, 데이터가 발생한 현장 근처에서 실시간으로 처리하는 방식입니다. 이 방식을 사용하면 공장 어딘가에서 어떤 문제가 발생했을 때, 중앙에 있던 해결용 장비가 그 현장까지 가서 현장을 보고, 수집한 데이터를 또 중앙으로 보내는 과정이 생략됩니다.
대신 현장 근처에 있던 엣지 디바이스, 즉 CNC 컨트롤러가 대신 문제를 해결하는 것이죠. 여기에 빅데이터 분석이나 IoT 등 대표적인 4차 산업 기술들이 결합하면, 엄청나게 많고 다양한 데이터를 처리할 수 있을 거라고 생각됩니다.
한국의 CNC 컨트롤러 시장
이렇듯 CNC 컨트롤러의 미래는 밝지만 정작 한국의 CNC 컨트롤러 개발 상황은 밝지 않습니다. 현재 CNC 관련 시장의 대부분을 일본의 화낙(FANUC)이라는 회사가 움직이고 있고, 나머지 시장에는 지멘스, 하이덴하인 등 외국 기업들이 포진해 있습니다. 한국 정부와 제조 업체들이 제조업 분야의 장비, 소재를 국산화하는 쪽으로 방안을 추진하고 있긴 합니다.
하지만 국내 CNC 시장이 오랜 기간 화낙에 익숙해져 있는 탓에, 국산 CNC 컨트롤러를 만들어도 수요기업들이 신뢰하지 않는 상황입니다. 신뢰하지 않기 때문에 쓰지 않고, 그러니 시장이 커지지 않고, 그래서 개발이 이루어지기 힘든 악순환이 발생하는 것입니다. 이 악순환을 끊어내는 방안이 필요해 보입니다.
오늘은 CNC 공작기계의 두뇌를 맡고 있는 CNC 컨트롤러에 대해 알아봤습니다. 앞서 언급한 화낙뿐만 아니라 다양한 외국 기업에서 CNC 컨트롤러를 만들고 있는데요.
다음 2편에서는 이번 글에서 미처 언급하지 못한 기업별 CNC 컨트롤러의 특징에 대해서 알아보겠습니다. 2편까지 완독하시면 CNC 컨트롤러에 대해 더 깊이 이해할 수 있을 것으로 생각합니다
