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자동나사체결 시스템 구축 및 설계 전문회사 셀에프에이(CELLFA)의 블로그 :: 셀온(CELLON) :: 입니다.
한 개의 제품에 여러 개의 나사를 반복해서 체결하는 생산 현장에서는 다음과 같은 비슷한 질문들이 나오게 마련입니다.
“나사를 한 개씩 빠르게 체결하는 것과 여러 개를 동시에 체결하는 것 중 어떤게 더 좋아요?”
“나사가 여섯 개면 6축으로 구성해야 하죠?”
“축 수가 추가되면 생산성도 당연히 높아져야 하는거죠?”
이 물음에 답은 제품 구조와 생산 조건에 따라 달라집니다.
나사의 개수가 같아도 체결 위치, 축간 거리, 제품 강성, 체결 순서, 생산량과 모델 변경 주기에 따라 적합한 체결 방식이 달라지기 때문입니다.
이번 다축 자동나사체결기 특집은 다음 세 편으로 나누어 살펴보겠습니다.
- 특집 1편｜다축 자동나사체결기가 필요한 공정과 니또세이코 FM5000 선택 기준
- 특집 2편｜니또세이코 FM5000 다축자동나사체결기 축 수·피더·너트러너·컨트롤러 구성
- 특집 3편｜생산환경·메인터넌스·A/S를 포함한 세이코 FM5000 다축자동나사체결 시스템 도입 기준
오늘은 특집 1편으로, 다축 자동나사체결기가 어떤 제조 공정에서 효과를 낼 수 있는지부터 살펴보겠습니다.
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I. 다축 자동나사체결기는 여러 나사를 동시에 체결하는 설비입니다
다축 자동나사체결기는 여러 개의 체결축을 제품의 나사 위치에 맞춰 배열하고, 두 개 이상의 나사를 한 번에 체결하는 자동화 나사 체결 설비입니다.
단축 자동나사체결기가 한 번에 나사 한 개를 체결하고 다음 위치로 이동하는 방식이라면, 다축 자동나사체결기는 복수의 체결축이 동시에 하강해 여러 체결점을 한 사이클 안에서 작업합니다.
다축 자동 나사 체결기의 대표적인 장점은 다음과 같습니다.
- 여러 체결점의 동시 작업
- 제품 한 개당 체결 시간 단축
- 작업자별 체결 품질 편차 감소
- 체결 누락과 순서 오류 방지
- 반복 작업에 따른 손목·어깨 피로 감소
- 동일 제품의 대량 생산 대응
- 체결 결과와 불량 위치의 축별 확인
따라서 다축 자동나사체결기는 단순히 드라이버 수를 늘린 장비가 아니라, 제품의 나사 위치와 생산 택트에 맞춰 여러 체결축을 하나의 공정으로 동기화한 시스템입니다.
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II. 니또세이코(NITTOSEIKO) FM5000은 다축 동시 체결을 위한 전용 장비입니다
니또세이코(NITTOSEIKO) FM5000은 두 개 이상의 나사를 동시에 체결하기 위한 다축 자동나사체결기입니다.
FM5000 다축자동나사체결기의 주요 사양은 다음과 같습니다
| 구 분 | 니또세이코 다축자동나사체결기- FM5000 주요 사양 |
|---|---|
| A. 표준 체결축 | B. 주문 확장축 | A. 표준: 2축~6축 | B. 주문 확장: 7축~12축 |
| 적용 나사 크기 | 2~5mm급 |
| 최대 나사 길이 | 25mm |
| 체결 토크 | 0.16~3.50N·m |
| 체결 스트로크 | 50mm 또는 100mm |
| 공개 표준 체결 영역 | 가로 190mm × 세로 160mm |
| 표준 드라이버 | 표준: KX 드라이버 | 선택: NX드라이버 |
| 나사 유지 방식 | 척 내부 저장 방식 |
| 전 원 | AC 200V ±10%, 50/60Hz |
| 공 압 | 0.4~0.5MPa |
| 장비 중량 | 약 180kg, 피더 제외 |
| 6축 소비전력(표준축 기준) | 약 1.7kVA |
※ 표를 좌우로 스와이프하면 전체 사양을 확인할 수 있습니다.
FM5000에는 공회전 감지, 중복 체결 방지, 드라이버 헤드 및 척 낙하 방지 기능 등이 적용되며, 축별 상태 확인을 위한 LED와 이상 발생 알림 구성을 검토할 수 있습니다.
다만 제품 사양은 기본적인 검토 기준입니다. 실제 적용 사양과 도입 결정은 제품 도면과 실제 제품, 양산용 나사 샘플을 기준으로 확인해야 합니다.
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III. 다축 자동나사체결기 도입이 필요한 제조 공정
모든 나사 체결 공정에 다축 방식이 유리한 것은 아닙니다.
다음 조건에 해당한다면 다축 자동나사체결기를 우선 검토할 수 있습니다.
1. 제품 형상과 체결 위치가 일정한 공정
동일한 제품을 반복 생산하고 나사 위치가 쉽게 변경되지 않는 공정은 다축 나사 체결에 적합합니다.
체결축을 제품의 나사 위치에 맞춰 고정하면 매번 위치를 이동하지 않고 여러 개의 나사를 동시에 체결할 수 있습니다.
2. 제품 한 개에 체결점이 많은 공정
제품 한 개에 4개, 6개 또는 그 이상의 나사가 배치되어 있다면 작업자는 제품 한 개를 완성할 때마다 같은 동작을 반복해야 합니다.
축 수가 늘어날수록 수작업에서는 비트 정렬, 나사 집기, 드라이버 이동, 체결 토크 반력에 대한 부담이 커집니다.
다축 자동나사체결기를 적용하면 이러한 반복 동작을 한 번의 체결 사이클로 대폭 줄일 수 있습니다.
3. 목표 생산 택트가 짧은 공정
한 개의 체결기로 여러 위치를 순차 작업하면 제품당 체결점이 늘어날수록 사이클타임도 증가합니다.
여러 체결축이 동시에 작업하면 순차 체결에 필요한 이동 시간을 줄일 수 있어 단일 품종 대량 생산에 유리합니다.
4. 체결 누락과 작업 순서 오류를 줄여야 하는 공정
작업자가 여러 위치를 반복해서 체결하면 생산 후반부에 누락, 중복 체결과 체결 순서 오류가 발생할 수 있습니다.
다축 자동 나사 체결 시스템은 제품 감지와 체결 완료 조건을 연동해 설정된 모든 축이 정상적으로 작업했는지 확인하는 방향으로 구성할 수 있습니다.
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IV. 도입 검토가 가능한 산업군과 조립 공정
다축 자동나사체결기는 다음과 같이 나사 위치가 일정하고 반복 생산량이 많은 공정에서 검토할 수 있습니다.
- 자동차 전장 모듈과 ECU 하우징
- 배터리 모듈 커버와 전력변환장치
- 모터·펌프·밸브 하우징
- 산업용 제어기와 전원장치
- 가전제품 내부 모듈과 커버
- 프린터·복합기·사무기기 부품
- 전기·전자부품 케이스
- 정밀기기와 계측기 하우징
- 의료기기 내부 모듈
- 금속 브라켓과 기계 부품 조립
다만 의료기기나 정밀 전자부품처럼 제품 강성이 낮은 경우에는 체결 토크뿐 아니라 전체 체결축에서 동시에 발생하는 추력과 제품 변형 가능성을 함께 확인해야 합니다.
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V. 다축자동나사체결기 2축부터 12축까지 축 수가 달라지는 이유
니또세이코(NITTOSEIKO) 다축자동나사체결기 FM5000의 표준 사양은 2축~6축입니다.
(주)셀에프에이(CELLFA)를 통해 7축~12축을 검토하는 경우에는 상담 시 복수 체결 유닛, 프레임, 자동나사공급기(피더), 제어반과 지그를 새롭게 구성하는 주문형 시스템으로 접근·진행해야 합니다.
| 축 수 | 적용하기 좋은 공정 | 작업자 부담 감소 효과 | 주요 검토 사항 |
|---|---|---|---|
| 2축 | 좌우 대칭 체결, 브라켓·커버 | 반복 체결 횟수 절반 감소 | 축간 거리, 제품 정렬 |
| 3~4축 | 사각형 커버, 모듈 하우징 | 체결 위치 이동과 누락 감소 | 지그 평탄도, 대각 체결 |
| 5~6축 | 다점 커버, 전장 하우징 | 손목·어깨 반복 부담 대폭 감소 | 피더 수량, 반력, 프레임 강성 |
| 7~8축 | 대형 커버와 다점 고정 부품 | 작업자 1인이 감당하기 어려운 반복 작업 자동화 | 주문형 공급·제어·정비 공간 |
| 9~12축 | 체결점이 많은 단일 품종 대량 생산 | 다수 체결 동작을 한 사이클로 통합 | 복수 시스템, 누적 반력, 고장 격리 |
※ 표를 좌우로 스와이프하면 전체 내용을 확인할 수 있습니다.
축 수가 많아질수록 작업자의 반복 체결 횟수와 피로도를 크게 줄일 수 있습니다. 반면 설비 구조와 제어는 복잡해집니다.
따라서 제품의 나사 개수와 체결축 수를 반드시 일치시킬 필요는 없습니다.
예를 들어 나사가 12개인 제품도 6축 시스템으로 두 번 나누어 체결하는 방식이 비용, 설치 공간과 유지보수 측면에서 더 합리적일 수 있습니다.
※ 7축~12축은 FM5000 표준이 아닌 주문형 확장 설계 범위이며, (주)셀에프에이(CELLFA)를 통한 개별 기술 검토가 필요합니다.
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VI. 축 수가 늘어날수록 확인해야 할 단점도 있습니다
축 수가 증가하면 생산 택트를 줄일 수 있지만 다음과 같은 부담도 함께 증가할 수 있습니다.
- 장비 가격과 제작 범위 증가
- 프레임과 지그의 크기 증가
- 축별 드라이버·비트·척 관리 항목 증가
- 자동나사공급기와 공급 호스 증가
- 체결축 간 위치 조정 난이도 증가
- 제품 변경 대응력 감소
- 한 축의 이상이 전체 설비 정지로 이어질 가능성
- 여러 축의 동시 체결 반력 증가
- 유지보수 공간과 예방정비 시간 증가
다축 자동나사체결기는 생산량이 많고 제품 변경이 적을수록 장점이 분명해집니다.
반대로 제품 변경이 잦거나 체결 위치가 계속 달라진다면 단축 자동나사체결기 또는 로봇을 연결한 자동나사체결로봇이 더 유연한 선택일 수 있습니다.
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VII. 모든 나사를 무조건 동시에 조이면 안 됩니다
커버, 가스켓 또는 강성이 낮은 제품은 나사를 완전히 동시에 체결할 경우 한쪽이 들리거나 제품이 뒤틀릴 수 있습니다.
다음 조건을 확인해야 합니다.
- 체결 순서가 제품 품질에 미치는 영향
- 대각선 체결이 필요한지 여부
- 나사별 임시 체결과 최종 체결 구분
- 제품과 가스켓의 압축 특성
- 각 축의 목표 토크 편차
- 제품 전체에 발생하는 누적 추력
- 체결 완료 후 나사 머리 높이
필요하다면 모든 축을 한 번에 최종 토크까지 체결하는 방식 대신 초기 안착 → 단계별 조임 → 최종 체결 순서로 제어하는 방식을 검토해야 합니다.
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VIII. 니또세이코 FM5000 다축 자동나사체결기 도입 전 자주 묻는 질문(FAQ)
제품의 나사 위치와 축간 거리, 목표 생산 택트에 따라 2축·3축·4축·5축·6축 가운데 적합한 구성을 검토할 수 있습니다.
7축·8축·9축·10축·11축을 포함한 최대12축이 필요한 경우에는 FM5000 표준 장비에 축만 추가하는 방식이 아니라 복수 체결 유닛, 프레임, 자동나사공급기, 제어반과 지그를 포함한 주문형 다축 나사 체결 시스템으로 접근해야 합니다.
따라서 7축 이상의 구성은 제품 도면과 실제 체결 조건을 기준으로 별도의 기술 검토가 필요합니다.
나사가 6개인 제품도 2축으로 세 번, 3축으로 두 번 또는 6축으로 한 번에 체결할 수 있습니다.
6축 동시 체결은 사이클타임을 줄이는 데 유리하지만 장비 가격, 피더 구성, 지그 크기와 유지보수 항목도 증가합니다. 반면 2축이나 3축으로 나누어 체결하면 사이클타임은 길어질 수 있지만 설비 구조를 단순하게 구성할 수 있습니다.
목표 생산 택트를 충족하면서도 설치 공간과 유지보수를 고려한 최소한의 적정 축 수를 선정하는 것이 중요합니다.
제품 강성이 충분하고 모든 체결점의 조건이 같다면 여러 축을 동시에 최종 토크까지 체결할 수 있습니다.
하지만 커버, 가스켓, 플라스틱 하우징이나 얇은 판재처럼 변형 가능성이 있는 제품은 모든 나사를 한 번에 완전히 조였을 때 들뜸이나 뒤틀림이 발생할 수 있습니다.
이 경우에는 다음과 같은 단계별 제어를 검토할 수 있습니다.
• 초기 안착
• 임시 체결
• 대각 또는 그룹별 조임
• 최종 토크 체결
• 체결 완료 판정
최종 체결 방식은 실제 제품과 양산용 나사의 샘플 체결 결과를 기준으로 결정해야 합니다.
드라이버와 컨트롤러 구성에 따라 축별 체결 조건을 다르게 설정하는 방안을 검토할 수 있습니다.
동일한 제품 안에서도 나사 크기, 체결 소재와 체결부 구조가 다르면 필요한 토크와 회전 조건이 달라질 수 있기 때문입니다.
다만 축별 토크 설정 가능 여부만 확인해서는 부족합니다. 회전 속도, 체결 시간, 체결 깊이, 공회전·부족체결·과체결 판정과 데이터 저장 조건도 함께 검토해야 합니다.
드라이버 본체와 척의 외형, 나사 공급 헤드, 체결 스트로크, 제품 주변 구조와 축 사이의 간섭까지 함께 확인해야 합니다.
나사 위치가 지나치게 가깝거나 높이가 서로 다르면 모든 체결점을 한 번에 작업하기 어려울 수 있습니다. 이 경우 체결점을 여러 그룹으로 나누거나 일부 축을 순차적으로 작동시키는 구성을 검토할 수 있습니다.
다음 조건을 함께 확인해야 합니다.
• 나사 형상과 길이
• 축별 시간당 나사 사용량
• 공급 호스 길이와 굴곡
• 나사 걸림과 중복 공급 가능성
• 피더 내부 정렬 속도
• 나사 부족 감지와 알람
• 장비 정지 후 복구 방식
생산 속도가 빠르거나 축 수가 많다면 피더를 여러 대로 분리하거나 공급 계통을 나누는 방식이 더 안정적일 수 있습니다.
이때 중요한 것은 단순히 장비가 멈추는 것이 아니라 어느 축에서 어떤 이상이 발생했는지 작업자가 빠르게 확인할 수 있는가입니다.
축별 상태 표시, 이상 코드, 알람 이력, 재작업 절차와 수동 복구 기능을 함께 설계해야 장비 정지 시간을 줄일 수 있습니다.
체결점의 위치와 높이, 나사 규격과 제품 외형이 장비의 조정 범위 안에 있다면 일부 지그와 부품을 교체해 대응할 수 있습니다.
하지만 다축 자동나사체결기는 체결축을 제품의 나사 위치에 맞춰 배열하는 전용성이 높은 설비입니다. 제품별 체결 위치가 크게 달라진다면 축 위치, 척, 공급 호스와 지그를 함께 변경해야 할 수 있습니다.
제품 변경이 자주 발생하는 공정이라면 다축형보다 단축 자동나사체결기와 로봇을 연동한 방식이 더 유연할 수 있습니다.
도면과 카탈로그만으로는 다음 조건을 모두 확인하기 어렵습니다.
• 실제 나사의 공급 안정성
• 비트와 나사 머리의 결합 상태
• 사선 체결과 나사뜸 발생 여부
• 제품 변형과 파손 가능성
• 축별 토크와 체결 깊이의 반복성
• 동시 체결 시 발생하는 누적 추력
• 나사 머리의 최종 높이
• 실제 체결 사이클타임
다축 자동나사체결기 도입 여부는 모델명이나 축 수(數)가 아니라 실제 제품과 양산용 나사의 샘플 체결 결과를 기준으로 판단해야 합니다.
㈜셀에프에이(CELLFA)를 통해 공급되는 니또세이코(NITTOSEIKO) 자동나사체결기와 나사 체결 로봇 전 모델은 고객사 인도 전 약 2,000회의 나사 슈팅 테스트와 전체 체결 공정의 자동 운전 사이클 테스트를 진행합니다. 나사 공급·체결·불량 판정 상태를 점검하고 이상이 없는 것으로 확인된 장비만 출고합니다.
고객사 현장에 설치한 후에는 실제 생산 환경에서 다시 시험 체결을 진행합니다. ㈜셀에프에이(CELLFA)의 전문 테크니션이 현장에서 토크, 속도, 추력, 체결 깊이와 불량 판정 조건을 미세 조정해 초기 불량을 줄이고 안정적인 생산이 가능하도록 지원합니다.
제품과 나사 분석부터 체결축 배열, 자동나사공급기, 드라이버, 컨트롤러, 지그, 제어반과 안전장치가 하나의 시스템으로 연결되어야 합니다.
니또세이코(NITTOSEIKO)의 한국 공식 파트너이자 기술 협력사인 셀에프에이(CELLFA)를 통해 정식 도입하면 다음 과정을 하나의 흐름으로 협의할 수 있습니다.
• 제품 및 나사 조건 분석
• 적정 체결축 수 검토
• 실제 샘플 체결 테스트
• 피더·드라이버·컨트롤러 구성
• 정밀 지그와 프레임 설계
• 설치와 시운전
• 작업자 및 유지보수 교육
• 정품 부품과 소모품 공급
• 국내 A/S와 정기 메인터넌스
장기적으로 안정적인 생산을 유지하려면 초기 구매 가격뿐 아니라 설치 이후의 기술 지원과 부품 공급 체계까지 함께 확인해야 합니다.
※ 다축 자동 나사 체결기 도입 관련 추가 질문은 셀에프에이(CELLFA) 공식 FAQ 또는 기술 상담을 통해 확인할 수 있습니다.
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IX. 다축 자동나사체결기 선택은 결국 ‘우리 공정에 동시에 체결이 필요한가’의 문제입니다
다축 자동나사체결기를 검토할 때 가장 먼저 확인해야 할 것은 단순히 제품에 나사가 몇 개 있는가가 아닙니다.
더 중요한 것은 다음 세 가지 질문입니다.
- 여러 나사를 동시에 체결해야 목표 생산 택트를 충족할 수 있는가?
- 제품과 지그가 여러 축에서 발생하는 추력과 체결 반력을 안정적으로 견딜 수 있는가?
- 전용 다축 설비를 구성할 만큼 제품과 체결 위치가 일정하게 유지되는가?
제품 형상과 체결 위치가 고정되어 있고 동일한 제품을 반복해서 대량 생산해야 한다면 다축 자동나사체결기의 장점이 분명하게 나타날 수 있습니다.
여러 체결축이 한 사이클 안에서 작업하기 때문에 제품당 체결 시간을 단축하고 작업자의 반복 체결 부담, 체결 누락과 작업 순서 오류를 줄이는 데 도움이 됩니다.
반면 제품 변경이 잦거나 체결 위치와 나사 규격이 계속 달라지는 공정이라면 다축 자동나사체결 전용 설비보다 단축 자동나사체결기와 로봇을 연동한 구성이 더 유연할 수 있습니다.
다축 자동나사체결기 선택의 핵심은 가장 많은 축을 구성하는 것이 아니라, 목표 생산량을 충족하면서 제품 품질과 유지보수성을 함께 확보할 수 있는 적정 축 수를 찾는 것입니다.
니또세이코 FM5000의 표준 구성은 2축~6축이며, 7축~12축은 생산 조건에 따라 별도의 주문형 시스템으로 검토해야 합니다.
최종 사양은 제품 도면, 실제 제품과 양산용 나사, 목표 토크, 체결 순서, 생산 택트와 설치 공간을 기준으로 결정하는 것이 좋습니다.
다음 특집 2편에서는 니또세이코 FM5000의 축 수 구성과 자동나사공급기, KX 드라이버, 컨트롤러, 정밀 지그 및 7축~12축 주문형 확장 기준을 보다 구체적으로 살펴보겠습니다.
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X. 니또세이코(NITTOSEIKO) 다축 자동나사체결기 FM5000 도입 상담
다축 자동나사체결기 도입을 검토하고 계시다면 다음 자료를 준비해 주세요.
- 조립 제품의 2D 도면 또는 3D 데이터
- 실제 제품과 양산용 나사 샘플
- 나사 규격과 재질·표면처리 정보
- 목표 체결 토크와 품질 기준
- 제품당 체결 포인트 수와 체결 순서
- 시간당 목표 생산량과 생산 택트
- 설비 레이아웃과 설치 가능 공간
- 체결 데이터 저장과 통신 요구사항
(주)셀에프에이(CELLFA)는 니또세이코(NITTOSEIKO)의 한국 공식 파트너이자 기술 협력사, 정식 유통·판매사로써 고객사의 제품과 나사 조건을 분석해 2축~6축 FM5000 표준 구성부터 7축~12축 주문 확장형 다축 자동나사체결 시스템까지 공정에 적합한 방향을 검토합니다.
(주)셀에프에이(CELLFA)는 오랜시간 현장에서 축척해 온 기술력을 바탕으로 다축·단축·로봇 등의 나사 체결 장비 선정 및 공정별 최적화 나사 체결 설비·시스템 구축에서 부터 샘플 체결 테스트, 자동나사공급기·드라이버·컨트롤러·지그 구성, 설치·시운전·교육과 사후 A/S까지 자동나사체결 시스템 도입과 구축에 필요한 모든 사항을 원스톱 서비스를 지원하고 있어 일괄 협의가 가능합니다.
우리 공정에 동시 체결이 필요한지, 몇 축으로 구성해야 가장 효율적인지 궁금하시다면 현재 사용 중인 제품 도면과 나사 샘플을 기준으로 셀에프에이(CELLFA)에 문의해 주세요.
