공작기계 ‘팔다리’ 기술 국산화… 연간 3000억 원 수입 대체

전기연, 국내 제조장비 산업의 안정적 생산 기반 마련

공작기계의 핵심인 ‘CNC 시스템용 구동계’ 기술을 국산화 개발하는 데 성공한 한국전기연구원의 김형우 선임연구원(왼쪽)과 김홍주 정밀제어연구센터장(오른쪽)./한국전기연구원

한국전기연구원(KERI) 정밀제어연구센터가 기계를 만드는 또 다른 기계인 공작기계(Mother machine)의 핵심 ‘CNC 시스템용 구동계’ 기술을 국산화하는 데 성공했다.

‘CNC(Computer Numerical Control) 시스템’은 컴퓨터를 통해 수치 정보를 처리하고, 공작기계의 위치와 속도, 회전과 같은 모든 기능을 자동으로 제어하는 전자모듈이다. 컴퓨터로 치면 중앙처리장치(CPU)와 같다.

국내 기계 산업 발전의 아킬레스건은 핵심 부품의 높은 해외 의존도다. 특히 공작기기 CNC 시스템은 95% 이상 일본과 독일에서 수입하고 있을 정도로 국내 기술 환경이 열악하다. 4차 산업혁명 시대를 맞아 초정밀 기기 가공이 더욱 필요해진 상황에서 CNC 시스템의 국산화는 국가 전략기술 분야 경쟁력을 좌우할 것으로 보인다.

그중 구동계 기술은 CNC 시스템에서 팔다리 역할을 수행하고, 가격 기준으로도 70% 이상을 차지할 정도로 매우 중요하고 어려운 분야다. 구동계는 어떤 소재를 깎거나 혹은 어떤 하중이 걸리더라도 모터와 드라이브가 일정한 속도와 위치를 유지해야 한다. 또 작업 정밀도는 수십 ㎛(마이크로미터, 100만 분의 1m) 수준으로, 눈이나 손으로도 확인할 수 없는 오차를 레이저나 3차원(3D) 스캔 장비로 측정해야 한다.

연구진은 10여 년 넘게 쌓인 전기기계 시스템 분야 정밀제어 연구 역량을 바탕으로 구동계가 요구하는 까다로운 조건들을 모두 충족하면서도 국산화하는 데 성공했다. 현재 공작기계 대표 기업인 현대위아, 디엔솔루션즈의 업무 현장에서의 실증도 진행하고 있다. 연구진은 “기존 선진 수입 제품과 비교해도 뒤지지 않는 초정밀 기계 가공 품질을 보이면서 상용화 가능성을 높이고 있다”고 설명했다.

연구를 이끈 김홍주 전기연 정밀제어연구센터장은 “기존 제조업은 물론, 미래 모빌리티, 로봇과 같은 국가 전략산업 대부분이 정밀 기계를 기반으로 이뤄지고 있기 때문에 이를 가공하는 장비·기기의 기술 경쟁력이 국가의 미래 경쟁력을 좌우할 것”이라며 “공작기기 구동계는 가공제품의 생산성, 정밀도, 품질을 결정하는 핵심 구성품으로, 국산화 개발을 통해 외산 제품에 대한 기술 종속을 줄이고, 연간 3000억원대 수입 대체효과를 기대할 수 있을 것”이라고 전했다.

연구진은 꾸준한 연구과 다양한 기업 실증을 통해 구동계의 정밀도를 ㎚(나노미터, 10억분의 1m)급으로 높일 계획이다. 또 인공지능(AI)과 자동화 기술을 접목한 업그레이드형 스마트 구동계 기술을 선보이고, 이를 기반으로 구동되는 산업용 로봇도 실증화할 예정이다.

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