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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 이러한 CNC 공작기계들을 원활히 운용할 수 있는 CAD/CAM Software의 활용법을 개발하여 보다 향상된 품질의 기계부품들을 생산할 수 있도록 하기 위하여 2.5D CAD/CAM 소프트웨어를 활용한다축, 다공정 가공 Post Process 방법을 개발하여 다양한다축, 다공정 가공의 구조적 변화에 대응할 수 있는 다축, 다공정 가공 프로그램을 출력할 수 있는 방법을 개발하고자 한다. 이는 AutoCAD와 같은 2차원 CAD작업을 원활히 활용하고 기계작업 조건 및 작업공정 이해도가 높은 유경험자들의 CAD/CAM 활용의 극대화는 물론 새롭게 기술을 습득하는 사람들도 기초부터 쉽게 접근할 수있도록 하기 위함이다.
제안 방법
- 사용된 기계 사양은 XY, Z(1200x550x550mm) 의 기본축과 Y축에 해당하는 회전축 B(i20j 축과 Z축에 해당하는 회전축 C축(360) 을 가진 NC Rotary Table 이 장착된 구조의 CNC 머시닝 센터이다. 가공 프로그램은 위그림 9와 같은 방법으로 사용자 지정 가공 방식에 의한선삭 가공된 인서트 홀더의 인서트 팁 좌면(座面)부을 가공하기 위해 인서트 홀더 원통 중심에 좌표를 기본좌표계로 설정하고 B축과 C축의 회전각 변환 및 인서트 팁좌면(座面)부의 형상가공을 위한 XY, Z 좌표 이동량을가공 공정에 따라 설정하면서 가공 프로그램을 출력하여가공하였다. 프로그램 작성 시간은 약 70분정도 소요되었다.
- 개발된 PP Function을 이용하여 다축, 다공정 가공 프로그램 작성을 위해 먼저 다축, 다공정 가공기의 사양 (구조형태별 구분)에 따른 PP Function 파일을 불러들이고 각 절삭 공정별 좌표변환 과정을 PP Function 기능을사용하여 좌표변환을 한다. 그리고 각 절삭 공정에 따라 CNC 가공용 Tool Path 생성 과정을 거처 완성하게 된다.
- 먼저 작도된 CAD Data를 입력 및 드로잉하고 가공공정에 따른 pp Function을 이용한 좌표변환을 통하여 각 공정별 좌표변환에 의한 가공 데이터를 반복하여 산출한다. 그리고 최종 출력된 CNC 가공용 G-code Data를 출력하여 CNC Controller에 입 력하여 각 공정에 해당하는 절삭공구들의 원점 세팅을 한 후에 가공을 진행한다.
- 일련의 흐름을 그림 11과 같은 Flowchart로 나타내었다. 먼저 작도된 CAD Data를 입력 및 드로잉하고 가공공정에 따른 pp Function을 이용한 좌표변환을 통하여 각 공정별 좌표변환에 의한 가공 데이터를 반복하여 산출한다. 그리고 최종 출력된 CNC 가공용 G-code Data를 출력하여 CNC Controller에 입 력하여 각 공정에 해당하는 절삭공구들의 원점 세팅을 한 후에 가공을 진행한다.
- [7] 먼저 (a) 와 같은 제품설계 데이터에서 가공하고자하는 인서트 팁좌면(座面)부의 치수를 정보를 (b) 2차원 CAD Data를 각각의 가공 프로파일로 2차원 평면상에 전개, 작도한 다음가공 대상의 프로파일에 각각의 가공 원점을 설정한다. 설정된 원점을 기준으로 가공 조건을 입력한 다음 기계사양에 및 가공공정에 따라 PP Function을 실행, 각 공정에 필요한 공구들을 선택하여 가공공정을 진행한다. 다시말해 [그림 9]에서 (a)와 (b)사이에 가공 위치에 따른 좌표이동 및 회전변환을 위해 개발된 PP Function을 실행한후 좌표변환에 따른 Tool Path를 생성하면 된다.
- VBScript는 다른 일반적인 스크립팅 언어 어플리케이션에도 사용이 가능하다. 적용된 CAD/CAM 소프트웨어와 원활한 호환을 위하여 VBScript 소스를 컴파일하여 사용하도록 하였다.
- Script의 기본적인 흐름은 Sectionname 에서 실행하고자하는 명령어와 그에 따른 Data로 출력형태의 함수즉, NC 데이터 출력 및 좌표변환 함수를 나열하고 End 문장으로 종료한다. 특히 좌표변환을 위한 변수 식별 기능으로 PPFUN(Post Processor Function)의 if ~ then 문법을 적용하여 다양하게 변화되도록 하였다.
- 특히, 다축 원점 지정과 원점 Shift 작업을 작업자가쉽게 사용하도록 하였다. 이는 다축 가공기의 종류에 따라 기계구조의 기구적 형태가 다르기 때문이다.
대상 데이터
- 회전축 B 또는 A축은 ±20。회전하며, C축은 360° 회전하는 구조이다. 가공 모델은 그림 8과 같이 밀링 공구용 커터 홀더를 대상으로 하였다. 커터 홀더의 특성상 인서트 팁의 좌면(座面)이 홀더의 원주상에 정확하게 분할, 위치하여 좌면(座面)의 형상(인서트도피 홈 포함)과 인서트 팁 고정 볼트 자리들이 정밀하게가공되어야 한다.
- 가공 모델인 인서트 홀더를 가공하기 위해 일반 3축 (XY, Z) 을 가진 CNC 머시닝 센터에 2축(B, C) NC Rotary Table을 장착한 CNC 머시닝 센터를 대상으로 하였다. NC Rotary Table의 설치 방향에 따라 회전축이 X 축의 회전축인 A축 또는 Y축의 회전축인 B축으로 정의된다.
- 그리고 인덱스 테이블 역할을 하는 축은 일반적으로 Z축의 회전축인 C축으로 정의되는 경우가 많다. 사용된 기계 사양은 XY, Z(1200x550x550mm) 의 기본축과 Y축에 해당하는 회전축 B(i20j 축과 Z축에 해당하는 회전축 C축(360) 을 가진 NC Rotary Table 이 장착된 구조의 CNC 머시닝 센터이다. 가공 프로그램은 위그림 9와 같은 방법으로 사용자 지정 가공 방식에 의한선삭 가공된 인서트 홀더의 인서트 팁 좌면(座面)부을 가공하기 위해 인서트 홀더 원통 중심에 좌표를 기본좌표계로 설정하고 B축과 C축의 회전각 변환 및 인서트 팁좌면(座面)부의 형상가공을 위한 XY, Z 좌표 이동량을가공 공정에 따라 설정하면서 가공 프로그램을 출력하여가공하였다.
- 적용된 CNC Machinee 기본 3축(XY, Z) CNC 머시닝센터로서 Controller는 FANUC Model이다.[6] 그리고부가축 장치는 위 그림 1에서 그림 4까지를 참조로 하였을 때 2축(B, C축 또는 A, C축)을 가진 NC Rotary Table 을 설치한 구조인 경우는 5축 머시닝 센터라 볼 수 있다.
성능/효과
- 나타내었다. 2차원 CAD/CAM Software에서 가공프로그램을 원활히 출력하기 위하여 개발된 PP Function 의 원활한 활용을 위해 작업자가 편리하게 사용할 수 있도록 팝업창에 좌표변환을 위한 변수 값만을 입력하여부가축이 추가된 다축가공 프로그램 작성에 편리함을 제공하였다. 따라서 부가축이 설치된 다축, 다공정 가공용 CNC 가공 프로그램을 작성하기 위해서 2차원 도면 이해와 가以각종 공작기계 절삭공정)에 대한 기초 지식과 장비에 대한 경험이 있는 자라면 누구든지 부가축이 설치된 다축 다공정 가공기를 활용한 고부가 가치 부품의 생산을 위한 CNC 가공 프로그램을 안전하고 편리하게 작성할 수 있다.
- 적용된 CAD/CAM Software 에서 다양한 다축 좌표변환프로그램을 통해 VBScript을 이용한 PP Functione 신뢰성을 확인할 수 있었다. 일반적인 수동 프로그램 작성 시간 단축은 물론 복잡한 Multi CAD/CAM Software보다는접근성이 편리하며, 다양한 제품들을 빠르게 프로그램 할수 있었다. 특히 작업자들이 2차원 CAD Data만으로 다축, 다공정 가공기를 활용한 CNC 가공 프로그램을 원활히 출력할 수 있도록 팝업창에 각축 좌표변환을 위한 변수값을 입력할 수 있게 하여 다축, 다공정 가공 프로그램작성에 편리함을 제공하였다.
- 것이다. 적용된 CAD/CAM Software 에서 다양한 다축 좌표변환프로그램을 통해 VBScript을 이용한 PP Functione 신뢰성을 확인할 수 있었다. 일반적인 수동 프로그램 작성 시간 단축은 물론 복잡한 Multi CAD/CAM Software보다는접근성이 편리하며, 다양한 제품들을 빠르게 프로그램 할수 있었다.
후속연구
- 그림 12는 위 과정을 통하여 밀링용 인서트 홀더의 인서트 팁 좌면(座面)부 가공 및 인서트 팁을 조립한 결과를 나타낸 것이다. 따라서 본 연구에서 개발 되어진 다축가공을 위한 좌표변환 PP Function을 적용하면 복잡한 다축, 다공정 가공이라 하더라도 다축가공기의 특징 이해와기구적인 부분과 이동 제한범위 등을 정확하게 이해함은물론 각 공작기계 절삭 공정을 이해하면 관련 PP Function 파일을 쉽게 활용할 수 있으므로 다양한 다축, 다공정 가공기 에 적용되어 질 것으로 예싱되어 진다.
- 본 연구 결과로 일반적인 3축(XY, Z) CNC 머신에부가축(B, C)을 설치한 다축, 다공정 가공기의 활용도를극대화 할 수 있으며 복잡하게만 느껴졌던 다축, 다공정가공에 대하여 작업자들의 부담감이 많이 해소될 것이다. 적용된 CAD/CAM Software 에서 다양한 다축 좌표변환프로그램을 통해 VBScript을 이용한 PP Functione 신뢰성을 확인할 수 있었다.
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