[논문]제트엔진 압축기 케이스의 구멍 가공을 위한 특징형상 인식 기반의 CAM 모델 자동생성

김병철; 송일환

doi:10.3795/ksme-a.2015.39.3.337

제트엔진 압축기 케이스의 구멍 가공을 위한 특징형상 인식 기반의 CAM 모델 자동생성
Automatic Generation of CAM Model for Machining Holes for Jet Engine Compressor Case Based on Feature Recognition 원문보기

大韓機械學會論文集. Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers. A. A, v.39 no.3, 2015년, pp.337 - 345

김병철 (동아대학교 기계공학과) , 송일환 (삼성테크윈 CAE 기술그룹)

초록
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항공기에 사용하는 제트엔진을 생산하기 위해서는 고도의 절삭가공 기술이 필요하다. 항공기 엔진 가공업체들은 가공 시 발생할 수 있는 오류들을 방지하기 위해, CAM(computer-aided manufacturing) 기술을 도입하였다. 그러나 CAM 모델 생성을 위해서는, 작업자가 수 일에서 수 주 동안 CAD 모델을 기반으로 가공 연산을 일일이 생성해야 하는 문제가 있다. 이러한 문제 해결을 위해 본 논문에서는 CAD 모델로부터 구멍 가공 부분에 대한 CAM 모델의 자동 생성 방법을 제안한다. 이를 위해 CAD 모델에서 구멍 특징형상을 인식하고 이를 CATIA 의 가공 연산으로 변환하는 방법을 적용하였다. 또한 프로토타입 시스템의 구현을 통해 제안한 방법을 실험 및 검증하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

High machining technology is needed for manufacturing jet engines for use in aircrafts. To reduce errors in the jet engine machining process, the machining companies of aircraft engines have introduced the CAM (computer-aided manufacturing) technology. However, to create a CAM model, the operator must manually conduct machining operations based on a CAD (computer-aided design) model, which can take several days or weeks. To solve this problem, this study proposes a method for automatically generating a CAM model for machining holes in the parts, using a CAD model. In this method, the features of the hole are recognized from the CAD model and translated into machining operations to be used with the CATIA program. Additionally, a prototype system was implemented and the proposed method was experimentally verified.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

그러나 힌트 기반 방법에서는 특징형상 종류에 따른 인식 규칙을 정의하지는 않기 때문에, 구멍 특징형상에 대한 인식 규칙 정의가 필요하다. 따라서 본 연구에서는 제트엔진 압축기 케이스에 적용할 수 있는 구멍 특징형상 인식 규칙을 정의하였다. 추가적으로 인식된 구멍 특징형상 간의 순서 결정 방법도 제안하였다.
본 연구에서는 B-rep 으로 표현된 CAD 모델을 입력으로 사용하여, 최종적으로 CATIA 의 가공 연산 (machining operations)을 생성하는 것이 목표이다.
본 연구에서는 이러한 문제 해결을 위해 CAD 모델로부터 구멍 가공 부분에 대한 CAM 모델을 자동으로 생성하고, 이 기능을 상업용 CAD 시스템인 CATIA 의 CAM 모듈에 통합하였다. 특히, Brep 으로 표현된 CAD 모델에서 구멍 특징형상(hole feature)을 찾기 위해 특징형상 인식 방법을 적용하였다.

제안 방법

그러나 가공을 할 경우에는 구멍의 중심과 모따기의 중심부분이 서로 연관되어야 하기 때문에, 모따기와 구멍을 함께 인식할 필요가 있다. 따라서 본 연구에서는 CATIA 의 FR 모듈을 이용하지 않았다.
힌트 기반 방법은 흔적으로부터 검색을 시작하기 때문에 인식 속도가 빠르다는 장점이 있다. 따라서 본 연구에서는 힌트 기반 방법을 적용하였다. 그러나 Fig.
본 연구에서는 CAD 모델로부터 구멍 가공 부분에 대한 CAM 모델을 자동으로 생성하고, 이 기능을 상업용 CAD 시스템인 CATIA 의 CAM 모듈에 통합하였다. 이를 위해 특징형상 인식 방법을 적용하였고, 인식된 특징형상과 CATIA 의 가공 연산을 매핑시켰다.
모따기 구멍은 모따기가 구멍의 한쪽에만 있는 단일 모따기 구멍 (single-chamfered hole)과 구멍 양쪽에 모두 있는 양쪽 모따기 구멍(double-chamfered hole)으로 구분한다. 본 연구에서는 모따기와 구멍을 별개의 특징형상으로 구분하여 인식하지 않고, 모따기가 있는 구멍과 모따기가 없는 구멍으로 구분하여 인식하였다.
본 연구에서는 새로운 특징형상 인식 방법을 제안하지는 않으며, 대신 기존의 힌트 기반 방법을 이용한다. 그러나 힌트 기반 방법에서는 특징형상 종류에 따른 인식 규칙을 정의하지는 않기 때문에, 구멍 특징형상에 대한 인식 규칙 정의가 필요하다.
본 연구에서는 CAD 모델로부터 구멍 가공 부분에 대한 CAM 모델을 자동으로 생성하고, 이 기능을 상업용 CAD 시스템인 CATIA 의 CAM 모듈에 통합하였다. 이를 위해 특징형상 인식 방법을 적용하였고, 인식된 특징형상과 CATIA 의 가공 연산을 매핑시켰다. 또한 구현 및 실험을 통해 제안한 방법을 검증하였고, CATIA 에서 공구경로가 생성되는 것을 확인하였다.
이를 위해, 본 연구에서 개발한 프로토타입 시스템에서는 CAM 작업자가 본인이 원하는 위치에 생성되는 구멍 가공을 삽입할 수 있도록 했으며, 이는 Fig. 9(a)에서 ‘Operation 삽입 위치’ 항목에서 설정할 수 있다.
본 연구에서는 이러한 문제 해결을 위해 CAD 모델로부터 구멍 가공 부분에 대한 CAM 모델을 자동으로 생성하고, 이 기능을 상업용 CAD 시스템인 CATIA 의 CAM 모듈에 통합하였다. 특히, Brep 으로 표현된 CAD 모델에서 구멍 특징형상(hole feature)을 찾기 위해 특징형상 인식 방법을 적용하였다.

대상 데이터

전체 드릴링 가공 또는 전체 순차 그루브 가공 내에서 단위 가공 순서는 구멍이 위치한 부위에 따라 다르다. Fig. 1 을 보면, 대상 모델은 외부/내부 원통면과 상단/하단/ 측면 플랜지(top/bottom/side flange)로 구분된다. 구멍이 어떤 부위에 위치하는지 구분하기 위해서 구멍의 축 방향을 이용한다.

이론/모형

본 연구에서는 구멍 특징형상 인식을 위해 힌트 기반 방법을 사용한다. 힌트 기반 방법에서는 특징형상에 대한 흔적(trace)에서 인식을 시작하는데, 단순 구멍은 원통면(cylindrical face)이 단서가 되고, 단일 모따기 구멍과 양쪽 모따기 구멍은 원추면 (conical face)이 흔적이 된다.
특징형상 인식 모듈은 CATIA 로 부터 IGES 파일 형태로 CAD 모델 파일을 받는다. 특징형상 인식은 공개용 형상모델링 커널인 OpenCascade (16)를 이용해 구현하였다. 특징형상 인식 모듈의 결과는 XML 파일 형식으로 연산 생성 모듈로 전달되고, 연산 생성 모듈은 이를 이용해 CATIA 에 가공 연산을 생성한다.

성능/효과

이를 위해 특징형상 인식 방법을 적용하였고, 인식된 특징형상과 CATIA 의 가공 연산을 매핑시켰다. 또한 구현 및 실험을 통해 제안한 방법을 검증하였고, CATIA 에서 공구경로가 생성되는 것을 확인하였다.
본 연구에서 제안한 방법을 이용해 공구경로를 생성하는 데에는 인텔 i7 CPU 및 8GB 램을 가진 PC 에서 약 5 분 정도 소요되었다. 이는 수작업으로 진행할 때의 시간과 비교할 때 매우 개선된 결과이다.

후속연구

복잡한 모델의 경우 이러한 부분을 많이 포함하고 있기 때문에 이에 대한 해결방안이 필요하다. 향후에는 이런 부분까지 고려한 CAM 모델 자동생성 연구를 진행할 계획이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	가공 특징형상을 정의하기 위해서는 필요한 것은 무엇인가?	CAM 모델은 가공연산(machining operation)을 나 타내는 가공 특징형상(machining feature)들로 정의 한다. 가공 특징형상을 정의하기 위해서는 특징형 상을 구성하는 면(face) 및 모서리(edge)를 CAM 작업자가 CAD 모델에서 일일이 선택해 주어야 하며, 필요한 면 또는 모서리가 없을 경우 직접 필요한 형상을 그려주어야 한다. 가공 특징형상이 정의되면 이로부터 공구경로(tool path)를 생성하고, NC 코드를 생성한다.
	제트엔진 압축기 케이스의 전체 작업 시간을 줄일 수 있는 방법은 무엇인가?	1 에서 보는 것처럼 구멍 가공이 많은 부분을 차지한다. 따라서 구멍 가공 부분에 대한 작업 시 간을 줄일 수 있다면 전체 작업 시간을 크게 줄일 수 있게 된다.
	CAM 모델은 무엇으로 정의하는가?	CAM 모델은 가공연산(machining operation)을 나 타내는 가공 특징형상(machining feature)들로 정의 한다. 가공 특징형상을 정의하기 위해서는 특징형 상을 구성하는 면(face) 및 모서리(edge)를 CAM 작업자가 CAD 모델에서 일일이 선택해 주어야 하며, 필요한 면 또는 모서리가 없을 경우 직접 필요한 형상을 그려주어야 한다.

참고문헌 (17)

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Kim, B. C. and Mun, D., 2014, "Non-overlapping Volume Decomposition Using Maximum Volumes," Trans. Soc. CAD/CAM Eng., Vol. 19, No. 1, pp. 1-11.

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OpenCascade homepage, http://www.opencascade.org/.
StandardAero Components homepage, http://standardaerocomponents.com/.

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표제어: PCR

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용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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