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[기술특집]WorkNC 2018 R2에서 'L/D 컨트롤 가공'의 제안

입력 : 2019.04.15 16:18

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[첨단 헬로티]


미즈노 에이이치 (水野 英一)   베로소프트웨어(주)


그림 1은 평면부의 절삭면인데, 중앙 부근에 오른쪽에서 왼쪽으로 횡단한 줄무늬와 같은 흔적을 볼 수 있다. 절삭 정도는 문제없고 손으로 만져도 단차가 없는 줄무늬인데, 독자 여러분은 어떻게 생각할까.'단차가 없다면 OK․', '외관 중시라면 NG'.

 


크게는 이 2가지 의견으로 나뉠 것으로 생각된다. 실제로는 그림 1은 동시 5축가공으로 가공한 절삭면으로, 이 의견 차이야말로 고정(분할) 5축가공과 동시 5축가공의 경계가 된다고 필자는 생각한다. 기존의 3축가공과 비교해 동시 5축가공의 메리트(우위성)가 이와 같은 기사나 세미나 등에서 주장된 지 오래되었고, 여러분도 충분히 이해하고 있다.


한편으로 5축가공기를 도입한 유저도 실제 가공에 사용하는 것은 3축가공과 세팅 교체리스를 목적으로 한 고정 5축가공이 메인으로 되어 있는 케이스가 적지 않다. 5축가공기 도입 당초에는 아마 동시 5축가공을 실시하고 있었다고 생각되는데, 왜 동시 5축가공이 적어져 버렸을까.


이 글에서는 동시 5축가공의 도입 목적을 다시 정의하고, 금형가공에서 메리트를 수정해 간다. 또한 첫머리에서 말한 ‘단차가 없는 줄무늬’에 대해 다시 검증을 실시해 간다.


동시 5축가공의 메리트


기존의 사실로서 동시 5축가공은 3축가공과 비교해 다음과 같은 메리트가 알려져 있다.


① 공구 주속 0(제로) 가공의 회피
② 세팅 교체가 불필요한 다면가공
③ 홀더의 공구 돌출 길이(L/D) 단축


이하에서 이러한 메리트를 다시 검증해 간다.


1. 공구 주속 0 가공의 회피


최신 가공기를 사용해 최고 회전수로 회전했다고 해도 공구의 끝단 중심은 거의 주속 0이 되어, 그 부분에서 가공을 하면 절삭면이 뜯기게 된다고 알려져 있다. 그 공구 주속 0 가공을 회피할 수 있는 동시 5축가공은 절삭면 품질 향상을 기대할 수 있다.


그러나 금형과 같이 복잡한 형상에서도 공구 주속 0 가공의 회피는 가능할까. 예를 들면 동시 5축가공에는 절삭면에 대해 항상 일정한 각도를 유지하는 파라미터가 존재한다. 부품이나 비교적 단순한 금형이라면 공구의 기울기도 많이 변화하지 않지만, 복잡한 금형은 절삭면에 의해 가공 방향이 항상 변화하게 된다. 이것은 마치 회전목마와 같이 팽팽 돌아가는 어지러운 가공이 되어 버릴 것이다.


최근에는 공구 메이커의 개발이 현저하고, 공구 날형의 고안에 의해 주속 0 가공의 절삭면 품질 향상을 도모하고 있는 공구가 적지 않다. 앞에서 말한 이유로 최근에는 주속 0 가공의 회피를 동시 5축가공의 메리트로서 중요시하지 않아도 된다고 필자는 생각하고 있다.


2. 세팅 교체가 불필요한 다면가공


가공 시의 세팅 교체는 현장 작업자에게 주는 부담을 생각해도 가공 정도를 유지하기 위해서도 피하고 싶은 공정이다. 5축가공기라면 1회의 세팅으로 다방향의 가공이 가능하고, 공정집약에 의한 세팅 교체 공수 절감이나 가공 정도 향상을 기대할 수 있다.


단 고정 5축가공에서는 이하의 과제도 지적되고 있으며, 특히 형상가공에서는 현저하게 그 과제가 나타나고 있다.


① 홀더 형상+공구 길이를 고려한 최적의 가공 각도 산출이 곤란.
② 각도 전환 부분의 단차 발생 가능성이 있다.


그렇기 때문에 가공 공정(대상 형상)에 의해 고정 5축가공과 동시 5축가공을 구분 사용할 필요가 있다고 필자는 생각하고 있다.


3. 홀더의 공구 돌출 길이(L/D)의 단축


일반적으로 공구 돌출 길이가 5를 넘으면 가공 조건은 악화, 그것에 동반해 가공 시간의 증대나 절삭면 품질의 저하 등 여러 가지 문제가 발생하게 된다. 공구를 기울여서 공구 돌출 길이의 증대를 방지하는 방법은 문제 회피에 대한 매우 유효한 방법이다. 공구를 기울이는 것은 고정 5축가공에서도 동시 5축가공에서도 가능하고, 5축가공기 도입 후에 고정 5축가공이 많아지는 이유의 하나가 되고 있다.


여기에서 조금 화제를 바꿔 보자. 왜 동시 5축가공이 적어지고 있는가이다. 여러분 중에는 CAD/CAM 오퍼레이터인 분도 많을 것으로 생각도니다. 여러분이 다음에 가공하는 금형가공을 위해 동시 5축가공 데이터를 작성하게 됐다고 가정한 경우, 어떻게 생각할까.


․‘3축과 비교해 파라미터가 많을 것 같다’
․‘AC축이나 BC축 등 각도 컨트롤도 하기 때문에 설정이 복잡할 것 같다’
․‘가공기를 부딪치지 않도록 홀더만이 아니라 가공기와의 간섭도 하지 않아야!’


오퍼레이터 시선에서는 동시 5축가공에 대해 마이너스 이미지가 많아지는 것은 아닐까. 이 마이너스 이미지의 유무에 의해 그 메이커의 동시 5축가공 비율 증감이 발생하게 된다고 필자는 생각하고 있다. 그렇기 때문에 동시 5축가공 데이터 작성의 문턱을 낮게 하고, 마이너스 이미지를 적게 하는 것이 동시 5축가공을 일반적인 가공으로 하기 위해 필요하지 않을까.


앞으로의 동시 5축가공의 메리트


고정 5축가공에 과제가 있다는 것을 설명했다. 이것에 대해 동시 5축가공은 솔루션을 제시하는 것이 가능하다.


① 홀더 형상+공구 길이를 고려한 최적의 가공 각도 자동 산출이 가능.
② 연속된 가공에 의해 가공 단차 발생의 가능성이 적다.


고정 5축가공에 대한 솔루션과 함께 앞으로의 동시 5축가공의 메리트로서 홀더의 공구 돌출 길이 제어=‘L/D 컨트롤 가공’을 메인으로 하는 것을 제안하고 싶다. 가령 L/D=10이 되어 버리는 가공을 동시 5축가공으로 함으로써 L/D=5로 개선할 수 있다면, 이송 속도 등의 가공 조건도 개선할 수 있고 가공 시간의 단축이나 절삭면 품질의 향상을 기대할 수 있기 때문이다.

 


3축가공 vs 동시 5축가공


그러면 L/D 컨트롤 가공의 구체 예를 들어 보자. 샘플은 엔진블록의 일부를 빼낸 금형 형상으로, 이 형상을 가공했을 때의 3축가공과 동시 5축가공을 비교한 결과를 그림 2에 나타냈다.


3축의 가공 시간과 비교해 동시 5축가공에서는 –56%의 가공 시간이 됐다. 또한 실제 가공 시간에서도 –42%로 대폭적인 가공 시간 절감을 실현할 수 있었다. 보통의 가공 개선으로는 여기까지 큰 절감은 어렵고, 동시 5축가공에 의한 L/D 컨트롤 가공의 메리트를 구현화할 수 있었던 예가 된다.


WorkNC의 동시 5축가공


Vero Software사가 개발하고 있는 WorkNC의 최신 버전 ‘WorkNC 2018 R2’는 2종류의 동시 5축가공을 서포트하고 있다.


① 금형가공용 솔루션 ‘Auto5’, ‘Auto3+2’
② 부품가공용 솔루션 ‘5Axis’
이 글에서는 금형가공용 솔루션 Auto5에 포커스한다.

 


금형가공용 솔루션 Auto5의 특징


Auto5의 큰 특징은 그 오퍼레이션 플로이다. 그림 3에 그 오퍼레이션 플로를 나타냈다. 홀더의 공구 돌출 길이가 예상 내라면, 그대로 3축가공을 한다. 길어지는 경우에만 Auto5로 계산함으로써 예상 내의 길이로 가공 가능한 동시 5축가공으로 변환할 수 있다.


동시 5축가공 변환 시에는 미리 설정한 가공기 정보(머신 콘텍스트)에서 경사각 리밋을 참조, 리밋 오버가 되는 경우에는 회전축을 반전하는 등 5축가공기의 사양에 맞춘 변환을 하는 것이 가능하다. 이 3축가공을 베이스로 L/D가 길어져 버리는 경우의 솔루션으로서 Auto5에 의한 동시 5축가공 데이터의 자동 작성이, WorkNC가 추천하는 L/D 컨트롤 가공이 된다.


이 3축가공 데이터의 연장선 상에서 동시 5축가공 데이터 작성을 가능하게 함으로써 오퍼레이터의 동시 5축가공 데이터 작성에 대한 마이너스 이미지를 해소할 수 있고, 일반적인 가공으로서 동시 5축가공을 실현 가능하게 하고 있다. WorkNC는 5축가공기에 의한 동시 5축가공의 비율을 많게 하고, L/D 컨트롤 가공에 의한 가공 시간 단축(효율화)를 지향해 가는 것을 제안한다.


평탄부의 절삭면 가공 줄무늬의 검증


다음으로 첫머리에서 말한 그림 1의 절삭면 가공 줄무늬에 대해 검토한다. 이 가공에서는 주속 0 가공을 회피하기 위해 리드각을 10°로 설정, 평탄부에서도 주속 0 가공을 회피하고 있다. 그 기울기에 의해 간섭하게 되는 부위가 있으면, 회피하기 위해 가공 각도를 변화시킨다. 이 가공 각도의 변화에 의해 절삭면에 변화가 나타나고, 그것이 가공 줄무늬와 같이 보이게 되는 원인이 되고 있었다.

 


이에 리드각을 10°에서 0°로 설정 변경한 결과가 그림 4이다. 가공 줄무늬가 나타나고 있던 부분의 가공 각도는 0°가 되아, 가공 각도의 변화가 해소되고 가공 줄무늬 절감을 기대할 수 있다. 이와 같이 절삭면에 영향을 미치는 다듬질가공에서는 가급적 가공 각도의 변화가 없는 것이 바람직하다. 그렇게 함으로써 절삭면의 상태가 균일해지고, 불필요한(외관의) 가공 줄무늬 절감을 예상할 수 있다.


경우에 따라서는 지금까지 상식으로 되어 있던 동시 5축가공의 설정을 수정하는 것도 필요하다. 또한 주속 0 가공의 가공면 뜯김을 줄일 수 있는 공구를 선정하는 것도 부가해 둔다.


머신 간섭 체크


동시 5축가공에서 머신 간섭 체크는 필요한 공정이다. 3축가공에서도 공구나 홀더에 대해서는 간섭 체크가 필요한데, 동시 5축가공이 되면 가공기가 복잡하게 움직이기 때문에 더구나 체크 대상이 증가한다. 주축, 테이블, 지그, 공구 길이 측정기 등 간섭의 가능성이 있는 형상에 대해서는 모두 체크를 하는 것이 필수가 된다.

 


또한 잊어서는 안 되는 것이 스트로크 체크이다. 그림 5는 트라니온식 5축가공기의 예인데, 가로에서의 가공에서는 머신 헤드가 베드에 간섭할 가능성이 있기 때문에 지그 플레이트를 사용해 워크의 증축을 하고 있다. 그렇기 때문에 Z 스트로크가 오버하고 있는 예가 된다. 스트로크 체크를 게을리 하면, 실제 가공 시에 가공 스톱이 발생, 가공 스케줄의 지연도 걱정되는 문제가 된다.


일반적으로 NC 데이터 시뮬레이션 소프트웨어에 의해 머신 간섭이나 스트로크 오버 체크를 실시하는 케이스가 적지 않다. 단, 시뮬레이션 상에서 문제가 발견된 경우에는 CAM으로 되돌아가 수정을 하기 때문에 번잡한 오퍼레이션이 될 가능성이 있다.


이에 WorkNC는 WorkNC 내에서 이들 체크를 실시, 문제가 발생한 경우에는 즉시 수정해 재체크라고 하는 짧은 스팬으로 오퍼레이션을 하는 것이 가능하다. 머신 간섭이나 스트로크 체크는 동일한 메뉴로 결과를 확인할 수 있고, 오퍼레이터는 어떻게 하면 좋은지 판단하는 것이 가능하다.


가령 Z 스트로크가 100mm 오버라고 메시지에 기술되어 있는 경우, 오퍼레이터는 쇼트 사이즈의 홀더로 변경하거나 스타트 위치를 수정하거나 할 수 있다. 설정 수정 후 머신 간섭이나 스트로크 체크가 자동적으로 재계산이 되고, 다시 확인하는 것이 가능해진다.


WorkNC가 제안하는 ‘L/D 컨트롤 가공’은 어떨까. 5축가공기는 마법의 가공기는 아니지만, 큰 가능성을 가진 가공기라고 생각한다. 우리 베로소프트웨어는 앞으로도 그 가능성을 유저와 함께 생각, 제안해 갈 것이다.


미즈노 에이이치 : 기술부 매니저

/서재창 기자(prmoed@hellot.net)

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