CATIA 를 이용한 NC

Manufacturing

▶ 3 축 가공에 관련된 SMG (3Axis Surface Maching)

▶ 5 축 가공에 관련된 MMG (Muti Surface Maching)

▶ 선반가공 (Lathe Maching) - CATIA V5R7 에 추가됨

◎ CATIA V5 는 Drill 2.5 축 가공에 관련 PMG (Prismatic Machining)

NC MANUFACTURING 에 들어가기 전에…

3 축 가공과 5 축 가공

머시닝 센터에서의 3 축 가공에 회전축을 더함으로써 5 축 또는 그 이상의 다축 가공을 할 수 있는데 주로 항공기 부품 ( 랜딩기어 . 회전 체류 ), 터빈 블레이드 , 프로펠러 , 임펠러 , 고정밀도 부품 금형 ,

신발금 형 , 시제품 가공 , 공구 제작 업체 , 타이어 금형 등에서 포괄적으로

사용 .

일부 금형 업체 ( 프레스 , 신발 등 ) 에서는 5 축 가공을 위한 준비작업에 상상한 투자를 하고 있으며 , 몇 년 후에는 이와 같은 5축 가공 방법이 보편화될 것으로 전망 . 그러나 , 이러한 5 축 가공에 대한 국내의 소프트웨어 , 하드웨어가 부족하여 많은 부분의 시장을 유럽 , 일본 등지에 빼앗기고 있는 실정인데 현재 미국의 GE 등의 물량이 IMF 이후 환율 상승의 영향으로 약간 들어오고 있는데 그치고 있다 .

현재의 Commercial 한 5 축 제품의 기능이 전용화 된 제품은 고가이며 응용분야가 제한 되어있고 , 범용적인 제품은 기능이 다양하지 못하여 사용자의 불편이 많이 따르는데 이를 통합화하여 디자인 → 5 축 가공 소프트 → 공구 및 소재 응력 해석을 이용한 피드 제어 및 검증 →

PC NC 를 통한 고속가공 제어 → 가공부 측정에 이르는 전반적으로 통합화된 패키지를 국내 기술로 빠른 시간에 개발하는데 , 그 중요성이 있다 .

▣ CATIA 환경 들어가기

Part Design 에서 모델링을 한 후 Top Menu 의 Start 를 누르고 이어 NC-Manufacturing 을 선택한 다음에 자기가 원하는 가공 Tool Path 를 선택한다 .

메뉴의 중간에 있는 아이콘을 눌러서 가공에 사용될 모델을 불러올 수 있다 .

물론 모델이 화면에 있는 상태에서 Start - NC Machining –Surface Machining 에 들어가도 똑같은 결과를 얻게 된다 .

▣ 가공 블록 생성하기 ( 공작물 )

가공할 모델에 대해서 가공 블록을 생성하기 위해 Product List 의 상위 루트를 더블 클릭하여 작업 환경을 Wire frame & Surface Work Bench 로 이동한다 . 만일 Wire frame& Surface Work Bench 로 이동되지 않고 다른 Work Bench 환경으로 들어갔다면 Start-Mechanical Design – Wire frame & Surface 를 선택하여 이동한다 . 블록 생성 아이콘 화면에 없다면 Top 메뉴의 View - toolbars – Surface Machining Tool 를 선택한다 . 직접 가공 블록을 만들어도 된다 .

▣ 가공할 모델 불러오기 PPR Tree Process List 항목 아래에 있는 Part Operation.1 을 더블 클릭하면 다음과 같은 Part Operation 메뉴가 나타난다 .

블록 생성 아이콘

블록 생성 툴 바의 첫 번째 아이콘을 누르고 이전에 불러들인 모델을 선택한다 . 생성될 블록의 현재 사이즈를 알려주는 메뉴 창이 뜨게 되는데 , 이것을 이용하여현재 사이즈보다 좀더 여유 있게 치수를 조정 할 수 있다 . OK 를 누르면 새로운 Open Body 가 tree 에 추가되면서 join.1 이란 이름으로 블록이 만들어진다 . 생성된 블록을 클릭하여 no show 로 보내고 작업을 하면 편리게작업을 할 수 있다 .

▣ 황삭 가공

① 가공 블록을 생성했던 Wire frame & Surface 작업 환경에서 다시 SMG(3Axis Surface Machining) 작업 환경으로 되돌아가 가기 위해서 PPR Tree Process List 아래에 있는 Part Operation.1 을 더블 클릭하면 된다 .

② 황삭 가공 Tool Path 를 생성하기 위해 Part Operation.1 아래에 있는 Manufacturing Program.1 을 선택한 후 오른쪽 Toolbar 에서 황삭 아이콘 을 누른다 .

황삭 메뉴를 통해서 가공영역 , 가공 Style, 공구 Feed rate 뿐만 아니라 공구의 진입 IN/Out 에 대한 사항까지 모두 지정 할 수 있다 . ( 다음 페이지 그림 참고 !)

③ CATIA V5 SMG 에서는 가공 Tool Path 를 생성하기 위해 반드시 (?) 지정되어야 할 것 을 빨간색으로 표시해 준다 . 가공영역을 지정하기 위해 빨간색으로 표시된 부분에서 마 우스 세 번째 버튼을 누르면 추가적인 메뉴가 나타난다 . 그 중에서 제일 위에 있는 Body(ies) 를 선택하면 황삭 메뉴가 아래로 사라지고 가공영역을 선택 할 수 있는 상 태로 바뀐다 . 모델 위에서 더블 클릭 하면 사라졌던 황삭 메뉴가 다시 나타나는데 , 가공영역이 지 정되었기 때문에 빨간색이 녹색으로 변하게 된다 . 앞 과정에서 생성해 놓은 가공 블록 역시 똑같은 방법으로 지정해주면 녹색으로 바뀌 게 된다 .

가공영역 지정 가공스타일 설정

가공 Style 및 조건 지정

황삭 메뉴의 첫 번째 Tab (Machining Strategy) 를 눌러서 생성될 툴 패스의 Style 과 여러 가지 가공 조건을 지정해 줄 수 있다 . 메뉴에서 변경하고자 하는 조건이 무엇을 의미하는지 알고 싶으면 물음표 (?)버튼을 누른다 . 그러면 해당조건 값이 무엇을 의미하는지 그림으로 알려준다 .

STOP Mode

부분 가공의 위해 Face Selection 을 이용하는 것처럼 모델의 Edge 를 쉽게 선택 할 수 있게 해주는 Edge Selection 메뉴가 있다 . Edge Selection 을 이용하여 경계 즉 , Limit Line 을 지정해 줄 수 있다 . Sweeping 의 경우 , Sweeping 메뉴에서 가공 영역을 먼저 지정한 다음 이어서 Limit Contour 를 누르면 Edge Selection 메뉴가 나타나게 된다 . Edge 를 선택하는 것 역시 임의의 Edge 를 선택한 후 , 메뉴에서 첫 번째 아이콘을 누르면 Tangent 연속인 Edge 를 쉽게 찾을 수 있다 .

가공 Tool Path 보기

가공 Tool Path 가 생성된 후에는 Roughing Simulation 을 할 수 있는 메뉴로 바뀌게 된 다 . Replay 버튼을 이용하여 현재 화면에서 공구의 진행 경로를 확인할 수 있다 .

Photo 버튼 통해서 해당 툴 패스를 가공하고 난 후의 모습을 보여준다 . Video 버튼으로 실제 가공되는 모습을 Zoom In / Out,Rotate 하면서 보여준다 .

이처럼 CATIA V5 에서는 Z Level, Pencil, Countour_Driven,Spiral milling,Profile 등 여러 가지 다양한 방법을 제공해 주고 있다 . 따라서 어떠한 형상의 제품도 이들 가공 패턴을 조합하여 훌륭한 가공 툴 패스를 만들어 낼 수 있다 .

NC 코드 생성 NC CODE 를 만들기 전에 먼저 Tools → Option → Nc Manufacturing → Out put 항목에서 Cenit 를 선택하여야 Nc Code 가 생성 (Nc Code 를 생성하기 전에는 먼저 Save 를 합니다 .)

PPR Tree 에서 Manufacturing Program 을 선택한 후 Nc Code 생성 아이콘을 누르면Generate Nc Output Batch Mode창이 뜨면 Nc code 외에 APT,CGR,CLF 의 ContronerType 을 정할 수 있고 자기가 원하는 IMS Post-Pro Cessor File 을 선택하여 최종 Nc Code 를 생성

마지막 Extract 클릭

1, Prismatic Machining

● Pocketing 1, Geometry tab page ⑴ sensitive 영역과 text 가 나타나있으며 , area 가 붉은색 or 주황색으로 되어 있으면 형상을 선택해 주어야 한다는 것을 의미한다 . tip) 파란색 text 는 더블클릭하여 원하는 숫자를 입력할 수 있다 . ⑵ box안의 붉은 색으로 되어있는 Bottom 을 선택 후 가공할 Pocket 의 바달을 선택한다 . 그러면 Bottom 가 Drive 가 나타나는데 Drive 는 가공해야 할 영역의 경계를 나타내 주는 것이다 . ⑶ Top 를 선택 후 가공할 stock의 상단면을 클릭한다 . 가공 모재의 상단면을 인식시키는 것이다 . ⑷ Replay 를 활성화시켜 아이콘을 눌러 공구의 이동을 확인한다 .

● Profile contouring 1, Geometry tab page

⑴ sensitive icon 안의 Hard text 들 중에서 Top : soft 로 해주어 바닥가공 Area를 없앤다 . ⑵ Bottom Plane 선택하고 Part Geometry 형상 바닥을 선택한다 . Bottom, Guide, Tool Axis 가 나타난다 . Tip) Tool Axis 방향이 반대이면 Axis 를 더블클릭하여 Axis 상에서 Revers 를 클릭하여 축의 방향을 조정할 수 있다 . ⑶ Guide element 의 화살표 방향은 공구가 이동할 때의 위치를 나타내므로 화살표는 밖으로 향하도록 한다 . ⑷ Bos안의 Top Plane 선택하고 Part Geometry 의 Top Plane 선택한다 . 가공할 모재의 크기를 설정해주는 것이다 . ⑸ Text 중 Offset Contour 를 더블클릭하여 Parameter Box 에서 Offset 값을 준다 . 외관에서 몇 mm 떨어져서 가공할 것인가에 대한 설정이다 .

2, Strategy tab page ○ Tool path style ▷ one-way 선택 : 일정한 경로를 따라 같은 형상의 툴패스가 생성된다 . ▷ Zig-zag : 빠르다 . . ○ Distance between paths : path 사이의 거리를 말한다 . ○ Number of paths : 생성시킬 path 의 개수를 말한다 . ○ Maximum depth of cut : 깊이 방향의 절삭 깊이를 말한다 . ○ Number of levels : 깊이 방향으로 툴패스를 몇 단계로 나눌것인가 , 실제 장비에서 가공 가능한 깊이로 정한다 .

3, Assian a Macro ○ Approch : 공구가 가공을 위해 part 로 접근하는 방법 ○ Retract : 가공공구가 가공을 끝내고 다른 부분으로 이동하여 나가는 방법 , 공구가 공작물을 떠날 때 공작물이 손상되는 것을 막아주는 역할을 한다 .

4, Too tab page ○ 공구를 정의하고 크기 길이 ․ ․ RC 값을 정의하고 Tool number 에 원하는 공구의 번호를 써준다

● Facing

1. Geometry Tab page

(1) sensitive Area 에서 top plane 을 선택 후 가공할 stock의 상단면을 선택한다 .

(2) bottom plane 을 선택한 후 가공할 바닥 면 , 즉 면을 칠 곳까지의 plane 을 Edge 포인트를 선택한다 .

(3) drive 를 선택 후 가공 하고자 하는 영역을 선택한다 . 보통 Top 과 bottom 의 직각형 일 경우 drive 가 자동으로 선택되나 복잡한 형상에서는 curve 를 하나하나 선택 하여 경로를 정해 준다 .

2.strategy Tab Page

(1)Tool Path Style

① inward helical : 외곽을 돌려 치며 path 를 지정한 값만큼 안쪽으로 들어와 또 외곽 형상 되로 돌려 치는 가공 방식이다 . ② Back and forth : ㄷ 자 형식으로 tool path 를 생성하는 것이며 앞으로 전진하고 끝에서 between path 값 만큼 이동 후 다 back로 같은 형상 경로만큼 가공하는 형식이다 . ③ One way : one way next 형식으로 면을 한 방향으로 가공 후 Retract 한 후 between path값만큼 이동 후 다시 한 방향으로 가공하는 식의 가공법이다 .

2-1 Radial

① End of path : in : tool path 의 전환부가 공작물의 안쪽에서 가공 out : tool path 의 전환부가 공작물의 바깥쪽에서가공

② Overhang : 공구의 위치 0이면 공작물 안쪽의 50이면 공작물의 중앙이 공구의 위치 100이면 공작물의 바깥쪽의 공구의 위치 2-2 Axial

Axial strategy

Mode: 1. maximum depth of cut ⇒ depth 값으로만 가공하고자 할 때

2. Number of level ⇒ bottom 면까지 몇 level 로 가공 할 것인가

3. Number of level without top ⇒ 몇 ㎜로 몇 단계로 가공 할 것인가

● Curve Following

Curve 를 기반으로 일정 깊이의 depth 가공을 할 때 사용한다 .

1. Geometry tab page ① 빨간색의 curve 를 선택 후 Geometry 상의 curve 를 선택한다 . ② Axial offset 값을 클릭하여 depth값을 준다 .

Point to Point point 로 tool path 경로를 지정하여 curve 가 아닌 직각의 tool path 를 생성하고 edit offset값으로 depth 값을 조정한다 . 일정형상의 모재으 경로 가공에 사용할수 있고 경로 순서에 따라 포인에 순서가 부여된다 .

3Axial Surface Machine

공구축의 정의 : Part Desigin 에서 Axis 기능을 이용하여 미리 공구축을 정의 3Axial Surface Machine 상에서 Part Operation 에서 Machineg Axcs system 을 선택후 미리 정의해 놓은 Axcs 를 선택 축방향을

맞추어 놓고 ok를 선택한다 .

● Roughing( 러핑 ) 황삭 가공

(1)Geometry tab page

① Sensitive area 영역에서 Roughing stock을 선택 후 No show로 보낸 stock을 선 택하여 준다 . ② Sensitive area 의 Part 를 선택 후 3번 마우스에서 body 를 선택 후 가공할 part body 를 선택한다 . ③ Top plane 을 선택하고 No show의 stock 상단 plane 을 point 로 위치를 정의해준다 . ④ bottom plane 을 선택하고 여기까지만 가공 해라는 형식으로 하단 limit 까지 point로 정의해준다 . ⑤ safe plane 을 선택한 후 20 ㎜ offset 되어진 plane 을 선택하여 공작물 선단의 위치를 정의하여 준다 . ⑥ offset on part값을 5㎜정도 주어 가공속도에 중점을 둔다 .

Tool/Rough Stock position

On : Tool 이 stock위에서 가공을 한다 .( 중심 ) Inside : Tool 이 stock 안쪽에서 가공한다 . Outside : Tool 이 stock 바깥쪽에서 가공한다 .

2.strategy tab page

machining Tool path style ① one way next : 직선 가공 후 pool path 시작점이 한 칸씩 밀리면서 tool path 를 생성한다 . one way same 보다는 시간은 빠르며 면 질은 덜하다 . ② one way same : 직선 가공 후 pool path 의 시작점이 원점으로 돌아 온후 옆으로 이동 다시 직선 tool path 를 생성한다 . 시간은 가장 느리며 가공 면의 질은 가장 좋다 . ③ zig zag : 공구의 tool path 경도가 좌우로 생성되며 시간은 가장 빠르다 . ④ Helical : 외곽형상을 기반으로 점점 좁혀 돌며 tool path 를 생성한다 . 업계 에서 가장 많이 선호한다 . ⑤ contour only : 말 그대로 형상 driven 을 따라 tool path 가 생성된다 . ⑥ 공구의 축을 중심으로 회전 하면서 tool path 가 생성된다 .

Machining mode ①By plane : plane 을 형상으로 가공을 한다 . ②Pocket only : pocket 만을 가공한다 . ③outer part : part 만을 외관 형상만을 가공한다 . ④outer part and pocket : 외관과 pocket 만을 가공 , 전체를 가공하는 것임 .

Strategy ①Maximum cut depth : 가공 깊이를 정의해준다 . ②Radial strategy Definition : By ratio( 비율로 ) By Length(길이로 ) Pass overlap :미 가공으로 생기는 줄을 방지할 수 있다 .

Macro 매크로 ( 공구의 접근 방법 ) ①Approach Mode ․Plunge : 공작물 아래로 10mmsofu 와 옆으로 가공한다 . ․Drilling : 드릴처럼 10mm 직접 내려와 가공한다 (파손 우려 ) ․Ramping : 일정한 각도를 갖고 내려와 가공한다 . ․Helic : 공구가 회전하면서 들어간다 .

● Sweep roughing   stock 이 필요 없으며 offset on part 값을 roughing 값보다 적게 주어 한번 더 가공할 때 사용한다 .

⑴ Geometry tab page   ① sensitive area 에서 빨간색의 part 를 선택 3 번 마우스를 눌러 body 를 선택 후 part body 를 선택한다 .   ② Top plane 을 stock 이 아닌 가공 part 의 상단 point 로 정의해준다 .   ③ bottom plane 을 선택 후 가공할 바닥의 point 를 선택하여 Limit 범위를 준다 .   ④ Limit contour 를 클릭 후 가공 영역을 지정해 준다 . ⑵Strategy tap page

  ①Roughing type:     Z offset : Z 방향 두꺼운 부분부터 가공한다 .     Z plane : 외관형상에 관계없이 plane 단위로 가공한다 .     Z progressive : 절삭 깊이가 달며 외관형상을 기반으로 일정한 비율로 절삭한다 .  

②Tool path: one-way same : 시작점이 바로 윗 공정이 끝점으로 온다 . one-way next : 시작점이 전공 점 끝점에서 한 칸 뒤로 생성 zig zag : 일정한 방향성 없이 가공 ( 시간 단축 양호 )

(3) Macro 매크로 ( 공구의 접근 방법 )

Approach • Mode Along tool axis : 공구가 들어올 때 축을 따라 들어온다 . Along a vector : x, y, z에서 주어지 값에 따라 방향성을 가지고 들어온다 . Normal : 가공할 면에 normal 하게 공구가 들어 온다 . Tangent to movement : 가공 툴 패스에 tangent 하게 들어온다 . Retract :공구가 가공 후 가공영역에서 벗어날 때 모드는 동일하다 .

● Sweeping ( 중삭 or 정삭 ) -->stock이 별도로 필요 없다 .

(1)Geometry tab page a. 방식은 동일하다 . b. offset on part: 1mm 정도로 설정해준다 .

(2) stortegy tab page a. machining tool path style: 형식과 방법은 동일하다 . b. step over * constant : 평면에 정의되고 투영된 일정한 step over 거리를 가진다 . *maximum distance : 공구와 공구의 거리 *scallop height : 미 절삭된 부분의 높이라 할까 이 값으로 면의 질을 향상 시킬 수 있다 .(최대와 최소거리를 정의할 수 있다 .) 가공할 때 미 가공으로 생긴 틈을 없애 줄 수 있다 .

c. Step over: Left, Right 방향제어 Left: 초기위치에서 가공이 왼쪽으로 이동한다 . Right: 초기 위치에서 가공이 오른쪽으로 방향 이송 이동한다 .

(3).Zone tab: part 나 가공을 원하는 영역을 결정한다 . *all: 가공될 surface 전체 *frontal walls:가공될 part 의 정면 , surface *lateral walls: 가공될 part 의 측면의 surface *horizontal zones: part 의 수평한 surface 바닥 면

(4) Macro data macro tab 에는 optimize retract 버튼이 있다 . 가공시 발견되는 어떤 충돌도 없다는 것을 의미하며 그 공구는 safe plane 으로 상승하지 않을 것이다 . 이 옵션은 단지 part 의 가공에서 안전에 필요한 최소 높이 만큼 상승할 것이며 따라서 더욱더 빠른 가공 프로세스를 이룰 수 있다 .

High speed milling parameters Transition radius : 연속하는 passes 를 결합시키는 호의 반지름이다 . Discretization angle : 더 부드러운 공구 경로를 운영할 때 주는 값 Safety distance :passes 사이에 가공으로부터 그 공구를 이탈시키기 위하여 feed rate 에서 공구가 떨어져 있는 여유거리

● Z level machining

Z level operation 은 공구 축에 수직이기가 수평인 평면들까지 전체 part 를 가공하는 정삭 또는 중삭을 위한 operation 이다 . 일단 전체 높이를 맞추기 위해 가공 후 전체적으로 가공한다 .

*Check element : part 를 고정시켜 주는 clamp 로 여길 수 있다 . *Safety plane : part 와 충돌을 피하기 위하여 공구 선단이 상승했을 때의 위치를 정의 한다 . *Stop : part 가공에 앞서 rough stock의 최고 높이 위치를 정의 *Bottom : part 가 가공될 때 가공되는 가장 낮은 이치에서의 plane 을 정의한다 *Imposed : 공구가 의무적으로 통과해야만 할 위치 , 확실히 절삭되길 원하는 특유의 형상을 가진 part 의 가공을 원한다면 이 option 을 사용한다 . *part autolimit : part auto limit 를 설정한다면 공구는 part 의 edge 를 넘어 갈 수 없다 . *offset : stop mode 에 의존하는 안쪽 제한 선이나 바깥쪽 제한 선 둘 중에 하나에 공구가 위치하게 될 거리 .*machining tolerance : 이론적인 경로와 연속된 두께의 점을 연결하는 직선간의 최대거리

approach 거리는 aplunge 모드를 위해 설정하는 거리이다 . 안전거리는 공구가 approach 를 시작하기 전에 수평으로 움직이는 거리이다 . 단점 : level 의 offset 값이 클 경우 잔 줄이 남는다 .