기술동향
3차원 CAM 소프트웨어의 최근 개발 동향
기계가공이나 금형가공에는 납기 단축, 저코스트화, 고품질 요구가 끊이지 않고 계속되고 있 다. 이러한 요구에 대응하기 위해 CAD, CAM 등의 IT 툴을 활용한 디지털에 의한 제조가 보급 되어 가공의 데이터화가 중요해지고 있다. 기계가공의 고도화, 고부가가치화를 지원하는 CAM 소프트웨어의 최신 동향을 살펴본다.
정리 / 김정아 기자 (prmoed@chomdan.co.kr)
양산산업의 해외 이전이 계속되고 있는 현재, 국내 산업의 존재 방식이 물어지고 있다. 유저의 가치관도 다양해지고 있 으며, 앞으로의 공업 제품은 각 유저로부터 주문을 받아 제 조하게 되는 일품이면서 기존 양산품에 준하는 저가격으로 제공되는 매스 커스터마이즈 제품의 방향으로 이동해 갈 것 으로 생각된다. 이와 같은 움직임에 대해서 어떠한 요구에도 대응할 수 있는 자유도 높은 생산 시스템이 요구되고 있으 며, 그 중에서도 작업자가 의도하는 가공을 공작기계에 반영 시키는 수단이라고도할수있는CAM 소프트웨어의 역할은 한층 더 중요해지고 있다. 이 글에서는 CAM 소프트웨어의 최근 동향을 살펴보는 동시에, 앞으로의 발전 방향을 찾아보 기로 한다.
5축 제어가공용 CAM 소프트웨어
직진 구동 3축에 공구에 자세를 부여하기 위한 회전 구동 2축을 부가한 5축 제어 공작기계가 보급되고 있다. 도입한 5 축 제어 공작기계를 충분히 활용하기 위해서는 목적한 작업 에 대해서 충분한 기능을 가지는 CAM 소프트웨어를 선정, 도입하는 것이 반드시 필요하다.
최근의 주요 5축 제어가공용 CAM 소프트웨어는 5축 제 어가공의 경험이 없는 유저라도 어느 정도 수준의 동시 5축 제어가공까지 이용할 수 있게 잘 배려되어 있으며, 이것은 5 축 제어가공에서 최대의 문제로 여겨져 왔던 공구간섭을 자 동적으로 회피하는 기능이 일반적이 된 것이 큰 이유이다. 현재에는 공작기계의 구조나 회전축의 성능 등을 고려하여 공구간섭을 회피할 때에 2가지 회전축의 어느 움직임을 우 선시키는가 지정하는 것과 회전 각도의 한계를 설정하는 것 등이 가능한 CAM 소프트웨어도 시판되고 있다.
실용성이라는 관점에서는 동시 5축 제어가공이 가능한 것 이상으로, 가급적 회전축을 사용하지 않고 가공하고 싶다는 요구에 어디까지 대응할 수 있는지가 앞으로의 5축 제어가공 용 CAM 소프트웨어에 있어 중요한 평가 항목이 된다고 생 각된다. 아무리 최적화된 동시 5축 제어가공이라도 회전축을 사용하지 않는 3축 제어가공보다 가공 정도가 악화되는 것은 분명하다. 공구가 닿는 곳이라면 제거할 수 있는 동시 5축 제 어가공은 마지막 수단으로서 당연히 준비해야 하지만, 5축 제어 공작기계를 충분히 활용하고 있는 유저의 경우라도 정 말로 동시 5축 제어가 필요한 가공은 전체의 20% 정도라고 한다. 나머지 80%의 가공에 대응하기 위해 회전축을 고정하 는 분할가공 등의 기능도 중요한 것은 분명하며, 현행 CAM 소프트웨어도 충분한 검토가 이루어지고 있다.
앞에서 말한 바와 같이 현재의 CAM 소프트웨어 5축 제어 가공 기능은 어느 정도 그 조작에 익숙해지면 대응할 수 없 는 가공 사례를 찾기 힘들 정도로 충실해져 있는데, 이것은 반대로 CAM 소프트웨어 기능에 의존하는 일의 경우에는 동 일한 CAM 소프트웨어 유저와 차별화를 도모하는 것이 어렵다. 앞으로는 유저 자신이 시판 툴을 사용하는 것만으로는 대응할 수 없는 부가가치가 높은 일을 모색, 혹은 제안해 가야만 한다. 그러기 위해서 CAM 소프트웨어도 유저가 독자 의 기능을 실장할 수 있는 커스터마이즈 기능을 제공하는 것 이 중요하다. 현행 CAM 소프트웨어 중에도 커스터마이즈 기능을 갖추고 있는 것이 있지만, 프로그래밍에 가까운 전문 적인 작업을 요구하는 것이 많아 경험이 없는 유저는 사용하 기 힘들다. 인터페이스를 연구하는 등 커스터마이즈하기 쉬운 구조 구축이 기대된다.
또한 5축 제어가공의 경우, 스핀들이나 테이블 등의 기계 구조 간섭과 가공 동작의 급격한 변화 등의 문제가 없는가 사전에 확인하기 위해 공작기계의 움직임을 확인하는 시뮬 레이션 기능이 필수이다. 지금까지는 유저 자신이 도면이나 실측값을 기초로 3차원 CAD로 공작기계의 데이터를 작성 하는 것이 전제로 되어 있었지만, 현재는 공작기계 메이커로 부터 3차원 CAD 데이터가 제공되는 경우도 드물지 않다. 앞으로 공작기계 메이커가 CAM 소프트웨어에 필요한 전자 데이터를 제공하는 것이 일반적이 될 것으로 예상된다. 최근 에는 공구나 공작기계 데이터의 표준화에 대해서 검토하는 움직임도 보이고 있으며, 앞으로의 동향이 주목된다.
폴리곤 모델을 이용하는 CAM 소프트웨어
CAM 소프트웨어로 적절한 처리를 하기 위해서는 위상 구조나 곡선·곡면의 연속성 등 데이터의 내용에 문제가 없 는 CAD 데이터를 준비하는 것이 전제로 되어 있다. 그러나 CAE나 CG 등의 처리에서는 폴리곤 모델을 이용하는 것이 일반적이고, CAM 소프트웨어도 현재는 폴리곤 모델에 기 초하여 커터패스를 계산하는 기능을 구비하고 있는 것이 많 다. 그 이유로서는 가공대상 형상이 복잡해지는 가운데 적절 한 곡면 데이터를 준비하는 것이 어려워지고 있는 점, CAE 에 의한 검토 결과를 그대로 CAM의 처리에 이용할 수 있는 점, 그리고 3차원 스캐너 보급에 의해 폴리곤 모델의 존재가 친근해진점등을들수있다.
최근에는 3차원 스캐너 등으로 얻어진 폴리곤 모델로부터 서피스 모델로 변환하지 않고, 복잡한 곡면을 가공하는 프로 그램을 직접 생성하는 시도를볼수있게되었다.
3차원 CAD로 정의한 데이터뿐만 아니라 3차원 스캐너 등으로 읽어들인 물체 표면의 미세한 요철, 화상 데이터를 기초로 한 모양, 주름과 같은 질감 있는 표면 등을 성형하는 금형의 가공에 이용한다. 기존 금형을 수정하거나 보수하거 나 할 때에도 이용할 수 있다. 금형의 현 형상과 보수하는 부 분에 두께를 가진 상태의 형상을 3차원 스캐너로 읽어들여 보수 후의 목적 형상에 대한 커터패스를 생성하고 남는 형상 을 제거한다. 이것은 CAD 데이터가 존재하지 않는 실제 물 체로부터 CAD 데이터나 가공 데이터를 생성하여 실제 물체 를 재성형하는 이른바 리버스 엔지니어링의 대응이다.
CNC 장치에 탑재되는 CAM 소프트웨어
양산품의 가공 등과 같이 몇 번이나 반복적으로 실행되는 NC 프로그램은 단시간에 정도 좋게 가공할 수 있는 것이 요 구되기 때문에 프로그램 작성 전담 오퍼레이터가 고기능 CAM 소프트웨어를 사용하여 장시간을 들여 가공 프로그램을 만들게 된다.
한편금형이나시험제작부품등과같은일품물을가공하는 경우에는 오퍼레이터가 가공 상황을 확인하면서 현장에서 가 공프로그램을작성, 즉시 실행할 수 있는 것이 이상적이다.
이때에는 가공프로그램을 단시간에 작성하는 것이 요망된다. 공작기계에 탑재되어 있는 3차원 CAM 소프트웨어는 PC 상에서 사용하는 것과 동일하며, CAM으로 계산된 공구패스를 NC 프로그램으로 변환하는 포스트 프로세서도 각각 공작 기계에 맞춰 설정되어 있기 때문에 유저는 기계 도입과 동시에 복잡·고부가가치의 가공 프로그램을 작성할 수 있다.
CNC 장치에 CAM 소프트웨어를 탑재하는 이점으로는 본 격적인 3차원 CAM 소프트웨어를 저렴하게 도입할 수 있는 경제적인 점을 들 수 있는데, 공작기계, 공구, 지그 등의 데이터를 CNC 장치와 CAM 소프트웨어에서 공유하여 작업의 효율화를 도모하거나, 외부에서 작성된 가공 프로그램이라도 현장을 떠나지 않고 그 장소에서 수정하거나 할 수 있다는 것에 더 의미가 있다.
현 시점에서는 CNC 장치와 CAM 소프트 웨어의 처리는 독립되어 있지만, 앞으로는 가공 상황을 반영 시켜 공구패스를 계산하는 등 CNC 장치와 시판 CAM 소프 트웨어를연휴시키는대응이추진될것으로생각된다.
앞으로의 CAM 소프트웨어에는 무엇보다 어떠한 형상이나 데이터 포맷에도 대응할 수 있는 범용성과 높은 자유도가 요구 될 것이다. 더구나 앞에서 말한 매스커스터마이즈제품으로의 흐름은 CAM 소프트웨어도 예외는 아니라고 생각한다. 어느 정도 수준 이상에 있는 유저에 대해서는 각각의 요망을 받아들여 커스터마이즈된 특별한 기능으로 구성되는 CAM 소프트웨어가 적정한 가격으로 제공되는 구조가 구축되기를 기대된다.
한편 CAM 벤더측의 대응뿐만 아니라 유저측의 수준 향상도 도모하지 않으면, 기술 전체의 상승은 이루어지지 않는다. 공작기계메이커, NC 장치메이커, CAM 벤더와 유저가 높은 수준으로 서로 협의할 수 있는 상황이 실현되기를 바란다.
