CATIA 를 이용한 NC Manufacturing

1. CATIA를 이용한 NC Manufacturing ◎CATIA V5는 Drill 2.5축 가공에 관련 PMG (Prismatic Machining) ▶ 3축 가공에 관련된 SMG (3Axis Surface Maching) ▶ 5축 가공에 관련된 MMG (Muti Surface Maching) ▶ 선반가공 (Lathe Maching) - CATIA V5R7에 추가됨

2. NC MANUFACTURING에 들어가기 전에… • 3축 가공과 5축 가공 • 머시닝 센터에서의 3축 가공에 회전축을 더함으로써 5축 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 5축 가공을 위한 준비작업에 상상한 투자를 하고 있으며, 몇 년 후에는 이와 같은 5축 가공 방법이 보편화될 것으로 전망. 그러나, 이러한 5축 가공에 대한 국내의 소프트웨어, 하드웨어가 부족하여 많은 부분의 시장을 유럽, 일본 등지에 빼앗기고 있는 실정인데 현재 미국의 GE등의 물량이 IMF 이후 환율 상승의 영향으로 약간 들어오고 있는데 그치고 있다. • 현재의 Commercial한 5축 제품의 기능이 전용화 된 제품은 고가이며 응용분야가 제한 되어있고, 범용적인 제품은 기능이 다양하지 못하여 사용자의 불편이 많이 따르는데 이를 통합화하여 디자인 → 5축 가공 소프트 → 공구 및 소재 응력 해석을 이용한 피드 제어 및 검증 → PC NC를 통한 고속가공 제어 → 가공부 측정에 이르는 전반적으로 통합화된 패키지를 국내 기술로 빠른 시간에 개발하는데, 그 중요성이 있다.

3. ▣ CATIA환경 들어가기Part Design에서 모델링을 한 후 Top Menu의 Start를 누르고 이어 NC-Manufacturing을 선택한 다음에 자기가 원하는 가공 Tool Path를 선택한다. ▣가공할 모델 불러오기 PPR Tree Process List 항목 아래에 있는 Part Operation.1을 더블 클릭하면 다음과 같은 Part Operation 메뉴가 나타난다. 메뉴의 중간에 있는 아이콘을 눌러서 가공에 사용될 모델을 불러올 수 있다. 물론 모델이 화면에 있는 상태 에서 Start - NC Machining –Surface Machining에 들어가도 똑같은 결과를 얻게 된다. ▣가공 블록 생성하기(공작물) 가공할 모델에 대해서 가공 블록을 생성하기 위해 Product List의 상위 루트를 더블 클릭하여 작업 환경을 Wire frame & Surface Work Bench로 이동한다. 만일 Wire frame& Surface Work Bench 로 이동되지 않고 다른 Work Bench 환경으로 들어갔다면 Start-Mechanical Design – Wire frame & Surface를 선택 하여 이동한다. 블록 생성 아이콘 화면에 없다면 Top 메뉴의 View - toolbars – Surface Machining Tool를 선택한다. 직접 가공 블록을 만들어도 된다. 블록 생성 아이콘

4. 블록 생성 툴 바의 첫 번째 아이콘을 누르고 이전에 불러들인 모델을 선택한다. 생성될 블록의 현재 사이즈를 알려주는 메뉴 창이 뜨게 되는데, 이것을 이용하여 현재 사이즈보다 좀더 여유 있게 치수를 조정 할 수 있다. OK를 누르면 새로운 Open Body가 tree에 추가되면서 join.1 이란 이름으로 블록 이 만들어진다. 생성된 블록을 클릭하여 no show로 보내고 작업을 하면 편리게 작업을 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.1을 더블 클릭하면 된다. ② 황삭 가공 Tool Path를 생성하기 위해 Part Operation.1 아래에 있는 Manufacturing Program.1을 선택한 후 오른쪽 Toolbar에서 황삭 아이콘 을 누른다. 황삭 메뉴를 통해서 가공영역, 가공 Style, 공구 Feed rate 뿐만 아니라 공구의 진입 IN/Out에 대한 사항까지 모두 지정 할 수 있다. (다음 페이지 그림 참고!) ③ CATIA V5 SMG 에서는 가공 Tool Path를 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.

5. 가공영역 지정 가공스타일 설정

6. 가공 Style 및 조건 지정 황삭 메뉴의 첫 번째 Tab (Machining Strategy)를 눌러서 생성될 툴 패스의 Style과 여러 가지 가공 조건을 지정해 줄 수 있다.메뉴에서 변경하고자 하는 조건이 무엇을 의미하는 지 알고 싶으면 물음표(?)버튼을 누른다. 그러면 해당조건 값이 무엇을 의미하는지 그림 으로 알려준다. STOP Mode 부분 가공의 위해 Face Selection을 이용하는 것처럼 모델의 Edge를 쉽게 선택 할 수 있게 해주는Edge Selection 메뉴가 있다. Edge Selection을 이용하여 경계 즉, Limit Line을 지정해 줄 수 있다. Sweeping의 경우, Sweeping 메뉴에서 가공 영역을 먼저 지정한 다음 이어서 Limit Contour를 누르면 Edge Selection 메뉴가 나타나게 된다. Edge를 선택하는 것 역시 임의의 Edge를 선택한 후, 메뉴에서 첫 번째 아이콘을 누르면 Tangent 연속인 Edge를 쉽게 찾을 수 있다. 가공 Tool Path 보기 가공 Tool Path가 생성된 후에는 Roughing Simulation을 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 V5에서는 Z Level, Pencil, Countour_Driven,Spiral milling,Profile등 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 CODE를 만들기 전에 먼저 Tools → Option → Nc Manufacturing → Out put항목에 서 Cenit를 선택하여야 Nc Code가 생성 (Nc Code를 생성하기 전에는 먼저 Save를 합니다.) PPR Tree에서 Manufacturing Program을 선택한 후 Nc Code생성 아이콘을 누르면 Generate Nc Output Batch Mode창이 뜨면 Nc code 외에 APT,CGR,CLF의 Controner Type을 정할 수 있고 자기가 원하는 IMS Post-Pro Cessor File을 선택하여 최종 Nc Code 를 생성 마지막Extract클릭

7. 1, Prismatic Machining ● Pocketing 1, Geometry tab page ⑴ sensitive 영역과 text가 나타나있으며, area가 붉은색 or 주황색으로 되어 있으면 형상을 선택해 주어야 한다는 것을 의미한다. tip) 파란색 text는 더블클릭하여 원하는 숫자를 입력할 수 있다. ⑵ box안의 붉은 색으로 되어있는 Bottom을 선택 후 가공할 Pocket의 바달을 선택한다. 그러면 Bottom가 Drive가 나타나는데 Drive는 가공해야 할 영역의 경계를 나타내 주는 것이다. ⑶ Top를 선택 후 가공할 stock의 상단면을 클릭한다. 가공 모재의 상단면을 인식시키는 것이다. ⑷ Replay를 활성화시켜 아이콘을 눌러 공구의 이동을 확인한다. ● Profile contouring 1, Geometry tab page ⑴ sensitive icon 안의 Hard text들 중에서 Top : soft로 해주어 바닥가공 Area를 없앤다. ⑵ Bottom Plane 선택하고 Part Geometry형상 바닥을 선택한다. Bottom, Guide, Tool Axis가 나타난다. Tip) Tool Axis 방향이 반대이면 Axis를 더블클릭하여 Axis 상에서 Revers를 클릭하여 축의 방향을 조정할 수 있다. ⑶ Guide element의 화살표 방향은 공구가 이동할 때의 위치를 나타내므로 화살표는 밖으로 향하도록 한다. ⑷ Bos안의 Top Plane 선택하고 Part Geometry의 Top Plane 선택한다. 가공할 모재의 크기를 설정해주는 것이다. ⑸ Text 중 Offset Contour를 더블클릭하여 Parameter Box에서 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 path의 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.

8. 3, Assian a Macro ○ Approch : 공구가 가공을 위해 part로 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 number에 원하는 공구의 번호를 써준다 ● Facing 1. Geometry Tab page (1) sensitive Area에서 top plane을 선택 후 가공할 stock의 상단면을 선택한다. (2) bottom plane을 선택한 후 가공할 바닥 면, 즉 면을 칠 곳까지의 plane을 Edge 포인트를 선택한다. (3) drive를 선택 후 가공 하고자 하는 영역을 선택한다. 보통 Top과 bottom의 직각형 일 경우drive가 자동으로 선택되나 복잡한 형상에서는 curve를 하나하나 선택 하여 경로를 정해 준다. 2.strategy Tab Page (1)Tool Path Style ① inward helical : 외곽을 돌려 치며 path를 지정한 값만큼 안쪽으로 들어와 또 외곽 형상 되로 돌려 치는 가공 방식이다. ② Back and forth : ㄷ 자 형식으로 tool path를 생성하는 것이며 앞으로 전진하고 끝에서between path 값 만큼 이동 후 다 back로 같은 형상 경로만큼 가공하는 형식이다. ③ One way : one way next형식으로 면을 한 방향으로 가공 후 Retract한 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 path의 전환부가 공작물의 바깥쪽에서가공

9. 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 level로 가공 할 것인가 3. Number of level without top ⇒ 몇 ㎜로 몇 단계로 가공 할 것인가 ● Curve Following Curve를 기반으로 일정 깊이의 depth 가공을 할 때 사용한다. 1. Geometry tab page ① 빨간색의 curve를 선택 후 Geometry상의 curve를 선택한다. ② Axial offset 값을 클릭하여 depth값을 준다. Point to Point point로 tool path경로를 지정하여 curve가 아닌 직각의 tool path를 생 성하고 edit offset값으로 depth 값을 조정한다. 일정형상의 모재으 경로 가공에 사용할수 있고 경로 순서에 따라 포인 에 순서가 부여된다. 3Axial Surface Machine 공구축의 정의 : Part Desigin에서 Axis 기능을 이용하여 미리 공구축을 정의 3Axial Surface Machine상에서 Part Operation에서 Machineg Axcs system을 선택후 미리 정의해 놓은 Axcs를 선택 축방향을 맞추어 놓고 ok를 선택한다.

10. ● 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 area의 Part를 선택 후 3번 마우스에서 body를 선택 후 가공할 part body를 선택한다. ③ Top plane을 선택하고 No show의stock 상단 plane을 point로 위치를 정의해준다. ④ bottom plane을 선택하고 여기까지만 가공 해라는 형식으로 하단 limit 까지 point로 정의해준다. ⑤ safe plane을 선택한 후 20㎜ offset 되어진 plane을 선택하여 공작물 선단의 위치를 정의하여 준다. ⑥ offset on part값을 5㎜정도 주어 가공속도에 중점을 둔다. Tool/Rough Stock position On : Tool이 stock위에서 가공을 한다.(중심) Inside : Tool이stock 안쪽에서 가공한다. Outside : Tool이 stock바깥쪽에서 가공한다. 2.strategy tab page machining Tool path style ① one way next : 직선 가공 후 pool path시작점이 한 칸씩 밀리면서 tool path를 생성한다. one way same 보다는 시간은 빠르며 면 질은 덜하다. ② one way same : 직선 가공 후 pool path의 시작점이 원점으로 돌아 온후 옆으로 이동다시 직선 tool path를 생성한다. 시간은 가장 느리며 가공 면의 질은가장 좋다. ③ zig zag : 공구의 tool path 경도가 좌우로 생성되며 시간은 가장 빠르다. ④ Helical : 외곽형상을 기반으로 점점 좁혀 돌며 tool path를 생성한다. 업계 에서 가장 많이선호한다. ⑤ contour only : 말 그대로 형상 driven을 따라 tool path가 생성된다. ⑥ 공구의 축을 중심으로 회전 하면서 tool path가 생성된다.

11. Machining mode ①By plane : plane을 형상으로 가공을 한다. ②Pocket only : pocket 만을 가공한다. ③outer part : part 만을 외관 형상만을 가공한다. ④outer part and pocket : 외관과 pocket만을 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 10mmsofu와 옆으로 가공한다. ․Drilling : 드릴처럼 10mm 직접 내려와 가공한다(파손 우려) ․Ramping : 일정한 각도를 갖고 내려와 가공한다. ․Helic : 공구가 회전하면서 들어간다. ● Sweep roughing stock이 필요 없으며 offset on part 값을 roughing 값보다 적게 주어 한번 더 가공할 때 사용한다. ⑴ Geometry tab page ①sensitive area에서 빨간색의 part를 선택 3번 마우스를 눌러 body를 선택 후 part body를 선택한다. ② Top plane을 stock이 아닌 가공 part의 상단 point로 정의해준다. ③ bottom plane을 선택 후 가공할 바닥의 point를 선택하여 Limit 범위를 준다. ④ Limit contour를 클릭 후 가공 영역을 지정해 준다. ⑵Strategy tap page ①Roughing type: ­Z offset:Z방향 두꺼운 부분부터 가공한다. ­Z plane:외관형상에 관계없이 plane 단위로 가공한다. ­Z progressive:절삭 깊이가 달며 외관형상을 기반으로 일정한 비율로 절삭한다.

12. ②Tool path: • ­one-way same : 시작점이 바로 윗공정이 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 공구가들어온다. • Tangent to movement: 가공툴 패스에 tangent하게 들어온다. • Retract:공구가 가공후 가공영역에서 벗어날 때 모드는 동일하다. • ● Sweeping (중삭 or 정삭) -->stock이 별도로 필요없다. • (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.stepover • * constant :평면에 정의되고 투영된 일정한 stepover 거리를 가진다. • *maximum distance: 공구와 공구의 거리 • *scallop height:미절삭된 부분의 높이라 할까 이값으로 면의 질을 향상 • 시킬수 있다.(최대와 최소거리를 정의할 수 있다.) • 가공할 때 미가공으로 생긴틈을 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: part나 가공을 원하는 영역을 결정한다. • *all: 가공될 surface 전체 • *frontal walls:가공될 part의 정면, surface • *lateral walls: 가공될 part의 측면의 surface • *horizontal zones: part의 수평한 surface 바닥 면

13. (4) Macro data macro tab에는 optimize retract 버튼이 있다. 가공시 발견되는 어떤 충돌도 없다는 것을 의미하며 그 공구는 safe plane으로 상승하지 않을 것이다. 이 옵션은 단지 part의 가공에서 안전에 필요한 최소 높이 만큼 상승할 것이며 따라서 더욱더 빠른 가공 프로세스를 이룰 수 있다. High speed milling parameters Transition radius : 연속하는 passes를 결합시키는 호의 반지름이다. Discretization angle : 더 부드러운공구 경로를 운영할 때 주는 값 Safety distance:passes 사이에 가공으로부터 그공구를 이탈시키기 위하여 feedrate에서 공구가 떨어져 있는 여유거리 ● Z level machining Z level operation 은 공구 축에 수직이기가 수평인 평면들까지 전체 part를 가공하는 정삭 또는 중삭을 위한 operation 이다. 일단 전체높이를 맞추기 위해 가공 후 전체적으로 가공한다. *Check element: part를 고정시켜 주는 clamp로 여길 수 있다. *Safety plane:part와 충돌을 피하기 위하여 공구 선단이 상승했을 때의 위치를 정의 한다. *Stop: part 가공에 앞서 rough stock의 최고 높이 위치를 정의 *Bottom : part가 가공될 때 가공되는 가장 낮은 이치에서의 plane을 정의한다 *Imposed : 공구가 의무적으로 통과해야만 할 위치, 확실히 절삭되길 원하는 특유의 형상을 가진 part의 가공을 원한다면 이 option을 사용한다. *part autolimit : part autolimit를 설정한다면 공구는 part의 edge를 넘어 갈수없다. *offset : stop mode에 의존하는 안쪽 제한 선이나 바깥쪽 제한 선 둘중에 하나에 공구가 위치하게 될 거리 . *machining tolerance : 이론적인 경로와 연속된 두께의 점을 연결하는 직선간의 최대거리 approach 거리는 aplunge 모드를 위해 설정하는 거리이다. 안전거리는 공구가 approach를 시작하기 전에 수평으로 움직이는 거리이다. 단점:level의 offset 값이 클 경우 잔줄이 남는다.