마스터캠 2021를 활용한 기존 곡면 등고선 가공경로에 대하여-6(경로 생성-1)

 

 

 

 이번에는 기존 곡면 가공경로 중 등고선 가공경로에 대하여 경로 생성에 대한 설명을 하겠습니다.

 기본적으로 등고선 가공경로는 위에서 아래로(아래에서 위로 도 가능) Z 축 절삭간격값만큼 배분된 평면형태 경로를 생성하여 절삭가공을 하는 방식입니다.

* 기본적으로 가공 대상 곡면이 수직방향으로 경사각이 있는(직각이 아닌)경우에 적합한 가공경로입니다.
(가공 대상곡면이 수직(작업 평면대비 직각인 면)인 경우 가공경로가 생성되지 않는것은 아닙니다.)
(언더컷 형태 절삭공구를 사용하시면 역각도의 등고선 가공경로도 생성 가능합니다.)

 

 이렇게 말씀드리면 경사면, 직각면, 역각도면 다되는구나 할수 있지만 제한조건이 있습니다.

 

 그래서 권장 할수 있는 것은 약간이라도 경사각이 있는 형태 가공 대상곡면에 적합 합니다.
 

 이러한 이유로 어떻게 보면 기존 곡면 가공경로 으로 한정하면 거의 모든 3D 가공경로에는 등고선이 정삭경로 목적으로 사용된다고 볼 수 있습니다.

 

1. 등고선 가공경로 생성 기본 요건

등고선 가공경로는 곡면 대상 가공경로 이므로 곡면요소(서페이스, 솔리드)가 있어야 합니다.

* 적용가능한 도형요소로서는 곡면(서페이스), 솔리드, 메쉬등이 있고 파일 확장자로서는 크게 스텝(*.step), 파라솔리드(*.x_t, *.x_b), iges(*.igs), StereoLithography(*.stl)등이 있습니다.

 참고로 3D 가공경로에 적합한 파일 확장자는 스텝(*.step) > 파라솔리드(*.x_t, *.x_b) > iges(*.igs) > StereoLithography(*.stl) 으로 가능한 스텝(Step) 파일 또는 파라솔리드(Parasolid)로 작업하시길 권합니다.

 만일 Iges파일로 받으면 서페이스면으로만 구성되어 있어 솔리드형태(보디) 선택이 어렵고(솔리드 변환은 가능) 기본적으로 속이 비워있는 시트보디로 적용된다는 점을 고려하셔야 합니다.

 또한 STL파일로 받으신 경우 해당 요소의 개별적인 면선택이 안되고(보디 형태로만 선택가능) 해당 면에 대한 커브 생성이 안된다는 점을 고려 하셔야 합니다.
* 두 확장자 파일(iges, stl)의 경우 솔리드 형식의 수정(피처수정) 같은 일부 기능(솔리드)이 적용 안되는 형식이라는 것을 감안하셔야 합니다.

* 다시 말씀드리자면 가능한 스텝(step), 파라솔리드(X_t)로 작업 하시기 바랍니다.

* 파일 확장자에 따라 열린, 닫힌 솔리드(바디,시트), 서페이스(곡면), 메쉬 적용 상태가 조금씩 다릅니다.

 

2. 등고선 가공경로 대상 선택요소(가공 대상곡면, 체크곡면, 공구 중심영역 체인요소)

 가공 대상곡면(Drive surfaces) : 해당 가공물의 선택 가능한 솔리드면(face), 곡면(surface)의 면요소의 집합을 말하며 경우에 따라 단일 선택된 바디요소를 말하며 가공경로를 생성하고자 하는 기준이 되는 요소입니다.

 체크 곡면(Check surfaces) : 선택된 가공 대상곡면외 경로 생성이 안되길(공구접촉이 안되도록) 원하는 영역의 곡면요소를 선택합니다.

 공구 중심영역 체인 (Tool containment boundary) : 생성되는 가공경로의 영역 경계를 정의 하는 체인요소입니다.

 체크 곡면과 공구 중심영역 체인의 차이점은 체크곡면은 절대 공구가 진출(절삭 가공)이 이루어지면 안 되는 영역을 선택하며 그 체크곡면 영역을 해당 절삭공구가 진입해도 해당 체크곡면 요소에 접촉 안 할 수 있습니다.

 공구 중심영역 체인은 가공 대상곡면 영역중 공구 경로가 생성될 수 있는 영역의 경계선을 정의합니다.
* 공구 중심영역 체인은 영역(닫힌 영역)을 정의 하는 것이라 기본적으로 체인 요소 형태가 닫힌 형태 이어야 합니다.
(열린 체인 형태도 마스터캠에서 자동적으로 끝점과 시작점을 연결하여 닫힌 형태로 영역 계산 합니다.)

 

 

 

3. 기본적인 등고선(Contour) 가공경로 생성 방법

 먼저 예제로 아래와 같은 형태의 가공물을 선택 하겠습니다.

* 먼저 좌측의 돌출형 가공물을 먼저 등고선 가공경로를 생성합니다.

 우선 공작물의 소재 선택을 고민해야 합니다.

 등고선 특성상 평면상 가공면의 대한 가공경로 생성이 따로 해야 하는 경우가 많습니다.

 그것은 등고선 경로 특성상 절삭공구형태가 볼엔드밀 또는 불노즈엔드밀 형태가 선호하는 편인데 이것은 평면부 가공에는 평엔드밀이 가공에 용이하기 때문에 등고선 가공전후에 다른 형태 절삭공구로 별도 가공을 하는 것이 유리합니다.

* 다만 좁은 공간(평면부) 또는 경사면과 부드럽게 이어지는 가공면을 유지하거나 해야 하는 경우 등등에서는 등고선 절삭공구가 그대로 평면부 가공면에 이어서 가공경로를 이어서 해야 하는 경우도 있으나 이것은 사용자의 판단에 따라야 합니다.

 그러므로 가공물 상부높이에 딱 맞게 소재발주를 하거나 등고선 가공전(정삭 가공경로이므로) 황삭 또는 중삭 가공과정에서 상부 평면부에 정삭에 준하는 가공이 마무리된 상태에서 등고선 가공경로를 생성하는 것을 전제로 설명하겠습니다.

* 위와 같이 등고선 정삭 가공경로에 맞게 경사면에만 가공여유가 남은 소재를 적용합니다.
(상하부 평면부는 정삭 규격에 맞게 가공이 완료되었거나 등고선 가공 이후 따로 바닥부 정삭 가공을 진행합니다.)

 

 

 

 그럼 먼저 해당 기존 등고선 가공경로(정삭)를 선택하여 해당 경로를 생성합니다.

 

 등고선 정삭 가공경로를 선택하면 다음과 같이 가공 대상곡면(드라이브 곡면)/ 체크 곡면/공구 중심영역/근접 시작점을 선택하기 위한 "가공경로/곡면 선택" 선택창이 표시됩니다.

* 해당 곡면 선택을 위한 방법은 아래 링크를 참조 바랍니다.

https://momoman83.tistory.com/150

마스터캠 3D 가공경로 설명 곡면 고속가공경로-1 (공통 파라미터-모델도형)

 

 그럼 먼저 가공 대상곡면(드라이브 곡면)을 선택(돌출부 경사면만 선택)합니다.

* 선택 방법은 위 곡면 선택 링크 내용 또는 아래 동영상에서 볼 수 있듯이 마우 더블클릭(솔리드 피처) 선택을 통하여 돌출부 전체를 선택합니다.

 이때 상부 평면부는 나중에 체크곡면으로 재선택하면 가공 대상곡면에서 체크곡면 대상으로 변동(확인은 필요)할 수 있으므로 무시하고 같이 선택합니다.

 그다음 체크 곡면을 선택(평면부만 상하 선택)합니다.
* 선택은 간단히 마우스 클릭으로 면선택하고 상부 평면은 체크 곡면으로 선택함으로써 가공 대상곡면에서 체크곡면으로 선택됩니다.

 이때 상하 평면 부을 체크곡면으로 선택한 이유는 상하부 평면은 등고선 가공공정 전후에 따라 별도 공구로 정삭가공을 할 예정이므로 그 가공 대상곡면은 등고선 가공 절삭공구가 접촉할 필요가 없으므로 체크곡면으로 선택하는 것입니다.

 

 마지막으로 등고선 가공경로 영역을 지정(좀 더 확실하게) 하기 위하여 공구 중심영역 체인을 솔리드 체인으로 선택합니다.

 공구 중심영역 체인 선택방법은 2가지 와이어프레임 체인과 솔리드 체인 방법이 있는데 보통의 경우 모델링(솔리드 요소)이 있는 경우 솔리드 체인 선택을 사용하고 그렇지 않은 경우(주로 가공물이 곡면(서페이스)으로 형성된 경우) 와이어프레임 요소를 먼저 생성하고 그 와이어프레임 요소를 선택합니다.

 

 공구 중심영역 선택방법에 대한 설명은 아래 링크를 참조하시기 바랍니다.

와이어프레임 체인 선택

https://momoman83.tistory.com/416

마스터캠 2021를 활용한 2D가공경로에 대하여 -2(와이어프레임 체인작업-1)

 

https://momoman83.tistory.com/417

마스터캠 2021를 활용한 2D가공경로에 대하여 -3(와이어프레임 체인작업-2)

 

솔리드 체인 선택
https://momoman83.tistory.com/422 

마스터캠 2021를 활용한 2D가공경로에 대하여 -4(솔리드 체인작업-1)

 

 

 

 이러한 과정을 동영상으로 보면 다음과 같습니다.

 

 

 이렇게 가공 대상곡면등을 선택한 후 해당 등고선 가공정의 절삭 파라미터를 일단 다음과 같이 설정하고 가공경로를 생성합니다.

* 해당 절삭공구는 불노우즈 엔드밀(8파이-R=1.0)로 지정하였습니다.

* 해당 등고선 정삭경로-곡면 파라미터, 등고선 정삭파라미터 항목은 위와 같습니다.

* 등고선 정삭 파라미터 항목 중 깊이제한과 틈새이송도 별도로 파라미터값을 설정하였습니다.

 

 

 그리고 가공경로를 생성해 보면....

 뭔가 생각하고 있던 등고선 가공경로와 많이 틀려 보이는 가공경로가 생성되었습니다........

 

 이유를 확인해 보겠습니다.

 이유는 공구 중심영역을 가공영역 테두리 경계선을 선택하였는데 현재 곡면 파라미터의 공구 중심영역 위치가 중앙으로 되어 있어 이는 해당 공구 중심영역 체인의 위치가 해당 절삭공구의 중심축과 일치하게 됩니다.

 그러면 현재 가공면이 경사면이므로 해당 공구가 경사면을 타고 내려오다가 공구 중심영역체인 위치에 걸려 더 이상 경로가 생성되지 않은 것입니다.

 그러므로 조치방법은 간단하게 공구 중심영역 체인 자체를 외측으로 오프셋 시키거나(솔리드 체인은 불가 별도로 와이어프레임 요소를 오프셋 하여야 함) 곡면 파라미터의 공구 중심영역 공구위치를 외측으로 설정하는 것입니다.

 

 그러면 해당 가공영역이 공구반경(중요)만큼 외측으로 확장되어 해당 공구가 좀 더 낮은 Z 축 간격까지 경로 생성이 됩니다.

* 실제로는 해당 공구절삭면 형태에 따라 살짝 다르며 해당 공구 절삭면에 접하는 가공 대상곡면 형태에 따라갑니다.

* 위 이미지처럼 해당 절삭 공구 형태에 따라 최종(마지막 높이 경로) 경로 진행 시 절삭면 접촉 위치가 틀려집니다.

 

 또한 어떻게 보면 공구 중심영역 체인의 공구위치 선택에 따라 생성되는 가공경로가 틀려지므로..... 그럼 공구 중심영역을 설정(선택) 안 하면 되는 것 아닌가? 생각됩니다.

 

* 실제로 기본적으로 가공영역(바운더리영역, 가공 대상곡면 전체)이 성립되면 등고선 가공경로는 기본적으로 해당 대상곡면 영역을 기초로 영역 외측(경계선을 기준으로)을 공구 중심영역으로 인식합니다.

 다만 공구 위치는 무관하게 선택한 가공영역 내 모든 면을 대상으로 한 가공경로를 생성합니다.

* 그렇다고 공구 중심영역 선택이 불필요하다는 것이 아닙니다.
 위 같이 공구 중심영역 체인을 미선택하면 마스터캠이 자동적으로 가공영역을 인식한다는 점이 되는데 이것이 사용자의 의도와 일치한다는 보장이 없으므로 확실하게 가공영역을 제어하려면 사용자가 지정해주어야 합니다.

* 만일 공구 중심영역 체인을 선택하기 곤란한 가공물 형태(자유곡면이 난무하는..... 인형 같은...)의 경우는 선택 안 하는 것도 선택의 방법 중 하나입니다.

 

 

 그렇다면 혹시 체크곡면도 불필요하지 않은가 생각이 들것입니다.

 

 동일한 가공정의에서 체크곡면만 삭제하였습니다.
(상부 평면, 하부 평면 바닥)

 그렇게 하여 다시 가공정의를 재생성하면......

* 등고선 가공경로의 특징 중 하나가 해당 가공영역 내(안쪽)의 빈 공간(어떠한 선택한 곡면이 없는..)이 있으면 해당 가공영역을 도너스 형태(아까 별도 공구 중심영역 체인이 없으면 가공영역(가공 대상 곡면) 경계선을 자동 선택한다고 설명드렸습니다.)로 인식하고 내부 빈 공간도 가공해야 하는 영역으로 인식합니다.

 

 

 그러므로 공구 중심영역 체인 내 다른 체인을 공구 중심영역으로 선택하는 것은 체크 곡면역할을 하지 못하니 별도의 곡면을 생성하여 체크곡면으로 지정하거나 아니면 상부 평면부 곡면을 가공 대상곡면으로 선택한 후 깊이제한 값으로 상부 평면부에 가공경로가 생성되지 않도록 조치를 하여야 합니다.
 

 

공구 중심영역으로만 경로 생성할 경우.

① 외측 경사면만 가공 대상 곡면으로 선택

 위 이미지처럼 외측 경사면만 가공 대상곡면으로 선택하고 공구 중심영역을 선택하지 않으면 자동적으로 가공 대상곡면기준 영역으로 가공경로를 생성하므로 해당 곡면 앞뒤(내외 측)로 곡면 깊이만큼 가공경로를 생성합니다.

* 위와 같이 설정하여 작업하셔도 되지만 가능한 사용자가 제어(설정)하는 상황으로 가공경로가 생성되는 것이 유리하므로 가공 대상곡면만 선택하여 가공경로를 생성하는 것은 추천하지 않습니다.

* 가공 대상곡면 내측은 사실상 언더컷(경사면 뒤면이 되므로) 경로가 되기 때문에 그냥 곡면 안 측 경계선을 기준으로 수직으로 경로 생성....


② 경사면 영역 내측만 공구 중심영역 체인으로 선택하여 경로 생성

 위 이미지처럼 경사면 상부 내측에 공구 중심영역 체인을 선택하여 경로를 생성하면 사실상 가공곡면이 공구 중심영역체인 외측(등고선의 경우 가능한 공구 중심영역 체인 안쪽에 가공 대상 곡면이 존재하여야 합니다.

 지금 같은 경우 내측에만 공구 중심영역 체인을 설정하면 사실상 적용할 가공 대상곡면이 없으므로 공구 중심영역 체인을 기준으로 가공경로를 생성합니다.

* 등고선 가공경로 설정 시 반드시 선택한 공구 중심영역 체인 내에 가공 대상곡면이 있는 것을 권합니다.


③ 경사면 영역 외측만 공구 중심영역 체인으로 선택하여 경로 생성

 위 이미지처럼 경사면 외측 경계를 기준으로 공구 중심영역 체인을 선택하고 등고선 가공경로를 생성하면 기본적으로 공구 중심영역 체인위치가 공구 중심축(공구 취치)이 되므로 공구가 경사면을 타고 내려가려고 해도 공구 중심영역 체인위치에 막혀서 공구가 내려가지 못하여 경로가 생성되다 맙니다.

* 물론 이러한 상황에서 공구 중심영역 체인의 공구위치(외측으로)를 변경해 주면 가공 경로는 생성됩니다.

 그렇지만 여기서는 선택한 가공 대상곡면에만 준하는 가공경로를 생성하는 방법을 설명하는 것이 목적이므로 생략합니다.
 

④ 경사면 영역 내외 측을 공구 중심영역 체인으로 선택하여 경로 생성

 위 이미지처럼 경사면 내외 측 경계선에 공구 중심영역 체인을 선택하면(공구 위치 중심)내외측 공구 중심영역 체인 내에서 가공경로가 생성되어야 하는데 앞서 다른 예제에서 설명하듯이 공구 중심영역 체인 위치에 막히여 공구 자체가 가공 대상곡면에 접하는 가공경로를 생성하지 못하여 적합하지 않습니다.

* 물론 이것도 공구 중심영역 체인의 공구위치을 외측으로 변경하면 가공경로가 생성될 수 있으나 확정적인 방법이 아니므로 생략합니다.

 이렇든 공구 중심영역 체인 위치로 해당 가공면에만 등고선 가공경로를 생성하는 방법을 찾았지만 어렵다는 것을 알았습니다.

 그럼 다시 처음에 제시한 대로 상부 평면부에 별도의 곡면(가공 대상 곡면 또는 체크곡면)을 생성하여 선택하면 어떻게 되는지 설명해 보겠습니다.

 

 

 

 먼저 상부 평면적인 곡면을 생성하여야 하므로 곡면 생성 기능은 평면외곽 생성기능이 적당해 보입니다.

 그러므로 먼저 해당 상부 경계선 위치에 커브기능등으로 와이어프레임 요소를 생성한 후 (평면외곽 기능은 닫힌 형태 와이어프레임 요소만 체인으로 선택 가능합니다.) 그 와이어프레임 요소를 이용하여 평면외곽 기능으로 평면을 생성합니다.

 

* 만일 생성할 곡면이 평면이 아닌 경우 네트곡면 또는 파워 곡면 사용을 권장합니다.

 

그러고 나서 해당 등고선 가공정의 공구 중심영역 체인을 가공면(경사면)의 외곽 경계선을 공구 중심영역 체인으로 선택하고 해당 가공정의 "가공 대상곡면/체크곡면" 선택창에서 앞서 생성된 평면을 체크곡면으로 선택합니다.

* 이때 곡면 파라미터의 공구 중심영역 항목의 공구 위치를 외측으로 설정합니다.

 여기까지 설정하고 해당 등고선 가공정의를 재생성하여 가공 경로를 생성해 보면 원래 원하는 형태의 가공 경로가 생성되었습니다.

 

 사실 앞서 상부 평면곡면을 체크 곡면으로 선택하지 않고 가공 대상 곡면으로 선택해도 비슷한 경로가 생성됩니다.

* 다만 이것은 상부 곡면이 가공 대상곡면으로 지정되어 있으니 경로가 생성되어야 하나 해당 가공정의 파라미터 항목 중 평면구간을 활성화하지 않거나 깊이제한 값이 상부 평면부 높이값보다 낮은(깊이값에서 벗어나게) 값을 적용할 때이며 만일 이러한 평면구간을 활성화하거나 깊이제한값이 상부 평면 높이값을 포함하게 되면 상부의 가공경로가 생성됩니다.

 우선적으로 중요한(기억해야 할) 사항은 가공영역(가공면) 내에 빈 공간(미가공 영역)이 있으면 반드시 그 영역에 곡면을 생성하여 막아주고 체크곡면 또는 가공 대상곡면으로 선택해 주어야 합니다.

* 만일 해당 미가공영역에 곡면이 존재하더라도 선택되어 있지 않으면 해당 등고선 가공정의 경로 연산 시 없는 것으로 (선택을 안 했으므로) 간주하여 경로 연산에 참조하지 않습니다.

 

 

 그럼 다시 생성된 등고선 가공경로를 살펴보겠습니다.

 

 어느 정도 활용이 가능한 경사면의 등고선의 가공경로가 생성된 것을 볼 수 있습니다.

 그렇지만 우측 모의가공 결과물을 보면 경사 하단부를 보면 약간 R지게 미절삭된 부분을 볼 수 있습니다.

 

 이것은 등고선(곡면가공에 활용되는 거의 대부분의 공구 형태) 가공경로에 적합한 공구는 절삭 날면 부분이 라운딩(R)된 형태를 사용합니다.

* 주로 볼엔드밀(Ball endmill)또는 불노우즈엔드밀(Bull nosed endmill)과 같이 날끝 하단부에 일종의 R값을 가진 형태를 말합니다.

 평엔드밀(Flat endmill)의 경우 등고선 가공경로에 사용 불가능한 것은 아니지만 황삭 가공경로 적용 또는 Z 축 절삭 간격값이 무척 작아야 하는 경우가 많습니다.

 그래서 이러한 R값이 있는 공구를 사용하면 정도의 차이가 있지 가공물의 접촉부에 필렛 형태의 미절삭 부분이 발생합니다.

* 그래서 간혹 가다 보면 코너부에 최소 R값을 지정해야 한다는 얘기가 이러한 문제로 저 부분을 100% 각지게 가공하기가 어렵습니다.
(최소한 3축 장비에서는입니다.)

 

 그래서 저 부분에 최소 R값 필렛형태를 취하거나 아니면 불노우즈 공구중 R값이 작은(0.1 ~ 0.05)을 가공후 별도 가공경로를 생성 하여 저부분에 대한 부분만 가공하여 미절삭 부분을 최소화 하여야 합니다.

* 그럼 저부분 가공경로를 2D 윤곽 가공경로(공구 중심영역 체인을 윤곽 가공정의 체인으로 선택하여)로 경로 생성하냐 하면 일단 안된다고 말씀드립니다.

 공구 형태나 2D 가공경로 특성상 해당 가공면(경사면)에 따라 형상을 타고 내려와야 하므로 별도 등고선 경로를 사용해서 가공하시길 바랍니다.

 위 이미지처럼 1차적으로 볼엔드밀로 해당 경사면을 가공하고 하단부 코너를 위한 R값이 작은 불노우즈 엔드밀로 하단의 미절삭 높이정도만 별도의 2차 등고선 가공경로를 생성하여 코너를 샤프하게 가공해 놓습니다.

* 참고로 등고선 잔삭 기능으로 자동적으로 저러한 미절삭 부분을 위한 가공경로를 생성하기 어렵습니다.