마스터캠 2021를 활용한 2D가공경로에 대하여 -38(윤곽가공 절삭 파라미터-30(로터리 축 조절-실무9))

 
 
 이번에도 저번에 이어 마지막으로 윤곽가공의 롤가공 방법에 대하여 설명하겠습니다.

 이번 예제는 먼 옛날 한때 유행했던 방역 마스크(코로나) 제작용 장비 부품 중 하나인 마스크롤(?) 가공방법으로 설명하겠습니다.

* 방법론 자체는 실제 가공방법이 아니고 롤가공 경로 설명을 위하여 적당히 간략화 하였습니다.
 

 우선 가공할 공작물은 모델링만 가져왔습니다.
* 인터넷 모델링 공유 사이트에서 다운로드한 것이라... 도면은 없습니다.

* 마스크 원단 재단용 커터날 롤입니다.

 
 모델링 규격(제작 규격)을 먼저 살펴보아야 하는데...

 가공면 (재단용 칼날이 위치한 부분)은 68 Ø, 길이 180.5이고 외부 외형 부분이 72.8 Ø(실제 모델링은 73 Ø이지만 설명을 위해 각색)입니다.

* 즉 칼날 높이가 2.4이라는 의미입니다.

* 원래 외형 지름 73 Ø에서 칼날 높이 2.5 짜리 가공물을 가공 후(이때 칼날 끝이 "0" 뽀쪽하게) 원통 연마로 외형 연마 하여 치수 조절하면서 사실상 칼날의 상부에 적당한 평면(그냥 뾰족하면 빨리 망가지므로)을 생성하는데 여기서는 일단 무시하고 설명합니다.

* 칼날은 경사각(테이퍼) 26.6도(?)이고 상부의 0.1 폭으로 평면이 존재합니다.
(그러므로 칼날 높이값이 2.4(지름 72.8 Ø)입니다.)
 

 우선 가공경로 생성 방법을 고민해 본 결과 황삭은 일반 2D 포켓 가공경로(2D 고속 가공경로(다이내믹)도 무방 합니다.)를 적용하기로 하고 가공영역은 현재 모델링에서 외형(포켓 가공 부분)의 커브 선을 생성하여 롤이동(언롤) 기능으로 전개한 후 전개 도을 정리 후 해당 전개도를 기준으로 가공경로를 생성 후 로터리 축 조절 기능으로 말기 하여 생성하기로 하였습니다.
 

 그러므로 우선 해당 모델링에서 포켓 가공영역이 될 곡면을 커브기능(커브 전체 끝단)으로 선택하여 외곽선을 생성하였습니다.

 


 그러면 아래와 같이 칼날 부분을 제외한 평평한 부분의 영역 커브선이 생성됩니다.

 


 지금부터 롤이동 기능으로 해당 커브를 평면으로 풀기 하셔야 합니다.
* 롤이동(롤/언롤 : 말기/풀기) 기능 설명은 좀 복잡하여 생략하겠습니다.

 간단히 언론 시 적용하여야 할 파라미터값에 대한 설명을 하면..

요소 방법 : 이동(또는 복사)하는 것으로 결정...

요소 종류 : 풀기 할 예정 이므로 당연히 언롤(unroll)

회 전 축 : 현재 부가축(A 축) 사용 예정이므로 X축을 선택합니다.

지    름 : 로터리 축 지름 값을 입력합니다.
(여러 번 말씀드리지만 이것은 소재 규격이 아니고 언롤 할 도형요소가 위치한 지름값(예제에서는 68 Ø)을 입력합니다.)

위    치 : 전개되는 도형요소 전체 영역을 기준으로 어느 위치에 전개중심점을 위치하냐 문제입니다.
(정확하게 얘기 하면 현재 기본적으로 좌측면에서 볼 때 A270(9시 방향)을 회전 원점 위치로 하여 어느 위치에 전개 시작하는가 하는 회전 위치 값입니다.)

(좀 복잡한(이해하기 힘든) 애기이지만 롤가공 시 항상 롤 적용 시 위에서 얘기하는 좌측면에 볼 때 A270방향에 위치하는 도형요소가 회전위치값에서 0도가 된다는 애기입니다.)

 예로서 보여드리면 아래와 같이 회전 위치값(각도)에 따라서 전개되는 도형요소의 위치가 틀려집니다.
 

 

* 회전각도에 따라 가공원점에서 멀어지는 길이값은 해당 로터리 축 둘레(3.1415926*지름값)에 기준하여 위치합니다.
 

 만일 지금까지 예제처럼 가공원점 기준 Y축 상단 영역에 전개도를 위치하고 싶다면 위치값은 -180이 됩니다.

* 전개되는 도형의 체인 선택위치(시작점) 관련으로 우리가 생각하는 대로 전개되지 않습니다.
그러므로 우선 전개된 도형요소를 재편집(짜깁기)하여 원하는 형태의 전개도로 생성하여야 합니다.
 

 우선 저는 가공원점 기준으로 중앙에 전개도를 배치하는 것으로 진행합니다.

* 이때 이 전개도 위치가 실제 가공 시 현재 소재의 어떤 위치(회전각도)에서 시작하는지가 결정되므로 위치 선정에 충분히 주의하셔야 합니다.

 잘못되면(매치 미스)하면 예로서 1 공정 가공위치와 2 공정 가공위치가 틀릴 수 있으며 또는 가공시작위치(키홈과 일치하여야 한다던가...)가 틀어지는 실수가 발생하니 이를 염두에 두고 가공경로 생성을 하셔야 합니다.

 
형   태 : 롤이동하는 도형요소의 생성형태(?)를 정의합니다.

롤이동 시 생성되는 도형형태의 종류를 선택하는것인데..... 약간 생각과 차이가 많습니다.

* 이유는 롤이동시 각도공차 값에 따라서 생성되는 도형요소의 Z값 차이(생성 오차?)가 발생하여 사실상 정확한 2D 도형요소가 생성되지 않아 결국은 제각각의 Z값을 가진 작은 등분의 도형요소로 분해되는 경우가 많습니다.

 그러한 이유로 이렇게 롤이동(언롤)한 도형요소는 전개도로 이용하기 위해서는 반드시(반드시입니다. 필수!!!) 투영이동의 기능으로 해당 작업평면의 동일한 Z값(Z0.0)을 가진 2D 도형요소로 변경할 필요가 있습니다.

 그러므로 옵션상의 직선/원호로 생성한다고 반드시 2D 도면처럼.... 체인 잡기 좋은 형태의 도형요소로 변경되지 않습니다.(주의 사항)
 

* 참고로 각도 공차가 윤곽 가공의 거르기 기능과 유사한 역할을 합니다.

 각도 공차값이 작아지면 해당 도형요소의 정확성이 높아지지만 그만큼 정밀 도을 유지 하기 위하여 각 커브의 도형요소를 짧게 분해하는 경향(직선도 분해)이 있습니다.

 각도 공차값이 커지면 해당 도형요소의 정확성이 떨어지지만(정확히 얘기 하면 거르기 기능이 크게 활성화된다고...) 그만큼 각 도형요소의 일체화(가능하면 직선은 하나로 생성 곡선도 조끔 크게 분해된다는(사실 정원 외는 거의 소용이 없는) 점이 있습니다.

* 다만 이것이 또 다른 것이 생성 형태를 스플라인으로 하면 직선/원호와 반대로 적용됩니다.

 생성형태가 스플라인 적용 시 각도 공차가 작은 면 마치 거르기 기능이 잘 적용된 것처럼 단순화 된 도형요소로 생성됩니다.
 

 그러므로 이러한 파라미터 값 적용은 사전에 한번 고민(?) 하시고 적용하시기 바랍니다.
 

직선/원호 : 롤 이동시 생성되는 도형 요소는 직선/원호의 형태로 생성됩니다.
 

점 : 롤 이동시 생성되는 도형 요소는 점(포인트 : 직선/원호 요소는 없습니다.) 요소로만 생성됩니다.

* 아주 특이하게 작업자가 만일 정리된(간략화된) 직선/원호로만 도형요소를 생성하고 싶다고 할 경우 작업자 가 임의로 도형요소를 생성할 수 있는(마우스 클릭) 포인트(위치) 요소만 생성합니다.
 

스플라인 : 롤 이동시 생성되는 도형요소는 직선/원호가 아닌 스플라인형태로 생성됩니다.

* 스플라인은 여러 개의 원호 도형요소(직선은 제외)를 합쳐서 일정 구간을 생성한 요소라고 생각하시면 되며 가능한 롤 이동(언롤) 시 이것으로 선택하여 생성하는 것이 좀 정신건강에 좋습니다.(완벽하지는 않습니다.)

* 주의사항 롤 이동후 투영이동으로 2D 도형요소가 된다고 해서 각 선택한 도형요소 특징은 변경되지 않습니다.
스플라인을 투영이동 해도 스플라인이고 직선/원호도 마찬가지입니다.
 

방  향 : 롤 이동시 풀기(롤)/말기(언롤) 하는 방향을 선택합니다.
 

* 이해가 어렵지만 풀기/말기 시 말 그대로 원통형에 종이를 말다고 할 때(풀기도 마찬가지) 어느 방향으로 말기/풀기 하는가 하는 방향입니다.


 
 

  자 이제 저는 우선 저 형태의 중심점을 가공원점(X축선상)에 놓고 작업하는 것으로 시작하겠습니다.

* 파란 색선은 언론한 영역(68 ØX3.1415926 = 213.6282968(높이) X 180.5(길이))을 표시한 것입니다.
이것이 전체 가공영역(?)이 됩니다......... 나중에 수정하지만...
 
 

 우선 황삭 가공경로를 먼저 생성하여야 하니 각각 영역(3군데)을 선택하여 일반 2D 포켓으로 가공경로를 생성해 보았습니다.

그리고 로터리 축 조절로 말기를 해보았습니다.
 

 
* 여기서 중요점은 말기 할 가공경로 체인이 위치한 지름값(68 Ø)으로 로터리 축 지름값으로 설정하여야 하고 링크 파라미터값에서 가공깊이값은 현재 체인 선택 요소(전개도 도형요소)가 가공면 바닥면이므로 가공깊이 0.0 , 재료상단 2.4(칼날 상단)로 지정하였습니다.
 

 그런데 생성된 가공경로를 살펴보면 말기 한 가공경로가 만나는 부분에 경로가 비워 있음을 알 수 있습니다.

(모의 가공으로 보면 더 잘 알 수 있듯이 가공여유값이 있으면 경계선에 미절삭 부분(벽)이 생긴 것을 알수 있고 또한 경계선의 영역이 비좁아 해당 공구가 진입 못하는 구간이 생긴것을 볼 수 있습니다.)

 

 물론 이것을 그대로 두고 다음 중삭 공정(좀 더 작은 구경의 공구 가공경로)으로 처리하는 방법도 있지만 저는 가능한 황삭 공정에서 완전히 황삭 처리 되길(공구경이 가능한 부분까지) 바랍니다.

* 어차피 중삭 과정도 똑같은 문제가 발생하므로 조치합니다.
 

 방법은 해당 가공영역 형태와 사용공구경에 따라서 해당 가공영역을 연장하여 그 말기 경로 경계선을 오프셋 하는 방법을 택하였습니다.

* 외곽 적색선이 연장된 영역입니다.
 

 그리고 연장 영역으로 다시 포켓 가공경로를 생성하였습니다.

 어느 정도 황삭 공구가 허용되는 영역까지 가공경로가 생성되었습니다.

 그리고 이러한 방식으로 황삭 10 Ø, 중삭 8 Ø, 4 Ø 엔드밀로 마무리했습니다.
* 중삭은 포켓 가공경로의 재가공 기능을 사용하여 전공정 미절삭 부분만 가공경로를 생성하였습니다.

 


 이렇게 생성된 가공정의를 각각 로터리 축 조절로 말기 가공경로를 생성한 후 모의가공을 해보았습니다.

 이것으로 황삭/중삭까지 마무리하고 이제 중요한 칼날의 정삭을 해야 하는 순서가 왔습니다.
 

 먼저 칼날 부분의 정삭은 해당 칼날의 경사 각도(26.6도) 규격의 주문제작 테이퍼밀을 준비한 후 해당 칼날의 바닥의 외곽선에 맞게 생성된 커브(지금까지 사용한 체인 도형요소를 그대로 사용합니다.)를 체인 걸어서 윤곽 가공경로를 생성합니다.

 

 위와 같이 우선 2D 윤곽 가공경로 형태로 측면 가공값을 주어 칼날 부분의 황삭 겸 중삭 가공경로를 생성하였습니다.

* 이때 사용공구는 가능한 테이퍼밀(공구 날 끝에 일정한 평면(지름값)이 있는 공구)을 사용하셔야 합니다.

 이유는 먼저 해당 윤곽 가공경로(롤가공식) 적용 시 칼날 바닥을 기준으로 윤곽 따라 가공하는 방식이라 테이퍼밀 형태(날 끝에 평평한 부분이 있는)의 공구를 사용하셔야 합니다.

 그렇게 함으로써 원하는 각도의 테이퍼 칼날 가공면을 생성할 수 있습니다.

 
 

 지금까지 가공과정 모의가공 영상입니다.
 

 
 이렇게 해서 최종 정삭 과정(칼날부만)만 남았는데 한 가지 문제점이 있습니다.

 모의 가공 결과를 보면 칼날 코너부에 미절삭(이라기보다 일반 챔퍼밀로 내경 면취가공을 해보면 코너부에 저런 형태의 가공면을 볼 수 있습니다.)된 부분이 있습니다.

 해당 가공물 사용 용도로 보아 가능한 칼날 상면부의 일정한 폭으로 평평한 부분이 남아야 하는데....(절단 목적이므로) 조금 문제가 있어 보입니다.
 
 
 그래서 어차피 최종 정삭 가공경로로서 한번 다시 가공경로를 생성하므로 그 가공 정삭 경로에서 그 미절삭 부분을 마무리하는 것으로 공정을 생성하기로 하였습니다.

* 물론 그 미절삭 부분(다른 부분은 모두 정삭까지 가공이 완료된 후라면...)은 별도 가공경로로 재가공 비슷한 가공경로로 생성하여 그 부분만 가공해도 무방하나 롤가공(제한적인 축이송이 발생하는)경우 일부분만 다른 공구를 적용하면 그부분만 가공흔적이 남는 경우가 있어 만일 칼날 부분 가공면이 좋아야 하는 경우 다시 한번 가공경로를 생성하는 것이 더 좋을 수도 있습니다.

* 이것은 각 회사마다 작업 공정 또는 사용 장비(고회전 지원) 사용공구에 따라 작업 방법이 다르므로 여기서는 어디까지나 롤가공 방법을 설명하는데 집중합니다.
 

 그래서 좀 더 전용공구(테이퍼밀인데 날끝이 좀더 뾰족한.....)를 사용하는 것을 전제로 합니다.

 그런데 가공경로 생성 방법은 간단하게 전용공구(날 끝이 뾰족한 테이퍼밀)를 사용 시 칼날 상단에서 하단으로 내려가는 등고선 가공경로(여기서는 윤곽가공-깊이가공(경사 적용))을 생성하려면 아까 지금까지 사용한 체인 도형요소는 사용하지 못하고 칼날 상단 높이에 위치한 체인 도형요소를 사용하여야 합니다.

 예로서 만일 칼날 하단 생성 도형요 소을 이용한 경로를 사용(링크 파라미터 값이 재료상단 2.4 / 가공깊이 0.0 깊이가공(경사각 26.6도))을 사용한 경우 생성된 가공경로가 아래와 같습니다.

* 위 이미지처럼 좌측은 칼날 하단(68 Ø)을 체인 선택하여 재료상단 2.4 / 가공깊이 0.0 경사가공 경로 생성한 경로이고 우측은 칼날상단(72.8 Ø)을 체인 선택하여 재료상단 0.0 / 가공깊이 -2.4 경사가공 경로 생성한 결과입니다.

* 경로 자체는 단순한 윤곽 가공경로입니다.

* 그렇지만 위와 같이 화살표 표시된 부분의 가공경로의 형태가 다릅니다.

(간혹 면취 가공 시 상부 면취부가 둥글게 되는 것을 마치 모델링 모따기 한 것처럼 각이 있도록 가공하길 원하는 경우와 유사하게 가공경로를 생성하는 것입니다.)

(사실 이 문제 때문에 날끝 지름이 있는 테이퍼밀 공구 적용 이유 이기도 합니다.)

 그래서 다시 모델링으로 가서 칼날 상단부에 다시 커브 기능으로 체인 선택 가능한 도형요소를 생성합니다.

* 이점 때문에 처음에 모델링을 73 Ø에서 72.8 Ø로 수정한 이유입니다.
(이것이 좋다기보다는 롤가공 설명에 편리함을 추구하기 위하여....)

 위와 같이 와이어프레임의 커브 전체끝단 기능으로 3D 도형요소로 생성합니다.

 이렇게 생성된 도형요소를 다시 롤이동(언롤) 하려고 했으나 귀찮음이 발생하여 전개하지 않고 바로 3D 윤곽 가공경로로 생성하겠습니다.

 위와 같이 생성된 커브 도형요소를 바로 3D 윤곽 가공경로 체인 선택하고 링크 파라미터는 재료상단 0.0 / 가공깊이 -2.4 경사가공 적용 하였고 중요한 로터리 축 조절 항목은 로터리 지름값을 72.8 Ø(해당 체인 도형요소 위치한 지름값)으로 설정하고 전개된 도면이 아니므로 풀기 옵션을 적용하여야 하며 풀기 공차를 0.005 정도로 정의하였습니다.

* 중요점이 전개하지 않은 3D 도형요소의 경우 로터리 축 설정은 풀기 옵션을 활성화하여 적용해야지만 제대로 된 롤가공 경로가 생성됩니다.

* 경우에 따라 맨 처음 황삭 가공 때부터 이렇게 전개하지 않고 바로 체인 선택하여 가공 경로를 생성할 수 있습니다.
(다만 여러 가지 체인 도형요소를 편집하거나 가공경로의 진입/복귀 설정이 어려울 수 있습니다.)

* 또한 주의 사항이 전개도를 적용하여 생성된 가공 경로와 다르게 3D 윤곽 체인 선택으로 풀기 적용하여 생성된 가공경로의 위치가 불일치할 수 있습니다.(주의 사항!!!)

 그래서 생성된 칼날 부분 최종 정삭 가공경로가 생성됩니다.

 이어서 다시 모의 가공을 진행해 보았습니다.

 

 모의가공 결과를 살펴보아도 어느 정도 만족할 수 있게 가공된 것을 볼 수 있습니다.

 

 

 

 그리고 마지막으로 이렇게 칼날 각도에 맞는 주문제작 테이퍼밀을 적용하기 어려운 경우 또는 진짜 단품으로 다시 가공할 일이 없는 경우 등 별도의 특수 공구를 사용하기 어려운 경우 범용 기성품 공구를 이요하는 법을 알아봅니다.

 우선 가공 공구는 일반적인 볼엔드밀을 사용하는것으로 하였습니다.

 가공방법은 간단하게 해당 칼날을 모델링(전개도 방식으로)하여 그 생성 곡면을 토대로 볼 엔드밀로 곡면 가공 하는 방법을 적용합니다.

 우선 해당 모델링에서 칼날 모델링항 기초인 칼날 상단 외형선을 와이어프레임- 커브-전체 끝날 형태로 칼날 선을 생성한 후 이를 롤이동의 언롤 기능으로 전개 하였습니다.

 

* 언롤이동시 전개 지름은 해당 도형요소가 위치한 지름값(72.8)을 입력하였습니다.

* 언롤된 전개도(언롤이동 하면 전개되는 도형요소가 정리가 안되있는 형태로 생성되므로 반드시 정리 하여야 합니다. / 투영이동으로 도형요소를 Z0.0으로 이동하는것도 잊지 마세요)를 이용하여 솔리드 돌출 기능으로 해당 칼날 곡면을 생성 합니다.

 그리고 우선 황삭,중삭 가공 까지 경로는 기존 포켓 경로를 그대로 사용 합니다.
* 이때 언롤한 칼날 전개도와 황삭,중삭 전개도 위치가 일치 하여야 합니다.

 칼날 정삭 가공경로는 무얼 사용해도 무방합니다.

*다만 가공곡면 형태상 곡면선택에 따라 적합한 가공경로를 선택하여야 합니다.

* 여기서는 워터라인 가공경로(Z축값에 따라 위에서 아래로 적용)를 선택하였습니다.

 이후 해당 칼날 정삭 가공경로는 로터리 축 조절 기능으로 롤가공경로로 전환 하였습니다.

 

 이후 해당 황삭, 중삭, 정삭 가공경로를 이용하여 모의 가공을 실시해 보았습니다.

 

 문제가 될수 있는 칼날의 코너 부분을 확대 해보았습니다.

 볼 엔드밀으로 곡면가공 경로를 적용해보면 동일 공구로 윤곽 가공 경로(경사)에 비하여 코너 부분이 좀더 날카롭게(각지게) 경로가 생성되는것을 볼수 있습니다.

*거의 칼날 코너부분만 일부 날카로운 일반 챔퍼밀(날끝이 뽀족한)로 일부 처리하면 거의 무방하게 가공 가능합니다.

 

 이러한 이유는 간단하게 애기해서 윤곽 가공경로는 공구경(공구경이 코너 반경을 좌우함)을 연산하여 가공경로를 생성 하지만 곡면가공시(전부는 아닙니다.) 공구접점을 기준으로 가공경로를 연산 하여 좀더 코너각을 날카롭게 가공이 가능합니다.

 

 

 이상으로 윤곽 가공경로 상의 롤가공(로터리 축 가공)에 대한 설명을 마치겠습니다.