마스터캠 2021를 활용한 틸팅인덱스(3+2) 작업평면 적용방법-2

 

 이번에도 저번에 이어서 틸팅인덱스(3+2) 장비에서 다각도 작업을 마스터캠에서 캠작업하는 과정을 설명하겠습니다.

* 이 게시글은 아는 지인분 요청으로 그분 상황에 맞게 작성한 것이라 다른 환경과는 작업 방식이 안 맞는 경우가 있습니다.
* 직접적인 가공프로그램 생성(캠작업)이 아닌 활용방법에 대한 계념 지식으로 보아주시기 바랍니다.


 우선 잠시 여기서 마스터캠에서 다각도(각도분활 작업) 작업 시 작업평면을 인식하는 과정을 잠시 알아보겠습니다.
* 이론적인 애기 이라 좀...... 복잡합니다.

 우선 저번 작업 평면 생성이 평면 원점을 X0.0, Y0.0, Z0.0으로 지정하는 이유를 먼저 알아보겠습니다.
* 사실 이부분은 기초 상식(?)으로 이해하고 실제 작업 시(실제 작업 시 소재원점위치가 장비 기계원점과 틀리는 경우가 있어서...) 작업평면은 좀 다르게 적용합니다.

 해당 가공정의의 작업평면(C-plan & T-plan)의 원점을 X0.0, Y0.0, Z0.0으로 하는 이유는 우선 해당 마스터캠이 해당 가공면(작업평면)으로 회전(회전축 이송(A, B, C))하는 값의 기준을 WCS평면과 해당 작업평면과의 Z 축 방향을 비교하여 결정하기 때문입니다.

 

 예로서 해당 공작물의 가공면의 작업평면(C-plan)을 생성한 후 다시 평면원점을 WCS원점과 동일하게 하는 이유는 다음과 같습니다.

 우선 해당 가공물의 WCS(가공원점 평면)의 원점 좌표는 X0.0, Y0.0, Z0.0입니다.
* 이것은 일반 2D 가공정의 가공원점(워크 좌표계 : G54~)과 동일하게 설정한다고 생각하셔도 됩니다.

 

 그러면 마스터캠에서 생성(계산되는) 모든 좌표값은 여기(WCS)에 기준합니다.
* 2D와 3D가 좀 틀리지만 정확히는 WCS와 연동되는 작업평면(C-plan)입니다.

 

 그런데 예로서 상단의 경사면을 새 평면 생성기능으로 해당 가공면 작업평면을 생성합니다.

 그럼 이렇게 생성되는 "5차 가공평면[경사부]"는 해당 평면 원점과 WCS평면 원점과 각 X0.0, Y-12.5, Z129.5 차이나는 좌표값을 가지게 됩니다.

 이때 "5차 가공평면[경사부]"을 작업평면으로 하고 해당 면에 작은 임의 원을 생성 후 그것을 체인으로 하여 윤곽가공 경로를 생성합니다.
* 이때 가공정의는 일반적인 2D 가공경로 형태로 생성한다고 전제합니다.
*즉 절댓값 사용한다는 의미입니다.

 

* 위와 같이 상단 경사면에 정원요소(와이어프레임)를 그리고 외곽으로 윤곽가공경로를 생성하였습니다.

* 가공정의 절삭 파라미터 값은 일반적으로 하는 형식으로 정의하였습니다.
* 여기서 중요한 점은 링크 파라미터가 절댓값으로 되어 있다는 것입니다.

* 해당 가공정의 또한 작업평면을 해당 "5차 가공평면[경사부]"으로 정의되어 있습니다.

 

 그리고 위 가공정의를 포스팅 출력해 보겠습니다.
* 여기서 왜 5축 가공 시 5축 전용 포스트가 필요한지을 알 수 있습니다.

 먼저 일반 3축 포스트(MPFAN.pst), 부가축(4축) 포스트(MPmaster.pst), 5축 포스트(Generic Fanuc 5X Mill.pst)로 각각 출력해 보았습니다.

* 위 이미지처럼 3축 포스트는 Z값이 0.0(링크 파라미터값 그대로)으로 출력되면 부가축 포스트는 역시 Z값이 0.0이며 부가축 A 축이 출력되지만(해당 틸팅 인덱스 기준 B, C 축 적용) 무의미하고 5축 포스트의 경우에만 제대로 된 Z값과 틸팅각도(B, C 축)가 출력됩니다.

* 사실 이러한 것은 그냥 5축 포스트(해당 작업장비 스타일에 적합한..)를 사용하면 되기는 합니다.

 

 그럼 이러한 문제을 어떻게 해결하여야 하는가 하는 문제가 생깁니다.

 그래서 아까의 "5차 가공평면[경사부]"을 WCS원점과 일치시킵니다.

 

* 이 작업은 새 평면 생성 시 해당 원점값을 미리 "0, 0, 0"으로 입력하고 시작하셔도 되고 나중에(평면 생성 후) 해당 가공정의 평면 파라미터값에서 "0, 0, 0"을 입력하셔도 무방합니다.

* 가능한 가공정의 생성전 해당 가공평면을 평면 관리자에서 C-plan(작업평면), T-plan(공구평면)으로 지정하고 가공정의를 생성하시길 바랍니다.

 그럼 해당 가공평면 원점위치가 같아지고 다만 평면의 기울어진 각도만 틀리게 됩니다.
(이것이 주요 포인트입니다. 즉 현재 WCS 평면과 다른 점은 기울어진 각도를 정의하였다는 것입니다.)

 일단 위와 같이 해당 가공정의 평면 파라미터값을 WCS(작업좌표계-시스템)과 동일하게 수정한 후 다시 해당 가공정의(상단 경사면의 원호가공경로)를 재생성해 봅니다.

 그러면 해당 가공평면에 일치하는 Z값(해당 적용 평면기준)의 위치에 해당 가공경로가 생성됩니다.
* 이것은 당연한다고 볼 수 있습니다. 

 현재 해당 가공정의 링크 파라미터값이 가공깊이 Z0.0(절댓값 기준) 이므로 해당 작업평면 Z값 0.0에 생성되기 때문입니다.
(실제 체인 선택한 와이어프레임은 상단 경사면에 위치하지만 가공경로는 작업평면(공구평면)에 투영(?)됩니다.

 이 상태에서 링크 파라미터 가공깊이값을 더 넣어봐야(-Z값으로) 현재 작업평면 아랴로 더 내려갈 뿐입니다.

 그러면 가공데이터(G-code) 출력 시 전부 Z-값으로 출력되므로 사용할 수 없습니다.

 그래서 이런 경우(2D 와이어프레임 요소를 체인으로 선택한 2D 가공정의)는 해당 링크 파라미터값을 전부 증분값으로 할 필요성이 있습니다.

 실제로 해당 링크파라미터값 절대/증분값으로 각각 가공데이터를 생성해 보면 다르게 출력되는 것을 확인할 수 있습니다.
* 당연한 것이지만입니다...

절댓값 기준

증분값 기준

* 증분값 기준으로 하면 체인 선택한 요소의 Z값위치(WCS평면 기준)로 가공경로 Z값 기준 계산하라는 의미가 됩니다.

* 이것이 또한 2D 도형요소을 체인으로한 2D 가공정의와 3D 도형요소을 가공대상으로 한 3D 가공정의 적용이 틀립니다.
(그래서 이것을 짬뽕하면 다소 혼란스러워질 수 있습니다...)
(물론 다축 가공경로로 통일하시면 좀 자동화가 되지만입니다...)

 

 그러므로 여기서는 해당 가공정의 링크 파라미터는 증분값으로 선택하여 생성하여야 합니다....

 그런데 앞서 설명하던 중 상단 경사면 작업 시 해당 작업평면의 높이값이(예로서) Z129.5인데... 왜 출력된 가공데이터의 Z높이값은 100.409일까요?

 그것은 해당 경사면을 수평(WCS 평면)과 일치하게 하려면 해당 장비의 이동축을 회전시키기 때문입니다.

 즉 처음 이렇게 위치한 소재가 해당 가공면(제5차 가공평면)을 WCS평면과 일치시키기 위해서는 2개의 축(이것은 해당 장비 회전축과 장비특성에 따라 틀려집니다.)을 회전시켜야 합니다.

 이러한 역할을 WCS평면과 작업평면의 조합으로 축 이송이 이루어지게 됩니다.
*즉 해당 가공평면을 공구축(Z 축)과 수직이 되는 WCS평면과 일치시키는 과정입니다.

 

 그러므로 이러한 작업평면과 WCS평면을 일치시키는 작업이 종료된 후 현재 작업평면과 WCS 평면의 높이값(Z 축)을 계산하여 가공데이터에 출력하게 됩니다.

* 위와 같이 현재 작업평면(5차 가공평면)을 WCS평면과 일치시키기 위하여 해당 장비 회전축(예에서는 B, C 축)을 회전하여 평면을 평행하게 한 후 해당 두 평면의 원점 간 Z 축 높이값을 실제 가공데이터 출력 좌표값으로 사용합니다.

* 거듭 말씀드리지만 이것은(회전축 선택) 마스터캠 가공정의에 적용된 머신정의 설정(장비 회전축)과 적용할 포스트 설정의 회전축과 서로 동일하여야 합니다.
(더 나아가서는 회전축 회전방향(+/-)(CW/CCW) 설정까지 동일하여야 합니다.)


 또한 해당 작업평면에서 생성되는 좌표값도 해당 평면(5차 가공평면)이 회전되어 있다는 전제하에 WCS평면에 수직 된 위치에서 바라보는 거리값(X, Y)을 계산하여 가공데이터에 반영됩니다.

* 위와 같이 해당 평면에 평행한 위치에 있는 도형요소 말고 자체적으로 Z축값을 가지고 있는 도형요소(윤곽 종류 : 3D)도 동일하게 좌표값이 계산되어 포스팅 시 출력됩니다.

 

 이 상태에서 3D형태 곡면요소도 동일하게 적용됩니다.

* 다만 여기서는 동시제어 (X, Y, Z, (A, B, C))축이 동시 출력되는 형태의 가공경로는 제외합니다.
* 즉 고정된 평면에서 이루어지는 2D 또는 2.5D 가공경로만 해당되는 경우입니다.


 그러면 이제 다시 애기해 마스터캠의 머신정의와 포스트 간의 조화가 중요합니다. 

* 위와 같이 마스터캠 머신정의 장비 설정이 B, C 축 설정되어 있습니다. 

 그러면 마스터캠은 포스팅 시 해당 축을 사용하여 데이터 출력하고 해당 5축 포스트는 이러한 마스터캠에서 전해주는 부가축 지정(B, C 축)에 근거하여 가공데이터를 출력합니다.

* 그러므로 항상 5축가공 시(4축도 마찬가지)해당 사용 장비에 따라 마스터캠의 머신정의를 설정 하여야 하고 그에 따라 지원되는 5축 지원 포스트를 사용하여야 합니다.
(5축 가공시 5축 지원 포스트의 중요성을 강조합니다.)

* 또한 이미지에는 없지만 에제로 든 5축 포스트는 해당 장비의 형태(축의 배치)에 대한 설정도 하도록 되어 있습니다.

 

 이러한 방식으로 각각의 가공면의 기준한 평면을 만들고 전부 WCS평면의 원점과 일치시킨 후 해당 가공면마다 해당하는 평면을 적용하여 가공정의를 생성합니다.

 그러면 다시 원점으로 돌아가서 우선적으로 각 가공평면 설정하고 면(페이스컷) 가공만 임의로 생성해 보겠습니다.
* 우선 각 가공평면으로 제대로 회전하는지만 확인하기 위한 예제입니다.

 

 먼저 해당 장비 특성은 아래와 같이 (3+2) 틸팅인덱스(A, B)입니다.

 

 

 

 먼저 생각해 봐야 하는 것이 이러한 가공정의(경로 형태)를 2D 가공경로를 사용할지 3D 가공경로를 사용할지 잠시 고민하셔야 합니다.

* 사실 고민하기보다(뭐가 좋다 나쁘다 하는 의미는 아닙니다.) 작업자가 잘 이해하고 통제 가능한 방식(가공 경로형태)을 적용하셔야 합니다.

 

 일단 맨 처음 1차 가공평면(전면부)에서 일면 황삭 가공하고 면삭만 하는 것을 해보겠습니다.

 우선 평면 관리자창에서 C/T-plan(작업/공구평면)을 1차 가공평면[전면부]을 선택합니다. (중요!!!)

 일단 해당 가공평면에 다이내믹 최적화 황삭 가공경로를 적용하여 1면 황삭 가공을 완료합니다.
* 설명상 정상적인 가공공정(?)을 따르지 않습니다.

 그 해당 가공면에 대한 연삭가공을 합니다.

이때 2D 가공경로 또는 3D 가공경로를 적용할 수 있는데 이것은 작업자의 선택에 따라 적용하시면 됩니다.

1. 2D 가공경로 (윤곽 가공경로)
* 면학하는데 페이스컷(면가공)을 선택하지 않은 이유는 앞서 여러 번 설명한 것처럼 공작물 한쪽(체결부)이 가공경로가 생성되면 안 되므로(면가공으로는 가공영역 설정이 살짝 복잡하므로..) 한쪽 체인 선택하여 윤곽 가공의 측면 가공값으로 해당 면가공 경로를 생성하겠습니다.

 먼저 솔리드 공작물의 한쪽 모서리(체인 선택 가능부)를 기준 한다면 체인 선택을 와이어프레인 체인 선택 / 솔리드 체인 선택 중 하나를 선택하여 가공정의를 생성할 수 있습니다.

* 현재 솔리드 기반 이므로 솔리드 체인은 그대로 선택하면 되지만 와이어프레임 체인 선택 경우 임의 와이어프레임(선 요소)을 생성한 후 선택하셔야 합니다.

 해당 와이어프레임은 현재 3D 모드(작업평면에서 떨어져 있는(Z 축 방향) 상태)에 위치한 선요소를 생성하여야 하므로 커브 기능의 한끝 커브 생성 기능으로 생성하여야 합니다.

* 이때 와이어프레임 체인 선택 시 큰문제가 없지만, 솔리드 체인 선택 방식을 선택시 모드(작업평면 / 3D) 선택을 고려하셔야 합니다.

* 해당 선택 체인요소가 한 개 선요소 이므로 솔리드 체인 선택 시 끝단 기능으로 선택하여야 하지만 모드가 "작업평면"인 경우 끝단을 선택했는데 해당면 전체 "루프"형태로 체인이 선택되는 경우가 있습니다.

 이것은 현재 선택 요소가 작업평면과 일치하는 높이(Z 축)에 위치해 있지 않은데 모드가 작업평면모드(선택요소가 작업평면과 일치함)로 선택되어 있으면 그대로 면전체 선택되는 경향이 있습니다.

 만일 그런 경우 현재 선택요소가 해당 작업평면과 일치하지 않으므로 3D모드(Z 축 값이 일정치 않는..)로 선택하여야 제대로 끝단요소로 선택되며 이경우 계속 선택이 이어질 가능성이 있다고 마스터캠이 판단하므로 와이어프레임 체인 선택과 달리 선택항목에서 체인 종료를 선택하여 종료시켜야 합니다.

* 물론 이러한 경우 1개 요소인 경우 그냥 종료하여도 무방하나 여러 개의 끝단요소를 선택한다면 반드시 체인종료를 해주며 선택하셔야 합니다.

 

 이렇게 해서 체인을 선택하면 일반적인 2D 가공정의 생성하듯이 윤곽 가공경로를 생성하시면 됩니다.

 

2. 3D 가공경로 (평행 곡면가공)

* 사실상 2D 윤곽 가공경로와 거의 다름이 없지만 곡면가공을 선택하면 해당 가공면(선택한)에 기준하여 경로가 생성되므로 사각형형태 가공영역만 생성되는 윤곽 가공경로에 비하여 에어컷 영역이 있는 경우 경로 낭비를 줄일 수 있는 장점과 가공면 높이차이가 있는 경우 한 가공정의에서 처리 가능하다는 장점이 있습니다.

 

먼저 곡면 정삭가공 경로중 평행 가공경로를 선택하고 해당 가공면을 선택하고 해당 가공경로 절삭 파라미터값을 설정 후 가공경로를 생성하면 위와 같은 가공경로가 생성됩니다.

 생성된 경로를 자세히 보시면 먼저 소재 체결부 쪽 까지 가공경로가 생성되었고 다른 부분도 공구 진입이 가공영역에 바로 진입(공구 반경 부분이 바로 수직으로 진입하여 이송)하는 것으로 되어 있어 연삭시 공구 충돌(체결부)과 면삭 조도불량(공구 바로 진입)이 발생되는 것을 볼 수 있습니다.

* 선택한 가공경로가 곡면 대상 가공경로 이므로 해당 선택 곡면 영역이 바로 파운드리가 되는 경우이라 2D 면가공 경로와 다릅니다.

 그래서 이러한 문제점을 해결하기 위하여 작업자가 임의 공구 중심영역 체인을 생성하여 가공영역(곡면 영역) 외에서 진입하도록 유도(?)합니다.

 위 이미지처럼 먼저 가공경로가 침입하면 안 되는 영역 경계선에 맞추어 & 진입/복귀 방향에 맞게 공구경만큼 확장된 공구 중심영역 체인을 생성(수기로..)하여 이를 해당 가공정의 공구 중심영역 체인으로 선택합니다.

 그러면 가공영역이 소재 체결부 영역을 침범하지 않으면서 공구 진입 시 소재 외곽부에서부터 진입하여 가공 후 복귀하는 것을 볼 수 있습니다.

* 여기서 공구 중심영역은 곡면 영역 기준 필요한 가공경로 범위를 잡아주는 것이지 다른 경우처럼 가공영역 자체를 설정하는 것이 아닙니다.

 즉 가공영역 범위와 여유값만 적용되는 것입니다.

 이것을 조합하여 모의가공을 실행해 보면 다음과 같습니다.

 

 또한 이러한 방법을 동원하여 각 각도별 면삭만 선택 가공경로를 생성하였습니다.

 

 

 

생성된 각 가공면의 작업평면.

생성된 각 작업평면의 가공경로.

모의가공 결과물.

머신 시뮬레이션 동영상

 

다음에는 작업평면을 또 다르게 적용하는 방법을 알아보겠습니다.