Bong-Kee Lee
School of Mechanical Systems Engineering Chonnam National University
3. CAD/CAM System
Overview
Design need
Design specifications
Feasibility study with collecting design information
Design documentation
Design evaluation
Design analysis,
optimization Design Analysis model
Design conceptualization
Process planning
Production planning Design and procurement of
new tools Order materials NC, CNC, DNC programming
Production Quality
control Packaging
Shipping
Marketing
CAD + CAE
CAM Design Process
School of Mechanical Systems Engineering CAD/CAM
CAD: 무엇(what)을 만들 것인가?
CAM: 어떻게(how) 만들 것인가?
– 공정계획(process planning) – 제조공정(manufacturing)
• 주물, 단조, 절삭, 용접, 소성가공, 조립 등
• 컴퓨터를 활용한 수치제어(NC, numerical control) 제조 공정 – NC 공작기계: 절삭 가공을 위한 수치제어 가공 기계
(밀링, 선산, 연삭, EDM, 레이저 등)
Process Planning
공정 계획(process planning)
– 제품 설계 후, 작업 지시서(worksheet)를 작성하는 행위
• 작업 지지서: 초기 피삭재로부터 시작하여 단계별 가공을 거쳐 조 립까지의 전체 제작과정을 명시
– 도면 해석, 절삭 과정, 조립 방법, 작업 순서, 공구, 기계, 고정구 등의 결정
– 설계(CAD)와 제조(CAM)의 interface 역할
– 접근 방식
• 수작업(manual approach)
• CAPP(computer aided process planning): 변형법(variant approach), 생성법(generative approach)
School of Mechanical Systems Engineering CAD/CAM
작업 지시서의 예(금형가공 공정계획)
Process Planning
작업 지시서의 예
School of Mechanical Systems Engineering CAD/CAM
수작업(manual approach)
– 숙련된 기술자가 본인의 경험에 근거하여 작업 지시서를 작성하는 방식
• 도면을 파악하여, 부품의 전체 모양을 살핀다.
• 최적의 원자재 형상을 결정한다.
• 가공 기준면을 정하고, 장착할 부위를 결정한다.
• 부품의 특징형상을 정의한다.
• 고정 방법에 따라 부품의 특징형상을 그룹화한다.
• 작업 순서를 결정한다.
• 각 작업에 필요한 공구를 선정한다.
• 각 고정방법에 대해 고정구를 선정하거나 설계한다.
• 공정 계획을 확인하고 최종 계획서를 작성한다.
Process Planning
수작업(manual approach)
가공 특징형상
하위 가공 특징형상
School of Mechanical Systems Engineering CAD/CAM
수작업(manual approach)
– 공정 계획의 예(수작업)
• 회전체이므로 선반을 사용
• 별도의 드릴 가공 필요
• 특징형상 파악
• 고정위치 결정
• 작업순서 결정
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Process Planning
수작업(manual approach)
– 공정 계획의 예(수작업)
• 특징형상 및 고정위치 파악
– 기준평면 S1, S2는 한번의 선반가공 가능 – 나사를 내기 위하여 최소 2번의 작업 필요 – S1~S5는 한번의 고정으로 작업
– S6, S7은 또 다른 고정이 필요
– S8은 선반작업 불가, 별도의 고정 필요
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7
수작업(manual approach)
– 공정 계획의 예(수작업)
• 1단계 고정
– 공작물을 척으로 고정 – S3를 지름 100mm로 가공 – S1을 가공
– S2를 드릴 가공
– S4와 S5를 카운터 보어로 가공
7
Process Planning
수작업(manual approach)
– 공정 계획의 예(수작업)
• 2단계 고정
– 공작물의 S3를 척으로 고정 – S6를 지름 50mm로 가공 – 목 부분을 언더컷 가공 – S6에 나사 가공 – S7 가공
• 3단계 고정
– 공작물을 S1과 S2를 기준으로 고정 – 6개의 구멍 S8의 중심을 표시
– 센터드릴 후, 6개의 구멍 S8을 드릴 가공
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수작업(manual approach)
– 일반적으로 공정 설계자 개인의 경험에 의존함 – 많은 노력과 시간이 소요됨
– 지루한 작업이 주를 이룸
→ 컴퓨터를 활용한 시스템으로 수작업을 대체하기 위한 노 력이 이루어짐: CAPP
Process Planning
CAPP
– 변형법(variant approach): 기존의 유사 부품군에 대한 표 준 공정 계획을 활용
• 각 부품군에 대한 표준 공정 계획을 포함하는 DB 필요
• 각 부품은 GT(group technology) 개념을 사용하여 군으로 분류
• 정의된 코딩 체계에 따라 기술되어야 함 – 새로운 부품에 대한 공정 계획은 코딩으로 시작 – 코드에 따라 적당한 군으로 할당
– 이 군에 대한 표준 공정 계획이 컴퓨터 DB에서 추출 – 필요한 경우 표준 공정 계획 변형
• 기존 부품군에 해당되지 않을 경우, 새로운 표준 공정 계획을 대 화형으로 수립함
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CAPP
– 생성법(generative approach): 완성된 부품의 설계 도면으 로부터 자동 생성
• 설계도면: 형상정보, 재질, 특수 상세공정, 특수검사 지시 등을 모 두 포함
• 시스템에 설계 도면 입력 – CAD DB 활용
– 부품의 가공 특징형상 인식 필수 – 특징형상에 대한 가공공정 파악
• 코드화된 데이터를 상세 공정계획에 따라 문자 정보로 변환 – 최상의 작업 순서 및 상세 작업 조건 결정(공구, 고정구, 게이지, 가공
조건 등)
Process Planning
GT(group technology)
– 유사한 부품들을 하나의 그룹으로 분류
• 한 그룹에 속하는 부품들은 유사한 설계, 공정 계획, 제작, 조립, 품질 관리 등의 과정을 거칠 수 있음
– 장점
• 설계의 측면: 설계 표준화(standardization), 효율적 설계, 체계적인 설계 DB 구축 등
• 생산의 측면: 동일 그룹에 속하는 부품의 가공을 전문적으로 수행 하는 가공기계 설정으로 효과적인 가공 수행(작업조건, 공구, 고정 구 등)
→ 단순화(simplification)와 표준화(standardization)
School of Mechanical Systems Engineering CAD/CAM
GT(group technology)
Process Planning
GT(group technology)
School of Mechanical Systems Engineering CAD/CAM
절삭가공
– 절삭공구를 이용하여 초기 피삭재(raw stock)를 깍아내어 설계 형상(design shape)을 만드는 과정
– 서보 모터를 이용한 수치제어(NC, numerical control) 방 식의 적용
– 가공기계 별 분류
• 선삭(lathing): 내/외경 절삭, 황삭, 나사, 그루브(groove), 드릴링 등
• 밀링(milling): 윤곽 가공, 포켓팅(pocketing), 드릴링, 곡면가공, 영 역가공, 황삭, 5면 가공
• 방전가공(EDM, wire-EDM): 2축 윤곽가공, 테이퍼(taper) 가공, 4축 테이퍼 가공
• 기타(레이저, 펀치 프레스 등): 윤곽가공
Manufacturing
절삭가공
– 가공 축(axis) 개수에 따른 분류
• 2축: 선반(X, Z), 밀링(X, Y), Wire-EDM(X, Y) – 윤곽 가공, 포켓팅
• 3축: 밀링(X, Y, Z), 선반(C 추가) – 곡면 가공
• 4축: 밀링(A 또는 B 추가), Wire-EDM, 선반(C, Y 추가) – 테이퍼 형상 등의 가공
• 5축: 밀링(A, B, C 중 2개 추가) – turbine blade, screw, tire 등의 가공
School of Mechanical Systems Engineering CAD/CAM
절삭가공의 개념
– 피삭재 여유(stock allowance) – 절삭깊이(cutting depth) – 가공여유(uncut allowance)
Manufacturing
절삭공구
– 엔드밀(end mill; end milling cutter): 자유곡면의 밀링 가 공에서 많이 사용하는 절삭공구
• 볼 엔드밀(ball end mill)
• 라운드 엔드밀(rounded end mill)
• 평 엔드밀(flat end mill)
School of Mechanical Systems Engineering CAD/CAM
계층적 가공공정
– 황삭 가공(rough cut) – 중삭 가공(semi-finish cut) – 정삭 가공(finish cut) – 잔삭 가공(clean-up cut) – 방전가공(EDM)
Manufacturing
사출금형의 절삭가공 예
– 초기 피삭재와 최종 가공 형상
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사출금형의 절삭가공 예
– 황삭 가공
Manufacturing
사출금형의 절삭가공 예
– 중삭 가공
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사출금형의 절삭가공 예
– 정삭 가공
Manufacturing
사출금형의 절삭가공 예
– 잔삭 가공
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