개념 한 쪽
밀링 가공에서 공구의 이동 경로는 가공 품질과 공구 수명, 가공 시간에 직접적인 영향을 미친다. CAM 시스템은 형상에 따른 공구 경로를 계산하고, 이후 이를 장비별 언어에 맞춘 NC 코드로 바꾸는 절차가 필요한다. 가공 영역 지정, 경로 유형, 공구 간섭과 커습 계산 등은 경로 산출시 반드시 고려해야 할 요소다.
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출제기준 단원 「밀링 가공 경로 계산 이론」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 가공경로 유형 판별 | 1 | 폐곡선·섬·내부 등 가공 영역 지정 방식 차이를 판별 |
| 커습 계산 | 1 | 볼 엔드밀의 반경과 행간으로 커습 높이를 계산 |
| 경로계획 일반원리 | 1 | 가공경로계획의 중요성 및 오답 선지 판별 |
가공 영역 지정 방식은 목적에 따라 달라진다. Area는 폐곡선 내부 전체를 가공 대상으로 삼고, Trimming은 불필요한 부분을 잘라내는 작업이며, Island 지정은 폐곡선으로 둘러싸인 '섬'을 남기고 그 외부를 일정 오프셋하여 가공 대상으로 지정한다. Blending은 곡선 연결 기법으로 가공 영역 지정 방식과는 구별한다.
곡면을 평면으로 절단한 단면 곡선을 따라 공구를 이동시키는 방법을 데카르트 가공이라 한다. 데카르트 가공은 직교 좌표계(X, Y, Z)를 기준으로 곡면을 여러 평면으로 잘라 그 단면 곡선을 따라 공구를 이동시키므로 수치적인 계산이 많이 요구된다.
CAM에서 산출된 경로 정보는 각 제조 장비가 해독 가능한 NC 형식으로 변환되어야 가공에 사용할 수 있다. 이 변환 과정을 포스트 프로세싱(Post Processing)이라 부르며, 각 CNC 기계의 언어와 문법에 맞춘 NC 프로그램을 생성하는 단계임을 인식해야 한다.
포켓 가공은 폐곡선으로 둘러싸인 내부 영역을 단계별로 반복하여 제거하는 방식이다. 이때 사이드 스텝과 다운 스텝을 이용해 층층이 재료를 제거하며 윤곽 가공이나 면삭 가공과는 목적이 다르다. 펜슬 가공은 좁은 홈이나 복잡 형상의 세밀 가공에 주로 사용한다.
공구 관련 고려사항으로는 공구 간섭과 커습(cusp) 계산이 있다. 공구간섭은 공구 지름, 길이, 형상 등 공구 치수와 밀접한 관련이 있으므로 경로 산출 시 치수 영향을 반드시 검토해야 한다. 커습 높이는 공구 반경과 행간에 의해 결정되며, 피타고라스 관계로 유도되는 기하학적 값으로 계산한다.
경로 계획은 정삭뿐 아니라 황삭 단계에서도 중요하다. 황삭 단계는 정밀도보다 효율과 공구 수명, 가공 시간 최적화가 핵심이므로 적절한 경로 계획으로 공구 마모와 가공 시간을 관리해야 한다.
볼 엔드밀의 커습 높이를 계산하는 대표 예를 보인다. 공구 반경을 R, 공구 간 간격을 s, 커습 높이를 h라 하면 피타고라스 정리로부터 다음 관계식을 얻는다. R² = (R - h)² + (s/2)². 문제에서 R = √5 cm, s = 2 cm를 대입하면 5 = (√5 - h)² + 1이 되어 (√5 - h)² = 4가 된다. 양변의 제곱근을 취하면 √5 - h = 2가 되어 h = √5 - 2 cm가 도출된다. 이 절차를 통해 공구 간격과 반경으로 커습을 계산한다.
또 다른 예로 폐곡선 내부를 반복 가공할 때는 사이드 스텝과 다운 스텝을 설정하여 층별로 제거하는 전략을 사용한다. 포켓 가공에서는 이러한 스텝 설정과 공구 선택, 경로 연결 방식(원웨이 또는 지그재그)을 통해 효율과 표면 상태를 조정한다.
정삭가공에서 주로 사용하는 가공방식으로 구면 등과 같은 면을 바깥쪽에서 안쪽으로 또는 안쪽에서 바깥쪽으로 이동하며 가공되며 비교적 높은 표면정도를 얻을 수 있는 가공방식은?
정답 ④ · 문제는 정삭가공에서 구면과 같은 형상을 바깥쪽에서 안쪽으로 또는 그 반대로 이동하여 가공할 때 표면정도가 높은 가공방식을 묻고 있다. 공구가 나선 경로로 연속적으로 이동하면 절삭력이 비교적 균일하고 표면이 부드럽게 연속적으로 만들어져 높은 표면정도를 얻을 수 있으므로 나선형 가공이 적합하다.
정삭가공에서 나선형 이동은 높은 표면정도를 얻기 위한 일반적인 가공 방식이다.
반경이 R=√5cm인 볼 엔드밀로 평면을 가공하려고 한다. 경로 간 간격이 2cm일 때 커습(cusp) 높이는?
정답 ② · 볼 엔드밀 가공에서 발생하는 커습(cusp) 높이(h)와 행간 간격(s), 공구 반경(R)의 관계는 직각삼각형의 피타고라스 정리를 이용하여 유도됩니다. 공식은 R² = (R-h)² + (s/2)² 이며, 여기서 행간 간격 s = 2cm, 반경 R = √5cm를 대입하면 (√5)² = (√5 - h)² + 1² 이 됩니다.
커습 높이는 반경 R, 행간 s를 이용해 R²=(R-h)²+(s/2)² 공식으로 계산하며, h=R-√(R²-(s/2)²)이다.
다음 중 가공경로계획에 대한 일반적인 설명으로 옳지 않은 것은?
정답 ④ · 문제는 가공경로계획에 대한 설명 중 옳지 않은 것을 찾는 것이다. 가공경로계획은 Parametric과 Cartesian 방식으로 구분될 수 있고 업/다운 밀링의 장단점 고려와 one-way·zigzag 같은 경로 연결 방식도 중요한 요소이다.
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