Home / highlight / 금형 단품 가공 프로세스를 혁신하다 – 캐드캠 통합 솔루션, 테비스
3D SYSTEMS eBook 다운로드 하기

금형 단품 가공 프로세스를 혁신하다 – 캐드캠 통합 솔루션, 테비스

Tebis(이하 테비스)는 금형 제작을 위한 캐드/캠 통합 솔루션을 개발하는 독일의 소프트웨어 회사이다. 주로 자동차 프레스 금형 부문에 강점을 가지고 있는데, 현재 전 세계적으로는 현대자동차, 지엠코리아, 쌍용자동차, 아우디, 다임러, BMW, 폭스바겐, 오펠, 포드, 시트, 볼보, 사브, 혼다, 도요타 등의 기업을 포함한 약 1,950개의 사이트에서 8,200개 이상의 라이선스가 사용되고 있다.
테비스의 철학은 캐드와 캠 소프트웨어를 통합하여 동시에 다루는 데 있는데, 제조환경을 고려한 차별화된 캐드 모델링 기능은 캠 사용자가 툴패스를 계산하는 단계에서 장점이 된다. 테비스는 또한 현장 중심의 NC 프로그래밍과 품질관리 분야도 다루고 있으며 무도면 제조를 지원하기 위한 파일뷰어 환경도 제공한다.1111

지금까지의 금형 제작 방식 – ‘조립 가공’
현재까지 일반적인 금형제조 방식은 금형 본체에 사각재의 스틸들을 기준면 가공 후에 조립하여 대형 기계에서 1차 가공하고, 가공이 불가능한 구간(음각부)은 스틸 별로 분리하여 소형 기계에서 2차 가공, 3차 가공으로 마무리하는 과정을 거쳐야 했다. 이러한 소위 ‘조립 가공’은 본체에 개별 스틸을 조립하기까지 많은 과정과 시간이 소요되었고, 대형 기계에서만 가공이 가능하다는 점과 작업자의 수작업에 의해 발생하는 많은 추가 공수와 불량 발생을 야기하고 있었다. 자동차 프레스 금형의 경우를 보면, 최근 고장력 강판의 사용이 증가되고 있어서 금형 스틸부의 열처리를 필수적으로 진행한다. 이 경우에 기존 ‘조립 가공’의 경우는 1차 가공 이후 본체에서 스틸을 다시 분리하여 열처리 해야 하는 번거로움이 더해지고 있다. 애초에 ‘조립 가공’ 방식을 사용했던 것은 가공 정밀도를 보장하기 위함이었다. 그러나, 최근에 공작기계나 공구, 소프트웨어 기술 향상으로 개별 가공 후 조립하는 방식을 사용해도 정밀도를 보장할 수 있는 수준이 되었다. 이로 인해 금형 제조 기업을 중심으로 ‘조립 가공’ 방식에서 탈피하고자 하는 노력이 있어왔다.

테비스의 금형 단품 가공 프로세스는 캐드 환경에서의 모델링 준비부터 캠 환경의 프로그래밍, 가공을 위한 가상 환경 기반의 최적화까지 전반적인 과정을 커버한다.
테비스의 금형 단품 가공 프로세스는 캐드 환경에서의 모델링 준비부터 캠 환경의 프로그래밍, 가공을 위한 가상 환경 기반의 최적화까지 전반적인 과정을 커버한다.

금형 단품 가공 프로세스
‘조립 가공’을 대체하기 위한 대안이 ‘단품 가공’이다. 테비스의 단품가공 프로세스는 아래의 그림과 같이 캐드 환경에서의 모델링 준비부터 캠 환경의 프로그래밍, 가공을 위한 가상 환경 기반의 최적화까지 전반적인 과정을 커버한다. 이 전체 프로세스를 통해 앞서 언급한 ‘조립 가공’의 문제점을 개선할 수 있어 최근 금형 제조에서 요구되는 단납기에 유연하게 대응해 제조 경쟁력을 확보할 수 있다는 접근이다. 단품 가공 프로세스의 단계별로 알아본다.

1. 모델링 정의
완벽한 자동화 캠을 위한 시작은 언제나 캐드 모델링부터 시작된다. 하지만 모델링 단계에서 많은 부가 작업이 발생한다. 대표적인 예로 홀 구간을 채워주는 작업이 있다. 또한, 최근에는 프레스 금형의 경우 성형 해석을 실시하는데 해석 결과를 설계 단에 보내서 도면을 업데이트하기에는 금형 가공 일정이 맞지 않는 경우가 많다. 따라서, 해석 결과 도출된 보상 형상을 금형 모델링 단계에서 빠르게 업데이트해 줄 필요가 있다. 테비스는 단품 가공을 위한 특화된 자동화 템플릿 방식의 모델링 기능을 제공하여 캠 단계에서 앞서 이야기한 부가 작업을 자동으로 정의해 준다.

02

설계 단에서 완성된 모델링 데이터가 오더라도(위), 홀 메우기 등의 부가 작업(아래)이 필수적이다.
설계 단에서 완성된 모델링 데이터가 오더라도(위), 홀 메우기 등의 부가 작업(아래)이 필수적이다.

2. 피쳐 삽입
금형 설계에 사용된 표준 요소들을 가공하기 위한 피쳐 디자인 가공은 구조부 가공에 많이 사용되는 2.5D 가공에 표준화되어있다. 테비스의 피쳐 스캐너는 금형 설계에 사용된 홀, 나사, 사각 포켓, 슬롯 등의 표준 형상을 2.5D 가공 요소로 자동으로 변경해 준다. 이는 동시에 NC SET이라고 부르는 표준가공 템플릿과 연결된다. 금형 제작에서 사용되는 모든 표준 요소들과 더불어 평면, 윤곽, 찍기, 일반 포켓 형상 등의 자유 형상 평면들도 정의가 가능하다.

테비스 피쳐 스캐너는 금형 설계에 사용된 표준 형상을 2.5D 가공 요소로 자동으로 변경해 준다.
테비스 피쳐 스캐너는 금형 설계에 사용된 표준 형상을 2.5D 가공 요소로 자동으로 변경해 준다.

3. 캠 프로그래밍
테비스 캠은 가공 파라미터 등이 미리 정의된 NC JOB®기술 기반의 지능형 잡매니저 환경에서 툴패스를 프로그래밍할 수 있다. 템플릿 가공 기술을 제공하여 자동 요소의 선택, 툴패스 계산은 물론 충돌 검증과 작업지시서까지 동시에 작업할 수 있는 표준 가공 환경을 제공한다. 블랭크 테크놀로지는 1차 가공 시 남아 있는 소재에 대한 정보를 반영해 2차 가공시 가공의 효율을 높여준다. 또한 2차 가공에서는 1차 가공에서 가공한 기준면을 지그 플레이트에 부착해 가공하는데, 이는 가공 정밀도를 높이기 위함이다. 테비스는 지그 플레이트를 반영한 캠 프로그램을 자동으로 생성해 주고, 지그 플레이트 외에도 유럽에서 많이 사용하는 제로포인트 클램프나 타워형 툼스톤을 이용한 가공도 지원한다. 이러한 정밀 클램프를 이용하면 단품 가공시 가공 시간을 최적화해 준다.

NC JOB®기술 기반의 지능형 잡매니저 환경에서 툴패스를 프로그래밍한다.
NC JOB®기술 기반의 지능형 잡매니저 환경에서 툴패스를 프로그래밍한다.
테비스는 지그 플레이트를 반영한 캠 프로그램을 생성해 준다.
테비스는 지그 플레이트를 반영한 캠 프로그램을 생성해 준다.

4. 조립 배치
지금까지 캠 프로그래밍을 위한 연산은 각각의 스틸별로 수행했다. 하지만, 실제로 현장에서 가공할 때는 멀티플 셋업을 사용해 가공의 효율성을 극대화한다. 테비스는 지그에 여러 단품을 배치하기 위한 모듈을 제공하는데 중요한 것은 각각의 스틸과 그에 수반되는 캠 프로그램이 모듈식으로 작동해야만 하는 것이다. 하나의 파일로 관리될 경우 스틸 단위에서 변경이 있으면 전체 캠 프로그램을 변경해야 하기 때문이다. 또한, 지그는 캐드로 모델링되어 테비스에서 라이브러리로 관리된다.

테비스는 지그에 여러 단품을 배치하기 위한 모듈을 제공한다.
테비스는 지그에 여러 단품을 배치하기 위한 모듈을 제공한다.
현장에서 단품 가공할 때는 멀티플 셋업을 사용해 가공의 효율성을 극대화 한다.
현장에서 단품 가공할 때는 멀티플 셋업을 사용해 가공의 효율성을 극대화 한다.

5. 모의 가공
테비스는 가상의 제작환경을 위해 기본적인 툴부터 지그와 기계, 클램프까지 제조에서 현존하는 모든 대상을 테비스 라이브러리화 할 수 있다. 테비스의 가상 제작환경으로 변경된 라이브러리를 기준으로 충돌 검증 시뮬레이션 부터 가공 최적화까지 수행할 수 있다. 또한, 미삭 검증까지 가능하다.

테비스 내에서 충돌 검증 시뮬레이션부터 가공 최적화까지 수행한다.
테비스 내에서 충돌 검증 시뮬레이션부터 가공 최적화까지 수행한다.

6. 실시간 측정
가공 후 측정 시 한번에 형상 면, 측벽 면, 윤곽 면이 모두 측정되어야 하는데, 이는 준비 작업 단계였던 모델링 부분에서부터 최종 단계인 측정을 감안해서 모델링이 되었기 때문에 단일 NC프로그램으로 가공과 측정이 가능한 장점이 있다. CMM 측정용 프로그램을 자동으로 뽑아주어, 외부 측정 장비와의 인터페이스 실행이 필요 없다.

CMM 측정용 프로그램을 자동으로 뽑아준다.
CMM 측정용 프로그램을 자동으로 뽑아준다.

지금까지 테비스의 플랫폼이 어떻게 단품 가공 프로세스를 가능하게 하는지 살펴보았다. 이 과정은 전체 캐드/캠 과정을 간소화해 준다. 유럽의 한 금형 기업의 경우 테비스를 사용하지 않았던 기존 단품 가공 대비 테비스 사용 시 21%의 효율 향상 효과가 있었다고 한다. 이를 종전의 ‘조립 가공’과 비교할 경우 40~50% 수준의 효율 향상을 기대할 수 있을 것으로 보고 있다. 더불어 현장에서 고이송 공구(HFC 커터)의 사용이 가능함에 따라 기계 가동 시간이 단축되고, 채우기나 연장 곡면을 포함한 형상 모델링의 자동화부터 템플릿 기반의 캠 프로그래밍, 가상 기계와의 충돌 검사까지 MES를 기반으로 한 스마트팩토리 환경에 적합한 프로세스로 볼 수 있다. 테비스의 한국 총판인 씨엠씨엔지니어링 한국지점의 한동원 차장은 “국내 자동차 프레스 금형 제조 기업인 HIT오토모티브가 테비스를 도입해 단품 가공 프로세스로 전환을 진행하고 있다.”라고 밝혔다.

씨엠씨엔지니어링 한국지점의 한동원 차장
씨엠씨엔지니어링 한국지점의 한동원 차장

About 이상준 기자

생산제조인을 위한 매거진 MFG 편집장 이상준입니다. 대한민국 제조업 발전을 위해 일합니다.