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금형 캠 작업을 자동화하다 – 나이스솔루션의 NCASS STEEL

작년 하반기부터 국내 금형 경기가 어렵다. 이렇게 어려워지기 전에도 대표적인 수주 산업인 우리의 금형 산업은 그 특성상 일감이 몰리는 성격이 뚜렷했고, 수주하더라도 ‘초단납기’에 대응해야 했다. 일감이 있을 때 집중적으로 해내야 하는데, 정작 장비 가동률이 50%를 넘기는 금형 기업이 많지 않다고 한다. 금형 기업의 가장 큰 자산이 공작기계이고 이 장비의 가동률은 기업의 수익을 좌지우지한다.
가동률을 높여 보고자 툴 체인지도 자동화해 보고, 마그네틱 척을 써서 워크홀딩 시간도 단축해보고, 공구 측정 장치도 적용해 봐도 어디선가 병목 현상이 발생한다. 그곳이 바로 캠 프로그램을 생성하는 단계였다. 캠 데이터는 미리 준비할 수가 없기 때문이다. 엎친 데 겹친 격으로 최근 법정 근로시간 단축과 기술자 채용이 어려워져 금형 기업 사장님의 고민은 깊어지고 있다.

캠에 병목이 걸린다고?
장비 가동률에 있어 병목 현상의 원인으로 의심 받는 캠 데이터 만들기. 보통 캠 작업자는 작업이 주어지면 자기 경험에 근거한 판단을 시작한다. ‘이 정도 금형을 가공하기 위해서는 우선 몇 파이에 몇 R 짜리 공구를 사용해서 황삭을 하고, 가공으로는 구현이 어려운 이 부분은 방전 가공을 고려해야지…’와 같은 가공 전략을 수립한다. 수립한 전략을 바탕으로 캠 프로그램 상에서 클릭을 통해 툴패스를 만들어낸다.
예를 들어 크지 않은 금형 가공 시 10~15개의 툴 패스가 나온다고 가정하면, 마우스 클릭으로 환산해서 대략 5,000번 정도의 클릭이 발생할 것이다. 문제는 이와 유사하거나 같은 캠 프로그래밍을 할 때도 똑같이 이를 반복해야 한다는 것이다. 비효율이 발생한다. 물론 경험 많은 캠 기술자는 매크로를 사용한다든지 등의 방법으로 업무를 효율화 할 수 있다. 하지만, 개인적인 노하우로 그치거나, 사람이 기억에 의존해서 커버할 수 있는 경우의 수는 제한적일 수밖에 없어 체계적인 관리를 기대하기는 어렵다.

캠을 자동화한다면?
이렇게 무수히 많은 클릭과 작업자의 기억에 의존했던 반복적인 내용들을 기술적인 과정을 거쳐 정제하고 하나의 데이터베이스로 만들어 놓으면, 그와 유사하거나 같은 형상에 대해서는 동일한 노동을 반복하지 않아도 된다. 나이스솔루션의 N-CASS(이하 엔카스) STEEL은 금형 캠을 자동화 해주는 소프트웨어다.
엔카스로 자동화하게 되면 앞서 예를 들었던 5,000번의 클릭을 500회 이하로 줄일 수 있고, 누가 작업을 하든 작업 결과물에 일관성을 부여할 수 있다. 또한, 수작업으로 캠 데이터를 만들 때는 각 툴패스 연산에도 시간이 소모된다. 긴 연산의 경우 5~6시간이 걸리기도 하는데, 이때 작업자는 모니터 앞에 앉아서 기다릴 수밖에 없다. 엔카스로 자동화할 경우 퇴근할 때 자동화를 걸어 놓아 밤새 연산을 시킨 다음, 다음 날 아침에 출근해서 결과를 확인할 수 있다. 근무 시간 중이라면 연산을 하는 시간 동안 작업자는 더욱 가치 있는 다른 일에 본인의 리소스를 할당 할 수 있다. 예를 들면 모델링을 수정하는 작업과 같이 필수적인 업무로 전환할 수 있다. 이것이 바로 캠 자동화의 근본적인 목적이다.
가공을 앞두고 캠 데이터가 언제든지 미리 생성되어 있어서, 운용 스케줄에 맞게 장비를 최대한 가동할 수 있게 하는 것이 모든 금형 업체들의 바람이다. 그리고, 이를 가능케 하는 솔루션이 엔카스다.

엔카스의 캠 자동화는 데이터베이스를 기반으로 한 사용자의 조건과 인공지능을 이용한 형상 분석 기술의 조합을 통해 이루어진다.
엔카스의 캠 자동화는 데이터베이스를 기반으로 한 사용자의 조건과 인공지능을 이용한 형상 분석 기술의 조합을 통해 이루어진다.

N-CASS STEEL
엔카스를 개발한 나이스솔루션은 삼성전자로부터 기술력을 인정받아 공인 컨설팅 기업을로 선정된 뒤, 2008년부터 삼성전자와 삼성의 금형 관련 협력사인 영신공업사, 우리엠텍과 함께 ‘CAM 자동화 표준화 프로젝트’를 수행했다. 이 프로젝트가 금형 캠 자동화 솔루션인 엔카스의 시초가 된 것이다.
엔카스의 캠 자동화는 데이터베이스를 기반으로 한 사용자의 조건과 인공지능을 이용한 형상 분석 기술의 조합을 통해 이루어진다. 형상 인식 기반 자동설계는 모델링을 분석해서 어떤 공정을 짤지, 어떤 가공을 할지, 어떤 공구를 선택할지를 분석 엔진을 통해 최적 공정을 자동으로 설계해 준다. 제품, 습합, 런너, 게이트, 벤트, 인로우, 연마, 도피, 가공제외부 등 다양한 가공공정을 운영한다. 가공속도, 공구길이, 절삭량 등을 고려한 최적의 공정을 제시한다. 데이터베이스는 장비의 Spec, 주로 많이 사용하는 공구, 공차 정보나 주로 사용하는 가공의 형태와 같은 공정 정보 등 그 회사가 축적해 온 엔지니어링 데이터의 기준 및 기술 노하우를 DB화한다.
엔카스는 캠 데이터를 생성해 주는 소프트웨어로 델캠의 파워밀(Power-Mill)을 사용한다. 파워밀은 모든 내부 변수와 함수가 외부의 어플리케이션이 사용할 수 있도록 오픈된 거의 유일한 캠 소프트웨어다. 이 때문에 엔카스로 자동화 구현 시 캠 프로그램을 더욱 세밀하게 제어할 수 있다는 장점이 크다고 할 수 있다.

패턴이 아닌 모델 특성을 정의
엔카스는 패턴 선택이 아니라 모델 특성을 정의하는 방식으로, 금형의 특성을 기반으로 색상을 지정해 가공을 최적화한다. 이를 위해서는 금형 설계 단계에서부터 금형의 기능적 특성을 구분해 줄 필요가 있다. 모델링의 성격을 도면상에서 컬러나 레이어 등의 속성으로 구분해 주는 작업인데, 금형의 성분을 7개에서 10개 정도로 구분할 수 있다. 몇 가지 예를 들어 보면, 우선 제품의 표면인지 아니면 제품 면의 내부인지를 구분할 수 있다. 또한, 습합 면이 있다. 금형 캐비티와 코어의 파팅 라인이 면 접합 형태로 만나게 되는데, 이 부분이 정확하게 맞아떨어져야 사출물이 새지 않는다. 이를 습합이라고 한다. 습합이 잘 이루어져야 수백톤에 달하는 사출압을 견디고 벌어지지 않아 버 발생을 방지할 수 있다. 경사 면은 사출 이후 코어가 빠져나오는 과정에서 파트와의 간섭이 발생하는 경우를 말한다. 이때는 기계장치나 유압을 이용한 슬라이드 코어를 사용하게 된다. 마이너스 공차를 가져야 하는 도피면도 있다.

엔카스는 패턴 선택이 아니라 모델 특성을 정의하는 방식으로, 금형의 특성을 기반으로 색상을 지정해 가공을 최적화한다.
엔카스는 패턴 선택이 아니라 모델 특성을 정의하는 방식으로, 금형의 특성을 기반으로 색상을 지정해 가공을 최적화한다.

금형을 가공하는 상황에서 이렇게 면의 성분을 고려한다면, 제품 면인 경우 면 조도에 신경을 써야 하지만 내부 면은 빠르게 가공하는 것이 좋을 것이다. 또한, 도피 면이나 습합 면은 기능성이나 정밀도가 중요하므로 공차는 준수해야 하지만, 가공의 흔적이나 조도 등은 아주 중요하지는 않다. 그런데, 캠 자동화 시 이런 금형의 성분에 대한 구분 없이 진행할 경우에는 모든 면을 가장 좋은 면을 기준으로 가공할 수밖에 없어 효율이 떨어진다. 자동화의 효과를 반감시키게 되는 상황이 발생하는 것이다. 따라서, 금형 제작 회사에 모델링을 제공하는 원청에서 이런 작업을 해 주는 부분이 중요하다.

NCASS STEEL로 가공에 대한 자동 분석을 진행하고 있다.
NCASS STEEL로 가공에 대한 자동 분석을 진행하고 있다.
NCASS STEEL이 툴패스를 자동으로 연산하고 있다.
NCASS STEEL이 툴패스를 자동으로 연산하고 있다.

쉬운 캠 자동화
엔카스로 자동화를 하게 되면, 캠 경력이나 가공 경험이 적어도 업무를 수행할 수 있다. 공고나 공정을 자동으로 추천해주기 때문이다. 캠을 몰라도 모델만 이해한다면 가공이 가능한 것이다. 최근 베트남에 진출한 금형 기업이 많다. 문제는 현지 인력의 기술 수준이 한국에 못 미치므로 캠 프로그램 운용에 어려움을 겪을 수 있다. 엔카스를 이용해 자동화하게 되면, 사용이 쉽기 때문에 현지 인력도 충분히 캠 프로그램을 만들 수 있고, 한국에서 엔카스를 통해 생성한 캠 프로그램을 현지로 보내 작업하는 방식으로도 효율화 할 수 있다. 가공을 외주 줄 경우에도 편리하게 캠 데이터를 관리 할 수 있다.

사용자 영역 지정 화면이다.
사용자 영역 지정 화면이다.

금형 스마트팩토리
엔카스는 스마트팩토리 지원 사업의 일환으로 2016년부터 현재까지 48개 금형 기업에 금형 자동화 솔루션을 구축했다. 나이스솔루션의 고영선 이사는 “금형은 모든 제조업의 기본이 되는 중요한 분야임에도 불구하고 다른 분야에 비해 지원이 부족하다. 엔카스는 금형 산업의 생산성 향상에 기여하는 스마트팩토리 솔루션으로 인정받아 도입이 확산되고 있으며, 이를 통해 우리나라 금형 산업 발전에 기여한다는 것은 의미가 크다.”라고 말했다.

나이스솔루션의 고영선 이사
나이스솔루션의 고영선 이사

About 이상준 기자

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