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5축 가공 프로그래밍에 특화된 CAM 소프트웨어는? – PP(Post Processor) 걱정 없는 ESPRIT CAM

5축 장비는 X, Y, Z의 표준 직선축 외에 회전축이 추가되어 어느 방향으로든 회전축을 기울여 가공할 수 있다. 이에 5축 가공은 일반적인 가공 방법으로 가공할 수 없는 복잡한 형태를 효과적으로 가공 가능하다. 또 한 번의 세팅으로 가공하여 작업의 정확도를 향상하고 시간을 절약한다는 장점이 있다. 그렇다면 이러한 5축 장비에는 어떤 CAM 소프트웨어를 적용해야 할까?

5축 가공용 CAM에 요구되는 것들
5축 가공을 위해서는 이를 지원하는 CAM이 있어야 한다. 다축가공이기 때문에 추가된 축에 대해 최적의 움직임을 설정해야 한다. 또한 장비 운동 방식의 모든 유형을 지원해야 하며 그 장비 유형에 가장 적합한 공구 경로를 생성하여 충돌을 방지할 수 있어야 한다. 특히 다축가공에서는 프로그래밍의 작은 오류로 엄청난 비용 손실이 발생할 수 있으므로 다축장비의 CAM소프트웨어에는 고도의 완벽함이 요구된다.

또 5축 가공용 CAM은 무엇보다 프로그래밍이 쉬워야 한다. 바쁜 프로그래머가 수십 가지 CAM 기능을 전부 기억하기는 어렵다. 프로그래머는 일반적 기능 위주로 사용하고 그 나머지는 잘 알지 못한다. 따라서 5축 CAM 소프트웨어는 기존 접근방식을 유지하면서 새로운 매개변수를 추가함으로써 작업자의 필요를 충족하고 편의를 향상시켜 작업의 효율성을 높여야 한다.

ESPRIT은 5축 가공의 주요 기능을 위한 전용 툴바를 배치해 사용자가 쉽게 선택할 수 있도록 했다.
ESPRIT은 5축 가공의 주요 기능을 위한 전용 툴바를 배치해 사용자가 쉽게 선택할 수 있도록 했다.

미국 DP Technology 사의 ESPRIT(에스프릿)은 자동선반, 복합 가공기, 5축 밀링과 같은 다축 가공에 모두 적용할 수 있는 CAM 소프트웨어다. 특히 ESPRIT 프리폼(FreeForm)은 5축 가공의 프로그래밍을 효율화하는 5축 가공용 CAM 소프트웨어다. ESPRIT의 프리폼 모듈은 5축 가공의 복잡한 프로그래밍 과정을 쉽게 정의하여 모듈화함으로써 작업을 단순화한다. 또 인터페이스 선택이 이루어지면 소프트웨어에서 논리적인 방식으로 데이터를 갱신한다. 이 작업은 빠르게 이루어지고 신뢰도가 높아 고가의 다축 장비가 가공 오류를 일으키는 것을 방지한다.

가공에 필수적인 매력적인 기능들
ESPRIT의 Dynamic Stock-Aware Toolpath 기능은 가공 중 소재가 남아있는 상태를 고려하여 공구의 최적화된 움직임을 생성하는 기능이다. 가공 중 공구 파손의 원인 중의 하나가 바로 CAM 프로그래밍에서 고려하지 않은 잔재(Stock, 스톡)와의 접촉이다. 황삭에서는 대부분 스톡을 고려하지만 5축 정삭 가공에서도 이를 고려하는 CAM 소프트웨어는 ESPRIT이 유일하다. 이러한 정확한 정보는 지속해서 툴의 방향과 움직임을 업데이트한다. 또 기계 역학을 최대한 활용하여 최적의 패스, 일정한 절삭 부하, 날카로운 모서리의 라운딩 등을 실현한다. 공구의 부드러운 움직임은 고품질의 마감과 공구의 수명 연장이라는 효과를 얻을 수 있다.

ESPRIT은 5축 정삭에서도 스톡을 고려한 툴패스를 제공한다.
ESPRIT은 5축 정삭에서도 스톡을 고려한 툴패스를 제공한다.

또한 ESPRIT의 사실적인 시뮬레이션과 시각화는 모든 공구 경로를 포함하여 실제와 같은 완전한 절삭 과정을 도출한다. 도달하기 어려운 모든 축의 위치, 장비 구동 시 축과 축 그리고 공구 및 홀더와의 충돌과 같은 가공 오류의 사전 검증이 가능하다. ESPRIT은 오래전부터 공작기계 제조사에 상주하면서 그 장비 회사가 만드는 장비 모델링 데이터를 지속적으로 확보하는 협업을 해왔다. 이로 인해 CAM 소프트웨어 중 가장 많은 장비와 공구 모델링 데이터를 확보하게 되었고 시중에 있는 90% 이상의 장비에 대해 가상 검증이 가능하다. 또한, ESPRIT의 자회사인 머시닝클라우드(Machining Cloud)를 통해 시뮬레이션에 필요한 장비와 지그, 공구 정보를 수집할 수 있어는 더욱 폭넓게 데이터를 확보할 전망이다. 머시닝클라우드는 전 세계 다양한 장비와 공구 메이커가 각기 보유한 제품의 도면과 정보를 공유하는 일종의 연합 플랫폼이다.

ESPRIT은 가장 많은 장비, 지그, 공구에 대한 데이터를 확보하고 있어, 대부분의 장비에 대한 시뮬레이션 검증이 가능하다.
ESPRIT은 가장 많은 장비, 지그, 공구에 대한 데이터를 확보하고 있어, 대부분의 장비에 대한 시뮬레이션 검증이 가능하다.

5축 가공을 위한 ESPRIT의 특별한 기능

5축 스와프(Swarf) 밀링의 경우 가공물의 경사면에 절삭 공구의 측면(flank)을 이용한 가공 경로를 설정한다. 선택한 경사면을 따라 4, 5축의 위치가 자동으로 결정되며 다양한 부품 형상에 대응한다. 5축 표면 스와프 밀링을 할 때는 향상된 제어 기능에 의해 표면 형상에 맞춰 공구의 방향과 기울기가 최적으로 제어된다. 또한, Tool Axis Smoothing 기능은 가공에 대한 지식이 없는 설계자가 만든 모델의 표면 품질을 높여주는 기능이다.

절삭 공구의 측면(flank)을 이용한 가공 경로를 설정한다.
절삭 공구의 측면(flank)을 이용한 가공 경로를 설정한다.
5축 표면 스와프 밀링
5축 표면 스와프 밀링

5축 스파이럴 밀링은 지정된 축을 중심으로 연속 나선형으로 움직이며 가공하는 방식으로 4축 가공 작업을 생성한다. 미삭이 발생하지 않아 소재가 남아있는 양을 확인할 필요가 없어 프로그래밍이 간편하고, 높은 생산성을 가지고 있으며 티타늄과 같이 강성이 큰 소재 절삭에 적합하다. 크랭크 샤프트, 블레이드 황삭 등 다양한 분야에서 좋은 퍼포먼스를 나타낸다. 스파이럴 밀링은 ESPRIT만이 가지고 있는 기능이다.

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정면에서 본 스파이럴 황삭 툴패스 모습
정면에서 본 스파이럴 황삭 툴패스 모습

5축 컴포지트 밀링사용자가 정하는 툴패스 패턴과 공구 축 방향을 결합하여 다축밀링 작업을 생성한다. 6개의 파라메트릭 가공 패턴과 6개의 공구 축 위치 확정 방법을 선택해 36가지의 조합을 만들어낼 수 있다. 툴패스의 모양과 공구 축 방향은 독립적으로 정의되어 유저들이 창의적으로 5축 혹은 4축 작업을 생성할 수 있도록 할 수 있다.

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임펠러 가공 블레이드 사이 공간에 황삭, 2차황삭, 혹은 정삭을 5축 가공 작업으로 간단하게 피쳐만 선택해 주면 생성이 가능한 전용 모듈이다. 임펠러 모듈로는 스플리트 블레이드가 있는 혹은 없는 두 블레이드 사이에 있는 공간을 황삭가공 할 수 있다. 보통 허브 영역을 별도로 가공하지만, ESPRIT의 임펠러 기능은 동시에 허브 영역을 가공할 수 있어 편리하다. 
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5축 윤곽 밀링의 경우 가공면에 접촉된 공구를 수직으로 유지하면서도 곡선 운동할 수 있다. 또 이송 방향에 대한 축의 벡터 방향도 지정 가능하다. 특히 ESPRIT만 가지고 있는 면취(Chamfer) 기능을 주목할만하다. 형상이 있는 모델에 정확하게 면취를 낮은 공차로 내주는 것은 상당히 어렵다. 심지어 내부를 면취하는 언더컷 면취의 경우는 더 난이도가 높은데, CAM에 이런 기능이 없으면 전용 공구를 이용해야만 했다. 

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채널 밀링은 블리스크 두 벽 사이의 공간을 가공하는 5축 작업을 생성할 수 있다. 트로코이드 방식의 공구 움직임은 일정한 가공량을 생성하기 때문에 더욱 빠르게 두 벽 사이에 있는 채널을 가공할 수 있다. 또한 공구의 부하를 감소시켜 얇은 벽의 굴절이 생기는 것을 예방할 수 있다. 

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5축 블레이드 정삭시작 프로파일과 끝 프로파일 사이를 연속 선형으로 움직이는 5축 가공 작업을 생성하며, 블레이드 정삭에 최적화되어있는 가공 모듈이다. 절삭 공구는 소재와 항상 접촉하며, 5축 블레이드 사이클은 가공하기 어려운 볼록한 면과 오목한 면이 있는 모델링에 최적화된 절삭경로를 생성하기 위해 설계되었다.

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정면에서 본 블레이드 정삭 툴패스 모습
정면에서 본 블레이드 정삭 툴패스 모습

포트 밀링은 자동차 인테이크 벨브와 같이 공구가 제한된 공간으로 들어가 가공을 해야 하는 면들을 일정한 간격 깊이로 황삭 및 정삭하는 5축 작업을 생성한다.

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포트황삭
포트황삭

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포트정삭
포트정삭

5축 툴패스 보다 더 중요한 이야기
5축 CAM 소프트웨어가 가져야 하는 중요한 덕목을 중심으로 ESPRIT에 대해 알아보았다. 그런데, 이보다 더 중요한 문제를 짚고 넘어가야 한다. 바로 포스트프로세서 (PP, Post Processor) 문제다. ESPRIT의 제조사인 DP Technology 한국지사 장한석 팀장은 “실제로 국내 가공 현장에서 5축 장비를 도입하고 양산을 준비하는 과정을 보면 많은 업체에서 PP 문제를 겪고 있는 것으로 본다.”라며, “수억 원에 달하는 장비를 구매하고도 PP를 맞추지 못해 장비가 1년 이상 멈추어 있는 경우도 봤다.”라고 밝혔다. ESPRIT은 현장이 아닌 장비 제조사 공장에서 인증을 받는 방식으로 PP 매칭 문제를 원천적으로 없애왔다. 장한석 팀장은 “5축 CAM을 도입하는 기업은 CAM의 기능도 꼼꼼히 살펴봐야겠지만, 장비와 CAM과의 PP 연결이 매끄럽게 되는지의 여부를 반드시 체크해야 한다”라고 말했다. 

 

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About 이상준 기자

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