Home / highlight / 5축 가공의 마이스터 – 지멘스의 S840Dsl 컨트롤러
백서 다운로드 하기

5축 가공의 마이스터 – 지멘스의 S840Dsl 컨트롤러

 

 

Sinumerik840D

5축 가공을 수행할 때 CNC의 중요성은 더 커진다. 작업자나 CAM 프로그램으로는 한계가 있는, CNC 만이 할 수 있는 역할이 존재하기 때문이다. 이번 기사에서는 SIEMENS(이하 지멘스)의 최신 CNC인 S840Dsl의 동시 5축 가공 기능을 알아본다. 지멘스 CNC에서는 가공면 분할과 2차원 형상 가공을 복합적으로 수행하는 3+2축 가공을 CYCLE800(경사면 가공)으로, 3차원 자유곡면 형상을 가공하는 동시 5축 가공을 TRAORI라고 부르고 있다.

가공면 조도 및 생산성 향상 기능 – TOP SURFACE
동시 5축 가공용 CAM에서 3차원 형상을 재현하기 위해서는 대량의 미소 선분의 연속 지령 방식으로 CAM 프로그램을 작성한다. 미소 선분은 일반적인 가공 시 사용하는 직선으로 생성된 짧은 길이의 G01 Block을 의미한다. 가공면의 조도나 정도와 같은 품질을 높이기 위해서는 미소 선분 길이를 짧게 하여야 하는데, 이렇게 하면 가공 CAM 프로그램 사이즈가 커지고, CNC에서는 보간 및 가감속 등에 제약이 생겨 가공 시간이 늘어나는 문제가 발생하게 된다.

지멘스의 SINUMERIK 840Dsl에서는 ‘Top Surface’라는 복합기능을 사용하여 미소 블럭의 대량 연산 및 부드러운 축 제어로 동시 5축 가공 제품의 품질 및 생산성을 향상하는 동시에 앞서 언급한 문제점을 보완 할 수 있다. Top Surface는 CYCLE832, COMPSURF, G645, Jerk Control 등의 기능의 조합으로 구동된다.

지멘스 SINUMERIK 840Dsl의 Top Surface는 미소 블럭의 대량 연산 및 부드러운 축 제어로 동시 5축 가공 제품의 품질 및 생산성을 향상시킨다.
지멘스 SINUMERIK 840Dsl의 Top Surface는 미소 블럭의 대량 연산 및 부드러운 축 제어로 동시 5축 가공 제품의 품질 및 생산성을 향상시킨다.

Top Surface를 사용하면 수십에서 수백 개에 달하는 직선 형태의 미소선분으로 구성된 CAM 프로그램을 실행할 때 CNC 내부의 CYCLE832 프로그램에서 설정한 공차 이내의 매끄러운 스플라인곡선으로 자동 변환해서 실행한다. 그 결과 기존 CAD/CAM에서 일반적인 G01 블럭으로 작성된 가공 프로그램에서도 가공면을 매끄럽게 하는 동시에, 가공 시간을 크게 단축할 수 있다.

스크린샷 2019-12-23 오후 4.37.17

피봇(Pivot) 점 자동 측정기능 – CYCLE9960
5축 장비의 정확도를 보장하기 위해서는 피봇점의 기하학적 값을 정확히 측정하여 관련 NC 파라미터에 입력해야 한다. SIEMENS S840Dsl은 피봇점의 기하학적 값을 자동 측정하기 위한 기능인 CYCLE9960을 제공한다. CYCLE9960을 사용하면 간단한 설정 및 조작으로 정확한 키네메틱 벡터의 측정이 가능하며, 관련 측정에 사용되는 측정 프로브의 방향 오차를 자동으로 보정하여 측정 품질이 높아 장비의 높은 정확도를 유지할 수 있다. CYCLE9960은 다양한 구조를 가진 5축 장비의 키네메틱 벡터의 자동 측정을 지원한다. 또한, 사용자는 측정뿐만 아니라 장비 사용 시간에 따른 해당 값을 기록하여 장비 사용에 따른 변화 값을 쉽게 관리할 수 있다.

[1]CYCLE9960 작동 화면. 간단한 설정 및 조작으로 정확한 키네메틱 벡터의 측정이 가능하다. [2]CYCLE9960으로 실제 장비에서 피봇점 측정을 진행하고 있다.
[1]CYCLE9960 작동 화면. 간단한 설정 및 조작으로 정확한 키네메틱 벡터의 측정이 가능하다. [2]CYCLE9960으로 실제 장비에서 피봇점 측정을 진행하고 있다.
충돌 방지 기능 – Collision avoidance
SINUMERIK S840Dsl CNC는 5축 가공 중 발생 할 수 있는 공구와 가공 제품 간의 충돌을 장비 동작 중에 사전 감지가 가능한 세 가지 충돌 방지 기능을 제공한다. 충돌 방지 ECO 기능은 구성 요소와 보호 영역을 간단한 기하학적 형태로 정의하고, 충돌 방지 STANDARD 기능은 구성 요소와 보호 영역을 장비의 모델 기반 STL 형태로 정의한다. 반면, 충돌 방지 ADVANCED 기능은 Module Works 사의 CAS 시스템과 연동 사용하는데, 공작물 가공에 대한 실시간 모니터링까지 가능한 것이 특징이다.

이렇게 충돌방지 기능은 기계 모델 데이터 기반으로 동작하며, 장비의 형태에 따라 스핀들, 공구, 테이블, 공구 측정 기구, 등 다양한 부분을 보호 영역으로 설정하여 가공 중 모니터링이 가능하다. 충돌 방지 기능이 활성화되면 보호 영역으로 지정된 부분의 상호 관계가 실시간으로 모니터링되며, 특정 안전거리에 도달하면 알람이 표시되고 해당 프로그램의 블록이 중지된다.

SINUMERIK S840Dsl CNC는 5축 가공 중 발생 할 수 있는 공구와 가공 제품 간의 충돌을 장비 동작 중에 사전 감지가 가능한 세 가지 충돌 방지 기능을 제공한다. (좌측부터 충돌방지 ECO, STANDARD, ADVANCED)
SINUMERIK S840Dsl CNC는 5축 가공 중 발생 할 수 있는 공구와 가공 제품 간의 충돌을 장비 동작 중에 사전 감지가 가능한 세 가지 충돌 방지 기능을 제공한다. (좌측부터 충돌방지 ECO, STANDARD, ADVANCED)

 

진보된 NC 프로그램 시뮬레이션 기술 – VNCK Simulation with NX CAM
동시 5축 가공 등의 최첨단 가공 분야에서는 CAD/CAM/포스트 프로세서(PP)/시뮬레이션 소프트웨어 등의 오프라인 소프트웨어와 CNC의 관계가 밀접해야만 한다. 동시 5축 가공에서는 작업자가 육안으로 CAM 데이터의 공구 및 기계 위치를 사전에 예측하는 것이 불가능하므로, 오프라인의 PC 상에서 미리 가공 프로그램을 확인하기 위해 CNC와 동일한 기능을 가진 시뮬레이션 소프트웨어가 필요하다. 특히, 동시 5축 가공을 포함하는 복합기의 경우에는 축의 움직임 자체가 복잡하므로, 지그와의 간섭 등이 확인이 되지 않으면 실제 가공 시 장비 충돌이 생길 수 있으며, 이는 막대한 손해를 초래하게 된다.

VNCK를 사용하면 가공 전 PC에서 CNC와 동일한 NC 커널을 사용하는 가상머신을 사용하여 실제 장비와 거의 동일 조건으로 대상 프로그램의 실행 상황을 시뮬레이션하면서 공구의 간섭이나 가공 상황을 확인할 수 있다.
VNCK를 사용하면 가공 전 PC에서 CNC와 동일한 NC 커널을 사용하는 가상머신을 사용하여 실제 장비와 거의 동일 조건으로 대상 프로그램의 실행 상황을 시뮬레이션하면서 공구의 간섭이나 가공 상황을 확인할 수 있다.

지멘스에서는 자사의 CNC에 사용하는 코어 소프트웨어를 PC 시뮬레이터에 적용할 수 있도록 한 ‘VNCK’를 개발하여 제공하고 있다. VNCK를 사용하면 가공 전 PC에서 CNC와 동일한 NC 커널을 사용하는 가상머신을 사용하여 실제 장비와 거의 동일 조건으로 대상 프로그램의 실행 상황을 시뮬레이션하면서 공구의 간섭이나 가공 상황을 확인할 수 있다. 실제 장비의 CNC 코드 에러, 스트로크 확인, 가/감속 등의 조건을 모두 적용할 수 있다.

기존의 CAD/CAM기반의 3D 시뮬레이션은 CNC의 명령어를 모방하는 동작으로 처리하지만, 지멘스의 VNCK 기반 가상머신은 S840Dsl의 실제 NC 커널을 기반으로 한 장비의 머신 데이터, 공구 정보, 오프셋 정보를 사용한다. 이 실제 정보를 CAM 프로그램에서 생성된 3D 형상의 기계 데이터와 복합적으로 구성하여 시뮬레이션에 사용하므로, 실제 CNC와 완전히 동일한 인터프리터로 해석되어 더욱 정확한 머신 시뮬레이션을 실현할 수 있다는 장점이 있다.

About 이상준 기자

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