[제조기술 위한 CAD/CAM] 공작기계 탑재형 CAM 시스템

등록 2014.04.29 13:35:58

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[CAD/CAM 컨퍼런스] 공작기계 탑재형 캠 시스템

날로 복잡해지는 공작기계와 전문 인력 부족현상을 해결하기 위해 가공 공정, 장비 관리에 대한 통합 및 자동화를 위한 솔루션으로 탑재형 CAM 시스템이 대두되고 있다.

김형우 현대위아 책임연구원

CAD/CAM을 사용하는 사람은 모두 CAM을 사용할 수 있지만, 공작기계를 사용하는 사람이 모두 캠을 사용하는 것은 아니다. 그래서 간단한 부품가공 같은 경우, 도면이 오면 NC 작업자가 곧바로 NC 코드를 작성하는 경우가 많았다. 그렇다 보니 기존의 공작기계를 사용하는 사람들은 일반 부품가공을 할 때, 대부분 손으로 ISO 프로그램을 작성했다. 그렇지만 캠을 사용하면 PC에서 캠을 이용해서 NC 코드를 작성할 수 있다. 만약 공작기계에 캠이 탑재되어 있다면 공작기계에서 바로 프로그램을 작성할 수 있지 않을까 하는 생각에서 공작기계 탑재형 캠 시스템에 접근하게 됐다.

‌공작기계 탑재형 CAM의 장점

그러면 탑재형 캠의 장점은 무엇일까. 탑재형 캠에서는 장비에 있는 캠을 그대로 이용해서 몇 가지 그림에 있는 정보만 입력하면 자동으로 깎고자 하는 NC 코드를 생성해 주므로 시간을 줄일 수 있다. 또한 탑재형 캠은 비숙련자도 사용법을 2시간 정도만 배우면 쉽게 사용할 수 있고, 공작물의 복잡성이 증가하더라도 시간이 크게 늘지 않는다.
또 다른 측면에서 기존 PC에서 운영되고 있는 캠과 탑재형 캠의 차이점을 비교해 본다. 기존 캠은 기능을 많이 가지고 있지만, 탑재형 캠은 기능이 많지 않다. 그 대신에 장비에 최적화된 포스트 프로세서가 탑재된다. 이것은 이미 탑재될 때 그 장비에 맞춰서 캠이 개발되기 때문에 고민할 필요 없이 작성만 하면 바로 그 장비에 최적화된 포스트 프로세서가 제공된다.
두 번째는 절삭 조건의 최적화 기능인데, 장비가 결정되어 있기 때문에 장비에 최적화된 절삭 조건을 제공한다. 그러나 기계를 사용하다 보면 기계 상태가 계속 달라지게 되고 최적화된 절삭 조건이 안 맞게 될 수 있다. 이것을 사용자가 조정하게 되는데, 그 조정 자체를 실시간으로 연동해서 절삭 조건 DB를 업데이트할 수 있다. 이처럼 환경에 따라 절삭 조건이 바뀔 수 있는데, 사용자 절삭 조건 DB라는 것을 별도로 운영해서 자기만의 노하우를 담아 그 장비에만 맞는 절삭 조건을 만들 수 있다.
다음으로 공구 정보 공유 부분이 있다. PC에서 운영되는 캠들에서 가장 불편한 점은 실제 공구와 NC를 낸 공구가 서로 안 맞으면 다시 장비를 수정해야 되는 경우가 발생한다. 그런데 탑재형 캠의 경우는 현재 매거진에 장착된 공구가 그대로 반영된다. 또 가장 큰 특징은 공구별 가공 시간 관리가 가능하므로 대체 공구 등에 대한 관리도 가능하다는 점이다. 그러므로 장비와 CAM 간의 불일치성에 의한 불편함을 해소할 수 있다. 또 다른 장점은 좌표계와 소재 정보 부분인데, 최근에는 측정 기술이 많이 발전해서 장비에 세팅된 상태에서 가공물의 크기, 형상 등을 바로 측정할 수도 있다. 그렇다 보니 소재에 대한 정보를 특별하게 입력하지 않고 바로 가공 NC 코드를 작성할 수 있다.

‌공작기계 탑재형 CAM의 동향

이러한 장점들 때문에 공작기계 업체들은 수십 년 전부터 대화형 CAM 개발을 해왔다. 가장 먼저 시작한 업체는 일본의 MAZAK으로, 독자의 제품을 보유하고 있다. MAZAK은 NC와 PC에 같은 탑재형 캠 프로그램을 제공하고 있다. 그래서 장비를 운영하고 있을 때는 PC에서 똑같은 UI를 제공하는 MAZAKTROL의 캠을 쓰고, 장비를 사용하지 않아도 될 때는 장비에서 바로 MAZAKTROL의 캠을 쓴다. okuma 같은 경우는 자사 CNC인 OSP-P200이라는 최신 PC CNC에 okuma 개발 프로그램이 탑재되어 있고, PC 설치용으로도 제공하고 있다. MORI SEIKI의 경우도 자사 CNC인 MAPPSⅣ에 탑재형 캠이 있고, PC 설치용으로 MORI-APL/APM이라고 해서 APL은 선반용, APM은 머시닝센터용으로 제공하고 있다. 그리고 최근에 나온 복합기 형태에도 모두 대화형 프로그램이 제공되고 있다. MORI SEIKI와 합친 DMG도 3D Turning이라는 제품을 제공하고 있다. 해외 공작기계 업체들이 이렇게 자체적으로 탑재형 CAM을 제공하는 반면에, 우리나라는 이제 개발을 시작해서 탑재되는 수준에 이르렀다.
다음으로 현대위아의 개발 사례를 소개한다. HW-DPRO라는 제품으로 복잡한 가공 프로그램을 NC와 대화하는 식의 간단한 조작으로 작성할 수 있게 해주는 프로그램이다. 이 프로그램은 어떤 형상이든 짧은 시간에 쉽게 생성할 수 있는 것이 큰 특징이다. 또한 간편한 형상 정의와 DXF 형상 추출 기능이 있으며, 모의 가공 및 출돌 검사 기능이 있다. 사용자의 노하우를 사용자 절삭 조건 DB에 저장해서 절삭 조건을 상향 평준화시키는 기능도 포함되어 있다.

‌탑재형 CAM의 새로운 방향

최근 들어 고급장비 대응을 위한 범용 CAM을 탑재하는 추세가 보이고 있다. 에스프릿이 MAZAK 장비에 탑재된 것처럼, 상용 캠이 아예 장비에 탑재되고 있다. 에스프릿은 MORI SEIKI에 먼저 탑재되기 시작했는데, 최근에는 여러 공작기계에 탑재되고 있다. 또한 DMG MORI SEIKI에서 CELOS라는 CNC가 새로 나왔는데, NX CAM을 NC뷰어라고 해서 뷰만 당겨서 캠을 저장할 수 있는 기능도 제공하고 있다. 이런 추세는 일반적인 캠을 공작기계와 접목시킨 것이라고 보면 된다. 그러나 문제점은 CNC의 성능이 못 따라가기 때문에 고가의 장비들에서 많이 나타나고 있다.
다음으로는 특정 시장을 공략하기 위해 범용 CAM을 전용화시키는 추세이다. 그래서 몇 가지 조작만을 통해 간단하게 그 장비에 최적화된 기능을 제공하는 식으로 발전하고 있다. 장비에서 주로 가공하는 패턴을 몇 가지로 정리해 놓고 그 패턴을 정의만 해주면 바로 NC 코드가 나오게 하거나, 절삭가공 조건도 최적화 소프트웨어를 이용해서 찾아주는 것으로, 범용 CAM과 장비가 결합된 것이다. 이러한 추세는 최근 3, 4년 사이에 많이 보이고 있는데, 이것도 마찬가지로 고급 사양의 CNC가 필요하기 때문에 장비 가격이 상승하게 된다.
지금까지는 공작기계가 공장에 별도로 있는 그냥 기계였다면, 최근에는 공작기계도 인터넷 시대로 들어갔다. 앞으로 공작기계 탑재형 CAM도 클라우드가 될 것으로 보인다. 공작기계를 고가로 만드는 것도 중요하지만, 공작기계를 구입하는 사람은 저비용으로 누구나 이런 다양한 프로그램을 이용할 수 있어야 한다. 그래서 어느 곳에서나 어떤 사람이나 저가의 비용으로 CAM을 이용하고 프로그램을 관리하고, 절삭 조건도 최적화할 수 있어야 한다. 또한 자기 관리 DB도 구축하여 산업 분야가 같은 사람들끼리 공유해서 상향 평균화할 수 있어야 한다.

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