SURFCAM 개요-세계 No.1 CAM 벤더 ‘Vero’ 그룹으로

‘SURFCAM’은 공작기계의 최신 기술에 대응하는 동시에 Window나 퍼스널컴퓨터 주변 기술을 포함한 최신 IT 환경, 그리고 독창적인 툴패스 이론을 적극적으로 도입하고, 또한 더욱 사용성을 추구하여 항상 업계를 리드해 왔다. 

개발원인 SURFCAM.INC는 1950년대에 의료기기 부품의 금형 메이커로서 발족하여, 60년대에는 항공기, 자동차 부품이나 특수 부품의 가공까지 영역을 넓혔다. 당시 여명기인 NC 가공에 주목하여 효율적인 가공 데이터를 작성하기 위한 CAM 소프트웨어를 자체 개발한 것으로부터 시작했다. 

1980년대에는 퍼스널컴퓨터 PC-AT 상에서 동작하는 3차원 서피스 모델링 기능을 갖춘 3차원 CAM 소프트웨어 ‘SURFCAM V1.0’을 릴리스하고, 그 후에도 MS-Windows에 세계 최초로 대응, 또한 NURBS 베이스의 서피스 모델링 기술과 리얼 타임 랜더링 기술, 블렌딩 서피스 기술 등을 다른 벤더에 앞서 릴리스하여 지금은 일반화된 PC 베이스의 CAD/CAM 소프트웨어로서 업계를 견인해 왔다. 

2000년부터는 새로운 툴패스 로직의 연구 개발에 대응하여 담금질강이나 티탄 등의 난삭재를 대상으로 한 효율적인 거친·중거친가공 방법의 프로토 타입을 개발, 2005년에는 공구의 접촉 각도를 제어함으로써 절삭부하를 일정하게 하는 새로운 절삭법 ‘TrueMill’를 발표하고 국제 특허도 취득했다. 그리고 2013년 2월에는 세계 No.1 CAM 벤더인 ‘Vero’ 그룹의 일원이 되었으며, 현재는 자동차·가전 등의 금형산업이나 부품가공 산업뿐만 아니라 항공기·군수·의료 등의 선진 분야에서도 도입이 추진되어 폭넓은 용도로 활용되고 있다(그림 1).

▲ 그림 1. 항공기 부품가공에서 어드밴티지를 가지는 ‘SURFCAM’

공구 접촉 각도를 고려한 공구궤적 생성 로직 TrueMill을 선구적으로 개발

2000년경부터 항공기 부품이나 의료용 부품의 고성능화 수요에 동반하여 강도·경량·내식·내열 등을 겸비한 티탄합금이나 인코넬, 와스팰로이, 하스텔로이 등 난삭성이 높고 절삭이 어려운 재료의 효율적인 가공이 요구되어 왔다. 

독창적인 CAM 기술을 추구해 온 미국 SURFWARE사(현 SURFCAM.INC)는 절삭공구의 접촉 각도를 고정도로 제어함으로써 절삭부하를 일정하게 하는 신 절삭이론을 도입하기 시작하여 경쟁 타사보다 앞서 2005년에는 TrueMill이라는 신 절삭법을 SURFCAM의 옵션 모듈로서 릴리스했다. 현재는 많은 CAM 시스템이 TrueMill과 동일한 개념을 받아들이고, 공구 접촉 각도를 일정하게 유지하는 로직을 연구하여 실장해 오고 있다. 그 중에서도 다른 CAM 시스템에 대한 애드온을 특징으로 한 ‘VoluMill’은 이 TrueMill의 개발 멤버가 중심이 되어 만들었다는 배경도 있다. SURFCAM은 항상 독자적인 이론을 발상하고, 새로운 CAM 테크놀로지를 만들고 있다. 

여기서는 개발 선구자인 TrueMill의 절삭이론과 이점 및 효과 등을 상세히 소개한다. 

먼저 절삭공구의 접촉 각도를 고려하지 않는 종래형 툴패스와 TrueMill의 공구 접촉 각도를 제어한 툴패스를 비교해 본다. 그림 2로부터도 알 수 있듯이 종래형 툴패스에서는 코너부에서 절삭공구가 재료에 접하고 있는 면적이 많아지고, 절삭부하가 급격하게 올라가는 것을 쉽게 상상할 수 있다. TrueMill의 공구궤적에서는 코너부에서도 절삭공구와 재료가 접해 있는 각도가 118° 이하로 유지되고, 급격한 절삭부하의 변동은 억제되고 있다. 이것에 의해 Z방향에 대한 피치량을 공구 날길이의 90~95%로 설정하여 단위 시간당 절삭칩 배출량을 대폭 높임으로써 가능해진다. 단순한 포켓 형상에 한정되지 않고, 모든 복잡한 윤곽/포켓 형상에서 항상 절삭공구와 재료가 접하고 있는 각도를 제어하면서 최적의 공구궤적을 계산하는 점이 TrueMill의 큰 특징이다. 

▲ 그림 2. 공구 접촉 각도를 제어한 툴패스의 궤적

이어서 TrueMill 절삭이론에서 중요한 3가지 포인트를 소개한다(그림 3). 첫번째는 절삭 속도와 공구 접촉 각도의 제어에 의해 절삭칩 두께를 균일화하고 있는 포인트를 들 수 있다. 절삭 속도를 일정하게 유지하면서 공구 접촉 각도를 고정도로 제어함으로써 균일화된 절삭칩을 안정된 절삭 환경 하에서 배출하고 있다. 그림 4에서 볼 수 있는 컬 형상의 깨끗한 절삭칩은 피삭재와 사용 공구, 가공기, 그리고 절삭 조건이 매치하고 있다는 증거이기도 하다.

▲ 그림 3. ‘TrueMill’ 절삭이론-3가지 포인트

▲ 그림 4. ‘TrueMill’ 가공 후의 절삭칩

두 번째로 절삭 재료와 공구의 접촉 시간을 제어함으로써 날끝 온도의 상승을 억제하고 있는 것도 중요한 포인트이다. 공구궤적을 계산하는 로직으로는 접촉 각도의 제어뿐만 아니라, 절삭 재료와 공구가 접촉해 있는 시간도 계산하고, 일정하게 하는 로직도 포함되어 있다. 이것에 의해 공구 날끝 온도의 급격한 상승을 피하고 공구 수명의 대폭적인 개선을 실현하고 있다. 

세 번째로 코너부의 추입가공에서 공구와 재료의 접촉 각도를 원활하게 변화시켜 감으로써 무리한 부하 변동을 일으키지 않도록 고려되어 있는 것이다(그림 5). 복잡한 윤곽 형상을 가공하는 경우에 코너부의 움직임은 매우 중요한 요건이 되지만, TrueMill의 코너부에서 추입가공은 절삭부하가 매끄럽게 변동하도록 서서히 절삭해 가는 사양으로 되어 있다. 

▲ 그림 5. 코너부에서의 주축 부하 상황

TrueMill에 의한 가공 사례와 그 효과

항공기 부품을 상정하여 Ti-6Al-4V 티탄(200×100×50mm)의 블록재로 그림 6과 같은 포켓 가공을 실시했다. 가공기는 독일 HERMLE사 ‘C42U’[일본 대리점 : 愛知산업(주)], 절삭공구는 오에스지사제 ‘NEO-CR-PHS’(φ12×R1.5)를 사용하고, 공구 날길이를 최대한으로 활용하여 1회의 절입을 20mm로 하여 1포켓당 1분 56초로 가공을 끝냈다. 티탄가공에서 주속 200m라는 일반적으로는 그다지 적용되지 않는 절삭 조건을 이용했지만, 특별한 공구 마모는 거의 볼 수 없고 전체적으로 매우 양호한 가공 결과를 얻을 수 있었다. 

▲ 그림 6. Ti-6Al-4V 티탄 블록에서의 포켓 가공

주속 150~200m의 절삭 조건에서도 공구 접촉 각도의 제어를 확실히 할 수 있으면 매우 양호한 절삭 환경에서 가공이 가능하다는 것을 실증했다. 구미에서는 이미 수많은 가공 사례와 도입 효과가 보고되어 있으며, 앞으로 일본에서도 폭넓은 업계에서 이 공구 접촉 각도를 제어한 로직에 의한 난삭가공 사례가 보고될 것이다.

시뮬레이션/포스트 프로세서의 중요성

앞에서 말한 TrueMill이라는 개념은 새로운 CAM 테크놀로지의 하나이지만, CAM 소프트웨어의 가장 중요한 요소 중 하나는 시뮬레이션/포스트 프로세서의 기능성과 확장성을 들 수 있다. 복잡한 가공기 동작을 수반하는 동시 5축가공, 고정 5축가공, 복합가공에서는 작성된 가공 데이터의 검증이 매우 중요하여 SURFCAM에는 5축가공용 검증 기능과 머신 시뮬레이션 기능이 탑재되어 있다. 가공기의 테이블이나 헤드도 포함한 절삭 시뮬레이션과 간섭 체크가 가능하고, 간섭이나 에어컷을 시각적으로 확인할 수 있기 때문에 가공기 상의 드라이 런 등에 의한 확인작업을 단축할 수 있다.

또한 이 머신 시뮬레이션 기능에는 시뮬레이션 데이터의 보존 기능이 탑재되어 있다. 이 기능을 사용함으로써 SURFCAM이 인스톨되어 있지 않은 환경에서도 머신 시뮬레이션을 실시할 수 있고, 가공 현장에서 가공기 담당자가 머신 시뮬레이션으로 검증 작업을 하는 것도 가능하다. 

또한 옵션으로서 NC 머신 시뮬레이션 ‘Eureka’를 추가할 수 있고, 대상 가공기의 키네마틱스를 탑재한 리얼 타임 시뮬레이션에 의해 가공기 내부의 크래시나 리미트 오버, 부품 간의 니어 미스를 사전에 회피하는 것이 가능하다(그림 7). 

▲ 그림 7. 리얼 타임 시뮬레이터 ‘Eureka’에 의한 시뮬레이션

또한 SURFCAM은 포스트 프로세서로서 각종 5축가공기, 복합가공기에 많은 실적을 가지고 있는 고도의 유니버설 포스트 프로세서를 표준 장비하고 있다. 포스트 프로세서의 설정은 전용 인터페이스를 사용하여 하기 때문에 유저 자신도 쉽게 설정하는 것이 가능하다(그림 8). 또한 언어 형식의 자유도가 높은 커스터마이즈 기능을 가지고 있어, 폭넓은 서식 출력, 복잡한 동작 기구에도 대응한다. 

▲ 그림 8. 직감적인 유저 인터페이스. 포스트 설정이 가능

앞으로의 전개

SURFCAM은 항상 새로운 절삭이론이나 가공 기술을 추구하여 CAM 트렌드를 만들어내는 개척자적인 존재로서 업계를 견인해 왔다. 현재는 부품가공/금형가공의 현장에서 누구나 능숙하게 구사할 수 있는 가장 균형 잡힌 CAM 소프트웨어라고 할 수 있지만, 앞으로도 현장 지향의 요망을 반영한 특수 모듈의 애드온, 특수 포스트나 개별 정보 출력에 의해 상류와 하류 프로세스를 매끄럽게 연결하는 CAM 단말로서 확장해 간다. 기계가공 관련 정보의 공유 환경에 대한 적합과 글로벌 생산에 대응하는 서비스 등을 충실히 하여 독자적인 SURFCAM의 활용을 제안해 갈 생각이다.

미즈노 슌 : 테크니컬 유닛

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