[지멘스] 정밀가공을 위한 첨단 기술

정밀가공을 위한 첨단 기술

-3, 3 2, 5 축의 전체 금형 관련 기능을 단일 패키지에 포함

 

지멘스

밀링 기계가 최고의 성능을 수행하려면, 다시 말해 최고의 생산성과 표면 조도로 밀링 작업을 수행하려면 현대적인 CNC는 어떤 특성을 제공해야 할까?
여기에는 고성능 모션 제어뿐만 아니라, 직관적이고 편의성 높은 조작 방식 및 첨단 테크놀로지 사이클이 필요하며, 따라서 가공 시간뿐만 아니라 셋업 및 프로그래밍 시간까지 최소화할 수 있어야 한다. 이를 통해 기본적인 밀링 기계에서도 이전에는 더 높은 품질의 밀링 기계에서나 기대할 수 있었던 최상의 기술적 가치를 달성할 수 있게 된다.
바로 이러한 현대적 CNC 중의 하나가 최신 지능형 ‘Advanced Surface’ 모션 제어 기능을 갖춘 Sinumerik MDynamics이다. 이 모션 제어 기능은 ‘선행 제어’, NC 데이터 압축 및 저크(jerk) 제어를 통한 혁신적인 컴퓨팅 알고리즘에 기반하고 있다. 지멘스는 모든 CNC 공작 기계를 위한 Sinumerik MDynamics 기술 패키지를 제공한다. 여기에는 Sinumerik 840D sl 및 828D 뿐 아니라 최근 소개된 Sinumerik 828D BASIC M까지 해당된다. (그림 0)

 

 

<그림 0>. 중간급 및 고급 밀링 기계에 고생산성 CNC 기능을 손쉽게 장착할 수 있다. Sinumerik MDynamics 기술 패키지가 Sinumerik CNC 기계를 진정한 밀링 전문 기계로 변화시킨다.

 

Advanced Surface - 완벽한 자유곡선 표면 조도 보장
새로운 ‘선행 제어’ 기능은 정확도와 피드 속도의 증가를 보장하지만, 이웃한 밀링 경로들의 속도는 CNC에 의해 완전히 독립적으로 제어된다. (그림 1) 특히 자유곡선 표면의 전진-후진 평면 작업의 경우, 공구는 이웃한 밀링 경로들이 가능한 최선의 조화를 이루는 속도와 동적 반응 프로파일로 제어된다. 이것은 매우 일관된 가공 패턴을 가능하게 하여 결과적으로 우수한 표면 품질을 가져온다. (그림 2와 3).
NC 데이터 블록의 최적화된 온라인 압축 기능은 ‘선행 제어’ 기능을 지원한다. 특히, G0/G1 블록뿐만 아니라 G2/G3 블록을 포함하는 ‘혼합형’ NC 프로그램의 경우 이러한 압축 기능은 블록 변경시 원활한 기계 작동을 가능하게 한다. 즉, 포스트 프로세서가 작성한 선형 및 원형 세그먼트는 고정 곡률 다항식(NURBS)으로 연속적으로 변형된다. (그림 4) 이것은 블록 변경 중에 일어나는 수많은 갑작스런 방향 변화에도 자유곡선 표면의 밀링을 위한 기계의 동적 작동에 영향이 가지 않도록 예방한다. 이는 형상 정확도를 높일 뿐 아니라 가공 시간을 현저하게 감소시킨다.
새로운 지능형 저크(jerk) 제어 기능은 기계의 전체적인 동작에 영향을 주지 않으면서 모든 축에서 부드러운 가속과 제동을 보장한다. 이것은 장비의 기계적 시스템을 보호하여 서비스 수명을 증가시키고 유지보수 비용은 줄여준다. 따라서 기계의 수익성이 현저하게 향상된다.
‘Advanced Surface’의 주된 장점은 CNC의 보간 사이클에 대한 표면 마감의 독립성에 있다. 실제로 이것은 저급 레벨의 Sinumerik 828D BASIC M CNC 조차도 좋은 표면 품질을 생산할 수 있음을 의미한다. Sinumerik 시스템의 경우 향상된 계산 능력을 갖고 있어 더 짧은 가공 시간을 보장하고 결과적으로 기계의 생산성이 향상될 뿐만 아니라 기계의 더 복잡한 운동학적 동작을 제어한다. 예를 들어, Sinumerik 828D의 Advanced Surface는 정적 회전 평면의 3축 가공이 가능하다(3 2 가공). 고급형 Sinumerik 840D sl 컨트롤러는 동적 5축 가공의 세계를 지원한다.

 

<그림 1>. 더 빠른 가공, 더 나은 표면 품질: Sinumerik MDynamics 기술 패키지의 핵심 기능 중의 하나인 Advanced Surface 기능이 금형 제작의 생산성과 품질을 장기적으로 향상시켜준다. 시간이 많이 소요되었던 기존의 최적화 과정에 비해 부품별 최적화 작업 없이도 더 짧은 시간 안에 동일한 수준 또는 그 보다 나은 결과를 달성할 수 있다.

 

‘고속 설정’ - 정밀한 제조 작업을 위한 간단한 파라미터 지정 기능
최종 결과물의 품질뿐 아니라 제조 과정의 효율성도 제조 경제성을 결정하는 중요한 요소이다. 또한 기계의 동적 작동이 연관된 제조 절차에 최적화되는 것도 중요하다. 이와 관련된 역할을 하는 많은 파라미터의 숫자를 고려하면 고속 가공작업을 위한 수동 최적화는 시간이 많이 소요될 뿐 아니라 부정확하게 이루어질 가능성도 높다.
연관된 가공절차에 기계의 동작을 최적화 하는 가장 간단하고 빠른 방법 중 하나는 ‘고속가공 설정’을 위한 테크놀로지 사이클이다.
Cycle832는 요구되는 모든 관련된 기계, NC 및 드라이브 파라미터를 설정한다. 사용자는 단지 필요한 공차 값을 지정하고, 가공 절차의 목표가 최대 가공속도가 필요한 황삭인지, 최대 정확도 및 표면 품질인지를 정하기만 하면 된다.
NC 프로그램에 단일 파라미터를 입력하는 것만으로도 CNC 및 기계의 설정을 최대 황삭 속도에서 최적의 표면 품질로 변경할 수 있다. 한 마디로 이보다 더 간단할 수는 없다.
80-bit NanoFP 정확도
Sinumerik MDynamics이 지닌 지능형 가공 전략의 장점을 최대한 이용하려면 CNC 및 드라이브의 모든 알고리즘과폐-루프 제어 구조가 어떠한 구별 가능한 반올림 오류도없이 모든 설정치와 실제 값을 전달해야 한다. 피할 수 없는 수학적 반올림 오류는 전체 공정 체인 내내 충분히 낮게 유지되어야 한다. 그래야 최악의 경우에도 모션 제어에 끼치는 영향이 장비의 기계적 시스템 정확도가 요구하는 수준보다 충분히 적어진다. 이를 달성하기 위해 Sinumerik MDynamics는 80-bit NanoFP 정확도로 작동한다.
즉, NC 프로그램 인터프리터에서부터 드라이브 레벨의 모든 영역에 이르기까지 계산의 정확도와 데이터 전송이 아주 높은 해상도로 이루어지므로 피할 수 없는 전체적인 반올림 오류가 기계의 정확도에 어떤 영향도 끼치지 않는다.
오히려, 80-bit NanoFP 기술의 극단적인 계산 정확도 덕분에 기계의 정확도가 모든 공정 절차에 고스란히 반영된다. 즉, 높은 정확성과 표면 품질을 요구하는 제조 작업에 상당한 이익이 되는 셈이다.

 

<그림 2>. Advanced Surface는 이웃한 가공 경로에 속도 프로파일을 완벽하게 일치시키며, 이는 표면 품질의 현저한 향상으로 이어진다.

 

Sinumerik Operate - 최대의 조작 편의성 보장
가공 공정의 높은 생산성에는 짧은 가공 시간뿐 아니라 시간을 절약해주는 CNC의 직관적 조작 방식도 필요하다.
Sinumerik Operate CNC의 새로운 대화형 그래픽 사용자 인터페이스는 이러한 목표를 달성하는 최적의 제품이다.
명료하게 구성된 화면 내용과 메뉴 트리가 특징인 Sinumerik Operate는 현재 시판 중인 제품 중에서 가장 현대적이고 직관적인 CNC 조작 방식을 자랑한다.
이 목적을 위해 Sinumerik Operate는 ‘애니메이션 요소’라는 독특한 기능을 사용한다. 프로그램과 운영자 파라미터는 더 이상 정적인 도움말 화면이 아니라 짧은 ‘움직이는 이미지 애니메이션’으로 표현된다.
이는 대부분의 입력 파라미터가 기계 상에서의 모션을 나타낸다는 점을 고려한 것이다. 짧은 애니메이션 시퀀스는 공작물의 프로빙, 가공 사이클에서 전진 및 후퇴 전략의 의미 등 여러 조작 절차를 관련 문서를 공부하지 않아도 투명하고 이해하기 쉽게 만들어 준다. (그림 5)

 

<그림 3>. 프로그램 데이터 블록의 새로운 압축 기능은 경로의 편차를 최소화하고 따라서 공작물의 정확도를 향상시킨다.

 

셋업 및 프로그래밍
Sinumerik Operate가 최적의 밀링 성능을 얻는 것은 오로지 Sinumerik MDynamics을 통해서만 이다.
Sinumerik MDynamics는 기계 셋업과 공구 관리에 대한 일반적인 조작 시퀀스를 밀링 기계의 요구 조건에 정확히 일치시킨다. 다양한 프로브 기능은 공작물 원점 또는 공구 길이와 직경 같은 특성을 결정할 수 있도록 지원한다. 또한 Sinumerik MDynamics는 포괄적인 밀링 및 드릴링 사이클 패키지를 제공한다.
잔삭 소재 자동 감지가 가능한 형상 포켓 밀링 사이클은 이 부분의 하이라이트이다.
공정 계측을 위한 사이클 패키지 또한 Sinumerik MDynamics 기능 목록에 포함된다. ProgramGuide 사이클 지원 기능은 밀링 기계의 프로그래밍에 맞게 자동으로 소프트 키를 배정한다.
마지막으로, 대화형 ShopMill 프로그래밍이 Sinumerik MDynamics과 함께 제공된다는 점 역시 빼놓을 수 없다. 이것 또한 밀링 가공 부품의 소량 제작 같은 전형적인 작업장 환경의 요구를 감안하고 있다.
완성된 가공 프로그램의 검증 및 미리보기 기능 덕분에 공작물과 가공 과정에 대한 사용자 친화적인 3D 시뮬레이션이 가능하다. 보다 큰 가공 프로그램의 빠른 미리보기의 경우에는, ‘형상 미리 보기’ 기능이 프로그래밍 공구 경로로부터 계산된 공작물을 미리 보여준다.

 

<그림 4>. 데이터 압축 기능은 여러 G1 또는 G2/G3 블록을 CNC가 직접 처리할 수 있는 다항식으로 계속적으로 전환해 준다. 이것은 기계의 동적 반응을 향상시키고 따라서 생산성이 증가하게 된다.

 

Sinumerik MDynamics - 완벽한 밀링의 동의어
Sinumerik MDynamics 기술 패키지는 Sinumerik CNC가 밀링 분야에서 완벽한 절삭 기계가 될 수 있게 해준다.
이런 점에서 Sinumerik 시스템 제품군은 마케팅 콘셉트에서 차별성이 주어진다. Sinumerik 828D 제품군은 이미 밀링별 시스템 소프트웨어 패키지를 가지고 공장에서 출고된다.
이에 따라 Sinumerik MDynamics을 Advanced Surface 형태로, 그리고 기본 구성의 Sinumerik Operate 밀링별 버전으로 이용 가능하다. 대화형 ShopMill 프로그래밍 또는 계측 사이클 패키지 같은 개별 기능들은 옵션으로 주문 가능하다.
Sinumerik 840D sl 범용 시스템의 경우 Sinumerik MDynamics는 ‘포괄적인’ 3축 또는 5축 기술 패키지로 제공되고 있다.
궁극적으로 목표는 동일하다. Sinumerik MDynamics는 Sinumerik을 밀링 작업에 최적화시키며, 따라서 높은 밀링 경쟁력을 달성한다.
간단하고 편의성 높은 조작 방식, 프로그래밍과 셋업 기능, 강력한 가공 사이클, 생산성 높은 속도 제어 덕분에 Sinumerik MDynamics는 정밀하고 복잡한 밀링 어플리케이션에 확실한 부가가치를 제공한다.

 

<그림5>. programGuide는 테크놀로지 사이클을 위한 이해하기 쉬운 대화형 입력 상자를 제공한다. 각 파라미터의 의미와 관련된 값의 변경으로 생기는 효과를 즉시 파악할 수 있다. 이것은 정밀한 가공 작업을 매뉴얼을 참고할 필요 없이 빠르고 직관적으로 설정할 수 있게 해준다.

 

The Sinumerik MDynamics 기술 패키지 개요

 

Sinumerik Operate 조작 및 프로그래밍을 위한 대화형 그래픽 사용자 인터페이스
-‘애니메이션 요소’로 파라미터 입력
-그래픽 중심의 상황별 도움말 시스템
-측정 시스템을 사용한 공작물 및 공구 계측을 위한 셋업 기능
-공구 수명 관리 및 교체를 통한 직관적인 공구 관리
-사용자 CF 카드의 금형 프로그램용 사용자 메모리

 

전 세계적인 CNC 프로그래밍 기법
-다양한 가공형상 및 제품의 제조를 위한 programGuide 기능 및 Sinumerik 고급 언어 프로그래밍
-다품종 소량 생산을 위한 ShopMill 가공 단계 프로그래밍
-ISO 표준 코드 프로그래밍지원

 

테크놀로지 사이클 패키지
-드릴링 및 밀링 작업을 위한 표준 사이클
-최대 12개 아일랜드 형상 포켓을 가지는 밀링 사이클
-잔삭 소재의 자동 탐지
-정적 3 2 가공을 위한 사이클 지원
-금형 제조 프로그램의 파라미터 지정을 위한 고속 설정 사이클
-공정 계측 및 5축 기계 좌표계 계측을 위한 사이클

 

CNC 시뮬레이션
-3D 그래픽 CNC 프로그램 시뮬레이션
-금형 프로그램의 빠른 형상 보기

속도 제어 및 좌표계 변환
-‘Advanced Surface’ 속도 제어
-원통 공작물의 가공을 위한 측면 변환 기능
-스플라인 보간
-동적 5축 변형(Sinumerik 840D sl에만 해당)
-3D 공구 반경 보정(Sinumerik 840D sl에만 해당)