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산업 제조
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제품, 부품 또는 장소 등 물리적인 물건으로 가득 찬 세상에서 CAM(Computer Aided Manufacturing)은 이 모든 것을 가능하게 합니다. 우리는 비행기에 비행의 힘을, 자동차에 마력의 굉음을 주는 사람들입니다. 디자인이 아닌 제작이 필요할 때 CAM이 답입니다. 무대 뒤에서 무슨 일이? 계속 읽으면 알게 될 것입니다.
캠이란? CAM(Computer Aided Manufacturing)은 소프트웨어 및 컴퓨터 제어 기계를 사용하여 제조 프로세스를 자동화하는 것입니다.
이 정의에 따르면 CAM 시스템이 작동하려면 세 가지 구성 요소가 필요합니다.
이 세 가지 구성 요소는 수많은 인간의 노동과 기술로 함께 접착됩니다. 업계로서 우리는 최고의 제조 기계를 만들고 개선하는 데 수년을 보냈습니다. 오늘날 유능한 기계공이 처리하기에 너무 힘든 설계는 없습니다.
CAM이 없으면 CAD도 없습니다. CAD는 제품 또는 부품의 설계에 중점을 둡니다. 어떻게 생겼는지, 어떻게 작동하는지. CAM은 그것을 만드는 방법에 중점을 둡니다. CAD 도구에서 가장 우아한 부분을 디자인할 수 있지만 CAM 시스템으로 효율적으로 만들 수 없다면 바위를 걷어차는 것이 좋습니다.
모든 엔지니어링 프로세스의 시작은 CAD의 세계에서 시작됩니다. 엔지니어는 자동차의 크랭크축이든, 주방 수도꼭지의 내부 골격이든, 회로 기판의 숨겨진 전자 제품이든 2D 또는 3D 도면을 만듭니다. CAD에서는 모든 디자인을 모델이라고 하며 CAM 시스템에서 사용할 물리적 속성 집합을 포함합니다.
CAD에서 설계가 완료되면 CAM으로 로드할 수 있습니다. 이는 일반적으로 CAD 파일을 내보낸 다음 CAM 소프트웨어로 가져오는 방식으로 수행됩니다. Fusion 360과 같은 도구를 사용하는 경우 CAD와 CAM이 같은 세계에 존재하므로 가져오기/내보내기가 필요하지 않습니다.
CAD 모델을 CAM으로 가져오면 소프트웨어가 기계 가공을 위한 모델 준비를 시작합니다. 가공은 절단, 드릴링 또는 보링과 같은 작업을 통해 원료를 정의된 모양으로 변형시키는 제어된 프로세스입니다.
Computer Aided Manfacturing 소프트웨어는 다음을 포함한 여러 작업을 통해 가공 모델을 준비합니다.
모델이 가공을 위해 준비되면 모든 정보가 기계로 전송되어 부품을 물리적으로 생산합니다. 그러나 우리는 기계에게 영어로 많은 지시를 내릴 수 없습니다. 우리는 기계의 언어로 말해야 합니다. 이를 위해 모든 가공 정보를 G 코드라는 언어로 변환합니다. 이것은 속도, 이송 속도, 냉각수 등을 포함하여 기계의 동작을 제어하는 일련의 지침입니다.
G 코드는 형식을 이해하면 읽기 쉽습니다. 예는 다음과 같습니다.
G01 X1 Y1 F20 T01 S500
다음과 같이 왼쪽에서 오른쪽으로 나뉩니다.
G 코드가 기계에 로드되고 작업자가 시작을 누르면 작업이 완료됩니다. 이제 기계가 G 코드를 실행하여 원자재 블록을 완제품으로 변환하는 작업을 수행하도록 할 때입니다.
지금까지 우리는 CAM 시스템의 기계에 대해 단순한 기계라고 말했지만 실제로는 제대로 작동하지 않습니다. Haas 밀링 머신이 버터처럼 금속 블록을 미끄러지는 것을 볼 때마다 입가에 미소가 지어집니다. 이 기계가 없었다면 제 일은 불가능했을 것입니다.
모든 현대적인 제조 센터는 엔지니어링 부품을 생산하기 위해 다양한 CNC(Computer Numerical Control) 기계를 가동할 것입니다. 특정 작업을 수행하도록 CNC 기계를 프로그래밍하는 프로세스를 CNC 가공이라고 합니다.
CNC 기계가 등장하기 전에 제조 센터는 기계공 베테랑에 의해 수동으로 운영되었습니다. 물론 컴퓨터가 만지는 모든 것과 마찬가지로 자동화도 곧 뒤따랐습니다. 요즘에는 CNC 기계를 작동시키기 위해 인간이 개입할 수 있는 유일한 방법은 프로그램을 로드하고 원자재를 삽입한 다음 완제품을 내리는 것뿐입니다.
Autodesk Pier 9 워크샵에는 다음과 같은 CNC 기계 샘플이 있습니다.
이 기계는 부품을 절단하고 고속 회전 부품으로 다양한 모양을 조각합니다. 예를 들어, 목공에 사용되는 CNC 라우터는 합판을 캐비닛 부품으로 절단하는 작업을 쉽게 할 수 있습니다. 또한 도어 패널의 복잡한 장식 조각도 쉽게 처리할 수 있습니다. CNC 라우터에는 3축 절단 기능이 있어 X, Y 및 Z축을 따라 이동할 수 있습니다.
이 기계는 정밀 레이저, 고압수 또는 플라즈마 토치를 사용하여 제어된 절단 또는 조각 마감을 수행합니다. 수동 조각 기술은 손으로 완성하는 데 몇 달이 걸릴 수 있지만 이러한 기계 중 하나는 동일한 작업을 몇 시간 또는 며칠 안에 완료할 수 있습니다. 플라즈마 절단기는 금속과 같은 전기 전도성 물질을 절단하는 데 편리합니다.
이 기계는 금속, 목재, 복합 재료 등과 같은 다양한 재료를 깎아냅니다. 밀링 머신은 특정 재료 및 모양 요구 사항을 달성할 수 있는 다양한 도구를 사용하여 엄청난 융통성을 가지고 있습니다. 밀링 머신의 전반적인 목표는 원료 블록에서 가능한 한 효율적으로 덩어리를 제거하는 것입니다.
이 기계는 또한 밀링 머신과 같은 원자재를 깎아냅니다. 그들은 다르게 합니다. 밀링 머신에는 회전 도구와 고정 재료가 있으며 선반은 재료를 회전시키고 고정 도구로 절단합니다.
이 기계는 방전을 통해 원료에서 원하는 모양을 자릅니다. 전극과 원료 사이에 전기 스파크가 발생하며 스파크의 온도는 섭씨 8,000~12,000도에 이릅니다. 이를 통해 EDM은 통제된 초정밀 공정에서 거의 모든 것을 녹일 수 있습니다.
1990년대에 CAM이 등장한 이래로 인간적인 요소는 항상 민감한 주제였습니다. 1950년대 John T. Parsons가 처음으로 CNC 가공을 도입했을 때 기계를 능숙하게 작동하려면 엄청난 훈련과 연습이 필요했습니다. NYC CNC의 아래 비디오는 수동 기계가 오늘날의 CNC 기계와 얼마나 다른지 보여주는 좋은 예입니다.
수동 가공 시대에 기계공이 되는 것은 완벽하게 하기 위해 수년간의 훈련이 필요한 영예의 배지였습니다. 기계공은 이 모든 작업을 수행해야 했습니다. 청사진을 읽고, 사용할 도구를 알고, 특정 재료의 이송과 속도를 정의하고, 부품을 손으로 조심스럽게 절단해야 했습니다. 그것은 단지 정확한 손재주에 관한 것이 아닙니다. 기계공이 된다는 것은 예술이자 과학이었습니다.
오늘날 Modern Machinist는 살아 있고 인간, 기계 및 소프트웨어가 결합하여 업계를 발전시키고 있습니다. 마스터하는 데 40년이 걸리던 기술을 이제 짧은 시간 안에 정복할 수 있습니다. 새로운 기계와 CAM 소프트웨어는 우리의 조상들보다 더 훌륭하고 혁신적인 제품을 설계하고 만들 수 있도록 그 어느 때보다 더 많은 권한을 부여했습니다. 그들은 마지못해 인정할 것입니다.
이 모든 것이 제조의 인적 요소에 의미하는 바는 무엇입니까? 전통 기계공의 역할이 바뀌고 있습니다. 오늘날 우리는 Modern Machinists의 환경이 세 가지 일반적인 역할을 수행하는 것을 보고 있습니다.
일반적인 작업 흐름에서 프로그래머는 프로그램을 설정 작업자에게 넘긴 다음 G 코드를 기계에 로드합니다. 기계가 굴릴 준비가 되면 작업자가 부품을 만듭니다. 일부 상점에서는 이러한 역할이 결합되어 한 두 사람의 책임으로 중복될 수 있습니다.
일상적인 기계 작업 외에 제조 엔지니어도 있습니다. 새로운 매장 설정에서 이 개인은 일반적으로 시스템을 구축하고 이상적인 제조 프로세스를 결정합니다. 기존 설정의 경우 제조 엔지니어가 장비 및 제품 품질을 모니터링하면서 다른 관리 작업을 처리합니다.
기계를 프로그래밍하고 자동화하기 위해 펀치 카드 방법을 도입한 것에 대해 John T. Parsons에게 감사드립니다. 1949년 미 공군은 수동 NC 기계를 능가할 수 있는 자동화 기계를 구축하기 위해 Parsons에 자금을 지원했습니다. MIT의 도움으로 Parsons는 첫 번째 NC 프로토타입을 개발할 수 있었습니다.
거기서부터 CNC 가공의 세계가 시작되었습니다. 1950년대에 미 육군은 NC 기계를 구입하여 제조업체에 대여했습니다. 아이디어는 회사가 제조 공정에 신기술을 채택하도록 장려하는 것이었습니다. 이 기간 동안 우리는 MIT가 CNC 기계를 위한 최초의 범용 프로그래밍 언어인 G-code를 개발하는 것도 보았습니다.
1990년대에는 CAD와 CAM이 PC에 도입되었으며 오늘날 우리가 제조 방식에 접근하는 방식을 완전히 바꾸어 놓았습니다. 초기 CAD 및 CAM 작업은 값비싼 자동차 및 항공우주 애플리케이션을 위해 예약되었지만 오늘날에는 Fusion 360과 같은 소프트웨어를 모든 형태와 규모의 제조 공장에서 사용할 수 있습니다.
처음부터 CAM은 다음을 포함하여 제조 공정에 많은 개선을 가져왔습니다.
물론 이러한 이점에는 약간의 절충점이 있습니다. Computer Aided Manufacturing 시스템 및 기계에는 막대한 초기 비용이 필요합니다. 예를 들어, Haas VF-1의 가격은 약 45,000달러입니다. 이제 전체 작업 현장을 상상해 보십시오. 거래량 문제도 있다. 기계 조작이 숙련도가 낮아짐에 따라 우수한 인재를 유치하고 유지하기가 어렵습니다.
CAM은 작업 현장에서 기계를 제어하는 것만이 아닙니다. 소프트웨어, 기계, 프로세스 및 사람을 모아 정말 훌륭한 부품을 만드는 것입니다. CAM의 세계에 처음 뛰어드는 경우 내부 투어를 위해 현지 매장에 연락하는 것이 좋습니다. CNC 기계의 윙윙거리는 소리를 발로 느끼거나 기계에서 갓 꺼낸 부품을 손으로 밉니다. 미래 세대가 즐길 수 있기를 바라는 놀라운 경험입니다. CAM은 인간의 손길에 관한 것입니다.
여전히 별도의 CAD 및 CAM 도구를 사용하고 계십니까? Fusion 360에는 둘 다 있습니다. 지금 Fusion 360을 사용해 보십시오.
산업기술
CAD(Computer-Aided Design) 모델링은 실제 생산이 시작되기 전에 가상 모델을 사용하여 부품 설계를 테스트하고 수정하는 프로세스를 말합니다. 3D CAD 모델은 치수 및 세부 사항 모두에서 최종 제품과 동일하므로 엔지니어는 비용 효율적인 방식으로 설계 및 제조 가능성을 위해 부품을 최적화할 수 있습니다. 예를 들어 3D CAD 모델은 프로토타입을 적층 제조하는 데 사용되는 반면 2D CAD 모델은 부품 및 구성 요소의 사실적 렌더링 및 시각화를 만드는 데 사용할 수 있습니다. CAD 모델링 도구는 생산성 향상 및
캠 스프로킷은 연소 엔진에서 캠축의 한쪽 끝에 부착됩니다. 이 스프로킷은 타이밍 벨트 및 크랭크샤프트 스프로킷과 함께 크랭크샤프트와 캠샤프트 사이의 타이밍을 유지하는 역할을 합니다. 도르래나 기어와 비슷하지만 도르래와 달리 바깥쪽에 능선이 있고 기어와 달리 다른 스프로킷과 직접 접촉하지 않습니다. 외부를 따라 톱니가 있으면 캠 스프로킷이 스프로킷의 톱니와 같은 크기의 링크가 있는 체인에 연결될 수 있습니다. 체인은 스프로킷의 외부를 따라 달리고 일반적으로 캠 스프로킷 근처에 있는 다른 스프로킷인 크랭크샤프트 스프로킷에 연결됩니다.