C A T I A P L M - IBM · 2000-10-19 · 대학cad/cam연합회“ 틀” 경남대,...

대학 CAD/CAM연합회 “ 틀 ”

경남대, 부산정보대, 영남대, 울산대(CATIASYS) (CADAM) (C-CAP) (C-ALL TECH)

C A T I A P L M“제1회 대학 CAD/CAM/ 학술 발표회” 사례 발표

제11회 아이비엠 PLM 솔루션 사용자모임



발표 목차

1. 객차 하부 프레임 모델링 및 해석 ( CATIASYS )

2. 금형 ( CADAM )

3. CAD/CAM/CAE 과정 Simulation ( C - CAP )

4. R.C Car DMU 제작 과정의 이해 ( C - ALL TECH )



제목 : CATIA V5를 이용한 휴대폰 자체설계= Battery의 탈착원리 중심 =

C A T I A S Y S



작품작품 모델링모델링 계기계기 ……• 외형 및 배터리의 크기, 모양의 다양화

: 타제품과의 호환성 해결

• 외장형 탈착 클립 부분의 응력집중

: 클립 파손 방지

: 배터리의 분리 방지

작품작품 내용내용 ……• 외형 모델링 : CATIA V5 이용

• 배터리 탈착방식 변형 재모델링

• DMU (간섭체크)• 부품의 수치해석



부품



분해

결합



장착원리탈착방식

고 정 방 식 하부캡



분리원리

탈착원리



간 섭 체 크



클 립



S t e e l P l a s t i c



T u n g s t e n 기 본 형 상



라 운 딩B o x 형



작품의 장•단점 …• 배터리의 잦은 분리 방지

• 전 모델의 배터리 통일화

• 외형의 다양화 (곡선화)

• 클립파손문제 해결

개선 방향 …• 탈착 방식의 완전 자동화

• 고정방식의 변형

• 하부 Cap부분의 고정,파손 방지



CATIASYS

객차 하부프레임 모델링 & 해석



발표 주제• CATIA V5를 이용한 객차 모델링 : 객차의 하부 프레임

• 모델링 : 수치해석

작업 개요

• 모델링(객차 하부 프레임)

• 모델링 해석 : 응력해석

하부 프레임의 모델링

• CATIA V5 R3를 이용 모델링 : MECHANICAL DESIGN 이용

• 각 부품을 ASSEMBLY



모델링 (1) : Cross Beam Cross Beam 단면



모델링 (2) : Side Sill Side Sill 단면



모델링 (3) : Joint Piece 모델링 (4) : Keystone Plate



완성된 객차 하부 프레임Keystone Plate 단면



객차 하부 프레임 해석

• Side Sill 부분을 축소, 해석 수행

• 하중 조건

: 객차의 전 하중 고려

• 경계조건

: 하부 고정

축소 모델 ( 해석 적용 )



하중 조건 & 경계 조건



해석 결과 주 응력 결과



Mesh 결과

변위 결과



발표 주제에 대한 토론

• 해석 분석 후 적용

: 새로운 고찰 요구

• 다른 해석 TOOL을 이용한

신빙성 확보



2. 금 형

( CADAM )



금형이란금형이란

금형 공정금형 공정



2-1. 정의

금형(Die & mould)은 일반적으로 광의와 협의의 의미로 구분하는 여 정의한다. 광의의 금형은 재료의

소성(Plasticity), 전연성(Malleability), 유동성(Fluidity)등의 성질을 이용하여 재료를 가공성형, 제품

을 생산하는 도구로 "틀" 또는 "형"의 통칭이라할 수 있으며 학술적 의미로도 사용되고 있다. 이에 반하

여 협의의 금형은 금속재료를 사용 하여 만들어진 틀을 말한다.

기술적 의미에서 금형이란 동일규격의 제품을 대량으로 생산하기 위하여 만들어진 모체가 되는 틀을

말한다.

2-2. 금형의 용도

운송용 기계, 가정용 전기·전자 제품, 산업 기계, 사무용 기계, 전자 기계, 광학 기계,유리 용기, 완구류,

건축 재료 등을 비롯하여 우리 일상 생활에 필요한 대부분의 제품을 만드는데 이용된다.

금형이란금형이란



2-3. 금형의 장단점

[ 장 점 ]

·최소의 공정으로 제품을 생산할 수 있다.

·생산 제품, 부품의 치수 정도(精度)가 높다.

·제품 규격이 동일하여 호환성이 있고 조립 생산이 쉽다.

·금형을 이용한 제품 생산에는 특수 제조 기술이나 숙련 기술 없이 제품을

생산할 수있다.

·제품의 외관이 깨끗하고 아름답다.

·제품 생산 시간이 단축된다.

·생산의 자동화가 유리하다.

·두께가 얇은 제품 생산이 가능하고 무게도 줄일 수 있다.

·재료가 절약된다.

[ 단 점 ]

·금형의 제작에는 고도로 숙련된 기능이 요구된다.

·정밀한 금형을 제작하기 위해서는 고가의 정밀한 공작 기계가 필요하다.

·특수강을 사용하여 금형을 제작하므로 가공성이 나쁘고 재료비가 비싸다.



금형의 제작 공정금형의 제작 공정

1. 현 금형 업체의 부품 제작 공정

그림 2-1과 같이 자동차 3사 등의 주문 업체들은 설계의 기본 개념을 전

달하고, 2차원의 설계도면과 약 70여% 공정의 3차원 형상 형상에 대한

기본 수치 정보를 제공한다.

그러므로 업체에서는 이들을 종합하여 3차원 도면을 작성하고 주문업체와

상의하여 최종도면을 완성한다.

수정도면에 대하여 CNC 코드를 생성시킨다.

코드의 생성은 CAM TOOL을 이용하여 수행되며, 코드는 CNC 공작기계

에 전송되어 진다.

CNC 공작기계에 의하여 황삭, 중삭, 정삭, 사상(다듬질)이 수행된 금형에

대하여 연속공정에 의한 실제 제작을 고려한 보조 장비들을 제작 부착하

여 납품한다.

납품된 금형 세트는 자동차부품 최종 제작업체에서 연속적으로 양산된다.

양산된 제품들은 최종적으로 주물사에 납품된다. 업체간 상호 품질 확인

및 보정은 당연히 수행된다.



개념설계,설계도면(2D),기본수치(3D TOOL용)

주문 업체

3차원 설계완성, CNC CODE 제작(CAM TOOL 용)CNC 응용 금형제작, 실생산을 고려한 외형제작

금형 업체

실제품 양산, 외형 절삭

<그림 1. 일반 금형 공정>



2.금형 제작 공정( 자동차 액세서리 부품 )

개념 설계

설계 도면(2D, 3D)

NC CODE 산출

모의 가공

DNC (Distributed or Direct Numerical Control)

피삭제 제질 선택

CATIA 4.1.9, AUTO CAD

Z-MASTER, OMEGA CAM

금형 제작(절삭 조건 부여)

V-CNC (모의 가공 )

MCT(M-32)



1) 개념 설계

·작품 선정 : 자동차 악세사리 부품·재료 선정 : PE

☞가공이 쉽다. 표면 거칠기 확인이 쉽다.시제품 CHECK시 사용

2)설계 도면

▶ 자동차 액세서리 부품(CATIA 2D-3D)



▶ CATIA 금형 제작 1 ▶ CATIA 금형 제작 2



결론

1.설계자와 생산자 사이에서 발생하는 FEED BACK을 최소화할 수 있는 계기를 마련

2.CAM의 전반적인 흐름을 이해 할 수 있게 되었다.3.DNC 작업 공정에 있었어 PC와 공작 기계의 호환 관계를

이해할 수 있는 계기가 되었다.4. 제품의 용도와 모재 재질에 따른 절삭 조건을 고려 할 수

기회가 되었다.5.CATIA에서 금형 틀을 제작해 봄으로써 실제품의 형태를

알 수 있었다6.무인화, 고속화 되어가는 고속가공의 현실을 느낄 수

있었다.7.제작 공정을 세워 이를 실행 함으로써 정확성과 시간의

경쟁이 주가 되고있는 현재 사회에서의 중심적인 역할을수행할 수 있을 거라 사료된다.



3. CAD/CAM/CAE 과정 Simulation

( C - CAP )



q 주 제

실제 제품을 제작하기전 시제품 제작에 있어 제품개발기간 단축, 개별프로세스의

최적화, 제품개발비용 절감들 생산을 고려한 최적의 설계를 위한 CAD/CAM/CAE

Simulation을 시도한다. 또 이를 통해 얻어진 지식을 설계에 적용한다. 현장에서

쓰여지는 Tool을 최대한 이용하여 제작에 관련된 CAD/CAM/CAE의 전반적인 과정을

Operation 해볼것이다. 이번 기회를 통해 제작에 관련된 지식을 습득하고 이를

설계에 적용할 수 있도록 한다.

q 개 요

제품형상 모델링CATIA V4

< CAD 과정 >

제품형상 모델링CATIA V4

< CAD 과정 >

시제품 생산

< RP가공 >

시제품 생산

< RP가공 >Injection moldingAnalysis(사출해석)

C-mold

< CAE 과정 >

Injection moldingAnalysis(사출해석)

C-mold

< CAE 과정 >

CAM simulation(사출금형모의가공)

Z-Master< CAM 과정 >

CAM simulation(사출금형모의가공)

Z-Master< CAM 과정 >

중립파일 변환

IGES, STL

중립파일 변환

IGES, STL



q개 요

• CATIA V4 R19 사용

• Hybrid 모델링 기법을 사용

• Parting Line의 선정, Draft Angle 값, Fillet반경 ( CAM가공 )

• 상부곡면의 품질을 최적



최초 저품질의 곡면 완성된 고품질의 곡면



수정될 Generating Curve

1번 Generating Curve 2번 Generating Curve



단계별 곡면 수정 과정



q Spline – Deform 기능을 이용하여 Curve 수정

q 곡면 보정의 경계

특징이 살아있는 경계까지 수정

q CAM가공에 기초를 둔 설계

(Parting line선정, Draft angle값, Fillet 반경 등)

CAD Conclusion



ZES model Master model

• Size : 130 × 150 mm

• Grid interval : 0.8 mm

• Memory size : 9,394,333 bytes

CAM 과정- ZES & Master model

• 142 faces



Scan Rough – BEM 20 φ

Toolpath

Machined workpiece

Gouge Check



Machined workpiece Gouge Check



R10R6

R4

Pencil Cut



Gouge Check

Machined workpiece

Pencil Cut - BEM 8 φ



4. R.C Car DMU 제작 과정의 이해

( C - ALL TECH )



목차

DMU개념 MODELLING

ASSEMBLY KINEMATICS

FITTING ANALYSIS



DMU개념

DMU 설계 및 제작

DMU란 Digital Mock Up의 약자임. 컴퓨터를 이용하여 실물모형을 대신하는 가상 모

형을 만드는 것

* DMU 설계 기본 개념1)디지털 설계 시스템

정의 : 제품 개발 초기 단계에 프로세스 설계 및 제조시스템 설계에 대한 의사 결정

이 동시에 이루어질 수 있도록 하는 컴퓨터 지원 시스템

구성 :제품설계 모듈, 프로세스설계 모듈, 제조시스템 설계 모듈, 중앙 통제 모듈

2)DMU기본 구성 요소

디지털 스타일링 (CAS) 3D디지털 설계 및 제작 (CAD/CAM) 디지털 분석과 공차분석디지털 해석과 시험디지털 생산 공장



* DMU의 장점여러가지 다양한 새로운 제품개발 방법론을 도출

설계 품질의 원류적 접근 및 관리가 가능

생산공정 및 조립의 사전 검증 및 최적화가 가능

실제 제품이 만들어지기 전에 고객 참여로 고객 만족

개발과정에서의 설계 및 설계검증 활동 내용을 투명하게 관리

개발 관련 데이터 인프라를 구축

게스트 엔지니어링의 활성화

글로벌 메뉴팩쳐링



MODELLING개요 : R.C CAR의 250 여개 단품을 각 모델링 후 이를 조립하여 DMU의 과정을 시행함.

250여개의 부품을 이용하여 모델링R . C C a r M o d e l l I n g 완 성 작



ASSEMBLY

약 250여개의 단품을 각 회원이 모델링하여 이를 종합, R.C Car를 완성

제작 문제점 : •도면이 없는 제품을 각 팀별로 모델링을 하여 각기 치수가

달라짐

• Assembly시 문제된 점은 crash 발생

• 절대 좌표 설정 미흡

문제점 보완 : 조립 시에 각기 단품에 대한 crash 보완 및 수정

( => Assembly 사진 첨부... )



앞 쪽 써 스 펜 션

& 쇼 바

뒤쪽 써스펜션

& 쇼 바

기 어 박 스



J o i n t 가 정 의 되 어 있 는 모 습 정 의 된 조 인 트 종 류 와 개 수

( D r e s s u p 된 M e c h a n i s m 은 제 외 )

Kinematics의의 : Kinematics Program은 Mechanism을다른 방법으로 하는 것보다 훨씬 빠른 속도로 개발할수 있도록 도움을 주게 된다.

KINEMATICS



Joint 의 운 동 가 능 방 향

미리 가정된 조건에의해 Simulation 되고있는 모습

두 Part 사이에Clash가 Check되어진 모습



Sweep Volume이 이루어져 나타난

결과물

두 Part 사이의Distance가 Check되어진 모습



FITTINGFitting의 개요

• 충돌검사나 설계 값으로 주어진 최소간격을 가시화 하여 정의된 경로의 타당성을 검증

• 간섭 체크를 통하여 시제품을 실제로 만들기 전에 잘못된 설계 Data를 사전에 검증,

Feed Back 함으로써 DMU의 근본적인 목적과 잘 부합하여 생산 설계 과정상의 시간과

비용을 절감할 수 있다.

Fitting 적용 사례

• R.C Car의 기어박스에 Fitting을 적용

=> 문제점 : 제품 조립라인 설정 미흡

=> 해결 방안 : 제품의 조립라인의 설정을 임의로 가정 ( 시각화의 증진, 설계의 질적 향

상, Project시 비용의 절감, 안전도의 향상을 기준 )



ANALYSIS

적 용 목 적 : 단품 해석과 조립품 해석의 차이점 즉 결합조건을 여러 예제를 통해 유추하

고 그 조건들을 통하여 실제 모형 자동차 부품에 적용하여 해석한다 . 또 응

력집중 문제점들을 여러 방법의 피드백 과정을 통하여 해결해 보고자 한다.

적용 문제점 : • Mesh의 이해력 부족

• 해석 결과의 신뢰도 부족

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