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CAD/CAM 파워 유저가 되기 위한 필수 활용 지침서

▣ AutoCAD 방식의 단축 명령어 사용
▣ 2020 개정 자격증(컴퓨터응용가공 산업기사, 기계가공 기능장) 실기
▣ 3D 모델링, 2D 드래프팅, 실무 CAM 주요 예제
▣ 후크, 임펠러 등 Knowledge 기반 파워 모델링 예제
▣ 바이스 설계, 구조 해석, 분해조립, 구동 시뮬레이션
▣ 드론 자동차 설계, 구동 시뮬레이션

필자는 우리 기계 공학도와 현장 엔지니어들이 4차 산업혁명 시대, 기계 관련 산업을 주도적으로 이끌어 가기 위한 4CM 통합 기술을 제안한 바 있다. 즉 CAD(설계, 모델링, 해석), CAM(공구경로생성), CNC(공작기계 조작), CAT(측정검사, 품질관리) 및 Maintenance(공작기계 유지보수, 생산관리)의 4CM 기술을 통합적으로 운용하여 스마트공장 등 기계 관련 산업의 효율성을 강화할 필요가 있으며, 그 중에서도 CAD CAM 기술은 가장 중요한 핵심 요소라 판단된다.

3D 모델링, 2D 드래프팅, 구동 시뮬레이션, 구조해석 등 CAD 운용 기술은 빛나는 아이디어에 기반한 창의적 설계를 현실로 구현해 주며, 복합 5축가공 등 CNC 절삭가공과 3D 프린팅 적층가공의 치열한 경쟁을 통해 상호 발전을 거듭하고 있는 CAM 기술은 창의적 설계를 실물로 생산하는 강력한 도구이다.

본 교재는 CAD CAM 기술을 통합 운용할 수 있는 Total Solution으로 CATIA를 활용 하였으며 1장에서는 단축키, 단축명령 등을 활용하여 AutoCAD에 친숙한 사용자도 쉽게 스케치할 수 있는 환경 설정을 다루고, 2장에서는 3D MODELING을 위한 주요 기능별 예제 10개를 학습하며, 3장에서는 2020년 개정 컴퓨터응용가공 산업기사와 기계가공 기능장 등 CAD CAM 관련 국가기술 자격 실기 예상 모델링 10개를 다루었다. 4장은 2D DRAFTING을 다루고, 5장에서는 현장에서 적용하기 위한 실무 CAM 예제와 2020년 개정 자격증 실기 CAM 예제를 다루었다. 또한 실용과 검증의 정신에 입각하여 실무 CAM 예제와 자격증 실기 CAM 예제들을 실제 절삭 가공하여 타당성을 검증하였다. 자격증 실기 CAM 예제는 2.5축 평면 밀링과 3축 곡면 밀링으로 구성되어 있으며 추가적으로 2축부터 복합 5축까지 심화 학습을 원한다면 저자의 졸서 『CATIA CAM 5축 가공 기술 (2축부터 복합 5축까지) (2020 세종도서 학술부문 선정)』을 참조하시길 권장한다.

6장은 Power Modeling, 바이스 설계 해석, 드론 자동차 설계로 구성하였다. 6.1 절의 파워 모델링에서는 Formula, Power Copy 등 Knowledge 기능을 이용한 지식 기반 모델링 기술을 익힘으로써 파워풀한 유저가 되기 위한 모델링 학습을 시작한다. Supporter, Hook, Bending Pipe, Air Hose, Mug Cup, Coke Bottle, Impeller 등 솔리드 모델링과 서피스 모델링의 다양한 고급 기능을 익혀 나간다면 어느 순간 3D 감각이 일취월장하고 상상 속의 아이디어를 현실 설계로 구현할 수 있는 능력이 커져갈 것이다.

6.2절의 바이스 설계 해석에서는 Power Copy 기능을 이용한 암, 수 스크류 모델링과 각 부품의 분해 조립 시뮬레이션, 회전 및 직선 구동 시뮬레이션을 다룬다. 바이스의 토크, 항복 강도 등 경계조건(Boundary Condition)을 설정하고 적당한 나사의 호칭경을 설계하며, 구조 해석을 통하여 응력과 변형량을 구하고 안전율을 평가한다. 바이스의 설계 해석을 통하여 기계 설계의 실무적 접근법과 조립 모델링(Assembly Modeling)의 구조해석 방법을 익히게 됨으로써 기계 설계 시 시행착오를 줄이기 위한 해석적 접근 역량을 키우게 될 것이다.

6.3절의 드론 자동차 설계에서는 제공된 파일의 트리 분석을 통하여 프로펠러, 바디 등 모델링 과정을 이해할 수 있으며 여러 개의 부품이 조립되는 Assembly Design 과정을 이해할 수 있도록 하였다. 프로펠러, 휠 등 회전 연결(Revolute Joint)과 동시에, 정해진 이동 경로를 따라서 주행할 수 있도록 이동 연결(Point Curve Joint)을 수행함으로써 드론 자동차가 비행하는 구동 시뮬레이션을 구현하며, 이러한 과정을 통하여 자유롭고 창의적인 아이디어를 펼칠 수 있는 창의 설계 능력을 강화하는 기회가 될 것으로 기대한다.

이상태(한국폴리텍대학 교수)
컴퓨터응용가공 산업기사와 기계가공 기능장 실기 시험의 CAM 과제는 오랜 기간 실가공을 하지 않고 NC 데이터 출력에 그쳐 왔다. 발전을 거듭하고 있는 첨단 가공 CAM 기술을 국가 기술 자격 검정에 반영하기 위해 2020년 기능장 2회, 산업기사 4회 부터 관련 실기 시험이 실제 절삭가공으로 개정 공지되었다. 이러한 시점에 2020 개정 자격증 실기 모델링과 CAM 예제를 수록함으로써 수험생들과 각급 교육기관의 실습 교과 운영에 큰 도움이 될 것으로 기대한다. 특히 개정 자격증 실기 CAM 예제를 실제 절삭 가공하여 가공시간과 가공품질을 검증함으로써 독자들에게 신뢰를 안겨준다.

김석호(창원대학교 교수)
이 책은 바이스를 예제로 설계, 모델링, 분해 조립, 구동 시뮬레이션, 구조해석의 과정을 통합적으로 기술함으로써 기계 설계, 해석 능력을 키울 수 있으며 Formula, Power Copy 등 지식 기반 모델링 기법을 습득하여 설계 자동화에도 활용할 수 있도록 구성되었다. 성장하고 있는 학생들은 드론 자동차의 모델링, 구동 시뮬레이션 등을 학습하면서 자유롭고 창의적인 상상력 증진과 참신한 제품 설계 아이디어를 키워나갈 수 있을 것이다.

김남진(제주대학교 교수)
저자는 제 15회 전국대학생 CATIA 경진대회에서 전문대학 1, 2학년 학생들을 지도하여 대상, 은상, 동상을 수상하였다. 100여명이 넘는 전국의 4년제 학부생, 대학원생들과 겨루어 입상함으로써, 할 수 있다는 자신감를 안겨주고 당당한 공학도의 길을 제시 하였다. 그 때와 같이, 처음 CATIA를 접하는 공학도들에게 다양한 예제 수행을 통하여 엔지니어로서의 자부심과 능력이 피어나길 응원하는 마음이 전해진다.

강재관(경남대학교 교수, 부총장)
CAD/CAM 기술은 4차 산업 혁명 시대에 IT 기술과 융합하여 효율적인 스마트제조를 달성하기 위한 핵심 요소이다. 황종대 교수는 우리나라 CAD/CAM 분야에서 이론과 실무를 겸비한 흔치 않은 전문가이다. 황종대 교수가 CAD/CAM 기술의 실전적인 활용을 위해 펴낸 이 책을 통해 CAD/CAM 기술의 초보적인 단계부터 파워 유저가 되기 위한 응용 예제까지 학습해 간다면 어느새 CAD/CAM 전문가로 성장해 있는 자신을 발견할 것으로 믿는다.

허윤녕(한화디펜스 차장)
황종대 박사님과 함께 CAD/CAM 동아리(CATIS)에서 동고동락하며 CATIA 경진대회에 출전한 경험이 엊그제 일과 같다. 많은 회원들이 각종 대회에서 상위권 입상을 통해 기술력을 키웠고 지금은 대부분 중견 엔지니어로 성장했지만, CATIA V5 초창기에 박사님과 함께 수많은 시행착오와 테스트를 통해 더 나은 솔루션을 찾고자 했던 노력이 지금의 성장 발전에 밑거름이 되었다. 올해 동남권 CAM 경진대회에서 박사님의 지도로 금상(1위), 은상을 수상한 학생들도 축하하며 독자 여러분께서 이 책에 담긴 많은 노하우를 통해 기술적으로 진일보하시길 기대한다.

정경효(현대위아 책임연구원)
이 책은 3D 모델링, 2D 드래프팅, CAM 등 CAD/CAM 기본 기술 스터디에 그치지 않고 Formula, Knowledge Templates 등 지식기반의 파워풀한 모델링과, 분해 조립, 구동 시뮬레이션, 구조해석 등 Power Application 예제를 다루고, 그간 수집한 노하우를 한꺼번에 공유함으로써 실무 엔지니어의 CAD/CAM 역량 강화와 우리나라 CAD/CAM 기술 발전에 기여할 것으로 기대된다.

한승식(성산하이스피드 대표, 대한민국 명장)
성산하이스피드가 치공구 제작 위주의 MCT 가공에서 벗어나 다양한 시제품, 초정밀 가공품 등의 고속, 고정도 가공으로 기술력을 키워온 과정에서 황종대 박사의 CAD/CAM 기술은 강력한 지원군이 되었다. 현장 기술자들이 CAD/CAM 실무 역량을 키우고 파워 유저가 되기 위한 필수 활용 지침서로 이 책을 적극 추천한다.

1. CATIA 환경 설정
　1.1 기본 작업 환경 설정
　1.2 단축키와 단축명령 설정

2. 3D MODELING
　2.1 EX01 (Pad, Pocket, Draft Angle, Sweep, Split)
　2.2 EX02 (Draft Angle by Parting Element)
　2.3 EX03 (Shaft, Offset)
　2.4 EX04 (Rib, Multi-Section Solid)
　2.5 EX05 (Multi-Section Surface)
　2.6 EX06 (Boolean Operation using Assemble)
　2.7 EX07 (Groove, Removed Multi-Section Solid)
　2.8 EX08 (Slot)
　2.9 EX09 (Shaft, Pocket, Assemble)
　2.10 EX10 (Total Function)

3. 2020 개정 자격증 실기 모델링(컴퓨터응용가공 산업기사, 기계가공 기능장)
　3.1 EX11 (Multi-Section Solid)
　3.2 EX12 (Pocket, Draft Angle, Groove)
　3.3 EX13 (Slot, Shaft)
　3.4 EX14 (Pad, Sweep, Split)
　3.5 EX15 (Pad, Sweep, Split)
　3.6 EX16 (Slot, Rib)
　3.7 EX17 (Slot, Multi-Section Surface)

4. 2D DRAFTING
　4.1 Drafting01 (EX03)
　4.2 Drafting02 (EX08)

5. CAM
　5.1 실무 CAM (EX10)
　5.2 2020 개정 자격증 실기 CAM (EX11)
　5.3 2020 기존 자격증 실기 CAM (EX05)

6. POWER APPLICATION
　6.1 Power Modeling
　　6.1.1 EX18 (Supporter - Power Copy, Formula)
　　6.1.2 EX19 (Hook - Power Copy)
　　6.1.3 EX20 (Bending Pipe - Rib, Projection, Corner)
　　6.1.4 EX21 (Air Hose - Rib, Projection)
　　6.1.5 EX22 (Mug Cup, - Rib, Shell)
　　6.1.6 EX23 (Coke Bottle - Multi-Section Solid, Pattern)
　　6.1.7 EX24 (Impeller - Multi-Section Surface, Pattern)
　6.2 바이스 설계 해석
　　6.2.1 EX25 (Vise01 - Power Copy, Assembly)
　　6.2.2 EX26 (Vise02 - Power Copy, Assembly)
　　6.2.3 분해 조립 시뮬레이션 (EX25)
　　6.2.4 구동 시뮬레이션 (EX25)
　　6.2.5 설계 및 구조 해석 (EX25)
　6.3 드론 자동차 설계
　　6.3.1 EX27 (Drone Car, Assembly)
　　6.3.2 구동 시뮬레이션 (EX27)

7. 도면 모음
　예제 도면 01~27