필자는 우리 기계 공학도와 현장 기술자들이 4차 산업혁명 시대에 기계 산업을 주도적으로 이끌어가기 위한 4CM 통합 기술을 제안한 바 있다. 즉 CAD(설계 해석), CAM(코드 생성), CNC(기계 구동), CAT(측정검사, 품질관리) 및 Maintenance(유지보수, 생산관리)의 4CM 기술을 통합적으로 운용하여 기계 산업의 효율성을 강화할 필요가 있다는 것이다. 여기에 더하여 자동화(Automation) 및 인공지능(AI) 기술을 융합한 4CM2A(CAD, CAM, CNC, CAT, Maintenance, Automation, AI) 스마트 융합 제조 기술로 발전함으로써 K-제조 강국을 주도해야 할 것이다.

 

공학(머리)과 기술(손)은 창의적 설계에 기반한 숙련 기술의 접목이라는 점에서 스마트 융합 제조를 구현하기 위한 핵심 가치이다. 공학적 이론은 기술적 실무 역량을 강화하고 기술적 실무 역량은 다시 공학적 이론을 공고히 한다. 어느 하나도 치우침이 없이 이론과 실무를 병행하여 통찰력과 실무 능력을 키워야 할 것이다.

 

지난 《공학과 기술》 시리즈인 《5축가공 기술》, 《CAD/CAM 기술》, 《기계설계 기술》에 이어 이번 《CAD/CAM 개론》은 CAD/CAM 엔지니어가 실무 기술을 이해하고 역량을 강화하기 위한 이론적 도구이다.

1편에서는 CAD/CAM 기술을 구현하기 위한 공학 기초 수학을 다룬다. CAD/CAM 분야에서 주로 사용되는 기초 수식, 피타고라스 정리, 삼각함수와 함께 물리량과 단위 체계를 다루었다.

2편에서는 CAD/CAM 시스템, 좌표계와 벡터, 행렬과 좌표 변환, CAD(컴퓨터 응용 설계), CAM(컴퓨터 응용 가공) 등 CAD/CAM 핵심 이론을 다룬다. 각 세부 이론마다 CAD/CAM 실무에서 어떻게 적용되는지 이해하도록 하였으며, 실용적인 예제와 최근 10년간 기출 문제를 중심으로 응용학습을 수행함으로써 이해도를 높여 나가고 관련 국가기술시험도 대비할 수 있도록 하였다.

 

3편에서는 1편과 2편의 주요 이론에 대한 검증 과정을 소개한다. 수학적인 검증은 가시적이지 않다는 점에서 직관적으로 이해할 수 있는 3D CAD 검증을 제시하였다. 이러한 검증 과정을 통하여 CAD/CAM 이론이 상상 속의 미지수가 아니라 충분히 검증 가능하고 흥미로우며 실무 능력을 파워업하기 위한 유용한 도구임을 체득해 나간다.

 

공학 기초 수업의 경우 [I. 공학 기초 수학]편에 이어 [Ⅱ. CAD/CAM 개론]편의 [2. 좌표계와 벡터] [3. 행렬과 좌표 변환]까지 추가로 진행하는 것도 권한다.

 

독자 제현께서 이론적 통찰력을 가지고 CAD/CAM 기술 역량을 키워 가시는 데 본서가 작으나마 이바지하기를 바라며, 늘 《공학과 기술》 시리즈에 관심을 가지고 응원해 주신 여러분께 감사의 말씀을 전한다. 도서출판 광문각의 박정태 대표님과 관계자분들께도 감사의 인사를 전하며 기계 기술을 펼침에 있어 늘 즐거움과 보람이 함께 하시길 기원합니다.

[목 차]
  

I. 공학 기초 수학

　1. 기초 수식 연산

　　1.1 사칙연산

　　1.2 분수식

　　1.3 비례식

　2. 피타고라스 정리

　　2.1 피타고라스 정리

　　2.2 데카르트 직교 좌표계

　3. 삼각함수

　　3.1 삼각함수의 정의 및 특수각

　　3.2 사인 법칙과 코사인 법칙

　　3.3 일반각과 호도법

　4. 물리량과 단위

　　4.1 물리량과 단위 체계

　　4.2 속도와 가속도

　　4.3 질량과 힘

　　4.4 응력과 변형률

　　4.5 밀도와 비중량

　　4.6 일과 열

　　4.7 일률과 동력

 

II. CAD/CAM 개론

　1. CAD/CAM 시스템

　　1.1 CAD/CAM 시스템의 정의

　　　1.1.1 CAD/CAM 시스템의 용어 정의

　　　1.1.2 CAD/CAM 시스템의 구성 요소

　　　1.1.3 생산 기술 시스템

　　1.2 CAD/CAM 시스템의 H/W

　　　1.2.1 CAD/CAM H/W

　　　1.2.2 하드웨어 인터페이스

　　1.3 CAD/CAM 시스템의 S/W

　　　1.3.1 CAD/CAM S/W

　　　1.3.2 컴퓨터 그래픽 디스플레이

　2. 좌표계와 벡터

　　2.1 좌표계

　　　2.1.1 3차원 좌표계

　　　2.1.2 동차 좌표계

　　　2.1.3 정규 좌표계

　　2.2 벡터

　　　2.2.1 벡터의 정의

　　　2.2.2 벡터의 합과 차

　　　2.2.3 벡터의 내적

　　　2.2.4 벡터의 외적

　3.행렬과 좌표 변환

　　3.1 행렬

　　　3.1.1 행렬의 정의

　　　3.1.2 행렬의 연산

　　　3.1.3 행렬식과 역행렬

　　　3.1.4 벡터와 다항식의 행렬 표현

　　3.2 좌표 변환

　　　3.2.1 이동 변환

　　　3.2.2 축척 변환

　　　3.2.3 대칭 변환

　　　3.2.4 회전 변환

　　　3.2.5 전단 변환

　4. CAD(컴퓨터 응용 설계)

　　4.1 와이어프레임

　　　4.1.1 직선의 방정식

　　　4.1.2 원추 단면 곡선의 방정식

　　　4.1.3 자유 곡선의 방정식 189

　　4.2 곡면

　　　4.2.1 기본 곡면

　　　4.2.2 자유 곡면

　　　4.2.3 조작 곡면

　　　4.2.4 용도에 따른 곡면의 분류

　　4.3 솔리드

　　　4.3.1 솔리드 기본 도형

　　　4.3.2 CSG 방식과 B-REP 방식

　　　4.3.3 파라메트릭, 특징 형상, 조립체 모델링

　　　4.3.4 솔리드의 분해 모델

　5. CAM(컴퓨터 응용 가공)

　　5.1 CAM 프로세스와 가공 경로 계획

　　　5.1.1 CAM 프로세스

　　　5.1.2 가공 경로 계획

　　5.2 수동 NC 프로그래밍

　　　5.2.1 CNC 터닝

　　　5.2.2 CNC 밀링

　　5.3 자동 CAM 프로그래밍

　　　5.3.1 곡면의 법선 벡터

　　　5.3.2 공구 위치 데이터

　　　5.3.3 이송 방향 오차와 커습 높이

　　　5.3.4 포스트 프로세싱

　　　5.3.5 공구 간섭과 충돌 검토

　　5.4 다축 가공

　　　5.4.1 1축 가공기

　　　5.4.2 2축 가공기

　　　5.4.3 3축 가공기

　　　5.4.4 4축 가공기

　　　5.4.5 5축 가공기

 

III. CAD/CAM 검증

　1. CATIA 환경 설정

　　1.1 기본 작업 환경 설정

　　1.2 단축키와 단축 명령 설정

　2. CATIA를 활용한 CAD/CAM 검증

　　2.1 피타고라스 정리 검증

　　2.2 삼각함수 검증

　　2.3 벡터 검증

　　2.4 좌표 변환 검증

　　2.5 CAD 검증

　　2.6 CAM 검증

최용석 (3D SYSTEM 대표)

우리나라는 세계적인 수준의 반도체, 가전, 조선해양, 자동차, 항공우주 제조강국으로 발전하고 있다. K제조강국의 성과를 내온 핵심 요소기술은 컴퓨터응용설계 기술인 CAD 기술이다. 3D CAD 시스템 납품 및 컨설팅 사업을 해오면서, 현장의 CAD 엔지니어들이 CAD TOOL의 세부적인 기능에만 몰두한 나머지 설계나 모델링의 통합적인 접근 방식과 전체적인 맥락을 보지 못하는 경우를 자주 접하였다. 이 책은 나무가 아닌 숲 전체를 거시적으로 바라보면서 CAD 업무를 수행할 수 있도록, CAD/CAM 관련 이론을 상세하게 서술한 책으로 CAD/CAM 기술 POWER UP을 위한 필수 활용 지침서로 적극 추천한다.

 

심기덕 (SUPER GENICS 대표)

초고속자기부상열차 등의 초전도 마그넷 부품과 장치를 개발하고 있는 슈퍼제닉스는 부품과 장치의 설계 및 해석을 위하여 CAD/CAE 시스템을 활용하고 있으며, 부품 제조 및 생산에는 CAM 기술을 활용하고 있다. 초전도 기술은 반도체, 수소자동차에 이어 우리나라의 미래 먹거리를 책임질 핵심 기술이다. 첨단 초전도 기술을 세계 1위로 만들기 위해 CAD/CAM/CAE 기술과의 공유와 협업은 필수적인 과제이다. 이 책을 통하여 이론적 통찰력을 가진 실무형 CAD/CAM 전문가가 많이 배출되고, 초전도 기술을 비롯한 세계 1위 기술을 더 많이 만들어낼 수 있도록 힘써주시길 응원한다.

 

진승오 (UNIPACTO 대표)

의료, 산업 분야의 지능형 영상진단 장치와 비파괴 검사 장치를 개발하고 있는 UNIPACTO는 초정밀 영상진단 기기 개발을 위해 다양한 CAD/CAM 기술을 활용하고 있다. 초정밀 영상진단기기는 인공지능 영상처리 기술과 정밀기계 제어 기술을 융합함으로써 고성능, 고품질의 제품을 설계하고 개발할 수 있기 때문에 CAD/CAM 기술에 대한 이해와 적용이 필수적이다. 이 책은 CAD/CAM 이론과 현장실무를 익힐 수 있는 체계적인 내용과 지식을 폭넓게 담고 있다. 앞으로, 융합기술 분야의 첨단 기기를 설계하고 개발하기 위해서는 CAD/CAM 이론과 실무는 더욱 필수적인 요소가 될 것이며, 이와 같은 관점에서 CAD/CAM 전문가로 성장하고자 하는 학생들에게 이 책은 충분한 레퍼런스가 될 것이다.

 

박종규 (국립창원대학교, 교수)

기계설계 수업을 진행하면서 공학적 설계 이론과 그 이론을 펼칠 수 있는 CAD 기술의 공통 활용 필요성을 매번 느낀다. 기계설계 이론은 명확한 논리 체계를 세우고 해답을 도출해야 하며 도출한 해답은 3D CAD 모델 솔루션으로 구현되어야 한다. 이론을 담는 그릇으로써 CAD S/W를 잘 활용해야 하듯이 CAD S/W를 활용함에 있어 그릇에 채워질 내용물인 이론을 잘 고르고 닦아야 공학, 기술적 성과로 이어진다. 이 책은 기계설계와 마찬가지로 CAD/CAM 이론을 잘 고르고 닦아서 CAD/CAM 실무 분야의 성과를 낼 수 있도록 안내하는 해설서로 부족함이 없다.

 

김석호 (국립창원대학교, 교수)

기계공학에서 다루는 다양한 융합 교과를 효과적으로 수행하기 위하여 기본적인 CAD TOOL의 활용은 필수적이다. 열전달, 유체흐름, 진동모드, 로봇, 자동화 시스템을 해석하고 시뮬레이션하며, 구현하고 검증하기 위한 기본 도구이기 때문이다. 이 책은 CAD/CAM TOOL을 잘 활용하기 위한 기본 이론서이면서 동시에 CAD/CAM TOOL을 이용하여 이론을 검증하고 설명한 최초의 CAD/CAM 이론서이다. 수학적인 검증은 수학 속에서만 이해되지만 CAD/CAM TOOL을 이용한 검증은 가시적이고 직관적이며 흥미를 유발하여 학생들이 쉽게 접근할 수 있도록 도와준다. 국가기술자격 시험을 준비하는 학생들도 실용적인 예제와 과년도 문제를 통해 CAD/CAM 이론을 통합적으로 이해할 수 있을 것이다.