카티아(CATIA) 기초 10 - 볼트, 나사 가공을 위한 나선(헬릭스, Helix) 기능

  오늘은 2D에서 약간 벗어나 3차원 형상을 조금씩 접해 볼 수 있는 기회를 가져보도록 하겠습니다. 카티아로 여러가지 기계 부품들을 그릴 수 있는데, 정형화된 기계 요소들은 생략해서 간단히 그립니다. 특히 볼트, 나사와 같은 부품은 그 규격이 정해져 있기 때문에 특별히 그 나사산을 모두 그릴 필요는 없습니다. 다만 카티아로 나사를 그릴 때 사용되는 나선, 헬릭스 기능을 알아보기 위해 오늘 포스팅을 시작해 보겠습니다. 

  먼저 기계 부품 규격에 따르면 다음 표와 같이 숫나사와 암사나의 규격이 정해져 있습니다. 미터 보통 나사라고 하는데 여러가지 길이에 대한 스펙을 보여주고 있습니다.

  아래 표에 있는 나사 중에 M3 X 0.5 나사를 한번 그려보도록 하겠습니다.

  나사는 기본이 원기둥에서 시작됩니다. 원기둥은 지난 포스팅에서 많이 그려보았습니다. 먼저 Part Design 을 시작합니다.

  원을 그릴 평면을 정해서 스케치로 들어가 직경 3mm 의 원을 로컬 좌표계 중심에 그립니다. 프로파일에서 원을 그리는 것은 이제 익숙하시죠?

  지름 3mm 의 원을 스케치에서 그리고 빠져나와 pad 기능을 이용해 10mm 로 길이를 주겠습니다.

  일단은 아래처럼 원기둥 축이 완성되었습니다.

  이번 포스팅에서 가장 중요한 내용이 될 것 같습니다. 지금까지는 기계디자인에서 part design 만을 사용했는데 나사선은 2차원으로 그릴 수 없기 때문에 아래와 같이 '형상' -> 'Generative Shape Design' 을 클릭해서 들어갑니다. 

  곡면, 곡선 등등 완전한 3차원 형상을 그리기 위한 아이콘들이 아래 그림처럼 즐비하게 늘어져 있습니다. 이렇게 카티아는 시작에서 어느 메뉴로 시작하느냐에 따라 사용할 수 있는 아이콘들의 종류가 매우 다양하게 바뀝니다. 나선을 그릴 수 있는 기능이 이 Generative Shape Design 아이콘 중에 있습니다.

  메뉴들을 좀 꺼내서 살펴보아야 할 듯 하네요. 쭉 꺼내서 보면 'Wireframe' 메뉴 중 맨 끝에 있는 아이콘의 확장 메뉴를 보시겠습니다. 그림을 보시면 쉽게 이해 되시겠죠? 나선을 찾았습니다. 

  우선 시험 삼아 나선을 클릭하고 나선(Helix) 커브 정의 대화창을 살펴보겠습니다.

  나선을 그릴 때 필요한 요소들을 입력해야 합니다. 제일 먼저 있는 것이 시작 점이네요. 지금까지 원기둥을 그렸는데 '점'을 따로 그린적은 없습니다. 잠깐 이 대화창을 취소하고 빠져나와서 점을 먼저 그려야 겠습니다.

  대략 상상해서 생각해 보시면 나선의 시작점이라는 것이 어디 있어야 할지 아실 수 있을 겁니다. 먼저 'Wireframe' ->'점' 을 클릭해 보겠습니다.

  점 정의 창이 열리고 점 유형을 한번 살펴보겠습니다. 점을 정의할 수 있는 방법에 대해서 드롭다운 메뉴가 뜨는데 제일 간단한 좌표를 정해주는 정의 방법을 사용해 보겠습니다.

  나선의 시작점을 그려야 하니 원기둥 맨 하단 원의 원주 위에 있으면 될 듯 합니다. 로컬좌표계의 중심부와 원의 중심이 일치하고 원의 반지름은 1.5mm 이므로 좌표계에서 y축 방향으로 1.5mm 떨어진 곳에 점을 찍으면 되겠습니다.

  시작점을 그렸으니 다시 '나선' 아이콘을 클릭하고 나머지 다른 요소들을 정의해 보겠습니다. 시작점은 지금 그린 점을 선택합니다.

  다음은 두번째 있는 축입니다. 축은 나선이 생성될 축이겠죠? 원기둥이 로컬 좌표계 중심에 있으므로 축을 따로 그릴 필요 없이 z축을 선택하면 되겠습니다. 축의 선택사항이 없음에 마우스를 대고 우클릭하면 다시 메뉴가 뜨는데 그중에서 z축을 선택합니다.

  그러면 아래와 같이 나선이 생성됩니다. 피치는 1mm 이고 높이는 10mm 로 정했습니다. 여기까지 정하면 나선의 기본 정의는 끝났군요.

 아참...피치 0.5 mm 나사를 그리기로 했죠. 수정하니 좀더 나선이 촘촘해 졌습니다.

  지금까지 나선을 그렸습니다. 그런데 이 나선으로는 어떤 형상을 그릴 수는 없습니다. 즉, 어떤 형상이 나선을 타고 돌면서 원기둥을 파내면 되는 것이죠. 맨 위에서 보았던 숫나사/암나사 규격 생각나시죠? 옆에서 본 단면을 그려야 합니다. 단면을 그려야 하기 때문에 이번에는 zy 평면을 선택하겠습니다. 아래 그림처럼요. 그리고 스케치 들어갑니다. 

  아...!!! 그리고 중요한 것!!! 지금까지 나선은 generative shape design 에서 그린 것이었는데 다시 2차원 스케치를 그리기 위해서 시작메뉴에서 part design 을 다시 클릭해야 합니다. 아래처럼 아이콘 메뉴바들이 싹 바뀌었네요.

  옆에서 본 모습으로 스케치가 들어가 졌습니다. 이제 나사의 골을 파낼 사다리꼴 형상을 그리겠습니다. 프로파일에서 첫번째 아이콘으로 한번에 사각형을 그립니다. 

 사다리꼴 중에 윗선과 아랫선은 y 축에 대해서 대칭입니다. y축에 대해서 미러를 할 수도 있지만 이미 사각형을 다 그렸으므로 새로운 방법을 적용해 보겠습니다. 클릭 순서가 중요합니다. 아래와 같이 ctrl 을 누른 상태로 1,2,3번 선을 순차적으로 선택합니다. 그리고 4번 대화상자에 정의된 제약조건을 클릭합니다.

  그리고 여기서 대칭을 선택하면 1번 선과 2번 선이 3번 선을 기준으로 대칭 조건이 표시됩니다.

  각도 제약 조건 줍니다. 1번 선과 2번 선 사이의 각도를 정의합니다. 나사 규격 도면에 보면 30도로 되어 있습니다.

  아래와 같이 30도로 그립니다. 그리고 사각형의 맨 왼쪽 선은 나사선이 파질 골 지름에 해당합니다. 역시 도면에서 치수를 가져옵니다. 2.459/2 이네요.

  나머지 도면에서 제시한 규격대로 사다리꼴을 그려야 합니다. 기준선 하나를 그립니다.

  또 다른 기준선입니다.

  수평이 될 기준선입니다.

  이 기준선과 만나는 점과 사다리꼴의 윗선이 만나게끔 하면 나사산 형태가 완성됩니다. 기준선들의 교점이 안생겨서 임시로 점을 하나 기준선이 만나는 위치에 찍겠습니다.

  

  마지막입니다. 사다리꼴의 윗선과 방금 그린 점이 만나게끔 제약조건을 줍니다.

  사다리꼴이 완성되었습니다. 이 사다리꼴은 나사 규격 도면에 맞도록 그려야 하는데 이 방법은 여러가지가 있을 수 있겠네요. 도면보시고 원하는 방법대로 한번 각자 그려보는 연습을 해보셔도 될 듯 합니다.

  스케치 빠져 나오겠습니다. 이 사다리꼴이 나선을 따라 돌면서 원기둥을 파내면 나사선이 생깁니다. 아래 Sketch-Based Features 에서 Slot 메뉴가 이러한 기능을 합니다. Slot 은 어떤 형상을 기준선을 따라 쭉 파내도록 하는 방법입니다.

  slot 을 클릭해서 열린 대화창에 보시면 프로파일과 센터 커브를 정의해 주면 됩니다. 프로파일은 사다리꼴을 선택하고 센터 커브는 나선을 선택합니다. 그리고 중요한 것 하나는 Pulling Direction 을 z축으로 정해 주어야 합니다. 아래 그림 참조하세요.

  OK 를 누르면 이제 완성되었네요. 아래 그림 처럼 나사가 생성되었습니다.

  맨 아래쪽 하단 부분에는 챔퍼를 주어서 암나사에 부드럽게 들어갈 수 있도록 해보겠습니다. 아래 그림처럼 맨 하단의 원을 클릭하고 chamfer 를 클릭합니다.

Length1/Lenght2 방법을 택해서 길이를 0.2 mm로 지정해 주겠습니다.

  나사 끝단에 챔퍼가 완성되었습니다. 이제 나사 형태가 갖추어 졌네요.

  나사 중에서 나사 머리 부분은 생략하였습니다. 나사 머리 부분은 다음에 다른 기능에 대한 설명을 할 때 해 이어서 포스팅 해보겠습니다.

  여기까지 해서 나선(Helix) 기능을 이용하여 볼트를 그려보았습니다. 지금까지 그려 보았던 2차원 형상으로만은 그릴 수 없는 것인데 실은 나선 기능은 많이 사용하지 않는 것 같습니다. 어떤 기계를 설계한다고 할때 규격화된 나사를 일일이 직접 그릴 필요는 거의 없기 때문이죠. 볼트, 나사를 그릴 때 이외에는 스프링 같은 형상을 그리는 정도에 나선을 사용할 것 같습니다. 

  오늘은 나사, 볼트 그리기에 대해서 살펴보았습니다. 

  참고로 나사 머리 부분은 다음 포스팅을 참조해주세요.

  그럼 개발자 여러분들 화이팅하세요!