다양한 가공방법과 재료에 대해
선반이나 밀링머신 같은 공작기계를 사용해 금속이나 재료를 가공할 때는 공구(바이트)와 공작물이 서로 맞닿아 일정 시간 동안 움직이며 작업이 이루어집니다. 이런 공작기계의 기본 움직임은 세 가지로 나눌 수 있습니다:
- 주 가공 운동: 공구가 절삭하거나 연삭하는 주요 움직임.
- 이송 운동: 공구나 공작물이 가공 중 위치를 이동하며 진행되는 움직임.
- 위치결정 운동: 공작물과 공구가 작업 시작 전에 정확한 위치를 잡는 움직임.
최근에는 범용 공작기계에서 한 단계 발전해, 자동화된 CNC 공작기계로 빠르게 변화하고 있습니다. 특히, **머시닝센터(MCT)**나 터닝센터 같은 복합 공작기계를 활용해 생산성을 높이고, 한 번에 여러 작업을 수행할 수 있는 방향으로 발전하고 있습니다. 이제 공작기계를 활용한 다양한 재료 가공 방법과 특징에 대해 하나씩 알아보겠습니다.
선삭가공
선삭 가공은 회전하는 원통형 공작물을 바이트라는 절삭 공구로 깎아 원하는 형태로 만드는 가공 방식으로, 회전 절삭 운동(공작물의 회전)과 직선 이송 운동(바이트의 이동)이 결합되어 진행됩니다. 이러한 작업을 수행하는 공작기계를 선반이라고 하며, 이를 통해 다양한 형태의 가공이 가능합니다.
대표적으로 공작물의 측면을 깎는 단면 절삭, 단면을 평평하게 만드는 정면 절삭, 드릴로 뚫은 구멍을 더 넓히거나 깊게 만드는 내면 절삭이 있습니다. 또한, 직선 이송 운동의 방향을 기울이면 끝이 가늘어지는 테이퍼 형상도 가공할 수 있습니다.
복잡한 형상을 반복적으로 가공할 때는 선반에 모방 장치를 설치해, 기준이 되는 형틀을 따라 바이트가 자동으로 이동하며 동일한 형상을 만들어내는 모방 절삭을 활용할 수 있습니다. 작업 과정에서는 공작물을 선반의 척이나 면판에 고정한 후, 회전 운동과 바이트의 이송을 조합해 가공을 진행하게 됩니다. 선삭 가공은 주로 원통형 형태를 다듬거나 내부를 절삭할 때 활용되며, 다양한 공작물의 제작에 필수적인 역할을 합니다.
평삭가공
평삭 가공은 바이트를 이용해 공작물의 평면을 절삭하는 가공 방식으로, 직선 절삭 운동과 직선 이송 운동이 결합된 형태입니다. 이 가공에서는 절삭 공구나 공작물이 직선으로 왕복 운동을 하며 작업이 이루어지므로, 평삭 가공의 운동 방식은 자연스럽게 왕복 운동이 됩니다.
작업 대상의 크기에 따라 사용하는 공작기계가 달라지는데, 비교적 작은 공작물은 형삭기(슬로터)를 사용해 바이트를 직선으로 이송시키며 가공을 진행합니다. 반면, 큰 크기의 공작물은 평삭기(플레이너)를 이용해 공작물 자체를 직선으로 이송시키며 절삭 작업을 수행합니다. 평삭 가공은 공작물의 표면을 평평하게 만들거나 정밀한 평면 가공이 필요할 때 주로 활용됩니다.
드릴링가공
드릴링 가공은 공작물을 고정한 상태에서 드릴, 리머, 탭 등의 공구를 회전시켜 구멍을 뚫거나 넓히고, 나사를 가공하는 작업 방식입니다. 쉽게 말해, 우리가 전동드릴을 사용해 구멍을 뚫는 것을 생각하면 이해하기 쉽습니다.
드릴링 작업을 수행하는 장비로는 드릴링기, 탭핑기 외에도 **머시닝센터(MCT)**가 널리 사용됩니다. 특히, 드릴의 지름보다 4배 이상 깊은 구멍을 뚫어야 할 경우, 스텝 피드 방식을 사용해 드릴을 전진과 후진으로 반복 이동시키면 칩 배출 문제를 방지할 수 있습니다.
이와 함께, 매우 깊은 구멍을 가공해야 할 때는 건드릴이라는 전용 공구와 건드릴 머신을 사용해 효율적으로 작업을 진행할 수 있습니다. 드릴링 가공은 다양한 구멍 가공 작업에 필수적인 기술로, 공작기계 분야에서 폭넓게 활용되고 있습니다.
밀링가공
밀링 가공은 회전하는 밀링 커터와 공작물의 이송 운동을 결합하여 평면, 홈 등 다양한 형상을 가공하는 방식입니다. 이 작업은 밀링 머신을 이용해 수행하며, 최근에는 **머시닝센터(MCT)**와 터닝센터 같은 복합 공작기계가 널리 사용되고 있습니다.
밀링 가공은 크게 평면 밀링과 전면 밀링으로 나뉩니다. 평면 밀링은 평면 밀링 커터를 사용하여 공작물의 평면을 가공하거나 홈과 같은 형상을 절삭하는 데 적합합니다. 전면 밀링은 페이스 밀링 커터를 사용하며, 넓은 평면을 빠르고 효율적으로 가공할 수 있습니다.
가공 중에는 절삭 방향에 따라 상향 절삭과 하향 절삭으로 구분됩니다. 상향 절삭은 밀링 커터의 회전 방향이 공작물의 이송 방향과 반대인 경우로, 이전에는 이 방식이 주로 사용되었습니다. 하향 절삭은 밀링 커터의 회전 방향과 공작물 이송 방향이 같은 경우로, 현대 밀링 머신에는 백래시 제거 장치가 장착되어 있어 기계 수명과 공작물 고정 안정성이 높아지면서 현재는 하향 절삭이 더 일반적입니다.
특히, 페이스 밀링 커터는 여러 절삭날이 동시에 작동하기 때문에, 한 절삭날이 하향 절삭 공정에 들어갈 때 다른 절삭날이 상향 절삭 위치에 있게 되어, 상향 절삭과 하향 절삭 간의 영향을 서로 상쇄시킵니다. 이로 인해 상·하향 절삭에 따른 문제가 거의 발생하지 않는 것이 특징입니다. 밀링 가공은 다양한 형태의 정밀 가공에 적합하며, 효율성과 정밀도를 동시에 갖춘 공정으로 활용됩니다.
연삭가공
연삭 가공은 공작물의 표면을 아주 미세하게 깎아내어 정밀한 형상을 만드는 마무리 가공 방식입니다. 이 공정은 높은 정밀도와 매끄러운 표면 품질이 요구되는 작업에 주로 사용됩니다.
연삭 가공은 숫돌을 고속으로 회전시켜 절삭 작업을 수행하며, 숫돌과 공작물 사이에는 이송 운동이 가해집니다. 이송 운동과 공작물의 형상에 따라 연삭 가공 방식은 다음과 같이 나뉩니다. 원통 연삭: 원통형 공작물의 외부를 연삭하는 방식으로, 원통 연삭기를 사용합니다. 내면 연삭: 원통형 공작물 내부를 연삭하는 방식으로, 내면 연삭기를 사용합니다. 평면 연삭: 평평한 표면을 연삭하는 방식으로, 평면 연삭기를 사용합니다.
각 연삭 방식에 맞게 설계된 전용 연삭기가 사용되며, 이들은 각각의 형상에 최적화된 가공을 수행할 수 있도록 설계되어 있습니다. 연삭 가공은 정밀한 마무리 작업에 필수적인 기술로, 고정밀 제품이나 금형 제작에 널리 활용됩니다.
전기광에너지를 응용한 가공
전기 에너지와 광 에너지를 절삭 공구로 활용하고, 이를 NC 장치로 제어하는 자동 가공법에는 방전 가공과 레이저 가공이 대표적입니다. 방전 가공은 등유나 물 등의 절연액 속에서 전극과 공작물 사이에 몇 미크론에서 수십 미크론의 간격을 두고 방전을 발생시켜 전류가 흐르는 아크 방전을 반복함으로써 금속을 가공하는 방식입니다.
반면, 레이저 가공은 파장과 위상이 동일한 폐구 광속을 이용하여, 높은 집광성능을 통해 고속 가공이 가능하며, 비접촉 방식이므로 원격 조작이나 자동화에 적합합니다. 레이저 가공에는 탄소가스 레이저와 YAG 레이저가 있으며, 스폿 가공이나 미세 가공 등 다양한 응용 범위를 가집니다. 이 외에도 전자빔 가공 같은 전기적 가공법도 있으며, 이는 고에너지 전자빔을 사용해 금속을 정밀하게 가공하는 방법으로, 주로 고정밀 부품 가공에 사용됩니다. 이들 가공법은 높은 정밀도와 자동화가 가능하여 현대 제조업에서 중요한 역할을 하고 있습니다.
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