기계공작법

1. 기계공작법의 범위 

 기계공작법(manufacturing process)은 자연계에 존재하는 원료를 기초로 하여, 가공된 각종 재료들을 이용하여, 사람들의 일상생활에 편리하고 유용한 형태나 상태로 변화시키는 공작기계, 기구, 장치, 부품이나 제품 등을 연구하는 분야에서, 

주로 기계적 방법으로 제작하는 일련의 과정을 통칭한다.

 기계공업은 모든 산업 분야에서 중추적인 역할을 하고 있으며, 기계공업의 발전은 인간의 생활을 편리하고 윤택하게 하고 

있다. 기계공업은 부존자원이 부족한 우리나라에서는 매우 중요한 역할을 담당하고 있다.

 그러나 공작기계는 종류가 다양하고 새로운 기계가 계속 출현하여 모든 기계를 이해하고 사용한다는 것은 불가능

하겠지만, 공작기계에 이용되는 원리 및 사용방법, 안전, 절삭공구 등에는 공통적인 부분이 많다.

 절삭가공(cutting)은 절삭공구(cutting tool)와 가공물의 상대적 운동을 이용하여 칩(chip)을 발생시켜, 불필요한 부분을 

제거하여, 필요한 제품의 형상으로 가공하는 방법이며, 절삭가공에 사용되는 기계를 공작기계라 한다.

비절삭(chipless)가공이란, 칩을 발생시키지 않고 필요한 제품형상으로 가공하는 방법으로, 주조, 소성가공 등이 비절삭

분야에 속하며, 비절삭을 목적으로 사용되는 기계를 금속가공기계라 한다. 

공작기계의 좁은 의미는 주고 금속재료의 가공물을 절삭 또는 연삭(grinding), 특수 가공 등의 방법에 의하여 불필요한 

부분을 제거하여 필요한 형상으로 가공하는 기계류를 의미한다.

 또한 넓은 의미의 공작기계는 금속재료 이외에 플라스틱(plastic), 세라믹(ceramic), 석재(石材) 및 목재(木材)등을 절삭 

또는 연삭, 특수가공 등의 방법에 의하여 가공물을 가공하는 공작기계를 포함한다.

 하나의 기계나 제품이 완성되기 위해서는 수많은 작업공정을 거쳐야 한다.

 기계, 기구 제품의 기능을 고려한 설계, 적합한 재료 선정, 제품의 형상과 치수에 따라 가공방법이 선정되어야 한다.

기계공작법에서는 설계자가 설계한 도면에 의한 가공방법과 가공에 대하여 연구하는 학문이다.

 

2. 공작기계의 구비조건 및 특성을 알아보자

 일상생활에서 편리하고 유용하게 이용되는 기계, 기구, 제품 등을 적은 비용으로 정밀하고, 능률적인 생산을 하여야 한다.

이런한 공작기계를 구성하는 공작기계의 구비조건은 여러 가지가 있겠지만, 그중 중요한 조건은 다음과 같다.

 1. 높은 정밀도를 가질 것

 2. 가공능력이 클 것

 3. 내구력이 크며 사용이 간편할 것

 4. 고장이 적고, 기계효율이 좋을 것

 5. 가격이 싸고 운전비용이 저렴할 것 등의 구비조건을 만족시켜야 한다.

 

공작기계의 특성

 가. 가공된 제품의 정밀도(accuracy) 가 높아야 한다.

 가공된 제품의 정밀도는 치수, 형상, 표면 거칠기, 기하학적 형상의 정밀도가 높아야 한다는 의미이다.

제품의 정밀도에 영향을 주는 요소는 공작기계 정밀도, 가공재료, 절삭조건, 냉각제, 작업자의 숙련도 등의

다양한 형태의 영향이 있겠으나 이중에서 공작기계 자체에 관한 사항에 대하여 설명한다.

 공작기계 자체 정밀도는 주축(spindle)의 회전 정밀도, 안내면의 직선정밀도, 온도변화에 따른 변형, 강성, back lash,

공작기계의 진동 등을 들 수 있으며 이러한 요소들을 충분히 검토하여, 정밀도가 높은 제품을 가공할 수 있는 공작기계의

특성을 갖추어야 한다.

 공작기계의 정밀도는 모성원리의 영향을 받게 된다. 모성원리란 "공작기계의 정밀도가 가공되는 제품의 정밀도에 영향을 미치는 것" 을 말한다.

 제품의 정밀도는 공작기계의 정밀도보다 낮기 때문에, 제품의 정밀도를 높이기 위해서는 공작기계의 정도 보정이 필요하다. 

 

 나. 가공능률이 좋아야 한다.

 기계공업이 발달하고 수요자의 요구가 다양화되고, 제품수명 순환기간(life cycle)이 짧아져서, 공작기계의 높은 생산성이

요구되고 있다.

 공작기계의 생산능률 기중이 되는 절삭효율(cutting efficiency)은 단위동력의 단위시간당 절삭된 칩의 양으로 표시하며,

기계효율(machine efficiency)도 중요한 요소이다.

일반적으로 공작기계에서 제품을 가공할 때, 공구가 가공물을 실제 절삭하는 유효 절삭시간, 가공물 설치, 공구의 고정 및

조정, 측정, 피드조정 등에 소요되는 준비시간, 기계의 고장, 수리 등에 소요되는 유휴시간 등으로 구분 할 수 있다.

 

 다. 융통성이 있어야 한다.

 일반적으로 융통이 크면 이용범위는 넓어지나 생산능률은 떨어지므로 목적에 따라서 융통성의 범위를 정한다.

 공작기계는 제품종류와 형상, 크기, 정밀도 등에 따라 규격을 정하게 된다.

 결정된 공작기계에서 다양화되고 변화되는 제품을 가공할 수 있는 정도를 융통성이라 한다.

 일반적으로 융통성이 크면 이용 범위는 넓어지나, 정밀도와 생산능률이 저하 되므로 사용목적에 따라 융통성을 결정한다.

 

 라. 안정성(safety)이 있어야 한다.

 안전성에는 공작기계를 운전하는 작업자의 안전과 공작기계 자체의 안전으로 분류할 수 있다.

 공작기계를 운전할 때, 절삭속도(cutting speed)를 조절하기 위한 회전수 선정, 이송속도 조정이나 위치조정, 가공물의 탈 부착을 위한 핸들이나 레버 등을 사용, 칩의 비산, 전동장치 등으로부터 작업자를 보호할 수 있는 안전성이 있어야 한다.

 부품이나 제품을 가공할 때 발생되는 진동, 충격, 온도변화, 칩으로부터 공작기계를 보호할 수 있는 공작기계 자체의 

안전성이 있어야 한다.

 

 마. 강성(rigidity)이 있어야 한다.

 공작기계는 자체의 하중, 가공물의 중량, 절삭저항 등의 외력을 받아 각각의 부분에 변형을 일으키게 된다. 

이러한 변형으로 가공물의 형상, 치수, 정밀도, 표면 거칠기 등 에도 영향을 미치게 된다.

 강성은 정적강성(static rigidity)과 동적강성(dynamic rigidity), 열적강성(thermal rigidity)으로 분류할 수 있다.

 정적강성은 정적인 하중 발생으로 인한 변형특성이며, 동적강성은 공작기계를 구동할 때, 전동기, 회전축, 기어, 베어링, 왕복운동기구 등에 의하여 발생하는 복잡한 기계적인 진동 및 관성력에 대한 변형특성이며, 열적강성은 절삭열 등의 

영향에 따른 변형특성이다. 따라서 여러 가지 형태로 발생되는 응력변형에 충분히 견딜 수 있는 강성이 필요하다.

 공작기계의 모든 특성을 100% 구비한 공작기계를 제작하는 것은 불가능하기 때문에 제작목적에 따라 각각의 특성에

중점을 두어 설계, 제작하는 것이 일반적이다.