기계공작 선반의 구조

 1. 선반의 각부 명칭

 선반의 종류는 다양하고 제작회사에 따라 다소 다르나, 보통선반(engine lathe)의 일반적인 명칭으로는

 주축대, 심압대, 베드, 왕복대, 척, 주축속도 변환레버, 이송속도 변환레버, 리드스크루, 에이프런, 공구대 등이 있다.

 

2. 선반의 주요 부분

 선반을 구성하고 있는 주요 구성 부분으로는 주축대(head stock), 왕복대(carriage), 심압대(tail stock), 베드(bed)이며 근래에는 고속화, 대형화, 고 정밀화, 중 절삭에 견딜 수 있는 구조로 점진적인 발전을 하고 있다.

 

 가. 베드(bed)

 베드는 리브(rib)가 있는 상자형의 주물(cast)로서, 베드 위에 주축대, 왕복대, 심압대를 지지하며, 절삭운동의 응력과 왕복대, 심압대의 안내 작용 등을 하는 구조이다.

 주축대의 회전운동, 절삭력, 중량 등에 의하여, 진동이나 휨(bending)이 발생하기 쉬우므로 충분한 강도가 요구되며, 강성, 칩 처리와 절삭유의 회수 등을 고려하여 베드의 형태를 결정한다.

 선반의 정밀도, 가공물의 정밀도 및 가공된 면의 표면 거칠기의 양부를 결정하는 중요한 부분이다.

 베드의 재질은 인장강도 294 N/㎟ 이상의 합금 주철이나 구상흑연 주철, 미하나이트 주철(meehanite cast) 등의 고급 주철을 사용한다.

 주조로 인한 내부응력을 제거하기 위하여 주조 후에 시즈닝(seasoning) 한다.

주조응력을 제거하는 방법에는 자연시즈닝과 인공시즈닝이 있다.

 자연시즈닝은 주조 후에 자연 상태에서 크기에 따라 수개월 이상 수년까지 주조응력이 자연적으로 소멸될 때까지 방치하는 방법이다.

 인공시즈닝은 베드를 열처리로 속에 넣고 약 600℃ 정도로, 크기에 따라 6~24시간 정도 가열한 후에 시즈닝을 효과적으로 실현하기 위해 주로 인공시즈닝을 한다.

 베드의 구비 조건은 다음과 같다.

 ① 내마모성이 클 것

 ② 강성 및 방진성이 있을 것

 ③ 가공 정밀도가 높고 직진도가 좋을 것 등의 조건을 만족시켜야 한다.

 베드의 형상은 평형 베드(영국식), 산형 베드(미국식)가 사용되며, 평형 베드는 주로 대형 선반에 산형 베드는 중소형 선반에 많이 이용된다.

 영식 베드와 미식 베드의 장점을 살려 한쪽에는 평형 베드 한쪽에는 산형 베드를 사용하는 절충식 베드로 많이 사용된다.

 베드의 표면 경도를 높이고 내마모성을 높이기 위하여 베드 표면을 플레임 하드닝(flame hardening) 또는 고주파 경화(induction hardening) 한 후에 연삭 하여 사용한다.

 베드에 사용하는 리브 형식은 평행형, 지그재그형, 십자형, X자형 등이 있다.

 

 나. 주축대

 주축대는 가공물을 지지하고 회전력을 주는 주축(spindle)과 주축을 지지하는 베어링, 바이트에 이송을 주기 위한 원동력을 전달시키는 주요 부분이다.

 주축 끝단 구멍에는 센터를 고정할 수 있도록 테이퍼로 되어 있으며, 주축에 사용하는 테이퍼는 모스 테이퍼(morse taper)로 되어 있다.

 일반적으로 모스 테이퍼 No 3~5번을 사용한다.

 

 (1) 주 축

 주축은 탄소강 또는 Ni-Cr강을 퀜칭(quenching) 한 후에 정밀가공 하여 제작한다. 

 주축의 지지는 2점 또는 3점 지지 방식을 사용하며, 고속선반 또는 정밀선반에서는 테이퍼 롤러 베어링(taper roller bearing)으로 지지하여, 베어링의 마모 시 베어링 간격을 조정하여 쉽게 정도 수정이 가능하다.

 일반적으로 주축의 성능이 선반 성능에 큰 영향을 미치게 되므로 매우 중요하다.

 주축의 구비조건은 다음과 같다.

 ㉮ 정밀도

     항상 일정한 회전운동을 하고, 축의 중심이 잘 맞을 것

 ㉯ 강 성

     절삭력, 구동력 등의 외력에 의해 변형이 없을 것

 ㉰ 안전성

     사용 회전수에 따라 정밀도 및 성능에 영향이 없을 것 등이다.

 주축을 중공축(中空軸)으로 하는 이유는 다음과 같다.

 ① 굽힘과 비틀림 응력에 강하다.

 ② 중량이 감소되어 베어링에 작용하는 하중을 줄여 준다.

 ③ 긴 가공물 고정이 편리하다.

 ④ 센터를 쉽게 분리할 수 있다.

 

 (2) 주축대의 회전 속도열

 선반은 가공물과 절삭공구의 재질, 절삭조건에 따라 적합한 절삭속도를 선정할 수 있어야 한다.

 회전수의 변속은 연속적으로 할 수 있는 것이 좋다.

 일반적으로 제한된 변속비로 사용하는데 그 속도비와 수도 매우 제한적이다.

 일반적인 회전 속도열의 종류는 다음과 같다.

 ① 등차급수 속도열(arithmetic progression)

 ② 등비급수 속도열(geometric progression)

 ③ 대수급수 속도열(logarithmic progression)

 ④ 복합등비급수 속도열(combined geometric progression) 등이 있으며,

이 중에서 등비급수 속도열이 가장 많이 쓰이다.