초보자를 위한 머시닝센터가공의 기본 실기

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계가공 기술자의 실력 강화법」을 테마로 하고 있는데 처음 입문하는 사람들이 많은 시기이기도 하므로 머시닝센터 가공에 종사하는 자가 갖추어야 할 필수 적인 지식과 기본 실기의 포인트를 정리해 본다. 이 기본 사항들을 마스터해야 비로소 가공 기술자의 실력이 강화될 것이다.

초보자를 위한 머시닝센터가공의 기본 실기

이 기사는 일본 大河出版 발간 [ツルエンジニア]지 2 0 0 3년 5월호에서 전재한 것입니다

村上 文夫/ 淺沼技硏

「기

●범용기에서 머시닝센터로

목수가 사용하는 전기 드릴은 도구는 누구나 간단히 사용할 수 있다. 그러나 정확한 구멍 위 치에 기울어지지 않고 똑바르게 구멍을 뚫으려 면 전기 드릴을 지지하는 흔들리지 않는 강한 완력(腕力)과 신체가 필요하다.

바이트(드릴)가 정확한 구멍 위치에서 똑바로 진행하여 구멍을 정확하게 뚫을 수 있다면 이상 적인 일이나 실제로는 바이트를 유지하기가 어 려워 자세가 불안정해지면서 피어싱 위치가 어 긋나 구멍이 삐뚤어지거나 구멍 지름이 넓어지 거나 한다.

전기드릴을 견고하게 잡고 구멍을 뚫으려면 드릴을 돌리는 회전축을 안정적으로 고정하는 주축 헤드가 필요하고 그 헤드를 흔들리게 하지 않고 가동할 수 있는 강성 있는 칼럼과 베드가 필요하다.

바이트를 견고하게 유지하는 기구가 있더라도 재료를 고정하지 않으면 바이트의 절삭저항으로

인해 움직이게 되므로 움직이지 않도록 재료를 테이블에 고정하고 그 테이블도 비켜나지 않도 록 바이트측 베드와 연결시킨다<그림 1>.

이같이 피삭재와 바이트의 루프를 구축하면 재료와 드릴과의 상호관계가 흔들림을 최소로 하여 고정밀도의 피어싱 가공을 할 수 있어 제 거 가공 전용 공작기계가 된다.

다음은 수직형 밀링 머신에 대해 설명한다.

이렇게 해서 조립된 공작기계는 보통 <그림 2 >에 나타내는 바와 같이 핸들을 손으로 돌려 테이블 등을 이동시켜서 재료에 피어싱 가공 등 을 실시한다. 이렇게 수동으로 조작하는 기계를 범용기라고 한다.

핸들과 일체를 이루는 이송 나사에 서보 모터 를 장착하고 사람이 핸들을 돌리는 대신 2진법 수치 지령으로 축의 회전각을 제어하여 테이블 등의 가동부를 움직이는 것이 N C ( N u m e r i c a l C o n t r o l =수치제어) 밀링 머신이다.

이 NC 밀링 머신에서는 작업자가 가공 내용 에 맞추어 그때그때 바이트를 교환한다.

<그림 1> 바이트와 재료와의 관계 테이블

베드 베드

<그림 2> 범용기에서 N C기로 X축

Y축 Z축

핸들

그 다음에는 가공 공정에 맞추어 다수의 회전 공구(바이트)를 기계 주위에 설치한

“툴 매거진”에 스톡하여 대기시켜 두었다가 필요에 따라 그 바이트를 꺼내어 교환하는

“ATC(Auto Control Changer=자동공구교 환장치)”의 기능이 추가된 기계가 출현한다.

필요한 공구를 스톡하여 복수의 공정을 준 비 교환 없이 가공할 수 있게 한 이 NC 공 작기계를 일반적으로 머시닝센터( M C )라고 한다<그림 3 > <그림 4>.

●머시닝센터의 기초 지식

(1) MC의 종류

M C는 사용 목적에 따라 다음과 같이 여러 가지의 타입이 있다.

① 수직형‥‥주축 중심축이 바닥면에 수 직으로 설치되어 있는 M C로, 이동축은 X , Y, Z 이 3축이 일반적이다.

테이블이 전면(前面)에 있으므로 작업성이

좋고 저렴하다<그림 3 > .

② 수평형‥‥주축 중심축이 바닥면에 수 평으로 설치되어 있는 M C로, 이동축은 수직 형과 마찬가지로 3축에 테이블 선회 B축이 부가되어 있다. 테이블이 회전하여 1회의 장 착으로 다면(多面) 가공을 할 수 있다. 그리 고 주축이 수평이기 때문에 드릴 가공 등의 칩 배출성도 좋다<그림 4 > .

③ 門자형‥‥주축 중심축은 바닥면에 수 직으로 설치되어 있다. 그 주축헤드는 門자 형 2개의 칼럼에 걸쳐진 크로스 레일에 장착 되어 좌우로 움직인다. 주로 대형 M C에 적 용되는 구조이고 이동축은 기본적으로 X, Y, Z 3축이다.

④ 5축 제어‥‥수직형과 수평형 타입이 있다. 통상적인 3축(X, Y, Z)에 2축이 부가 되어 있다. 선회축 A, B, C와 직진축 U, V, W가 사용된다. X축을 중심으로 선회하는 것 이 U축이고 Y축과 병행하는 보조축이 V축 그리고 W축은 Z축을 보조하는 축이다.

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<그림 3> 수직형 머시닝센터 예 툴

매거진

A T C

서보모터

NC 장치

<그림 4> 수평형 머시닝센터 예 테이블

주축두

베드 NC 장치

조작반

툴 매거진

(2) MC에 필요한 기기

자동 운전을 하기 위한 필요 기기로는“절삭액 공급장치”, 칩을 자동으로 반송하는“칩 컨베이 어”, 칩이나 절삭액을 가공 영역에서 내보내지 않게 하기 위한“전체 커버”, 슬라이드면에 액막 을 확보하기 위한 기름을 정기적으로 공급하는

“윤활유 자동공급장치”등이 있다.

가공 정밀도를 높이기 위한 기기로는 주축헤 드의 팽창을 억제하는“주축 쿨러”, 절삭가공에 서 발생하는 열을 바이트와 소재에서 빼앗아 따 뜻한 절삭액을 식히는“절삭액 쿨러”, “테이블 이동량 검출기(폐회로)”그리고 장시간 자동운 전을 할 수 있도록 복수의 팰릿을 자동으로 내 고 들이는“APC(Auto Pallet Changer)”등이 필요하다.

(3) MC의 가공 내용

공구는 ATC 기능을 사용하여 다음과 같이 필 요에 따라 여러 가지로 선택하여 다양하게 가공 할 수 있다.

・정면 밀링 커터 : 넓은 면의 평면 가공

・엔드밀 : 폭이 좁은 면이나 홈가공, 어깨 절 삭 등

・드릴 : 밑구멍 없는 피어싱 가공

・리머 : 가공 구멍의 고정밀도 다듬질

・탭 : 암나사 가공

・보링 툴 : 구멍 확대, 보링

(4) 머시닝센터의 장점과 단점

만능으로 보이는 M C이지만 힘든 분야도 있다.

머시닝센터의 장점과 단점을 정리하면 다음과

하는 반복품

・가공 내용 : 기본적으로는 무인운전이 가능 한 물품. 그리고 금형 등의 3차원 형상, 복 잡한 형상의 가공물

・사용 공구 : ATC의 충격으로 파손되지 않 는 관성 높은 툴

② M C에 부적합한 경우

・가공 수 : 단순한 부품 가공은 1개만 가공할 경우에는 비용면에서 적당하지 않다.

・가공 내용 : 항상 작업자의 감시가 필요한 경우

・사용 공구 : 가늘고 길며 관성이 낮은 툴은 A T C의 충격으로 부러지는 일이 있다.

●안전한 작업 매뉴얼

안전 작업에 관해 지금부터 기술하는 내용은 기계 메이커에서 실시하는 강습회에 참가한 정 도의 지식이 있다면 충분히 이해할 수 있을 것 이다.

M C는 일정한 조건하에서 자동으로 운전하는 데 자동 운전을 시키기까지 작업자는 사전 준비, 준비, 디버그(시도 가공) 등을 해야 한다. 자동 운전을 하기까지의 작업에서는 특히 다음과 같 은 점을 주의한다.

(1) 기계 조작 머신에 관련한 주의사항

① 핸들‥‥수동 펄스 발생기라고도 하며 범용 기 핸들에 해당한다. 작은 힘으로 핸들을 돌리기 만 하면 무거운 테이블 등을 간단히 움직일 수 있는데 수평형 M C일 경우 가공 영역에 들어가 조작하면 자칫 칼럼과 테이블에 발이 끼이게 되

는 일도 있으므로 주의한다.

② 고속 이송 조작‥‥M C는 기계의 최대 속도로 테이블 등을 이동시킬 수 있다. 이때 이동 버튼의 플러스・마이너스 혹은 선택된 축을 그르치면 사고가 발생하는 경우도 있으 므로 <그림 5 >에 나타내는 순서대로 올바르 게 조작해야 한다.

③ 칩 컨베이어‥‥수평형 M C일 경우 가 공 영역에 들어가 지그의 평행내기 등을 할 경우 컨베이어가 움직이고 있으면 미끄러져 발이 들어갔을 때 큰 부상을 입을 것이다.

가공 영역에 들어갈 때는 반드시 컨베이어를 정지시킨다.

④ 싱글 블록 스위치‥‥M C ( N C )는 난폭

하게 주행한다는 정설을 뒤엎지 못하지 이상 난폭하게 주행했을 경우를 고려하여 연속 운 전이 필요하지 않을 때는 다음 단계로 진행 하지 않도록 반드시 싱글 블록 스위치를 넣 어 두어야 한다.

⑤ 고속 이송 오버 라이드(Over ride)‥‥

이것도 ④와 마찬가지로 난폭하게 주행하더 라도 최소의 움직임이 되도록 필요할 때는 최소로, 필요하지 않을 때는 0으로 해 두어 야 한다.

⑥ 금지 작업‥‥한 대당 한 사람이 실시 할 경우에는 문제없으나 2명 이상이 실시하 면 자기 이외의 사람이 예측밖의 행동을 하 는 일이 있다(예를들면 주축 회전). 위험이 특집 1 - 2

⑫　 고　속　 이　 송　 버　 튼　 에　 서　 손　 을　 뗀　 다　

⑪　 목　표　 위　 치　 에　 도　 달　 하　 면　 오　 버　 라　 이　드　 를　 으　 로　 한　 다　

⑩　 더　 내　린　 다　

⑨　 목　표　 위　 치　 에　 가　 까　 워　 졌　 다　 면　 오　 버　 라　 이　 드　를　 내　 린　 다　

⑧　 필　요　 에　 따　 라　 최　 대　 속　 도　 로　 또　 는　 가　 깝　 게　 한　 다　

⑦　 오　버　 라　 이　 드　 를　 더　 벌　 린　 다　

⑥　 이　동　 방　 향　 을　 확　 인　 한　 다　

⑤　 오　버　 라　 이　 드　 를　 조　 금　 벌　 린　 다　

④　 보　내　 고　 자　 하　 는　 방　 향　 의　 고　 속　 이　 송　 버　 튼　 을　 누　 른　 다　

③　 움　직　 이　 게　 하　 고　 자　 하　 는　 축　 을　 선　 택　한　 다　

②　 고　속　 이　 송　 오　 버　 라　 이　 드　 가　 제　 로　 인　 지　 확　 인　한　 다　

①　 움　직　 이　 게　 하　 고　 자　 하　 는　 방　 향　 에　 간　섭　 물　 이　 없　 는　 지　 확　 인　 한　 다　

<그림 5> 고속 이송속도와 동작 순서와의 관계 작업자의 동작

(2) 가공용 프로그램「M코드」사용법

기계를 수동 이외의 프로그램으로 지령할 경 우 각 코드의 주의사항에는 다음과 같은 내용들 이 있다.

① M 0 0‥‥모든 작동의“정지 지령”이다. 자 동 운전에서도 운전이 필요할 때 또는 인위적으 로 가공을 보조해야만 할 때 사용한다.

그 정지 명령( M 0 0 )을 2번 넣어 중요도를 알 린다.

② M 0 1‥‥필요에 따라 자동 운전을 정지할 경우에 사용한다. 조작반의 선택 정지의 스위치 가 O N일 때 정지한다. 툴 관계의 체크 혹은 디 버그일 때 중요하다.

한다. 하지만 淺沼技硏은 거의 모든 소재가 경 합금 주물이고 사용하는 기계는 수평형 M C이기 때문에 이것을 전제로 사례를 설명하기로 한다.

(1) 디버그에서 전(前)공정이 기대하는 내용 으로 되어 있는지 모두 확인한다.

M C는 자동으로 운전하는 기계이기 때문에 기 본적으로 가동하는 중에는 감시할 필요가 없다.

따라서 사전 준비의 확인과 복수개 이상 실시하 는 가공을 기대하는 대로 유지할 수 있을 지의 여부를 프로그램으로 체크하는 것이 중요하다.

① 사전 준비의 확인‥‥공작물을 고정하는 방법(제품 고정 지그), 가공 도면, 사용하는 공 구 정보가 기재되어 있는 공구표, 가공 프로그램

<표 1> 디버그시에 확인하는 요소와 방법

확인 요소 툴 길이 드릴 지름 보링 툴의 지름(황가공)

보링 툴의 지름 (다듬질 가공)

나사 깊이 홈 등의 폭・깊이・두께

확인하기 전의 동작・작업 공작물 바로 앞 2 0 0 m m에서 멈춘다 센터 구멍이 없어질 때까지 가공한다.

3mm 정도 깎는다.

프리 세터로 ф0.3mm 정도 작은 듯하게 맞추어 3mm 정도 깎는다.

1개째에서 확인 1개째에서 확인

확인 작업

200.0 등 끝맺음이 좋은 스케일로 체크한다.

버니어캘리퍼스 버니어캘리퍼스 실린더 게이지 등

나사 게이지 버니어캘리퍼스 등

비고

<그림 6> 참조

<그림 7> 참조

<그림 8> 참조

<그림 6> 툴 길이 확인 재료 스케일

바이트

센터 구멍 NG 측정 O K

<그림 7> 드릴의 구멍 지름 확인

밑구멍 1회째 확대 후 2회째

<그림 8> 보링 구멍의 보정 결과 확인 측정 위치 측정 위치

N G

원점과 기계의 위치를 관련짓는 공작물 좌표, 공구의 길이, 엔드밀 등의 반경 보정량이 올 바르게 N C측에 입력되어 있는지 확인한다.

② 프로그램 체크‥‥가공 프로그램을 퍼 스널컴퓨터상에서 묘화(描畵)하여 바이트의 경로(Cutter Path)를 확인함은 물론 고속 이 송으로 피삭재나 지그・고정구와 공구가 서 로 간섭하려는 움직임이 있는 지의 여부를 X, Y와 Z, X 혹은 Y, Z 이 두 평면에서 반 드시 체크해 둔다.

(2) 디버그 중에 확인하는 요소와 내용

① 각 공구마다 실시해야 할 최초의 확인 작업‥‥<표 1 >을 참조한다. 하지만 정밀도 가 높은 곳에 대해서는 어디까지나 참고로

한다.

최종적으로 자동 운전의 여부를 판단하는 것은 디버그가 끝난 뒤 2개째를 자동 운전으 로 가공하고 제품과 측정 도구가 2 0℃의 온 도 관리하에서 검사하여 합격되었을 경우에 한한다.

② 온도차에 있어서의 오차‥‥제품의 좋 고 나쁨을 결정하는 요소의 하나로 온도가 있다. 가공열이 원인이 되어 가공 치수에 차 이가 있을 경우에는 황가공과 다듬질 가공 을 구분해서 열팽창의 영향을 받지 않게 한 다<표 2>.

③ NC 프로그램‥‥M C는 N C에 의해 움 직인다. 지시 정보에 착오가 있으면 대량의 불량품을 만들게 되므로 자동 운전을 하기 전에 확인할 필요가 있다.

・구멍 위치 : 도면상의 0에서부터 프로그 램을 만들었을 경우에는 가공하기 전에 그 위치와 프로그램의 수치를 확인한다.

・구멍, 면 등의 깊이 : 드릴, 리머, 보링 툴 등의 가공 깊이는 고정 사이클에서 Z 점의 수치로 확인한다. <그림 9 >와 <그 림 1 0 >에서는 면가공에서 Z점 지시가 올바른 경우와 잘못된 예를 나타낸다.

・탭 : 회전과 이송과의 관계가 맞지 않으 특집 1 - 2

<그림 9> 지령이 올바른 경우 <그림 10> 지령에 잘못이 있을 경우 바이트가 잘린다

신장량(mm)

<표 2> 소재별 팽창 비교 예

재 질 길이

( m m ) 전체의 상승온도 (℃) 동

알루미늄

마그네슘

면 가공하는 중에 플로트( F l o a t )의 신축(伸縮) 이 있다. 복귀한 후 이송량 등을 수정하고 다시 탭가공을 한다.

(3) 자동 운전 중에 실시하는 체크 자동 운전시의 가공부 관리에 대해 설명한다.

① 수치로 감시‥‥치수 공차가 엄밀한 구멍 지름, 깊이, 폭, 두께 등을 정기적으로 측정한다.

날끝이 마모되면서 가공면에 변화가 생긴다.

・깨끗한 알루미늄 절삭면 : 정상적으로 잘린 상태이다.

・거무스름한 광택면 : 예리함이 약간 떨어진 상 태 에 서 절 삭 액 을 적 용 한 배니싱 (Vanishing) 효과가 나오고 있다.

・불규칙적인 침식 : 바이트가 수명에 다달 았다. 앞에서 말한 거무스름한 광택면보다 마모가 더 진행되고 곳곳에서 유막(油膜) 이 잘림으로 인해 불규칙적인 침식이 발생 하였다.

* * *

베테랑 기술자에게는 안전 작업 등을 재확인 함에 있어, 초보자가 배속되어 있을 경우에는 그 들을 지도함에 있어 본고가 조금이라도 참고가 되었으면 한다.

<그림 11> 실린더 게이지로 실시한 측정압・형상에 따 른 오차

측정값

측정자 오차 2

실제의 구멍 지름

PEF(Private Equity Fund)

PEF(Private Equity Fund)는1 0 0인이하투자자로부터자금을모아기업을사서구조조 정을한후이를되팔아이익을챙기는펀드를말한다.

자금조달방식은공모가아닌‘사모’방식을선택하고회사를증권시장이아닌대주주나 채권단으로부터산다. 회사를구입한후에는구조조정작업을통해기업가치를높인다.

P E F는펀드의만기를일반적으로5 년에서 1 0년으로정한다는측면에서헤지펀드와차 이가있다.

경제용어