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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.
