선반 및 밀링가공 기초교육

 

수업목표:선반에 대한 이론과 가공할 때 필요한

         부속장치의 사용 방법을 학습한다.

 

   Ⅱ. 절삭가공

     1. 선반에 의한 가공 
        주축에 고정한 일감의 회전운동과 공구대에 설치한 바이트의
        직선운동(절삭깊이와 이송)에 의해 절삭하는 공작기계

      (1) 선반의 종류

        ① 보통선반(engine lathe) : 기본적인 구조와 기능을 가진 대표적인
           기계로 작업범위가 넓다

  

          °구성 : 베드(bed), 주축대(head stock), 심압대(tail stock), 왕복대(carriage)

          °선반의 크기: 베드위의 스윙(일감의 최대지름)d₁, 양센터사이의
           최대거리 l₁, 왕복대 위의 스윙(d₂), 베드의 길이 l₂

          ㈎ 베드 : 선반의 몸체로서, 주축대, 심압대, 왕복대 등을 올려놓을
             수 있는 구조

          °40∼60% 의 강철파쇠를 넣어 만든 강인주철(표면경화처리)

          °미끄럼면은 연삭가공 또는 scraping해 정밀도 유지

          °미끄럼면의 단면모양은 산형과 평탄형, 복합형이 주종         

         ㈏ 주축대 : 베드의 윗면 왼쪽에 고정된 부분으로 주축(spindle), 베어링
            및 주축속도 변환장치로 구성

          °주축의 속도 변환 은 주로 기어식(기어는 합금강 열처리후 연삭)

          °무게를 감소시키고 긴일감을 고정하기 위해 중공축

          °절삭저항이나 진동에 견디기 위해 합금강(Ni-Cr강)         

         ㈐ 심압대 : 베드 윗면의 오른쪽에 위치

°심압대의 심압축의 중심은 주축의 회전    중심과 편위 가능(Taper절삭)  ° 심압축의 끝은 모스테이퍼 구멍( Drill     작업 및 리머작업 가능 )

 

         ㈑ 왕복대와 이송기구 : 베드위에서 바이트에 가로이송 및 세로이송을
           주는 장치로 saddle과 apron으로 구성되어 있고 saddle위에 복식공구대
           위치(회전대, 공구이송대, 사각공구대)

°복식공구대는 임의의 각도로 회전    큰 Taper가공 가능

 

    ② 터릿선반(turret lathe): 보통 선반의 심압대 대신에 터릿을 장착(여러
       가지 공구를 공정 순서대로 장착)

    ③ 자동선반(automatic lathe): 선반의 조작을 캠이나 유압공구를 이용하여
       자동화 한 것

    ④ 모방선반(copying lathe): 자동 모방장치를 이용하여 모형이나 형판을
       따라 바이트를 안내하며, 턱붙이 부분, 테이퍼 및 곡면 등을 모방절삭
 
    ⑤ 공구선반: 공구선반(tool room lathe)은 보통 선반과 같으나 정밀한
       형식으로 되어있고 부속장치가 있다(taper, 여유각을 깎는 relieving 장치)

    ⑥ 정면선반: 길이가 짧고 지름이 큰 일감(주축대에는 지름이 큰 면판을
      설치)왕복대는 주축 중심선과 직각으로 왕복하며 베드에 놓여 있다

    ⑦ 수직선반(vertical lathe): 테이블이 수평면 내에서 회전하고 공구는 수직
       방향으로 이송(대형으로 무거운 일감)

    ⑧ 각종 특수 선반
      ㈎ 차축선반:  차축선반은 철도 차량용 차축을 가공하는 선반
      ㈏ 차륜선반(wheel lathe): 차량용 차륜을 가공하는 선반
      ㈐ 크랭크축 선반: 크랭크축의 베어링 저널부분과 크랭크 핀을 깎는
         선반
      ㈑ 기타: 수치제어 선반(Numerical control lathe)

선반의 종류
터릿선반
모방 선반 장치
정면선반
수직선반
수치제어선반

 

     (2) 선반용 부속품과 부속 장치

      ① 척 작업용 부속품
        ㈎ 단동척(independent chuck) : 4개의 조가 단독으로 작동 불규칙한
           모양의 일감고정
        ㈏ 연동척(universal chuck)은 scroll chuck 3개의 조가 동시에 작동,
           원형, 정삼각형의 일감을 고정
          °Jaw가 마멸되면 척의 정밀도가 떨어진다
        ㈐ 양용척(combination chuck) : 단동척과 연동척
        ㈑ 마그네틱척(magnetic chuck) : 원판안에 전자석 설치 얇은 일감을  
           변형시키지 않고 고정(비자성체의 일감고정 불가)
         °마그네틱척을 사용하면 일감에 잔류 자기가 남아 탈자기로
           탈자시켜야 한다
        ㈒ 콜릿척(collet chuck) : 가는 지름의 봉재 고정
         °주축의 테이퍼 구멍에 슬리브를 꽂고 여기에 척을 끼워 사용
        ㈓ 압축공기척(compressed air operated chuck) : 압축 공기를 이용하여
           조를 자동으로 작동 일감을 고정하는 척
         °고정력은 공기의 압력으로 조정
         °압축공기 대신에 유압을 사용하는 유압척(oil chuck)도 있다
         °기계운전을 정지하지 않고 일감의 고정하거나 분리를 자동화할 수 있다

단동척	연동척	마그네틱척	콜릿척

 

 

     ② 센터 작업용 부속품

      ㈎ 센터 : center는 보통 강, 센터 끝의 각도는 60°, 대형에는 75°,
           90°의 것이 사용된다.
        ▶ 센터자루는 모스테이퍼(주축 6번, 심압축에는 4번)
        ▶ center의 종류
          °회전센터(live center): center 끝에 초경합금을 경납땜하여 사용한다.
          °정지센터(dead center): 마찰감소를 위해 그리스를 발라 사용한다.
          °하프센터 : 끝면깎기에 적합하다.
          °베어링센터

	보통센터
	하프센터
	베어링센터
	파이프센터

 

          

    ㈏ 센터드릴 : 일감에 센터의 끝이 들어가는 구멍을 뚫는 드릴

            

      ㈐ 돌림판과 돌리개 : 주축의 회전을 일감에 전달하기 위해 사용
         °돌림판은 주축 끝 나사부에 고정, 일감에 고정한 돌리개를 거쳐
           주축의 회전이 일감에 전달

		돌리개사용방법
곧은 돌림판
곡형 돌림판
곧은 돌리개
곡형 돌리개
클램프 돌리개

 

      ㈑ 면판 : 돌림판과 비슷하지만 돌림판보다 크며, 일감을 직접 또는
         angle plate 등을 이용하여 볼트로 고정
      ㈒ 맨드릴 : 기어, 벨트풀리 등의 소재와 같이 구멍이 뚫린 일감의
         원통면이나 옆면을 센터작업할 때 구멍에 맨드릴(mandrel)을 끼워 
         고정 맨드릴을 센터로지지
         ㉠ 표준 mandrel은 1/100, 1/1000정도의 테이퍼
         ㉡팽창식 맨드릴 : 지름을 다소 조정할 수 있다
         ㉢조립식 맨드릴 : 파이프등 속이 빈 원통의 가공에 사용
       ㈓ 방진구(wark rest) : 가늘고 긴 일감이 절삭력과 자중에 의해 휘거나
          처짐이 일어나는 것을 방지
         ㉠ 고정방진구 : 베드위에 고정, 일감의 중앙부를 120。간격 배치된
            조로 지지 원통, 끝 면, 구멍 뚫기 등의 작업
         ㉡ 이동방진구 : 왕복대 위에 고정하고 왕복대와 함께 이동(2개의 조로
            지지)

면   판	면판의 형상
	면판 사용의 예
	면판을 이용한 고정(Ⅰ)
	면판을 이용한 고정(Ⅱ)
맨드릴의 종류
방진구	방진구 사용의 예
	고정 방진구
	이동 방진구

 

   (3) 절삭공구(바이트)

     ① 바이트의 공구각 : 공구각은 용도, 수명, 일감의 재질 및 공구의 재질등에
        의해서 선택

㉠ 윗면경사각 : 직접 절삭력에 영향(크면 절삭성이 좋고, 표면도 수려하지만 날 끝은 약하다)  ㉡ 공구 여유각 : 앞면 및 측면과 일감의 마찰을 방지(너무 크면 날이 약하다)

 

       ㉢ 연질의 일감을 고속 절삭할 때 chip이 연속적으로 흘러나오는 것을 짧게
          끊기위해 Chip Breaker사용

불량한 칩(과부하)	이상적인 칩	불량한 칩(긴 칩)

 

     ▶ 절삭공구의 재종

        탄소공구강 → 고속도강 →초경합금강 → 코우티드 초경합금 → 써멧

         → 세라믹 → 다이아몬드  

     ▶ 칩브레이커(Chip Breaker)의 종류

	저탄소강 절삭(연속형 칩)
	인코넬 절삭
	스테인리스강 절삭
	주철 연속 절삭(균열형 칩)
	나사 절삭

 

      ② 바이트의 종류

      ▶ 단체용 바이트(solid single point tool) : 날과 자루가 일체

      ▶ 용접 바이트(braging type cutting tool) : Tip을 자루 끝부분에 경납땜

      ▶ 폐기식 바이트(throw away type cutting tool) : 날을 기계적으로 고정

      ▶ 고속도강 또는 초경합금을 많이 사용 최근에는 절삭가공의 고속화
         추세에 따라 초경합금 위에 알루미나(Al₂O₃), 탄화티탄(TiC), 질화티탄(TiN)을
         화학적으로 증착시킨 코팅초경합금

       

		폐기식바이트(Throw away type cutting tool)의 분해도
단체용 바이트
용접 바이트
폐기식 바이트
코팅 초경 합금의 구조

 

                      

      ③ 바이트의 연삭 : 바이트의 각도 및 날은 절삭 능률과 바이트수명에 영향 

거친 연삭	공구윗면연삭	옆면여유각 연삭	앞면여유각 연삭
다듬질 연삭	공구윗면 연삭	옆면여유각 연삭	앞면여유각 연삭	끝연삭

 

      ④ 바이트의 설치 : 중심높이 게이지를 사용하여 공구대에 설치

          ▶ 바이트의 돌출거리 ℓ은 고속도강   : 2h

                               ℓ은 초경바이트 : 1.5h를 넘지 않도록 한다

돌 출 거 리	설 치 각
	양    호	불   량

 

    (4) 절삭조건: 절삭속도, 이송속도, 절삭깊이
        일감의 치수 정밀도와 표면거칠기는 바이트 각도와 모양, 절삭조건, 절삭유제의 영향

        ① 절삭속도(cutting speed) : 바이트에 대한 일감의 원둘레 또는 표면속도

                                          

                 (v: 절삭속도 m/min, n: 주축회전수 rpm, d: 일감의 지름 mm)

         ▶ 절삭속도가 클수록 표면 거칠기는 좋아지고, 절삭시간도 단축

         ▶ 절삭온도의 상승으로 수명 급감

     ② 이송(feed) : 일감의 회전당 길이 방향으로 이동하는 거리

▶ mm/rev(이송이 작을수록 표면거칠기 양호)  ▶ 바이트 날끝 반지름이 너무 크면 절삭저항     증가로 떨림 발생   ▶ 절삭면적(절삭깊이와  이송량을 곱한 값)            °절삭면적이 클 때에는 절삭 속도를 작게            °절삭면적이 클 때에는 절삭 능률은 좋지만,              절삭저항이 커져 절삭온도 상승

 

    ③ 절삭깊이(depth of cut) : 절삭할 면에 대해 수직 방향으로 측정

  (5) 선반가공

     ① 테이퍼 절삭 방법

       ㈎ 심압대 편위에 의한 방법  

▶테이퍼 길이가 길고 경사각이  작은 일감에 적합하다	▶   (㎜)
D : 테이퍼의 큰 지름(mm), d : 테이퍼의 작은 지름(mm), ℓ: 테이퍼 부분의 길이(mm), L : 일감 전체의 길이(mm)

 

       ㈏ 테이퍼 절삭장치에 의한 방법 :

▶ Taper attachment는 왕복대의 길이 방향   이송에 따라 바이트에 전후 이송을 준다

 

       ㈐ 복식공구대에 의한 방법

▶ 테이퍼 부분의 길이가 짧고     경사각이 큰 일감의 테이퍼     가공  ▶ 테이퍼=  ,
D : 테이퍼의 큰 지름(mm), d : 테이퍼의 작은 지름(mm), L : 일감 전체의 길이(mm)

 

     ② 나사깎기

       ㈎ 나사깎기의 원리

                             

        ▶ 주축의 회전을 변환기어   와 중간변환기어 및 리드스크루에 달린
           변환기어  로 연결하여 일정한 비율로 리드스크루에 전달

        ▶ 나사깎기에 사용되는 변환기어의 잇수는 리드스크루의 피치와 일감의 나사 피치에서
          p  : 리드스크루의 피치, P : 일감의 나사피치,   : 주축의 변환기어 잇수
            : 리드스크루의 변환기어 잇수
             

            일 때    

         ▶ 변환기어는 미국식 : 20∼64개 사이를 4개씩 띈수 72, 80, 127
                       영국식 : 20∼120개 사이를 5개씩 띈수 127개   

      ㈏ 나사 깎기 작업 : 나사 연삭시 센터게이지에 맞추어 각도를 정확히
         연삭 고정시 바이트의 중심선이 나사축에 수직

        ▶ 나사절삭(외경, 내경)

        ▶ 나사바이트 설치 방법

        ▶ 나사바이트 가공 그림

나사바이트 가공 그림
외경 나사 절삭
내경 나사 절삭
센타게이지 사용 방법(수나사)
센타게이지 사용 방법(암나사)

 

  

문 제 정 리

 

1. 선반 내경 보링 작업시 떨림 방지책에 대하여 4가지 이상 쓰시오.

 (1) 소요작업 깊이를 고려하여 공구의 오버행이 너무 크지 않도록 한다.
 (2) 생크의 크기는 내경을 고려 가능한 최대로 한다.
 (3) 절삭속도는 일반 외경 절삭의 75%정도로 한다.
 (4) 공구의 노즈반경을 작게하여 절삭저항을 줄인다.
 (5) 공구의 처짐을 방지한다.
 (6) 공구의 날끝을 중심보다 약간 낮게한다.

2. 터렛 선반의 종류

 (1) 램형: 새들위를 램이 스라이딩 이동하는 것(가벼운 공작물 가공에 적합)
 (2) 새들형: 베드위를 직접 스라이딩 이동(대형 공작물에 적합)
 (3) 드럼형: 작고 짧은 소형 가공물에 적합

3. 선반가공시 공작물의 표면조도에 영향을 미치는 3가지 인자는?

 (1) 절삭속도 (2) 절삭깊이 (3) 이송 (4) 공구의 형상(노즈반경)

4. 선반가공에서 바이트가 절입 깊이에 따라 나타나는 현상 3가지만 쓰시오.

 (1) 절삭깊이가 증가함에 따라 절삭저항 및 절삭력이 증가
 (2) 절삭깊이가 증가함에 따라 유동형칩에서 전단형, 열단형으로 변형되어 표면조도가
     나빠진다.
 (3) 절삭깊이의 증가에 따라 공구의 결손에 인한 공구수명이 단축된다.
 (4) 구성인선이  발생하기 쉽다.

5. 선삭가공에서 바이트의 윗면 경사각의 차이에 따라 나타나는 현상 3가지만 쓰시오.

 (1) 경사각이 커지면 절삭력과 온도가 낮아진다.
 (2) 경사각이 커지면 절삭저항의 감소로 열단형, 전단형, 유동형으로 변하여 가공면이
     깨끗하다.
 (3) 경사각이 커지면 구성인선 발생이 감소한다.
 (4) 경사가이 커지면 공구의 강성 저하로 공구수명이 감소한다.

6. 선반의 주축단 내부는 무슨 테이퍼로 되어 있는가?

 ▶ 모오스테이퍼(약1/20)

7. 선반작업중 경강의 경우 정삭시 이송은 황삭시 이송의 약 1/3인 0.1~0.15mm/rev로 한다.
   또 정삭시 절삭깊이는 황삭의 1/15인 약 0.2mm로 한다.

8. 선반가공시 다듬질 여유는 보통외경이 커지면 조금씩 크게 잡으며 ψ20~30mm일 때
   0.5mm정도로 한다.

9. 선반의 바이트 돌출 길이는 생크 높이의 1.5배 이상이 되지 않도록 한다.

10. Throw away  tip의 장점은?

 (1) 재연삭 설비 및 인원이 불필요
 (2) 공구 교환시간의 단축
 (3) 팁 교환시 치수 관리가 뛰어나다
 (4) 납땜에 의한 결점이 나타나지 않는다

11. 범용선반에서 방금 연삭한 바이트로  축을 가공할 때 축의 양단치수가 다르게
    가공되었다 이러한 현상이 발생한 원인을 4가지 이상 나열하시오.   

 (1) 공작물 중심과 왕복대의 이송 방향이 평행이 아닌 경우
 (2) 주축대의 중심과 왕복대의 이송 방향이 평형이 아닌 경우
 (3) 복식 공구대 및 심압대의 편위
 (4) 공작물의 회전축과 왕복대의 이송 방향이 같은 평면 내에 있지 않다
 (5) 가늘고 긴 공작물을 센터나 방진구의 지지없이 가공

12. 범용 선반에서 축을 가공시 양단 치수가 틀리게 가공되 었을 때 그원인은?

 (1) 주축 한 쪽이 돌아 갔을 때(비틀어 졌을 때)
 (2) 주축 한쪽이 다른 쪽보다 높거나 낮을 때
 (3) 심압대 한쪽으로 편위 되어 있을 때
 (4) 복식 공구대가 돌아 갔을 때
 (5) 주축 베어링이 마모되었거나 조임 너트를 정확히 조이지 않았을 때
 (6) 베드의 마모가 심할 때

13. 선반 가공시 중앙부가 굵어지는 원인은?

  ▶ 공작물의 길이가 지름에 비해 너무 긴 경우

14. 선반 작업시 쌍곡선이 나타나는 이유는?

  ▶ 심압대의 센터가 주축의 센터보다 높거나 낮을 때(바이트의 위치는 양 센터의 중앙에
     있음)  

15. 입고된 보통 선반 설치시 0.02mm 수준기를 사용하여 수평을 맞출 때 베드 전후좌우의
    맞춤 상태는?

 (1) 베드의 중앙부가 주축 및 심압대보다 0.02~0.05mm높게 맞춘다.
 (2) 베드의 앞쪽이 뒤쪽보다 0.01~0.03mm 높게 맞춘다

16. 선반 작업시 일반적인 안전 기준은?

 (1) 장갑이나 시계 팔지 착용 금지
 (2) 규정된 작업복, 안전화, 안전모등의 안전 용구 착용
 (3) 기계 정지후 기어의 조작 및 측정 공구 등을 올려 놓지 않는다
 (4) 무리한 조작이나 과부하가 걸리는 작업을 피한다
 (5) 기계 주위에 걸레나 공구 등을 올려 놓지 않는다

17. 선반베드의 구비 조건을 5가지 쓰시오.

 (1) 안전성이 있을 것
 (2) 마멸에 대하여 조절이 가능할 것
 (3) 조립이 요이할 것
 (4) 칩은 자동적으로 제거될 것
 (5) 운동이 원활하고 윤활이 확실할 것
 (6) 제작비가 저렴할 것

18. 선반 베드의 안내면이 가져야할 구비조건은?

 (1) 주축과 평행을 유지하며 왕복대와 심압대를 정확히 안내할 수 있는 구조
 (2) 충분한 강도를 유지하고 안전성이 있을 것
 (3) 내마모성이 뛰어나고 마모에 대한 조절이 가능할 것
 (4) 칩 배출과 절삭유 회수가 용이할 것
 (5) 운동이 원활하고 윤활이 확실할 것

19.선반에서 주축에 직각으로 힘을 받는 지지방식의 베어링은?

 ▶ 레이디얼 볼 베어링, 로울러 베어링(축방향지지 베어링은 테이퍼 로울러 베어링)

20 선반작업에 쓰이는 척의 분류중 그 원리 및 형태에 따른 척의 종류를 5가지 나열하시오.

 (1) 단동척 (2) 연동척 (3) 양용척(복동척) (4) 콜릿척 (5) 유압척 (6) 마그네틱척
 (7) 공기척 (8) 벨척 (9) 쟈곱스척

 

 

→선반_및_밀링가공_기초교육.hwp

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