오늘 방산업체에서 수십년을 근무하신 변동해 교수님께서 치공구에 대한 교육을 진행해 주셨다.
※치공구란,
각종 공작물의 가공 및 검사, 조립 등의 작업을 경제적으로 정밀도를 향상시키기 위해서 사용되는 보조장치로
1. 비용 절감 효과
2. 납기 단축 효과
3. 품질 향상 효과
4. 기능 향상 효과
가 있으며 지그(JIG)와 고정구(Fixture)로 분류된다.
■치공구의 목적
⊙미숙련자도 정밀작업
⊙정신적, 육체적 피로 경감
⊙작업 능률향상
⊙작업 안전확보
■치공구의 3요소
동일한 다수의 공작물을 가공이나 조립을 하기 위해서는 어느 공작물이나 동일한 위치에서 위치결정 및 고정되어, 가공이나 조립 중에 움직이지 않도록 해야 한다. 여기서 공작물이 같은 위치에 위치결정 되어 고정된다는 것은 그 각각의 공작물이 같은 위치결정면에서 공작물의 기준이 결정되고, 반대편에서 클램프로 고정한다. 여기에 사용되는 클램프는 외력에 충분히 견딜 수 있어야 하며 치공구의 3요소는 다음과 같다.
⊙위치 결정면 : 밑면
-공작물이 X, Y, Z축 방향으로 직선 또는 회전운동을 제한하기 위하여 위치결정을 설치하는 면을 위치결정면이라고 한다. 일정한 위치에서 공작물의 기준면을 설정하는 것으로 일반적으로는 밑면이 되며 3차원 상태의 공작물에서 6개 방향 움직임을 제한하기 위해 X, Y, Z 방향의 3개의 위치결정면이 필요하고 나머지 6개의 방향의 움직임은 고정력으로 제한한다.
⊙위치 결정구 : 핀
-공작물의 회정방지나 일정한 위치나 자세 유지를 위해 사용되며, 일반적으로 공작물의 측면이나 구멍에서 주로 위치결정 핀을 설치하는데 이를 위치결정구라고 한다. 위치결정구는 제품의 품질과 직접 관련이 있으므로 설계나 제작 시에 신중히 고려해야 한다.
⊙클램프 : 위치결정면 반대
-위치결정구 반대방향에서 공작물의 움직임을 제한하고자 할 때 사용하는 공작물 고정 장치가 클램프이며, 공작물의 휨이나 변형이 생기지 않도록 해야하며, 6개 방향의 움직임을 제한한다. 절삭력이나 공구력 등에 휨이나 뒤틀림이 생기지 않도록 주의해야 하며 얇은 공작물에 변형이나 기계가공면에 상처(압흔)가 생기지 않도록 조심해야 한다.
클램프의 역할은 작업 시 공작물이 움직이지 않도록 고정하는 것이지만, 작업성과 밀접한 관계에 있으므로 클램프 설계 시 주의가 필요하다.
■치공구의 분류
지그는 제품의 모양과 가공 조건에 따라 여러 가지 형태로 제작되므로 분류 방법도 여러 가지가 있다. 그러나 일반적으로 가공 조건에 의한 분류, 성능에 의한 분류, 모양에 의한 분류, 기구에 의한 분류가 있다.
⊙작업 용도에 따른 분류
-기계 가공용 : 드릴, 밀링, 선반, 연삭 등
-조립용 : 나사체결, 리벳, 접착 등
-용접용 : 위치결정용, 자세유지, 구속용 등
-검사용 : 측정, 형상, 재료시험 등
-기타 : 자동차엔진조립, 용접지그 등
⊙가공 조건에 의한 분류
-지그는 각종 공작기계와 함께 사용하여 가공하는 경우가 많으므로 각각의 공작기계나 가공 조건에 따란 다음과 같이 분류한다.
-드릴링 머신 지그
-연삭기용 지그
-밀링 머신 지그
-플레이너용 지그
-선반용 지그
-셰이퍼 지그
-보링 머신 지그
-검사나 조립용 지그
⊙성능에 의한 분류
지그에는 특정한 부품을 가공하기 위한 전용 지그와 유사한 부품을 포함한 여러 부품을 가공할 수 있는 공용지그가 있다. 전용 지그는 가공 목적 및 가공물의 모양에 따라 다양하고 종류도 많으며, 공용 지그는 바이스 기구를 사용한 것 또는 V블록을 사용한 것 등이 있다.
⊙모양에 의한 분류
모양에 따라 판형, 개방형, 둘러싸기형, 분할형, 바이스형, 교대형, 척형, 연속형, 모방형 등으로 분류할 수 있다.
⊙기구에 의한 분류
지그는 가공물을 정확한 위치에 위치결정하고 고정하는 체결기구에 따라 다음과 같이 분류된다.
-나사 체결형
-캠 체결형
-편심축 체결형
-척 체결형
-기압 체결형
-쐐기 체결형
■지그(JIG)
고정구를 포함한 총칭으로 기계가공에서 공작물을 고정, 지지하거나 공작물에 부착 사용하는 특수장치로 공작물을 위치 결정하여 클램프 할 뿐만 아니라 공구를 공작물에 안내(Bush)하는 장치를 포함한다. 지그는 개방형 지그(Open Jig)와 밀폐형 지그(Closed Jig)로 분류할 수 있으며, 개방형 지그는 부시가 공작물에서 가공이 필요한 한 쪽 방향에만 위치하는 것으로 공작물의 장착(Loading)과 장탈(Unloading)이 용이하여 한 쪽 면만 드릴 가공할 수 있고, 공작물의 두 면 이상 드릴 작업할 수 있는 것을 밀폐형 지그라고 하며, 대표적인 것이 상자형 지그(Box Jig)이다.
■고정구(Fixture)
기계가공을 위한 공작물의 위치결정 및 클램프하여 고정하는 징치로 Setting block 과 Feeling gauge의 위치장치를 포함한다.
■치공구 설계의 기본원칙
⊙가공물의 수량과 납기 등을 고려하여 가공물에 적합하고 간단한 치공구를 만든다.
⊙표준 범용 치공구나 사용하지 않는 치공구를 개조 또는 수리하는 방법을 검토한다.
⊙치공구를 설계할 때는 중요한 부품들은 되도록 전문 업체에서 생산되는 표준 규격품을 사용한다.
⊙손으로 조작하는 치공구는 충분한 강도와 함께 될도록 전문 업체에서 생산되는 표준 규격품을 사용한다.
⊙클램핑 힘이 작용하는 거리는 되도록 짧고 간단하게 설계한다.
⊙치공구 본체에 대해서는 칩과 절삭유가 배출할 수 있도록 설계한다.
⊙치공구 본체에 가공을 위한 공구 위치 또는 측정을 위한 세트 블록을 설치한다.
⊙가공 압력이 클램핑 요소에 작용하지 않고 되도록 위치결정면에 하중이 걸리지 않도록 한다.
⊙단조품의 분할면, 주형의 분할면, 탕구 및 출탕구의 위치에 하중이 걸리지 않도록 한다.
⊙클램핑 요소는 되도록 스패너, 핀, 쐐기, 해머와 같이 여러 가지 부품을 사용하지 않는다.
⊙치공구의 제작비와 손익 분기점을 충분히 고려한다.
⊙제품의 재질을 고려하여 적합한 것을 선택한다.
⊙정밀도가 필요하지 않거나 조립과 직접 관계없는 곳에는 불필요한 기계가공을 하지 않는다.
⊙정확한 작업이 필요한 부분에 지나치게 정밀한 공차를 주지 않는다.
⊙치공구 도면에 주석 등을 명기하여 최대한 단순화시킨다.
※지그의 종류
■형판(Template) 지그
공작물의 수량이 적거나 정밀도가 요구되지 않는 경우에 사용한다.
⊙평판 형판 지그
그림과 같이 평면에서 위치결정핀에 의하여 구멍의 위치를 경정하는 데 사용한다. 플레이트의 두께는 구멍 또는 공구 직경의 1~2배로 한다.
⊙원판 형판 지그
그림과 같이 원통형의 가공물에 사용하고 외경 및 내경으로 위치결정을 하며 일반적으로 둥근 구멍 모양일 때 사용한다.
⊙네스팅 형판 지그
가공물의 위치결정을 하기 위하여 공동 네스트나 핀 네스트로 사용한다. 템플릿 지그는 가공물의 형상이나 모양에 거의 일치시켜서 사용한다. 단지 공동이 매우 복잡하므로 지그의 가격은 비싸다.
■판형(Plate) 지그
형판 지그와 유사하나 간단한 위치결정 기구와 클램핑 기구가 있으며, 제작될 가공물의 수량 여부에 따라 부시를 사용하지 않고 간단히 사용하는 곳도 있다.
■테이블 또는 개방형(Table or Open) 지그
플레이트 지그의 일종으로 리프 또는 뚜껑이 없이 나사, 쐐기, 캠 등으로 가공물을 견고히 클램핑한 후 작업한다.
■샌드위치형(Sandwich) 지그
가공물의 위 아래를 보호한 상태에서 가공되는 형태로, 가공물이 얇거나 연질의 재료인 경우에 가공 중 발생하는 변형을 방지하기 위하여 사용한다.
■링(Ring)형 지그
원판 템플릿 지그를 수정 보완한 판형 지그의 일종으로 주로 링형의 가공물을 가공할 때 사용되는 지그이다.
■바깥지름(Diameter) 지그
판형 지그의 일종으로 축(Shaft), 핀 모양의 원형 가공물을 드릴 작업할 때 주로 사용하며 V블록에 의한 위치결정과 토글 클램프에 의한 탈거 및 부착이 비교적 쉽다.
■바이스형(Vise) 지그
기존 기계 바이스를 개조한 형태로, 가공물에 따라 조를 특수 제작하여 사용한다. 가공물의 형태가 바뀌어도 간단하게 조를 바꿀 수 있고 신속한 클램핑이 가능하며 튼튼한 구조를 가지고 있다.
■분할형(Indexing) 지그
행글 플레이트 지그는 가공물을 일정한 거리와 각도로 분할하여 정확한 간격으로 구멍을 뚫거나 기어와 같이 분할이 어려운 가공물을 가공하기 위하여 사용된다.
■박스 및 텀블(Box or Tumble) 지그
지그의 형태가 상자형이고, 가공물을 한 번 부착하여 지그를 회전시키면서 여러 면을 가공할 수 있다.
■리프형(Leaf) 지그
리프형 지그는 힌지핀(Hinge Fin)으로 연결된 리프를 열고 가공물을 부착 및 탈거하는 지그이다.
■채널(Channel) 지그
채널 지그는 두 면에 부시를 설치하여 가공하거나 제3표면을 가공할 때 사용한다. 이것은 박스 지그의 일종으로 정밀도보다 생산 속도를 증가시키기 위해 가장 단순하고 기본적인 형태를 하고 있으며, 지그 본체는 고정식과 조립식이 있다.
■트러니언형(Trunnion) 지그
일종의 샌드위치 또는 상자형의 지그를 트러니언에 올려 놓고 가공물을 분학해 가면서 가공하는 지그이다.
■멀티스테이션(Multistation) 지그
일반적으로 1개의 지그로 한 종류의 작업만 가능하지만, 이 지그는 특수하게 설계된 드릴링 머신의 회전 테이블 위에서 여러 종류의 작업을 할 수 있는 지그이다.
※고정구의 종류
가공물의 모양에 따라 고정구(Fixture)의 형태도 결정되며 주로 플레이트나 앵글 플레이트 형태가 가장 많이 사용된다. 지그와 고정구는 위치결정 기구와 클램핑 장치가 근본적으로 같지만 고정구에는 많은 절삭력이 작용하기 때문에 지그보다 견고하게 만들어져야 하며, 기준면에 의한 지지구도 고려하여야 한다.
■플레이트(Plate) 고정구
고정구 중에서 가장 많이 사용되고 가장 단순한 형태이다. 기본적인 고정구는 플레이트 또는 V블록으로 기준을 설정하여 가공물의 위치결정을 하고 클램핑하는 형태이다.
■앵글 플레이트(Angle Plate) 고정구
플레이트 고정구는 수직판을 직각으로 설치한 것으로 밀링 고정구와 선반의 면판 고정구로 많이 사용된다. 이 고정구는 가공물을 위치결정 기구와 직각으로 기계 가공하는 것으로 강한 절삭력이 작용하면 본체가 약하므로 바드시 보강판을 설치하여야 한다.
앵글 플레이트 고정구는 보통 90º의 각도로 되어 있으나 다른 각도를 사용하기도 한다. 여기서는 위 그림과 같이 수정된 앵글 플레이트 고정구를 사용한다.
■분할(Indexing) 고정구
분할 고정구는 분할 지그와 매우 유사하다. 가공물을 일정한 간격으로 기계 가공할 때 사용한다. 그림과 같이 부품은 분할 고정구를 사용한 예이다.
■멀티스테이션(Multistation) 고정구
멀티스테이션 고정구는 가공 사이클이 계속되는 경우에 생산 속도와 생산량을 향상시키기 위해 사용된다. 2단 고정구(Duplex Fixture)는 2개의 스테이션을 가진 가장 간단한 다단 고정구이다.
■총형(Profiling) 고정구
공작기계로 가공할 수 없는 윤곽을 절삭할 수 있도록 절삭 공구를 안내하는 구조이다. 내면과 외면의 윤곽 모두를 사용할 수 있고, 커터는 고정구와 계속 접촉되어 있으므로 가공물은 고정구의 윤곽에 따라 절삭할 수 있다.
