※가공물 관리
가공물 관리란, 가공 공정 중에서 일정한 변위 한계량에 따라 가공물을 관리하기 위해 위치를 제어하는 것을 말한다. 즉 여러가지 요인이 변화하더라도 가공물과 치공구는 항상 일정한 위치를 유지하도록 해야 한다.
■가공물 관리의 목적
-어떤 요인에도 불구하고 공구와 가공물이 일정한 상대적 위치를 유지해야 한다.
-절삭력, 체결력 등 외부의 힘에 관계없이 가공물은 일정한 위치를 유지해야 한다.
-공구, 체결(고정)력 및 물성 등에 따라 가공물에 큰 휨이나 변형이 발생하지 않도록 해야 한다.
-작업자의 숙련도에 관계없이 가공물의 위치를 잘 유지해야 한다.
■평형 이론
⊙직선 평형(Linear Equilibrium)
그림과 같이 자유상태의 물체에 한 방향으로 힘을 가하면 물체는 평형을 잃고 직선방향으로 움직인다. 이러한 물체의 평형을 유지하기 위해서는 가은 크기의 힘을 반대 방향으로 작용시켜서 물체가 움직이지 않도록 한다. 그러면 직선 방향으로 물체가 움직이지 않고 직선 평형이 된다.
⊙회전 평형(Rotational Equilibrium)
평형을 유지하기 위해서는 같은 크기의 모멘트가 반대 방향으로 작용해야 한다. 이처럼, 크기가 같은 모멘트가 서로 반대로 작용하여 물체의 평형 상태를 유지하는 것을 회전 평형이라 한다.
■위치 결정
위치결정의 선택은 공정 설계자의 책임이지만 치공구 설계자도 위치결정 방법의 개념을 잘 알아야 한다. 기본적인 위치결정은 가공물의 평형에 있고, 평형은 위치결정과 체결(고정)력을 결정할 수 있다. 가공물의 위치결정구를 통하여 위치결정에 대한 개념을 확립할 수 있다.
⊙공간에서의 움직임
공간에서의 정육면체는 3개의 직선운동과 3개의 회전운동이 발생한다.즉 X, Y, Z 축 방향의 직선운동과 회전운동을 합쳐서 모두 12방향으로 움직인다. 이와 같이, 위치결정의 기본 개념은 가공물의 운동을 제한하여 평형 상태를 만드는 것이다. 기본적으로 평형 상태로 만들기 위해서 하나의 위치결정구로 한 방향의 운동을 억제할 수 있다. 그렇지만 위치결정은 6방향의 운동을 제한해야 한다.
⊙3-2-1 위치결정법
위치 결정을 위한 최소의 요구조건이다. 정육면체의 공작무을 위치 결정구를 배열하는 것을 위치 결정법이라 하며, 육면체의 가장 이상적인 위치 결정법은 3-2-1 위치 결정 방법이다. 이는 가장 넓은 표면에 3개의 위치 결정구를 설치하고, 넓은 측면에 2 개를 설치하고, 좁은 측면에 1개의 위치 결정구를 설치하는 것을 말한다.
⊙2-2-1 위치결정법
원통형 가공물의 위치결정을 할 경우, 가장 이상적인 위치결정 방법은 위의 그림과 같다. 즉, 가공물의 원통부에 2개씩 2곳에 설치하고, 단면에 1개의 위치결정구를 설치하여 안정감을 유지한다.
⊙4-2-1 위치결정구
밑면에 4번째 위치결정구를 추가하여 사각형의 지지 면적을 만들면 안정감을 얻는 원리를 4-2-1 위치결정법이라 한다. 기계가공된 가공물의 모든 면에 고정식 위치결정구를 사용할 수 있는 장점도 있다. 또 4개의 위치결정면에 가공물을 설치할 수 있지만, 만약 칩이나 이물질이 끼면 가공물은 안정성을 잃고 흔들린다.
※형상 관리(기하학적 관리 : Geometric Control)
■직육면체 형상
직육면체 형상에서는 지켜야 할 규칙이 3가지가 있다.
1. 가공물 위치결정 평면을 결정하기 위해서 가장 넓은 표면에 3개의 위치결정구를 배치한다.
2. 2개의 위치결정구는 두 번재로 넓은 표면에 배치한다.(보통 옆면에 배치한다.)
3. 1개의 위치결정구는 가장 좁은 표면에 배치한다.(보통 끝면에 배치한다.)
■원기둥 형상
⊙ 짧은 원통
높이가 지름보다 작은 경우는 위치결정구를 5개 설치한다.
1. 평면을 결정하기 위해 3개의 위치결정구를 밑면에 배치한다.
2. 2개의 위치결정구를 원주에 배치한다.
3. 중심에 대한 회전을 방지하기 위하여 마찰구를 사용한다.
⊙ 긴 원통
높이가 지름보다 큰 경우 5개의 위치결정구가 필요하다.
1. 원주 표면의 양쪽 끝 부분에 직각이 되도록 2개씩 가깝게 놓아 4개의 위치결정구를 배치한다.
2. 한쪽의 끝면 상에 1개의 위치결정구를 놓는다.
3. 중심선에 대한 회전을 방지하기 위하여 필요하다면 마찰구를 사용한다.
■원추 형상
⊙짧은 원추는 5개의 위치결정구가 필요하다.
1. 밑면에 3개의 위치결정구를 배치한다.
2. 원주면 아래에 2개의 위치결정구를 사용한다.
⊙ 긴 원추는 5개의 위치결정구가 필요하다.
1. 원추면에 2쌍의 위치결정구 4개를 배치한다.
2. 밑면에 1개의 위치결정구를 배치한다. 원추형도 원통형과 비슷하게 관리한다.
■ 피라미드 형상
⊙ 짧은 피라미드형은 6개의 위치결정구가 필요하다.
1. 3개의 위치결정구를 밑면에 배치한다.
2. 2개의 위치결정구를 밑면의 가장 긴 모서리에 배치한다.
3. 1개의 위치결정구를 밑면의 가장 짧은 모서리에 배치한다.
⊙ 긴 피라미드형(정사각추, 직사각추)도 6개의 위치결정구가 필요하다.
1. 가장 긴 정사면에 3개의 위치결정구를 배치한다.
2. 가장 작은 경사면에 2개의 위치결정구를 배치한다.
3. 밑면에 1개의 위치결정구를 배치한다.
■ 파이프 형상
파이프 형상 내면의 위치결정을 할 때는 원통과 같은 기본적인 방법을 그대로 사용한다. 또한 가공물 안에 있는 구멍도 원통과 같은 방법으로 위치결정을 한다.
※기계적 관리
기계적 관리는 공작물을 관리할 때 발생되는 외력에 의하여, 공작물의 변형 및 치수 변화가 없도록 관리하는 것을 말한다.
■기계적 관리를 위한 기본 조건
-절삭력으로 인해서 휨이 발생하지 않을 것
-고정력으로 인한 공작물의 휨이 발생하지 않을 것
-자중으로 인한 공작물의 휨이 발생하지 않는 것
-고정력이 가해질 때 공작물이 모든 위치 결정구에 닿도록 할 것
-고정력으로 인해 공작물의 영구 변형이나 휨이 발생되지 않도록 할 것
-절삭력으로 인해 공작물이 위치 결정구로부터 이탈되지 않게 할 것
■양호한 기계적 관리
-체결력은 정확한 위치에 클램프 한다.
-지지구를 정확한 위치에 설치한다.
-위치 결정구를 정확한 위치에 배치한다.
⊙가공물의 휨
공구의 절삭깊이, 이송, 절삭속도가 너무 크면 절삭시 공구가 공작물에 휨과 비틀림을 발생하게 하여 절삭력 제거 시 노치부는 스프링 백 현상에 의해 공작물을 원래상태로 되돌아가나 홈 부의 가공치수가 제품 공차를 초과하게 된다.
⊙가공물의 뒤틀림 발생
가공물의 탄성 한계를 넘어서 휨이 발생하면 어느 정도는 원래 상태로 복원되나 일부는 영구변형 상태로 남아서 불량품이 되므로 교정 작업이 필요하다.
⊙절삭력
공구에 의해 공작물에 바람직하지 못한 형상 변화가 생기면 기계적 관리가 불량하게 된다. 따라서 기계적 관리는 절삭력에 의해 잘못된 형상으로 가공되는 것을 방지하는 것이다.
⊙지지구
공작물의 휨, 뒤틀림을 제한하거나 정지시키는 장치로 기계적 관리를 좋게 하는 수단으로 사용된다. 위치 결정구보다 다소 낮게 설치하거나 같게 설치한다. 지지구에는 3가지 형태가 있으며, 고정식(Fixed) 지지구, 조정식(Adjustable) 지지구, 동시형(Equalizing) 이다. 공작물의 형상 관리를 보완하고 공작물의 위치를 정적으로 안정시키는 요소로서 일반적으로 수동으로 작동되는 나사와 플런저, 스프링과 쐐기 및 공, 유압 작동 플런저 등 기계적 관리를 위해 사용되고 있다.
⊙공구의 회전 방향
상향 절삭 : 공구의 회전방향과 공작물의 이송방향이 서로 반대로 작용한다.
하향 절삭 : 공구의 회전방향과 공작물의 이송방향이 서로 같은 방향으로 작용한다.
⊙체결력
기계적 관리의 두 번째 목표는 클램프의 체결력(Clamping Force)을 사용하는 것이다.
체결력은 형상 관리와 치수 관리가 양호한 상태에서 작용시키고, 가공물의 기계적 관리를 위하여 필요한 힘이다. 공정 설계자와 치공구 설계자는 절삭력의 크기, 위치결정구 배치, 클램핑 장치 및 위치결정구를 잘 설계하여야 한다.
