가공공정 및 공작기계의 이해

가공은 재료(일반적으로 금속)를 지정된 최종 형태 및 크기로 절단하는 제어된 재료 제거 기술입니다. 빼기 제조는 제어된 재료 추가를 포함하는 적층 제조와 달리 이러한 공통 패턴을 갖는 절차를 말합니다. 또한,  "제어된" 요소의 정확한 의미는 다양하지만 종종 기계 도구의 사용을 수반합니다.

 

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가공은 수많은 금속 제품을 만드는 데 사용되지만 목재, 플라스틱, 세라믹 및 복합 재료와 같은 다른 재료를 만드는 데에도 사용할 수 있습니다. 기계공은 가공을 전문으로 하는 사람을 뜻하며 기계 공장은 기계 가공이 이루어지는 공간, 건물 또는 회사입니다. 밀링, 선반 및 기타 절단 장비의 움직임과 작동을 제어하기 위해 컴퓨터를 사용하는 컴퓨터 수치 제어(CNC)는 현대 기계 가공에 많이 활용되며 이것은 CNC 기계가 무인으로 작동하도록 함으로써 효율성을 향상시키고 기계 공장의 인건비를 낮춥니다.

 

이번 포스팅에서는 가공 프로세스의 정의, 응용 프로그램, 목적 및 기능, 다이어그램, 유형, 작업, 작업, 장점 및 단점을 살펴보고 공작 기계라는 용어에 대해서도 알아보도록 하겠습니다.

 

기계가공 공정이란?

가공은 재료를 특정 형태와 크기로 성형하고 크기를 조정하는 과정입니다. 일반적으로 기계 가공은 금속 가공과 관련이 있지만 목재, 플라스틱, 세라믹, 석재 및 기타 재료의 제조를 나타낼 수도 있습니다. 특정 목적을 위해 특정 모양으로 성형하려는 원자재가 있는 경우 가공 절차를 행하고 이러한 절차에 의해 너트와 볼트, 자동차 부품, 플랜지, 드릴 비트, 명판 및 다양한 산업 분야에서 사용되는 다양한 기타 장비 및 사물이 기계 가공 제품을 생산합니다.

기계가공은 작업면을 밀어내는 절삭공구를 이용하여 준비된 블랭크에서 칩 형태의 잉여 소재를 점진적으로 제거하여 적절한 치수로 작업을 생성하고 표면을 연마하는 중요한 마무리 기술이라고 볼 수 있습니다. 공작 기계는 칩 형태의 여분의 재료를 제거하여 원하는 정확도로 제품의 크기, 모양 및 가공을 수행하는 전동식 장비로 선반 기계, 드릴링 기계, 성형 기계, 대패 기계 등이 공작 기계의 예입니다. 마지막으로 공작물 표면의 재료를 제거하기 위해 절삭 공구가 사용되며 작업을 수행하려면 공작물보다 단단해야 합니다.

 

목적

기어, 베어링, 클러치, 공구, 나사 및 너트와 같은 대부분의 기술 구성 요소는 제대로 작동하기 위해 치수 및 형태 정확성뿐만 아니라 우수한 표면 광택이 필요합니다. 예를 들어 주조 및 단조와 같은 수행 기술은 필요한 정확성과 광택을 낼 수 없습니다. 블랭크로 알려진 이러한 준비된 부품은 기계 가공 및 연삭을 통해 수행되는 반마무리 및 마무리가 필요합니다. 연삭은 본질적으로 가공과 동일하며 높은 수준의 정확도와 광택으로 가공하면 제품이 다음을 수행할 수 있습니다.

 

 

가공 공정의 종류

기존 가공 공정

기존의 가공 공정은 전통적인 방식, 즉 정교한 방법을 사용하지 않고 가공을 수행하는 공정입니다. 결과적으로 이 가공 방법은 전통적인 가공으로도 알려져 있습니다. 테이퍼링을 위한 선반 기계의 테이퍼 도구와 같은 예리한 포인트 절삭 도구는 가공을 위해 이 기술에 사용됩니다. 다음은 기존 가공 공정의 종류입니다.

터닝 머신
종종 엔진 선반으로 알려진 수평 금속 선삭 기계는 모든 공작 기계 중에서 가장 중요합니다. 많은 핵심 기계 원리가 다른 공작 기계의 설계에 포함되어 있어 다른 모든 공작 기계의 아버지가 되었습니다. 엔진 선반은 터닝, 페이싱 및 드릴링을 포함한 다양한 작업에 사용할 수 있는 간단한 공작 기계입니다. 단일 지점 절삭 공구로 회전하고 구멍을 뚫습니다. 선삭 절차에는 직선 또는 테이퍼 원통 모양, 홈, 어깨 및 나사산을 선삭하는 것뿐만 아니라 원통 조각의 끝 부분에 평평한 표면을 대면하는 것이 포함되며 가공물의 외부 직경에서 칩 형태로 여분의 금속을 절단하는 작업이 수반됩니다. 드릴링, 보링, 리밍, 카운터보링, 카운터싱킹, 단일 지점 도구 또는 탭을 사용한 나사 가공과 같은 가장 일반적인 구멍 가공 작업은 내부 원통형 작업에 포함됩니다.

연삭기
연삭기는 연삭 휠 또는 연마 벨트라고도 하는 회전 연마 휠을 사용하여 금속 부품에서 미세한 칩을 제거합니다. 모든 기본 가공 기술 중 가장 정밀한 것은 연삭입니다. 단단하거나 부드러운 품목은 최신 연삭기(0.0025밀리미터)를 사용하여 ±0.0001인치의 공차로 연마됩니다.

 

셰이퍼 및 플레이너
단일 포인트 도구는 성형 및 계획 작업 중에 평평한 표면, 홈, 숄더, T-슬롯 및 각진 표면을 가공하는 데 사용됩니다. 가장 큰 셰이퍼는 최대 36인치 길이의 구성 요소를 처리할 수 있으며 36인치 절단 스트로크가 있습니다. 셰이퍼의 절삭 공구가 진동하여 전방 스트로크에서 절삭하고 리턴 스트로크에서 공작물을 공구 쪽으로 자동으로 공급합니다.

밀링 머신
이러한 유형의 가공 공정에서 공작물은 금속을 절단하는 밀링 머신의 밀링 커터라고 하는 회전 절삭 공구에 대해 공급됩니다. 광범위한 밀링 작업을 위해 다양한 모양과 크기의 커터가 제공됩니다. 평평한 표면, 홈, 숄더, 경사면, 도브테일 및 T-슬롯은 모두 밀링 머신으로 절단됩니다. 오목한 형태와 볼록한 홈, 라운딩 모서리 및 기어 톱니 절단을 위해 다양한 형태 톱니 커터가 사용됩니다.

드릴링 머신
드릴 프레스라고도 하는 드릴링 머신은 트위스트 드릴을 사용하여 금속에 구멍을 뚫습니다. 또한 리밍, 보링, 카운터보링, 카운터싱킹, 태핑 부착물이 있는 태핑 내부 나사산과 같은 기본 구멍 가공 작업을 수행하기 위해 다양한 다른 절삭 공구를 사용합니다.

 

프레스
전단, 블랭킹, 성형, 드로잉, 굽힘, 단조, 압인, 업세팅, 플랜징, 압착 및 해머링은 금속 부품을 만드는 데 사용되는 작업 중 일부입니다. 이러한 모든 작업에는 앤빌이나 베이스에 대해 누를 수 있는 이동 가능한 램이 있는 프레스가 필요합니다. 중력, 기계적 연결, 유압 또는 공압 시스템은 모두 움직이는 램에 동력을 공급하는 데 사용될 수 있습니다.

 

비 통상적 인 기계 가공

기존의 가공 공정은 공구가 공작물보다 더 강하다는 생각에 기반을 두고 있습니다. 그러나 일부 재료는 기존 프로세스를 사용하여 가공하기에는 너무 단단하거나 부서지기 쉽습니다. 예를 들어 항공 엔진에 극도로 단단한 니켈 기반 및 티타늄 합금을 사용하면서 비전통적인 기계 가공 기술, 특히 "전기적 방법"에 대한 관심이 촉발되었습니다. 다음은 비 전통적인 기계 가공 기술의 다양한 유형입니다.

 

전자빔 가공(EBM)
EBM은 직경이 0.001인치(0.025mm)만큼 작은 구멍이나 두께가 최대 0.250인치(6.25mm)인 재료에서 0.001인치만큼 좁은 슬롯을 절단할 수 있습니다. 반도체 부문에서 EBM은 광 광학 생산 방법의 대안으로도 사용됩니다.

방전 가공(EDM)
전극과 공작물은 유전체 액체에 잠기며 피드 메커니즘은 전극과 공작물 사이의 스파크 갭을 0.0005~0.020인치(0.013~0.5밀리미터)로 유지합니다. 스파크 방전이 작업물의 작은 입자를 녹이거나 증발시키면 입자가 씻겨 나가고 전극이 전진합니다. 이 절차는 거의 모든 형태의 다이, 몰드, 구멍, 슬롯 및 캐비티를 가공하는 데 사용되며 정확하지만 느립니다.

전기화학 가공(ECM)
ECM은 역으로 전기 도금을 복제합니다. 이 공정에서 금속은 전해 전지에서 제어된 속도로 직류로 공작물에서 용해됩니다. 일정한 간격을 유지하기 위해 하나의 전극이 다른 전극에 더 가깝게 이동할 때 양극 공작물은 보완적인 모양으로 가공됩니다. 공구 마모가 적고 더 부드러운 음극 공구로 더 단단한 공작물을 처리할 수 있는 능력은 ECM의 두 가지 장점입니다. ECM은 무엇보다도 디버링, 작은 구멍 드릴링 및 매우 단단한 터빈 블레이드 가공을 위해 항공기 엔진 및 자동차 산업에서 사용됩니다.

 

이온 빔 가공(IBM)
IBM은 거의 모든 재료를 정밀하게 가공할 수 있기 때문에 반도체 산업과 비구면 렌즈 생산에 활용됩니다. 접착력을 향상시키기 위한 텍스처링 표면, 레이저 미러와 같은 장치에서 원자적으로 깨끗한 표면 생성, 얇은 코팅의 두께 변경은 모두 이 기술이 사용되는 방식의 예입니다.

레이저 가공(LM)
LM은 강렬한 레이저 빔으로 재료를 녹이고 증발시키는 금속 또는 내화 재료 절단 기술입니다. 레이저 드릴링은 표준 방법을 사용하여 처리하기에는 너무 단단한 재료에 미세한 구멍(0.005~0.05인치[0.13~1.3밀리미터])을 절단하는 데 사용됩니다.

플라즈마 아크 가공(PAM)
산소 아세틸렌 토치로 성공적으로 절단할 수 없는 금속을 포함하여 대부분의 금속은 이 방법으로 절단할 수 있습니다. PAM 기술은 튼튼한 토치를 사용하여 최대 6인치(15cm) 두께의 알루미늄 합금과 최대 4인치(10cm) 두께의 스테인리스 스틸을 절단하는 데 사용되었습니다. 플랫 플레이트 프로파일 절단, 스테인리스강 그루브 절단 및 선반에서 터닝하는 거대하고 경화된 강철은 모두 이 절차에 대한 응용 프로그램입니다.

 

기존 및 비전통 가공 공정의 장단점

기존 가공의 장점
▷ 높은 수준의 표면 조도를 얻는 것은 거의 불가능합니다.
▷ 가공은 목재, 플라스틱, 합성물 및 세라믹을 포함한 다양한 재료에서 이루어집니다.
▷ 나사산, 매우 곧은 모서리, 정확한 원형 구멍 및 기타 기하학적 측면을 모두 달성할 수 있습니다.
▷ 치수 정확도가 우수합니다.

기존 가공의 단점
▷ 작업자의 효율성은 생산된 구성 요소의 정확성을 결정합니다.
▷ 제조에 일관성이 부족합니다. 결과적으로 구성 요소에 대한 완전한 검사가 필요합니다.
▷ 운영자의 요구 사항은 출력 속도를 낮추는 것입니다.
▷ 대규모 인력이 투입돼 노동문제가 심각할 것이다.
▷ Parabolic Curvature 구성 요소 및 Cubicle Curvature 구성 요소와 같은 복잡한 형상을 제조하는 것은 어렵습니다.
▷ 구성 요소의 빈번한 디자인 수정은 현재 레이아웃에 수용할 수 없습니다.

 

비 전통적인 가공 공정의 장점
▷ 높은 수준의 정밀도와 표면 마감을 가지고 있습니다.
▷ 물리적 도구를 사용하지 않기 때문에 도구 마모가 없습니다.
▷ 작은 칩은 고사하고 칩도 만들지 않습니다.
▷ 작동 중에는 더 조용합니다.
▷ 간단하게 자동화할 수 있습니다.
▷ 어떤 복잡한 형상도 가공할 수 있습니다.

비 전통적인 가공 공정의 단점
▷ 초기 또는 설정 비용이 높습니다.
▷ 고도의 능력을 갖춘 노동이 필요합니다.
▷ 금속 제거율이 더 낮습니다.
▷ 가공에는 더 많은 힘이 필요합니다.
▷ 대규모 제조업체에게는 비용 효율적이지 않습니다.