안녕하세요. 메카럽입니다.
이번 포스팅부터 동력전달장치를 마무리하고 치공구(Jig)에 대해서 알아보도록 하겠습니다.
이번 포스팅에서는 치공구 요소들에 대한 규격보다는 도대체 치공구(Jig)가 뭔지, 치공구는 어떤 것들이 있는지 기본적인 개념을 먼저 설명해드리는 포스팅이 될 것 같습니다. 개념을 익히면 이해도 잘 되시리라 생각합니다.
치공구(Jig, 治工具)란?
각종 제품을 공작하여 생산할 때 사용되는 공구류로 제품의 치수를 통일시키는 기준 치공구와 제품을 작업대에 고정시키고 주 절삭 공구의 작업을 용이하게 해 주는 생산 치공구가 있습니다. 이는 주로 제품을 공작하여 대량으로 제작하는 경우에 사용하곤 합니다.
(1) 기준 치공구
제품 도면과 함께 제품의 호환성, 연관성, 형상 및 치수의 기준을 제공하는 형상 기준(master model, tooling form), 기준 게이지(master gage), 제품 샘플(production sample) 등으로서 생산 치공구 제작에 사용되는 치공구를 총칭합니다.
(2) 생산 치공구
제품 생산에 직접 적용되는 치공구로 조립 치공구, 성형 치공구, milling 치공구, templates, production aid, electronic harness board 등을 포함합니다.
(3) 비설계 치공구
생산 치공구 중 치수로 규정된 도면을 갖지 않는 치공구로서 1:1 원도면을 이용하여 제작되며, templates, form blocks, router form 등이 포함됩니다.
또한, 일반적으로는 보조공구를 치공구라고 하며, 도금에서는 걸고리를 치공구라고 하며 걸고리는 피도금물을 도금욕 중에서 유지시키는 전기도체로 동, 황동, 스테인리스 등으로 만들어집니다. 보조양극, 보조음극이 삽입되는 경우도 있는데 전기에 불필요한 부분은 내약품성의 레지스트나 테이프로 절연하여 사용하며 걸고리는 랙(Rack), 앵커(Anchor) 등이라고도 합니다.
치공구의 3요소
동일한 다수의 공작물을 가공이나 조립을 하기 위해서는 어느 공작물이나 동일한 위치에서 위치결정 및 고정되어, 가공이나 조립 중에 움직이지 않도록 해야 합니다. 여기서 공작물이 같은 위치에 위치결정 되어 고정된다는 것은 그 각각의 공작물이 같은 위치결정면에서 공작물의 기준이 결정되고, 반대편에서 클램프로 고정합니다. 여기에 사용되는 클램프는 외력에 충분히 견딜 수 있어야 하며 치공구의 3요소는 다음과 같습니다.
▣ 위치 결정면
공작물이 X, Y, Z축 방향으로 직선 또는 회전운동을 제한하기 위하여 위치결정을 설치하는 면을 위치결정면이라고 합니다. 일정한 위치에서 공작물의 기준면을 설정하는 것으로 일반적으로는 밑면이 되며 3차원 상태의 공작물에서 6개 방향 움직임을 제한하기 위해 X, Y, Z방향의 3개의 위치결정면이 필요하고 나머지 6개 방향의 움직임은 고정력으로 제한합니다.
▣ 위치 결정구(Locator)
공작물의 회전방지나 일정한 위치나 자세 유지를 위해 사용되며, 일반적으로 공작물의 측면이나 구멍에서 주로 위치결정 핀을 설치하는데 이를 위치결정구라고 합니다. 위치결정구는 제품의 품질과 직접 관련이 있으므로 설계나 제작 시에 신중히 고려해야만 합니다.
▣ 클램프(Clamp)
위치결정구 반대방향에서 공작물의 움직임을 제한하고자 할 때 사용하는 공작물 고정 장치가 클램프이며, 공작물의 휨이나 변형이 생기지 않도록 해야하며, 6개 방향의 움직임을 제한합니다. 절삭력이나 공구력 등에 휨이나 뒤틀림이 생기지 않도록 주의해야 하며 얇은 공작물에 변형이나 기계가공 면에 상처(압흔)가 생기지 않도록 조심해야 합니다.
클램프의 역할은 작업 시 공작물이 움직이지 않도록 고정하는 것이지만, 작업성과 밀접한 관계에 있으므로 클램프 설계 시 주의가 필요합니다.
치공구 설계의 기본원칙
○ 수량과 납기 등을 고려하여 공작물에 적합하고 단순하게 치공구를 결정
○ 표준 범용 치공구의 이용, 사용하지 않는 치공구를 개조하거나 수리를 고려
○ 중요 구성부품은 전문업체에서 생산되는 표준규격품을 사용
○ 손으로 조작하는 치공구는 충분한 강도를 가지면서 가볍게 설계
○ 클램핑 힘이 걸리는 거리를 되도록 짧고 단순하게 설계
○ 치공구 본체에 가공을 위한 공구위치 및 측정을 위한 세트블록 설치
○ 치공구 본체에 대해서는 칩과 절삭유가 배출할 수 있도록 설계
○ 가공압력은 클램핑 요소에서 받지 않고 위치 결정면에 받도록 설계
○ 단조품의 분할면, 주형의 분할면 탕구 및 압탕구의 위치는 피함
○ 클램핑 요소에서는 되도록 스패너 , 핀, 쐐기와 같이 여러 부품을 사용을 지향
○ 치공구의 제작비 손익 분기점을 고려
○ 제품의 재질을 고려(경도, 강도 등)
○ 정밀도가 요구되지 않거나 조립이 되지않는 부분에는 가공작업을 지향
○ 정확한 작업을 요하는 부분에 대하여 지나치게 정밀한 공차 부여를 지향
○ 치공구 도면에 주기 등을 표시하여 최대한 단순화 함
치공구 설계 시 위 주의사항을 숙지하시고 설계하신다면 보다 좋은 품질의 치공구가 만들어질 것 같습니다.
고정구의 형태별 종류
◇ 플레이트 고정구 (Plate fixture)
고정구에서 가장 많이 사용되며 가장 단순한 형태이며 기본적인 고정구는 V블록 또는 플레이트에 공작물을 기준설정, 위치결정하고 클램핑 시킬 수 있도록 만들어진 형태입니다.
◇ 앵글 플레이트 고정구(angle-plate Fixture)
플레이트 고정구에 수직판을 직각으로 설치한 것으로 밀링 고정구와 면판에 의한 선반 고정구로 많이 사용되고 있습니다. 이 고정구는 공작물을 위치결정구와 직각으로 가공된 것이어서 강한 절삭력에는 보강판을 추가 설치해야 합니다.
◇ 바이스 조 고정구(Vise-jaw Fixture)
표준 바이스를 약간 응용한 것으로 작은 공작물을 가공하기 위해서 사용됩니다. 바이스의 조(Jaw) 부분을 공작물의 형태에 맞도록 개조한 것으로 제작비가 저렴하나 정밀도가 떨어집니다.
◇ 분할 고정구(Indexing Fixture)
분할 고정구는 플레이트 형태의 분할 판 형태이며 일정한 간격으로 가공해야 할 공작물에 사용됩니다.
◇ 멀티스테이션 고정구(Multistation Fixture)
이 고정구는 사이클로 가공이 계속 진행 될 때 생산 속도와 양을 향상시키기 위해 사용됩니다. 또한 절삭작업이 계속되는 동안에 탈착과 장착을 할 수 있으며 스테이션 1에서 공작물이 완료되면 고정구는 회전되고 스테이션 2에서 새로운 가공 사이클이 반복되기에 스테이션 1에 새로운 공작물을 장착할 수 있는 것 입니다.
◇ 총형 고정구(Profiling Fixture)
총형 고정구는 공작기계 자체로는 절삭할 수 없는 윤곽을 절삭할 수 있도록 절삭공구를 안내하는데 사용됩니다. 내면과 외면 모두 가능하나 커터는 고정구와 계속 접촉되고 있어 공작물은 고정구의 윤곽대로 절삭됩니다.
◇ 모듈러 고정구, 조절형 치공구 (Modular Fixture)
공작물의 품종이 다양하고 소량생산에 적합하도록 고안된 치공구로 본체와 각종 치공구 부품을 볼트로 결합하는 방식의 치공구이며 복합용 머시닝센터에서 가장 많이 사용됩니다.
이상으로 치공구와 관련된 기본적인 설계 원칙 및 치공구 설계3요소, 고정구의 형태별 종류에 대해서 알아보았습니다. 다음 포스팅부터는 치공구 요소들의 규격에 대해 자세히 알아보도록 하겠습니다.
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