기계 가공

기계가공은 재료(종종 금속)를 제어된 재료 제거 프로세스에 의해 원하는 최종 모양과 크기로 절단하는 공정입니다.이러한 공통 테마를 가진 공정을 총칭하여 적층 제조(3D 프린팅)와 달리 공작기계를 사용하는 감산 ^[1]제조라고 합니다.

기계가공은 많은 금속 제품 제조의 일부이지만 목재, 플라스틱, 세라믹 및 복합 ^[2]재료와 같은 다른 재료에도 사용될 수 있습니다.기계가공을 전문으로 하는 사람을 기계공이라고 한다.기계 가공이 이루어지는 방, 건물 또는 회사를 기계 공장이라고 합니다.오늘날 대부분의 기계가공은 컴퓨터 수치제어(CNC)에 의해 이루어집니다.컴퓨터 수치제어에서는 컴퓨터가 제분기, 선반 및 기타 절삭기의 이동과 작동을 제어하기 위해 사용됩니다.따라서 CNC 기계가 무인 작동하므로 기계 작업장의 인건비가 절감됩니다.

이력 및 용어

기계가공이라는 용어의 정확한 의미는 기술이 발전함에 따라 지난 1.5세기 동안 발전해 왔습니다.18세기에 기계공이란 단어는 단순히 기계를 만들거나 수리하는 사람을 의미했다.이 사람의 작업은 대부분 손으로 이루어졌으며, 나무 조각과 금속의 손질, 손도장과 같은 과정을 이용했다.그 당시에는 제임스 와트나 존 윌킨슨과 같은 새로운 종류의 엔진(어느 종류의 기계를 의미하든)을 만드는 제분공장과 제작자들이 그 정의에 들어맞았다.공작기계라는 명사와 기계 간 동사(기계 가공, 기계 가공)는 아직 존재하지 않았다.

20세기 중반 무렵, 후자는 그들이 묘사한 개념이 널리 퍼진 존재로 발전하면서 생겨났다.따라서 기계 시대에는 선회, 천공, 드릴링, 밀링, 브로치, 톱질, 성형, 평탄화, 리밍,^[3] 태핑과 같은 (오늘날 우리가 부르는) "기존" 가공 공정을 말합니다.이러한 "기존" 또는 "기존" 가공 프로세스에서는 선반, 밀링 머신, 드릴 프레스 등의 공작기계를 날카로운 절삭 공구와 함께 사용하여 원하는 ^[4]형상을 얻기 위해 재료를 제거합니다.

제2차 세계 대전 이후, 방전 가공, 전기 화학 가공, 전자 빔 가공, 광화학 가공, 초음파 가공 등의 신기술이 등장했기 때문에, 레트로니어의 「기존의 가공」은, 이러한 클래식한 기술과 새로운 기술을 구별하기 위해서 사용할 수 있습니다.현재 사용법에서 "가공"이라는 용어는 일반적으로 전통적인 가공 공정을 의미합니다.

2000년대와 2010년대 수십 년 동안 적층 제조(AM)가 초기 실험실 및 신속한 프로토타이핑 컨텍스트를 넘어 발전하여 제조의 모든 단계에서 보편화됨에 따라 감산 제조라는 용어는 기본적으로 AM과 논리적인 대조를 이루며 기본적으로 다음과 같은 제거 프로세스를 포함하게 되었습니다.기계 가공이라는 용어로 충분히 커버됩니다.기계 가공이라는 용어의 오랜 사용법은 계속되고 있지만, 이 두 용어는 사실상 동의어입니다.이것은, 전화, 이메일, IM, SMS등의 연락 방법의 확산에 의해서 동사의 컨택감이 진화한 것에 필적합니다만, 통화, 통화, 기입등의 이전의 용어를 완전하게 대체한 것은 아닙니다.

가공 작업

세 가지 주요 가공 공정은 선회, 드릴링 및 밀링으로 분류됩니다.다른 작업으로는 성형, 대패질, 보링, 브로치, ^[5]톱질 등이 있습니다.

• 선회 작업은 절삭 공구에 대해 금속을 이동시키는 주요 방법으로 공작물을 회전시키는 작업입니다.선반은 선회할 때 사용되는 주요 공작 기계이다.
• 밀링 작업은 ^[6]절삭 공구가 회전하여 공작물에 대한 절삭 모서리를 지탱하는 작업입니다.밀링 머신은 밀링에 사용되는 주요 공작 기계입니다.
• 천공작업은 하단부에 칼날이 있는 회전식 커터를 공작물에 접촉시켜 구멍을 만들거나 다듬는 작업입니다.드릴 작업은 주로 드릴 프레스에서 수행되지만 때로는 선반이나 제분소에서 수행되기도 합니다.
• 기타 작업은 파편 생산 작업이 아닐 수 있다는 점에서 엄밀히 말하면 기계가공 작업이 아닐 수 있지만 이러한 작업은 일반적인 공작 기계에서 수행됩니다.버니싱은 기타 작업의 한 예입니다.버니싱은 파편이 발생하지 않지만 선반, 밀 또는 드릴 프레스에서 수행할 수 있습니다.

가공이 필요한 미완성 공작물은 완제품을 만들기 위해 재료를 잘라내야 합니다.완제품은 엔지니어링 도면 또는 청사진에 의해 해당 공작물에 대해 정해진 사양을 충족하는 공작물입니다.예를 들어 공작물은 특정 외경을 가져야 할 수 있습니다.선반은 금속 공작물을 회전시켜 그 직경을 만드는 데 사용할 수 있는 공작 기계로, 절삭 공구가 금속을 절단하여 필요한 직경과 표면 마감에 맞는 매끄럽고 둥근 표면을 만들 수 있습니다.드릴을 사용하여 원통형 구멍 모양의 금속을 제거할 수 있습니다.다양한 유형의 금속 제거에 사용할 수 있는 다른 도구로는 밀링 머신, 톱 및 연삭 기계가 있습니다.이와 같은 기술 중 많은 것들이 목공예에 사용된다.

최근에는 정밀 CNC 가공, 방전 가공(EDM), 전기화학 가공(ECM), 레이저 절삭 또는 금속 공작물을 ^[7]성형하기 위한 워터젯 절삭이 첨단 가공 기술입니다.

상업적인 사업으로서 기계가공은 일반적으로 기계공장에서 이루어지며, 기계공장은 주요 공작기계를 포함한 1개 이상의 작업실로 구성되어 있다.기계공장은 단독 운영이 가능하지만, 많은 기업이 기업의 특수한 요구를 지원하는 내부 기계공장을 운영하고 있습니다.

공작물이 엔지니어링 도면이나 설계도에 명시된 사양을 충족하기 위해서는 많은 세부 사항에 주의를 기울여야 합니다.정확한 치수와 관련된 명백한 문제 외에도 공작물의 올바른 마감 또는 표면 평활성을 달성하는 문제가 있습니다.공작물의 가공면에 있는 불량한 마감은 잘못된 클램핑, 둔한 공구 또는 부적절한 공구 표시로 인해 발생할 수 있습니다.흔히 채터라고 불리는 표면 마감이 좋지 않은 것은 기복이 있거나 불규칙한 마감과 공작물의 가공된 표면에 파동이 나타나는 것으로 나타납니다.

가공기술의 개요

기계가공은 공작물에서 재료의 작은 칩을 제거하기 위해 절삭 공구를 사용하는 공정입니다( 공작물은 종종 "작업물"이라고 불립니다).작업을 수행하려면 공구와 작업 사이에 상대적인 움직임이 필요합니다.이러한 상대 운동은 대부분의 기계 작동에서 "절삭 속도"라고 불리는 1차 운동과 "피드"^[8]라고 불리는 2차 운동을 통해 달성됩니다.도구의 모양과 작업면으로의 침투는 이러한 움직임과 결합되어 결과 작업면의 원하는 모양을 생성합니다.

가공 작업

다양한 종류의 기계가공 작업이 있으며, 각각 특정 부품 지오메트리와 표면 텍스처를 생성할 수 있습니다.

선회 시에는 1개의 절삭날을 가진 절삭공구를 사용하여 회전하는 워크에서 재료를 제거하여 원통형상을 생성한다.1차 모션은 공작물을 회전시킴으로써 제공되며, 이송모션은 공작물의 회전축과 평행한 방향으로 절삭공구를 천천히 이동시킴으로써 이루어집니다.

드릴링은 둥근 구멍을 만들기 위해 사용됩니다.일반적으로 두 개 또는 네 개의 나선형 절단 모서리가 있는 회전 공구에 의해 수행됩니다.공구는 회전축과 평행한 방향으로 공작물 안으로 이송되어 둥근 구멍이 형성됩니다.

천공 시에는 끝이 구부러진 1개의 공구를 방적물의 대략적인 구멍에 삽입하여 구멍을 약간 확대하여 정밀도를 향상시킨다.제품 제조의 최종 단계에서 사용되는 미세 마감 작업입니다.

리밍은 이미 뚫린 구멍에서 소량의 금속을 제거하는 사이징 작업 중 하나입니다.

밀링에서는 복수의 절삭날을 가진 회전공구를 재료에 대해 천천히 이동시켜 평면 또는 직선면을 생성한다.이송 운동의 방향은 공구의 회전 축에 수직입니다.회전 밀링 커터에 의해 속도 모션이 제공됩니다.밀링의 두 가지 기본 형태는 다음과 같습니다.

• 주변기기 밀링
• 페이스 밀링

다른 전통적인 기계 가공 작업에는 성형, 대패질, 브로치 및 톱질 작업이 포함됩니다.또한 연삭 및 이와 유사한 연마 작업이 기계가공 범주에 포함되는 경우가 많습니다.

절삭 공구

절삭공구는 1개 이상의 날끝을 가지며, 워크재보다 단단한 재료로 이루어진다.절삭날은 모재에서 칩을 분리하는 역할을 합니다.절삭날에는 공구의 두 표면이 연결됩니다.

• 레이크 페이스 및
• 옆구리.

새로 형성된 칩의 흐름을 지시하는 레이크면을 특정 각도로 향하게 하는 레이크면을 레이크 각도 "α"라고 합니다.작업면에 수직인 평면을 기준으로 측정됩니다.레이크 각도는 양수 또는 음수일 수 있습니다.공구의 측면은 공구와 새로 형성된 작업면 사이의 간극을 제공하여 표면을 마모로부터 보호하여 피니시를 저하시킵니다.작업면과 측면 사이의 이 각도를 릴리프 각도라고 합니다.절삭 공구에는 기본적으로 두 가지 유형이 있습니다.

• 싱글 포인트 툴
• 최첨단 다중 도구

단일 점 공구는 하나의 절삭날로 되어 있으며 회전, 보링 및 대패에 사용됩니다.가공 시 공구의 지점은 워크 파트의 원래 작업면 아래를 관통한다.이 점은 때때로 코 반지름이라고 불리는 특정 반지름으로 반올림됩니다.

여러 최첨단 공구는 둘 이상의 최첨단 공구가 있으며 일반적으로 회전함으로써 작업 부품에 대한 상대적인 움직임을 달성합니다.드릴링 및 밀링에는 회전하는 여러 첨단 공구를 사용합니다.이러한 도구의 모양은 단일점 도구와 다르지만 도구 지오메트리의 많은 요소는 유사합니다.

절삭 조건

가공 작업을 수행하려면 공구와 작업 사이에 상대적인 움직임이 필요합니다.1차 운동은 특정 절단 속도로 이루어집니다.또한 공구는 작업 전체에서 가로로 이동해야 합니다.이것은 피드라고 불리는 훨씬 느린 움직임입니다.절삭의 나머지 치수는 원래 작업 표면 아래에 절삭 공구를 관통하는 것으로, 이를 절삭 깊이라고 합니다.절삭의 속도, 이송, 깊이를 통칭하여 절삭 ^[9]조건이라고 한다.이러한 재료는 가공 공정의 3차원을 형성하며, 특정 작업의 경우 해당 제품을 사용하여 공정의 재료 제거율을 얻을 수 있습니다.

${\displaystyle {R}_{MR}=152d,\!}$

어디에

• ${\displaystyle {}_{}}$ M $displaystyle {R}_{MR},\!})$ – 재료 제거 속도(mm³/s,(in³/s),
• ${\displaystyle v}${\$displaystyle$ v$,\!}$ $$– 절단 속도(mm/s, (in/min),
• ${\displaystyle f}${\$displaystyle$ f$,\!}$ $$– 피드(mm, (in),
• $displaystyle$ d$,\!}$ $$– mm 단위의 절단 깊이.

참고: 모든 단위는 대응하는 10진수(또는 USCU) 단위로 변환해야 합니다.

금속 절단 단계

기계가공 작업은 일반적으로 용도와 절삭 조건에 따라 두 가지 범주로 구분됩니다.

• 러핑 컷
• 마무리 컷

러핑 컷은 원하는 형태에 가까운 형상을 만들기 위해 가능한 한 신속하게 많은 양의 재료를 시작 작업 부품에서 제거하기 위해 사용됩니다(즉, 큰 재료 제거율(MRR)). 단, 이후 마무리 작업을 위해 일부 재료를 조각 위에 남겨둡니다.피니싱 컷은 부품을 완성하고 최종 치수, 공차 및 표면 마감을 달성하기 위해 사용됩니다.생산가공작업에서는 통상 워크에 대해 1개 이상의 러핑컷을 실시하고, 그 후 1개 또는 2개의 마감컷을 실시한다.러핑 작업은 높은 피드 및 깊이에서 수행됩니다. 피드 범위는 0.4–1.25mm/rev(0.015–0.050in/rev)이고 깊이는 2.5–20mm(0.100–0.750in)가 일반적이지만 실제 값은 공작물 재료에 따라 달라집니다.마감 작업은 낮은 피드 및 깊이에서 수행됩니다. 피드는 0.0125–0.04mm/rev(0.0005–0.0015in/rev)이고 깊이는 ^{[citation needed]}0.75–2.0mm(0.030–0.075in)가 일반적입니다.절삭속도는 마감시보다 러핑시 더 느립니다.

절삭유체는 절삭공구를 냉각 및 윤활하기 위해 종종 가공작업에 사용된다.절삭액을 사용해야 하는지 여부를 결정하고, 사용한다면 적절한 절삭액을 선택하는 것은 일반적으로 절삭 조건의 범위에 포함됩니다.

오늘날 다른 형태의 금속 절삭이 점점 더 대중화되고 있습니다.그 예로는 워터젯 절삭이 있습니다.워터젯 절삭은 620MPa(90,000psi) 이상의 가압수를 수반하며 금속을 절삭하여 완제품을 만들 수 있습니다.이 공정을 콜드 커팅이라고 하는데, 레이저나 플라즈마 커팅이 아닌 열영향부에 의한 손상을 제거합니다.

감산 및 가법 기법의 관계

최근 적층 제조 기술이 확산되면서 기존의 기계가공은 사상 및 언어로 감산 제조 방법으로 재분류되었습니다.좁은 맥락에서는 가법 및 감산법이 서로 경쟁할 수 있습니다.전체 산업의 넓은 맥락에서, 그들의 관계는 상호 보완적입니다.각 방법에는 다른 방법보다 장점이 있습니다.적층 제조 방법은 가공으로 복제할 수 없는 매우 복잡한 프로토타입 설계를 만들 수 있지만 강도 및 재료 선택은 ^[10]제한적일 수 있습니다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

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참고 문헌

• Albert, Mark (2011-01-17), "Subtractive plus additive equals more than ( - + + = > )", Mark: My Word, Modern Machine Shop, Cincinnati, Ohio, USA: Gardner Publications Inc, 83 (9): 14.

추가 정보

• Groover, Mikell P. (2007), "Theory of Metal Machining", Fundamentals of Modern Manufacturing (3rd ed.), John Wiley & Sons, Inc., pp. 491–504, ISBN 978-0-471-74485-6
• Oberg, Erik; Jones, Franklin D.; McCauley, Christopher J.; Heald, Ricardo M. (2004), Machinery's Handbook (27th ed.), Industrial Press, ISBN 978-0-8311-2700-8.
• "기계공구실천", 제6판, R.R.; 키베, J.E.;Neely, R.O.; Meyer & W.T.; White, ISBN 0-13-270232-0, 2nd printing, copyright 1999, 1995, 1991, 1987, 1982 및 1979 by Frentice Hall.

외부 링크

• www.nmri.go.jp/eng, 금속 가공에 관한 기초 지식
• Institut für den Wissenschaftlicen Film에 의해 발행된 가공에 관한 동영상.독일 국립과학기술도서관 AV포털에서 이용 가능합니다.
• 크랭크축 가공