공작기계: 두 판 사이의 차이

생산 속도를 높이기 위해서는 공작기계가 일정시간 안에 처리하는 공작물의 수를 늘리지 않으면 안 된다. 우선 동일시간 내에 될수록 많이 절삭(切削)할 수 있도록 해야 하며 그러기 위해서는 고속화하기도 하고, 한번에 많은 양을 깎아낼 수 있도록 강력한 것으로 한다. 고속화하면 다듬질면(面)이 고와지는 효과도 있다. 또한 공작물이나 공구를 붙이고 떼는 조작을 짧은 시간 내에 할 수 있도록 하고 기계의 조작에서 실수가 생기지 않도록 간편하게 해 준다. 동일 종류의 공작물을 계속해서 가공할 때에는 공작물이라든가 공구를 이리저리 움직이는 일과 공구를 부착하고 떼어내는 조작을 자동화한다. 이처럼 능률을 높이는 여러 가지 조건에 맞추어 만들어진 튼튼하고 좋은 장비의 공작기계는 당연히 값이 비싸지만 가격이 높은 기계를 사용하더라도 능률이 향상되고 좋은 질의 제품을 생산해 낼 수만 있다면 도리어 유리한 것이다. 한마디로 공작물이라고 하지만 큰 것과 작은 것, 생김새가 간단한 것과 복잡한 것, 한 종류의 것을 몇 개밖에 만들지 않는 것과 대량으로 만들 필요가 있는 것 등 여러 가지가 있다. 자동차라든가 전화처럼 동일 부품을 수만 개나 만들 경우에는, 부품 전용의 공작기계를 사용이 경제적이고 능률적이다. 이를 전용 공작기계라고 하는데 이와는 반대로 다종 소량생산을 하기에 알맞는알맞은 용도가 넓은 공작기계는 범용 공작기계라고 한다.

보링이란 바이트로 구멍을 깎는 것이다. 구멍뚫기 작업에는 볼트의 구멍, 축을 통과시키는 구멍 등 종류가 매우 많으므로 쓰이는 기계의 종류도 많다. 드릴링머신에는 주축 끝에 구배(勾配)가 붙은 테이퍼구멍이 있으며, 여기에 드릴이나 리마 등의 자루 부분(테이퍼 있음)을 끼운다. 가느다란 드릴이나 리마에는 자루에 테이퍼가 없고 드릴착을 주축 테이퍼 구멍에 꽂고, 그 착의 선단에 물린다. 드릴링머신에는 탁상드릴링머신·직립드릴링머신·레디얼드릴링머신 등이 있는데 큰 경(徑)의 구멍을 뚫을 수 있는 기계는 보링도 할 수 있다. 직립보링머신, 수평보링머신은 보링에 의해 구멍을 정확히 다듬질을 목적으로 한 것으로 공구주축이 각각 수직·수평방향으로 마련되어 있으며 직립형은 가공의 정확성을, 수평형은 가공의 능률을 우선적으로 고려한 것이라 할 수 있다. 최근에는 이들 기계는 밀링커터에 의한 평면 가공도 할 수 있게 되었으며, 보링밀링머신이라 부르는 편이 적절하다. 구멍의 정밀가공에는 정밀 보링머신에 의한 보링, 내면 연삭기에 의한 구멍 연삭 등이 적절한 방법이다. 내연면삭기의 경우 공작물은 착(chuck)에 의해 고정되며, 조그만 원형 연삭숫돌이 고속으로 회전하면서 연삭한다. 숫돌은 주속(周速)이 낮으면 연삭효과가 좋지 않으며 숫돌의 소모가 커지므로 알맞는알맞은 주속(每分 1,000∼1,800m)이 되도록 고속회전할 필요가 있으며, 매분 수만 번 회전하는 것도 드물지 않다. 구멍연삭은 정밀가공에 적합하기는 하나 가공 능률이 높지 않아 대량생산용으로서는 불리하다. 그 때문에 보링을 한 뒤의 표면을 0.02 ∼ 0.05㎜ 정도 숫돌로 가볍게 깎아 내는 호닝이라 불리는 방법이 고안되었다. 용수철로 지탱되는 몇 조각의 숫돌을 쐐기로 버티거나 유압으로 공작물에 밀어대면서 운동시켜 가볍게 연삭하는 작업이다. 구멍의 호닝에서는 회전하는 숫돌을 축방향으로 왕복시킨다. 호닝은 표면 거칠기를 줄이고 구멍의 비뚤림을 수정하는 작용이 있으며, 대량생산에 적합한 방법인데, 긴 구멍가공도 할 수 있으므로 자동차 엔진의 실린더를 비롯하여 각종 실린더 다듬질에 쓰인다.

연삭가공에 쓰이는 숫돌은 지립(砥粒)을 결합제(結合劑)로 굳힌 것이며, 연삭작용을 하는 것은 그 가운데의 지립이다. 때문에 분말 상태의 지립일지라도 알맞는알맞은 사용법을 활용하면 연삭에 사용할 수 있을 것이다. 금속의 조직을 현미경으로 관찰하려 할 때, 절단면을 사포로 연마한 다음 산화크롬의 녹색가루를 사용해서 닦는데, 이것은 일종의 지립가공이다. 톱니바퀴가 절삭에 의해 완성된 뒤, 1쌍을 맞물린 상태로 회전시키고, 서로 맞물린 부분에 탄화규소라든가 알루미나의 가루를 기름에 풀어서 주입하면, 표면의 높은 부분이 조금씩 깎여져서 평활해진다. 이와 같이 금속의 접촉부에 숫돌알갱이를 주입함으로써 표면을 다듬질하는 방법을 래핑(lapping)이라고 하며, 숫돌알갱이는 랩제(lap 劑)라 한다. 무른 금속과 굳은 금속으로 래핑하면, 무른 쪽으로 지립이 파고들어 가서 숫돌같이 되고, 상대의 굳은 쪽을 보다 많이 깎는다(무른 금속보다). 특수강이라도 [[주철]]을 상대로 하여 래핑하면 특수강 쪽이 깎여서 깨끗이 다듬질된다. 특히 래핑을 하기 위해서 선택된 상대되는 부재는 랩(lap)이라고 불린다. 시계의 베어링에 쓰이는 보석인 인조 루비의 가공이나 반지 등에 쓰이는 금강석을 가공하는 데는 보다 훨씬 무른 구리판을 랩으로 사용하고, 공업용 다이아몬드의 가루를 랩제로 쓰고 있다.

절삭에 사용되는 공구의 재료로는, 고온에서도 잘 마모하지 않고 연화(軟化)하지 않는 것이 바람직한데, 현재는 초경합금과 고속 도강이 널리 쓰이고 있다. 초경합금은 탄화텅스텐과 코발트의 분말을 소결(燒結)해서 만든 것에서부터 시작되었다. 이 합금은 탄화물을 한 종류만 함유하므로 단일탄화물 합금이라고도 하며 주철이나 비금속의 절삭에 매우 알맞는알맞은 것이나, 강철과 같이 강인(强靭)한 재료를 고속으로 절삭하면 고열 때문에 융착마모(融著磨耗)가 일어나기 쉬우므로 탄화티탄을 가해 2원탄화물합금으로 한 것이 만들어졌으며 강철이 절삭에 이용된다. 또 강철의 단속절삭(斷續切削)에는 충격력이 크게 작용하므로, 이가 빠지는 것을 방지하기 위하여 탄화탄탈을 가한 3원탄화물합금이 쓰이게 되었다. 탄화티탄을 주체로 한 초경합금은 티탄계 서메트(titan 系 cermet)라 불리며, 강철의 고속 절삭에 쓰이고 있다. 고속도 공구강(工具鋼)은 초경합금에 비하여 고온에서의 경도가 낮기 때문에 저속도로 사용되지만, 탄력성이 강하므로 충격력이 작용하기 마련인 드릴·[[리머]]·다이스·밀링 공구·치절공구(齒切工具)에 많이 쓰인다. 고속도 공구강이란 명칭은 그것이 발명되었을 때, 이전의 탄소 공구강이나 합금 공구강보다도 고속으로 사용할 수 있는 획기적인 공구 재료였기 때문에 붙여진 이름이다. 고속도 공구강은 텅스텐을 12 ~ 18% 함유하며 크롬·[[바나듐]]·코발트를 가한 텅스텐계(T 系)와, 텅스텐을 줄이고 [[몰리브덴]]을 가한 몰리브덴계(M 系)의 것이 있다. 텅스텐계는 내열성이 우수하나 무른데, 몰리브덴계는 충격에 대해서도 강하다. 그 때문에 드릴이나 치절공구용으로서 몰르브덴계 고속도공구강을 사용하는 일이 많아졌다. 산화알루미늄을 주성분으로 하여 소결한 세라믹스 공구는 내열성이 높아서 초경합금보다 고속절삭에 편리한데 잘 깨지는 결점이 있다. 주로 주철의 절삭에 쓰인다. 다이아몬드는 한층 더 굳으므로 숫돌의 형태 바로잡기 등에 쓰인다. 다이아몬드는 큰 덩어리인 채로 얻을 수가 없으므로 절삭에 쓰인다고 해도 경절삭(輕切削)밖에 할 수 없으나 고속으로 깎으면 매우 아름다운 다듬질면을 얻게 된다. 쓰이는 공작기계로는 특히 진동이 적은 구조의 것을 고르는데 이런 선반을 다이아몬드선반이라 하기도 한다.