[CP]1.1 생산공정에서 절삭가공의 위치와 특징

  우리주위의 공업제품은, 보통 많은 부품들의 조립으로 만들어진다. 예를들면, 자동차의 부품수는 2~3만개로 알려져있고, 항공기의 경우 그 수는 300만개에 달한다고 알려져있다. 이러한 부품의 대부분은, 각종 금속재료 및 플라스틱과 같은 비금속재료를 포함하는 고체재료로 부터 만들어진다. 이러한 부품들은 보통 소재를 가공함으로써 만들어지게 된다. 즉, 가공이란 필요한 에너지와 정보를 입력하면, 소재를 부품 (제품)으로 변환하는 공정이라 할 수 있다. 다만, 여기서 가공되어지는 부품 (제품)은 필요로 되어지는 기능을 발휘 할수 있어야 하므로, 치수 및 형상정도, 표면거칠기 및 표면특성, 뿐 아니라 강도 및 경도와 같은 기계적특성 또한 만족하여야한다. 따라서 가공공정은 소재에 이러한 특성을 부여하는 프로세스라고 할 수 있다 (Fig. 1-1).

 

Fig.1-1 가공공정 (Machining process)

 

대표적인 가공공정 (가공법) 을 다음과 같이 열거한다.

(1) 주조

(2) 소성가공

(3) 사출성형

(4) 접합가공

(5) 절삭가공

(6) 연삭가공, 연마가공

(7) 특수가공

(8) 표면처리

 

 이러한 가공프로세스의 개요 및 그 특징을 Table 1.1에 정리한다. 그리고, 이러한 가공공정을 가공현상, 이용하는 에너지, 가공전후의 중량변화, 가공정도에 의거한 분류하면 Tables 1.2 와 같이 정리된다. 그 밖에도, 최근에는 적층 조형 혹은 부가 제조 (AM, Additive Manufacturing) 이라 불리는 새로은 가공법도 등장하고 있다. 이것은, 3D Printing 이라고도 불리고 있으며, 얇은 재료의 층을 순차적으로 적층하여 임의의 3차원 형상을 조성하는 방법이다.

Table 1.1 대표적인 가공공정의 개요와 특징

Table 1.2 각종 기준에 의한 가공공정의 분류

  대표적인 가공공정을 중심으로 일반적인 기계부품의 가공공정을 Fig. 1-2 와 같이 정리한다. 많은 단조품 및 주조품을 그 상태로 부품으로 사용하는 것은 드물고, 단조 및 주조를 통하여 기본적인 형상을 만든 후, 절삭가공에 의하여 최종적인 부품으로 생산된다. 절삭가공으로 대부분의 재료에 대하여 요구 되는 형상과 특성을 가진 부품의 제조가 가능하나, 일부 부품은 절삭가공 후, 열처리되어, 연삭가공 및 연마가공에 의해 최종 부품으로 생산된다.  이러한 부품가공에 있어서, 절삭가공은 가장 일반적인 가공법으로, 생산성 (속도), 정도, 가공비용 등의 관점에서 우수하므로 널리 기계가공의 대표격으로 이용된다.

 

Fig. 1-2 일반적인 기계부품의 가공공정

 

  일번적으로 생산현장에서 가공공정을 선택 할 때, 비용 및 생산성, 정도 등 많은 요인을 고려할 필요가 있다. 이러한 가공공정의 선정에 있어서 고려해야만 하는 요인과, 이에 대한 절삭가공의 위치를 Table 1.6 과 같이 정리한다. 절삭가공은 대부분의 종류의 부품가공에 대응이 가능하며, 비용과 생산성의 면에서도 다른 가공공정과 비교하여 널리 이용되고 있다.

 

Table. 1.6 가공공정의 선정에 있어서 고려해야 할 요인과 절삭가공의 위치

  절삭가공과 그 특징에 대하여 다음장에 더 자세히 서술하겠지만, 기본적으로 절삭가공이란, 공작기계를 이용하여, 절삭공구와 공작물 사이의 상대적 운동을부여하고, 강체공구로 공작물의 불필요한 부분을 깍아 내는 가공법을 말한다. 절삭가공은 유사이래 인간이 도구를 사용하게 됨에 따라 이용되고 있는 가공법이나, 현재에도 대표적인 가공공정으로 이용되고 있는 그 배경에는, 18세기말의 산업혁명 이후 끝없이 계속 된 공작기계기술의 진보와 주로 20세기초반부터 비약적으로 향상된 공구기술에 있다. 

  

  특히, 공작기계에 대해서는 가공중에 발생하는 절삭력에 대항하여 공구 공작물을 정확하게 유지하면서 고속으로 이동할 수 있는 공작기계의 하드웨어기술과, 공구/공작물의 복잡한 운동을 고정도로 제어가능한 제어기술의 발전이 큰 기여를 하였다. 특히, 후자는 NC (수지체어) 혹은 CNC (컴퓨터 수치제어) 라 불리며, 컴퓨터를 이용한 제어기술은 다른 산업기계와 비교하여 공작기계 및 로봇분야가 단연 우수하다고 알려져있다. 상세하게는 다른 장에서 다루겠지만, 공작기계의 역사적인 발전과정과 관련하는 기술에 대해 정리하면 Fig. 1-3과 같이 표현된다. 특히, 최근에는 ICT (정보통신기술)의 진보와 더불어, 공작기계의 고도화가 진전되고 있다.

 

Fig. 1-3 공작기계의 역사적인 발전과정과 관련 기술

  공구에 관하여서도 기술개발이 진행되어, 마모 및 손모하지 않고, 절삭가공에 의해 발생하는 고응력, 고열에 대항하는 각종공구재료가 실용적으로 적용되고 있다.  또한, 천연재료보다 고온경도 (Hardness) 및 인성 (Toughness)이 높은 공구가 제작되는 등, 마모 및 손모에 대한 대책도 여러방면에서 실시되고 있다. 절삭공구에 대하여도 다른 장에서 다룰 예정이다.