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제 5장 공작물 관리

◎ 주어진 모든 변화요인(위치 변화 요인) 힘(공구력, 고정력(clamping forces), 이 물질(chip, 먼지), 온도…
◎ 공작물(Work Piece)이 공구에 대한 관계
◎ 일정한 위치 관계를 동일하게 유지하는 것

정의: 주어진 모든 변화 요인에도 불구하고 모든 공작물이 공구에 대한 관계를 유지하며 일정한 위치 관계를 동일하게 유지하는 것

＊공작물 관리를 유지하는데 필요한 이론 및 기법

5.1 평형 이론
: 평형은 주어진 물체에 작용하는 힘의 균형이라 말할 수 있고, 공작물이 움직이지 않아야 한다.

1) 선형 평형:
평형을 얻기 위해서는 크기가 같고 방향이 반대인 힘이 서로 대응하여 작용하여야 하며 이 때 물체는 정지 상태에 있게 된다. 선 운동이 정지되었으므로 선 평형이 이루어 진 것이다.

2) 회전 평형:
자유 물체가 선형으로 균형이 잡혔더라도 회전 운동이 있을 수 있다. 힘의 작용력은 항상 중심에 가해져야 평형이 이루어진다. 만일 작용력 중심에서 편위되어 가해질 경우, 자유 물체는 힘의 중심에서 편위 되었기 때문에 자유 물체는 그 중심을 축으로 회전하는 모멘트가 생긴다. 이때 불균형 상태가 생겨 회전을 일으킨다. 평형을 이루기 위해서는 크기가 같고 방향이 반대인 모멘트를 얻어야 한다. 이러한 힘들은 서로 반대로 작용하여 회전 평형이 이루어진다.

3) 평형 이론의 응용:
공정 설계 기사는 위치결정구와 고정력을 배치하여 평형을 얻게된다. 그림의 작용력은 고정력이라 부르며 고정력은 공구 설계 기사가 설계한 클램핑 기구에 의해 얻어진다. 크기가 같고 방향이 반대인 힘은 고정 위치결정구에 의해 얻어지며, 이런 위치결정구는 공정 설계 기사가 설계하는 것이다.

5. 2 위치 결정 개념
: 공작물 관리를 위해 사용되는 기본 위치 결정 방법은 평형 이론으로부터 얻어진다. 평형은 고정력과 위치 결정 구를 사용하여 얻을 수 있다. 그러므로 위치 결정의 개념은 위치 결정 구를 사용하는 경우에만 응용된다.

1) 공간에서의 운동
: 공간에서 어떤 물체의 선 운동과 회전 운동의 결합으로 볼 수 있다. 공간이란 세 개의 평면으로 이루어진다. 이것을 3차원이라며 제품도는 사실에 기초를 두고 있다. 제품은 세 개의 평면 즉, 3투영도로 이루어지며 어느 물체이든 세개의 축 선이나 중심선에 대하여 설명할 수 있다. 세개의 선 운동은 각 축선과 평행하게 일어나며 세 개의 회전 운동은 세 개의 축 선을 기준으로 얻어진다. 그러므로 입방체는 6가지의 기본 운동이 있게 되고 6개의 기본 운동에는 모두 12방향이 생긴다. 그러나 평행 이론에서 위치 결정 구는 단지 한 방향에 있어서의 운동만 정지시킨다.

2) 위치 결정 원리
: 위치 결정 원리의 기분으로는 3:2:1위치 결정 원리가 있으나 안전성이 결여되어 있어 1개 추가 로케이터를 설치한 4:2:1 원리를 현장에서는 많이 사용한다.

◎ 움직임으로는 선방향(3개)과 회전방향(3개)의 총 6개의 위치 결정구를 가질 수 있다.(이론적으로)대표적으로는 3:2:1 위치 결정이 있다.
◎ 4:2:1 위치 결정의 장점: 안전성이 양호하고 이 물질 확인이 용이하다.

5. 3 기하학적 관리(Geometric Control)
: 기하학적 관리란 공작물 관리의 일부이며 안전성에 관련된 관리이다. 위치 결정 방법에서 불안정한 공작물은 다음과 같은 이유에서 생기며 기하학적 관리는 위치 결정 구가 넓은 베이스에 걸쳐 배치되었을 경우에 가장 좋은 관리가 된다.

① 위치 결정 구가 너무 가깝게 배치되었을 경우
② 공작물의 윗 부분이 무거운 경우
③ 고정력을 잘못 배치한 경우
④ 위치 결정 구가 충분치 못한 경우

◎ 양호한 기하학적 관리는 다음과 같은 이점을 얻는다.

① 작업자의 기술이나 노력에 관계없이 공작물은 자동으로 위치 결정 구에 올려 놓여지게 된다.
② 고정력에 의해 공작물이 위치 결정 구로부터 이탈되는 경향이 감소한다.
③ 위치 결정 구가 넓은 간격으로 배치되었을 경우 표면 불규칙으로 인한 공작물의 치수 변화가 작다.
④ 공구력에 의해 공작물이 위치 결정 구로부터 이탈되는 경향이 감소한다.
⑤ 위치결정구가 넓은 간격으로 배치되었을 경우 위치 결정구의 마멸에 의한 공작물의 위치 결정에 대한 영향이 작아진다.
⑥ 위치결정구가 넓은 간격으로 배치되었을 대 이 물질에 의한 영향이 작아진다.

◎ 직육면체 형상
: 직육면체 형상에서는 다음과 같은 규칙을 지켜야 한다.

① 위치결정평면을 결정하기 위해서는 가장 넓은 표면에 세 개의 위치결정구를 배치한다.
② 두 개의 위치결정구는 두 번째로 넓은 표면에 배치한다.(보통 옆면에 배치한다.)
③ 하나의 위치결정구는 가장 좊은 표면에 배치한다.(보톤 끝면에 배치한다.)

◎ 원통형상
: 원통형 공작물에 대해서는 다음과 같은 규칙을 지켜야 한다.

☆ 짧은 원통 형상

① 평면을 결정하기 이해 세 개의 위치결정구를 밑면에 배치한다.
② 두개의 위치결정구를 원주에 배치한다.
③ 중심에 대한 회전을 방지할 필요가 있을 경우에는 마찰을 사용한다.

☆ 긴 원통 형상

① 4개의 위치결정구를 원통 표면에 배치시키되 끝면 가까이 배치시킨다.
② 하나의 위치결정구를 끝면에 배치시킨다.
③ 중심선에 대한 회전을 방지하기 위하여 마찰을 사용한다.

◎ 원추형상
: 원추형 공작물을 위치 결정할 때에는 원통과 비슷하며 사용되는 규칙도 같이 적용된다.

◎ 피라미드 수형상
: 피라미드 형상의 공작물은 직육면체의 형상과 비슷하게 위치 결정하며 다음의 규칙을 적용한다.

◎ 짧은 피라미드 형상

① 세 개의 위치결정구를 피라미드 밑면에 배치한다.
② 두개의 위치결정구를 밑면의 가장 긴 모서리에 배치시킨다.
③ 한 개의 위치결정구를 밑면의 가장 짧은 모서리에 배치시킨다.

◎ 긴 피라미드 형상

① 세 개의 위치결정구를 가장 긴 경사면에 배치한다.
② 두 개의 위치결정구를 가장 작은 경사면에 배치한다.
③ 한 개의 위치결정구를 밑면에 배치한다.

◎ 특이사항
: 이 사항에 대한 위치결정구의 간격은 되도록 넓게 위치 결정하며 위의 할 것은 기하학적 관리란 공작물 관리의 일부에 불과하다는 것이다. 기하학적 관리는 다른 관리에 비해 가장 중요성이 덜한 것이다.

1) 위치결정구를 넓게 배치(chip이 낀 경우 변형이 작다.)
2) 무게 중심을 낮게
3 (가장 넓은 면), 2(2번째 넓은 면), 1(좁은 면)에 위치 결정한다.

5-4. 치수 관리(Dimensional Control)
: 치수 관리는 제품도에 표시된 실제 치수를 유지하는데 관계된 관리이다. 공작물은 각치수에 표시된 공차 이내로 만들어져야 하며 양호한 치수 관리는 다음과 같은 경우에 얻어진다.

① 공정 공차 누적이 생기지 않을 때
② 공작물의 치수 변화가 공차 안에 들어가는 치수를 얻는데 지장을 주지 않을 때
③ 공작물의 불규칙으로 공차 안에 들어가는 치수를 얻는데 지장을 주지 않을 때
④ 위치결정구 배치에 알맞은 표면의 선택
⑤ 선택된 표면상에 위치결정구를 정확하게 배치
⑥ 치수관리는 제품도에 나타나 있는 두 표면 중의 하나에 위치결정구가 배치되었을 때 가장 양호
⑦ 치수관리는 제품도에 주어진 치수에 대한 중심선 양쪽에 위치결정구를 배치할 때 가장 좋다.
⑧ 수평 및 수직 중심선 치수 관리는 원주상에 배치한 두 개의 위치 결정구로 관리할 수는 없다.
⑨ 평행도, 직각도, 동심도에 엄격한 공차가 요구될 때는 공차가 적용되는 면 중의 한면에 한개이상의 위치결정구를 배치해야 한다.

※ //(평행도) 0.005 TIR에서 TIR: Total Indicator Reading을 말한다.

5-5 기계적 관리(Mechanical Control)

3-2-1의 위치 결정 방법은 기하학적 및 치수 관리를 얻기 위해 적용한다. 이 두 가지의 관리는 주로 공구에 대한 공작물의 위치를 취급한다. 또 하나의 관리는 공구력에 대응하여 공작물의 위치를 유지할 관리이다. 이 관리를 기계적관리라 한다.

◎ 기계적 관리는 다음 조건을 얻는데 필요하다.

① 공작물에 공구력에 의한 휨이 생기지 않게 한다.
② 공작물에 고정력에 의한 휨이 생기지 않게 한다.
③ 공작물에 자중에 의한 휨이 생기지 않게 한다.
④ 공작물에 고정력이 가해질 때 모든 위치 결정구와 접촉하게 한다.
⑤ 공작물이 공구력 때문에 위치결정구로부터 이탈되지 않게 한다.
⑥ 공작물이 고정력에 의해 손상이 생기거나 영구적으로 변형을 일으키지 않게 한다.

◎ 공작물에 대한 양호한 기계적 관리를 얻기 위해서 다음 사항에 주의해야 한다.

① 고정력을 정확한 위치에 가한다.
② 지지구를 정확한 위치에 설치한다.
③ 위치결정구를 정확한 위치에 설치한다.

1) 공구력: 기계적 관리의 첫번째 문제는 공구력이다. 공구력은 소요 제품 형상을 얻기위해 주어져야 하며 공구에 의해 공작물에 바람직하지 못한 변화가 생기면 기계적 관리가 잘못된 것이다.

◎ 공구력에 대해 다음의 기계적 관리 규칙에 따라야 한다.

① 우선적으로 공작물의 휨을 관리하기 위해서 공구력의 반대쪽에 위치 결정구를 배치한다. 그러나 이것은 기하학적 관리와 치수 관리가 함께 얻어질 때만 가능하다.
② 공구력에 의해 발생되는 공작물의 휨을 제한하기 위해서 필요할 때는 고정식지지구를 사용한다.
③ 경제성보다 품질이 우선될 때는 공구력에 대응하여 조정식 지지구를 사용한다.
④ 위치결정구에 대해 공작물을 고정하는데 있어 공구력이 고정력을 보조하도록 적용한다.

2) 고정력

1] 고정력의 사용 목적은 다음과 같다.
① 작업자의 기술과 관계없이 공작물이 위치 결정구와 접촉되도록 힘을 가한다.
② 공구력에 관계없이 공작물을 모든 위치결정구에 고정시킨다.
③ 공작물의 치수변화에 관계없이 공작물을 위치결정구에 고정시킨다.

2] 고정력은 가능하면 다음과 같은 것은 피해야 한다.
① 공작물이 휨 또는 뒤틀림을 일으킨다.
② 공작물이 지지구에 대한 힘을 가한다.
③ 공구력의 바로 반대쪽에 고정력을 배치한다.

3] 적절한 고정력을 사용함으로써 생기는 몇 가지 기계적 관리의 원칙은 다음과 같이 요약할 수 있다.
① 고정력은 위치결정구 바로 반대편에 배치하여야 한다.
② 지지구는 고정력에 의한 공작물의 휨을 제한하기 위해서 사용한다.
③ 고정력에 의한 마찰력을 이용하여 6번째 위치결정구를 생략할 수 있다.
④ 비 강성 공작물에는 하나의 큰 고정력보다는 여러 개의 고정력으로 분산되어야 한다.
⑤ 중요하지 않은 표면에 고정력을 가함으로써 공장물의 자국을 제한할수 있다.
⑥ 합력에 의한 고정력은 인적인 요소의 영향(수동 작동)을 감소시킬 수 있다.

3) 지지구의 종류

1] 고정식 지지구(Fixed Support)
허용오차가 클 때 사용하고 허용틈새를 줘야 한다.

2] 조정식 지지구(Adjustable Support)
정밀 치수 가공용, 허용 틈새가 없다.

3] 반 고정식 지지구
고정식과 조정식의 결합이다.
※ 기계적관리에서는 상향절삭보다 하향 절삭이 우수하다.