제 6장 연삭 및 기어가공

1. 연삭기

연삭기는 많은 입자로된 숫돌을 고속으로 회전시켜 공작기계로 가공이 어려운 초경합금 등의 연삭에 쓰이는 기계로, 연삭기 또는 그라인딩 머신(Grinding M/C)이라 한다.

(1) 연삭기의 종류와 특징

① 원통 연삭기
    외경 연삭기
    내경 연삭기
    센터리스 연삭기

원통의 연삭기와 유사하나 공작물 주축대와 숫돌대가 회전하고, 테이블 자체의 선회각도가 크며 내면 연삭장치를 구비하고 있다.

② 만능 연삭기
원통 연삭기와 유사하나 공작물 주축대와 숫돌대가 회전하고, 테이블 자체의 선회각도가 크며 내면 연삭장치를 구비하고 있다.

③ 평면 연삭기
테이블 왕복형과 테이블 회전형이 있으며 주로 공작물의 평면 작업에 쓰인다.

④ 센터리스 연삭기(Centerless Grinding)
센터나 척을 사용하지 않고 공작물의 바깥지름을 연삭하는 기계로 가늘고 긴 일감을 센터로 지지하지 않고 연삭한다.

1. 장점
(가) 센터를 필요로 하지 않으므로 센터 구멍을 뚫을 필요가 없고,
      중공의 원통을 연삭하는데 편리하다.
(나) 연속 작업을 할 수 있어 대량 생산에 적합하다.
(다) 가늘고 긴 가공물 연삭에 알맞다.
(라) 연삭 여유가 적어도 된다.
(마) 연삭 숫돌 바퀴의 나비가 크므로 지름의 마멸이 적고 수명이 길다.
(바) 일단 기계의 조정이 끝나면 가공이 쉽고,
       작업자의 숙련이 필요없다.

2. 단점
(가) 긴 홈이 있는 일감은 연삭할 수 없다.
(나) 대형 중량물은 연삭할 수 없다.
(다) 연삭 숫돌 바퀴의 나비보다 긴 일감은 전후 이송법으로 연삭할 수 없다.

조정 숫돌바퀴가 1회전하여 일감을 이송하는 길이를 f라 하면

f = πㆍd ㆍsin a

 d: 조정 숫돌의 회전수(rpm)     a: 조정 숫돌 경사각도

⑤ 공구 연삭기
절삭 공구를 정확히 연삭하여 사용할 목적으로 공구 제작실 또는 공구 공장에서는 공구연삭기를 설치하여 사용한다.

(2) 연삭 숫돌

① 연삭 숫돌의 3요소
    숫돌 입자, 기공, 결합제

② 연삭 숫돌의 5요소
    숫돌의 입자, 입도, 결합도, 조직, 결합제

    (가) 숫돌의 입자
          A1203                   A: 일반 강재 다듬질에 사용하며 갈색이다.
       (산화알루미늄계)      WA: 담금질강 다듬질에 사용하며 백색이다. 

           Sic                 C: 주철, 자석 등 비철금속의 다듬질에 쓰이며 
                                     흑색 또는 암자색이다.
                               GC: 초경합금, 유리 등의 연삭에 쓰이며 녹색이다.

산화 알루미늄(A1203)계나 탄화규소(Sic)계는 인조산이고 천연산으로는 다이아몬드(D)가 많이 사용된다. 경도순으로 따지면 GC – C – WA – A순이다.

   (나) 숫돌의 입도
   숫돌 입자의 크기를 입도라 하는데 번호(메시)로 표시하며 번호가 클수록 곱다.

[표 6-1] 숫돌의 입도

[주] 입도 36이라 함은 가로x세로 = 1 in²안에 35개의 구멍이 있어 여기에 통과되는 입자를 #36이라 한다.

   (다) 결합도
          결합도는 숫돌 입자의 결합 상태를 나타내는 것으로 단순히 숫돌의 경도를 뜻하기도 한다.

[표 6-2] 숫돌의 결합도

    (라) 조 직
조직은 숫돌의 단위용적당 입자의 양 즉, 입자의 조밀 상태를 나타내는 용어이다.

[표 6-3] 숫돌의 조직

    (마) 결합제
          숫돌 입자를 결합하여 숫돌을 형성하는 재료를 결합제(Bond)라 한다.

                      무기질 결합제               실리계이트(S)
                                                         비트리 파이드(V)
                      유기질 결합제               셀락(E)
                                                         고무(R)
                                                         레지 노이드(베이크라이트)(B)
                                                         폴리 비닐 아코올(PVA)
                        금속 결합제                메탈

 ③ 연삭 숫돌 표시법
     연삭 숫돌에는 다음 각 항을 명기하되 다음 순서로 한다.
     1) 숫돌 입자의 종류, 입도, 결합도, 조직, 결합제
     2) 모양 및 치수(외경x두께x구멍 지름)
     3) 회전 시험 원주 속도, 사용 원주속도 범위
     4) 제조자명, 제조번호, 제조 연월일

  [예]
          WA  36  K  M  V  1호  A  200ⅹ20ⅹ23 
           숫   입  결 조  결  모  연   외  두  구
           돌        합      합       삭             멍
           의   도  도 직  도  양  면   경  께  지
           입                           모             름
           자                           양 

 4,000m/min          1,500~2,000m/min
회전시험주속도    사용 원주속도 범위

(3) 연삭 작업

①         

② 연삭용 절삭유
고속 절삭이므로 냉각작용이 우수한 수용성 유화유나 알카리성 수용액을 사용한다.

1. 숫돌의 결합

※ 자생작용: 연삭 숫돌은 바이트나 커터와 같이 갈지 않아도 항상 새로운 입자가 나오게 되는데 이를 자생 작용이라 한다.

① 글레이징(Glazing): 무딤
자생작용이 안되어 입자가 납작해지는 현상으로 이 현상이 생기면 연삭열과 균열이 생긴다.

＊원인: (가) 숫돌의 결합도가 클 때
            (나) 원주속도가 빠를 때
            (다) 공작물과 숫돌의 재질이 맞지 않을 때

② 로우딩(Loading): 눈메움
숫돌의 표면이나 기공에 칩이 끼어 연삭성이 나빠지는 현상

＊원인: (가) 조직이 치밀할 때
            (나) 숫돌의 원주속도가 너무 느린 경우

③ 드레싱(Dressing)
글레이징이나 로우딩이 생겼을 경우 드레서로 새로운 입자가 나오도록 갈아주는 작업을 드레싱이라 한다.

[주] 드레서: 주로 다이아몬드로 만들며 정밀 강철 드레서, 입자봉 드레서 등도 있다.

④ 트루잉(Truing)
숫돌의 모양을 수정할 필요가 있을 때 드레서(다이아몬드)로 성형시켜주는 작업을 트루잉이라 한다.

2. 숫돌 바퀴 부착 법

① 숫돌바퀴는 반드시 사용 전에 육안 또는 두들겨 검사한다.(상처가 있으면 탁음이 난다.)
② 숫돌바퀴는 구멍 지름은 축 지름보다 0.1(mm)정도 커야 한다.
③ 플랜지의 오경은 보통 숫돌의 경우 숫돌 바퀴 지름의 1/3이상이어야 한다.
④ 숫돌 바퀴와 플랜지와를 직접 접촉시켜서는 안된다.
⑤ 양측의 플랜지는 지름이 같아야 한다.
⑥ 플렌지의 부착 후 밸런스를 맞춘다.
⑦ 숫돌 바퀴를 연삭기에 부착시킨 후 짧은 시간(10분 정도) 공회전 시킨다.
⑧ 공구연삭기에서 받침대와 휠 간격을 3(mm)이내로 하고 중심을 맞춘다.

2. 기어 가공

(1) 기어가공 방식

① 성형법
    (가) 총형 커터에 의한 방법: 밀링에서 인벌튜트 커터를 이용하여 깎는 방법
    (나) 형판에 의한 방법: 형판을 사용해서 치형을 깎는 방법

② 창성법
    인벌류트 곡선을 그리는 성질을 응용하여 기어를 깎는 방법
    (가) 래크커터(Rack Cutter)
    (나) 피니언 커터(Pinion Cutter)
    (다) 호브(Hob)등의 커터가 있다.

 (2) 기어 절삭기

① 호빙 머신
래크 커터를 변형시킨 호브를 사용하여 창성법의 원리로 기어를 절삭하는 가공기로 스페어 기어, 헬리컬 기어, 워엄 휠, 스프로킷, 스플라인 축 등을 가공할 수 있다.

② 기어 세이퍼
           (가) 피니언 커터에 의한 창성법
           (나) 래크 커터에 의한 창성법

③ 베벨기어 절삭기
대표적으로 그리이슨 베벨기어 절삭기가 있다.(직선 베벨기어)

④ 기어 세이빙 머신(Gear Tooh Shaving M/C)
기어를 열처리하기 전에 이의 모양이나 피치를 수정하여 한층 더 정밀도가 높은 것으로 완성 가공하는 공작기계이다.