제 2장 선반(Lathe)

선반은 공작물을 주축에 고정시켜 회전시키고 공구대에 설치된 바이트에 절삭깊이와 이송을 주어 일감을 절삭하는 공작기계이다.

1. 선반의 구조

주축대, 심압대, 왕복대, 베드

(1) 주축대

선반의 가장 중요한 부분으로서 공작물을 지지, 회전 및 동력전달을 하는 부분으로 주축(Spindle)은 중공으로 되어 있으며 주축 압쪽에 L쪽이나 면판 등을 고정할 수 있게 되어 있고 모오스 테이퍼로 되어 있다.

(2) 심압대

심압대는 주축대의 반대쪽 배드위에 있으며 작업내용에 따라 다음과 같이 사용된다.

① 축에 정지센터를 끼워 긴 공작물을 고정할 수 있다.
② 심압대를 편위시켜 테이퍼 절삭이 된다.
③ 심압대축을 베드위에서 움직일 수 있다.
④ 구멍둟기 작업시는 드릴이나 리머를 설치한다.
⑤ 심압대는 모오스 테이퍼로 되어 있다.

(3) 왕복대

왕복대는 베드위에서 공구를 가로 및 세로방향으로 이송시키는 부분이다.
왕복대는 에이프런과 새들 복식 공구대로 나눈다.

① 에이프런(Spron)
자동이송장치, 나사깍기장치 등이 내장되어 있으며 왕복대의 전면 즉 새들의
앞쪽에 있다.
② 새들(Saddle)
H자로 되어 있으며 베드면고 미끄럼 접촉을 한다.
③ 복식 공구대(Tool post)
공구를 고정하는 부분으로 회전시켜 테이퍼 절삭을 할 수 있다.

(4) 베드

베드는 주로 40~50%의 강철파쇠를 넣어 만든 강인 주철로 제작하며 왕복대, 심압대의 이등에 안내가 된다.(강도 보강을 목적으로 리브(Rib)가 붙어 있다.) 종류에는 영식(평형)과 미식(산형)이 있으며 특징은 다음과 같다.

① 영식 베드
안내면은 평면이고 수압면적이 커서 강력절삭을 요하는 대형선방에 쓰인다. (그림 3-2(가))

② 미식 베드
안내면이 산형이고 운동정밀도가 좋고 정밀절삭, 중ㆍ소형 선반에 쓰인다. (그림 3-2(나)) 

2. 선반의 가공분야

3. 선반의 크기와 표시

① 베드위의 스윙: 베드에 닿지 않게 주축에 설치할 수 있는 공작무르이 최대 지름
② 왕복대의 스윙: 왕복대에 닿지 않게 주축에 설치할 수 있는 공작물의 최대 지름
③ 양 센터 사이의 최대 길이: 양 센터에 설치할 수 있는 공작물의 최대 길이

4. 선반용 부속품

(1) 센터(Center)

주축과 심압대축에 삽입되어 공작물을 지지하는 것으로 선단각은 다음과 같다.

- 보통 일감 : 60°                           -중량물 지지: 75°, 90°

   ① 회전 센터(Live Center)
   주축에 삽입되어 회전하지 않는 센터로 윤활유를 주입해야 한다.

② 정지 센터(Dead Center)
   심압대에 끼워져 회전하지 않는 센터로 윤할유를 주입해야 한다.

③ 베어링 센터(Bearing Center)
   심압대에 끼워 사용하며 일감과 함께 회전하므로 고속회전에 쓰인다
   (그림 3-2(다))

④ 하프 센터(Half Center)
   끝면(단면)절삭에 쓰이는 센터(그림3-5(나))

※ 센터 드릴

-일감에 센터의 끝이 들어가는 구멍을 뚫는 드릴이다. 선단각은 60°로 크기는 드릴 선단의 지름(dl)으로 표시한다.

(2) 척(Chuck)

공작물을 지지하고 회전시키는 부품으로 주축에 설치한다.

① 단동척 (Independent Chuck)
4개의 조어가 각각 단독으로 움직일 수 있으므로 불규칙한 모양의 일감을 고정하는데 편리하며 강한 체결력을 가진다. 그러나 센터를 정확하게 맞추는데는 오랜 시간과 숙련이 필요하다.
② 연동척 (Universal Chuck)또는 스크로올 척(Scroll Chuck)
조어가 3개이며 동시에 움직이므로 우넣0, 정사각형의 이감을 고정하는데 편리하다.
③ 복동척 (Combination Chuck)
연동 척+단동 척, 조오가 동시에 움직이기도 하고 개별적으로 움직일 수도 있다.
④ 마그네틱 척 (Magnetic Chuck)
두께가 얇은 일감을 변형시키지 않고 고정시킬 수 있다. (그림 3-6(다))
⑤ 콜릿 척 (Collet Chuck)
가는 지름 또는 환봉재의 고정에 편리하다.(그림 3-6(라))
⑥ 압축공기 척(Compressed Air Operated Chuck)
압축공기를 이용하여 조오를 자동적으로 움직여 공작물을 고정하며, 기계 운전을 정지하지 않고 일감을 고정하거나 분리시킬 수 있다. 압축공기 대신 압력유를 쓰면 유압척이라 한다.

※ 척의 크기 표시
1. 척의 바깥 지름 : 단동척, 연동척, 복동척, 마그네틱척, 압축공기척
2. 물릴 수 있는 공작물의 지름 : 콜릿 척, 벨 척

(3) 면판(Face Plate)

척 작업이 곤란한 큰 공작물이나 복잡한 형상의 공작물의 볼트나 앵글 플레이트로 면판에 고정한다.

(4) 돌림판(Driving Plate)과 돌리개(Dog)

양 센터 작업시 돌리개로 공작물을 지지하고 돌림판에 돌리개를 걸어 돌림판(회전판)의 회전이 돌리개를 거쳐 공작물에 회전을 준다.

 (5) 맨드릴(Mandrel), 심봉

내면에 다듬질된 중공의 공작물의 외면을 가공할 때 구멍에 끼워 사용하는 것을 맨드릴 또는 심봉이라 하며 내면과 외면이 동심원이 되도록 가공하는 것이 주목적이다.

(6) 방진구(Work Rest)

지름에 비해 길이가 긴(20배) 재료를 가공할 때 자중에 의해 휘거나 절삭력에 의해 휘는 것을 방지하는데 쓰인다.

① 고정 방진구
       베드위에 고정하며 절삭 범위에 제한을 받는다.(죠오 3개 120간격)

② 이동 방진구
       왕복대의 새들에 고정되며 절삭범위에 제한없이 가공할수 있다.(죠오 2개)

5. 선반의 종류

(1) 보통 선반(Engine Lathe)

가장 일반적으로 사용하는것으로 단차식과 기어식이 있다. 다종 소량생산과 수리에 사용한다.

(2) 탁상 선반(Bench Lathe)

작업대위에 고정시켜 사용하는 모형 보통선반이다. 시계, 계기 등의 부품가공에 적당하다.

(3) 모방 선반(Copying Lathe)

형판(모형)에 따라 공구대가 자동적으로 절삭깊이 및 이송운동을 하는 것으로 형판과 같은 윤곽을 깎아내는 선반. 형판 대신에 모형,또는 실물을 사용할 수도 있다.

(4) 터릿 선반(Turret Lathe)

볼트 작은 나사 및 핀과 같이 작은 일감을 대량 생산하거나 능률적으로 가공할 때는 터릿 선반(Turret Lathe)를 사용한다. 반자동선반이며 심압대 대신에 터릿을 사용하여 1행정이 끝날 때마다 터릿을 돌리고 다음 절삭공구를 절삭위치에 오게 한다.

(5) 자동 선반(Automatic Lathe)

자동선반은 선반의 조작을 캠이나 유압기구를 이용 자동화한 것으로 대량생산에 적합하다. 용도는 주로 핀, 볼트 등에서부터 시게 및 자동차 부품까지 대량 생산 할 수 있다.

(6) 공구 선반(Tool Room Lathe)

(7) 정면 선반(Face Lathe)

정면 선반은 짧고 지름이 큰 일감을 절삭하는데 쓰이는 것으로 주축대에 지름이 큰 면판을 구비하고 있으며 왕복대는 주축 중심선과 수직으로 왕복하는 베드위에 놓여있다.

(8) 수직 선반(Vertical Lathe)

공구의 길이 방향 이송이 수직방향으로 되어 있고 중량물을 깎는데 쓰인다. 일감 고정이 쉽고 안정된 중절삭을 할 수 있으므로 정밀도가 매우 높다.

(9) NC선반(Numerical Control Lathe)

자기 테이프(Magnetic Type), 천공 테이프 또는 카드(Card)의 절삭에 필요한 모든 정보를 수치적인 부호의 모양으로 기록하여, 이 정보의 명령에 따라 절삭공구와 새들의 운동으로 제어 하도록 만든 선반이다.

(10) 다인 선반(Muti Cut Lathe)

공구대에 여러 개의 바이트가 부착되어 이 바이트의 전부 또는 일부가 동시에 절삭가공을 하는 선반, 이상의 선반 외에도 차륜선반(Wheel Lathe), 차측 선반(Axle Lathe), 크랭크축 선반(Crank Shaft Lathe), 캠축 선반(Cam Shaft Lathe), 로올 선반(Roll Lathe)등이 있다.

6. 선반 작업

(1) 절삭 저항

절삭가공은 절삭의 세가지 운동에 의하여 이루어지는데, 절삭할 때 끝날에 가해지는 힘을 절삭 저항이라 한다.

① 주분력
       절삭 방향의 분력으로 3분력 중 가장 큰 불력이며 단순히 절삭저항이라고도 한다.
   ② 배분력
       절삭 깊이 방향의 분력으로 가공 정밀도에 영향을 준다.
   ③ 이송 분력(횡분력)
       바이트 이송방향의 분력

(2) 절삭 속도

절삭시 공구에 대한 공작물의 상대 속도를 절삭속도라 한다.

(3) 공구 수명 및 마멸

① 공구 수명

절삭을 시작하여 공구를 재연삭할 필요가 생기기까지의 유효 절삭 시간을 공구 수명이라 한다.

※ 절삭공구 수명 판정법

1. 완성가공면에 광택이 있는 색조 또는 반점이 생길 때
2. 공구 날 끝에 마모가 일정량에 달하였을 때
3. 완성 가공된 제품의 치수 변화가 일정량에 달하였을 때
4. 절삭 저항의 주분력에는 변화가 없어도 배분력 또는 이송분력이 급격히 변하는 경우

   ② 공구 마멸

1. 공작물 가공시 변형에 의하여 경화된 칩이 공구면에 작용하여 마멸되거나,
고온ㆍ고압으로 이하여 공구에 융착현상이 생겨 공구의 표면층의 일부가
움푹하게 파여지는 현상.

2. 플랭크 마멸(Flank Wear)현상
공구의 플랭크면이 공작물과 평행하게 마멸되는 현상

3. 치핑(Chipping)
결손이라고도 하여 밀링, 세이퍼 등과 같이 절삭날끝에 충격이 작용하는 경우나 경질 함금과 같은 공구재료를 사용할 경우 발생하는 현상으로 날끝의 일부가 충격에 의해 파괴되어 탈락하는 것이다.

③ 공구각

1. 경사각(rake angle): 경사각이 크면 절삭저항이 감소하여 아름다운 다듬면을
       얻을 수 있으나 날끝의 강도는 약화된다.
   2. 여유각(Clearance angle): 공작물과 바이트의 마찰을 적게하기 위해 주는 각이다.

④ 바이트의 설치

1. <![endif]>바이트끝의 높이와 센터높이를 같게 한다.
   2. 바이트의 돌출 길이는 될수록 짧게 한다.
   3. 바이트의 자루는 수평으로 고정한다.
   4. 심(shim)은 될 수 있는대로 바이트 자루면 전체에 닿게한다.
   5. 바이트위에도 심을 넣고, 바이트 자루에 흠이 나지 않도록 한다.

(4) 테이퍼 작업

① 심압대를 편위시키는 방법

테이퍼길이가 길고, 테이퍼량이 작을 경우에 사용하는 방법으로 심압대 편위량 x는 다음과 같이 구한다.

② 복식 공구대 선회시키는 방법

테이퍼 길이가 짧고, 테이퍼링이 클 경우에 사용하는 방법으로 선회각 θ는 다음 식으로 구한다.

 ③ 테이퍼 절삭장치(어탯치먼트)에 의한 방법

(5) 나사 절삭 작업

주축과 리이드 스크류(lead screw)를 기어로 연결시켜 주축에 회전을 주면 리이드 스크류도 회전한다. 이때 리이드 스크류에 연결된 바이트가 이송하며 나사를 깎게 된다.

① 변환기어 계산법

          공장물의 피치                              주축에끼워야할기어잇수(A)      
리이드스크류피치(어미나사피치)   =   리이드스크류에끼워야할기어잇수(D)

회전비가 1:6 보다 적을 때는 위와 같이 단식(2단 걸기)법을 쓰고 1:6 보다 클때는 복식(4단 걸기)법을 쓴다

※ 리이드 스크류나 공작물 둘 중에 하나가 인치식인 경우에는 단위환산을 위해서 잇수가 127인 기어는 꼭 들어가야 한다.(1/25.4에 5씩 곱하면 5/127가 되므로)

[예제] 리이드 스크류 피치가 2(산/in)인 선반에서 피치 6mm의 나사를 깎을 때 변환기어를 구하여라.

  [나사 절삭시 필요한 것]

① 센터 게이지: 나사 바이트의 각도 검사
② 하프너트: 리이드 스크류에 자동이송을 연결시켜 나사깎기 작업을 할수 있게 한다.(스플릿 너트)
③ 체이싱 다이얼: 나사절삭시 2번째 이후의 절삭시기를 알려준다.