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1. 선반
1.1. 선반의 개요
1.1.1. 기능
선반의 기능은 공작기계 중에서 가장 오래전부터, 또한 아주 중요한 기계로 사용되어 온 것이다. 선반은 공작물을 주축에 설치하여 주축과 함께 회전시켜 바이트를 접촉하여 절삭가공(선삭가공)을 하는 기계이다. 즉, 공작물의 외경을 원통 형상으로 절삭하는 것이 선반의 기본적인 기능이다.
선반을 통해 평면, 테이퍼 등의 절삭, 환봉의 절단, 원추가공, 나사가공, 연삭 등의 다양한 작업이 가능하다. 따라서 선반은 기계제작 공장에서 가장 광범위하게 사용되는 공작기계 중 하나로, 매우 넓은 응용 범위를 가지고 있다.
1.1.2. 크기 표시
선반의 크기를 표시하는 데에는 베드상의 스윙(Swing Over Bed), 왕복대의 스윙(Swing Over Carriage), 또는 양 센터간의 최대거리 (Distance Between Centers)가 있다.
베드상의 스윙은 베드에 접촉되지 않으며 주축에 치부할 수 있는 피가공물의 최대 직경을 의미한다. 왕복대상의 스윙은 왕복대와 간섭 없이 주축에 치부할 수 있는 최대 직경을 말한다. 또한 센터간 최대 거리는 베드 상에서 심압대를 주축으로부터 최대한으로 벌려 놓았을 때의 주축과 심압축에 끼워 넣을 수 있는 센터간의 거리로, 양 센터간 지지되는 피가공물의 최대 길이를 표시한다.
특별히 NC선반에서는 베드의 형상이 여러 종류가 있어 기계의 크기를 표시할 때 Chuck 크기, 최대 가공경, 봉재 가공경 및 최대 가공 길이로 표시한다.
1.2. 선반의 종류와 특징
1.2.1. 보통 선반
보통 선반은 공작기계 중에서 가장 역사가 오래되었으며, 많이 사용되고 있는 대표적인 기계이다. 이 선반은 주요 구성요소로 베드, 주축대, 심압대, 왕복대, 공구대 및 이송장치로 구성되어 있다. 공작물에 회전운동을 주고 공구인 바이트에 절삭깊이와 이송을 주어 절삭가공(선삭가공)을 수행하는 기계이다.
보통 선반은 외경절삭, 정면절삭, 절단, 측면절삭, 구멍뚫기, 보링, 리밍, 나사절삭, 테이퍼절삭, 윤곽절삭, 총형절삭, 모방절삭, 널링 등의 다양한 가공작업이 가능한 만능기계이다. 특히 분할대와 같은 부속장치를 사용하면 나사, 기어, 트위스트 드릴, 스플라인축 등 복잡한 제품도 가공할 수 있다.
보통 선반의 작업방식을 보면, 공작물을 주축에 고정하고 회전시키면서 바이트로 세로방향 이송을 주어 외경을 깎는 외경절삭, 공작물의 단면을 깎는 정면절삭, 공구대를 경사지게 하여 원추형상을 가공하는 테이퍼절삭, 가공물의 윤곽선을 따라 절삭하는 모방절삭, 공작물의 중심에서부터 외주로 깎아내는 단면절삭, 이미 뚫린 구멍을 확대하는 보링, 공작물을 절단하는 절단, 구멍을 뚫는 드릴링, 나사산을 절삭하는 나사절삭 등이 가능하다.
보통 선반의 주요 구성요소는 다음과 같다. 먼저 공작물을 회전시키는 주축과 이를 지지하는 주축대가 있다. 그리고 공작물의 한쪽 끝을 고정시키는 심압대, 공구를 장착하고 이송시키는 왕복대 및 공구대, 그리고 자동 이송을 위한 이송장치 등으로 구성된다. 가공 시에는 왕복대의 좌우 이송과 이송장치의 전후 이송을 조합하여 원하는 가공을 할 수 있다.
보통 선반은 기계제작 공장에서 가장 많이 사용되는 공작기계로, 다양한 가공이 가능하고 정밀도가 높아 널리 활용되고 있다. 특히 자동차 부품, 항공기 부품, 기계 부품 등 다양한 산업 분야에서 핵심적인 역할을 하고 있다.
1.2.2. 탁상 선반
탁상 선반은 작은 부품을 절삭할 때 탁상에 설치하여 작업하는 소형의 선반이다. 주축대에는 벨트식 또는 모터직결식을 사용한다. 특히 정밀 소형기계 및 시계부품 등을 가공하는 데 사용되며, 베드길이는 900mm 이하이다.
탁상 선반은 보통 선반에 비해 규모가 작지만 다양한 용도로 활용될 수 있다. 소형 기계 부품이나 시계 부품 등 정밀한 가공이 필요한 작업물을 다룰 수 있다. 또한 탁상에 설치하여 작업할 수 있어 공간 활용도가 높다는 장점이 있다. 크기가 작아 이동이 용이하고 설치가 간편하다는 특징도 있다.
다만 대형 공작물이나 중절삭 작업에는 적합하지 않다는 단점이 있다. 주축 및 구동 장치의 용량이 제한적이어서 큰 힘을 요하는 가공에는 적합하지 않다. 따라서 주로 소형 부품 가공이나 정밀 가공에 활용된다고 볼 수 있다.
1.2.3. 수직 선반
수직 선반은 주축이 수직 방향으로 장치된 선반으로, 보통 선반과 거의 동일한 구조를 가지고 있다. 주요한 차이점은 테이블이 수평면 내에서 일정한 각도로 선회하며 작업할 수 있게 되어 있다는 점이다.
테이블과 새들의 중간에 회전대가 구비되어 있어 테이블을 임의의 방향과 각도로 변위시킬 수 있다. 따라서 수직 선반은 분할대를 부속으로 사용하면 복잡한 제품, 예를 들어 각종 기어, 트위스트 드릴, 스플라인 축 등을 가공할 수 있다.
수직 선반의 구조가 강력하고 테이블에 회전식 테이블을 장치하면 정확한 각도 분할 작업도 가능하다. 따라서 수직 선반은 주로 완성 가공에 널리 사용된다. 엔드밀과 같은 절삭공구를 사용하여 홈 부 절삭과 측면 가공에 적합하다. 또한 정면 밀링 커터를 사용하면 평면 가공도 매우 효율적으로 수행할 수 있다.
1.2.4. 자동 선반
자동 선반은 캠이나 유압 기구를 이용하여 공구의 교환, 공작물의 착탈, 적절한 속도와 이송 등을 자동화한 대량생산용 선반이다. 따라서 가끔 치수만 측정하고 검사하며, 긴 재료가 완전히 소모되거나 치수가 틀릴 경우에만 기계를 정지시켜 재료 및 공구를 갈아끼운다. 보통 선반은 한 대에 한 명의 작업자가 필요하지만, 자동 선반에서는 한 작업자가 여러 대의 선반을 조작할 수 있다는 것이 특징이다. 이를 통해 보통 선반에 비해 생산성과 효율성이 높다고 할 수 있다.
1.2.5. 차륜 선반
차륜 선반은 철도차량용 차륜을 깎는 선반으로, 차륜을 스핀들 양단에 고정하고 동시에 좌우 양륜을 가공한다. 차륜은 철도차량의 주행과 제동에 필수적인 부품으로, 지속적인 사용으로 인해 마모가 발생하게 된다. 이러한 차륜의 마모를 방지하고 성능을 유지하기 위해 정기적으로 차륜을 절삭하여 표면을 정돈하는 작업이 필요하다. 차륜 선반은 이러한 차륜의 절삭 및 연삭 작업을 전문적으로 수행하는 기계로, 주요한 특징은 다음과 같다.
첫째, 차륜을 스핀들 양단에 고정하여 동시에 좌우 차륜을 가공할 수 있다. 이를 통해 차륜의 직경과 프로파일을 정밀하게 유지할 수 있어 안정적인 차량 주행이 가능하다. 또한 작업 시간을 단축할 수 있다는 장점이 있다.
둘째, 차륜의 특성상 불균형하고 무거운 형상을 가지고 있어, 차륜 선반의 구조는 이를 고려하여 설계된다. 즉, 견고한 베드와 스핀들, 그리고 견인 시스템 등으로 구성되어 있어 대형 차륜의 가공을 안정적으로 수행할 수 있다.
셋째, 차륜의 프로파일은 차량의 종류와 운행 환경에 따라 다양하게 설계되므로, 차륜 선반에는 이러한 프로파일을 구현할 수 있는 기능이 포함된다. 예를 들어 테이퍼 절삭, 모방 절삭 등의 가공 방식을 활용할 수 있다.
이와 같이 차륜 선반은 철도 차량의 핵심 부품인 차륜을 정밀하게 가공하는 전문 공작기계로, 차량의 안전성과 성능 유지에 필수적인 역할을 수행한다.
1.3. 선반의 주요 부분
1.3.1. 주축
선반의 주요 부분 중 하나인 주축은 공작물을 회전시키는 핵심 부품이다. 주축은 선반의 기계적 핵심이자 가장 중요한 구성요소라고 할 수 있다. 주축은 피가공물을 설치하여 회전을 일으키는 역할을 하며, 베어링에 의해 지지되어 정밀한 회전을 보장한다.
주축은 피가공물을 회전시키기 위한 구동력을 제공하며, 속도 조절을 통해 최적의 절삭 성능을 유지할 수 있도록 한다. 주축의 회전 속도는 대개 변속기어나 베벨기어, V-벨트 등을 통해 조절된다. 이를 통해 다양한 크기와 재질의 가공물에 적합한 회전 속도를 제공할 수 있다.
또한 주축은 전면 베어링과 후면 베어링에 의해 지지되어 정밀한 회전이 가능하다. 주축의 정밀한 회전은 가공 정밀도와 직결되므로, 베어링의 상태가 매우 중요하다. 주축의 베어링에는 보통 볼...
