공작기계는 흔히 ‘기계를 만드는 기계(Mother Machine)’라고도 합니다. 주로 기계의 부품을 만드는 역할을 하기 때문입니다. KS(한국산업규격)에서는 공작기계에 대해 ‘주로 금속 공작물을 절삭, 연삭 등에 의하여 불필요한 부분을 제거해 내어 필요한 형상을 만드는 기계’로 정의합니다.
공작기계의 종류와 형태는 매우 다양하지만 KS 정의에서도 볼 수 있듯이 가장 대표적인 작업은 금속 공작물을 깎아내는 것이라 할 수 있습니다. 그런 점에서 ‘금속절삭기계’는 가장 대표적인 공작기계의 형태라 하겠습니다.
금속절삭기계는 불필요한 부분을 제거하면서 형상을 가공하며 가공 과정에서 칩(Chip)을 발생시키는 것 또한 특징이라 할 수 있습니다. 실제 제조 현장에서 쓰이는 공작기계 중 8할이 금속절삭기계일 정도로 제조산업에서 차지하는 비중이 높습니다.
금속절삭기계는 구체적으로 선반, 밀링기, 머시닝센터, 드릴링기, 보링기, 연삭기, 기어가공기, 특수가공기, 기타 절삭기계 등으로 나뉩니다. 각각의 특징을 살펴보겠습니다.
선반
수평형·수직형, 보통선반, 자동선반, 수직선반, 터릿선반, 탁상선반, 나사절삭선반, 공구선반
선반은 제조업계에서 가장 많이 쓰이는 기계입니다. 가공해야 할 재료(가공물)를 바이스로 고정한 뒤 고속으로 회전시킵니다. 회전하는 가공물에 날카로운 절삭 공구를 갖다 대면 가공물이 깎여나가게 됩니다. 이런 방식으로 원하는 모양을 만들어냅니다.
보통 수준의 정밀도를 가진 기계는 ‘보통 선반’이라고 부릅니다. 가공물을 고정하는 위치에 따라 ‘수평형 선반’이나 ‘수직형 선반’으로 나뉩니다. 이 밖에 터릿, 탁상, 나사절삭, 공구선반 등이 있습니다.
<밀링기> 수치제어 밀링머신(수평형, 수직형, 모방형, 플래노밀러), 베드형 밀링머신(수평형, 수직형), 무릎형 밀링머신(수평형, 수직형), 만능 밀링머신, 모방 밀링머신, 플래노밀러, 탁상 밀링머신
밀링기는 다수의 날을 가진 밀링커터를 고속으로 회전시켜 테이블 위에 고정한 가공물을 절삭하는 기계입니다.
가장 대표적인 건 ‘베드형 밀링머신’입니다. 가공물을 테이블에 눕힌 뒤 고속 회전하는 절삭공구를 위에서 아래로 이동시키는 방식입니다. 플레이너(평삭기)와 밀링머신을 합친 ‘플래노 밀러’도 많이 쓰입니다. 이 밖에 특수 작업도 가능한 ‘만능’, 모형을 본떠서 가공하는 ‘모방’ 밀링머신 등이 있습니다.
머시닝센터
수평형, 수직형, 문형
머시닝센터는 여러 종류의 가공을 한 대의 기계에서 할 수 있는 일종의 만능 공작기계입니다. CNC 하면 연상되는 대표적인 공작기계입니다.
자동 공구 교환장치가 있어 필요에 따라 공구를 교환하고 구멍뚫기, 속파기, 나사치기, 면깎기 등을 차례로 수행합니다. 보통 수평형, 수직형, 문형으로 나뉩니다. 수직, 수평이 일반이라면 문형은 대형에 적합합니다.
드릴링기
수치제어 드릴링머신, 직립 드릴링머신, 래디얼 드릴링머신, 다축 드릴링머신, 탁상 드릴링머신, 심공 드릴링머신
드릴링기는 말 그대로 '드릴링'에 특화된 기계입니다. 드릴로 가공물에 구멍을 뚫는 작업에 집중할 수 있습니다. 보통 1차로 가공한 가공물에 추가 작업이 필요할 때 사용합니다.
드릴링기 또는 드릴링머신이라고 부릅니다. 대표적인 형태인 직립, 탁상 드릴링머신은 테이블 위에 가공물을 올려놓고 드릴을 회전시키면서 상하 운동을 통해 구멍을 꿇습니다.
보링기
수치제어 보링머신(수평형, 수직형), 수평형 보링머신(테이블형, 플로어형), 수직형 보링머신, 지그보링머신, 파인보링머신
보링기는 드릴로 뚫은 구멍의 크기를 넓히는 기계입니다. 여러 종류의 구멍을 가공하는 데 특화된 단순한 기계입니다. 가공물을 테이블 또는 마룻바닥 위에 장치하고 보링용 공구를 회전시켜 작업합니다. 기본적으로 수평형과 수직형으로 나뉩니다. 기본형 외에는 더욱 정밀한 지그보링머신, 파인보링머신 등이 있습니다.
연삭기
수치제어 연삭기(원통, 평면, 내경, 무심, 나사), 평면연삭기(수평형, 수직형, 로터리형), 원통연삭기, 내면연삭기, 무심연삭기, 공구연삭기, 기어연삭기, 나사연삭기, 탁상연삭기
연삭기는 흔히 ‘그라인더’라고 불리는 절삭날을 갖고 있는 커터라고 할 수 있습니다.
단단하고 미세한 연삭입자를 결합해 만든 연삭숫돌을 고속으로 회전시켜 평면이나 원통면을 조금씩 절삭 가공합니다. 가공물을 깎아내는 위치에 따라 명칭이 조금씩 달라집니다.
기어가공기
수치제어 기어호빙머신, 수치제어 베벨기어 가공기, 기어 호빙머신, 베벨기어 가공기, 기어 셰이핑 머신, 기어 셰이빙 머신, 기어 챔퍼링 머신
기어가공기는 말 그대로 '기어'를 가공하는 기계입니다. 기어 모양의 밀링 커터(피니언 커터)를 상하 왕복 운동시켜 가공물을 절삭하면서 기어의 톱날을 만드는 방식입니다.
원하는 기어 모양에 따라 그에 맞는 기계를 선택하면 됩니다. 기어는 크게 평기어(스퍼기어), 나선형 기어(헬리컬 기어), 베벨 기어, 웜 기어 등이 있습니다.
특수가공기
수치제어 방전기(형조, 와이어 컷), 와이어컷 방전기, 레이저 가공기, 초음파 가공기, 전해가공기
특수가공기는 가공물의 주조성, 소성, 용접성 등의 성질을 이용해 가공하도록 만들어진 기계입니다. 와이어컷 방전가공기가 대표적입니다.
와이어컷은 와이어와 가공물 사이에 방전을 일으켜 방전스파크를 톱날처럼 사용하여 공작물을 가공하는 방식입니다. 일반 절삭기계로 가공이 불가능한 초경합금, 담금질 열처리강, 스테인레스 등 전기가 통하는 모든 가공물을 다룹니다.
이 밖에도 절삭기계로 분류되는 기계로는 플레이너, 셰이핑 머신, 슬로팅 머신, 브로칭 머신, 호닝 머신, 띠톱기계(수평형, 수직형), 키홈 가공기, 래핑머신, 버핑머신, 슈퍼피니싱 머신, 폴리싱 머신, 전용기 등이 있습니다.
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