MCT 가공 - 가공 공정 설계

[박권우 대리]

3.2 가공 공정 설계 (MCT)

	3.2.1  공정 설계 일반      1) 가공장비 선정      2) 가공 방법 및 순서의 결정      3) 기타 MLFX 관련 일반 사항
	3.2.2  위치 결정 방법      1) 기계 테이블과 MLFX      2) MLFX와 공작물
	3.2.3  고정 방법      1) 기계 테이블과 MLFX      2) MLFX와 공작물

3.2.1 공정 설계 일반

1) 가공장비 선정

일반적으로 사용할 MCT는 공작물 크기와 형상, 가공 부위를 기준으로 선정하고, 이외에 생산량, 장비별 부하 계획 등을 추가로 고려한다.

예) - 얇은 판재 가공시: 수직형 장비

     - 설치한 상태에서 육면체 형상의 측면 4곳 동시 가공시 : 수평형 장비(B축 부가 장비)

     - 설치한 상태에서 육면체 형상의 측면 4곳과 상면 동시 가공시 : 5면 가공기, 5축 장비

단, MCT 장비의 경우는 종류가 다양하고, 가격이나 가공 특성에도 차이가 많으므로 신중하게 검토할 필요가 있다.

사용 장비에 따라 가공 공정이나, 가공 소요 시간도 달라지는 경우도 많으며, 장비 종류별로 시간당 임률 (WAR : Wrap-Around Rate)에도 차이가 많으므로, 경제성도 같이 고려해야 된다.

예를 들면, 초고속 장비, 5면 가공기, 5축 가공 장비 등을 적용하면 가공 소요 시간이나 제작 공정을 단축할 수 있고, 소요 NC 장비 수와 공장 소요 면적도 줄일 수 있지만, 반면에 장비 가격이 대체로 고가이므로 효율성과 경제성 측면을 동시에 검토해야 된다.

 2) 가공 방법 및 순서의 결정

가공 방법 및 순서는 부품의 형상에 따라 결정을 하게 되는데, MCT 가공 부품은 보통 형상이 복잡하고 다양하므로 부품 도면 상세 검토후 결정을 해야 된다.

여기서는 일반적으로 MCT 가공 공정 설계시 참고해야 될 사항만 설명하기로 한다.

① 기준면 가공 후 MCT 가공

공작물 설치 정도를 높이고 공작물 설치시의 변형을 줄이기 위해서는, NC 전가공으로 기준면 면삭과 T/H 가공을 해주는 것이 유리하다.

단, 데이텀 표적점에 볼 로케이터로 위치 결정을 하도록 도면 상에 규제가 되어 있는 주물  소재 등의 경우에는 예외로 한다.

② 넓고 평탄한 면을 먼저 가공

MCT 가공은 보통 2공정으로 수행되는 경우가 많다.

이 경우, 첫 공정에서 넓고 평탄한 면을 먼저 가공해, 두 번째 공정에서 공작물 설치가 용이하도록 한다.

즉, 뒷공정을 고려한 공정 설계가 되도록 한다.

③ 측정을 고려한 공정 설계

공정 설계시에는 측정 방법에 대해서도 사전에 검토해야 되며, 일반적으로 공작물을 MLFX에서 풀어내지 않고 측정이 가능하도록 공정을 설계하는 것이 유리하다.

즉, 부품 가공 치수 등에 이상이 있을 경우, 가공중이나 완료후 공작물이 설치된 상태에서 바로 확인하고 조치를 취할 수 있도록 공정을 설계해야 된다.

④ 교차 가공은 피할 수 있도록

가능한 교차 가공은 피하는 것이 좋다.

일부 가공후 클램프를 옮기고, 다시 나머지 면을 가공하면, 경계면에 단차가 생길 수 있으며 가공 소요 시간도 증가한다.

불가피한 경우도 있지만, 부품 내부 구멍을 이용하거나 툴링 탭을 만드는 등의 방법을 최대한 이용해 가공중 클램프 변경을 없앨 수 있도록 공작물 고정 방법을 결정한다.

평행한 평면부가 있고 외부 윤곽 가공이 없으면, 바이스(Vice) 이용도 교차 가공을 피할 수 있는 아주 유용한 방법이다.

⑤ 가늘고 긴 공구는 사용하지 않는 것이 유리

가늘고 긴 공구는 항상 떨림이나 휨이 발생할 우려가 많다.

이로 인해, 일반적으로 절삭 조건도 많이 낮추어야 되며, 가공면 거칠기나 가공 정도도 떨어지고, 공구 수명도 짧아진다.

예를 들어, 엔드밀의 강성은 직경의 4제곱에 비례하고 날길이의 3제곱에 반비례한다.

즉, 날길이가 2배가 되면 강성은 1/8 이 되고, 절삭 내구성은 1/10  이하가 된다.

절삭 저항에 의한 휨, 떨림을 줄이고 수명을 연장시키기 위해서는 가능한 한 날길이를 최소한으로 해야 된다.

그러나, 공작물 형상에 따라 불가피하게 가늘고 긴 공구를 사용해야 하는 경우도 많다.

모서리 반경을 키우거나, 플랜지 높이를 낮추는 등의 설계 변경으로 해결하는 것이 가장 좋은 방법이라고 할 수 있지만, 불가피한 경우도 있다.

스트랩 클램프로 인한 간섭을 줄이기 위해서는 거위목 형상(Goose Neck) 클램프를 사용하는 것이 유리하다.

엔드밀의 날부는 코어 직경에 따라 차이가 있지만 생크부에 비해 강성이 많이 떨어지므로, 전체 길이는 그대로인 상태에서 날부 길이만 짧게 만든 엔드밀로 강성을 향상시킬 수 있으며, 이런 엔드밀을 사용해 절삭 깊이를 줄여 여러번에 나누어 가공하는 방법으로 가공면의 정도를 개선할 수 있다.

이외에, 가공 방향을 공구축 방향으로 바꾸어 일정 피치 간격으로 여러번에 가공하는 방법(Plunge Cut) 도 많이 사용된다.

단, 이런 방법으로 가공면의 정도는 개선할 수 있지만, 가공 시간이 많이 증가하므로, 너무 가늘고 긴 공구를 사용하지 않고 가공할 수 있도록 하는 것이 좋다.

⑥ 자세 공차, 위치 공차 등으로 규제된 관련 형체는 가능하면 동시 가공

안정적인 가공 치수 공차 관리를 위해서는 동시 가공이 가장 유리한 방법이라고 할 수 있다.

진위치도, 직각도, 평행도 등 관련 형체에 적용하는 공차가 규제된 부위, 또는 두께 치수 공차 등이 규제된 부위는 가능하면 동시 가공하도록 한다 (뒤의 기하 공차 시스템 참조).

동시 가공이 어려울 경우, 안정적인 공차 관리가 가능하도록 공작물 위치 결정 및 고정 방법을 결정해야 된다.

예를 들면, 두께 칫수가 중요한 플랜지 가공시, 첫 공정에서 바깥면을 가공하고, 두 번째 공정에서 뒤집어서 안쪽면을 가공한다면, 두 번째 공정에서는 공작물 위치 결정 기준을 첫 공정에서 가공한 바깥면으로 하는 것이 유리하다.

⑦ 공작물 고정시의 변형을 고려한 공정 설계

안정적인 가공이 되도록 하기 위해서는, 공작물 고정은 충분히 튼튼하게 할 필요가 있다.

그러나, 공작물을 고정하는 방법에 따라, 고정력에 의한 변형이 생길 수 있다.

변형이 없도록 하는 것이 가장 좋지만, 공작물 형상에 따라 불가피한 경우도 생긴다.

그런 경우, 황삭시는 강하게 고정하고, 정삭시는 약간 느슨하게 한 상태에서 가공하는 등의 방법을 적용하도록 한다.

⑧ 가공 변형을 고려한 공정 설계

많은 양을 가공할 경우, 공작물에는 가공 변형이 발생하는 경우가 많다.

일반적으로 가공한 방향으로 휘는 경향이 있으며, 단조, 압연 소재 등의 경우 아주 심한 변형이 생길 수 있다.

가공 변형을 줄이기 위해서는 일반적으로 황삭과 정삭 공정을 분리해, 황삭 가공이 끝난 상태에서 일정 시간 경과후 정삭 가공을 수행하는 방법을 사용한다.

그외에, 알루미늄 합금 소재 등의 경우, 초고속 가공을 적용하면 변형이 현저하게 줄어드는 경향이 있다.

⑨ 칩 배출을 고려한 공구 선정

황삭시는 원활하게 칩이 배출될 수 있도록, 공구의 칩 포켓(Chip Pocket)이 충분히 커야 된다.

엔드밀의 경우, 날수가 많아지면 칩 포켓을 크게 만들 수 없으므로, 황삭시는 보통 2날 엔드밀을 사용한다.

경우에 따라 1날, 또는 3날 엔드밀을 사용할 수도 있지만, 현장에서 바로 공구경을 측정하기 어려운 단점이 있다.

여러날 엔드밀은 코어 직경이 커, 강성면에서 유리하고, 절삭 이송률도 빠르게 할 수 있는 장점이 있으나, 황삭시는 칩 배출 문제로 파손 위험이 커 적용하기 어렵다.

⑩ 기타

◆ 가공 공정수는 가능한 줄일 수 있도록 공정 설계

동시 가공으로 품질을 안정시키고 준비 교체 시간을 단축하기 위해서는 가공 공정수를 가능한 줄이는 것이 유리하다.

◆ 공작물 설치를 고려한 공정 설계

공작물 설치가 쉽고, 시간이 가능한 적게 걸리도록 공정을 결정할 필요가 있다.

예를 들면, 대량 생산일 경우 유압식 고정구 사용을 검토할 필요가 있으며, 1개만 가공하면 될 경우에는 공작물 설치에 시간이 좀 걸리더라도 MLFX 없이 바로 기계 테이블에 설치해 가공하는 것이 유리하다.

대형 공작물일 경우, 크레인으로 들기 쉽도록 아이 보울트(Eye Bolt) 구멍을 사전에 가공해 주는 것도 검토해 볼 필요가 있다.

◆ 여러개의 공작물 동시 설치

공작물 크기가 작고 개당 가공 시간이 짧을 경우, 여러개의 공작물을 동시에 설치하고 가공하는 방법을 검토할 필요가 있다.

설치 및 공구 교환 시간을 줄일 수 있어 개당 가공 소요 시간을 많이 단축할 수 있으며, 1회당 가공 소요 시간을 어느 정도 길게 할 수 있어 한 사람이 여러대의 장비를 가동할 때 유리하다.

◆ 설치시 실수할 우려가 있을 경우 방지 대책(Fool Proof 등) 추가

공작물을 반대로 설치할 우려가 있는 경우, NC 공정도에 그림으로 그려주거나, 툴링 홀(Tooling Hole) 크기를 다르게 해 반대로 설치할 경우 MLFX에 조립이 안 되도록 하는 등의 방법으로 실수를 방지할 수 있도록 한다.

◆ 공구 설치 실수 방지 대책

잘못된 공구 설치로 인한 충돌 사고나 불량 방지를 위해, MLFX에 알루미늄으로 된 Fool Proof Pin을 설치하는 방법도 사용된다.

즉, 처음 가공 시작시 공구가 그 핀 위와 옆으로 약 0.25mm 정도 떨어진 상태에서 지나가도록 NC 프로그램을 작성해, 공구가 잘못 설치되어 있을 경우 핀에 부딪히도록 한다.

첫 부품 가공으로 사용하는 모든 공구에 대한 검증이 끝나면, 선택적 블록 건너뛰기 (Optional Block Skip) 기능으로 해당 블록들은 무시하도록 한다.

◆ 온도 변화를 고려한 공정 설계

초정밀 공차가 요구될 경우 항온실 내에서 작업해야 되지만, 공작물의 열팽창 계수가 기계 테이블, 측정기 등과 비슷할 경우는, 일반적으로 MCT에서 가공하는 정밀 공차 가공에 큰 문제는 없다.

단, 비철 금속 등 열팽창 계수가 차이가 클 경우 차이가 생길 수 있으므로 주의할 필요가 있다.

특히, 공작물이 아주 길 경우 온도 변화에 따른 길이 변화 차이가 클 수 있으므로 해당 공작물 가공시 공장내 온도를 일정 범위내로 유지하는 등의 대책이 필요하다.

이것이 어려울 경우, 열팽창 계수 차이와 현 공장내 온도를 고려하여 약간 길거나 짧게 보정하여 가공하는 것도 한가지 방법이 될 수 있다.

예) 길이 10 m, 온도가 20°C 상승시 길이 변화 : 강은 2.1mm, 알루미늄 판재는 4.1mm 정도 팽창

강의 열팽창계수	알루미늄 판재의 열팽창계수
0.107*10-4	0.207*10-4

초정밀 공차 가공은 가공중 절삭열이나 공장내 온도 변화로 인해 문제가 될 수 있으므로, 정삭 공정만 분리해 항온실 내에서 지그 보링 등의 정밀 가공 장비로 가공하는 것이 유리하다.

3) 기타 MLFX 관련 일반 사항

기본적인 사항은 뒤의 위치 결정과 고정 방법에서 설명이 되므로 여기서는 중복되지 않는 일반 사항만 설명하기로 한다.

① MLFX 소재가 알루미늄일 경우 탭 구멍

나사 규격이나 고정 방법에 따라 약간 차이가 있지만, 공작물 고정시 MLFX 탭 구멍의 나사산에는 상당히 큰 힘이 작용하며, 조이고 풀어내는 작업이 계속 반복된다.

따라서 MLFX 소재가 알루미늄일 경우 탭 구멍의 내구성 문제가 생길 수 있으므로, 공작물 고정용 탭 구멍에는 반드시 인서트(Insert)나 앨리너트(Allenut)를 사용해야 된다.

② 가공 시작점(S/P) 설정

수평형 장비의 경우는 보통 가공 시작점 설정 없이 기계 좌표계 위치값을 바로 사용하는 경우도 많지만, 수직형 장비는 가공 시작시 S/P를 설정해주는 것이 일반적이다.

보통, S/P는 정밀 공차 부쉬 구멍으로 하고 주축에 인디게이터나 터치 센서를 연결해 위치를 찾는다.

작업자에게서 가깝고, 공작물이나 스트랩 클램프 등과 간섭이 없는 위치로 정한다.

③ Eye Bolt용 탭 구멍

MLFX 취급이 쉽도록 하기 위해서는 아이 보울트용 탭 구멍을 가공해 주는 것이 좋다.

치구 소재가 알루미늄이라도 굳이 인서트를 사용할 필요는 없으며, 크레인 등으로 들었을 때 균형이 잡히도록 위치를 선정한다.

아이 보울트 규격 선정은 앞의 "현장 작업 지원 공구" 를 참조한다.

④ Fool Proof Pin 설치 구멍

공구 설치 실수로 인한 사고 예방을 목적으로 설치하는 Fool Proof Pin을 꽂는 구멍으로, 보통 공구가 0.25mm 정도만 떨어진 상태로 주위에서 움직이므로 정밀 공차 부쉬 구멍으로 한다.

작업자가 관찰하기 쉽고, 공구 확인시 공작물이나 스트랩 클램프 등과 간섭이 없는 위치로 정한다.

3.2.2 위치 결정 방법

공작물이나 MLFX의 위치는 일반적으로 1, 2, 3 차 데이텀 평면의 확립으로 결정된다.

위치 결정 방법은 여러 가지가 있을 수 있지만, 여기서는 기계 테이블과 MLFX, MLFX와 공작물  2가지로 구분해 일반적으로 많이 사용되는 방법들에 대해 설명하기로 한다.

1) 기계 테이블과 MLFX

보통 기계 테이블이나 베드에는 치구(MLFX : Milling Fixture)의 위치 결정을 위한 정밀 공차 부쉬 구멍(Align Hole)이나 T-홈 등이 가공되어 있다.

소형 팔레트에는 T-홈이나 정밀 공차 구멍 대신 측면과 후면에 연마 플레이트(Edge Locator)를 부착하는 경우도 있다.

보통 수평형 장비 팔레트에 적용하며, Edge Locator 두개중 하나에는 기준면을 두곳, 다른 하나에는 기준면을 한곳으로 하는 것이 일반적이다.

① 1차 데이텀 평면의 확립

보통 테이블 상면을 1차 데이텀 평면으로 한다.

즉, MLFX 바닥면을 테이블 면에 밀착시키는 것을 말한다.

경우에 따라 다른 방법을 사용할 수도 있지만, 이 방법이 가장 안정적이고 확실한 방법이다.

② 2, 3차 데이텀 평면의 확립

◆ Align Hole을 이용

일반적으로, 테이블에 있는 Align Hole에 결합할 수 있는 2곳의 정밀 공차 부쉬 구멍을 MLFX에 가공하고, 그 구멍에 Align Pin을 꽂아 2, 3차 데이텀 평면을 설정한다.

이 때, 두 구멍중 한곳은 일반 부쉬(Round Bush)를 사용하고, 나머지 한곳은 장공 홈으로 된 부쉬(Slotted Bush)를 사용해, 3차 데이텀 평면 설정을 위한 데이텀 표적이 한군데만 되도록 해야 된다 (뒤의 기하 공차 시스템 참조).

슬로티드 부쉬의 방향은 두 구멍의 중심선을 연결한 직선에 슬롯이 평행하도록 하고, 사용중 부쉬가 돌아가지 않도록 세트 스크류로 고정한다.

두 구멍 사이의 간격은 가능한 길게 하는 것이 설치 정도 면에서 유리하다.

경우에 따라 테이블의 Align Hole에 핀을 꽂고, 여기에 MLFX를 밀착시켜 2, 3차 데이텀 평면을 설정할 수도 있다.

이 때는 2차 데이텀 평면 설정을 위해 2곳, 3차 데이텀 평면을 위해 1곳의 핀을 각각 사용해야 된다.

이 경우도 마찬가지로 2차 데이텀 평면 설정을 위한 Align Pin 2곳의 간격은 가능한 길게 해야 된다.

◆ T-홈 이용

T-홈을 이용하는 경우도 Align Hole을 이용하는 경우와 유사한 방법을 사용하면 된다.

즉, MLFX에 구멍을 가공하고, 그 구멍에 T-홈까지 끼워지는 핀을 꽂아 T-홈 위치와 MLFX 기준선이 평행하게 설치되도록 하거나, T-홈에 연마 플레이트, 또는 핀을 끼우고, 여기에 MLFX를 밀착시키는 방법 등이다.

단, T-홈은 길이 방향으로 위치 결정 기능을 할 수 없으므로, 굳이 장공홈으로 된 부쉬를 사용할 필요가 없으며, 3차 데이텀 평면의 설정은 따로 하지 않는 것이 일반적이다.

◆ Edge Locator 이용

MLFX를 Edge Locator에 밀착시켜 2, 3차 데이텀 평면을 설정한다.

보통, Edge Locator에는 구멍이 가공되어 있어, MLFX 측면에 탭 구멍을 가공하고 그 구멍을 통해 보울트로 로케이터에 고정할 수 있도록 한다.

2) MLFX와 공작물

공작물 위치 결정 방법은 공작물의 형상에 따라 차이가 많고, 도면상에 방법이 지정되어 있는 경우가 많다.

도면에 지정이 되어 있을 경우, 검사, 조립시와 동일 기준을 적용할 수 있도록, 가공시도 도면상에 지정된 위치와 형상을 그대로 따르는 것이 유리하다.

① 1차 데이텀 평면의 확립

◆ MLFX 상면을 1차 데이텀 평면으로 이용

공작물 바닥면을 MLFX 상면에 밀착시키는 방법을 말하며, 가장 안정적이고 확실한 방법이라고 할 수 있다.

공작물 형상에 따라 MLFX 상면에 단차를 만들거나 또는 라이저 블록(Riser Block)을 붙이고 그 면에 공작물 바닥면을 밀착시킬 수도 있다.

◆ 데이텀 표적 (Datum Target) 이용

볼 로케이터 등을 이용해 1차 데이텀 평면을 확립하는 것을 말하며, 로케이터는 세곳을 필요로 한다.

데이텀 표적 위치가 도면상에 지정되어 있을 경우, 가능한 그대로 따른다.

데이텀 표적 형상도 도면에 일정 영역(Datum Target Area), 또는 점(Datum Target Point)으로 지정되어 있으면 그대로 따르는 것이 좋다.

단, 스트랩 클램프로 데이텀 표적부 반대편에서 고정할 경우, 로케이터를 볼로 하면 공작물의 볼 로케이터 접촉면에 볼 자국이 생기거나 파손될 우려가 많다.

보통, 데이텀 표적은 형상이 복잡한 정밀 주조품 등에 적용하는 경우가 많으며, 고정이 안정적이지 못한 경우도 많아, 가공중 떨림 발생으로 이런 현상이 발생할 확률이 더 커질 수 있다.

이럴 경우, 데이텀 표적부를 도면 지정과 다르더라도, 좁은 면으로 하는 것이 유리하다.

설치 정도 면에서 약간 불리할 수 있지만, 너무 넓지 않으면 크게 문제가 되지는 않는다.

데이텀 표적 간격은 가능한 멀수록 좋으며, 공작물 설치가 용이하도록 하기 위해서는 무게 중심이 3개의 데이텀 표적으로 이루어진 삼각형 내부에 있도록 해야 된다.

② 2, 3차 데이텀 평면의 확립

◆ Tooling Hole 이용

일반적으로 MLFX에 2곳의 Tooling Pin을 설치하고, 공작물의 해당 위치에 가공된 Tooling Hole을 그 핀 위치에 맞춰 조립해 2, 3차 데이텀 평면을 설정한다.

이 때, MLFX에 설치된 Tooling Pin 중 한곳은 일반 핀(Round Pin)를 사용하고, 나머지 한곳은 다이아몬드 형으로 된 핀(Diamond Pin)를 사용해, 3차 데이텀 평면 설정을 위한 데이텀 표적이 한군데만 되도록 해야 된다 (뒤의 기하 공차 시스템 참조).

공작물의 T/H( Tooling Hole) 위치는 공작물 내부의 구멍 등 제거 부위를 최대한 이용하고, 이것이 어려울 경우 외부의 소재 여유 공간을 이용한다.

두 Tooling Pin 사이의 간격은 가능한 길게 하는 것이 설치 정도 면에서 유리하다.

경우에 따라 MLFX에 Tooling Pin 3개를 설치하고, 여기에 공작물을 밀착시켜 2, 3차 데이텀 평면을 설정할 수도 있다.

이 때는 2차 데이텀 평면 설정을 위해 2곳, 3차 데이텀 평면을 위해 1곳의 핀을 각각 사용해야 된다.

이 경우도 마찬가지로 2차 데이텀 평면 설정을 위한 Tooling Pin 2곳의 간격은 가능한 길게 해야 된다.

공작물이 길 경우, MLFX 중간부에 다이아몬드 형상의 Tooling Pin이나, 장공 홈으로 된 부쉬(Slotted Bush) 구멍을 추가해 바로펴기 기능을 하도록 하도록 할 수 있다.

◆ 측면 대기 블록 이용

MLFX에 블록을 설치하고, 그 블록에 공작물 측면이 접촉하도록 해 2차 데이텀 평면을 확립한다.

3차 데이텀 평면의 설정은 보통 그 블록이나 MLFX 상면에 핀을 설치해 거기에 공작물 단면이 접촉하도록 하는 방법을 사용한다.

공작물이 길고 강성이 약할 경우, 측면 전체가 블록에 접촉하도록 해 블록을 공작물의 바로펴기 기준으로 활용할 수 있다.

◆ 데이텀 표적 (Datum Target) 이용

볼이나 핀 로케이터 등을 이용해 2, 3차 데이텀 평면을 확립하는 것을 말한다.

2차 데이텀 평면 설정을 위해 2곳, 3차 데이텀 평면을 위해 1곳의 로케이터를 각각 사용하고, 2차 데이텀 평면 설정을 위한 로케이터 2곳의 간격은 가능한 길게 한다.

데이텀 표적 위치가 도면상에 지정되어 있을 경우, 가능한 그대로 따른다.

데이텀 표적 형상을 점(Datum Target Point)으로 할 것인지, 선(Datum Target Line)으로 할 것인지도 도면에 지정되어 있으면 그대로 따르는 것이 좋다.

2, 3차 데이텀 평면을 확립하기 위한 로케이터는 크게 외력을 받지 않으면, 굳이 좁은 면으로 하지 않아도 된다.

댈곳(Locator) 위치가 높을 경우, 로케이터 설치 블록은 충분한 강성을 가지도록 튼튼하게 만들어야 된다.

③ 기타

◆ 전 부위 접촉

소재가 형단조(Die Forging) 등으로 일정하게 제작되어 있는 경우, 주로 적용하는 방법이다.

소재를 목형처럼 사용해 발포 수지나 석고 등으로 형을 떠서 MLFX 위에 부착하고, 소재를 거기에 끼우는 방식으로 위치결정을 하는 방법이다.

전 부위 가공으로 첫공정에서 설치 정도가 크게 문제가 되지 않을 경우, 효과적인 방법이 될 수 있다.

◆ 센터 이용

양쪽 끝 부위 2곳과, 가운데 측면 1곳에 센터를 만들어 그 센터 구멍을 이용해 위치 결정을 하는 방법이다.

주로, 길이가 긴 형단조 소재 등에 적용한다.

3.2.3 고정 방법

1) 기계 테이블과 MLFX

보통, MLFX는 기계 테이블이나 베드에 있는 탭 구멍 또는 T-홈을 이용해 고정한다.

T-홈 사용시, MLFX가 크면 내부에 있는 MLFX 고정용 구멍 위치와 T-너트 위치를 맞추기가 어렵다.

이 경우, MLFX 구멍을 장공으로 하고, 구멍 위에서 끼울 수 있는 특수 형상 T-너트를 사용하면 편리하 다.

테이블이 충분히 크면, MLFX 외부에서 스트랩 클램프(Strap Clamp)로 고정할 수도 있다.

그러나, 아무래도 탭 구멍에 보울트로 바로 고정하는 것에 비해 불편하므로, T-홈으로 되어있는 테이블에 일정 패턴의 탭 구멍과 정밀 공차 부쉬 구멍을 추가로 가공해 사용하는 것도 한 방법이라고 할 수 있다.

이 때 부쉬는 보통 억지 끼워 맞춤 공차를 적용하고, 액체 질소를 사용해 수축된 상태에서 끼워 넣는 방식으로 조립한다.

공장내 모든 장비의 테이블 구멍 규격을 통일시키면, 치구 공용화가 가능해지는 장점도 있다.

2) MLFX와 공작물

일반적으로 고정구는 공구와의 간섭으로 가공에 방해가 된다.

이런 간섭 문제로 필요 이상으로 긴 공구를 사용해야 되거나, 교차 가공을 하게 될 경우, 품질이나 가공 시간, 준비 교체 시간 등에 좋지 않은 영향을 미친다.

따라서, 공작물 고정 방법 결정시 공작물 고정구와 공구 간섭을 최소화하고, 준비 교체 시간을 줄일 수 있는 방법을 찾기 위해 최대한 노력할 필요가 있다.

고정 방법은 공작물의 형상, 가공 부위 등을 상세히 검토하고 결정할 필요가 있으며, 여기서는 일반적으로 많이 사용하는 고정 방법에 대해 설명하기로 한다.

① 보울트로 고정

보울트로 공작물을 고정하는 방법을 말한다.

가능한 공작물 내부의 구멍 등 제거 부위를 최대한 이용할 필요가 있으며, 이것이 어려울 경우 외부의 소재 여유 공간을 이용한다.

◆ 공작물 내부 구멍 등 제거 부위 이용

공작물 내부 제거 부위에 보통, 육각 구멍 붙이 보울트를 사용하여 고정한다.

보울트 머리와 공구의 간섭을 피하기 위해 자리 파기를 해 사용하는 경우가 일반적이며, 가공후 공작물 바깥쪽에 스트랩 클램프 등을 추가하고, 보울트로 고정했던 부위를 가공한다.

자리파기가 어려울 경우 접시머리 보울트를 이용할 수도 있다.

◆ 공작물 외부 소재 여유 공간 이용

공작물 외부 소재 여유 공간을 이용해 보울트로 고정한다.

공작물 외부 윤곽 가공을 할 경우, 공구와 간섭이 생기지 않도록 충분히 사이에 공간이 있어야 된다.

가공후 다른 부위에 클램프를 추가하고 고정했던 부위를 제거할 수도 있고, 그 부위(Tooling Tab)를 남겨둔 상태로 가공을 끝낸 후 수작업으로 제거하도록 할 수도 있다.

가공시 Tooling Tab이 붙어 있는 상태로 남겨둘 경우, 외부 윤곽 가공시 Tooling Tab이 두께 약 2mm, 폭 약 6mm 정도로 공작물에 연결되어 있도록 한다.

여유 공간이 좁을 경우 보울트 대신 스트랩 클램프를 이용할 수도 있다.

◆ 보울트로 위치 결정과 고정을 동시에 할 경우

구멍 1곳을 이용해 공작물 위치 결정과 고정을 동시에 하기 위해서는, 몸체부가 정밀 공차 연마 부위로 되어 있고, 아래쪽만 나사로 되어 있는 특수 형상 보울트(Shoulder Screw, 또는 Stripper Bolt라고 함)를 사용한다.

MLFX에는 아래쪽에 탭이 나 있고 위쪽에는 정밀 공차 부쉬가 조립되어 있는 형태의 구멍이 있어야 된다.

◆ 아래쪽에서 보울트 고정

공작물 바닥면에 탭 구멍을 가공하고, 이 탭 구멍을 이용해 아래에서 보울트로 MLFX에 고정한다.

가공중 공구와의 간섭을 최소화할 수 있어 유리하지만, 공작물 설치시 MLFX도 같이 풀어내어 설치해야 되는 불편한 점이 있다.

준비 교체 시간 단축을 위해 MLFX를 2세트 만들어 사용하는 것이 유리하다.

MLFX가 높아도 되면 상판과 하판으로 만들고 사이에 공간을 띄워, MLFX를 풀어내지 않고도 바닥에서 보울트를 체결할 수 있도록 하는 방법을 사용한다.

단, 너무 높게 하면 강성에 문제가 생길 수 있고, 보울트 체결에 공기 공구를 사용할 수 없으며, 보울트 체결 상태를 육안으로 확인할 수 없는 단점이 있다.

이 방법 사용시, 보울트 체결 위치와 숫자를 NC 공정도 등에 기록해 빠뜨리는 일이 없도록 한다.

사용 보울트 규격과, 사전에 탭 구멍 깊이를 확인하도록 하는 내용도 같이 기록해 둔다.

MLFX 보울트 통과 구멍 입구부에 1~2 산의 나사를 가공하고 윗부분은 확공한 상태에서, 보울트 앞부분 5~6산만 남겨두고 뒤의 나사 부분은 골지름보다 약간 작은 칫수로 가공한 보울트를 끼워 두면, 보울트가 아래로 떨어지지 않고 계속 MLFX에 걸려 있게 되므로 편리하다.

② 스트랩 클램프로 고정

스트랩 클램프는 상면 가공시 방해가 되므로, 상면 가공시 교차 가공을 해야 되는 경우가 생긴다.

또한, 내부 가공시 공구 홀더와의 간섭으로 공구를 필요 이상으로 길게 해야 되는 경우도 있으므로, 가능하면 거위목 형상 스트랩 클램프(Goose Neck Strap Clamp)를 사용하도록 한다.

교차 가공 등으로 인한 클램프 교환 시간을 줄이기 위해 유압 Swing Clamp를 사용할 수 있다.

단, 유압 펌프가 추가로 필요하고, MLFX 제작 비용도 증가하므로, 투자 대비 효과 분석을 충분히 해서 채택 여부를 결정하도록 한다.

③ 바이스로 고정

평행한 평면부가 있고 외부 윤곽 가공이 없으면, 바이스(Vice) 이용은 아주 유용한 방법이다.

고정구와 공구와의 간섭을 최소화 할 수 있는 장점이 있고, 공작물 설치 소요 시간도 아주 짧으며, 별도의 MLFX 제작이 필요 없어 비용도 줄일 수 있다.

단, 외부 윤곽면 가공을 할 수 없고, 평탄한 평면부가 없거나 크기가 어느 수준 이상으로 크면 적용할 수

 없다는 단점이 있다 (앞의 "현장 작업 지원 공구" 참조).

④ 측면 밀기

MLFX 위에 블록을 설치하고 여기에 공작물을 밀착시킨 후 반대편 측면에서 고정하는 방법이다.

이 때, MLFX Base Plate에 설치한 블록이 측면에서 미는 힘으로 움직일 수 있으므로, 블록 고정 보울트는 가능한 2열 이상으로 하고 Dowel Pin도 충분히 추가한다.

보울트를 1열로 하면 Dowel Pin을 몇 군데 조립하더라도 블록이 밀려 움직일 가능성이 커진다.

측면에서 밀어 주는 방법은 아래의 방법들이 주로 사용된다.

◆ Swivel Screw

일반 보울트로 측면에서 공작물을 직접 밀게 되면, 접촉면에 보울트 자국이 생기게 된다.

이것을 막기 위해 보울트 앞부분에 스위블 패드(Swivel Pad)가 붙어 있는 Swivel Screw를 사용한다.

◆ 사이드 바이스

이동턱 하나만으로 된 사이드 바이스 (Side Vice 또는 Free Vice)로 측면에서 공작물을 밀어준다.

보통, 사이드 바이스는 공작물 설치가 좀 더 안정적으로 될 수 있도록, 고정시 바이스의 턱이 옆으로 이동하며 동시에 아래 방향으로도 움직이는 형태로 제작된다.

⑤ 유압 Collet Clamp 사용

보통 공작물 아래쪽에 가공된 구멍을 이용해, 아래에서 유압 콜릿 클램프로 고정하는 방법을 말한다.

아래에서 보울트로 고정하는 방법과 유사하지만 설치 시간을 줄일 필요가 있을 때 사용한다.

단, 콜릿은 미세한 칩에 약하므로, 가공중 발생한 칩이 들어가지 않도록 차단할 필요가 있다.

별로 실용적인 방법은 아니라고 할 수 있다.

⑥ 진공 클램프

두께가 아주 얇고 넓은 공작물은 가공중 공작물이 들려서 두께가 얇아지거나, 심한 경우 관통이 될 수도 있다.

이럴 경우 공작물 바닥면 들림 방지를 위해 진공 클램프를 사용한다.

고무로 된 탄력이 있고 내부가 비어 있는 튜브 형태의 진공 씰(Vacuum Seal)을 MLFX 상면에 가공한 홈에 끼워 밀봉하고, 내부에 바둑판 모양의 홈을 파서 들림을 방지한다.

진공 씰 홈 깊이는 기밀 유지를 위해 씰 외경보다 약간 작게해야 된다.

사용하는 진공 펌프는 고진공도가 요구되지는 않으므로, 고가의 제품을 쓸 필요는 없다.

대기압은 약 1Kgf/cm² 정도나 되므로, 면적이 좀 넓고, 공작물 두께가 0.5mm 정도로 아주 얇더라도 효과적으로 들림을 방지할 수 있다 (예를 들어 100mm*100mm 영역일 경우 약 100Kgf).

진공 클램프 대신 양면 테이프를 사용할 수도 있으나, 공작물을 MLFX에서 떼어내기가 어렵고, 치구 상면이나 공작물 바닥면에 붙어있는 양면 테이프를 제거하는데 시간이 많이 걸리는 단점이 있다.

⑦ 기타

이외에도 많은 고정 방법이 있을 수 있으므로, 공작물 형상이나 가공 부위 등을 고려한 최적의 방법을 찾기 위해 노력할 필요가 있다.

- Toggle Clamp 이용

- 플라잉 클램프(Flying Clamp)

  공구 접근시 그 부위 클램프가 가공에 방해가 되지 않도록 비켜 주었다가, 공구가 지나가면 다시

  클램핑을 할 수 있도록 한 장치(알루미늄 압출재 전용 가공기인 SPAR MILL 등에 적용)

- 기타 자기테이블, 척 등 이용