LM 샤프트의 품질개선을 위한 핵심공정

기술지원

2005. 8. 30

지원기관 산업기술시험원

지원기업 원샤프트정공(주)

산 업 자 원 부

제 출 문

산 업 자 원 부 장 관 귀하

본 보고서를 "LM 샤프트의 품질개선을 위한 핵심공정 기술지원에 관한 기술지원"

(지원기간 : 2004 . 9.~2005 . 8.)과제의 기술지원성과보고서로 제출 합니다.

2005 . 9 . 30 .

지원기관 : 산업기술시험원

(대표자) 홍 종 희

지원기업 : ㈜원샤프트정공

(대표자) 이 택 원

지원책임자 : 김 상 열

참여연구원 : 조 용 석

목 차

제1장 서론

제1절 기술지원 필요성

제2절 기술지원 목표

제3 절 기술지원 내용

1. 국내 LM샤프트 시장조사

2. 고주파열처리 공정 전용 설비 유니트 제작지원

3. 센타레스 연삭 공정의 기술 및 유니트 제작지원

4. 정밀 자동측정 공정에 In Process Gage 적용 기술 및 유니트 제작

5. 정밀측정 관련 자료조사 및 교육

6. 이송자동화라인 최적화 설계 및 유니트 제작지원

7. 세척과 방청시스템 기술지원 및 유니트 지원

제2장 본론

제1절 기술지원 성과

1. 기술지원의 달성 정도

2. 기술지원 내용

3. 기술지원에 따른 지적 재산권 도출

4. 기술지원내용의 기업의 기여도

제2절 기술지원 수행

1. 기술지원 추진일정

2. 수행주체들의 담당업무 성과

3. 지원실적

4. 기자재의 활용

제3장 결론

제1절 기술지원 결과

제2절 기술지원 효과

부 록

1. 기술지원일지

2. 국외출장보고서

3. 기술지원 활용 기자재 및 시설 요약서

4. 공인시험 성적서(LM Shaft의 축공차, 경도, 표면조도, 진직도)

제 1 장 서론

제 1 절 기술지원 필요성

시장구조가 소비자 주도의 고품질ㆍ다품종 체제로 변화됨에 따라 대기업형 조립산

업ㆍ중후장대형 산업의 경쟁력이 상실되고 있으며 세계경제의 디지털화가 급속히

전개되면서 완제품 중심의 경쟁구조가 부품ㆍ소재 중심의 경쟁구조로 전환되고 있

는 현실이다.

부품산업 환경변화의 주요 특징은 부품 조달체계의 Global화, 부품업체의 대형화,

부품의 Module화, Unit화 그리고 급속한 정밀기술개발 추세이며 대형 다국적 기업

이 Global Standard 선점을 통해 세계 부품ㆍ소재 시장을 선점하고 있다. 또 한

최종 소비자의 경우 설계 편의성, 조립성 및 생산성 향상을 위해 부품을 Module,

Unit 단위로 Outsourcing하는 추세에 있어 21세기에는 완성품보다는 표준화, 모듈

화된 정밀 부품산업이 중요한 역할을 하게 될 것으로 판단된다.

최근 반도체 및 전자 제조 장비의 주요 부품으로 적용되는 등 첨단정밀 제품의 생

산 및 가공 장비에 적용되면서 이전보다 더 높은 정밀도와 청정도를 요구하고 있어

안정된 고품질의 LM 샤프트의 생산 시스템에 대한 기술적 애로 및 열처리 공정시

발생하는 소재의 슬립 발생의 원인 규명 및 해결에 대한 기술적 애로, LM 샤프트

세척 및 방청 시스템의 개선 및 개발에 대한 기술적 애로사항로 별도의 전용가공

기, 전용조립기구 및 측정 시스템을 필요로 하게 되었으며 그러나 전문성 부족으로

정밀도의 유지에 많은 어려움이 있었으며 납기 및 경제적인 측면에서 불리한 점이

많았다.

따라서 본 사업의 기술지원 대상은 향후 국내 TFT/LCD 산업 뿐만 아니라 반도체

장비 및 FA 등 기계 산업 전반에 걸쳐 사용이 증가되고 있는 SUSLMSHAFT의 생

산기술의 핵심요소인 가공 및 열처리 기술의 생산기술을 향상시키는데 그 목적이

있으며 나노산업의 발달로 수요가 점차 보통급 시장에서 정밀급 시장으로 계속해서

늘어나고 있으며 21C 단순 부품산업에서 정밀급 시장으로의 요구가 높아짐에 따라

이에 대한 조건을 만족시킬 수 있는 제품을 개발하고자 함에 그 목적을 두고 있다.

제 2 절 기술지원 목표

1. 기술지원 대상품

LM 샤프트의 품질개선을 위한 핵심공정 기술지원

2. 기술지원 목표

가. 기술지원 목표 및 내용

나. 기술적 해결방법

다. 지원기술개발 내용에 대한 보호 대책

라. 정량적 목표 및 공인시험기관ㆍ공인시험기준

제 3 절 기술지원 내용

1. 국내 LM샤프트 시장조사

1) 국내 수급 동향 및 전망

2) 주요 생산 기업

2. 고주파 열처리 공정 전용설비 유니트 제작지원

가. 고주파 열처리 관련 자료조사

1) 고주파 경화법(Induciton hardening)

가) 전계유도(電界誘導) 및 자계유도(慈界誘導)

고주파 전력을 이용하여 피가열물을 가열방법에는 원리상 전계유도가열과 자 계우

도가열의 2 가지 방법이 있다.

전계유도가열이란 전류의 도체가 아닌 물질, 즉 목재, 합성수지, 고무, 유지(油 指),

포(佈), 면(綿), 단백질(蛋白質) 등을 고주파로 가열하는 방법이다.

그림 1-3-2-1의 (a)에서와 같이 전계되는 물질을 컨덴서의 극간에 놓으면 그 유전

율에 따라서 자기발열이 일어난다.

가계유도가열이란 피가열물이 전류의 도체인 금속류, 탄소 또는 반도체 등을 고주

파로 가열하는 방법인데 피가열물을 그림 1-3-2-1의(b)와 같이 발진 회로의 코일

(coil)속에 놓는다.

코일에 전류가 흐르면 전자유도법칙에 의해서 피가열물의 표면에는 코일전류와 반

대 방향으로 전류가 유도된다.

이 전류는 주파수가 놓을수록 와전류가 되어 옴(Ohrn)의 법칙에 따르는 전열 효과

에 의해서 Joule열이 발생된다.

또한 철과 같은 강자성체의 재료는 히스테리시스라 하여 교류전류의 자장에 의해서

피가열물의 기구가 진동됨으로써 이때 발생되는 열량도 있다.

그림 1-3-2-1 유도 종류

이러한 히스테리시스에 의한 열과 와전류에 의한 열의 발생 비율은 주파수나 물질

에 따라 약간씩은 다르지만 고주파 담금질에 있어서는 약 80 ~ 90%가 와전류에

의한 것이다.

그림 1-3-2-1 여러 가지 형태의 고주파 코일에 의해서 생기는

자구(磁區)와 전계(電界)

나) 주파수 및 표피효과

코일(Coil)과 피가열물에 흐르는 저류는 주파수가 높아짐에 따라서 각각의 표면에

집중되는 성질이 있으며, 이것을 표피효과(依皮效果)라고 하는데 이 때문에 코일과

피가열물은 서로 전류가 흐르게 되며 그 방향이 서로 반대방향으로 주파수가 높아

지면 반대방향의 전류가 점점 접근하여 흐르므로 전기저항이 적어진다.. 이것을 근

접효과(近接效果)라고 한다.

피가열물체의 표면만이 발열되는 것은 이와 같은 이유 때문이다. 전류가 흐르는 강

재 표면의 깊이 d와 주파수 f사이에는 다음과 같은 관계식으로 나타낼 수 있다.

여기서 d = 5.03×103 √p/μㆍf

d : 투과길이(cm)

p: 고유 저항(μΩㆍcm)

f : 주파수(Hz/sec

μ ： 투자율

단, 피가열몰의 형상이 원주상, 충공원주상, 평판상인 경우 각각의 흡수전력의 최대

특성이 있으며 고유 저항 p의 값은 온도의 상수가 되며, 또 투자율 11은 재료의 성

질로 정하여지고, 강자성체인 경우 온도가 자기 변태점 이상에 도달하면 갑자기 자

성을 잃어 μ=1이 된다.

따라서 실제로 처리를 행하는 경우 이것들의 요수가 변동하여도 상관없게 피 가열

물의 흡수전력의 최대를 고려하여 실제 계산치 보다는 2~5배 정도 높은 주파수가

채용되고 있다.

표 1-3-2-3은 강의 각 온도에서의 투과 깊이를 나타낼 것이다.

표 1-3-2-3강의 각 온도에서의 투과 깊이

다) 고주파 전류발생장치의 종류와 특징

고주파 전류를 발생하는 장치는 변전소에서 공장으로 보내오는 50 ~ 60Hz/sec의

교류를 약 1,000Hz/sec 이상의 주파수가 노픈 교류로 변환시키는 장치이다. 종래

부터 공업적으로 널리 사용되고 있는 고주파 전류의 발생장치는 전동발전기식(M-G

式)과 진공관식(교子管式)의 2종류가 있으나 최근에는 SCR을 이용한 디리스터ㆍ인

버터(디리스터주파수변환기)가 많이 사용되고 있다.

표 1-3-2-4 고주파 전류 발생장치의 종류와 특징

M-G 식은 비교적 저주파수로서 대전력을 필요로 하는 가여에 적합하고 또 주파수

가 낮기 때문에 전류가 깊이 흐르므로 용해(溶解)나 단조(鐵造)의 열처리 가열 또는

5mm 이상의 깊은 표면담금질을 하는 것에 적합하다.

진공관은 200kW 정도의 것까지가 많고, 10kHz 이상의 높은 주파수를 쉽게 얻을

수 있으므로 소형 부품의 열처리에 많이 이용된다.

M-G식은 회전수가 일정하므로 주파수는 자연히 결정되지만 진공관식은 콘덴서와

코일의 조합에 의해서 1대이 발진기로부터 선택적으로 보통 2개의 주파수를 낼 수

있다.

단, M-G식은 병렬운전, 병렬부하가 가능한 것이 큰 특징이다.

최근의 고주파담금질은 깊게 경화시키는 경향이 있으므로 담금질주파수는 10kHz정

도가 채용되고 탄소강 뿐만아니라 특수강, 주강, 주철 등의 담금질에 도 이용된다.

또 단조, 용접, 납접합 등의 열원으로서도 널리 이용된다.

고주파담금질의 특징은 부분담금질의 효과를 발휘하기 위해서 필요한 부분만을 원

하는 경화깊이만큼 균일하게 하거나 변형을 방지하기 위해서 피담그질 강제를 직접

가열하는 유도자(誘導子 -work coil)의 형상이 가장 중요하다.

이러한 유도자는 담금질경화를 시켜야 할 부품의 형상에 따라 여러 가지가 있으며

보통 그때마다 부품의 형상에 맞추어서 제작해야 한다.

라) 유도자의 형상과 사용예

① 유도자(coil)

유도자는 표면을 담금질하기 위한 강제의 부분에 고주파 전류를 유도하기 위한 코

일(coil)이며 φ5~10mm정도의 구리 파이프(pipe)를 나선상으로 감아서 강재를 가열

한다. 이와 같은 코일을 work coil이라고도 한다.

이러한 유도자의 가운데에 강재를 넣고 고주파 전류를 통한다.

이때 고주파 전류가 크면 코일자체가 발열해서 녹아버리므로 이것을 방지하기 위해

서 코일 속에 냉각수(冷却水)를 흐르게 해야 한다. 담금질 가열에 있어서 피가열물

과 유도자와의 틈새는 좁을수록 양호하지만 보통 1~5mm정도의 틈새를 준다.

고주파 담금질은 고주파의 전력, 주파수, 냉각액 등에 영향을 받지만 유도자의 형상

에 따라서도 크게 좌우된다. 유도자의 형상은 비교적 단순한 형상의 강부품에는 별

문제가 없으나 복잡한 형상, 정밀한 칫수의 부품일 때는 유도자의 권수(卷數), 형상

(刑狀), 크기(size), 파이프(pipe) 재료 등의 결정은 경험을 토대로 하는 수가 많다.

그러나 일반적으로는 기본적인 유도자와 유도가열의 관계에 의해서 코일을 제작하

게 되며 목록 표를 작성하면서 이상적인 유도자를 결정해야 한다.

유도자의 작업능률은 유도자의 위치에 따라 능률에 큰 영향을 주므로 될 수록 능률

이 좋게 유도자를 가져다 대야 한다.

다음은 유도자를 근접시키는 방법과 그 능률에 관한 것이다.

㉠ 강의 외부가열이 제일 능률이 좋다.

㉡ 평면 가열은 가장자리가열에 비해서 약 75%정도이다.

㉢ 내면 가열은 가장 능률이 나쁘고 외부가 열의 25~50%정도이다.

㉣ 비철금속은 가열이 나빠서 강재 부품에 비해서 50-75%정도이다.

② 유도자(코일)의 종류

㉠ 단권코일

(그림1-3-2-5) 유도자의 예

가열면적이 좁을 때는 단권코일이 좋고 반대로 그 면적이 넓고 길 때는 다권코일이

좋다.

그러나 그 코일의 길이가 그 직경의 거의 3~4배 이상의 길이가 되면 강재의 전체

에 대해서 한결같이 일정한 가열이 곤란하게 되어 코일의 직경, 코일의 간격 등을

적당히 조절하지 않으면 안되게 되므로, 오리려 이때에는 한쪽부분에서부터 차례차

례로 가열 담금질하는 이동 담금질 방법을 이용해야 한다.

㉡ 다권코일

다권코일의 권회수(卷阿数)는 전류변성기(電流變成器)와의 정합(整合)에 주의해야 한다. 다권코일에 의한 균열가열의 예를 그림 1-3-2-6에 나타내었다.

(그림 1-3-2-6) 다권코일의 예

(그림 1-3-2-7) 유도자에 따른 여러 가지의 예

③ 유도자

㉠ 코일에 사용되는 재료

코일에는 구리재료를 사용하고 살 두께는 1~2mm의 둥근 상태대로 하거나 평(平)

또는 각(角)으로 가공하여 사용한다.

접합부의로 오 붙임은 구리(Cu)로 오가 좋으나 황동(黃銅) 로오, 은(銀)로오 등으로

하기도 한다.

㉡ 연결리드

코일의 고주파발생장치(거의 전류변성기)와 연결하는 리드는 인덕턴스를 없애기 위

하여 될 수 있는 대로 간격을 좁게 해야 한다.

그림 1-3-2-8의 연거리드에서 A와 B를 비교하여 보면 코일의 가열 능률은 B가 A

가보다 양호하다.

(그림 1-3-2-8) 연결리드

㉢ 가열속도

코일의 가열속도는 피가열물에 대한 자속의 밀도분포를 보아도 알 수 있듯이 외면

가열이 가장 효율이 크다. 평면 가열인 경우에는 외면 가열의 약 25%~50% 정도

이다. 따라서 내면 가열, 평면 가열에 있어서는 다스트ㆍ코어에 의한 자력선밀도의

상승집중 등 여러 가지 방법이 연구되고 있다.

그리고 비철금속은 가열효율이 철강보다 뒤떨어져서 보통 50~70% 정도의 효율밖

에 나타내지 못한다.

㉣ 코일의 형태 및 여러 가지 담금질의 예

표 1-3-2-9 코일의 주된 형식

표 1-3-2-10 코일의 형태

(그림 1-3-2-11) 각종형태의 코일

마) 고주파담금질 작업

고주파 담금질은 급속한 가열과 급속한 냉각에 의해서 강의 표면만을 담금질 경화

시키는 것이다. 따라서 급속한 가열에 대해서는 성분의 확산, 조직의 변태가 짧은

시간 내에 양호하게 이루어지는 재료가 좋다. 이 때문에 고주파담금질용 재료로서

는 JIS B 6912에 적용 강종이 규정되어 있는데 급속한 가열로 인하여 재료의 담금

질성, 과열로 인한 결정입이 성장방지, 중탄소량으로 인한 절삭성의 개선 등을 고려

하여 볼때 Mn, B, Ti, Zr, V, Pb, Ca 등이 합금성분이 함유된 강이 좋다.

표 1-3-2-12 고주파담금질 강종의 예

고주파담금질은 가열 유지시간이 짧기 때문에 강중의 탄화물(炭化物)이 오스테나이

트 중에 완전히 고용(尚溶)되기 전에 담금질이 이루어지는 일이 있다.

이 때문에 강의 표면은 완전히 담금질되었다고 하더라도 강의 내부는 여러 가지 혼

합조직이 나타난다. 따라서 담금질을 하기 전에 미리 예열하여 솔루바이트(sorbite)

등의 균일한 조직이 나타나도록 하는 것이 좋다. 또, 합금 원소가 함유된 특수강은

탄소강에 비해서 가열 확산시간이 걸리므로 충분한 변 테가 이루어지기 위해서는

서정의 담금질 온도에서의 유지시간을 연장하거나 가열 온도를 좀 더 높여서 작업

을 행해야 한다.

그림 1-3-2-13 는 직경 5mm의 환봉을 고주파 가열하여 방치하였을 때에 온도 분

포가 시간과 더불어 변화하는 상태를 나타낸 것이다. 강의 깊은 담금질 경화층을

얻기 위해서는 내부까지 급냉한다. 냉각속도는 분사냉각인 경우에는 유량과 압력에

따라 달라진다.

(그림 1-3-2-13) 냉각시간과 온도분포(그림 1-3-2-14) 각종 냉각제의

분사 냉각곡선

담금질 경화층이 깊이는 절단면을 연마한 후 3~10%질산에 담그면 강재의 표면이

변색된다. 이것을 관찰하여 보면 변색된 부분까지의 깊이와 실제로 유효한 경도를

구비한 부분까지의 깊이와의 상호관계는 담금질 조건이나 재료에 따라서 달라진다.

(그림 1-3-2-15) 냉각곡선(그림 1-3-2-16) 담금질경화충과

경도와의 과제

바) 고주파작업 방법의 요령과 특징

고주파를 하기 위한 필요한 코일의 종료, 담금질조건(장치의 번호, 주파수, 필요한

전압, 가열 시간, 냉각제 냉각조선 등)을 기입한 작업 표준서를 작성해 둘 필요가

있다. 담금질조건은 일정한 조건하에서 담금질하여 경도, 경희- 깊이, 균열 등을 시

험하고 반드시 최적조건을 일정한 범위에서 확인한 뒤 결정해 둔다. 대형부품이라

도 비슷한 형상의 시험편으로 시험하여 두는 것이 바람직하지만 그것을 얻을 수 없

을 때에는 미리 가열조건을 계산하거나 과거의 경험으로 결정해 놓고 조건을 확인

해가며 실시해야한다. 코일의 가열형태는 저온에서부터 조절하여 확인해 두는 것이

좋다. 표 1-3-2-17는 고주파 담금질조건 절차의 예를 나타낸 것이다.

표 1-3-2-17 고주파 담금질조건의 절차

최근에는 각 분야에서 생산성이 고려되어 공작기P도 고속화, 중절삭화(重切削化)하

는 등 그 진보는 상당히 빨라지고 있다. 강의 열처리에 있어서도 고주파담금질은

열처리시간, 기계가공 시간의 단축에 의해 생산성의 향상에 기여하고 있다. 또 고주

파담금질의 특징을 살려서 공작기계의 부품이나 자동차부품 등에 많이 이용되고 있

다.

예를 들면 기어(gear), 스핀들(spindle), 샤프트, 런너, 베드 등에 많이 이용된다. 다

음은 고주파담금질의 특징이다.

① 조작이 간단하고 열처리가공시간을 단축할 수 있어 작업비가 싸다.

② 열처리를 한 후의 연삭 공정을 생략 또는 단축할 수 있다.

③ 가열 시간이 극히 짧으므로 탈탄(脫拔)되는 일이 없고 표면경화의 산화가 극히

적다.

④ 열처리불향(담금질균열 및 변형)의 거의 없다.

⑤ 직접 가열하므로 열효율이 좋다.

⑥ 대량생산의 작업이 가능하고 균일한 담금질을 할 수 있다.

⑦ 직접 부분담금질이 가능하므로 침탄에서처럼 예비적 처리나 후처리는 필요가 없

다.

⑧ 강의 표면은 경도가 높고 내마모성이 향상된다.

⑨ 기계적 성질이 향상되고 동적강도(動的强度)가 높다.

⑩ 재질은 보통 0.30~0.6%탄소강이면 충분하기 때문에 고탄소강이나 특수강을 필

요로 하지 않는다.

사) 담금질부품에 따른 주파수의 선정

고주파 담금질은 고주파 발생장치, 즉 주파수를 선택하는 것이 문제가 된다. 주파수

를 선정 타려면 소형물품이니-얕은 표면에 경화증을 얻기 위해서는 높은 주파수를,

대형물품이나 깊은 표면 경화층을 얻기 위해서는 낮은 주파수를 선택한다. 표

H2-18은 주파수선택의 한 예를 표시한 것이다.

표 1-3-2-18 주파수의 선택

고주파수의 운전 및 조작은 기기마다 조금씩 차이가 있으나 특히 감전사고에 유의

해야 한다. 다음은 감전사고의 방지책에 관한 것이다.

① 고주파전원, 발진장치는 안전한 케이스로 덮어씌우고 각 부분은 충분한 절연을

한다.

② 유도자와 강재물품의 틈새는 접촉에 의한 전기적 충격이 되지 않도록 한다.

③ 접지(接地) 공사를 완전히 해야 한다.

④ 기기장치를 수리할 때는 반드시 전원이 차단되어 있는지를 확인한 후 작업을 한

다.

⑤ 기타 고압전력에 대한 각종의 예비대책을 세운다.

아) 담금질 작업

고주파 담금질에 있어서는 유도자, 가열조건, 냉각제, 냉각속도 등이 가장 중요한

요소이다. 유도자는 일반적으로 구리파이프(pipe)가 많이 사용되며 전기저항이 적고

역률(力率)이 높아야 한다.

구리관 이외에 자속수집(磁速收集)을 위해서 규소 강판과 더스트 코어를 짝 지워

만든다. 또 유도자의 온도상승을 방지하기 위해서 냉각수를 통하게 한다.

유도자의 현상은 앞에서 말한 바와 같이 강재의 형상에 따라서 코일을 감고 시험담

금질을 반복한 후 수정한다. 가열조건의 결정은 담금질된 물건의 경도 나 담금질깊

이를 측정하여 필요로 하는 값이 되도록 플레이트전압계, 플레이트 전류계, 그리드

전류계, 타이머 등을 조정해야 한다. 이와 같이하여 여러 번 시험한 데이터에 의해

서 적정한 가열조건을 결정한다.

냉각제는 보통의 담금질냉각제와 똑같지만 강재표면의 부분담금질이므로 담금질균

열과 변형에 대해서 유의해야 한다. 고주파 담금질의 냉각제로서는 물, 기름 또는

물과 저지의 혼합액을 등을 사용한다. 담금질균열 및 변형에 대해서는 별문제가 되

지 않는 재료의 물건에는 일반적으로 냉각수를 사용하고, 문제가 되는 특수강이나

복잡한 형상의 물건에는 기름을 사용하고 있다.

냉각은 분사냉각을 사용할 때가 많지만 이 방법은 냉각조에 담그는 경우보다도 냉

각속도가 조금 빨라진다. 그래서 특수강이나 복잡한 형상의 물건의 냉각은 냉각속

도를 느리게 하기 위해서 기름을 사용하거나 물과 기름과 의 중간 냉각능력을 지닌

수지와 물을 혼합액으로 하여 사용하기도 한다.

분사냉각에서는 냉각액의 분사압력, 유량과 온도 등이 냉각능력에 큰 영향을 주게

된다. 담금질균열이나 변형을 적게 하기 위해서는 균일한 가열 온도를 유지해야 한

다.

이와 같은 것은 유도자의 정밀한 칫수와 설계에 의한다. 흔히 기어(gear)나 차륜에

서 볼 수 있는 현상으로 표면 경화층이 그 표면경계부분에서 피로(fatigue)가 증가

되면 박리현상을 일으킬 때가 있다. 이와 같은 현상을 방지하려면 경화층의 깊이를

깊게 하고 최대응력 집중점 이상의 깊이까지 피로한도를 높이면 된다. 즉, 경화층의

깊이를 4~5mm 이상으로 해야 한다. 고주파담금질을 한 후에 반드시 뜨임

(tempering)을 해주어야 한다.

(그림 1-3-2-19) 기어의 경화현장

보통 내부응력의 제거는 150~180°C의 기름에서 1~3시간 침적시킨 후 공랭한다.

경도를 낮추려면 전기로 염욕로 또는 고주파 가열 등으로 500-600°의 온도에서

15~30분간 가열한 후 수냉한다.

그림 1-3-2-20 AISI에 의한 1070강의 고주파 효과 450kc

나. 고주파 열처리 공정사의 변형량 최소화 장치

그림 1-3-2-21 열처리 변형 방지용 지그 장치

그림 1-3-2-22 열처리 변형방지용 지그 정면도

그림 1-3-2-23 열처리 변형방지용 지그 측면도

표 1. 1단계 고주파 열처리 변형에 대한 교정상태 검토(유사설비)

표 2. 2단계 고주파 열처리 변형에 대한 교정상태 검토(신규설비)

표 3. 2단계 고주파 열처리 변형에 대한 교정상태 검토(신규설비)

고주파열처리 변형 최소화 장치의 조립도

고주파 코일 1차 자료

다. 고주파 열처리 슬림 발생 방지

그림 1-3-2-24 변경 전 1점 타이밍벨트 구동방식

그림 1-3-2-25 변경 후 3점 체인 구동방식

그림 1-3-2-26 변경 전 수직 고주파 코일

그림 1-3-2-27 변경 후 수평 고주파 코일1차

그림 1-3-28 변경 후 수평 고주파 코일2차

그림 1-3-2-29 변경 후 최종 수평 고주파 코일

그림 1-3-2-30 변경 전 수직열처리 냉각시스템(그림17 세부참조)

그림 1-3-2-31 변경 후 수평열처리 냉각시스템1차(에어커튼적용)

그림 1-3-2-32 변경 후 수평열처리 냉각시스템 에어커튼 지그

그림 1-3-2-33 변경 후 수평열처리 냉각시스템2차(브러쉬 적용)

그림 1-3-2-34 변경 후 수평열처리 냉각시스템 적용 브러쉬

그림 1-3-2-35 변경 후 수평열처리 냉각시스템 3차 적용 실리콘물막이

그림 1-3-2-36 변경 후 수평열처리 냉각시스템 3차 적용

그림 1-3-2-37 변경전 코일 및 냉각 부

작업 전 위의 코일 및 냉각부의 볼트를 풀어 교체작업을 한

후 다시 볼트를 고정한다. 그리고 냉각라인을 연결한다.

30분정도 소요

그림 1-3-2-38 변경 후 코일 및 냉각부

세팅시간 단축을 위해 토글 클램프 방식으로 구조를 변경하여

규격별로 쉽게 교환이 가능하도록 개선하였다.

5분정도 소요

라. 공정능력 비교조사

1) 변경전 공정능력 조사

2) 변경 후 공정능력조사

3) 표면 경도층의 비교 검토

3. 센타레스 연마 공정의 기술 및 유니트 제작지원

가. 이송시 외관 보호 기술

그림 1-3-3-1 고주파열처리공정 이송 롤라(우레탄 재질 사용)

그림 1-3-3-2 센타레스 연마공정이송 롤라(우레탄 재질 사용)

나. 센타레스 연마 횟수 및 라인 확정

그림 1-.3-3-3 흑피 제거 전 샤프트(고주파열처리 완료상태)

표 4. 센타레스 절입량 및 회수에 대한 흑피제거 시험결과

다. 센타레스 연마 관련 자료조사 및 교육

1) 연삭 이론

가) 숫돌의 연삭 작용

① 개론

연삭 숫돌로 공작물을 연삭할 때에 숫돌 표면에 있는 각 지립은 그림 1-3-3-4에서

보는바와 같이 예리한 모서리를 형성하여 공작물을 절삭하고 공작물에서 미세한 칩

을 배출한다.

(그림 1-3-3-4)

커터에 의한 절삭인 경우에는 물립깊이, 급송(給送)에 따라 결정되는 칩의 크기가

절삭 저항, 공구의 수명, 다듬질면의 조도 등에 큰 영향을 미치게 한 것과 마찬가지

로 연삭에 있어서도 칩의 크기가 중요한 문제이다.

연삭에 있어서 칩의 크기는 다음 節에서 말하는 지립의 물림깊이에 따라 정해지는

것이다. 지립의 물림깊이가 커지면 필연적으로 칩의 크기가 커지고 그 결과 개개의

지립에 加해지는 연삭 저항이 커진다. 그렇게 되면 숫돌의 손모가 심하게 된다. 또

반대로 지립의 물림깊이가 너무 작으면 각 지립에 가해지는 저항이 작아져서 숫돌

은 손모하기 힘들고 잘 먹지 않는 지립이 그대로 표면에 남아있든가 숫돌 표면에

칩이 박혀 숫돌이 잘 먹지 않게 된다.

즉 숫돌이 먹지 않게 되는데는 그림 1-3-3-5(a) (b)에 표시한대로 무디는 것과 눈

막힘이 있으며 립이 등굴게 되어 둔화(純化) 할 때가 그림 (a)의 무딤(glazing)이며

립을 칩이 뒤덮어 먹지 않게 된 것이 그림 (b)의 눈막힘(loading)이다.

무딤과 눈막힘이 일어나지 않도록 하려면 지립이 적 적당히 벽개(劈開)하든가 탈락

되어서 언제나 새로운 예리한 립모서리가 표면에 나타나게 하면 되지만 숫돌의 물

림깊이가 너무 작을 때에는 이러한 숫돌의 자동교정 작용이 되지 않고 숫돌은 잘

먹지 않게 된다.

(그림 1-3-3-5)

지립의 물림깊이는 물림, 급송에 의해 그림 1-3-3-5 연삭숫돌의 무딤과 눈막힘 영

향을 받게 되는 것은 물론이고 공작물과 숫돌바퀴의 직경 및 그 속도에 파라서도

여러 가지로 달라지므로 이런 작업조건이 숫돌의 연삭작용에 대해서 중요한 역할을

한다는 것을 이해할 수 있다.

아래에 서로 관련되는 여러 가지 문제에 대해서 설명하기로 한다.

② 연삭기구

연삭하고 있을 때 공작물은 지립의 립으로 잔 칩을 내면서 깍기지만 이때 지립은

파쇄되기도 하고 숫돌에서 탈락되기도 하며 또 여기에 관련하여 숫돌이 무디거나

눈막힘이 일어나며 혹은 숫돌이 손모하게 된다. 이런 현상은 일정한 관련성을 가지

고 일어나는 것이며, 연삭기구는 그 사이의 양상을 취급 하는 것이다. 연삭기구에

대해서는 다음의 연구가 있으므로 아래에서 설명하기로 한다.

먼저 연삭에 의해 생기는 칩은 립으로 절삭할 때와 같은 형상을 한 미세한 것이지

만 이것을 현미경으로 관찰하여 분류하면 다음 5 종류가 된다.

㉮ 흐름형칩 [그림 1-3-3-6(a)]리봇을 한 칩이며 잘 먹을 때에 발생한다.

㉯ 전단(剪斷) 형칩 [그림 1-3-3-6(b)] 숫돌이 잘 먹을 때에 발생하지만 무른 재

료를 연삭할 때에 흔히 보인다.

㉰ 뜯기형 칩 [그림 1-3-3-6(c)] 분말()인 칩이며 숫돌이 잘 먹지 않을 때에 발생

한다.

㉱ 날끝형 칩 [그림 1-3-3-6(d)] 칩이 숫돌면에 달라붙어 쌓인 것이며 구성 날끝

과 같은 조직으로 되어 있다. 눈막힘이 된 숫돌로 연삭할 때에 생긴다.

㉲ 용융(辟融) 형 칩 [그림 1-3-3-6(e)] 분말칩이 과열되어 비산(飛散) 할 때에 용

융되어 球狀 또는 半球狀을 이룬 것이며 무딤이나 눈막힘을 일으킨 숫돌로 연삭할

때에 많이 보인다.

이런 칩을 내면서 연삭이 이루어지는 것이지만 이때에 숫돌의 연삭작용 즉 연삭기

구로서 다음 네 가지 형태로 분류할 수가 있다.

그림 1-3-3-6 연삭할 때의 칩의 형상

㉮ 탈락형(I형)

연삭작업 중에 지립의 연삭립이 달아 없어지면 연삭 저항이 늘고 지립의 탈락이 많

이 있게 된다. 지립이 달락하므로 그 입자 간격은 넓고 숫돌면은 거칠게 되고 예리

하고 잘 먹는 새로운 지립이 항상 숫돌 표면에 나타나 있다. 이 때문에 연삭 저항

은 낮고 연삭열도적으나 숫돌의 손모가 심하기 때문에 소정의 물림깊이 만큼 깍아

낼 수 없게 되어 다듬질精度는 나쁘다. 또 다듬질면의 조도도 크다. 칩으로는 흐름

형 또는 전단형이 생긴다.

㉯ 정상형(II형)

연삭이 진행되어 지립의 연삭립이 둔화하면 저항이 늘고 지립은 벽개하여 새로운

연삭립이 나타나서 다시 처음과 꼭같이 잘 먹게된다는 식으로 항상 이상적인 연삭

작용이 행하여지는 것이다. 지립의 입자간격은 좁고 칩이 달라 붙지 않으며, 칩으로

서는 흐름형, 전단형이 많다. 숫돌의 손모는 탈락형에 비해 훨신 적고 다듬질면은

미끈하고 가공정도도 높다. 연삭 저항은 탈락형보다 크나 다른것보다는 작다. 연삭

작업으로서 항상 이 같은 연삭이 되도록 숫돌의 선택이나 공작조건을 선정해야 한

다.

㉰ 눈막힘형(III형)

칩이 숫돌 표면에 달라붙어서 연삭작업을 방해하는 것이며, 칩으로서는 뜯기형이나

용융형이 많고 구성날끝이 포함되어 있다. 연삭 저항은 커서 진동이 생기기 쉽고

다듬질면은 쥐어뜯긴 곳이나 덜덜거린 곳 (chatter) 이 많고 숫돌의 손모도 정상형

보다 크다.

㉱ 무딤형(IV형)

지립이 둔화하여 연삭 능력을 상실한 상태인 것이다. 지립은 둥글게 되어서 미끈하

고 이것이 숫돌전체를 덮고 있으므로 잘 먹지 않고 연삭 저항은 크며 발열은 많고

채터나 표면과열(過熱)을 일으키는 일이 많다. 칩은 뜯기형과 용융형이 많다.

이상 4형식의 연삭기구는 연삭 조건과 숫돌의 종류에 따라 변화하는 것이다. 그러

므로 숫돌이나 연삭 조건을 선택하려면 가장 이상적인 연삭기구인 정상형의 연삭이

되도록 해야 한다.

우선 숫돌에 대해서는 입도, 조직, 결합도, 지립의 종류에 따라서 연삭의 형식이 달

라진다. 입도 및 결합도에 대해서는 그림 1-3-3-7처럼 되며, 입도가 잘수록 무딤

형이나 눈막힘형이 생기기 쉽고 또 결합도가 굳을수록 마찬가지로 눈막힘이나 무딤

형이 쉽게 생긴다. 조직은 조밀할수록 눈막힘, 무딤형이 발생하기 쉽다. 지립에서는

탄화규소계 지립은 벽개성이 크지만 산화알루미늄계 에서는 벽개성이 나쁘기 때문

에 눈막힘이나 무딤이 일어나기 쉽다.

(그림 1-3-3-7) (그림 1-3-3-8)

다음에 연삭 조건에서는 그림 1-3-3-8처럼 되며 물림깊이/ 급송, 공작물속도가 증

가하든가 흑은 숫돌의 주(둘레)속도 감소하면 정상형에서 눈막힘형 또 탈락형이 되

기 쉽다.

나) 지립의 물림 깊이 연삭 작업에 적합한 연삭 숫돌이나 각종 작업조건을 선정하

는데 먼저 숫돌이 공작물과 접촉하여 지립의 립에 의해 잔 절삭을 하고 있을 때의

상태를 알아야 한다. 따라서 지립의 각립이 절삭을 할 때의 물림 깊이 즉 지립의

물림 깊이(graindepth of cut)에 대해 알아둘 필요가 있다. 지립이 물림 깊이는 연

삭 저항과 크기에 직접 영향이 있는 것이며, 이 때문에 연삭 저항과 관련성이 있는

숫돌의 손모와도 중요한 관계를 지니고 있다. 지립의 물림 깊이는 다음 사항에 의

해 변화한다.

① 연삭 숫돌의 속도와 공작물의 속도

② 연삭 숫돌의 크기와 공작물의 크기

③ 물림 깊이의 크기

이 관계를 실린더외경을 연삭할 경우에 대해 그림 1-3-3-9로 설명한다. 에서

그림 1-3-3-9 지립의 물림깊이

C = 숫돌 바퀴의 中心

c = 공작물의 中心

OP= 반경 방향의 물림깊이(radial depth of cut); 왕복할 때마다 숫돌을 공작물 쪽

으로 밀어 공작물의 직경감소량의 절반에 상당한다.

OQ = 숫돌과 공작물과의 접촉호(arc of contact)

WS=지립의 물 깊이

OQW=사선부분; 칩이 되는 부분

지금 가령 숫돌 표면에 단 한 개의 지립이 0에 있다고 한다. 숫돌이 화살표 방향으

로 회전할 때에 어떤 시간을 경과하면 0점의 지립은 Q점에 이동한다. 한편 공작물

의 회전으로 공작물 위의 Q점은 동시간 내에 W점으로 이동한다. 이때 지립의 립은

공작물에서 OQW로 표시한 칩을 깍아내게 된다. 물림깊이의 양은 Q에서는 0이지만

그후 점차 지립의 물림깊이가 증가하여 WS에서 최대가 된다.

지립의 물림깊이는 다시 말해서 칩의 두께이므로 이것이 증가하면 지립에 걸리는

연삭 저항이 증가하며, 따라서 결합체의 지지력에 이겨내어 지립이 아직 먹는데도

불구하고 결합체에서 탈락되며, 이 때문에 숫돌의 손모가 너무 빨라지는 결과가 된

다. 또 반대로 지립의 물림깊이가 감소하면 연삭 저항이 적어지고 지립은 탈락하기

힘들게 된다. 이것은 숫돌로서 결합도가 높은 물림깊이가 클 때에는 숫돌은 연하게

작용하고, 작을 때에는 굳게 작용한다.

그러므로 숫돌의 공작물에 대한 작용은 전적으로 물림깊이 여하에 따른다고 할 수

있다. 이 때문에 이 크기를 어느 정도로 조정하느냐가 중요한 문제이다.

다) 연삭 숫돌의 속도와 공작물의 속도에 의한 영향

앞의 그림 1-3-3-9에 있어서 공작물의 周속도가 증가하면 공작물위의 점 Q는 숫

돌위의 점O가 Q에 도달할 때에는 W보다도 앞쪽 즉 W와 P사이에 나아가게 된다.

따라서 지립의 물림깊이는 증가하게 된다. 반대로 공작물의 周속도를 감소하면, 위

와 동일하게 생각하면, 지립의 물림깊이가 감소하는 것은 명확한 일이다. 다음에 공

작물의 주속도를 일정하게 하고 숫돌의 주속도를 증가한 경우를 생각해 본다. 공작

물의 원주위의 점Q가 W에 이동하는 사이에 최초O점에 있던 지립은 Q점보다 더

멀리 나아가게 된다. 이것을 반대로 생각하면 O점의 지립이 Q에 달할 때에는 공작

물위의 1점 Q는 Q와 W의 중간에 오므로 결국 지립의 물림깊이는 감소한다. 숫돌

의 주속도가 감소했음 때에는 위의 경우와 반대가 되므로 지립의 물림깊이는 증대

하게 된다.

그림 1-3-3-10 그림 1-3-3-11

이상의 관계를 도시하면 그림 1-3-3-10 및 그림 1-3-3-11와 같이 된다. 연삭 숫

돌의 속도가 감소하든가 공작물의 속도가 증가하면 그림 1-3-3-10와 같이 지립의

물림깊이는 커지고, 반대로 연삭 숫돌의 속도가 증대하든가 공작물의 속도가 감소

하면 그림 1-3-3-11 와 같이 지립의 물림깊이는 작아진다.

㉮ 공작물의 주속도를 증대하든가 혹은 숫돌의 주속도를 감소한 경우는 지립의 물

림깊이가 증가한다. 따라서 숫돌의 손모율은 크게 되고 숫돌은 그 본래의 결합도보

다 연한 숫돌을 사용한 것과 같은 결과가 된다(이것을 보통 숫돌이 연하게 작용한

다고 한다.). 연삭 숫돌의 직경이 사용 중에 점차 작게 되었을 때 처음과 동일 회전

수로 연삭하면 숫돌의 손모율이 증가하는 것은 이 때문이다. 따라서 이런 경우에는

숫돌의 직경이 감소함에 따라서 그 회전수를 증가하여 원주속도를 항상 일정하게

유지해야 한다.

㉯ 공작물의 주속도를 감소하든가 혹은 숫돌의 주속도를 증가할 경우에는 지립의

물림깊이는 감소한다. 그러므로 지립과 결합체를 분리케 하는 연삭 저항은 작아지

므로 숫돌의 소모율도 또한 감소하여 숫돌 본래의 결합도보다 굳은 숫돌을 사용했

을 때와 같은 결과가 되며, 이를테면 숫돌은 굳게 작용하는 것이 된다.

이 경우에는 숫돌의 소모율이 작으므로 좋은 상태라고 생각되나 때로는 다음과 같

은 경우가 많이 생긴다. 즉 연삭 저항이 너무 작으면 둔화한 지립을 탈락시키는 작

용이 없어지고 지립의 반짬을 칩으로 채워 소위 눈막힘(loading)의 현상이 나타나

고 혹은 지립의 립이 둥글게 되어 숫돌의 표면이 매끈하게 되어 소위 무딤(glazing)

의 현상이 일어나 어느 경우도 연삭 능력이 없어져서 열의 발생 이 심하게 된다.

이런 경우에는 반드시 교정(dressing)을 하여 다시 잘 먹는 숫돌로 만든 다음 연삭

작업을 하도록 해야 한다.

라) 숫돌 및 공작물 직경의 영향

숫돌 및 공작물의 직경에 변화가 있으면 숫돌과 공작물과의 접촉호(接触弧) 즉 접촉면적의 크기가 변한다. 이 접촉호의 대소가 지립의 물림깊이의 크기를 좌우하게

된다.

즉 직경이 서로 다른 숫돌로 같은 직경인 공작물을 연삭할 때에 두 숫돌 모두반경

상의 물림 깊이량, 그 주속도 및 공작물의 주속도가 같다고 하면 단위시간 내에 짝

이는 칩의 수와 용적도 동일하다. 이때에 접촉호는 직경이 큰 숫돌 쪽이 길기 때문

에 칩의 두께는 얇고 길게 되며 지립의 물림깊이도 작게 되기 마련이다. 따라서 숫

돌의 손모는 줄고 굳게 작용하게 된다. 직경이 작은 숫돌에서는 접촉호가 작으므로

칩은 두껍고 지립의 물림깊이는 크게 되는 것이며 숫돌의 손모는 증가하고 연하게

작용한다.

한편 공작물의 직경이 증가한 때에는 다름 모든 조건이 같다고 하면 전기한 이유와

같이 길고 얇은 칩이 공작물에서 깍기게 되므로 지립의 물림깊이는 작아진다. 공작

물의 직경이 감소하면 위 것은 반대가 되고 지립의 물림깊이는 작아진다. 공작물의

직경이 감소하면 위 것은 반대기- 되고 지립의 물림깊이는 커진다.

이상의 사항은 공작물에 작용하는 지립수의 大小에 따라서 설명된다. 즉 숫돌의 직

경이 작든가 공작물의 직경이 작아졌을 때에는 숫돌과 공작물과의 접촉면적이 작아

지므로 연삭에 관여하는 지립수는 감소한다. 그러므로 개개의 지립이 부담하는 압

력은 크게 된다. 따라서 숫돌의 손모는 크고 연하게 작용하게 된다. 한편 숫돌의 직

경이 크든가 공작물의 직경이 크게 되면 상기의- 반대의 상태가 되어 숫돌의 손모

는 감소하고 굳게 작용하게 된다.

또 연삭작업의 종류에 따라 접촉면적이 다르며, 위와 같은 효과를 미치게 한다. 그

림 1-3-3-12에 각종 연삭작업시의 숫돌과 공작물과의 접촉 상태를 표시한다. 그림

(a) 의 실린더연식인 경우에는 다른 연삭작업보다도 접촉면적이 작고 숫돌의 손모

는 크며 숫돌은 연하게 작용한다. 그림 (비의 平形숫돌로 평면연삭을 할때의 접촉

면적은 꽤 크고 또 그림 (c)의 내면연삭 혹은 그림 (회의 컵형 숫돌에 의한 평면연

삭은 접촉면적이 대단히 커진다. 따라서 이와같이 접촉면직 이 클수록 결합도가 낮

은 숫돌을 사용해야 한다.

그림 1-3-3-12 각종연삭 에 있어서의 공작물과 숫돌의 접촉 상태

이상의 사항을 요약하면 다음과 같이 된다.

㉮ 숫돌의 직경을 감소하면 지립의 물림깊이는 증가하고 숫돌의 손모가 심하게 되

며, 한편 숫돌의 직경을 늘리면 지립의 물림깊이는 줄고 숫돌의 손모가 작아진다.

즉 숫돌과 공작물과의 접촉호가 커지면 지립의 물림깊이는 감소하고, 접촉호가 작

아지면 지립의 물림깊이는 증가한다.

㉯ 공작물의 직경의 증감은 접촉호의 길이에 정비례하고, 지립의 물림깊이에 반비

례한다. 따라서 공작물의 직경을 늘리면 숫돌은 굳게 작용하고, 감소하면 연하게 작

용하게 된다.

마) 물림깊이의 영향

공작물의 물림깊이 (반경 방향의 물림깊이)가 칩의 두께에 영향이 미치는 것은 앞

의 그림 1-3-3-9에서 쉽게 알 수 있다. 물림깊이가 클수록 지립의 물림깊이가 커

지고 숫돌의 손모도 커진다. 이것은 공작물의 원주속도를 증가한 경우와 같은 결과

를 나타내며 숫돌이 연하게 작용하는 것이 된다.

그러나 한편 물림깊이가 클수록 생산량은 증가한다. 그러므로 생산량의 증가와 숫

돌의 손모에 따른 손실을 참작해서 적절한 물림깊이를 결정해야 한다.

바) 급송의 영향

급송속도를 크게하면 공작물의 주속도를 증대한 때와 같은 결과가 되며, 지립의 물

림깊이는 커지고 숫돌의 손모도 크게 된다.

사) 지립의 물림 깊이의 수학적 해석

지립의 물림깊이에 대해서는 G.I. Alden, J.J. Guest, C. Krug, Hoffmann 등에 의

해 가하학적으로 계산이 되어 연삭 조건의 변화에 대한 이론적 설명이 되어있다.

일반적인 실린더연삭인 경우에 대해서 고찰하기로 한다. 그림 1-3-3-13에 있어서

(그림 1-3-3-13)

공작물이 이간 즉 t=dㆍ/v 시간 회전하는 경우 숫돌의 원주상의 1점은 tV= (V/v)ㆍ

dㆍ%만큼 도는 것이 된다.

이때에(V/v) (dㆍit/a) 개의 지립이 원주 d. ii를 건너간다. 따라서 공작물의 원주는

서로 잇달은 지립에 의해 dㆍπ (a /dㆍπ)ㆍ(v/V) = a(v/V)의 깊이만큼 깍아진다.

그림1-3-3-13에서 다음 관계가 얻어진다.

위의식은 접촉호의 각으로 표시되어 있기 때문에 이것을 숫돌, 공작물의 대한 영향

을 알기쉽다. sin는 직경 등으로 표시한 편이 지립의 물림깊이에 근사적으로 다음

과 같이 바꿔 놓을 수가 있다.

또 일반적으로 α, β는 작은 값이므로

㉰식을 ㉮식에 대입하면 실린더 연삭인 경우의 지립의 물림깊이g는 다음식이 된다.

동일하게 내면연식인 경우는

가 되며, 평면연삭인 경우는

가 된다. 또 실린더 세로 급송연삭인 경우는 급송의 속도를 f로 하면 지립의 합성

속도는 υ 가 되므로 다음 식과 같이 된다.

이상 지립의 물림깊이의 계산식에서 다음과 같이 말할 수 있다.

㉮ 지립의 물림깊이g는 공작물의 원주속도의 증가와 더불어 직선적으로 증가 하나

숫돌의 원주속도의 증가에 따라서는 쌍곡선적으로 감소하는 것을 알게 된다.

㉯ g에 대한 숫돌과 공작물의 직경의 영향은 연삭 방식에 따라 (실린더

연삭), (내면연삭), 흑은 (평면연삭)에 비례한다.

숫돌의 직경과 , (d=∞에 상당한다) 와의 관계를 그

림 1-3-3-14에 표시한다. 이는 g에 대한 숫돌직경의 영향을 표시한다고 할 수 있

다. 따라서 숫돌직경이 작은 경우에는 그 근소한 변화도 지립의 물림깊이에 극히

큰 영향을 미치며, 이것은 내면연삭에서 가장 심하고 실린더 연삭인 때에는 비교적

작은 것을 알게 된다. 한편 숫돌 직경이 일정할 때에는 지립의 물림깊이는 내면연

삭인 경우 공작물의 직경의 증가와 더불어 증대하고 한편 실린더 연삭에서는 직경

의 감소와 더불어 증대한다. 이에 반해 두 직경 比가 일정한 경우는 직경이가 장작

을 때에 지립의 물림깊이는 최대가 된다.

㉰ 물림 깊이(반경 방향의 물림 깊이) 고를 증가면 g는 에 비례하여 증가한다.

다시 말해서 그림 1-3-3-15와 같이 Z의 증가와 더불어 g는 서서히 증가하므로 물

림깊이의 증가에 의해 공작물의 생산량을 일정한 수량 이상으로 증가하는 것은 어

렵다.

그림 1-3-3-14 숫돌. 및 공작물의

직경

그림 1-3-3-15 물림과 지립의

물림깊이와 의 관계

㉱ g는 지립의 간격 에 비례한다. 이a는 숫돌의 립도가 클수록 크고 또 숫돌의 조

직이 거칠을 수록 크다.

2) 연삭저항

그림 1-3-3-16 연삭 저항 의 분력

가) 연삭 저항의 측정

연삭할 때의 저항 즉 연삭 저항 표는 그림 1-3-3-16 에 표시한대로 연삭 숫돌의

점선방향으로 작용하는 힘 T와 반경 방향으로 작용하는 힘 R 및 급송방향으로 작

용하는 힘 S의 셋으로 성립한다. 이것은 절삭 저항과 꼭 같다. 이중에서 급 송방향

의 힘, 반경 방향의 힘은 작은 것이며 연삭 저항으로서는 접선력은 주요한 것이다.

그러므로 연삭 저항이라 하면 이 접선방향의 저항을 가리키는 것이 보통이다. 그림

1-3-3-16 연삭 저항의 分力 연삭 저항을 측정하는 방법으로서 실험 실적으로는

직접 기계적 또는 전기적으로 측정하는 방법이 있으나 이런 것은 실제의 연삭반에

응용하여 작업 중에 측정한다는 것은 어렵다.

공장현장 흑은 연구실에서 가장 널리 쓰이고 있는 방법은 숫돌 구동전동기의 소요

동력은 측정하고 여기에서 계산에 의해 연삭 저항을 구한다는 간접적인 방법이다.

소요 동력을 구하는데 전류계 또는 전력계로 작업 시 및 공전(자(轉)시의 소요전력

을 측정하고 이 양자의 차에서 숫돌이 연삭할 때에 소비하는 전력 W(watt)를 측정

한다. 숫돌의 반경을 R cm, 회전수를 Urpm으로 하면 연삭 저항 (접선력) T kgf는

1kw=102kgf-m/sec 이므로

나) 연삭 저항의 이론식

연삭 저항을 이론적으로 유도함을 아래에 그 이론을 기술한다.

연삭할 때에 각 지립립에 가해지는 저항은 그 면에 직각으로 작용한다고 가정한다.

칩과 피삭재(被削材) 및 지립의 사이에는 마찰이 없는 것으로 한다. 그러면 연삭 저

항은 각 지립이 절삭을 할 때에 그 개개에 작용하는 절삭 저항이 합성된 것이므로,

우선 지립한 개에 가해지는 절삭저항을 계산으로 구하고, 이어 여기에 작용하는 지

립에 대해서 합성하여 연삭 저항을 구한다.

지립 한 개에 가해지는 연삭 저항을 유도하는데는, 보통 지립의 형상은 여러 가지

모양을 하고 있으므로, 이것을 대표적인 다음 네 가지 형상으로 나누어서 계산한다.

① 지립이 正多而体이고 그 頂点으로 절삭을 하고 있을 경우

② 지립이 원추이고 그 정점으로 절삭을 하고 있을 경우

③ 지립이 정다면체이고 그 모서리로 절삭을 하고 있을 경우

④ 지립이 球而인 경우

이상의 경우에 대해서 계산한 결과를 간추리면 다음과 같이 된다. 지립을 정다면채

로 생각했을 때, 그 정점으로 깎을 경우이건 그 모서리로 깍을 경우이건 혹은 원추

로 생각했을 경우이건 간에 연삭 저항의 水平分力 , 수직분력 는 결국 같은 式이

된다. 그래서 간단하게 지립을 頂角 2φ 인 원추로 생각하고, 그림 1-3-3-17와 같

이 지립의 물림깊이를 , 깍는 방향에 직각인 단위면적의 절삭 저항을 σ로 하면

로 된다. 양分力의 比는

윗 식의 각 Φ는 얼란덤 및 카아보란덤인때 대략50-60° 이다.

따라서 정상적인 절삭을 할 때에는 ㉮식의 Φ에 이 값을 대입하면 /는 대략 0.5

가 된다. 그러나 지립의 립이 마모되어 둥글하게 되면 ( 의 비는 급격히 감소하

여 0.0.5에 가깝게 된다. 숫돌이 무디면 연삭 저항의 반경 방향 분력이 극히 크게

되는 것은 이 이유에 기인한 것이다.

그리고 ㉮의 는 실제로는 숫돌과 공작물과의 접촉면에서의 각 지립의 물림 깊이의

평균이므로 가장 일반적인 실린더 연삭의 경우에 대해서 다음과 같이 계산할 수가

있다.

그림 1-3-3-17 원추체의 상부에서

절삭할 때그림 1-3-3-18 절삭

그림 1-3-3-18에서 한 개의 지립으로 깍아 내는 칩은 그림의 점선 부분이므로 그

평균물림깊이를 구하기 위해 h半의 PRD의 부분과 下半의 RCD의 두개로 나누어

생각한다. 지금 이을 원점으로 하여 그림와 같이 x, y축을 취하고 상반의 PRD부분

의 칩두께 g1, 하반기 RCD 부분의 g2를 구하면,

따라서 이것들의 평균치로서는 g1을에 대해 δ에서 -ε 까지 또 g2를 -ε에 -a까지

적분하여, 그 계를 α+δ로 나누어 두면 된다.

결국 실린더 연삭인 때의 평균지립의 물림깊이 는

내면 연삭인 경우에;

평명 연삭인 경우에 그

다음에 숫돌과 공작물과의 접촉각은 α+δ이므로 공작물의 1회전@@ 급송을 f로 하

면, 동시에 작용하는 지립의 수m 은 다음으로 얻어진다

여기서 (pld)는 2)에 설명한 숫돌면에서의 평균지립의 간격a 이다.

결국 연삭 저항의 접선력T와 수직력 N은

이므로 위의 관계를 이용하면, 실린더 연삭인 때에는 다음式으로 얻어진다.

이에서 α, δ는

로 계산할 수 있으므로, 결국 比연삭 저항 σ가 공작물의 재질이나 연삭 조건에서

정해지면 ㉶에 의해 임의의 숫돌로 임의의 가공조건인 경유의 연삭 저항을 계산할

수 있는 것이다.

3) 比연삭 저항

比연삭 저항으로서 지금까지는 G. Schlesinger 가 프라이스 절삭인 경우에 제안한

공식을 따랐었다. 즉 물림깊이 Δ, 공작물 주속도 v, 숫돌주속도 V와 겉보기의 칩두

께 hm과의 사이에는

의 관계가 있다. 연삭 저항 F룰 가공폭 f와 hm의 @@으로 나눈 것이 비연삭저항

σ 이다.

이 hm은 프라이스 절삭(切削)과 같이 꽤 두꺼운 칩이 나올 때에는 위 식이 적용되

는 것이지만 연삭인 경우에는 이 값이 극히 작기 때문에 위 식으로는 실제와는 너

무나 차이가 있게 된다.

比연삭 저항을 지립의립 한개에 대해 그 진행방향에 직각인 단위면적당의 절삭 저

항이라고 하였다. 이것은 커터에 의한 절삭인 때의 比절삭 저항과 같은 사고방식이

며, 절삭 저항의 이론을 그대로 응용할 수가 있다.

比절삭 저항은 물림깊이가 증가하면 점점 감소하게 되는 것이니v 比연삭 저항도 같

은 경향이 있으며, 지립의 평균 물림깊이 에서의 비연삭 저항은

의 比으로 衷示된다. 여기서 σO는 지립의 물림깊이 해인 때의 이미 알고 있는 比

연삭 저항이며, μ는 1보다 큰 常數다

그림 1-3-3-19 물림깊이와 연삭저항의 관계, 공작물周速度

30m/min 숫돌周速度23.1 m/sec

그림 1-3-3-20 급송과 연삭 저항의 관계

라) 물림깊이 및 급송의 영향

실린더연삭인 경우, 공작물의 물림깊이가 증가하면 접선방향의 연삭 저항은 물론

증대하지만 그 증가율은 점점 작아진다. 그림 1-3-3-19 는 이 양상을 표시한 것이

다.

다음에 급송을 변화시켰을 때에는 점선방향의 연삭 저항은 그림 1-3-3-20와 같이

직선적으로 증가한다. 실린더연삭에서는 급송을 증가하면 연삭작용을 하는 지립수

가 증가할 뿐이고 지립의 물림깊이는 증가하지 않으므로 연삭 저항을 항상 일정하

며, 결국 연삭 저항은 직선적으로 증가하게 된다.

마) 연삭속도의 영향

그림 1-3-3-21 연삭 속도와 연삭 저항의 관계

연삭속도가 감소하면 지립의 물림깊이는 증대하고 연삭 저항은 증가한다. 그림

1-3-3-21 는 연삭속도와 접선방향의 연삭 저항의 관계를 표시한 것이며, 연삭 속

도가 감소하면 저항은 증가하지만 약 1200m/min 이하에서는 이 증대가 특히 급격

하게 된다. 이것은 지립의 물림깊이의 증대 이외에 低速절삭에서는 잘 먹지 않는다

는 절삭의 기본적인 구조에 기안하는 것이다. 연삭작업인 경우 이런 저속으로 하면

안 되는 것을 잘 이해할 수 있다.

마) 연삭 숫돌에 의한 영향

연삭작업에서는 연삭 숫돌로서 그 공작물, 공작조건에 적합한 것을 선정하여 하는

것이 긴요하다. 특히 숫돌의 결합도는 중요하며, 너무 굳은 것을 사용하면 힘이나

무딤을 일으켜서 연삭작업이 곤난하게 되며, 너무 연한 것으로는 숫돌의 손모가 심

하고 제품의 정도 예를들면 실린더연삭인 때에는 곧음)가 나쁘게 된다. 이 관계가

연삭 저항에서도 나타나며, 그림 1-3-3-22에서 보는바와 같이 부 적당한 숫돌바퀴

를 사용했을 때에는 연삭작업이 진행됨에 따라서 연삭 저항 의 증대가 심하게 된

다.

또 그림 1-3-3-23 는 너무 굳은 숫돌과 너무 연한 숫돌에 의한 연삭 저항 및 숫

돌의 소모량을 표시한 것이다. 굳은 숫돌은 처음부터 연삭 저항이 크게 나타나며,

연삭 회수가 증가함에 따라 연삭 저항이 증대해진다. 이에 방해 연한 숫돌은 연삭

이 진행함에 따라 지립이 탈락하여 새로운 예리한림을 지닌 지립이 숫돌 표면에 노

출되므로 어느 정도 연삭저항 은 작아진다.

그림 1-3-3-22 숫돌의 정확성과 동력의 관계

그림 1-3-3-23결합도가 다른 숫돌에서의 연삭 저항의 관계

라. 연삭 다듬질면의 조도

1) 이론式

연삭다듬질면의 조도를 나타내는 일반식을 이론적으로 유도하고 있다. 아래에 그

이론을 기술 한다.

연삭다듬질은 지립의 립으로 절삭된 것이므로 그 조도도 보통 절삭다듬질而처럼 연

삭 방향의 조도와 그것에 직각인 조도로 나누어서 생각할 수가 있다.

그림 1-3-3-24

실린더연삭인 경유에 대해 생각하면 그림 1-3-3-24에서 숫돌이 O1의 립X가 공작

물 O2의 1점A를 각고 다음의 립Y가 같은 점을 깍기까지 공작물은 r 만큼 회전하였

다고 하면 상대적으로 숫돌의 中心이 O1서 O1'로 움직여서 공작물위의 B점을 절삭

하게 되며, 연삭면 위에 남은 연삭 방향의 조도는 CP의 높이로 된다.

지랜의 물림깊이의 에서 지립의 간격을 a, 숫돌과 공작물의 속도를 각각 V, v, 반경

을 각각 R, r로 하면

로 된다. 한편 ΔO1O2P에서

이므로 조도 = x로 하고 x는 r에 비해서 작으므로 x2의 항을 무시하고, 또 r도

작으므로 cos(r/2)=1-(1/8) ㆍr2 로하여 계산하면

여기에 ㉮를 이용하면 결국 다음과 같은 연삭 방향의 조도의식을 얻을 수 있다.

다음에 연삭 방향에 직각인 조도X'는 지립을 직경 d0의 球로 생각하여 연삭면에 남

은 줄자국의 폭을 b로 하면

㉰, ㉱에서 연삭다듬질면의 조도를 나타내는 일반式은 실린더 연삭에서는

평면 연삭에서는

내면 연삭에서는

가 된다.

이런 식에서 아는바와 같이 연삭 다 듣질면의 조도는 숫돌의 입도, 결합도, 조직,

숫돌과 공작물의 직경과 주속도에 의해 영향이 미친다. 아래에 이런 영향에 대해

기술하기로 한다.

2) 입도의 영향

입도가 작아질수록 다듬질면의 조도는 감소하지만 그 경향으로는 입도가 큰 범위에

서는 그 감소율이 크나 잔잔하게 될 수록 감소율이 작아진다. 예를 들면 각종 숫돌

을 사용하여 탄소 공구강의 소입재를 연삭한 결과는 그림 1-3-3-25 처럼되며, 어

느 경우에는 위와 같은 경향을 띠고 있다.

그림 1-3-3-25 입도가 다듬질而粗度 에 미치는 영향

이론식에 의하면 조도는 지립의 직경에 정비례하게 되나 실제로 입도가 다른 숫돌

로 연삭해도 연삭면의 조도는 반드시 이렇게 되는 것은 아니다. 예를 들면 얼란덤

의 결합도 H 및 L 인 숫돌로 실린더를 연삭하고 불꽃이 튀지 않을 때가지 작업을

계속하였을 때의 입도와 조도의 관계는 그림 1-3-3-26 와 같이 되며, 가장 입도가

큰 #30인 것이 오히려 이 미끈하게 된다는 결과를 얻고 있다. 이 이유는 다음과

같이 설명된다. 즉 지립의 크기는 #80의 잔잔한 다듬질 숫돌도 210μ 되나, 다듬질

而 의 조도는 1μ 내외이므로 지립의 각립의 높이가 나란히 정돈되어 있는가가 가장

큰 영향을 미치는 것이다.

지립 자체가 연삭 저항을 받아서 적당하게 깨지는 것. 즉 지립의 인성(朝性) 이 균

일한 것이 다듬질을 좋게 하는데 가장 중요한 것이다. 다음은 조직이나 결합도가

적당한 것을 택하여 올바른 작업조건에서 연삭하는 것이 필요하며, 이때에 비로서

지립의 크기가 문제가 되고 잔잔한 지립을 사용한 편이 연삭면을 좋게 한다.

그림 1-3-3-26 입도와 다듬질而粗度와의 관계

3) 결합도의 영향

같은 입도의 숫돌로 적당한 작업조건에서 연삭하면 결합도가 굳은 숫돌쪽의 다듬질

而 이 보통 좋아지는 경향이 있다. 그러나 굳게 될 수록 무딤 혹은 눈막힘이 일어

나기 쉽고, 연삭 눌움이 생기며, 표면의 변질층의 두께가 늘고, 내마모성이 저하하

게 되므로 이점에 주의해야 한다.

4) 물림깊이의 영향

물림깊이의 증가에 띠-라 대개 비례적으로 조도도 증가하는 경향이 있다. 이것은

1)의 ㉱ 식에 표시한대로 지립의 물림깊이g는 물림에 대해서 에 비례하여 증가

하기 때문에 지립의 립 하나하나에 작용하는 힘이 증가하므로 지립의 파쇄(破碎)

도 심하게 되고, 립도 나란히 정돈되지 않는다. 이와 동시에 기계의 진동도 증가해

서 이런 2차적인 영향으로 다듬질 而이 나빠지지 때문이다.

5) 급송의 영향

급송속도의 증가에 따라 조도는 대략 직선직으로 증가하는 경향이 있다. 또 이론에

서 급송의 제곱에 비례한다고 지적하고 있다.

6) 연삭 잔여(硏削殘余)

최초의 물림깊이 그대로 연삭을 반복하면 연삭网數 마다 불꽃이 튀지만 종내는 불꽃이 튀지 않게 된다. 이것은 연삭잔여가 연삭 회수마다 있는 것을 나타낸다. 이런

연삭잔여는 왜 생기는가, 그 원인에 대해 생각해 보자

숫돌의 표면은 날끝이 없는 공간이 대단히 많으므로 공작물에 어떤 물림량을 주어

서 깍어도 그 값만큼 연삭되는 것은 아니다. 즉 최초는 공작물의 어떤 부분에 전연

날끝이 닿지 않을 때도 있으며, 몇 번이고 연삭을 계속함에 따라서 점차 공작물全

面에 걸쳐 날끝이 미치게 되고, 그 결과 물림량과 같은 양만큼 공작물이 연삭되므

로 여기에 비로서 연삭잔여가 없어진다.

이 이외에 숫돌 軸의 진동과 숫돌의 손모 등도 당연히 연삭잔여의 원인이 된다고

생각된다. 그런데 이상과 같이 지립의 点在가 원인이라고 생각하면 지립의 分布密

度, 즉 조직과 관계가 있다고 상상되며, 이 양상을 조사한 결과는 그림 1-3-3-27

와 같다. 이와 같이 연삭잔여가 있으면 당연히 연삭면의 조도에 영향이 있다고 생

각되며 이 점에 대해서 조금 기술해 본다.

가) 연삭 회수가 증가함에 따라 연삭잔여가 적어지므로 조도는 향상한다.

따라서 예를들어 다듬질연삭인 경우에 최종물림량을 0으로 하고 몇 번 연삭하면

#36의 숫돌로도 1μ정도의 다듬질面이 언어진다.

나) 물림 깊이, 급송속도를 증가하면 연삭잔여량은 커지는 경향이 있다.

그림 1-3-3-27 숫돌의 조직과 연삭잔여 의 관계

라. 센터리스 연삭

1) 센터리스연삭의 방법

공작물을 양센터 또는 착으로 측에 장치하여 연삭하는 것이 아니고 그림

1-3-3-28와 같이 두 개의 숫돌바퀴 사이에 끼우고 연삭하는 방법이 센터리스연

삭이다.

(그림 1-3-3-28) 센터리스 연삭의 방법

즉 그림에 있어서 연삭숫돌바퀴(grinding wheel) G와 조정숫돌바퀴(requlating

wheel) R과의 사이에 공작물을 통과시킨다. 이때 양 숫돌바퀴의 회전방향은 그림과

같이 하고, 연삭숫돌은 보통의 작업과 같이 고속으로 회전시키고, 조정숫돌은 저속

으로 회전시킨다. 조정숫돌로서 라버 결합체와 같은 彈性的인 것을 사용하면 공작

물은 조정숫돌로부터 회전을 전달받고 연삭숫돌에 의해 원통연삭이 되게 된다. 공

작물을 지지하기 위하여 블레이드(blade) B가 적당한 위치에 설치되어 있다.

센터리스연삭은 다음 3종류로 분류할 수가 있다.

가) 센터리스 원통연삭

나) 센터리스 내면연삭

다) 센터리스 나사연삭

이중에서 센터리스 원통연식-이 가장 많이 사용되는 것이다. 센터리스나사연 삭은

최근 발명된 방법이며, 미국에서는 꽤 널리 이용되고 있지만, 일본에서는 아직 채택

될 단계에 이르지 못하였다. 센터리스연삭은 「나사의 정밀공작」의 章에서 이야기

하기로 하고 여기서는 생략한다.

센터리스 원통연삭과 센터리스 나사연삭은 또 공작물을 물리고 급송하는 方式에 따

라 다음의 3종류로 분류할 수가 있다.

가) 관통 급송법(through-feed method)(그림 1-3-3-29(a))

나) 물림 급송법(in-feed method)(그림 1-3-3-29(b))

다) 끝 급송법(end-feed metfod) (그림 1-3-3-29(c))

관통 급송법은 (a) 와 같이 공작물을 숫돌바퀴의 축방향으로 급송하여 양 숫돌바퀴

사이를 통과하는 동안에 공작을 하는 방법이다. 한편 공작물을 (b)와 같이 숫돌바

퀴의 接線 방향으로 급송하여, 물림 연삭(plung-cut grinding)과 동일한 방법으로

공작물이 규정치수로 될 때까지 연삭숫돌을 급송하는 방법이 물림 급송법이다.

그림 1-3-3-29 센터리스연삭에서 공작물의 급송법

보통 관통급송을 할 수 없는 것, 예를 들면 연삭부보다 큰 단 달림 원통도 연삭할

수 있는 장점을 갖고 있다. 제3의 끝 급송법은 테이퍼의 연삭 등에 이용되는 것인

데 그림(c)와 같이 공작물을 관통 급송법으로 급송하는 것이지만 일정한 거리에 스

톱퍼(stopper)를 설치하고 여기에 닿을 때까지 연삭을 하는 것이다. 센터리스 연삭

이 갖는 장점을 열거하면 다음과 같다.

가) 센터나 척으로 장치하기 곤란한 공작몰이라도 간단히 연삭할 수 있다.

나) 공작물을 연속적으로 급송할 수가 있어 착탈 시간이 생략되고 매우 능률적인

연삭이 된다.

다) 다량의 공작몰을 일정한 치수 한계 내에 처리할 수가 있어 정밀부품의 다량생

산에 적합하다.

라) 작업은 자동적이므로 미숙련자라도 할 수 있다.

그림 1-3-3-30 센터리스 내면연삭기(Hartex)

2) 센터리스 연삭반

가) 센터리스 원통연삭반

그림 1-3-3-30 에센터리스 원통연삭기(centerless cylindrical grinder)를 나타낸다.

연삭 숫돌바퀴와 조정 숫돌바퀴 및 블레이드를 갖고 관통급송으로 연삭을 하는 것

이다. 조정 숫돌바퀴는 연삭 숫돌바퀴에 대해 약간 기울임으로서 공작물에 급송을

주고 있다.

그림 1-3-3-31 接線급송센터리스 연삭기

또 숫돌바퀴의 접선방향으로 공작물을 급송하는 접선 급송센터리스연삭반을 그림

1-3-3-31 에 표시한다. 여기에서는 숫돌바퀴의 축이 이루는 角은 근소하며, 그림

1-3-3-32에 표시하는 바와 같이 공작물은 매거지인에서 나와 연삭 숫돌바퀴의 외

주로 회전되는 공작물 홀더를 타고 연삭 위치에 운반된다.

3) 센터리스 내면연삭기

그림 1-3-3-33는 Heald사의 센터리스 내면 연삭기(centerless internal grinder)이

다. 연삭 구조는 그림 1-3-3-34와 같이 돼있고 공작물은 조정로울(regulating roll)

과 지지로울(supporting roll), 가압로울(pressure roll) 사이에 끼워지고 조정로울로

부터 동력이 전달되어 회전한다. 그러는 동안에 연삭 숫돌바퀴가 공작 구멍 속에서

연삭 작업을 한다. 공작은 자동치수제어장치에 의해 반자동적으로 하게 되며, 작업

자는 공작물의 착탈만을 하면 된다.

그림 1-3-3-32 공작물의 접선 급송구조

그림 1-3-3-33 센터리스 내면연삭기(Heald사)

그림 1-3-3-34 센터리스 內面硏削 방법

4) 연삭 조건과 작업방법

가) 공작물의 중심높이

센터리스연삭인 경우 큰 문제는 공작물이 바른 원이 되지 않는 점이다. 이 원인은

블레이드의 형상 및 공작물의 中心높이에 기인할 때가 많다. 그림 1-3ᅳ3-35와 같

이 양 숫돌바퀴의 中心을 연결하는 선상에 공작물의 中心이 있을 때 공작물에 그림

와 같이 돌기(突起)가 있어 이것이 조정숫돌바퀴에 닿으면 공작물은 좌로 눌려, 돌

기의 반대쪽이 연삭 숫돌바퀴에 의해 더 많이 연삭된다.

그림 1-3-3-35 공작물이 양 숫돌바퀴의 중심선상에 있을 경우

또 돌출부가 블레이드위에 오면 공작물은 위쪽으로 들어 올려져 소요량만큼 깍기지

않게 된다. 이런 것이 원인이 중심선상에 있을 때 되어 공작물은 바른 원이 되기

힘들고, 三角形 또는 西角形의 비뜰어진 원이 되고 만다. 그러나 공작물의 중심을

그림 1-3-3-36와 같이 높게 하면 돌출부가 조정숫돌바퀴에 닿았을 때, 공작물이

연삭 숫돌바퀴에 의해 연삭량은 위의 경우보다 적어진다. 더욱이 그림 1-3-3-37과

같이 블레이드에 각도를 붙이면 돌출부가 블레이드에 닿을 때 공작물이 들어 올려

지는 양이 적어지고 한층 공작물은 바른 원에 가까워진다.

그림 1-3-3-36 공작물이 양

숫돌바퀴의 중심선보다 위에 있을 경우

그림 1-3-3-37 블레이드에 각도를

두었을 경우

공작물의 중심이 높을수록 연삭 능률은 좋지만, 이것이 너무 높으면 공작물의 다듬

질면에 떨림이 발생한다. 이것은 연삭숫돌과 공작물 사이에 작용하는 법선 연삭 저

항의 위쪽으로 분력이 공작물의 높이가 증대할수록 커지므로 공작물이 떠오르는 경

향을 띠게 되고 주기적으로 공작물이 블레이드에서 떨어지게 되기 공작물의 중심높

이는 대체로 그 지름의 1/2-1/3 정도로 하는데 13mm를 초과하지 않는다.

지름이 큰 것은 비교적 작게 잡고, 작은 것에서는 크게 잡는 것이 좋다. 또 결합도

가 연한 숫돌을 사용할 때에는 공작물에서는 그림 1-3-3-38와 같이 공작물의 중

심을 반대로 내릴 수가 있다. 이와 같이 하면 공작물은 블레이드에 꽉 눌리게 되므

로 정확하게 연삭할 수가 있다.

공작물의 중심높이와 그 다듬질된 둥금도의 관계에 대해서는 E. Sachsenberg의 연

구가 있다.

그림 1-3-3-38 작은 공작물의 연삭

즉 공작물은 그림 1-3-3-39 에 표시함과 같은 드角뿔원 또는 四角뿔원으로 될 때

가 많다. 지름 20mm인 공작물에 대해서 공작물의 중심 높이를 1, 10, 20, 30mm

로 변화시켰을 때 중심높이가 커질수록 三角뿔원으로 되는 경향이 감소하고, 四角

뿔원으로 되기 쉽게 된다. 반대로 중심높이기 작을수록 三角뿔원으로 되기 쉽다.

그림 1-3-3-39 센터리스연삭에 흔히 생기는 단

따라서 지름 20mm인 공작물에 있어서는 중심 높이는 20mm가 적당하다고 주장하

고 있다.

나)블레이드

블레이드의 각도 α(그림 1-3-3-37)는 前項에서 이야기한 바와 같이 공작물의 둥굶

도와 관련을 갖는 것이다. 그 값으로서는 외경10mm까지의 것에서는 30°~40°로하

고, 10mm이상에는 20°~30°로 한다. 공작물의 지름이 클수록 또 숫돌의 폭이 클수

록 작게 하는데 이것은 연삭숫돌에 공작물이 압착되는 압력을 저하시키기 위함이

며, 이 각도가 크면 연삭숫돌에 공작물이 압착되는 압력을 저하시키기 위함이며, 이

각도가 크면 연삭숫돌에 큰 압력이 걸려 덜덜거림의 원인이 된다.

블레이드의 길이는 숫돌의 폭에 따라 결정되며 그것보다도 약간 길게 한다. 그 두

께는 공작물의 지름보다도 약간 작게 하지만, 최대 15mm정도 이다. 이 두께가 너

무 얇으면 연삭 저항을 받아 블레이드가 변형 또는 진동을 일으키기 쉽고, 덜덜거

림을 발생하는 원인이 된다.

다) 공작물의 周속도 및 급송

공작물은 조정숫돌바퀴에서 동력이 전달되어 회전한다. 그 회전수 nw(rpm)는 다음

식으로 얻어진다.

nw=nrxDr/dw

Dr: 조정숫돌바퀴의 지름

dw: 공작물의 지름

nr : 조정숫돌바퀴의 회전수(rpm)

그림 1-3-3-40 양 숫돌바퀴의 기옮

보통 조정숫돌바퀴의 속도는 원주속도 15~60m/min이고 회전수는 20~40 rpm이

다. 관통 급송법일 때 그림 1-3-3-40에 표시하는 바와 같이 조정 숫돌바퀴는 연삭

숫돌바퀴에 대해서 α만큼 기울게 장치되며, 이 α의 각도에 따라 공작물에 급송이

주어진다. 공작물의 급송 F는 다음 식으로 계산된다.

센터리스 연삭반에서는 a의 값은 변화할 수 있게 되어 있는데 보통 1.5~2° 때로는

3° 정도로 한다. 급송속도가 그림 1-3-3-40 양 숫돌바퀴의 옮길 때에는 공작물의

직진도가 좋아지고 작을 때에는 둥굶도가 좋아진다.

라) 연삭작업

① 관통 급송법

연삭숫돌의 周속도는 보통의 연삭작업과 동일하며 25~30m/sec 정도이다. 보통#

60~#80정도의 입도인 숫돌이 사용된다. 대충 다듬질과 정밀다듬질을 1회의 연삭

을 하기 위하여 입도가 다른 2층으로 된 특수한 숫돌을 사용하는 수가 있다. 이것

으로는 공작물을 급송하는 쪽의 150mm 폭은 대충 다듬질을 위하여 #50으로 하

고, 최후의 50匪는 정밀 다듬질을 위하여 #120으로 하고 있다.

공작물에 급송으로 인한 피이드마아크(feed mark)가 나타나는 수가 있다. 이것은

공작물이 숫돌바퀴에서 빠져나갈 때 숫돌의 어께(shoulder)로 자국을 낸 것이다. 그

러므로 연삭 숫돌바퀴의 마지막 10~15mm의 폭을 약간 테이퍼로 연삭하면 이와

같은 결함을 피할 수가 있다.

공작물의 형상이 비뚤어져 둥긂도를 잃게 되는 것은 주로 숫돌바퀴의 不整과 안내

판 장치의 부정확에 기인한다. 그림 1-3-3-41 ~ 그림 1-3-3-45에 이러한 영향을

표시한다. 그림 1-3-3-41 및 그림 1-3-3-42는 조정숫돌바퀴가 오목 또는 블록으

로 되었을 경우이며 그림 1-3-3-43 는 연삭 숫돌바퀴의 급송측이 테이퍼로 되어

있을 때이다. 또 그림 1-3-3-44 및 그림 1-3-3-45는 숫돌바퀴는 정화하지만 안

내판 장치가 정확하지 않을 때이다. 안내판은 이와 같이 제품 정밀에 큰 영향을 미

치는 것이므로 이것을 장치할 때에는 충분히 주의하여 공작물이 양 숫돌바퀴 사이

에 정확하게 도입되게 하지 않으면 안 된다. 안내판의 올바른 위치로서는 그림

1-3-3-43에서 a의 값은 0.01 ~ 0.02mm, b의 값은 그 1.5배로 하는 것이 좋다.

제품의 다듬질에面 불규칙한 자국이 날 때가 있지만 이것은 탈락한 지립이 나 먼

지, 칩 동 때문에 생기는 것이다. 이 대책으로서는 수용성 연삭유를 다량 첨가하여

이것들을 씻어버리든지 블레이드의 재질을 약간 연하게 하여 이것들이 접착하지 않

게 한다.

② 물림 급송법 및 끝 급송법

이것은 단(段)달림의 공작물이나 회전曲面休의 공작에 응용된다. 공작물축 방향의

급송은 필요 없게 되는데 스톱퍼를 설치하고 여기에 획실히 닿게끔 공작을 하기 위

하여 조정숫돌바퀴는 0.5° 정도 기울게 한다.

공작은 대충 다듬질로 한번에 거의 전부의 연삭 여유을 연삭하고, 정밀연삭으로 나

머지 0.025~0.05mm정도의 물림깊이를 준다. 다듬질면을 좋게 하기 위하여 연삭

숫돌을 작은 진폭으로 축방향에 왕복 운동시키기도 한다. 정확한 원통을 얻기 위하

여 양 연삭숫돌 및 블레이드의 面을 정확하게 평행으로 하여야 한다.

③ 연삭작업의 例

여러 가지 공작물을 센터리스 연삭할 때의 숫돌바퀴, 연삭조건, 생산량으로 서

Norton사가 발표한 것을 표 1-3-3-46에 나타낸다.

④ 결함과 그 원인

센터리스연삭에 있어서 발생하는 여러 가지 결합과 그 원인을 표 1-3-3-47에 표

시한다.

표 1-3-3-47센터리스 연삭에서의 중요한 결함

4. 정밀측정공저에 In Process Gage 적용기술 및 유니트 제작 지원

가. 측정정도 기준

나. 측정 Unit 설계도면

- 도면 LM샤프트의 품지개선용 측정공정 조립도 -

- 도면 측정 Head Ass'y-

다. 측정 LVDT 센서사양

라. 측정 Amp 회로구성

1) GPp-50 개요

GPp-50는 1〜8개의 LVDT센서와 HBT, Air Gap 센서를 연결하여 측정하기 위한 다목적 포스트 앰프이다. FND와 VPD, LED와 Keypad를 통하여 측정값을 패널 전

면에 나타낸다.

PC는 RS-232를 사용하여 PC와 테이터 통신이 가능하고, Input/Output 모듈과

BCD모듈로 공작기계의 컨트롤러와 데이터를 주고받을 수 있습니다. 초당 2,400개

의 측정값들을 받고 이를 처리할 수 있다.

2) 특 징

♦ 정격 용량 - 85-264 V

♦ 영점조점- 측정 시 초기 세팅

♦ 탐침마다 각각 교정 가능

♦ 데이터의 조합에 의한 Measurement 값 정의 가능

♦ 마스터의 교정 값을 각각의 게이지에 정의 가능 (OFFSET)

♦ 고급 모드를 통하여 Input/Output 모듈의 징의 가능

♦ 고급 모드를 통한 측정의 정의

♦ 간단한 키조작

♦ 방수 방진등급 IP65 (Ingress protection class of enclosures according to

IEC-529 standard) - 먼지로부터 완벽하게 보호, 모든 방향의 낮은 압력으로 분사

되는 물로부터 보호됨.

3) 전기장치부 설치

브라켓 설치

A: GPp-50 AMP body

B : 설치용 브라켓

그림 1.33. 46 외관 전장의 마운팅 브라켓

4) I/O 모듈

가) I/O Code 표

나) I/O Type

다) 회로 구성 라) 커넥터 핀 구성

마) Connector of Input/Output Signals

바) 기본 입력 신호(input signals)

AUTOMATIC : 자동 모드

RESET CONTROLS; 제어판의 초기화

START CYCLE : 스타트 사이클 조정

PART PRESENCE : 측정부에 제품이 있는지 없는지 판별

ZERO SHIFT : 프로그램에 의한 영접이동

SELF-ZERO : 자동 영점조정

TRANSDUCERSTEST: 센서 테스트

RESETTREND/ COUNTERSROLLINGAVERAGE :

TREND, COUNTERS or ROLLING AVERAGE 초기화

사) 기본 출력 신호(output signals)

AUTOMATIC/MANUAL ：자동 / 수동 측정

EFFICIENT GAUGE : 게이지 검출

END OF TOTAL CYCLE : 총 측정 사이클의 끝

TRANSDUCERS OK ： 센서 테스트

+OK : +방향 보정 요구

++OK: ++방향보정 요구

-OK : -방향보정 요구

GOOD : 모든 측정 GOOD

COMPENS.: 측정보상 요구

+NG or -NG : 가공 오차를 벗어남

+NG SCRAP : 재가공 가능

-NG SCRAP：재가공 불가능

아) TIMMING CHART

그림 1.3.3.47 측정사이클과 자동 영점사이클

마. 설치 전 정상 연삭 공정 전경

사진1.3.3.1 측정 Unit의 설치 작업

바. 정삭 연삭 공정 후단부 정밀 측정 공정 설치 전경

사진 1.3.3.2 측정 공정 전체 전경

사진 1.3.3.3 정밀 Air 제어 Unit

사진 1.3.3.4 측정 Amp

사진 1.3.3.5 절삭유 스크립퍼 및 측정 헤드

사진 1.3.3.3.6 전기제어 Unit

사진 1.3.3.7 측정 해드부

사진 1.3.3.8 측정 전 전경

사진 1.3.3.9 c 측정 dp 터치스크린 메인 화면

c

사진 1.3.3.10 측정 수동ㆍ자동 변환 화면

사진 1.3.3.11 측정 Mode 화면

5. 정밀측정 관련 자료조사 및 교육

가. 전기 마이크로미터에 대한 1차 교육

전기 마이크로미터는 기계적인 위치번화가 전기나 자기적인 성질을 변환시키어 그

양이 전기량으로 변환되고 증폭되어 지시계에 표시되도록 하는 길이 측정기로 1차

대전이루 급속히 발달하였으면, 현재에는 범용 정밀 측정기기로 가장 많이 활용되

고 있다. 전기 마이크로미터는 단순한 길이 측정뿐만 아니라 압력, 하중, 가속도의

측정에도 응용되고 있다. 길이 측정용 전기 마이크로미터는 검출 부와 지시계로 구

성되며 그림 1-3-5-1에 전기 마이크로미터와 지시계의 예를 도시하였다.

물건의 치수를 측정하기 위해서는 보통 전기 마이크로미터를 스탠드에 부착 하고

피측정물에 접촉시켜 측정을 하며, 측정값은 지시계에 전달되어 증폭되고, 필요한

경우 디지털 신호로 변환되어 제어기나 컴퓨터 혹은 데이터 처리기구를 전달한다.

차동 변압기식 전기 마이크로미터(LVDT: Linear Variable Differential Transformer)

를 가장 활용이 많이 되고 있으며, 인턱턴스(inductance)식, 캐패시턴스(capacitive

displacement tranducer)식, 스트레인 게이지식, 포텐쇼미터식, 와전류식 전기 마이

크로미터 등이 있다.

그림 1-3-5-1 전기 마이크로미터와 지시계

1) 원 리

가) 차동 변압기형 전기 마이크로미터

이 방식은 전기 마이크로미터 중 가장 보편화된 방식으로 그림 1-3-5-2에 구조 및

변위 검출용 차등 변압기의 원리를 나타내었다.

차등 변압기 방식의 원리는 일정 전압의 AC 전류가 흐르고 있는 1차 코일과 2차

코일로 구성되는 변압기 중심부의 코어가 축방향으로 변환하는 것에 의해 2차 측에

여기(勵起)되는 AC 전압이 변화하는 것을 이용한 것이다.

그림 1-3-5-2 차등변압기형 전기 마이크로미터

코어의 변위와 2차 저압 사이의 관계는 리니어하지 않아 2 차 코일을 2개로 하고,

그림 1-3-5-3에서 보는 바와 같이 e1 -e2를 2차 코일을 출력으로 하면 직선성의

좋은 변위 - 전압 특성 곡선이 얻어진다. 실제 회로에서는 그림 1-3-54에서 보는

바와 같이 발진회로, 배율조정회로, 측정회로, 제로조정희로를 거쳐 정류와 평활을

거쳐 직류의 출력 전압을 얻게 되어 있다. 이는 또한 아날로그 출력으로써 각종 계

산과 제어에 이용하고 있다.

최근에는 A/D변환기(컨버터)를 사용하여 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하고

디지탈 표시, 디지털 출력하는 것도 많이 사용하게 되었다.

그림 1-3-5-3 코어의 변위와 2차 전압의 관계

또한 지시계로 들어가는 신호를 빼내어 피측정물의 합격, 불합격을 표시하는 신호

희로에 연결시켜서 자동선별 시스템으로 이용된다. 이 신호발생 회로는 슈미트

(Schmitt)회로이다. 이러한 슈미트 회로를 병렬로 여러 개 설치해서 그 전환 동작점

을 저항조절로써 각각 설정하면, 예를 들어, 공차의 하한과 상한으로 각각 릴레이를

움직여 그 릴레이로 램프를 증감시키면 합격, 불합격의 램프지�