북미, 유럽, 일본 등 선진공업국의 공작기계공업 역사는 200년을 넘지만 우리 공작기계의
역사는 50~60년대에 들어서 시작되었으며, 72년부터 시작된 3차 경제개발 5개년 계획중에
해외도입 기술의 유입과 대기업의 참여 등으로 개발이 가속화되면서, 70년대 말에서 80년
초에 이미 고급기종의 개발기술을 축적하였다. 90년대 초에는 선진국 수준의 공작기계를
생산, 내수는 물론 주요 수출상품으로서 각광을 받게 됐으며, 첨단기간산업으로 발전을
거듭해왔다. |
공작기계의 종류와 절삭유제 | |
| 공작기계의 종류 및 분류 |
공작기계의 다양한 종류가 있으나, 가공물과 공구의 이동 및 이들의 상대운동에 따라
크게 기본적으로 5가지로 나눌 수 있다.
- 드릴링머신(Drilling Machine)
- 터닝 및 보링머신(Turning and Boring Machine)
- 평삭과 형삭기(Planing and Shaping Machine)
- 밀링머신(Milling Machine)
- 연삭기(Grinding Machine)
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공작기계와 윤활유 사용
주축윤활유
공작기계의 주축수에는 미끄럼형식과 굴림형식이 있으며, 미끄럼형식에는 동압미끄럼
축수와 정압미끄럼축수가 있다. 각각의 축수에는 다음과 같은 특징이 있다.
1. 동압미끄럼축수
- 축의 회전에 있어서, 축수와의 간극에 유막이 형성되고, 윤활이 행해진다.
- 회전 윤활로 감마능력이 높아서 회전정도가 우수하나, 최적한 상태에서 사용되는
회전수의 범위가 좁아서 별도의 제작과 조립기술의 요구 및 취급이 필요함. 특히,
회전수범위가 좁고 정밀한 가공의 연삭기 등에 사용된다.
2. 정압미끄럼축수
- 펌프로 윤활유나 공기에 압력을 주어, 축을 지지하는 방식의 축수이다.
- 동압미끄럼축수의 회전속도에 있어서 축심의 위치와 강성의 변화 등 결점을 개선하여,
회전정도가 우수한 별도의 축과 축수가 비접촉으로 축수의 마모가 적어서 수명이 길다.
- 공작기계에의 응용에 있어서, 초정밀선반이나 연삭기에 사용된다.
3. 굴림축수
- 마찰손실이 적고, 강성이 높아, 회전속도범위가 넓고, 보수가 용이하여 호환성이
양호하며, 넓은 회전속도범위가 요구되는 대부분의 공작기계의 주축수에 사용된다.
·굴림축수의 윤활방식에는 오일미스트, 오일에어 및 오일제트 윤활이 있다.
습동면 윤활유
정밀하게 구성된 습동부는 테이블의 정확한 위치에 제어하며, 결국 어떠한 응착이나
마모는 공구와 피삭재의 조절손실을 의미한다. 이러한 마모를 방지키 위해서는 테이블과
베드면 즉, 금속과 금속간의 접촉을 막아야 한다. 금속과 금속간의 마모 억제를 위한
가장 이상적인 방법은 두꺼운 유막의 형성이나, 가혹 두꺼운 유막은 베드면의 정밀도를
저하시킬 수 있다. 오일의 유막두께는 다음의 경우에 영향을 받는다.
- 오일의 점도
- 오일과 습동면의 온도
- 테이블과 하중
- 테이블의 속도
- 전체 습동면에 걸친 오일의 공급량(손실량)
- 오일의 점도지수
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이러한 다양한 오일 유막두께는 0.005 inch 전후의 테이블 높이의 변화를 초래할 수
있다. 그러므로 항상 일정한 테이블의 높이를 유지키 위해서는 매우 얇은 유막으로
테이블과 베드면을 윤활시키며, 이러한 얇은 유막은 종종 응착마모와 스틱슬립을 유발
시킨다.
(1) 스틱슬립
슬틱슬립이란 테이블과 크로스슬라이드의 불규칙적인 운동을 말하며, 쉽게 말하자면,
기계테이블이 정지중에서 움직이기 위해서는 큰 힘이 요구되며, 한번 움직이기 시작하면
적은 힘으로도 계속 움직일 수 있다. 일단 모든 동력전달기구는 어느정도의 탄성과
각각의 윤활부분의 간극이 있으며, 테이블에 전달되는 힘은 일정치 않다. 테이블이
정지중에 테이블 구동 모터로 전달된 기계적에너지는 테이블을 움직이는데 즉시
전달되지 않는다. | - 우선NT SIZ_ T FACE="바탕체" LANG="KO" SIZE=2테이블구동 모터의 동력은 구동
기구의 기어와 동력전달부의 비틀림과 죔 등의 형태로 전달된 충분한 에너지는
테이블의 정지관성을 극복하고 움직이기 시작한다. - 동력전달부에 축적된 탄성에너지는 테이블에 과도한 밀림과 점프 등을 유발시킨다.
- 짧은 미끄럼 주기에서 테이블은 서행 또는 멈춤을 반복하며,
이러한 운동을 스틱슬립이라고 한다.
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M.E. Merchant의 논문에 의하면, 스틱슬립은 정지마찰계수가 운동마찰계수보다 클 경우에
발생한다고 한다.
- 마찰계수 : 이러한 마찰계수의 가장 큰 인자는 거칠은 금속면의 응착이며, 이러한
응착을 극복하기 위한 힘이 요구된다. 즉, 기계테이블이 정지시, 정지관성을 극복
하는 힘과 응착을 극복하는 힘이 필요하다. - 공작기계의 경우, 근본적으로 테이블 구동 모터의 힘은 일정하나, 동력전달부의
탄성과 응착으로 서행 또는 정지할 수 있다. 테이블이 순간적으로 정지한 짧은
시간에 테이블의 하중에 의해서 얇은 유막은 파괴, 또는 밀려나가며 응착마찰이
발생한다. 이러한 응착을 극복키 위해서 과도한 동력이 필요하며, 그 결과 스틱
슬립이 발생한다. - 결국, 너무 두꺼운 유막은 정밀도를 저하시키며, 너무 얇은 유막은 스틱슬립을 유발
시킨다. 실제로 이러한 두가지의 문제를 해결하고자, 유막의 강도와 극압성 윤활유의 사용으로 응착마모와 스틱슬립을 방지한다.
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(2) 홈(Groove)과 유막 형성
두 개의 평형 표면, 테이블면과 베드면, 상호미끄럼 운동에 있어서, 이 두면 사이에 있는
모든 윤활유는 밀려 나가거나 닦여진다. 이송테이블의 적절한 홈으로 이러한 결합을
개선할 수 있다.
- 미끄럼베어링의 경우, 가장 효과적인 오일 급지 및 유막형성은 저널운동 수직의
엑시알 그루브이다. 유사한 그루브 습동면은 물론 세로축 그루브로 교차 그루브에
오일을 충분히 공급할 수 있다. - 오일의 누출을 최소로 하기위해 특별한 점착성이 요구되며, 단조기 또는 성형
프레스의 경우 이러한 특성은 더욱 중요하다. 갑작스런 충격은 연속적인 운전에서
충분한 윤활없이 운전되며, 이러한 경우 특수한 그리스가 사용되는 경우도 있다.
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(3) 윤활유 특성
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- 다양한 윤활부의 부드러운 운전과 정확한 제어를 위해 다음과 같은 윤활유의 특성이
요구된다.
- 적당한 점도(유동성) : 운전온도에서의 적정유막과 급지
- 충분한 유막 강도 : 요구되는 경계유막과 스틱슬립 방지 및 마모 방지. 습동면에
과중한 하중(40에서 75 psi)을 받을 경우, 극압성이 요구됨. - 높은 윤활성(유성) : 스틱슬립 및 마찰 등의 동력손실 방지
- 충분한 점착력 : 윤활면의 윤활유의 밀림에 의한 누유 및 절삭유에 의한 세척에
대한 저항성
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유압장치의 작동유
연삭기(Grinder)의 이송, 유압프레스 등에서 동력전달의 목적으로 사용되는 유체는
장기에 걸쳐 반복 사용되며, 사용중에 산화변질해서 계통중에 퇴적물을 생성치 않도록
특히 높은 화학적안정성이 선결요건이다. 더욱이 그 장치가 민감히 작동하기 위해서는
운전온도에 있어서 유체의 점도는 너무 높지 않고 유동성이 우수한 것이 바람직하나
유체의 점도는 사용하는 폄프, 작동 실린더의 구조에 적당한 것을 선택해야 한다.
이를테면 빅커스(Vickers) 베인 펌프에는 비교적 고점도유가 적당하며, 기어펌프, 플란자
펌프에 있어서는 점도가 너무 낮으면 기어 혹은 펌프의 습동면 마모가 증대한다.
운전중의 유온변화에 대하여 점도변화가 크지 않아야 하며, 수분이나 이물질의 침입에
대하여 분리성이 좋고 기포 경향이 작아야 한다.
습동면과 유압장치에 동일한 오일을 사용하는 경우에는 양자의 조건을 동시에 고려하여
개발된 오일을 사용하는 것이 이상적이지만, 화학안정도가 높은 터빈유에 유성향상제 및
지방유를 포함한 오일은 양질의 순환급유용 오일에 비하여 화학안정성이 좋지않다.
습동면에서 소비되는 분량만 유조에 신유를 보충하기 때문에 전체의 오일은 항시 갱신
되지만, 유성향상제 및 지방유는 수분과 결합하여 유화침전물을 생성하기 쉽기 때문에,
이 경우에는 유조 저부로부터 침전몰을 때때로 제거하여야 한다. |
기어 윤활
기어용 윤활유는 장기에 걸친 사용에 견디는 충분한 화학적 안정성을 필요로 하며, 특히
외부로부터의 침입물에 대한 분리성, 금속면의 부식방지성 및 방청성이 좋아야 한다.
점도는 기어의 운전상태에 있어서 하중, 온도, 회전수에 대하여 금속접촉을 충분히 방지
할 수 있는 오일을 선정해야 하며, 특히 고하중 혹은 충격하중에 대해서는 극압제를
함유한 오일이 필요하다.
공작기계의 자동차, 전기 전자, 정밀기계공업을 비롯해 산업발전을 주도하는 가장
핵심적이고 중추적인 주요 생산설비로 한나라의 기술수준을 평가하는 척도가 되고
있으며, 국내˙외에서 개발된 첨단의 공작기계가 속속들이 국내 및 해외에서 소개,
사용되고 있다.
최근 일부 선진국에서는 생분해성, Zinc Free 내마모성 유압유 및 수용성 쿨란트와의
분리가 쉬운 습동면 윤활유 등이 공작기계에 적용되는 등, 생산성향상과 환경을 고려한
윤활유의 사용이 증가되고 있다. 공작기계 윤활은 유압시스템, 기어윤활, 베어링윤활,
습동면윤활 등 다양한 윤활의 형태로 구성된 종합 윤활시스템으로서, 최신 윤활기술과의
접목을 통해 생산성, 안전 및 환경을 고려한 윤활유의 개발이 요구되며, 보다 많은
관심과 투자가 기대된다. |
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