공작기계란 무엇인가? 공작기계의 역사
아주 간단하고 단순한 물건에서부터 복잡하고 다양한 기계까지,
일상생활 속에서 금속이나 다른 물질들을 가공하여 만든 물건은 이미 우리 주변에서 쉽게 발견 할 수 있다.
휴대폰이나 시계, 카메라와 같이, 정밀한 집적 기술부터,
자동차나 선박, 항공기, 우주왕복선 등의 거대한 기계까지,
문명의 발달에 따른 기술이 빠른 속도로 성장하여 금속을 가공하여 만든 물건의 종류는 더욱 다양해지고 복잡해지고 있다.
이러한 물건들은 다양한 가공과 공정을 거치며 탄생하게 되었다.
기계가 포함되어 있는 물건의 탄생 배경은 항상 공작기계가 주역을 맡고 있다.
공작기계란 무엇인가?
공작기계는 간단하게, 기계를 만드는 기계이다.
영어로 "Mother Machine"이라 칭하며, 직역으로 "엄마 기계"라고 한다.
우리가 흔히 알고 있는 기계들은 대부분 금속을 깍거나 구멍을 뚫는 등의 가공을 하고, 조립을 함으로 인해 탄생된다.
그렇기에 그 금속을 가공하기 위해선 그 금속보다 더욱 단단한 것으로 가공을 해야한다.
그 역할을 하는 것이 공작기계이다.
공작기계의 종류는 금속기계와 목공기계로 구분되는데, 일반적으로 금속기계를 지칭한다.
기계를 만든다는 것은 먼저 기계의 부품을 만든다는 것이다.
기계의 부품을 만드는 다양한 제조방법이 있지만 가장 대표적인 것은,
절삭 가공과 소성 가공이다.
절삭 가공 : 절삭 칩(chip)을 밀어 내보내면서 재료를 깍아 가공하는 것으로, 절삭 공구나 연삭 숫돌 등을 사용하여 가공하는 것.
소성 가공 : 재료의 탄성영역을 초과하여 영구변형을 가하는 가공 방법으로, 칩(chip)을 발생시키지 않는다는 점에서 절삭 가공과 구별되는 가공 방법.
절삭기계는 가공과정에서 칩을 발생시켜 불필요한 부분을 제거(탈락)하여 필요한 형상으로 가공하는 기계이며, 성형기계는 가공과정에서 소성에 의해 현재의 형태를, 필요한 형태로 변형시켜주는 기계이다.
ISO(국제규격)에선 공작기계를 "한 운동원에 의해서 작동하고 물리적, 화학적 또는 기타의 방법으로 성형해서 공작물을 생산하는, 수작업을 하지 않는 기계"로 정의 하고 있으며, 미국에서는 금속가공기계를 절삭기계와 성형기계로 분류하여 이 둘을 합한 것을 공작기계라고 칭한다.
KS(한국산업규격)에선 주로 금속 공작물을 절삭, 연삭 등에 의하여 불필요한 부분을 제거해 내어 필요한 형상을 만드는 기계로 공작기계를 정의하고 있다.
우리나라의 기계관련 분야에서 공작기계는 일반적으로 이러한 KS의 정의에 따르고, 그 중에서도 특히 금속절삭기계를 가리키는 것이 일반적이다.
공작기계의 역사
제임스 와트가 증기기관을 발명한 것이 1769년이지만, 이 발명이 실현되기 위해서는 1775년 영국인인 존 윌킨슨이 보링머신을 발명했기 때문에 가능했다. 아이디어만으로는 실행이 불가능하였기 때문이다.
이 보링머신은 증기기관의 심장이라고 할 수 있는 실린더의 내면 가공을 위해 고안이 되었다.
윌킨슨의 보링머신 이전의 실린더 가공방법은 전부 수작업에 의해 이루어졌기 때문에 실린더 내면의 진원도는 약 1cm에 달했다. 말이 1cm지 현재에서 1cm 오류는 말도 안되는 값이다.
하여튼 이 기계의 발명에 의해 진원도는 1.5mm 정도까지 정밀도를 높일 수 있었고, 이로 인하여 증기기관의 성능이 급속도로 높아질 수 있었다.
또한 영국의 모즈레이는 1795년에 그때까지 많은 부분이 목재로 되어있던 선반을 전부 금속재로 바꾸고, 작업자가 손으로 잡고 가공하던 공구를 기계에 고정시켜서 금속가공능력을 현저하게 높였다.
증기기관으로 시작된 산업혁명도 이러한 윌킨슨이나 모즈레이 등이 발명한 공작기계가 없었다면 있을 수가 없는 일이다.
그리고 산업혁명 인한 공작기계의 이론적인 연구와 측정 기구의 발달 또한 공작기계의 발전에 큰 공헌을 하였다.
우리가 오늘날 볼 수 있는 각종 공작기계의 모습은 이 시대에 기초를 구축했다고 할 수 있다.
우리나라 또한, 1970년대에 수작업에 의한 단순한 선반과 밀링 등을 생산하였으나, 40~50 여년이 지난 지금 지능형공작기계를 생산할 정도로 엄청난 발전을 이루어냈다.
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