(금속절삭기계)선반기계 - CNC 선반
CNC란?
- NC의 개요
Numerical Control의 약자로서 "수치 제어" 를 말한다. 입력시켜놓은 고정값으로 정밀한 작업이 가능하다.
수치제어장치로 가공물의 형상이나 가공조건의 정보를 서보모터 또는 펄스모터(구동계의 제어방법에 따라 다름.)에 입력하여 제어한다.
1952년 매사추세츠 공과대학의 서보기계연구소의 존 T. 파슨스가 세계최초로 실용화에 성공했다.
구동계의 제어방법
○개회로방식
○폐회로방식
- CNC의 개요
Computer Numerical Control의 약자로서 컴퓨터를 내장한 NC를 말한다.
NC와 CNC는 다소 차이는 있으나 최근 생산되는 CNC를 통상 NC라 부르고, NC와 CNC를 외관상으로 쉽게 구별하는 방법은 기계에 해당 컨트롤러의 모니터가 있는 것과 없는 것으로 구별할 수 있다.
CNC 선반이란?
CNC 선반은 범용선반(수동 선반)에 컨트롤러(controller)를 장착한 공작기계이다.
CNC 선반이 범용선반과 다른 것은 CNC 선반은 프로그램에 의해 자동으로 각종 부품을 가공할 수 있다는 점이다.
자동으로 기계를 동작시킬 수 있는 전자장치의 컨트롤러(controller)와 기계장치의 기계본체로 구성되어 있다.
즉, 컴퓨터로 작성한 가공프로그램에 따라 제어되며, 자동으로 가공물을 생산하는 기계이다.
전자장치인 컨트롤러는 기계를 작동시킬 수 있는 CNC 시스템 프로그램, PLC 프로그램, 서보모터 등으로 구성되어 있고, 기계본체로는 범용선반의 구조와 유사하게 구성되어 있고 주축대(head stock), 척(chuck), 회전 공구대(turret), 심압대(tail stock), 베드(bed), 왕복대, 이송장치, 유압장치 등으로 구성되어 있다.
CNC 선반의 구조
간단한 이미지로 설명하도록 하겠다.
- 척(chuck)
주축 선단에 장착되어 공작물을 척킹(chucking)하는 척은 유압으로 작동하는 유압척과 공기압력으로 작동하는 공압척 및 특수척이 사용된다. 공작물을 고정시키는 가장 기본적인 구성이다.
척죠(chuck jaw)를 작동시키는 실린더는 로터리 실린더를 사용하여 공작물 회전중에도 공작물 물림압력이 저하되지 않는다.
공작물의 형상이나 재질에 따라 척의 압력을 조절하여 공작물이 변형되지 않고 이탈하는 것을 방지할 수 있고, 척죠의 종류로는 열처리된 하드죠(hard jaw)와 공작물의 형상에 따라 가공하여 사용할 수 있는 소프트죠(soft jaw)가 있다.
위 사진에서 보이는 세개의 물체가 척죠(chuck jaw)이다. 범용 선반에서는 직접 수공구로 조여서 공작물을 고정시킨다.
- 주축대(head stock)
위 사진에서 보이는 것처럼, 레버가 달려있는 부분이 주축대이다. CNC 선반에서는 주축대가 자동으로 컨트롤되기 때문에 위 사진처럼 레버가 노출되어있지 않다. 척의 회전수를 조절해주고 동력을 전달한다. 아래에서 더 자세히 살펴보도록한다.
주축대는 스핀들 서보모터(spindle servo motor)의 회전을 벨트 및 변환 기어를 통해 스핀들(spindle) 선단에 있는 척(chuck)을 회전시키고, 척에 물린 공작물을 회전시키는 역할을 한다. 척에 공작물을 물리고 그 척을 회전시킨다고 생각하면 이해하기 쉽다.
일반적으로 주축의 회전은 무단변속으로 회전수를 프로그램에 의해 지령하고, 변속장치가 없는 소형기계와 변속장치가 있는 중형 이상의 기계가 있다.
그리고 벨트 전동으로 미끄럼(슬립)이 발생되는 문제를 해결하는 포지션 코더(position coder)가 설치되어 실제 공작물의 회전수를 검출한다. 즉, 검사장치(포지션 코더)가 있어서 미끄럼(슬립)이 발생해도 정확한 회전수를 산출해 낼 수 있다는 것이다.
최근에 개발된 공작기계용 빌트인(built in) 모터는 스핀들과 모터가 결합된 형태로 정밀 고속 가공용 공작기계에 많이 적용되고 있다. 빌트인(built in) 모터는 진동과 열을 최소화할 수 있도록 설계된 모터이다.
볼 스크류(ball screw)
볼 스크류(ball screw)는 회전운동을 직선운동으로 바꿀 때 사용된다.
CNC 선반에서는 공구대에 사용되어 공구대의 이송을 담당한다.
볼 스크류(ball screw)의 구성은 수나사와 암나사 사이에 강구(steel ball)를 넣어 구를 수 있게 한 것으로 강구가 수나사와 암나사 사이를 구르면서 나사를 2회 반 또는 3회 반정도 돌다 튜브 속을 통해 시작점으로 되돌아오는 것을 반복한다.
수나사와 암나사 사이에서 강구가 빈틈을 메우며 구르기 때문에 마찰계수가 적고 높은 정밀도를 가지고 있다.
특히 더블너트 방식의 경우는 볼스크류 자체에 예압을 주어 백래쉬를 줄일 수 있는 구조로 되어 있다.
더블너트 방식의 백래쉬 조정은 백래쉬 조정용 칼라의 두께를 정밀하게 조정(연삭)하여 볼 스크류 너트를 인장방향(밀리는방향)으로 밀착시켜 정회전, 역회전 할 때 발생하는 백래쉬를 제거한다.
아래 사진에 표시가 되어있는 부분이 백래쉬이다. 백래쉬는 나사와 나사사이의 빈틈이라고 생각하면 된다. 백래쉬가 크면 클수록, 오차량이 커진다.
회전 공구대(turret)
범용선반에 사용되는 공구대(tool post)와 같이 공구를 장착하는 기계장치로서 회전 공구대(turret)와 갱(gang)타입 공구대가 있다.
회전 공구대는 회전 드럼에 각종 공구를 장착하여 프로그램에 의해 선택하여 사용한다.
일반적으로 사용되는 회전 드럼의 분할 수는 4∼12개이고, 매회 공구선택의 위치 정밀도는 회전 공구대 내부의 Cubic Transmissions Pvt. Limited사의 커플링에 의해 정밀한 위치를 결정을 하게 구성되어 있고, 회전드럼의 회전력은 유압 또는 전기모터로 회전시킨다.
갱타입 공구대는 회전 공구대가 없이 테이블 위에 나열식으로 공구를 설치하여 고정시킨 방식으로 공구선택 회전시간을 줄일 수 있어 공정수가 적은 소형제품의 대량생산에 적합하여 소형 CNC 선반에서 많이 적용되고 있다.
하지만 나열식으로 인해 공작물과 공구의 간섭 때문에 공구를 많이 설치할 수 없고, X축의 이동량이 많아 X축의 정밀도 저하가 발생된다.
심압대(tail stock)
심압대(tail stock)의 사용은 가늘고 긴 공작물이나 척에 고정된 상태가 불안한 축(shaft) 종류의 공작물을 가공할 때 휨 현상이나 떨림 및 이탈되는 것을 방지하기 위하여 공작물 원주 중심을 지지하는 장치이다.
심압대 스핀들에 회전센타(live center)를 끼워 공작물을 지지한다.
범용선반과 달이 유압이나 공기압을 사용하여 공작물을 지지하기 때문에 드릴과 같은 공구를 끼워 사용할 수 없다.
또한 방진구라는 것도 있는데, 방진구는 공작 기계 등에서 가늘고 긴 공작물을 가공할 때 진동을 방지하는 기구로 심압대와 같이 사용하기도 한다.
서보모터(servo motor)
“서보 (Servo)”란"서보 메카니즘 (Servo Mechanism)"의 줄임말로써, 일본 공업규격(JIS)에서는 『물체의 위치, 방위, 자세 등을 제어량으로 하고, 목표치의 임의 변화에 추종하도록 구성된 제어계』라고 정의되어 있다.
서보모터(servo motor)는 범용기계와 비교해 보면 핸들을 돌리는 손에 해당하는 부분으로 머리에 해당되는 정보처리회로(CPU)의 명령에 따라 공작기계 테이블(table)등을 움직이게 하는 모터(motor)이다.
또한 서보 (Servo)는 Servant 와 관계가 있어서 주인의 명령에 충실한』이라는 의미를 갖고 있다. 그러므로 서보 모터란『주인의 명령에 따라 충실하게 동작하는 모터』를 가리킨다.
일반 3상 모터와는 달리 서보 모터는 빈번하게 변화하는 위치나 속도의 명령 (목표치)에 대해서 신속하고, 정확하게 추종할 수 있도록 설계되어있다.
저속에서도 큰 토크(torque)와 가속성, 응답성이 우수한 모터로서 속도와 위치를 동시에 제어한다.
광학식 로터리 엔코더를 사용하여 출력 샤프트의 속도를 측정하고, 위치검출을 하며, 가변 속도 드라이브를 사용하여 모터 속도를 제어한다. 일반적으로 모터 뒤쪽에 붙어있다.
광학식 엔코더의 구조는 발광소자에서 나오는 빛은 회전격자와 고정격자를 통과하고 수광소자에서 검출한다.
회전격자는 유리로 된 원판에 등간격으로 분할이 되어있는데, 분할의 개수는 모터의 명판에 있는 펄스(pulse)로 알 수 있다. 예를 들어, 2000, 2500, 3000, 6000 펄스 등이 가장 많이 사용된다.
베드(bed)
주축대, 심압대, 왕복대를 장착한 상자형 주철제 기대를 말한다.
베드(bed)는 주물로 제작을 하는데, 주물로 제작을 하는 이유로는 생산성을 들 수 있다.
크기도 크고 무게도 무겁기 때문에, 일일이 가공하기보다는 틀에 부어서 주물로 제작하는게 시간과 비용상 훨씬 절약이 된다.
그리고 위 사진과 같이 베드 윗 면만 주축대, 심압대, 왕복대가 이동하기 때문에 공차를 그 면에만 주면 된다. 윗 면 한 곳에만 공차를 주어 가공하면 되기 때문에 이 또한 생산성이 크게 향상된다.
550W 작은 선반 기계 CNC 미니 벤치 선반 판매
COUPANG
www.coupang.com
“파트너스 활동을 통해 일정액의 수수료를 제공받을 수 있음"
CNC 선반의 수치제어 준비기능과 보조기능 (어드레스, G코드 ,M코드)
출처 - 위키백과
어드레스
- O - 프로그램 번호
- N - 블록이름(시궨스 번호)
- S - 주축기능
- F - 이송기능
- M - 보조기능
- T - 공구기능
G코드
|
|
|
M코드
|
|
코드 적용 예
|
|
게시글 주변에 관심있는 광고의 클릭은 제게 큰 도움이 됩니다!
'공부중인 공작기계 > 금속절삭기계 - 선반' 카테고리의 다른 글
| (금속절삭기계)선반기계 - 터릿 선반(Turret Lathes) (0) | 2023.05.14 |
|---|---|
| (금속절삭기계)선반기계 - 수직 선반 (2) | 2021.03.01 |
| (금속절삭기계)선반기계 - 자동 선반 (0) | 2020.12.14 |
| (금속절삭기계)선반기계 - 보통선반 (2) | 2020.11.18 |
| (금속절삭기계)선반기계 - 선반의 종류 (2) | 2020.10.14 |
댓글