기계공작법

4 편 절 삭 가 공

(4) 분할대(分割臺; index head, dividing head)(교과서 p.392):

분할대는 그림과 같이 table에 고정되고 공작물을 분할대의 spindle과 심압대 사이에 지지하여, 원주분할가공(圓周分割加工), 각도분할가공(角度分割加工) 등에 사용된다. 본래 milling machine에서 용도로 고안되었으나 shaper 및 planer 등에서도 사용할 수 있다.

분할대(Cincinnati 형)
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분할법에는

직접분할법(直接分割法, 面版分割法; direct dividing method)
단식분할법(單式分割法; simple dividing method)
차동분할법(差動分割法; differential dividing method)

이 있다.

(4-1) 직접분할법:

직접분할법은 분할대 spindle을 직접 회전시켜 분할하는 것으로 가능한 분할수는 분할판의 구멍(또는 홈)에 관계하며, Cincinnati type, Brown & Sharpe에서는 분할판이 24등분되어 있어 24의 인수인 2, 3, 4, 6, 12, 24의 분할이 가능하다. Cincinnati type에서는 24공, 30공, 36공의 3열을 갖는 분할판도 있다.
직접분할작업을 할 때에는 그림 (a)와 같은 직접분할전용기구를 사용하거나 그림 (b)와 같은 단식분할기구에서 분할 crank의 측면에 있는 worm handle을 돌려 worm을 빼고 spindle(주축)이 자유로이 회전할 수 있게 하여 그림 (a)의 사용법을 적용한다.

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직접분할기구
단식분할기구에서 worm과 worm gear의 물림을 해제하여 직접분할에 활용

(4-2) 단식분할법:

단식분할법은 분할 crank의 40회전(worm shaft의 40회전)이 분할대의 주축을 1회전(index head spindle을 1회전)시키도록 되어 있다. 즉 reamer에 8개의 홈을 가공한다면 crank를 5회전씩 돌리고 가공하면 된다.

단식분할기구

다음 표는 분할대에서 교체해서 사용할 수 있는 분할판이다.

예제

(4-3) 차동분할법:

Cincinnati 형과 Brown & Sharpe 형은 crank handle의 회전을 분할판에 전달하는 과정의 gear 열이 서로 약간 다르고, Cincinnati 형은 분할대 head가 milling machine table의 우측에 위치하고 Brown & Sharpe 형은 좌측에 위치하도록 되어 있다는 것 외에는 같은 원리로서 worm과 worm gear의 회전비는 40 이다. 본교재에서는 많이 사용되는 Cincinnati 형을 예로 들어 설명하기로 하나 이에 대한 분할공식은 Brown & Sharpe 형에도 적용할 수 있다. 차동분할법은 직접분할법이나 단식분할법에서 분할할 수 없는 분할에 이용한다.
차동분할기구에서는 sleeve의 양단에 분할판과 bevel gear가 고정되어 있어 worm 축 주위로 회전할 수 있게 되어 있다.(분할판과 몸체를 일체시키는 set screw를 풀어 준다). 그림(A)(a)에서 crank handle를 돌리면 주축이 회전하며, 운동전달 순서는 crank 축 → E₁ → E₂ → worm → worm gear(공작물의 회전) → A → M → D → F₁ → F₂ → 분할판 이다. 변환 gear A, M, D를 회전시키고, A와 D 사이의 중간 gear가 1개이면 sleeve와 일체인 분할판은 crank handle의 회전방향으로 전진하나 중간 gear가 2개이면 crank handle의 회전방향과 반대 방향으로 회전한다. gear A와 D의 치수비(齒數比) 및 중간 gear를 적당히 택함으로써 차동회전을 조정할 수 있다. 변환 gear가 1열로 된 것을 단식차동분할법, 2열로 된 것을 복식차동분할법이라 한다.

(A) 차동분할기구
(B) crank handle과 분할판의 회전

윗그림(A)(a)에서 gear E₁과 E₂, F₁과 F₂의 치수(齒數)는 같다. A와 D의 치수가 동일하다면 그림(B)(a)에서와 같이 crank handle이 분할판상에서 1회전할 때 crank는 실제은 x만큼 회전한 것이 되며, crank handle의 분할판상에서 1회전과 실제 1회전과의 차는 .

다음 그림은 차동분할 변환 gear 열의 예이다.

(A) 단식 gear열
(B) 복식 gear열

윗식에서 변속 gear 의 회전비가 (―)값일 때, 즉 N < N₁일 때에는 crank handle과 분할판의 회전방향이 같도록 중간 gear를 기수(奇數)개로 정하고, r 가 (+)값일 때, 즉 N > N₁일 때에는 crank handle의 회전 방향과 분할판의 회전 방향이 반대가 되도록 중간 gear를 우수(偶數)개로 정한다.
Cincinnati 형에서는 치수(齒數) 17, 18, 19, 20, 21, 22, 24, 27, 30, 33, 36, 39, 42, 45, 48, 51, 55, 60의 변환 gear가 있고, Brown & Sharpe 형에는 24, 28, 32, 40, 44, 48, 56, 64, 72, 86, 100의 변환 gear가 있어 분할등분수가 정해지면 표에 의하여 변환 gear를 알 수 있으나, 본교재에서는 원리를 익히도록 하기 위하여 임의 치수를 갖는 gear를 이용할 수 있다고 가정하여 다음 계산 예제를 소개한다.

예제

[3-2] 직립, 만능, slotting 및 rack milling 장치

(1) 직립(直立) milling 장치(vertical milling attachment):

이 장치는 그림과 같이 ☞ 수평식 milling machine의 column 전면에 고정하여 수직식 milling machine으로 변환시키는데 이용되며, column 전면에 평행한 면에서 필요한 각도만큼 회전시킬 수 있다. 이 장치를 장착함으로써 face milling, end milling, drilling, boring 등의 가공을 할 수 있다.

회전식 직립 milling 장치
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(2) 만능 milling 장치(universal milling attachment):

그림과 같이 수평식 milling machine에 장착하여 수평의 주축과 연결하는 것은 직립 milling 장치의 경우와 같고, 수평 및 수직면에서 임의 각도로 자유로이 회전시킬 수 있다. end mill을 사용하면 key 홈, 금형(金型) 등을 가공하는데 편리하고, 분할대와 함께 사용하여 만능 milling machine을 대신할 수 있다. 만능 milling machine에 이 장치를 사용하면 나사, milling cutter, drill 등의 홈을 가공할 수 있다.

만능 milling 장치

(3) slotting 장치(universal milling attachment):

그림과 같이 수평식 milling machine의 column에 장착 하여 milling machine 주축의 회전운동을 ram의 상하운동으로 변환하여 slotter의 기능을 갖게 한다. column에 평행한 평면 내에서 임의 각도로 경사시킬 수 있다.

slotting 장치

(4) rack milling 장치(rack milling attachment):

그림과 같이 rack milling 장치의 cutter축 회전은 milling machine 주축으로부터 bevel gear 등을 통하여 받고, 공작물을 vise 또는 table에 고정하여 총형 cutter로 rack을 가공한다. 가공부의 길이가 길면 rack milling 장치의 cutter축을 table에 평행하게 위치시킨다. table을 1 pitch 만큼 이송하려면 table의 이송나사에 부착된 등분판(rack indexing attachment)을 이용하거나 분할대를 이용한다.

rack milling 장치
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[3-3] arbor와 milling chuck

milling machine 주축의 taper 구멍에 고정하고 다른 쪽은 yoke로 지지되는 봉을 ☞ arbor라 하며, arbor에 cutter를 끼우고 collar에 의하여 cutter의 위치를 조정하며 key로 arbor 상에서 cutter의 공전을 막는다.

arbor와 cutter의 고정법

end mill과 같이 shank의 크기나 taper가 주축의 것과 다를 때에는 각종 ☞ chuck을 중간에 끼워 주축에 고정한다.