기계공작법

4 편 절 삭 가 공

10 장 기계톱 가공(교과서 p.421)

금속의 절단에는 chip의 발생을 동반하는 절삭에 의한 절단(切斷), ☞ press에서의 전단 및 ☞ 열에 의한 용단(熔斷) 등이 있고, chip을 발생하는 절단은 모든 절삭 공작기계에서 가능하나 이 장에서는 절단 전용기계인 기계톱에서의 절단을 취급한다.
금속을 절단하는 톱기계(sawing machine)에는 톱날이 왕복운동하는 활톱기계(hacksawing machine), 톱날이 회전운동을 하면서 원주에 있는 절인으로 절단하는 원주톱기계(circular sawing machine), 톱날인 band가 pulley에 의하여 운동하면서 절단하는 띠톱기계(band sawing machine) 등이 있다.
절다할 가공물이 길 때에는 다음 그림과 같은 floor stand를 사용한다.

긴 가공물을 받쳐주는 floor stand

[1] 활톱기계(hacksawing machine)

(1) 활톱기계의 종류:

hacksawing machine에는 운동방향과 구조에 따라 다음 그림과 같은 것이 있을 수 있다.

> hacksawing machine의 종류 hacksawing

(2) 활톱기계 기구:

그림과 같이 톱날(blade)의 왕복운동과 이송(移送; feed)으로 가공물을 절단하며, 2행정 중에서 1행정에서만 절삭작용을 하기 때문에 원주톱기계와 띠톱기계에서 만큼 능률적이지 못하다. 왕복운동에는 일반적으로 crank 기구가 많이 사용된다. saw frame 1은 crank의 회전에 의하여 arm 2를 따라 활동(滑動)하여 왕복운동한다. 귀환행정에서는 톱날의 공작물에 대한 접촉을 가볍게 하도록 유압창치가 설치되어 있어 piston이 상승할 때에는 piston 3에 있는 구멍 4를 통하여 oil이 쉽게 밑으로 유출할 수 있으나 하강할 때에는 valve 5에 의하여 방해를 받아 서서히 이송하게 된다. hacksawing machine의 크기는 톱날의 행정 또는 절삭할 수 있는 최대치수로 표시한다.

활톱기구
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활톱날

(3) 활톱날(hacksaw blade):

활톱기계날은 손톱날과 비슷하며, C: 1 ~ 1.1%인 탄소강, C: 1.1 ~ 1.2%이고 W: 2 ~ 2.5%인 합금공구강, 18-4-1의 ☞ 고속도강(高速度鋼; high speed steel, H.S.S.) 등의 재료로 제작된다. 고속도강 톱날의 경우 길이가 300 ~ 900mm, 두께가 1.3 ~ 3.1mm 정도이고, pitch는 1.8 ~ 10mm 이다.
톱날의 치형에는 아래 그림과 같이 경사각이 0°이고 여유각이 30°정도인 straight tooth(precision or regular tooth), 경사각이 0°가 아니고 여유각이 작은 undercut tooth(clow or hook tooth)와 이(齒)의 간격이 큰 skip tooth(buttress tooth)가 있다. straight tooth는 가장 많이 사용되는 치형으로서 정밀절단에 사용되고, undercut tooth는 고속절단, 장시간 가공에 사용되며, skip tooth는 연성(軟性)재료의 절단에서 두께가 클 때 사용된다.
이(齒)의 배열에는 이가 좌우로 번갈아 가면서 offset된 straight set, 이가 좌우로 번갈아 offset되고 3번째의 이는 직선상에 있는 raker set과 이가 집단으로 좌우로 offset된 wave set이 있다. straight set(alternate set)은 비철금속, 판금속, plastics 및 목재 등의 절단에 사용되고, raker set은 대부분의 절단에 사용되는데 offset된 이가 주로 절단하고 직선상에 있는 이는 주로 chip을 제거한다. wave set은 구조강 단면, 주물 또는 관(pipe) 등과 같이 단면이 변하는 재료의 절단에 사용된다.

hacksaw/bandsaw의 치형 종류

hacksaw/bandsaw의 이(齒) 배열

(4) 활톱작업:

(4-1) 공작물 및 hacksaw의 고정:

공작물을 고정하는 방법에는 기계적인 것과 유압에 의한 것이 있으며, 다음 사항을 준수하는 것이 좋다.

얇은 strip의 경우에는 평평하여 많은 매수를 동시에 고정하여 절단할 수 있을 것.
각봉(角棒)은 평면이 vise의 밑바닥에 접촉시켜 고정한다.
환봉(丸棒) 여러 개를 동시에 고정할 때에는 그림과 같이 직4각형을 이루게 하고, 열간(列間)의 봉은 서로 홈에 끼워지게 한다.
rail과 같은 것을 절단하고자 할 때에는 rail head가 고정 vise jaw 측에 위치하도록 함으로써 절삭능률을 한층 크게 한다.
angle이나 channel 등의 재료를 절단하고자 할 때에는 그림과 같이 넓은 면이 고정 jaw 측에 위치하도록 한다.

hacksawing machine vise에 공작물의 고정 예

hacksaw를 frame에 고정할 때에는 다음 사항을 준수하는 것이 좋다.

톱날의 측면과 활동(滑動) frame의 운동방향이 같은 평면에 있어야 한다.
톱날이 끼워지는 pin과 hacksaw의 구멍의 차가 적어야 한다.
톱날에 적당한 인장력을 작용시키도록 인장 bolt를 조여야 한다.

(4-2) 절단시작에서 유의점:

예리한 곳 또는 절단될 재료의 절단폭이 좁을 때에는 그림에서와 같이 pitch가 작은 톱날을 사용하며, 많은 톱니가 가공물에 접촉하도록 하고, 이송을 줄이고 절삭속도를 증가시킨다.

톱날당 과대 절삭저항을 피하는 방법

(4-3) 절삭속도:

hacksawing machine의 절삭속도는 공구의 조건, 가공물의 조건, 절삭유제 등에 따라 다르나, 일반적으로 다음 표의 범위를 택한다.

[2] 원주톱기계(circular sawing machine)

원주톱기계는 그림과 같이 원판톱(saw cutter)의 회전과, 원판톱과 가공물간의 상대 이송에 의하여 절단작업이 이루어지며, 톱날의 강도와 내구력이 크며, 능률적인 절단을 할 수 있다.

원주톱기계
☜ 원주톱기계

(1) 원주톱기계의 종류:

원주톱기계를 각 기준에 따라 분류하면 다음과 같다.

절삭온도에 따라
- 상온(常溫)절삭용
- 고온(高溫)절삭용
이송기구에 따라
- column을 따라 bed가 상하 및 전후로 이송되는 것
- column을 따라 원판톱이 상하 및 전후로 이송되는 것

(2) 원주톱기계 기구:

다음 그림은 원주톱기계의 유압식 이송장치의 일종으로서, gear pump ① → 유로개폐 valve ② → cylinder ⑤ → piston ③의 순서로 유압이 전달되어 이송하고, 이송압력은 배압(背壓) valve ④에 의하여 일정하게 조정한다. 귀환시에는 cylinder 내에 piston rod가 있기 때문에 cylinder의 용적이 적으므로 급속귀환한다. 원주톱기계의 크기는 원판톱의 지름 또는 절단할 수 있는 가공물의 최대 지름으로 표시한다.

원주톱기계의 유압식 이송장치

(3) 원판톱(circular saw):

원판톱에는 톱니를 부착하는 방법에 따라 고속도강(H.S.S.)으로 된 톱몸체에 톱니를 새긴 일체형(一體形; solid type)과 초경합금 등으로 된 날 하나하나를 톱몸체에 경랍접한 심은날형(inserted type)이 있다. 일체형에는 지름 350 ~ 400mm의 소형톱이 많고, 심은 날형에는 대형의 톱이 많다. 절단능률면에서는 초경합금이 우수하나 고가이기 때문에 고속도강이 많이 사용된다.
톱이의 형상은 거친절단에서는 이(齒)의 강도에 역점을 두고, 정밀절단에서는 이의 예리도에 역점을 둔다. 톱날의 연삭은 절삭능률면에서 대단히 중요하다. 경사각은 12 ~ 25°, 여유각은 7 ~ 11°의 범위에 있으며 비철(非鐵)이나 연철(軟鐵)과 같은 연재(軟材)에서는 최대경사각 25°, 여유각 11°까지로 한다. 강인한 합금강에 대해서는 경사각 12°, 여유각 7°까지 택할 수 있다.
가공물의 크기에 따라 톱의 크기가 정해지고 가공물의 성질에 따라 톱의 pitch가 선정되며, 다음 표는 그 예이다.

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톱날의 각

절삭속도 또한 공작물의 성질 및 절단전의 가공물의 표면상태 등에 따라 다르나 일반적으로 사용되는 절삭속도 및 공구각은 다음 표와 같고, 이송은 절단될 가공물의 단면적에 따라 다르다. 예를 들면 연강의 경우 25in²/minn이고, 폭이 5in라면 이송속도는 5in/min가 될 것이다.

(4) 원주톱 작업:

가능하면 가공물을 1개씩 절단함으로써 conveyor 등을 사용할 수 있으나, 여러 개를 동시에 절단할 필요가 있을 때에는 다음 그림의 예에서와 같은 방법으로 고정한다. 특수한 형태의 가공물을 절단 할 때에는 적절한 고정구를 사용하여 vise에 고정한다.

원주톱기계에서 공작물의 고정 예 원판톱에서 pipe를 절단가공한다.