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파워척을 이용한 워크 홀딩 :: 알고 보면 중요한 절삭 가공 요소 – 워크 홀딩 ①

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가공 시 발생하는 진동은 가공물의 품질과 공구의 성능에 치명적인 영향을 미친다. 선삭 가공에 사용되는 인서트의 경우 높은 내마모성으로 가공 시 발생하는 열과 압력을 견뎌낼 수 있으나 충격에 약하므로 지속적인 진동은 공구의 수명을 단축시키게 된다. 진동을 개선하기 위해 가공 속도와 인서트의 재종, 모양, 절입각 등 다양한 가공 변수들을 조정할 수 있지만 무엇 보다 기본적인 것은 클램핑을 확인하는 것이다.

웨지(쐐기)구조의 파워척은 유압실린더에서 작동하는 밀거나 당기는 힘을 유압척 내부의 웨지플런저에 전달한다. ①웨지플런저에 전달된 힘은 웨지플런저와 마스터죠의 ②경사각을 이용한 슬라이드 운동을 수평 수직운동으로 변환시키게 된다. 이때 ③수직운동에 의하여 공작물을 물어주는데 이를 파악력이라고 한다.
웨지(쐐기)구조의 파워척은 유압실린더에서 작동하는 밀거나 당기는 힘을 유압척 내부의 웨지플런저에 전달한다. ①웨지플런저에 전달된 힘은 웨지플런저와 마스터죠의 ②경사각을 이용한 슬라이드 운동을 수평 수직운동으로 변환시키게 된다. 이때 ③수직운동에 의하여 공작물을 물어주는데 이를 파악력이라고 한다.

터닝 센터의 주축에 부착되어 움직이는 조를 이용해 공작물을 클램핑하여 가공물을 고속으로 회전시키는 역할을 하는 장치를 파워척이라 한다. 파워척은 유압 실린더에서 공급되는 유압력(추력)을 척의 공작물을 물어주는 힘인 파악력으로 변화하여 공작물을 물어주는 역할을 하므로 통상 유압척이라고 불린다. 터닝센터의 가공은 수천 RPM에 이르는 회전을 하는 만큼 공작물이 이탈되지 않도록 강력하게 가공물을 잡아주는 것이 중요한데 이것이 바로 파워척의 역할이다.

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어떤 척을 사용할까?
보통 유압척에서 성능을 나타내는 사양은 파악력과 반복정밀도 그리고 본체의 내구성과 공작물을 가공할 수 있는 최대 가공경 등이 있는데, 올바른 척을 선정하기 위해서는 이런 성능 인자와 가공물의 형상, 공작물을 클램핑하는 형태, 최대 허용 RPM, 관통경 등을 고려해야 한다. 공작물의 형상에 따라 원형의 경우 3죠 척, 이형 공작물은 2죠 척, 정사각형 공작물은 4죠 척을 사용한다. 최대 허용 RPM을 고려해야 하는 이유는 RPM이 높아질 수록 파악력이 감소되는데, 이 밸런스가 깨지는 순간 공작물이 이탈해 매우 위험한 상황을 초래할 수도 있기 때문이다. 또한, 척은 크게 중공척과 중실척으로 구분하는데, 중공척의 경우 척 몸체의 가운데에 구멍이 있고 중실적은 구멍이 없는 것이 다른 점이다. 중공척은 주로 자동화 장비에서 긴 봉재를 이용한 바작업을 할 때 척의 센터에 구멍이 관통되어 있는 것을 의미하며 이것을 관통경(Thru. Hole)이라 한다. 바 작업이 아닌 짧은 공작물의 척 작업의 경우에는 관통경이 필요없기 때문에 중실척을 사용하면 된다. 중실척은 중공척에 비해 다소 정도 저렴하다.

삼천리기계의 중공척인 MH 시리즈의 구조와 명칭. 중공척은 주로 자동화 장비에서 긴 봉재를 이용한 바작업을 할 때 사용한다.
삼천리기계의 중공척인 MH 시리즈의 구조와 명칭. 중공척은 주로 자동화 장비에서 긴 봉재를 이용한 바작업을 할 때 사용한다.
삼천리기계의 중실척인 HC 시리즈의 구조와 명칭. 바 작업이 아닌 짧은 공작물의 척 작업의 경우에는 관통경이 필요없기 때문에 중실척을 사용하면 된다.
삼천리기계의 중실척인 HC 시리즈의 구조와 명칭. 바 작업이 아닌 짧은 공작물의 척 작업의 경우에는 관통경이 필요없기 때문에 중실척을 사용하면 된다.

끌어 당기는 클램프가 필요할 때 – 스페셜 척 PBL
표준척은 죠의 상하 운동으로 공작물을 파지하는데, 얇은 소재를 가공할 때 소재의 변형이 발행할 수 있다. 이런 경우에는 끌어당기는 힘을 사용하여 공작물을 살포시 안아주는 느낌으로 파악해 공작물에 발생하는 변형을 줄여줄 필요가 있다. Universal Ball Lock(PBL) 척 또는 핀아바척(POL), 드로우다운척(DDL) 등의 다양한 방식의 스페셜 척을 이용한다. 자동차 부품인 디프케이스라든지 너클 등은 단조 소재로 죠를 성형하더라도 정확한 클램프가 어렵다. 그래서, 특수척의 경우 셀프 센터링 기능을 통해 이러한 공작물을 정확하게 클램핑한다. 죠의 끝단에는 슬립이 발생하지 않도록 인서트를 사용할 수도 있다. 특수척은 죠의 형상이나 로케이터를 사용자의 가공물에 따라 주문 방식으로 제작된다.

끌어당기는 힘을 사용하여 공작물을 파악해 공작물에 발생하는 변형을 줄여주는 삼천리기계의 특수척 PBL(좌). 특수척의 경우 셀프 센터링 기능을 통해 자동차 디프케이스와 같이 클램핑이 어려운 공작물을 정확하게 클램핑한다(우)
끌어당기는 힘을 사용하여 공작물을 파악해 공작물에 발생하는 변형을 줄여주는 삼천리기계의 특수척 PBL(좌). 특수척의 경우 셀프 센터링 기능을 통해 자동차 디프케이스와 같이 클램핑이 어려운 공작물을 정확하게 클램핑한다(우)

다양한 형상의 공작물을 모두 잡는다 – IDF 척
앞서 이야기한 바와 같이 현장에서는 보통 공작물의 형상에 따라 원형의 경우 3죠 척, 이형 공작물은 2죠 척, 정사각형 공작물은 4죠 척을 사용한다. 삼천리기계의 IDF 척은 2+2 죠 구동 방식을 사용하며 공작물을 파지하므로, 원형, 이형, 정사각형 등 대부분의 형상을 클램핑 할 수 있는 척이다. 다양한 형상의 공작물을 가공하는 현장에서는 공작물에 맞춰 척을 교체하지 않아도 되는 효과를 볼 수 있다. 또한, 기존에 2죠를 사용하던 직사각형의 공작물이 허용 rpm이 낮았다면, IDF 척은 같은 공작물에 4죠를 사용하게 되므로 고속 rpm으로 가공이 가능하다. 허용 rpm 초과로 발생할 수 있는 공작물 이탈을 미연에 방지하게 된다. 공작기계로 비유하자면 마치 복합가공기와 유사한 컨셉인 IDF척을 개발한 것은 삼천리기계가 국내 최초이고 관련 특허도 보유하고 있다.

[구조명칭] ①Jaw Lever ②Seesaw ③Wedge Bar ④Plunger ⑤Weight ⑥Master jaw [작동원리]IDF 척은 2+2 죠 구동 방식으로 1+3, 2+4가 셀프 센터링으로 구동하며, Seesaw에 의해 4개의 죠가 연동한다. Weight에 의한 원심력을 보강하고 레버타입 구조로 되어 있다.
[구조명칭] ①Jaw Lever ②Seesaw ③Wedge Bar ④Plunger ⑤Weight ⑥Master jaw
[작동원리]IDF 척은 2+2 죠 구동 방식으로 1+3, 2+4가 셀프 센터링으로 구동하며, Seesaw에 의해 4개의 죠가 연동한다. Weight에 의한 원심력을 보강하고 레버타입 구조로 되어 있다.
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빠른 죠 교체 – 퀵 죠 체인지 척
작업자가 실질적으로 작업하는 시간 외의 시간은 최대한 없애는 것이 좋다. 실제로 제조 분야에서 비가공 시간을 줄이려는 노력이 많이 이루어지고 있다. 특히 작업 공정이 자주 바뀌거나 다양한 사이즈의 공작물을 가공하는 경우 이를 클램핑하는 데 많은 시간을 소비하게 된다. 작업자의 숙련도가 높지 않다면 더욱 그러하다. 이 문제를 해결하여 사이클 타임을 단축시키는 것이 퀵 죠 체인지척(Quick jaw change chuck)이다. 이는 세 개의 죠를 교체하는데 10분에서 30분 이상 걸리던 것을 1분 이내로 단축함으로써 사이클 타임을 줄이는 솔루션이다.

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퀵 죠 체인지척은 죠를 쉽게 끼우고 뺄 수 있는 구조로 되어 있으면서도 교체 시 반복 정밀도가 높아(RUNOUT<0.02mm) 세 개 죠의 진원도를 맞추는 셀프커팅이 필요 없다. 또 죠 이탈 방지를 위한 안전장치가 내장되어 있어 더욱 완벽한 체결이 이루어지도록 한다. 이 외에도 내죠와 외죠를 전환하여 사용할 수 있기 때문에 사용의 유연성이 높다. 퀵죠 체인지 척은 표준 유압척 대비 가격이 높지만 최근 생산성 향상을 통한 원가 절감 등의 이유로 그 수요가 증가되고 있다.

 

핸들을 돌리면 마스터 죠에서 소프트 죠의 구속이 해제되어 죠를 뺄 수 있다.
핸들을 돌리면 마스터 죠에서 소프트 죠의 구속이 해제되어 죠를 뺄 수 있다.

 

사용이 간단한 퀵 죠 체인지 척을 시연하고 있는 모습
사용이 간단한 퀵 죠 체인지 척을 시연하고 있는 모습
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About 이상준 기자

생산제조인을 위한 매거진 MFG 편집장 이상준입니다. 대한민국 제조업 발전을 위해 일합니다.