8.1 머시닝센터의 개요
머시닝센터(Machining center)는 일반적으로 여러 가지 공구를 가지고 그것을 자동으로 교환하여 가면서 순차적으로 여러 종류의 가공을 효율적으로 하는 다기능 공작기계이다. 초기의 NC공작기계는 밀링이나 보링에 많이 적용되었으나 생산성 향상을 위주로 하는 CNC선반이나 머시닝센터 등으로 치우치고 있다. 그 중에서도 머시닝센터는 직선절삭, 원호절삭, CAM 등의 입체절삭,나사절삭, 드릴링(Drilling), 보링(Boring), 탭핑(Tapping) 등 공작기계가 처리할 전 부분의 가공을 처리할 수 있을 뿐만 아니라 자동공구 교환장치(ATC:Automatic Tool Changer), 자동 팔레트 교환장치(APC:Automatic Pallet Changer)가 있어 여러 공정을 순차적으로 자동공구교환에 따른 시간을 절약하여 생산에 있어 리드타임 (Lead time)이 짧은 것이 장점이다.
8.1.1 머시닝센터의 장점
머시닝센터는 조작반을 마이크로(Micro) 컴퓨터의 소프트웨어를 이용하여 고장부위의 자기진단, 작업자의 조작유도 풍부한 동작표시 및 신뢰성 높은 안전기능 등을 바탕으로 설계되었으므로 형상이 복잡하고 여러 번의 공정을 거쳐야하는 제품일수록 가공효과가 있으며 장점은 다음과 같다.
(1) 고장 부위를 자기 진단할 수 있다.
(2) 작업자의 조작을 유도한다.
(3) 신뢰성이 높은 안전장치 기능을 바탕으로 설계되어 작업이 안전하며다양한 작업을 할 수 있다.
(4) 소형 부품은 1회에 여러 개 고정하여 연속 작업을 할 수 있다.
(5) 면 가공, 드릴 작업, 탭 작업, 보링 작업 등을 연속 공정으로 가공물을 한번 고정하여 작업을 완료할 수 있다.
(6) 형상이 복잡하고 공정이 많은 제품일수록 가공 효과가 있다.
(7) 자동 공구 교환 장치에 의하여 공구 교환 시간을 줄일 수 있다.
(8) 한 사람이 여러 대의 기계를 가동할 수 있어 인력의 손실을 막을 수 있다.
(9) 컴퓨터를 내장한 NC로써 메모리 작업을 할 수 있다.
(10) CAM시스템과 연결하여 DNC가공이 가능하다.
(11) 프로그램 작성과 수정을 직접 키보드로 할 수 있다.
8.1.2 머시닝센터의 종류
머시닝센터에는 여러 종류가 있지만 일반적으로 주축의 방향에 따라 수직형 머시닝센터(Vertical Machining Center)와 수평형 머시닝센터(Horizo-ntal Machining Center)로 크게 구분한다. 수직형 머시닝센터는 주축(공구방향)이 수직방향으로 이동하면서 공작물의 상면을 가공하는 기계로 널리 사용되고, 수평형 머시닝센터는 박스형과 같은 공작물을 회전 테이블 위에 고정하여 동시 4면을 한 번의 세팅으로 가공할 수 있는 머시닝센터의 대표적인 기계이다.
8.1.3 머시닝센터의 구조
머시닝센터의 주요 구성요소는 컬럼, 베드, 테이블 또는 분할기구, 주축 Head, ATC(Automatic Tool Changer), 제어장치 등이 있다. 이 가운데 머시닝센터의 특성을 특별히 상징하는 것은 ATC와 분할장치로서 여러 머시닝센터의 정의를 만족시키는 중요한 역할을 담당한다.
1. 베드(Bed)
베드는 고강성을 유지할 수 있고 각각의 슬라이드 면에 윤활이 잘 되도록 마찰저항이 작은 Linear motion guide로 구성되어 있다.
2. 컬럼(Column)
컬럼은 베드 위에 부착되어 있고 기계를 지지해 주는 역할을 한다.
3. 스핀들 헤드(Spindle head)
스핀들은 V-Belt로 주축 모터와 주축 풀리에 연결되어 있다.
5. 조작판(Control panel)
기계를 조작시키는 각종 키 및 버튼이 있다.
4. 베이스(Base)
기계 전체의 하중을 지탱하며 바닥에 조정할 수 있도록 되어 있다.
6. 테이블(Table)
테이블은 새들 위에 배치되어 있고 볼스크루에 의해 동작된다. 테이블 상면은 절삭유와 칩이 원활히 처리되도록 되어 있고 공작물의 착탈이 가능한 장치가 있다.
(1) 회전 테이블(Index table)
머시닝센터의 부가축으로 공작물을 각도만 분할시키는 장치이다. 원통의 공작물에 구멍을 뚫을 경우 부가축이 회전하여 구멍을 가공하는 형태의 기능을 수행하는 장치이다. 수평형 머시닝센터의 경우에는 회전 테이블의 역할을 한다.
(2) 로터리 테이블(Rotary table)
인덱스 테이블과 마찬가지로 부가축이지만 각도 분할 뿐 아니라 회전할 때 이송속도를 지령하여 동시에 절삭가공을 할 수 있다. 원통 캠 가공 등이나 특수한 형상의 공작물을 편리하게 가공하는 것으로 1축 로터리 테이블과 2축 로터리 테이블 등이 있다.
7. 자동공구 교환장치(ATC: Automatie Tool Changer)
여러 개의 공구를 공정에 맞게 순서대로 자동으로 교환해 주는 장치를 자동공구 교환장치(ATC)이다. 일반적으로 터릿(Turret) 타입과 저장식이 있다.
(1) 터릿(Turret) 타입
여러 개의 공구를 터릿 베드 위의 주축에 부착시켜 놓고 터릿을 회전시켜 필요한 공구를 순서대로 작업 위치에 오게 하는 방법이다.
(2) 저장식
주축으로부터 떨어진 위치에 다수의 공구를 저장하는 매거진이 있는데, 여기에서 필요한 공구를 끌어내는 방법이다. 이 방법은 터릿 타입과는 달리매거진이 주축에서 멀리 떨어져 있기 때문에 공구를 운반해 주는 캐리어가 필요하다.
(3) 공구 매거진
매거진의 구조는 드럼(Drum)과 체인(Chain) 형이 일반적이며 매거진의 공구선택 방식에는 다음과 같은 2가지의 방식이 있다.
① 순차방식 (Sequential type) : 매거진 내의 배열순으로 공구를 주축에 장착하는 방식이다.
② 랜덤방식 (Random type) : 배열순과는 관계없이 공구 번호 지령에 의해 임의로 주축에 장착하며, 일반적으로 많이 사용하는 방식이다.
8. 자동 팔레트 교환장치(APC: Automatic Pallet Changer)
APC는 비절삭 시간을 단축시키기 위해 가공된 공작물의 테이블과 소재를고정시킨 테이블을 교환시켜 기계의 가동률을 향상시키기 위한 머시닝센터의 부가장치이다. 팔레트와 여러 개의 팔레트 등 다양한 종류의 APC 장치들이 개발되어 있다. 팔레트 교환은 새들(Saddle) 방식에 의한 것이 일반적이며 테이블을 파트 1과 파트 2로 구분하여, 파트 1위에 있는 가공물을 가공하고 있는 파트 2의 테이블 위에 다음 가공물을 장착 할 수 있도록 설계되어 있다.