5.1 CNC선반의 구성
CNC선반의 구성은 공작기계의 제작회사에 따라 CNC장치의 종류가 배열상태, 공구대 및 주축대의 구조에 따라 각각 다른 특징을 가지고 있으며, CNC선반의 구성을 크게 나누어 보면 기계의 본체 부분과 NC장치 부분으로 구성된다.
1. 주축대(Head stock)
주축대는 스핀들 서보모터(Spindle servo motor)의 회전을 벨트 및 변환기어를 통해 스핀들(Spindle) 선단에 있는 척(Chuck)을 회전시키고, 척에 물린 공작물을 회전시킬 수 있는 시스템이다. 일반적으로 주축의 회전은 무단변속으로 회전수를 프로그램에 의해 지령하고, 변속장치가 없는 소형기계와 변속장치가 있는 중형 이상의 기계가 있다. 그리고 벨트 전동으로 슬립이 발생되는 문제를 해결하는 포지션 코더(Position coder)가 설치되어 실제 공작물의 회전수를 검출한다. 일반적인 방법으로는 전압과 전류를 변화시켜 줌으로써 간단하게 회전수를 변화시킬 수 있는 자동 2단 변속 주축대방식의 구조를 많이 사용하고 있다.
2. 공구대(Tool post)
범용선반에 사용되는 공구대와 같이 공구를 장착하는 기계장치로서 회전공구대(Turret)와 갱(Gang) 타입 공구대가 있다. 회전 공구대는 회전 드럼에 각종 공구를 장착하여 프로그램에 의해 선택하여 사용한다. 일반적으로사용되는 회전 드럼의 분할 수는 4~12개이고, 매회 공구선택의 위치 정밀도는 회전 공구대 내부의 큐빅 커플링(Cubic coupling)에 의해 정밀한 위
치를 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 CNC선반에서 많이 적용되고 있다. 하지만 공작물과 공구의 간섭 때문에 공구를 많이 설치할 수 없고, X축의 이동량이 많아 X축의 정밀도 저하가 발생된다.
3. 척(Chuck)
주축 선단에 부착되어 공작물을 척킹(Chucking)하는 척은 유압으로 작동하는 유압척과 공기압력으로 작동하는 공압척 및 특수척이 사용된다. CNC선반에 사용되는 척(Chuck)은 대부분 연동척이고 유압으로 작동되고 공작물의 착탈이 쉬워 생산능률을 향상시키며, 척조(Chuck jaw)는 가공하며 사용할 수 있도록 소프트 조(Soft jaw)로 되어 있어 가공 정밀도를 높일 수
있고 지름의 차가 큰 공작물도 용이하게 척에 물릴 수 있다. 그러나 척의 유압이 너무 낮으면 절삭력을 이기지 못해 공작물이 튕겨 나가는 위험이 있고, 너무 높으면 파이프와 같은 얇은 두께의 공작물을 가공할 수 없으므로 적당한 압력으로 조절되어야 한다.
4. 심압대(Tail stock)
심압대의 사용은 가늘고 긴 공작물이나 척에 고정된 상태가 불안한(Shaft) 종류의 공작물을 가공할 때 휨 현상이나 떨림 및 이탈되는 것을 방지하기 위하여 공작물 원주 중심을 지지하는 장치이다. 심압대 스핀들에 회전센터(Live center)를 끼워 공작물을 지지한다. 범용선반과 달리 유압이나 공기압을 사용하여 공작물을 지지하기 때문에 드릴과 같은 공구를 끼워 사
용할 수 없다.
5. 베드(Bed)
베드의 진직도와 강도는 CNC선반의 정밀도에 중요한 요소이므로 정밀도와 내구성을 높일 수 있도록 베드의 재질은 강도와 진동에 강한 재질을 사용하여야 한다. 일반적으로 CNC선반에 사용되는 베드는 강력 절삭과 칩 배출이 용이하다.
6. 볼스크루(Ballscrew)
볼스크루란 회전운동을 직선운동으로 바꿀 때 사용된다. 그 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 구르기 때문에 마찰계수가 적고 높은정밀도를 갖고 있다. 특히 더블너트 방식의 경우는 볼스크루 자체에 예압을 주어 백래시를 줄일 수 있는 구조로 되어 있다. 더블너트 방식의 백래시 조정은 백래시 조정용 칼라의 두께를 정밀하게 조정(연삭)하여 볼스크루 너트를 인장방향으로 밀착시켜 정, 역회전 할 때 발생하는 백래시를 제거한다.
7. 조작반(Operation panel)
기계를 자동, 수동으로 운전할 수 있는 각종 다이얼 및 스위치 등이 있으며, CRT 화면과 MDI(Manual Data Input) 채널도 함께 있어 기계의 운전 상태를 확인하면서 작동할 수 있고 기능버튼을 사용하여 수동으로 프로그램을 입력할 수도 있다.
8. 서보모터(Servo motor)
서보모터는 범용기계와 비교해 보면 핸들을 돌리는 손에 해당하는 부분으로 머리에 해당되는 정보처리회로(CPU)의 명령에 따라 공작기계 테이블 등을 움직이게 하는 모터이다. 일반 3상 모터와는 달리 저속에서도 큰 토크와 가속성, 응답성이 우수한 모터로서 속도와 위치를 동시에 제어한다. 속도제어와 위치검출을 하는 장치를 엔코더(Encoder)라 하고 일반적으로 모터 뒤쪽에 붙어있다. 광학식 엔코더의 구조는 발광소자에서 나오는 빛은 회전격자와 고정격자를 통과하고 수광소자에서 검출한다. 회전격자는 유리로 된 원판에 등간격으로 분할이 되어 있다. 분할의 개수는 모터의 명판에 있는 펄스(Pulse)로 알 수 있다(예 2000, 2500, 3000, 6000 펄스)등이 많이 사용된다.