15년 1회차

고용체의 공간격자 분류는 용질 원자가 모체 결정 내에서 위치하는 방식에 따라 구분된다. 치환형은 용질 원자가 모체 원자 자리를 대체하고, 침입형은 모체 원자 사이의 공간에 위입되며, 규칙 격자형은 용질 원자들이 특정 결정면에 규칙적으로 배열되는 형태다. 반면 면심 입방 격자형은 고용체의 공간격자 종류가 아니라 모체 금속 자체의 결정 구조를 나타내는 용어로, 고용체 분류의 관점이 아닌 결정 격자 유형에 해당한다.

가단주철은 백주철을 열처리해 인성을 준 주철로, 종류는 흑심 가단주철, 백심 가단주철, 펄라이트 가단주철(특수 가단주철 포함)이다. 오스테나이트 가단주철이라는 분류는 없다.

크롬(Cr)은 탄화물을 안정시켜 흑연화를 저지하며, 경도와 내열성·내식성을 향상시키는 원소이다.

흑연화를 촉진시키는 대표적인 원소는 규소(Si)이므로, 흑연화 촉진은 크롬(Cr)이 미치는 영향으로 볼 수 없다.

Cr과 Ni을 함유하고 비자성체인 18-8 스테인리스강은 오스테나이트계 스테인리스강에 해당한다.

페라이트계와 마텐자이트계 스테인리스강은 Cr을 주로 함유하며 강자성을 띠어 이 설명과 맞지 않고, 펄라이트계는 스테인리스강의 조직상 분류로 쓰이지 않는 명칭이다.

탄소강의 경도를 높이기 위한 열처리는 담금질(quenching)이다. 담금질은 강을 오스테나이트 영역 이상으로 가열한 후 물이나 기름에 급냉하여 마르텐사이트 조직을 생성시키므로 경도가 크게 증가한다. 불림과 풀림은 경도를 낮추는 열처리이고, 뜨임은 담금질 후 경도를 조절하기 위해 시행하는 2차 가열로서 경도를 감소시킨다.

다이캐스팅 알루미늄 합금은 얇고 복잡한 형상을 고속으로 주형하므로 유동성이 우수해야 하고, 응고 과정에서 내부 결함을 방지하기 위해 응고수축에 대한 용탕 보급성이 좋아야 하며, 열간(고온) 가공 중 취성이 없어야 하므로 열간 취성이 적어야 한다. 반면 금형에 대한 점착성이 좋다는 것은 용탕이 금형에 달라붙어 제품 취출이 어렵고 금형 수명이 단축되므로 오히려 점착성이 낮아야(내성이 좋아야) 하는 부정적 성질이다. 따라서 틀린 것은 2번이다.

Sn 8~12%에 Zn 1~2%를 첨가한 구리합금으로 밸브·콕·기어·베어링·부시 등에 널리 쓰이는 것은 포금(gun metal)이다.

코르손 합금과 베릴륨 합금은 각각 Ni-Si계, Be 첨가 구리합금으로 통신선·스프링·전기접점 등에 쓰이고, 규소청동은 Si를 첨가한 구리합금으로 조성과 용도가 다르다.

미터나사(ISO metric thread)의 나사산 각도는 60°이므로 55°라는 설명은 틀렸다. 미터나사는 기호 M으로 표기하고, 지름과 피치를 mm 단위로 표시하며, 부품 결합 및 위치 조정 등 일반적인 용도로 광범위하게 사용되는 국제 표준 나사이다. 55°는 영국식 위트워스나사(Whitworth thread)의 나사산 각도이다.

브레이크 드럼의 접선방향 제동력은 마찰력 = 수직력 × 마찰계수 공식으로 구한다. 수직력(브레이크 블록이 드럼을 미는 힘) = 1000 N, 마찰계수 μ = 0.45이므로, 제동력 = 1000 × 0.45 = 450 N이다.

축 방향 인장하중만 받는 볼트는 골지름을 바깥지름의 약 0.8배로 보면 $W=\sigma_a \cdot \frac{\pi}{4}(0.8d)^2 \approx \frac{\sigma_a d^2}{2}$이다. 이를 d에 대해 정리하면 $d=\sqrt{\frac{2W}{\sigma_a}}$이다.

전단하중은 재료의 단면을 가로 방향으로 미끄러뜨려 자르듯이 작용하는 하중이다.

축 방향으로 잡아당기는 하중은 인장하중, 축 방향으로 누르는 하중은 압축하중, 재료를 비트는 하중은 비틀림 하중으로 전단하중과는 작용 방향이 다르다.

기어 전동은 물림에 의해 동력을 직접 전달하므로 큰 동력과 큰 감속비를 안정적으로 전달할 수 있고, 비교적 좁은 설치 공간으로도 구성할 수 있는 것이 특징이다.

따라서 넓은 설치 장소가 필요하다는 설명은 기어 전동의 특징과 거리가 멀며, 다만 소음과 진동이 발생하기 쉽다는 점은 실제 기어 전동의 단점에 해당한다.

내접 마찰차의 중심거리는 두 마찰차 지름 차의 절반으로 구한다.

$C = \dfrac{D_2-D_1}{2} = \dfrac{300-200}{2} = 50\ \mathrm{mm}$

따라서 두 마찰차의 중심거리는 50mm이다.

레이디얼 볼 베어링 호칭번호의 뒤 두 자리가 안지름 번호이며, 6205에서는 05가 안지름 번호이다.

안지름 번호가 04 이상이면 그 번호에 5를 곱한 값이 안지름(mm)이 된다.

$d = 5 \times 5 = 25\ \mathrm{mm}$

따라서 베어링 번호 6205의 안지름은 25mm이다.

평벨트의 이음 방법 중에서는 이음부에 별도의 금속 부속이나 구멍이 없는 접착제 이음이 벨트 본래의 강도 손실이 가장 적어 이음 효율이 가장 높다.

이음쇠 이음, 가죽 끈 이음, 관자 볼트 이음은 벨트에 구멍을 뚫거나 금속 부속을 덧대는 구조여서 접착제 이음보다 효율이 낮다.

치수공차와 기하공차 사이의 호환성을 규정하여 생산비용을 절감하는 공차 방식은 최대 실체 공차(Maximum Material Condition, MMC) 방식이다. 이 방식은 부품이 최대 실체 상태(최대 크기)일 때 기하공차를 가장 엄격하게 적용하고, 실제 치수가 최대 실체 상태에서 벗어날수록 기하공차를 완화(보너스 공차)하는 원리로 작동한다.

이를 통해 공차 한계를 효율적으로 활용하여 불필요한 재작업이나 폐기를 줄이고 생산비용을 감소시킬 수 있으며, 조립성과 기능성을 동시에 보장할 수 있다.

등각투상도에서 화살표가 정면을 향하고 있으므로 화살표 방향에서 본 모습이 정면도가 된다. 물체는 각뿔 형태의 돌출부와 원통형 부분이 나란히 붙어 있는 형태로, 이를 정면에서 보면 (C)와 같이 좌측에 삼각형 경사면과 사각기둥, 우측에 원통이 배치된 형상으로 나타난다. A는 우측면도가 아니라 측면에서 본 삼각형 형상이며, B 역시 좌측면도와 형상이 일치하지 않고, D는 저면도가 아닌 평면도 형태에 가까우므로 옳은 대응은 (C) : 정면도이다.

KS 가공방법 기호에서 다듬질은 F이고, 줄 다듬질은 FF(File Finishing)이다. 같은 계열로 래핑은 FL, 스크레이핑은 FS를 쓴다.

기계제도에서 가는 실선(thin solid line)은 치수선, 치수 보조선(지시선 포함), 해칭선 등에 사용되는 선이다. 반면 숨은선(hidden line)은 물체의 뒤에 가려진 부분을 나타내는 선으로, 가는 점선으로 표현되므로 가는 실선의 용도가 아니다. 따라서 정답은 4번이다.

끼워맞춤 표기에서 대문자 H는 아래 치수 허용차가 0이 되는 기준 구멍을 나타내므로, "85 H6/g5"는 구멍 기준식 끼워맞춤이다.

85는 구멍과 축에 공통으로 적용되는 기준 치수이고, H6은 구멍의 IT 기본공차 등급 6급, g5는 축의 IT 기본공차 등급 5급을 의미한다.

따라서 이를 축 기준식 끼워맞춤이라고 해석하는 것은 틀린 설명이다.

스퍼 기어 도시법에서 잇봉우리원(addendum circle, 외경원)은 굵은 실선으로 표시한다. 기어 도면의 표준 표시 규칙에서 실제 기어의 외형을 나타내는 주요 윤곽선은 굵은 실선으로 그리며, 잇봉우리원은 이 범주에 해당한다. 반면 잇뿌리원(root circle)은 가는 실선, 분할원(pitch circle)은 가는 1점 쇄선으로 표시되어 잇봉우리원과 구별된다.

그림은 핸들이나 축, 리브 등 가늘고 긴 부재의 절단면을 90도 회전시켜 그 자리에 겹쳐 그리거나 도형 밖으로 이동시켜 도시한 형태이다. 이러한 표현법을 회전도시 단면도라 하며, 단면의 모양(원형, 리브 형상 등)을 간단히 나타낼 때 사용한다. 온단면도는 대상물 전체를 절단하여 도시하는 것이고, 부분 단면도는 필요한 일부분만 파단하여 나타내는 것이며, 한쪽 단면도는 대칭 형상을 절반씩 외형과 단면으로 나타내는 것이므로 해당하지 않는다.

도면 상단에서 A 치수는 폭 6인 부분과 나머지 구간을 합한 전체 길이로 표시되며, 하단 치수선의 35에서 오른쪽 돌출 구간 6을 제외한 나머지를 반영해 산출된다. 각 부분 치수(12, 17.5 등)를 조합하면 A = 29가 되어 전체 폭 치수와 정합된다.

기호에서 정사각형 박스가 3개 나열되어 있어 3위치를 나타내며, 각 박스에 연결된 포트 번호가 1, 2, 3, 4 네 개로 표시되어 있어 4포트임을 알 수 있다. 따라서 이 기호는 4포트 3위치 전환밸브를 나타낸다.

하향 절삭(down milling)은 절삭 방향이 이송 방향과 같아 칩이 공작물 표면에서 바로 떨어지므로 절삭날과 가공면 사이 마찰이 적고 공구 수명이 길다는 것이 핵심 특징이다.

• 백래시가 큰 영향이 없다는 설명은 오류로, 하향 절삭에서는 이송 나사의 백래시가 절삭력 방향과 같아 오차가 누적되므로 오히려 문제가 된다.
• 기계의 강성이 낮아도 무방하다는 설명도 틀렸는데, 하향 절삭은 절삭력이 공작물을 테이블에 누르는 방향이므로 기계의 강성이 높아야 정밀도를 확보할 수 있다.
• 표면 거칠기가 거칠다는 설명은 반대로, 하향 절삭이 상향 절삭보다 표면 거칠기가 우수(더 매끄럽다)하다.

보링 작업은 이미 뚫린 구멍을 넓히거나 정밀하게 다듬는 가공으로, 보링바 끝에 장착한 바이트를 가장 많이 사용한다.

리머는 구멍을 정밀 다듬질하는 별도 공구이고, 정면 커터는 밀링에서 평면을 가공하는 공구, 탭은 암나사를 가공하는 공구로 보링의 주 절삭공구와는 다르다.

선반 가공의 회전수는 절삭속도(m/min)와 공작물 지름(mm)으로부터 다음 식으로 구한다.

$N = \dfrac{1000V}{\pi D}$

$N = \dfrac{1000 \times 120}{\pi \times 60} \approx 637\ \mathrm{rpm}$

연삭숫돌의 입도는 가공 목적에 따라 선정하며, 표면을 매끄럽게 마무리하는 다듬질 연삭이나 정밀도가 요구되는 공구 연삭에는 고운 입도의 숫돌을 사용한다.

절삭 깊이와 이송량이 크거나 접촉 면적이 넓은 거친 연삭, 연하고 연성이 있는 재료의 연삭에는 오히려 거친 입도의 숫돌이 적합하다.

래핑유로는 경유, 석유, 기계유, 올리브유, 물(수용성) 등을 쓴다. 휘발유는 휘발성과 인화성이 커서 래핑유로 사용하지 않는다.

지름이 크고 길이가 짧은 공작물(기차 바퀴 같은 대형 디스크)을 절삭하기에 가장 적합한 공작기계는 정면 선반이다. 정면 선반은 주축이 수평이면서 공작물을 정면(앞면)에 장착하는 구조로, 대형 원판형 공작물의 절삭면에 수직으로 접근할 수 있어 효율적인 절삭이 가능하다. 반면 탁상 선반과 터릿 선반은 소형·중형 공작물용이고, 수직 선반은 주로 보링 작업에 사용되므로 이 용도에 부적합하다.

공기 마이크로미터는 압축 공기의 흐름 특성을 이용해 측정하는 기기로, 원리에 따라 유량식, 배압식, 유속식 등으로 분류한다.

전기식은 전기저항이나 정전용량 변화를 이용하는 별도의 측정 방식으로 공기 마이크로미터의 분류에는 속하지 않는다.

4개의 조(jaw)가 각각 독립적으로 움직여 불규칙한 형상의 공작물을 자유롭게 고정할 수 있는 척은 단동척이다.

연동척은 조가 동시에 움직여 원형 공작물 고정에 편리하고, 콜릿척은 소형·정밀 봉재, 마그네틱척은 자성체 박판 고정에 주로 사용된다.

절삭공구의 옆면(여유면)이 가공물과의 마찰로 평행하게 마모되는 현상을 플랭크 마모라 한다.

크레이터 마모는 칩이 흘러나가는 경사면이 오목하게 파이는 마모, 치핑은 날 끝이 국부적으로 떨어져 나가는 파손, 온도 파손은 절삭열로 날 끝이 연화·손상되는 파손이어서 옆면의 평행 마모와는 구분된다.

센터나 척으로 지지하지 않고 연삭숫돌과 조정숫돌, 지지판(블레이드) 사이에 공작물을 얹어 원통의 바깥지름·안지름을 연삭하는 방식은 센터리스 연삭이다.

공작물을 별도로 물리지 않으므로 가늘고 긴 공작물도 휨 없이 연속 가공할 수 있어 대량생산에 적합하다.

• 척 연삭은 공작물을 척에 물려 지지하는 방식이므로 '지지하지 않는다'는 조건과 맞지 않는다.
• 공구 연삭은 절삭공구의 날을 연삭하는 작업이고, 수직 평면 연삭은 평면을 다듬는 작업이어서 원통의 안팎지름 가공과는 무관하다.

옵티컬 플랫은 빛의 간섭무늬를 이용해 다듬질면의 평면도를 측정하는 광학적 측정기이다.

측정면에 밀착시켰을 때 나타나는 간섭무늬의 형태와 개수로 평면도의 오차를 판정한다.

• 한계 게이지는 합격·불합격을 판정하는 치수 검사용 게이지이다.
• 공기 마이크로미터는 공기압 변화로 치수를 측정하는 기기이다.
• 사인바는 각도를 측정하는 데 사용된다.

구성인선(built-up edge)을 방지하려면 공구의 경사각을 크게 하여 칩이 매끄럽게 흘러나가도록 해야 하므로, 경사각을 작게 한다는 조건은 틀린 설명이다.

절삭 깊이를 작게 하고 절삭 속도를 구성인선이 생기지 않는 임계속도 이상으로 빠르게 하며 윤활성이 좋은 절삭유를 쓰는 것은 모두 구성인선 발생을 억제하는 올바른 조건이다.

밀링 주축의 회전운동을 수직 왕복(직선) 운동으로 바꿔 주는 부속장치는 슬로팅 장치이다.

이를 이용하면 밀링머신에서도 키홈, 스플라인, 세레이션, 각형 구멍 같은 절삭 가공을 할 수 있다.

• 수직 밀링 장치와 만능 밀링 장치는 주축의 회전운동을 방향만 바꿔 전달하는 장치이지 왕복운동으로 변환하지 않는다.

이동식 방진구는 왕복대(새들)에 설치되어 바이트와 함께 이동하면서 가늘고 긴 공작물의 처짐과 떨림을 막아준다.

• 심압대는 공작물의 반대쪽 끝을 지지하는 부분이지 방진구 설치 위치가 아니다.
• 에이프런은 왕복대 앞면의 이송 조작 기구이다.
• 베드는 고정식 방진구가 설치되는 위치이다.

주철처럼 메진(취성이 큰) 재료를 절삭하면 칩이 연속되지 못하고 순간적으로 파괴되면서 균열형 칩으로 잘게 끊어져 나온다.

이에 비해 연성이 큰 재료를 큰 경사각 공구로 고속 절삭하면 유동형 칩이, 연성 재료라도 절삭 속도가 느리거나 절삭 깊이가 클 때는 전단형 칩이 나타난다.

일반적으로 분류하는 윤활방법은 유체 윤활(완전 윤활), 경계 윤활(불완전 윤활), 극압 윤활의 세 가지이다.

공기 윤활은 이러한 일반적 윤활방법의 분류에 포함되지 않는다.

드릴로 뚫은 구멍의 내면을 매끈하고 정밀하게 다듬는 가공은 리머 가공이다.

• 탭 가공은 구멍 내면에 암나사를 절삭하는 작업이다.
• 줄 가공은 수공구로 표면을 다듬는 작업이다.
• 다이스 가공은 수나사를 절삭하는 작업이다.

밀링 작업에서 가공물의 고정은 반드시 주축이 정지한 상태에서 이루어져야 하므로, 회전 중에 고정한다는 설명은 틀린 내용이다.

긴급 상황이라도 손으로 주축을 정지시키지 않는 것, 안전화·보안경 등 보호구 착용, 저속 회전 중이라도 변속기어를 조작하지 않는 것은 모두 올바른 안전수칙이다.

드릴 사이클 G81은 구멍 위치(X, Y), 구멍 바닥 깊이(Z), R점, 이송(F)으로 지령하는 단순 드릴 사이클이다.

Q는 G73, G83 같은 펙 드릴링(단속 이송) 사이클에서 1회 절입량을 지정할 때 쓰는 어드레스로, G81에서는 사용하지 않는다.

CNC 선반에서 현재 위치를 기준으로 하는 증분(상대)좌표를 지령하는 어드레스는 U, W이다.

X, Z는 프로그램 원점을 기준으로 하는 절대좌표 지령 어드레스이므로 증분지령에는 쓰이지 않는다.

보조기능 M03은 주축의 정회전을 의미하므로, 이를 역회전이라고 설명한 것은 틀린 내용이다.

주축의 역회전은 M04가 담당하며, M02(프로그램 종료), M05(주축 정지), M08(절삭유 공급)에 대한 설명은 모두 옳다.

공구 날 끝의 가상 인선(nose R 중심에서 본 날 끝) 방향은 공구의 형상과 설치 방향에 따라 결정된다.

선반 프로그래밍에서는 이 가상 인선 방향 번호(0~9)를 정확히 지정해야 공구 인선 반지름 보정이 올바르게 적용된다.

DNC(Direct Numerical Control)는 천공테이프 없이 컴퓨터에서 CNC 프로그램을 직접 전송·관리하는 방식이므로, 천공테이프를 사용해 전송속도가 빠르다는 설명은 DNC의 장점이 될 수 없다.

유연성과 높은 계산 능력, 프로그램의 컴퓨터 파일 저장, 생산 관련 데이터의 수집·일괄 처리는 모두 DNC의 실제 장점이다.

머시닝센터에서 공작물 좌표계의 설정과 선택에 쓰이는 준비기능은 G54~G59(좌표계 선택)와 G92(좌표계 설정)이다.

반면 G50은 머시닝센터에서 스케일링(축척) 기능을 취소하는 코드로, 공작물 좌표계 설정·선택과는 관계가 없다. (CNC 선반에서의 좌표계 설정 코드인 G50과 혼동하기 쉬운 부분이다.)

공구경로(프로그램) 확인은 보조기능(M기능)을 차단(OFF)한 상태에서 실시해 주축 회전이나 절삭유 분사 같은 실제 동작이 일어나지 않도록 해야 한다.

따라서 M기능이 작동(ON)된 상태에서 경로를 확인한다는 설명은 안전 원칙에 어긋난다.

절삭조건 설정, 공정도·공구 세팅 시트 작성 및 검토, 가동 전 비상정지 버튼 위치 확인은 모두 올바른 안전 절차이다.

간단한 프로그램을 편집과 동시에 시험적으로 실행해 보는 모드는 반자동 운전(MDI)이다.

• 자동운전(AUTO)은 이미 저장된 전체 프로그램을 연속 실행하는 모드이다.
• 수동 이송(JOG)은 버튼이나 핸들로 축을 직접 움직이는 모드이다.
• 이송 정지(FEED HOLD)는 진행 중인 이송을 일시 정지시키는 기능으로, 프로그램 편집·실행 모드가 아니다.

원호보간에서 R 지령과 I, J 지령은 원호의 중심을 정하는 서로 다른 두 방식이어서 한 블록에 함께 지령할 수 없다.

따라서 R과 I, J를 함께 명령할 수 있다는 설명이 틀린 내용이다.

R은 원호 반지름 값이고, I는 원호 시작점에서 중심점까지의 X축 벡터값이며, I·J 값이 0이면 생략할 수 있다는 설명은 모두 옳다.

C점의 위치는 X34. Z20.이다.

그림에서 원점은 왼쪽 끝이고, D–E는 ⌀40 부분, D점에 C3 모따기가 있으며 C점은 원점에서 Z방향 20 mm 위치의 단면 위에 있다.

C3은 가로·세로 3 mm 모따기이므로 반지름이 3 mm 줄어든다. 지름지정에서는 지름값으로 쓰므로
$X=40-2\times3=34$, Z = 20

X37처럼 지름 40에서 모따기 3을 한 번만 빼면 반지름 감소분만 반영한 것이 되어 틀린다.

CNC 공작기계의 서보 제어 방식은 개방회로, 반폐쇄회로, 폐쇄회로, 하이브리드(복합회로 서보) 제어방식으로 분류한다.

직접 제어방식이라는 분류는 이 구분에 존재하지 않는다.

G70~G73은 P·Q로 지정한 형상 프로그램 블록을 참조해 반복 가공하는 복합형 고정 사이클이다. 프로그램 안의 다른 블록을 참조해야 하므로 자동 모드에서만 실행할 수 있고 반자동(MDI) 모드에서는 단독 실행이 불가능하다.

반면 G74(단면 홈·펙 드릴링), G75(내외경 홈가공), G76(나사가공)은 별도의 형상 프로그램을 참조하지 않는 사이클이라 자동 모드와 반자동 모드 모두에서 실행할 수 있다.

공작물이 도면대로 가공되도록 프로그램 원점과 공작물의 한 점을 일치시켜 잡은 좌표계를 공작물 좌표계라고 한다.

기계 좌표계는 기계 자체의 기준점(기계원점)을 원점으로 하는 좌표계로, 공작물 도면 기준과는 별개이다.

기준공구인 1번 공구(64mm) 대비 2번 공구(127mm)의 길이 차이는 $127-64=63\;\mathrm{mm}$로, 2번 공구가 그만큼 더 길다.

공구가 긴 만큼 주축을 위로 올려야 하는데, G44는 보정번호에 등록된 값을 빼는(-) 방향으로 공구길이를 보정한다.

따라서 $-63$을 빼서 결과적으로 63mm 올라가도록 보정값을 -63으로 등록해야 한다.

FMC(Flexible Manufacturing Cell)는 FMS의 특징을 살려 소규모화한 가공 시스템으로, 보통 자동공구교환장치(ATC)와 자동팔레트교환장치(APC)를 갖춘 한두 대의 CNC 공작기계로 구성된다.

여러 대의 CNC 공작기계를 묶어 무인 운전하는 시스템이라는 설명은 FMS(유연생산시스템)에 해당하는 내용이므로 FMC의 설명으로는 틀렸다.

다줄나사에서 리드는 피치에 줄 수를 곱한 값이므로 $L=1.5\;\mathrm{mm}\times2=3.0\;\mathrm{mm}$이다.

G32 나사가공에서 이송 F는 피치가 아니라 리드값으로 지령하므로 F3.0이 된다.

주축 회전수는 약 955 rpm이다.

프로그램 G96 S150 M03 ; 은 G96 = 절삭속도 일정 제어로, S150은 절삭속도 150 m/min을 뜻한다.

$N=\dfrac{1000V}{\pi D}$
$N=\dfrac{1000\times150}{\pi\times50}\approx954.9\,\text{rpm}$

따라서 약 955 rpm이며, M03은 주축 정회전 지령이다.