20년 2회차

밀링가공의 하향절삭(다운컷)은 절삭력이 아래쪽으로 작용하므로 가공물이 테이블에 눌려 고정이 유리하고, 공구의 진입각이 작아 상향절삭보다 공구수명이 길며, 백래시를 자동으로 제거하는 장점이 있다(1, 2, 3번 모두 참). 반면 하향절삭은 절삭력이 공구에 아래쪽으로 작용하므로 기계의 주축과 테이블 부분에 큰 충격력이 집중되어 기계강성이 충분해야 하며, 강성이 낮으면 진동과 공구 파손이 발생하므로 오히려 기계강성이 높아야 한다. 따라서 4번이 틀린 설명이다.

고속가공(HSM, High Speed Machining)은 오히려 열처리된 경화강이나 주철 등 경한 소재도 가공 가능한 것이 장점이다. 고속도와 미소 칩량으로 높은 절삭력을 견디고 열변형을 최소화하기 때문에 "열처리된 소재는 가공할 수 없다"는 설명은 정반대 오류다.

• 한 번의 셋업: 황삭부터 정삭까지 한 번의 셋업으로 가공 가능하다(참).
• 칩의 열 집중: 칩에 열이 집중되어 가공물 온도상승이 적으며 열영향부가 최소화된다(참).
• 가공능률: 가공시간 단축으로 능률 향상이 이루어진다(참).

밀링작업의 안전사항 중 정면커터로 절삭작업을 할 때 칩커버를 벗겨 놓는 것이 틀렸다. 정면커터 사용 시 칩커버는 반드시 장착한 상태에서 작업해야 비산 칩으로부터 작업자를 보호할 수 있다. 보기 1번은 작업 전 안전을 위한 필수 점검사항이고, 3번은 주축 회전 중 변속 시 기계 손상 및 안전사고를 방지하기 위한 정칙이며, 4번은 절삭 칩의 예리한 모서리로 인한 상처 예방을 위한 안전조치로 모두 올바르다.

밀링 분할대에서 쓰는 분할법에는 직접분할법, 단식분할법, 차동분할법(각도분할법 등 포함)이 있다. 간접분할법이라는 분할법은 없다.

공기 마이크로미터는 공기의 압력 변화를 이용하여 미세한 길이를 측정하는 장비로, 측정 원리에 따라 배압식, 유량식, 유속식 등으로 분류된다. 배압식은 공기 배출 시 생기는 역압으로, 유량식은 일정 시간당 공기 유량 변화로, 유속식은 공기 분사 시 발생하는 유속 변화로 측정 간격을 판정한다. 광학식은 광학 렌즈나 광센서를 이용하는 원리로, 공기의 압력 변화를 활용하지 않기 때문에 공기 마이크로미터의 원리적 분류에 속하지 않는다.

보링 머신(boring machine)은 구멍을 확대하거나 정밀하게 가공하는 기계로, 회전하는 공구가 고정된 공작물에 접근하여 절삭 가공한다. 이때 사용되는 공구는 바이트(bite 또는 boring tool)로, 선반의 바이트와 유사하게 공작물 내부의 구멍 벽면을 절삭한다. 엔드밀은 밀링머신의 회전 공구, 정면 커터는 평면 가공용, 아버는 공구를 장착하는 척이므로 공구 자체가 아니다.

숫돌 입자의 크기는 mesh(메시) 단위로 표시된다. Mesh는 1인치(25.4mm) 당 정사각형 구멍의 개수를 나타내는 단위로, 숫자가 클수록 입자가 작다(예: 80mesh, 120mesh, 200mesh 등). mm, cm, inch는 길이 단위일 뿐 입자의 입도(粒度)를 표현하는 표준 단위가 아니다.

밀링 머신에서 절삭공구를 고정하는 데 사용되는 부속장치를 판별하는 문항이다. 아버는 밀링 머신의 스핀들에 장착되어 커터를 고정하는 샤프트 형태의 공구 홀더, 콜릿은 테이퍼 방식의 공구 홀더로 공구를 탄성적으로 고정, 어댑터는 서로 다른 규격의 공구와 홀더를 연결하는 중간 부속장치다. 반면 새들은 밀링 머신의 테이블을 X축 방향으로 지지하고 이동시키는 부품으로, 공구 고정과는 무관한 기계 본체의 구조 부분이다.

금긋기(스크라이빙) 작업의 정확성을 위해서는 선을 한 번에 가늘고 선명하게 그어야 하며, 여러 번 반복해서 그으면 안 된다. "여러 번 그어 혼동이 일어나지 않도록 한다"는 잘못된 표현으로, 여러 번 그으면 오히려 선이 굵어지고 부정확해져서 작업 오류를 초래한다.

• 선을 가늘고 선명하게 한 번에 긋기: 정확한 방법이다.
• 기준면·기준선 설정과 금긋기 순서 결정: 작업 전 기준 설정의 필수 단계다.
• 같은 치수의 선을 한 번에 긋기: 같은 치수 반복 작업의 효율성을 위해 한꺼번에 처리하는 올바른 지침이다.

고속도강 드릴로 황동을 가공할 때 선단각(점각)은 110°가 적합하다. 황동은 절삭성이 좋은 비철금속으로 취성이 강하기 때문에 칩이 잘 부서져 배출되므로, 강도가 높은 고속도강 드릴에서는 강철 가공용(118°)보다 다소 작은 110° 정도의 선단각을 사용하면 최적의 절삭력과 칩 배출성을 확보할 수 있다. 60°는 경금속용, 90°는 플라스틱용으로 너무 작으며, 125°는 경합금강 같은 경한 재료용이므로 황동 드릴링에는 부적합하다.

해머 작업은 처음부터 큰 힘을 주면 공구가 미끄러지거나 재료가 튀어 위험하므로, 처음에는 가볍게 타격한 뒤 작업 상태에 따라 힘을 조절해야 한다. 녹이 있는 재료를 가공할 때 보호 안경을 착용하고, 기름이 묻은 손이나 장갑으로 작업하지 않으며, 자루가 불안정한 해머를 사용하지 않는 것은 올바른 안전수칙이다.

절삭시간은 약 6.3분이다.

선삭 절삭시간은 $T = \frac{L \times i}{f \times N}$ 공식으로 구한다. 여기서 L은 절삭길이, i는 이송량, f는 이송(mm/rev), N은 회전수다.

먼저 회전수를 구하면
$N = \frac{V}{πD} = \frac{100 \times 1000}{π \times 50} = \frac{100000}{157} ≈ 637 \text{rpm}$이다.
다음 총 이송량은
$i = f \times N = 0.1 \times 637 = 63.7 \text{mm}$이고, 절삭길이는 400mm이므로 절삭시간은
$T = \frac{400}{63.7} ≈ 6.28 \text{분}$이다.

3개 조가 120°간격으로 배치되어 동일한 방향, 동일한 크기로 동시에 움직이며 원형, 삼각, 육각 등 다양한 형상의 제품을 가공하는 척은 연동척이다.

연동척은 여러 개의 조가 기계적 연동장치(카메라, 리드 메커니즘 등)에 의해 항상 같은 크기, 같은 방향으로 동시에 이동하므로 중심이 정확하게 유지되어 원형뿐 아니라 다각형 제품도 균형있게 물릴 수 있다. 반면 다음 척들은 이 조건에 맞지 않는다.

• 단동척: 조가 한쪽 방향으로만 이동한다.
• 유압척: 유압으로 작동하는 방식의 분류이다.
• 복동척: 조가 독립적으로 움직인다.

연삭숫돌의 결합체는 입자를 결합하는 물질에 따라 분류되며, 각각 국제 표준 기호로 표시된다. 셸락(천연 수지)은 E, 레지노이드(합성 수지)는 B, 고무는 R, 비트리파이드(유리질)는 V로 표시된다. 보기 2번은 레지노이드가 R이 아닌 B, 보기 3번은 고무가 B가 아닌 R, 보기 4번은 비트리파이드가 F가 아닌 V이므로 모두 오류다. 따라서 셸락과 E를 올바르게 연결한 1번이 정답이다.

공기 마이크로미터는 비교 측정기이며, 보통 최대·최소 치수의 마스터 2개로 눈금을 맞춘 뒤 측정한다. 따라서 1개의 마스터로 측정이 가능하다는 설명은 틀렸다. 압축 공기원이 필요하고, 타원·테이퍼·편심을 간단히 측정할 수 있으며, 기계적 확대 요소가 없어 오랫동안 높은 정밀도를 유지한다.

탄성 있는 재료(목재, 피혁, 직물)에 미세한 연삭 입자를 부착시켜 가공 표면을 다듬는 방법은 폴리싱(Polishing)의 정의와 정확히 일치한다. 폴리싱은 버핑 전 단계의 미세한 표면 다듬질 작업으로, 금속 표면의 미세한 결함을 제거하여 광택을 준다.

나머지는 모두 기계적 연삭입자 부착 방식과 다르다.

• 전해가공: 전류를 이용한 화학적 제거
• 전해연마: 전해를 통한 표면 개선
• 버니싱: 압력을 이용한 표면 경화 방법

구성인선(빌트업 에지, BUE)은 절삭 시 공작물 재료가 공구 앞면에 붙어 경화되는 현상으로, 이를 방지하려면 절삭 조건을 적절히 조절해야 한다. 경사각을 작게 하면 오히려 구성인선이 생기기 쉬워지므로 틀린 설명이다. 올바른 방지대책은 절삭속도를 빠르게 하고, 절삭 깊이를 적게 하며, 공구의 인선(날)을 예리하게 유지하는 것이다. 특히 경사각은 크게 할수록 구성인선 발생을 억제할 수 있다.

합금공구강은 Mn, Cr, Mo, W, V 등의 합금원소를 첨가하여 경화능과 내마모성을 향상시킨 강이므로 3번이 정답이다. Ag(은)과 Hg(수은)은 합금공구강의 구성 원소가 아니며, 특히 수은은 독성 때문에 강 제조에 사용되지 않는다. 1번 탄소공구강보다 절삭성이 우수하고, 2번 저속·총형 절삭용으로 주로 사용되며, 4번 탄소공구강에 소량의 합금원소를 첨가하여 경화능을 개선한 강이라는 설명은 모두 타당하다.

브로치는 직선 왕복 운동으로 홈이나 내부 치형을 절삭하는 공구로서, 공구와 공작물 간에 물림 운동이 없이 순수 절삭 운동만 발생하므로 창성법이 아닌 형절삭법에 해당한다.

창성법(generating method)은 공구와 공작물이 기어의 물림 관계를 그대로 재현하면서 치형을 가공하는 방식이다.

• 호브(hob): 나선 형태의 랙을 원통형으로 감싼 공구로서 래크 커터의 원리를 회전시켜 적용한다.
• 래크 커터(rack cutter): 랙 형태의 공구로 래크와 피니언의 물림 원리를 이용한다.
• 피니언 커터(pinion cutter): 피니언 형태의 공구로 기어 간 물림 관계를 이용한다.

공작기계의 3대 기본운동은 절삭운동(주운동), 이송운동, 위치조정운동이다. 절삭운동은 절삭 깊이를 결정하고 칩을 생성하는 주요 운동이고, 이송운동은 공구나 공작물을 단계적으로 진행시켜 가공 폭을 확대하며, 위치조정운동은 다음 절삭을 위해 공구와 공작물을 올바른 위치에 배치한다. 전단운동은 공작기계의 기본 3대 운동에 포함되지 않으며, 이는 특정 가공방식에서의 보조적 개념일 뿐이다.

평면도·우측면도와 맞는 정면도는 사각형 외형 안에 왼쪽 위 모서리에서 내려오는 사선 하나, 그 끝에서 위로 선 세로선과 오른쪽으로 뻗은 가로선, 아래쪽 가로 숨은선이 있는 그림이다.

우측면도는 앞쪽 절반이 전체 높이, 뒤쪽 절반이 낮은 L자형이고, 앞쪽 부분에 앞면 중간 높이에서 위쪽 중간 깊이로 올라가는 경사선이 있다. 평면도는 앞쪽 절반이 왼쪽 약 0.45 지점의 세로선으로 나뉘고, 왼쪽 칸에만 앞쪽 왼쪽 모서리에서 중간 깊이로 가는 사선이 있다. 따라서 오른쪽 칸은 앞면 중간 높이에서 위로 기울어진 경사면(정면도에 가로선), 왼쪽 칸은 윗면 모서리에서 비스듬히 잘린 삼각 경사면(정면도에 사선과 세로선)이 되고, 뒤쪽 낮은 부분의 윗면 모서리는 앞의 높은 부분에 가려 숨은선으로 나타난다.

• 사선이 좌우 양쪽에 V자로 있는 그림: 평면도 오른쪽 칸은 사선 없는 직사각형이므로 오른쪽 사선이 생길 수 없다.
• 왼쪽이 낮은 L자 외형에 바닥 왼쪽 모서리에서 사선이 올라가는 두 그림: 바닥에서 시작하는 경사 모서리가 있으면 우측면도에도 바닥에서 올라가는 선이 보여야 하는데, 우측면도의 경사선은 중간 높이 위쪽에만 있다.

센터 구멍이 반드시 필요한 경우에는 KS 규격에 따라 센터 구멍 기호를 생략하지 않고 그대로 표시하며, 굳이 남아 있지 않아도 된다면 규격 기호에 괄호를 사용하고, 남아 있으면 안 되는 경우에는 규격 기호 위에 X표를 붙여 도시한다. 문제에서는 "반드시 필요"하다고 명시했으므로 괄호나 X표 없이 B형 센터 구멍 기호와 함께 구멍지름 8mm, 드릴 지름 2.5mm를 표시한 도면이 옳으며, 이 조건에 맞는 도시법은 2번이다.

경사면에 있는 구멍처럼 대상물의 한 부분만의 모양을 보이면 충분할 때, 그 부분만 경사면에 수직인 방향으로 투상해 그리는 것이 국부 투상도이다.

그림은 경사진 팔 부분에 있는 구멍을 경사면에 직각인 방향에서 본 원(중심선 포함)으로 따로 그리고, 본 투상도와 중심선으로 연결해 위치 관계를 나타냈다. 구멍 하나만 실형으로 그렸으므로 국부 투상도에 해당한다.

• 회전 투상도: 각도를 가진 부분을 회전시켜 본 투상도 안에 실형으로 그리는 방법이며, 그림처럼 경사면 방향으로 따로 투상하지 않는다.
• 부분 확대도: 작은 부분을 척도를 키워 따로 그리는 것으로, 확대 표시와 척도가 붙는다.
• 가상도: 인접 부분·이동 위치 등을 가상선으로 나타내는 것으로, 구멍의 실형을 보이는 투상도가 아니다.

유니파이 나사는 No.4-40 UNC-2A처럼 나사 호칭·산 수 뒤에 UNC를 쓰고, 등급은 2A·2B 등으로 표시한다. 6H/6g는 미터나사의 공차 표시이므로 4번은 잘못된 표시이다. G1/2 A(관용 평행나사), M50×2-6H(미터 가는나사), Rp1/2/R1/2(관용 테이퍼나사 조합)는 올바른 표시이다.

볼트 도면에서 a는 나사산이 완전한 형태로 끝까지 형성된 구간, 즉 완전나사부를 나타낸다. b는 골지름이 표시되는 구간, c는 나사부 전체 길이(불완전나사부 포함), d는 볼트 전체 길이(호칭길이)를 나타낸다.

굵은 1점 쇄선은 특수 지정선으로, 열처리처럼 특수한 가공을 하는 부분 등 특별한 요구사항을 적용할 범위를 표시한다. 인접부분을 참고로 표시할 때는 가는 2점 쇄선(가상선), 수면·유면의 위치는 가는 실선(수준면선), 보이지 않는 부분의 모양은 파선(숨은선)을 쓴다.

온 흔들림(총 런아웃) 공차 기호는 화살표가 두 개인 이중 사선 기호(⌰)이며, 데이텀 A를 기준으로 원통면 전체의 흔들림을 규제한다. 공차기입틀은 공차기호 - 공차값 - 데이텀 문자 순으로 표기하므로, 이중 화살표 온 흔들림 기호와 데이텀 A가 올바르게 표기된 1번이 정답이다. 나머지 보기는 단일 화살표(원주 흔들림) 기호이거나 기입 순서·데이텀 표기가 잘못되어 있다.

치수 공차는 위 치수 허용차와 아래 치수 허용차의 차이므로 0.038이다.

그림의 표기는 기준 치수 50에 위 치수 허용차 +0.025, 아래 치수 허용차 −0.013이다.
$0.025-(-0.013)=0.038$

0.025와 0.013은 각각 한쪽 허용차 값일 뿐이고, 0.012는 두 허용차의 절댓값을 뺀 값이라 공차가 아니다.

KS 가공방법 기호에서 브로칭은 BR이다. 래핑은 GL, 스크레이핑은 FS, 평면 연삭은 GS로 표시하므로 나머지 연결은 틀렸다.

기어 도시에서 잇봉우리원은 굵은 실선으로 그린다. 가는 실선이라고 한 1번이 틀렸다. 피치원은 가는 1점 쇄선, 이골원은 가는 실선으로 그리며(축에 직각인 방향에서 본 그림을 단면으로 도시할 때는 굵은 실선), 잇줄 방향은 보통 3개의 가는 실선으로 표시한다.

속도 개념과 운동의 분류를 구분하는 문제다. 3번이 틀린 이유는 속도가 변하지 않는 운동을 '등속도 운동'이라 부르며, '등가속도 운동'은 가속도가 일정한(속도가 일정하게 변하는) 운동을 의미하기 때문이다. 1번 속도는 벡터량으로 크기와 방향을 가지며, 2번 속도는 단위 시간당 변위(벡터)로 정의되어 맞다. 4번 등속 운동 중인 물체에 힘이 작용하면 뉴턴의 제2법칙에 의해 가속도가 생겨 속도의 크기나 방향이 변하므로 맞다.

전류의 정의는 단위 시간당 흐르는 전하량이며, 공식은 $I = \frac{Q}{t}$이다. 주어진 조건에서 전하량 $Q = 1\text{C}$, 시간 $t = 1\text{s}$이므로 $I = \frac{1\text{C}}{1\text{s}} = 1\text{A}$이다. 따라서 이 값은 1A(암페어)로, 전류의 단위다. 2번 F는 정전용량(패럿), 3번 H는 인덕턴스(헨리), 4번 V는 전압(볼트)의 단위이므로 정답은 1번이다.

모터에서 회전자와 고정자에 생기는 토크는 뉴턴의 제3법칙(작용-반작용)을 따른다. 고정자의 자기장이 회전자에 토크를 가하면, 회전자는 고정자에 같은 크기이지만 반대 방향의 토크를 가한다. 예를 들어 유도전동기에서 회전자가 시계방향으로 회전하려는 토크를 받으면, 고정자에는 반시계방향 토크가 작용하므로, 고정자는 베어링으로 지지되어 있을 때 그 반대 토크를 견디게 된다. 따라서 크기는 같고 방향은 반대이다.

ⓒ는 회전중심에서 가장 먼 막대 끝부분에 막대에 수직으로 작용하므로 모멘트 팔이 최대이면서 힘 전체가 회전에 기여하여 토크가 가장 크다. 토크는 회전축에서 힘의 작용점까지의 거리(모멘트 팔)와 작용점에서 회전축까지 이은 선에 수직인 힘 성분의 곱으로 결정된다.

• ⓐ: 막대에 수직으로 작용하지만 작용점이 회전중심에 가까워 모멘트 팔이 짧다.
• ⓑ: 막대 끝에서 막대와 평행하게 작용하여 회전축을 향하는 방향이므로 수직 성분이 거의 없어 토크가 매우 작다.
• ⓓ: 막대에 수직으로 작용하지만 작용점이 회전중심에 가까워 모멘트 팔이 짧다.

유량은 약 0.21 m³/s이다.

유량(Q)은 유속(v)과 단면적(A)의 곱으로 구한다. 지름 d = 300mm = 0.3m이므로 단면적은
$A = \pi \left(\frac{d}{2}\right)^2 = \pi \left(\frac{0.3}{2}\right)^2 = \pi \times 0.0225 = 0.0707 \text{ m}^2$이다.
평균속도 v = 3m/s를 대입하면
$Q = A \times v = 0.0707 \times 3 = 0.212 \text{ m}^3/\text{s}$이다.

힘의 3요소가 아닌 것은 힘의 작용선이다.

힘의 3요소는 크기·방향·작용점이며, 작용선은 작용점을 지나 힘의 방향으로 그은 직선으로 이 요소들로 정해지는 선이다.

나머지 보기는 모두 힘의 3요소에 해당하는 옳은 내용이다.

• 힘의 방향은 힘이 작용하는 향을 나타내는 3요소 중 하나이다.
• 힘의 크기는 힘의 세기를 나타내는 3요소 중 하나이다.
• 힘의 작용점은 힘이 작용하는 위치를 나타내는 3요소 중 하나이다.

a와 b 사이 합성저항은 5/2 Ω이다.

그림은 위쪽 가지(1 Ω과 4 Ω 직렬)와 아래쪽 가지(1 Ω과 4 Ω 직렬)가 a·b 사이에 병렬로 연결된 회로이다.
각 가지: $1+4=5\,\Omega$
병렬: $R=\dfrac{5\times5}{5+5}=\dfrac{5}{2}\,\Omega$

물질 내부에서 전하가 이동하는 현상은 전류이다.

전류는 단위 시간에 도체 단면을 통과하는 전하량으로 나타내며 단위는 암페어이다.

• 저항은 전류의 흐름을 방해하는 정도를 나타내는 양이다.
• 전력은 단위 시간에 전기가 하는 일, 즉 전기에너지의 사용 비율이다.
• 전압은 전하를 이동시키는 원동력이 되는 전위차이다.

비중량(γ)은 단위 부피당 무게로, γ = ρg 공식으로 구한다. 4℃의 순수한 물의 밀도는 ρ = 1000 kg/m³이고, 표준 중력가속도는 g = 9.8 m/s²이므로, γ = 1000 × 9.8 = 9800 N/m³이다. 이를 SI 단위로 표현하면 9810 N/m³(실제로는 9800이지만, 일반적으로 g = 9.81 m/s²를 사용하여 9810으로 반올림)에 가장 가깝다. 따라서 정답은 4번이다.

압축응력은 재료의 단면에 수직(직각)으로 작용하여 재료를 누르는 응력이다. 즉, 외력이 단면의 법선 방향(직각방향)으로 작용하여 재료를 압축하는 수직응력이다.

• 전단응력과 방향이 동일하다: 압축응력은 단면에 수직인 수직응력이고, 전단응력은 단면에 평행하게 작용하므로 방향이 다르다.
• 순수한 전단하중으로도 발생한다: 전단하중은 단면에 평행한 응력을 발생시키므로 압축응력(수직응력)을 만들지 않는다.
• 굽힘하중에서는 발생하지 않는다: 굽힘하중이 작용할 때 중립축 위쪽은 압축응력, 아래쪽은 인장응력이 발생한다.

나이퀴스트 선도가 실수축 0~1 구간을 지나는 원형 궤적으로, $\omega=0$에서 $1$에서 출발해 $\omega=\infty$에서 원점으로 수렴하는 형태이다. 이는 1차 지연요소의 전형적인 나이퀴스트 선도로, 전달함수 $G(j\omega)=\dfrac{K}{1+j\omega T}$ 형태에서 $K=1$일 때 나타난다.

이 경우 $\omega=0$에서 $G=1$(실수축 1), $\omega\to\infty$에서 $G\to0$이며, 궤적이 반원을 그리며 4상한을 거쳐 원점으로 접근하는 특성과 일치한다.

전기식 서보기구는 전기 신호를 기계적 출력으로 변환하는 장치로, 전원만 공급하면 작동하므로 설치·유지가 간단하다. 또한 유압유 오염 문제가 없으며 에너지 효율이 좋아 경제성과 취급 용이성이 유압식보다 우수하다.

• 작동속도가 느리다: 전기식은 응답속도가 빠르고 빠른 작동이 가능하다.
• 유압식보다 큰 출력: 단위 무게당 출력은 유압식이 훨씬 크므로 대형·고출력 시스템에는 유압식이 유리하다.
• 분사관식 서보기구: 분사관식(제트파이프식) 서보기구는 유압식 서보기구의 한 종류이며, 전기식에는 해당하지 않는다.

전기적 시정수(L/R)를 크게하면 전류 변화가 느려져 토크 응답이 지연되므로 응답성이 악화된다. 서보모터의 빠른 응답을 위해서는 전기적 시정수를 작게 해야 하므로, 이를 크게 하는 것은 적절하지 않다.

DC 서보모터의 응답성을 개선하려면 시스템의 응답 속도와 정확도를 높여야 한다.

• 토크 맥동 감소: 속도 변동이 감소하여 응답 품질이 향상된다.
• 기계적 시정수(관성 모멘트/토크) 감소: 각속도 변화가 빨라져 응답이 빨라진다.
• 선형성 향상: 제어 신호에 대한 예측 가능한 응답을 얻을 수 있다.

PLC의 출력부는 릴레이 출력, 트랜지스터 출력, 트라이악 출력 등 다양한 종류가 있으며, 특히 트라이악 출력은 AC 220V 부하를 직접 제어할 수 있다. 따라서 "출력부에 AC 220V의 부하를 연결할 수 없다"는 틀렸다.

• IL과 LD: PLC 표준 프로그래밍 언어(IEC 61131-3)에 IL(Instruction List)과 LD(Ladder Diagram)가 모두 포함되어 있다.
• 입력부의 AC 220V용 스위치: PLC 입력부는 AC/DC 입력을 모두 지원하므로 AC 220V 스위치도 연결 가능하며, 광절연을 통해 보호된다.
• 명령어: PLC 명령어에는 비트 시프트(SHL, SHR), 전송(MOV), 비교(CMP) 명령어 등이 표준으로 포함되어 있다.

전달함수는 $G=\dfrac{C}{A}=\dfrac{G_1}{1+G_1-G_1H_1}$이다.

그림의 가합점에는 입력 A가 +, 출력 C를 그대로 되돌린 위쪽 경로가 −, H₁을 거친 아래쪽 경로가 +로 들어가고, 그 결과 B가 G₁을 거쳐 C가 된다.
$B=A-C+H_1C,\quad C=G_1B$
$C(1+G_1-G_1H_1)=G_1A$

• 분모가 1+H₁G₁−G₁인 식: 두 피드백 경로의 부호를 서로 바꾼 것이다.
• 분자나 분모에 A가 들어간 두 식: 전달함수는 출력과 입력의 비이므로 입력 신호 A가 식에 남지 않는다.

물체의 위치, 방향, 자세 등의 기계적 변위를 제어량으로 하면서 목표값의 임의의 변화에 추종하도록 구성된 제어계는 서보기구(서보시스템)이다. 서보기구는 입력신호(목표값)의 변화를 감지하여 출력(실제 위치·방향)이 입력값을 따라가도록 피드백을 통해 오차를 최소화하는 폐루프 제어 시스템이며, 항공기 조종면 제어, 로봇 관절 제어, 기계공구의 위치 제어 등에 광범위하게 적용된다.

나머지는 모두 목표값 추종 특성과 다르다.

• 자동조정: 정상상태에서 일정값 유지
• 프로세스 제어: 온도·압력·유량 등 비기계적 변수 제어
• 프로그래밍 제어: 미리 정한 순서대로 동작하는 방식

유압 실린더의 속도제어 회로는 미터인 회로, 미터아웃 회로, 블리드 오프 회로 세 가지다.

미터인 회로는 펌프에서 실린더로 유입되는 유량을 제한해 속도를 제어하고, 미터아웃 회로는 실린더에서 배출되는 유량을 제한해 속도를 제어한다. 블리드 오프 회로는 펌프의 일부 유량을 탱크로 배출시켜 실린더로 가는 유량을 조절함으로써 속도를 제어한다.

반면 로킹 회로는 실린더의 위치 고정, 플립플롭 회로는 방향 전환, 언로드 회로는 불필요한 압력 제거, 카운터 밸런스 회로는 부하 제어가 주 목적이므로 속도제어 회로에 해당하지 않는다.

2차 표준형 $M(s) = \dfrac{\omega_n^2}{s^2 + 2\zeta\omega_n s + \omega_n^2}$과 비교하면 $\omega_n^2 = 25$이므로 $\omega_n = 5$, $2\zeta\omega_n = 10$이므로 $\zeta = 1$이다. 감쇠비 ζ = 1인 경우는 임계제동(critically damped)시스템에 해당한다. (참고로 ζ>1은 과제동, 0<ζ<1은 부족제동, ζ=0은 무제동이다.)

출력전압은 2.5V이다.

n비트 D/A 변환기는 기준전압을 2의 n제곱 단계로 나누므로, 8비트이면 256단계 중 디지털 입력값에 해당하는 만큼의 전압을 출력한다.

$V_{out}=V_{ref}\times\dfrac{128}{2^{8}}$

$=5\times\dfrac{128}{256}=2.5\mathrm{V}$

• 1.5V는 계산값과 다르다.
• 2V는 계산값과 다르다.
• 3V는 계산값과 다르다.

주어진 식 $\overline{AB}+\overline{BC}+\overline{AC}$에서 각 항을 드모르간 정리로 변환하면 $\overline{AB}=\overline{A}+\overline{B}$, $\overline{BC}=\overline{B}+\overline{C}$, $\overline{AC}=\overline{A}+\overline{C}$가 되어, 전체 식은 $(\overline{A}+\overline{B})+(\overline{B}+\overline{C})+(\overline{A}+\overline{C})$이다.
중복항을 정리하면 $\overline{A}+\overline{B}+\overline{C}$로 간소화되므로, 이 결과와 일치하는 4번이 정답이다.

$0 < k < \frac{5}{9}$일 때 시스템이 안정된다. 선형시스템의 안정성은 특성방정식의 모든 근이 좌반평면(실부가 음수)에 있어야 하므로 Routh-Hurwitz 판정법을 적용한다.

주어진 방정식 $s^4+3s^3+2s^2+5s+k=0$에 대해 Routh 배열을 구성하면
1행(s⁴): 1, 2, k
2행(s³): 3, 5
3행(s²): $\frac{3 \cdot 2 - 1 \cdot 5}{3} = \frac{1}{3}$, $\frac{3k - 1 \cdot 0}{3} = k$
4행(s¹): $\frac{\frac{1}{3} \cdot 5 - 3 \cdot k}{\frac{1}{3}} = \frac{5 - 9k}{1} = 5-9k$
5행(s⁰): k이다.

안정 조건은 첫 열의 모든 계수가 양수여야 하므로 1 > 0(자동 만족), 3 > 0(만족), 1/3 > 0(만족), 5 - 9k > 0에서 $k < \frac{5}{9}$, k > 0이다.

코드 (pattern＞＞1) & 0x01 에서 ＞＞는 비트를 오른쪽으로 이동하는 시프트 연산자, &는 비트 AND 연산자이다.

즉 pattern을 오른쪽으로 1비트 밀어낸 뒤 0x01과 AND 하여 최하위 비트만 남기므로, 원래 pattern의 둘째 비트 값을 꺼내는 식이다.

왼쪽 시프트는 ＜＜, 비트 OR 은 | 이므로 이를 섞은 설명은 모두 틀리다.

유접점 시퀀스는 릴레이 코일을 항상 여자(excited) 상태로 유지해야 하므로 무접점 시퀀스보다 소비전력이 더 크다. 따라서 "소비전력이 비교적 작다"는 거짓이다.

유접점 시퀀스는 기계식 릴레이 접점을 사용하므로 무접점 시퀀스(반도체 소자 사용)와 비교할 때 다음과 같은 특징을 갖는다.

• 동작속도가 느리다: 기계식 접점의 개폐에 시간이 필요하므로 참(O).
• 접점 등의 마모가 발생한다: 반복적인 접점의 개폐로 인한 물리적 마모가 불가피하므로 참(O).
• 기계적 진동, 충격에 약하다: 기계식 구조의 릴레이는 외부 진동과 충격에 민감하게 반응하므로 참(O).

타이머를 사용하여 미리 정한 목표 시간이 되면 점등하는 회로는 시간 경과라는 정해진 순서에 따라 순차적으로 동작하므로 순차 제어에 해당한다. 공정 제어는 온도·압력 등 연속량을 제어하고, 되먹임 제어와 폐회로 제어는 현재 상태를 감지하여 목표값과 비교·조정하는 방식으로서 시간만 기준으로 하는 타이머 회로와는 다르다.

PLC(Programmable Logic Controller)의 CPU부는 연산부, 제어부, 타이밍 부, 프로그램 메모리부, 데이터 메모리부 등으로 구성되며, 이들은 모두 하드웨어적 기능 요소다. 래더 다이어그램부는 CPU의 구성 요소가 아니라 소프트웨어 프로그래밍 언어(표현 방식)로, PLC 프로그램을 작성할 때 사용하는 그래픽 언어일 뿐이다. 따라서 PLC의 물리적 CPU 구성에는 포함되지 않는다.

기계적 병진운동 시스템의 기본 특성은 질량(관성), 감쇠, 탄성 세 가지다. 질량은 관성력을 결정하고, 감쇠는 에너지 손실을 나타내며, 탄성은 복원력을 제공한다. 속도는 시스템의 상태 변수로서 이 세 특성에 의해 결정되는 결과이지, 시스템 자체의 고유한 특성이 아니다. 따라서 정답은 2번이다.

온도, 유량, 압력 같은 프로세스 변수들은 시간 상수가 크고 변화가 완만한 특성을 가지므로, 이들을 제어량으로 하는 제어는 프로세스 제어에 해당한다. 프로세스 제어는 피드백을 통해 설정값과 실제값의 편차를 지속적으로 보정하므로 이러한 느린 응답 특성을 안정적으로 관리할 수 있다.

나머지 방식은 각각 다음에 특화되어 있어 온도·유량·압력 같은 산업용 프로세스 변수 제어에는 부적합하다.

• 서보 제어: 위치·속도 같은 기계적 응답성이 빠른 제어 대상
• 정치 제어: 일정 위치 유지
• 개루프 제어: 피드백 없이 작동하는 방식

PLC 입력부(input module)는 외부 신호를 감지하여 컨트롤러에 정보를 전달하는 센서·스위치류가 연결되며, 엔코더(회전각도 감지), 근접센서(물체 감지), 리밋 스위치(위치 감지)는 모두 신호를 입력받는 기기다. 반면 전자밸브는 PLC의 출력 신호에 따라 유체 흐름을 제어하는 출력부(output module) 기기이므로, 입력부에 사용되지 않는다.

1차 시스템의 정정시간(settling time)은 입력 스텝함수에 대한 출력이 최종값(정상상태값)의 63.2%에 도달할 때까지의 시간으로 정의된다. 이는 시간상수 $\tau$에서의 응답값이 $1-e^{-1} \approx 0.632$, 즉 63.2%가 되는 것에서 기인한다.

공기압회로는 압축공기를 이용한 기계식 제어 시스템으로, 무접점 스퀀스의 구성요소가 아니며 별개의 자동화 기술에 해당한다.

무접점 스퀀스(contactless sequence)는 전자 또는 전기 신호를 이용해 순차적으로 동작을 제어하는 장치로, 논리회로, 입력회로, 출력회로 세 가지 주요 구성요소로 이루어진다.

• 논리회로: 입력 신호를 받아 논리연산을 수행한다.
• 입력회로: 센서나 스위치로부터 신호를 받는다.
• 출력회로: 제어 신호를 릴레이나 솔레노이드 등으로 전달한다.

디지털 시스템에서 연산된 디지털 계산값을 아날로그 신호(구동신호)로 변환하는 장치는 D/A변환기(Digital to Analog Converter)이다. D/A변환기는 마이크로프로세서나 제어기에서 출력한 디지털 신호를 모터, 액추에이터 등 아날로그 출력 장치가 인식할 수 있는 전압이나 전류 신호로 변환한다.

나머지 장치는 문제의 조건과 맞지 않는다.

• 인버터: 직류를 교류로 변환한다.
• A/D변환기: 반대로 아날로그를 디지털로 변환한다.
• 초퍼 변환기: 직류 전압을 제어하는 장치이다.

포토 인터럽트는 발광부(LED)와 수광부(포토다이오드)가 마주보고 배치되어 있다가 물체가 사이에 들어가면 빛이 차단되어 출력 신호를 내보내는 센서다. 회전속도 측정, 위치 감지, 객체 계수 등에 널리 사용된다. 로드 셀은 무게 측정, 자기 센서는 자기장 감지, 유도형 센서는 금속 물체 접근 감지에 사용되므로 주어진 원리와 맞지 않는다.

CPU의 주요 기능은 명령어 인출·해독·실행(fetch-decode-execute cycle), 메모리와의 데이터 전송, 인터럽트 응답 처리이다. 반면 DMA(Direct Memory Access)는 CPU를 거치지 않고 I/O 장치와 메모리 간에 직접 데이터를 전송하는 기능으로, CPU가 처리하는 주요 기능이 아니다. DMA 제어기가 독립적으로 관리하므로 CPU 부하를 줄이는 역할을 한다.

DC서보모터는 제어성이 우수하고 속도제어 범위가 넓으며 소형으로 큰 토크를 발생하는 장점이 있지만, 열 발생은 불가피하다. DC모터는 전기에너지를 기계에너지로 변환하는 과정에서 권선저항(IR 손실)과 기계적 마찰로 인해 항상 열이 발생하므로, "열이 발생하지 않는다"는 명백한 오류이다.

그림의 기호는 트라이악(TRIAC)이다.

두 단자 A1·A2 사이에 방향이 반대인 삼각형 두 개가 나란히 있고 게이트 G가 붙어 있어, 양방향으로 전류를 흘릴 수 있는 교류 제어용 소자를 나타낸다.

• 다이오드: 삼각형 하나에 게이트가 없다.
• 사이리스터(SCR): 한 방향 삼각형 하나에 게이트가 붙는다(단자 애노드·캐소드).
• 트랜지스터: 베이스·컬렉터·이미터 단자와 이미터 화살표로 그린다.

회로의 논리식은 $Y=A(A+B)$이다.

그림에서 A와 B가 먼저 OR 게이트로 들어가 A+B가 되고, 그 출력과 분기된 A가 AND 게이트로 들어가 Y를 만든다.

• Y=A+B: 마지막 게이트가 AND 이므로 OR 결과만으로 끝나지 않는다(A=0, B=1이면 실제 출력은 0).
• 뺄셈이나 부정(NOT)이 들어간 두 식: 회로에 NOT 게이트가 없고, 불 대수에는 뺄셈 연산이 없다.

참고로 흡수 법칙에 따라 $A(A+B)=A$로 간단해진다.

가전자를 서로 내놓고 함께 쓰며 생기는 결합은 공유결합이다.

금속성과 비금속성의 차가 크지 않은 두 원자가 가전자를 서로 공유하여 결합하며, 실리콘·게르마늄 같은 반도체가 이 결합을 이룬다.

• 금속결합은 금속 원자들이 자유전자를 공유하는 결합이다.
• 이온결합은 금속성과 비금속성의 차가 큰 원자 사이에서 전자가 이동하여 양이온과 음이온이 정전기적으로 결합하는 것이다.
• 수소결합은 수소를 포함한 분자 사이에 작용하는 약한 인력이다.

불 연산이 아닌 것은 투영(Project)이다.

솔리드 모델링의 불 연산은 두 형상을 합집합·교집합·차집합으로 결합하는 연산이며, 투영은 형상을 평면에 나타내는 조작으로 집합 연산이 아니다.

나머지 보기는 모두 불 연산에 해당하는 옳은 내용이다.

• Union(합집합)은 두 형상을 합치는 불 연산이다.
• Intersect(교집합)는 두 형상이 겹치는 부분만 남기는 불 연산이다.
• Subtract(차집합)는 한 형상에서 다른 형상을 빼는 불 연산이다.

스테핑모터의 회전 속도는 입력 펄스 주파수에 의해 결정된다. 스테핑모터는 한 번의 펄스마다 일정한 각도(스텝)만큼 회전하므로, 단위 시간당 입력되는 펄스의 개수(주파수)가 많을수록 회전 속도가 빨라진다. 여자 전류는 토크에 영향을 미치고, 펄스 진폭도 토크 특성에 관련되며, 입력 펄스 수는 총 회전각을 결정할 뿐 속도 자체를 결정하지 않는다.

그래프에서 1초 동안 2번의 완전한 사인파 주기가 반복되고 있다. 주파수는 $f = 1/T$로 정의되며, 1초에 몇 번 진동하는지를 나타내므로 f = 2Hz가 된다.

RL 병렬회로의 임피던스는 $Z=\dfrac{RX_L}{\sqrt{R^2+X_L^2}}$이다.

병렬이므로 어드미턴스 크기를 먼저 구한다.
$\dfrac{1}{Z}=\sqrt{\left(\dfrac{1}{R}\right)^2+\left(\dfrac{1}{X_L}\right)^2}=\dfrac{\sqrt{R^2+X_L^2}}{RX_L}$
역수를 취하면 위 식이 된다.

• 분모가 제곱합(근호 없음)이고 분자가 R 또는 리액턴스 하나인 두 식: 단위가 옴의 역수가 되어 임피던스가 아니라 어드미턴스의 성분(컨덕턴스·서셉턴스)에 해당한다.
• 리액턴스를 근호 제곱합으로 나눈 식: 단위가 없는 비율로, 병렬회로의 역률에 해당한다.

압력이나 타격으로 종이처럼 얇게 펴지는 성질은 전성이다.

전성은 두드리거나 압연할 때 깨지지 않고 얇게 펴지는 성질로 금·은·구리 등이 크다.

• 융해성은 열을 받아 녹는 성질로 얇게 펴지는 성질과 관계가 없다.
• 절삭성은 절삭 가공이 쉬운 정도를 나타내는 가공 특성이다.
• 접합성은 용접 등으로 접합이 잘되는 정도를 나타내는 특성이다.

램이 저장할 수 있는 최대 크기는 1024바이트이다.

어드레스 선이 10개이면 지정할 수 있는 번지 수는 $2^{10}$개이고, 데이터 선 8개는 번지당 1바이트를 뜻한다.

$2^{10}\times1\mathrm{byte}=1024\mathrm{byte}$

• 80바이트는 계산값과 다르다.
• 256바이트는 계산값과 다르다.
• 8192는 계산값과 다르며, 바이트가 아니라 전체 비트 수에 해당하는 값이다.

2진수를 10진수로 변환하려면 각 자릿수에 해당하는 2의 거듭제곱을 곱한 후 모두 더한다. 2진수 101010을 오른쪽부터 0번째 자리부터 시작하면: $1 \times 2^5 + 0 \times 2^4 + 1 \times 2^3 + 0 \times 2^2 + 1 \times 2^1 + 0 \times 2^0 = 32 + 0 + 8 + 0 + 2 + 0 = 42$. 따라서 2진수 101010은 10진수 42로 변환된다.

진리표를 보면 A와 B가 다를 때(0,1 또는 1,0) Y=1, 같을 때(0,0 또는 1,1) Y=0이 된다. 이는 배타적 논리합(XOR)의 정의와 정확히 일치하므로 Y=A⊕B가 된다. AND, OR는 표의 값과 맞지 않고, XNOR(A⊙B)는 정반대(같을 때 1) 결과를 주므로 제외된다.

AC서보모터와 DC서보모터의 구조상 가장 큰 차이점은 브러시 유무이다. DC서보모터는 정류자와 브러시를 이용해 기계적으로 전류 방향을 바꾸어 회전력을 유지하는 반면, AC서보모터는 브러시가 없고 3상 교류 전원을 전자적으로 제어하여 회전자기장을 만든다. 이러한 구조적 차이로 인해 DC서보모터는 유지보수가 필요하고 브러시 마모가 발생하지만, AC서보모터는 무브러시로 수명이 길고 소음이 작다.

전자력은 자장 내 도체에 전류를 흘릴 때 작용하는 힘이다.

자기장 속의 전류가 흐르는 도체는 플레밍의 왼손 법칙에 따른 방향으로 힘을 받으며, 이 힘이 전동기가 회전하는 원리이다.

• 음·양의 전하가 대전되어 생기는 힘이라는 설명은 정전기력에 대한 것이다.
• 전기에너지에 의해 일을 한 속도라는 설명은 전력에 대한 것이며 전자력의 설명이 아니다.
• 같은 극 사이에서 흡인력이 작용한다는 설명은 틀리며, 같은 극 사이에서는 반발력이 작용한다.

2의 보수는 1의 보수에 1을 더한 값이다. 먼저 원본 0010 0110의 1의 보수를 구하면 모든 비트를 반전시켜 1101 1001을 얻는다. 여기에 1을 더하면 1101 1001 + 1 = 1101 1010이 되어 정답이다.