15년 2회차

센터리스 연삭기는 원통형 공작물(축, 롤러 등)의 외경을 연삭하는 일반 연삭기로, 절삭공구 자체를 연삭하는 용도가 아니라 완성된 공작물을 가공하는 기계다. 따라서 센터리스 연삭기만이 절삭공구 연삭용이 아닌 일반 공작물 연삭기다.

공구연삭기는 절삭공구를 연삭·재연마하는 전용 연삭기다.

• 초경공구 연삭기: 초경 절삭공구의 인선·수명 회복을 위해 사용된다.
• 드릴 연삭기: 드릴의 마모된 날을 재연마한다.
• 만능공구 연삭기: 엔드밀, 탭, 리머 등 다양한 절삭공구를 연삭할 수 있는 전용 기계다.

방전가공액은 절연성이 있고 인화 위험이 낮아야 하므로 등유·경유·변압기유 같은 절연유나 탈이온수를 쓴다. 휘발유는 인화점이 매우 낮아 방전 불꽃에 화재 위험이 커서 가공액으로 쓰지 않는다.

절삭제의 사용 목적과 거리가 먼 것은 절삭 저항의 증가다.

절삭제는 공구와 가공물 사이의 마찰과 발열을 줄여 절삭 저항을 오히려 감소시키는 역할을 하며, 이를 통해 공구 온도 상승 억제, 가공 정밀도 저하 방지, 공구 수명 연장의 효과를 얻는다.

척에 고정할 수 없는 불규칙하거나 대형·복잡한 가공물을 고정할 때 사용하는 선반 부속품은 면판(Face Plate)이다.

맨드릴은 구멍이 있는 가공물을 축에 끼워 지지하는 용도이고, 방진구는 가늘고 긴 공작물의 휨을 막는 용도, 돌리개는 센터작업 시 주축의 회전을 공작물에 전달하는 용도로 각각 목적이 다르다.

탁상용 연삭기 덮개의 노출 각도는 90° 이내이다. 이 가운데 숫돌 주축의 수평면 위로 이루는 원주 각도는 65° 이내로 제한된다.

지름이 큰 재료의 테이퍼를 깎기 위해서는 중공축이 필수 조건이 아니며, 오히려 테이퍼 가공 여부는 축의 형태와 무관하게 칩 배출 및 공구 접근성에 따라 결정된다. 지름이 큰 재료를 가공할 때는 축의 중공 여부보다는 회전수, 이송, 공구의 강도 등이 더 중요한 요소다.

선반의 주축을 중공축(hollow shaft)으로 설계한 타당한 이유는 다음과 같다.

• 굽힘과 비틀림 응력의 강화: 중공축은 같은 무게에서 굽힘과 비틀림에 대한 강도가 실심축보다 우수하다.
• 긴 가공물 고정: 긴 가공물을 축 관통으로 고정할 수 있다.
• 무게 감소: 축의 질량 감소로 베어링 하중이 감소한다.

원통도 불량의 원인과 대책이 옳게 짝지어진 것은 테이블 운동의 정도 불량에 대해 정도검사·수리·미끄럼면 윤활을 양호하게 하는 대책이다.

• 연삭숫돌의 눈메움은 숫돌 교체가 아니라 드레싱으로 해결하는 것이 일반적이다.
• 연삭숫돌의 흔들림은 센터 구멍 홈 조정이 아니라 숫돌의 밸런스(균형) 조정으로 대응한다.
• 입도가 거칠어서 생기는 문제라면 더 고운 입도의 숫돌을 써야 하므로, 굵은 입도의 숫돌을 쓰라는 것은 원인과 대책이 어긋난 설명이다.

선반가공 소요시간은 $T = \frac{L}{f \times n}$ 공식으로 구한다.
여기서 L은 가공길이, f는 이송속도(mm/rev), n은 주축회전수(rpm)이다.

가공길이 L = 400mm(소재 길이), 이송속도 f = 0.2mm/rev, 주축회전수 n = 400rpm을 대입하면
$T = \frac{400}{0.2 \times 400} = \frac{400}{80} = 5$분이다.

절삭깊이 3mm는 이송속도 계산에 영향을 주지 않으며, 가공 길이와 회전수만으로 소요시간이 결정된다.

호브(Hob)는 기어 절삭용 공구이며, 호빙 머신(Hobbing Machine)은 호브를 회전시켜 기어를 절삭하는 전용 공작기계다. 호빙 머신은 호브와 워크(기어)의 회전 관계를 정밀하게 제어하는 차동기구를 갖추고 있어, 호브의 진행에 정확히 맞춰 워크를 회전시켜 원하는 톱니 형태를 가공한다.

• 레이디얼 드릴링 머신: 구멍 가공용이다.
• 호닝 머신: 구멍의 정밀 가공용이다.
• 자동 선반: 원통형 부품 가공용이다.

따라서 호브와 차동기구를 갖춘 공작기계는 호빙 머신이 유일하다.

사인바(Sine Bar)는 정밀 각도 측정을 위한 게이지로서, 호칭치수는 두 롤러의 중심 사이 거리(중심거리)로 표시된다. 이 거리가 사인바의 기본 성능을 결정하는 핵심 사양이며, 일반적으로 100mm, 200mm, 300mm 등의 표준 규격으로 제시된다. 롤러의 직경이나 전장, 중량은 보조 사양일 뿐 호칭치수의 기준이 아니다.

리밍(Reaming)은 드릴로 뚫은 구멍을 정밀하게 마무리하는 작업으로, 드릴보다 저속에서 작업하고 이송을 크게 진행한다.

리밍은 이미 존재하는 구멍의 정밀도와 표면 거칠기를 개선하는 것이 목표이므로, 드릴 작업(구멍 형성 목적)과 다른 조건이 필요하다. 저속에서 작업하면 공구의 안정성이 높아지고 표면 품질이 우수하며, 큰 이송을 사용하면 칩 배출이 용이하고 능률이 높아진다.

드릴과 동일하거나 더 고속, 또는 이송을 작게 하면 공구 손상, 표면 거칠기 악화, 칩 걸림 등의 문제가 발생한다.

절삭 날 부분을 특정한 형상으로 만들어 복잡한 면을 한 번에 가공하는 데 적합한 밀링 커터는 총형 커터이다. 총형 커터는 절삭날의 윤곽을 공작물이 가공받아야 할 형상과 동일하게 설계하여, 한 번의 절삭으로 복잡한 프로파일이나 곡면을 완성할 수 있다. 엔드 밀은 주로 평면 가공에, 플레인 커터는 평탄면 가공에, 앵귤러 커터는 각도진 면 가공에 각각 제한적으로 사용되므로 복합 형상을 한 번에 처리하기에는 부적합하다.

스패너는 너트에 완전히 끼운 뒤 몸 앞쪽으로 당기면서 사용해야 한다. 뒤쪽으로 밀면 빠졌을 때 몸이 앞으로 쏠려 다칠 수 있다. 멍키렌치는 아래턱(이동 조) 방향으로 돌리고, 스패너에 다른 스패너나 파이프를 연결해 쓰지 않는 것은 올바른 안전수칙이다.

일반적으로 직경(외경) 측정에 사용하지 않는 것은 그루브 마이크로미터다.

그루브 마이크로미터는 홈이나 단이 진 부분의 치수를 재는 데 특화된 측정기이며, 강철자·버니어캘리퍼스·지시(다이얼)마이크로미터는 모두 일반적인 외경 측정에 사용된다.

하이트 게이지는 형식에 따라 특성이 다르며, HM형은 견고하고 금긋기에 적당하며 비교적 대형으로 영점 조정이 불가능한 형식이다. HT형은 영점 조정이 가능한 소형, HB형은 자석식 소형, HC형은 비교적 소형이므로 문제의 조건을 충족하지 않는다.

적하 급유법은 오일캔이나 유지 공급장치에서 윤활유를 한 방울씩 떨어뜨려 공급하는 방식으로, 저속 및 중속 축의 베어링 윤활에 가장 적합하다. 담금 급유법은 기어나 체인을 오일에 담가 윤활하는 방식이고, 패드 급유법은 회전체가 패드를 누르면서 오일을 흡수·공급하는 방식이며, 강제 급유법은 펌프로 압송하는 고속·대용량 시스템이므로 모두 조건에 맞지 않는다.

도면에서 센터 구멍 각도가 60°이고 원추면 끝에 120° 보호원추(면취부)가 추가로 표시되어 있다. A형은 보호원추가 없는 단순 원추형이며, B형은 60° 센터각에 120° 보호원추가 추가된 형상으로 축 끝면 손상을 방지하는 구조이다. 따라서 그림과 같이 D(60° 부분)와 D1(120° 보호원추 부분)이 함께 표시된 센터 구멍은 B형에 해당한다.

연삭숫돌 표시기호 "WA 100 K 5 V"에서 WA는 백색 알루미나(산화알루미늄) 입자를 의미하며(녹색 탄화규소는 GC로 표시), 100은 입도(粒度) 번호로 숫자가 클수록 입자가 고와지며 100은 고운눈에 해당한다. K는 결합도로 중간 정도(연~경 중 중간 수준)이며 극히 연하거나 경한 등급이 아니고, V는 비트리파이드(도자기질) 결합제를 의미하므로 메탈 결합제가 아니다. 따라서 옳은 설명은 입도에 관한 2번이다.

비교 측정에 사용되는 측정기가 아닌 것은 버니어 캘리퍼스다.

버니어 캘리퍼스는 눈금을 직접 읽어 치수를 구하는 직접(절대) 측정기인 반면, 다이얼 게이지·공기 마이크로미터·전기 마이크로미터는 기준 치수와의 차이를 증폭해 표시하는 비교 측정기이다.

테이블 이송속도는 회전속도(rpm) × 날수 × 1날당 이송량으로 구하며, 약 85mm/min이다.

절삭속도 공식
$v = \frac{\pi DN}{1000}$
에서 회전속도를 구하면
$20 = \frac{\pi \times 120 \times N}{1000}$
$N = \frac{20000}{120\pi} = \frac{20000}{376.99} \approx 53.05\text{ rpm}$

이송속도는
$f = N \times z \times f_n = 53.05 \times 8 \times 0.2 = 84.88\text{ mm/min}$
이므로 약 85mm/min이다.

뜨임의 목적이 아닌 것은 탄화물의 고용강화다.

뜨임은 담금질로 생긴 내부응력을 감소시키고 인성을 부여하며 조직을 안정화해 내마모성을 향상시키는 열처리로, 탄화물을 고용시켜 강화하는 개념은 뜨임의 목적에 해당하지 않는다.

톰백(tombac)은 Zn 5~20%가 첨가된 황동으로 전연성이 우수하고 색깔이 금색에 가까워 장식품이나 악기, 모조금 제품에 사용된다.

백동은 Cu-Ni계 합금이고, 6-4황동과 7-3황동은 Zn 함량이 각각 40%, 30%로 톰백보다 훨씬 높아 전연성보다 강도가 중시되는 합금이다.

풀림(annealing)은 재료를 연화시키고 내부응력을 제거하는 열처리로, 담금질된 강에 취성을 부여한다는 설명은 틀렸다.

담금질로 생긴 취성을 줄이고 인성을 회복시키는 것이 오히려 풀림·뜨임의 목적이며, 풀림을 하면 경도가 낮아지고 조직이 균일화·미세화되며 내부 가스와 불순물이 방출·확산되어 응력이 저하된다.

Fe-C 상태도의 공정점(4.3%C, 1130°C)에서는 액체가 오스테나이트(Austenite)와 시멘타이트(Cementite)로 동시에 정출되어 레데뷰라이트 조직을 이룬다.

펄라이트는 오스테나이트가 공석점(0.8%C, 723°C)에서 페라이트와 시멘타이트로 분해되며 생기는 조직이므로 공정점 조직과는 구별된다.

금속이나 합금을 절대영도 부근까지 냉각했을 때 전기저항이 완전히 사라져 전류가 감소하지 않는 현상을 초전도(superconductivity)라 한다.

초소성은 특정 온도·변형속도에서 금속이 매우 큰 연신율을 보이는 현상이고, 고상접합은 모재를 녹이지 않고 압력·확산으로 접합하는 방식으로 전기저항 소멸과는 관계가 없다.

담금질한 강을 뜨임(재가열)할 때 조직은 온도가 높아질수록 마텐자이트 → 트루스타이트 → 솔바이트 → 펄라이트 순으로 변화하며, 600°C 부근에서는 솔바이트(sorbite) 조직이 나타난다.

트루스타이트는 이보다 낮은 300~450°C 부근에서 생기는 조직이므로 600°C 부근의 조직과는 다르다.

주철 용해용 고주파 유도 용해로와 같은 전기로의 크기는 1회에 용해할 수 있는 최대 용해톤수로 표시한다.

매 시간당·1일·8시간 조업 기준의 누적 생산량은 용해로 자체의 용량이 아니라 조업 실적을 나타내는 값이므로 크기 표시 기준이 될 수 없다.

18-8형 스테인리스강은 오스테나이트계 스테인리스강으로 상온에서 비자성(자성을 갖지 않는다)이므로, 상온에서 자성을 갖는다는 설명은 틀렸다.

이 강은 담금질로 경화되지 않고, 1000~1100°C에서 급랭하면 오히려 가공성과 내식성이 향상되며, 500~850°C로 재가열하면 탄화크롬이 입계에 석출되어 예민화(입계부식)가 일어난다.

용광로(고로)의 용량은 1일(24시간) 동안 생산되는 선철의 총량으로 나타내는 것이 일반적이다.

1회, 10시간, 1개월 단위의 생산량은 실제 조업 관행과 맞지 않아 용광로 용량 표시 기준으로 쓰이지 않는다.

Y합금, 로엑스(Lo-Ex), 코비탈륨은 모두 고온에서 강도와 치수 안정성이 요구되는 내열용(내열 피스톤용) 알루미늄 합금이다.

• Y합금: Al-Cu-Ni-Mg계 내열 합금
• 로엑스(Lo-Ex): Al-Si계에 Cu·Ni·Mg를 더해 열팽창을 낮춘 피스톤용 합금
• 코비탈륨: Y합금에 Ti·Cu를 소량 첨가한 내열 합금

반면 듀랄루민은 Al-Cu-Mg-Mn계의 고강도 알루미늄 합금으로 시효경화를 이용한 구조재용 합금이며 내열성을 목적으로 개발된 합금이 아니다.

너클 핀 이음은 포크(양쪽)가 핀을 감싸는 구조여서 핀이 두 단면에서 동시에 전단되는 복(複)전단 상태로 설계한다.

전단면적 $A = 2 \times \dfrac{\pi d^2}{4}$이므로 허용전단응력은 $\tau = \dfrac{F}{2 \cdot \frac{\pi d^2}{4}} = \dfrac{2F}{\pi d^2}$이다.

이를 $d$에 대해 정리하면 $d = \sqrt{\dfrac{2F}{\pi \tau}} = \sqrt{\dfrac{2 \times 50000}{\pi \times 50}} \approx 25.2\ \mathrm{mm}$로, 핀의 지름은 약 25.2mm이다.

최대 주응력설에 따른 상당 굽힘 모멘트는 $M_e=\dfrac{1}{2}\left(M+\sqrt{M^{2}+T^{2}}\right)$이다.

굽힘과 비틀림을 동시에 받는 축의 최대 주응력을, 굽힘만 받을 때의 굽힘응력과 같다고 놓고 정리하면 위 식이 얻어진다. 근호 안이 M과 T의 제곱합이라는 점이 핵심이어서, 제곱 없이 $\sqrt{M+T}$로 쓴 식은 차원부터 맞지 않는다.

또 괄호 안 앞의 항은 굽힘 모멘트 M 그 자체여야 하므로 $M^{2}$으로 쓴 식도 옳지 않다. 참고로 전단응력설에 의한 상당 비틀림 모멘트는 $T_e=\sqrt{M^{2}+T^{2}}$이며, $M_e=\dfrac{1}{2}\left(M+T_e\right)$의 관계가 성립한다.

스프링의 자유높이 H와 코일 평균지름 D의 비 $H/D$를 스프링 종횡비(aspect ratio)라 하며, 좌굴 안정성을 판단하는 지표로 사용된다.

스프링 지수는 소선지름에 대한 코일 평균지름의 비, 스프링 상수는 하중과 처짐의 비를 나타내는 값으로 종횡비와는 다른 개념이다.

두 스퍼기어의 축간거리는 두 피치원 반지름의 합이므로 $D_1 + D_2 = 2 \times 55 = 110\ \mathrm{cm}$이다.

맞물린 기어는 피치선 속도가 같으므로 회전수와 피치원 지름은 반비례 관계 $N_1 D_1 = N_2 D_2$를 만족한다. 피니언(124회전)과 기어(96회전) 조건을 대입하면 $D_2 = D_1 \times \dfrac{124}{96}$이다.

두 식을 연립하면 $D_1\left(1+\dfrac{124}{96}\right) = 110$에서 $D_1 \approx 48\ \mathrm{cm}$로, 피니언의 피치원 지름은 48cm이다.

자전거 뒷바퀴의 래칫휠은 한쪽 방향으로만 동력을 전달하고 반대 방향으로는 헛도는 구조로, 이러한 기구를 일방향 클러치(one-way clutch)라 한다.

맞물림 클러치와 마찰 클러치는 양방향 동력전달이 가능한 구조이고, 원심 클러치는 회전속도에 따라 원심력으로 단속되는 클러치이므로 래칫휠의 작동 원리와는 다르다.

베어링 수명식 $L_h = 500 f_h^{\,r}$ (볼베어링 $r=3$)에서 수명계수를 구하면 $f_h = \left(\dfrac{L_h}{500}\right)^{1/3} = \left(\dfrac{60000}{500}\right)^{1/3} \approx 4.93$이다.

속도계수는 $f_n = \left(\dfrac{33.3}{n}\right)^{1/3} = \left(\dfrac{33.3}{300}\right)^{1/3} \approx 0.48$이며, 하중계수 1.5를 반영한 등가 하중은 $P = 1.5 \times 110 = 165\ \mathrm{N}$이다.

$f_h = f_n \dfrac{C}{P}$ 관계에서 기본 동정격하중은 $C = \dfrac{f_h}{f_n} \times P \approx 10.27 \times 165 \approx 1693\ \mathrm{N}$이다.

보기 중 미터사다리꼴 나사(TM)의 나사산 각도는 30°이며, 35°라는 설명은 틀렸다.

• 미터보통나사의 나사산 각도는 60°이다.
• 관용평행나사의 나사산 각도는 55°이다.
• 유니파이 보통나사의 나사산 각도는 60°이다.

1줄 겹치기 리벳 이음에서 강판의 효율은 $\eta_1=\dfrac{p-d}{p}$이다.

효율은 구멍이 뚫린 판이 견디는 힘을 구멍이 없는 판이 견디는 힘으로 나눈 값이다. 피치 $p$ 구간에서 구멍이 없을 때의 인장력은 $p\,t\,\sigma_t$, 구멍이 뚫린 뒤 남은 단면의 인장력은 $(p-d)\,t\,\sigma_t$이므로 $\eta_1=\dfrac{(p-d)t\sigma_t}{p\,t\,\sigma_t}=\dfrac{p-d}{p}$가 된다.

• 분자를 $d-p$, 분모를 $d$로 잡은 식은 $p>d$인 실제 이음에서 음수가 되어 효율이 될 수 없다.
• $p\,t\,\sigma_t$나 $(p-d)t\sigma_t$는 판이 견디는 힘(강도) 자체이지, 무차원 비율인 효율이 아니다.

각속도와 회전수의 관계식은 $N = \dfrac{60\,\omega}{2\pi}$이다.

$\omega = 30\ \mathrm{rad/sec}$를 대입하면 $N = \dfrac{60 \times 30}{2\pi} \approx 286.5\ \mathrm{rpm}$이 된다.

V벨트의 사다리꼴 단면이 이루는 각 $\theta$는 40°로 규격화되어 있다.

그림처럼 단면의 양 빗변을 아래로 연장하면 한 점에서 만나고 그 사이 각이 $\theta$인데, KS에서 M·A·B·C·D·E 등 모든 형별의 V벨트가 이 각을 40°로 통일해 쓴다.

반면 풀리의 V홈 각도는 벨트보다 조금 작은 34°·36°·38°로 만든다. 벨트가 홈에 눌려 옆으로 퍼지면서 양 빗면에 고르게 밀착하도록 해 쐐기 작용으로 큰 마찰력을 얻기 위해서다.

위치 검출 방법의 선정은 NC프로그래밍 단계나 가공 실행 중 좌표계 설정 시에 다루어지는 항목으로, 부품도면을 바탕으로 한 초기 가공계획 수립과는 거리가 있다.

NC프로그래밍 전 가공계획 수립 단계에서는 기계·공구·고정방법·가공순서와 같이 실제 가공 실행에 필요한 구체적 요소들을 중점적으로 검토하며, 다음은 모두 가공계획의 핵심 구성 요소다.

• 가공순서 및 공구의 선정
• 사용해야 할 NC 공작기계의 선정
• 가공물의 고정방법 및 치공구의 선정

캐시 메모리(cache memory)는 CPU와 주기억장치 사이에 위치해 자주 쓰이는 데이터를 임시 저장함으로써, CPU 내부의 자료 처리 속도와 주기억장치 접근 속도 차이로 발생하는 병목 현상을 줄이는 역할을 한다.

명령어 집합(Instruction Set)은 CPU가 처리할 수 있는 명령의 종류를 정의한 것이고, 코프로세서와 BIOS는 각각 특정 연산 보조와 초기 부팅 제어 기능을 담당하므로 자료 이동 병목 완화와는 목적이 다르다.

기하학적 변환에서 거리 보존 여부를 판단하는 기준은 강체 변환(Rigid Transformation) 여부다. 이동변환은 모든 점을 같은 방향·거리로 이동시켜 거리 불변, 회전변환은 기준점 중심으로 회전하되 점 간 상대 거리 불변, 반사 변환은 대칭축 기준으로 반사하되 거리 불변이다. 반면 크기 변환(스케일링)은 모든 좌표에 스케일 인수(0보다 큰 실수)를 곱하므로 점 간 거리가 그 인수배로 변환되어, 유일하게 거리를 변경하는 변환이다.

FMS(유연생산시스템)는 다품종 소량생산에 유연하게 대응하기 위한 시스템으로, 단품종 대량생산에 적합하다는 설명은 옳지 않다.

FMS는 공정변화에 유연하게 대처할 수 있고 재고 관리와 제어가 용이하며 자동화를 통해 인건비를 절감할 수 있다는 장점이 있지만, 이는 단일 품종의 대량생산보다는 여러 품종을 소량씩 유연하게 생산하는 데 강점이 있는 시스템이다.

네 조정점 $P_0, P_1, P_2, P_3$로 정의되는 3차 베지어 곡선에서 끝점 $P_3$에서의 접선벡터는 마지막 두 조정점만으로 결정된다.

그 값은 $3(P_3 - P_2) = 3P_3 - 3P_2$로 표현되며, 이는 곡선이 $P_3$에 도달하기 직전 구간의 변화 방향을 나타낸다.

서피스 모델은 면(surface) 정보만을 다루므로 체적, 관성모멘트 등 물리적 성질을 계산하기가 용이하다는 설명은 옳지 않다. 이러한 질량 특성 계산은 내부까지 완전한 형상 정보를 갖는 솔리드 모델에서 용이하다.

서피스 모델은 면 정보를 가지므로 은선 제거와 2개 면의 교선 계산, NC 가공 정보 추출이 가능하다는 장점이 있다.

쿤스(Coons) 곡면은 4개의 모서리점과 4개의 경계곡선으로 정의되는 곡면으로, 표현이 간결해 초기 CAD 시스템에서 널리 쓰였다.

다만 곡면 내부의 볼록한 정도(형상)를 직접 조절하기 어려워 정밀한 곡면 표현에는 한계가 있으며, 이 때문에 베지어·B-spline·NURBS 곡면으로 대체되었다.

NURBS 곡선은 일반적으로 조종점을 모두 지나지 않는 근사 곡선이며, 곡선이 통과하는 것은 시작점과 끝점(양 끝 조종점)뿐이다. 따라서 모든 조종점을 지나는 부드러운 곡선이라는 설명은 옳지 않다.

NURBS는 가중치를 가진 조종점으로 곡선의 형태를 자유롭게 변형할 수 있고 원, 타원 등 원추곡선을 정확히 표현할 수 있으며, 가중치를 균일하게 두면 B-spline이나 베지어 곡선도 표현할 수 있는 일반화된 곡선 표현 방식이다.

서로 다른 CAD/CAM 시스템 간에 형상 데이터를 교환하기 위해 만들어진 대표적인 중립파일(neutral file) 형식은 IGES(Initial Graphics Exchange Specification)이다.

HTML, HWP, PDF는 각각 웹 문서, 워드프로세서 문서, 전자문서 교환용 형식으로 CAD 형상 데이터 교환을 위한 표준이 아니다.

퐁(Phong) 음영기법은 각 픽셀에서 개별적으로 법선 벡터를 보간하여 조명 계산을 수행하므로 가장 사실적인 음영 결과를 제공한다. 단면별 음영은 면 전체가 동일한 색으로 표현되어 가장 단순하고, 구로드 음영은 꼭짓점에서의 색을 선형 보간하므로 퐁 음영보다 부드럽지만 반사 하이라이트 표현에서 덜 정확하며 현실감이 떨어진다. 평활 음영은 별도의 단독 기법이 아니라 보간 방식을 나타내는 용어로 구로드와 유사한 수준이다.

와이어프레임(wireframe) 모델은 점과 선(모서리) 정보만으로 형상을 표현하며 면(surface) 정보가 없어 은선 제거가 불가능하다.

서피스 모델, B-rep 모델, CSG 모델은 모두 면이나 체적 정보를 포함하고 있어 어떤 부분이 가려지는지를 판별하여 은선을 제거할 수 있다.

CL Data(Cutter Location Data)는 공구경로를 공작기계에 독립적으로 표현한 중간 데이터로, 이를 특정 CNC 공작기계의 제어장치(controller)에 맞는 NC Data로 변환하는 과정을 후처리(post processing)라 한다.

공구경로 검증은 생성된 경로가 간섭 없이 올바른지 확인하는 단계이고, CL Data 생성은 후처리 이전 단계이므로 질문이 설명하는 과정과는 다르다.

광원에서 나온 빛이 물체에 반사·굴절되어 화면(눈)에 도달하는 경로를 역방향으로 추적하여 각 화소의 명암과 색을 결정하는 렌더링 기법을 광선 투사(ray tracing)법이라 한다.

Z-버퍼 방법과 화가 알고리즘은 깊이값이나 그리는 순서를 이용해 은면을 제거하는 방식이고, 후향면 제거는 시점에서 보이지 않는 면을 미리 배제하는 방식으로, 빛의 경로 자체를 추적하는 광선 투사법과는 원리가 다르다.

CGI(Computer Graphics Interface)는 VDI(Virtual Device Interface)라는 이름으로 출발한 하드웨어 기준의 표준으로, 그래픽 소프트웨어와 출력 장치(디바이스) 사이의 인터페이스를 규정해 다양한 장치를 공통된 방식으로 제어할 수 있게 한다.

GKS는 그래픽 기능 자체를 정의한 국제 표준이고 CGM은 그래픽 메타파일 포맷, IGES는 CAD 데이터 교환용 중립파일이어서 하드웨어 제어 표준과는 성격이 다르다.

데이터 처리장치(DPU)는 입출력 데이터의 처리와 보간 연산을 담당하며, 축의 위치·속도 제어는 제어루프장치(CLU)의 역할이다. 1번은 CNC컨트롤러의 정의로 정확하고, 2번은 1세대 NC기계가 천공테이프 방식으로 메모리 없이 작동했던 사실이 맞으며, 3번은 MCU가 DPU와 CLU로 구성되는 표준 구조가 맞다. 따라서 4번이 데이터 처리장치의 기능을 제어루프장치의 역할로 잘못 설명한 틀린 보기다.

일반적으로 병렬포트에 비해 직렬포트는 통신속도 자체는 느리지만 장거리에서도 데이터 손실과 잡음의 영향이 적고 양방향 통신이 가능해 DNC 통신에 널리 쓰인다. 따라서 통신속도가 빠르다는 설명은 직렬포트를 쓰는 이유로 옳지 않다.

데이터 손실이 적은 점, 데이터를 주고받을 수 있는 점(양방향성), 잡음에 대한 성능이 우수한 점은 모두 직렬포트를 선택하는 실제 이유에 해당한다.

1차식 $ax + by + c = 0$으로 표현되는 도형은 직선이다.

원, 타원, 포물선은 모두 $x, y$에 대한 2차식으로 표현되는 이차곡선이므로 1차 방정식으로는 나타낼 수 없다.

자주 설계되는 홀, 키 슬롯, 포켓 등의 반복되는 형상들을 라이브러리에 미리 저장하고 필요시 단품설계에 불러와 사용하는 방식은 피처 기반 모델링(Feature-based modeling)이다.

피처 기반 모델링은 홀 가공, 포켓 가공 등 설계 의도와 제조 공정을 반영한 기본 형상(피처)들을 재사용 가능한 라이브러리로 구축하여 설계 효율을 높이는 방식이다.

• parametric modeling: 매개변수 모델링은 치수 변수 간 관계식 정의로, 피처 라이브러리 구축과는 직접적 관계가 없다.
• Surface modeling: 서피스 모델링은 자유곡면 표현으로, 피처 라이브러리 구축과는 직접적 관계가 없다.
• Boolean operation: 불린 연산은 기하학적 합집합·차집합 연산으로, 피처 라이브러리 구축과는 직접적 관계가 없다.

프리미티브(primitive)는 솔리드 모델링에서 형상을 조합하는 기본 단위 입체로, 원기둥·원뿔·구·직육면체 등이 이에 해당한다.

edge(모서리)는 두 면이 만나는 경계선으로 B-rep 표현의 위상 요소일 뿐, 그 자체로 체적을 갖는 기본 입체(프리미티브)는 아니다.

B-rep(경계표현) 방식에서 루프(loop)란 하나의 면을 내부와 외부로 경계 짓는 모서리들이 연결되어 이루는 닫힌 회로(closed circuit)를 말한다.

모서리를 두 방향으로 쪼갠 것은 에지 분할 개념이고, 면들이 모여 이룬 닫힌 면의 고리나 닫힌 입체는 각각 쉘(shell)이나 솔리드 개념에 해당하므로 루프의 정의와는 다르다.

도면에서 여러 선이 같은 위치에 겹칠 때는 외형선 → 숨은선 → 절단선 → 중심선 → 무게중심선 → 치수보조선 순으로 우선순위를 둔다.

제시된 보기 중에서는 절단선이 중심선, 무게중심선, 치수보조선보다 우선순위가 높아 겹치는 자리에 절단선을 그린다.

나사 표시 "L 2N M10-6H/6g"에서 L은 왼나사를 의미하므로 감김 방향이 오른쪽이라는 설명은 틀렸다. 2N은 2줄나사, M10은 미터나사이며 바깥지름 10mm를 나타내므로 4번은 옳고, 6H/6g는 각각 암나사·수나사의 등급을 나타내므로 2번, 3번도 옳은 설명이다.

스케치도는 설계 초기 단계에서 아이디어를 신속하게 표현하는 도면으로, 프리핸드로 그리며 측정한 치수를 기입하는 것이 특징이다. 또한 스케치도는 제작도의 대체 역할을 할 수 있으므로 1, 2, 4번은 모두 올바른 설명이다. 반면 3번은 틀렸는데, 스케치도가 제작도로 사용될 때는 재질 및 가공법 같은 필수 정보도 기입해야 도면의 완전성을 갖춘다.

공차기입틀의 기호가 가로 직선(진직도)이고 공차값이 $\phi 0.02$이며 지시선 화살표가 중심선(축선) 위에 놓였으므로, ø20과 ø40 부분을 관통하는 공통 축직선의 진직도가 지름 0.02인 원통 안에 있어야 한다는 뜻이다.

공차값 앞에 $\phi$가 붙으면 공차역이 두 평면 사이가 아니라 지름 0.02의 원통임을 나타내며, 이는 면이 아니라 축선 같은 선을 규제할 때 쓰는 표기다.

• 기호가 원통도가 아니라 진직도이므로 원통면 자체의 형상을 규제한 것으로 볼 수 없고, 공차값도 0.01이 아니라 0.02다.
• 화살표가 ø20 부분의 외형선이 아니라 두 단이 공유하는 중심선에 붙어 있으므로, 작은 지름 부분에만 적용된다고 해석할 수 없다.

제거가공을 허용하지 않는다는 지시는 지시 기호(∨)의 꼭짓점에 작은 원(○)을 얹은 기호다.

이 기호는 주조·단조·압연 등으로 만들어진 면을 그대로 두고 절삭이나 연삭으로 깎아내지 말라는 뜻이며, 정답 그림이 바로 V자 위에 원이 놓인 형태다.

• V자에 가로선을 덧그은 기호는 반대로 제거가공을 필요로 한다는 지시다.
• 아무것도 덧붙이지 않은 기본 V자 기호는 제거가공 여부를 문제 삼지 않을 때 쓴다.

평면도와 좌측면도를 조합하면 오른쪽 절반만 전체 높이로 솟고 왼쪽 절반은 아래쪽 절반만 남는 계단 모양이 정면도가 된다.

평면도는 뒤쪽 절반이 좌우 폭 전체를 차지하고 앞쪽 절반은 오른쪽에만 있으며, 좌우 중앙과 앞뒤 중앙에 각각 경계선이 그려져 있다. 좌측면도는 뒤쪽이 전체 높이이고 앞쪽은 아래 절반뿐이므로, 뒤쪽 오른쪽 블록만 높고 뒤쪽 왼쪽과 앞쪽 오른쪽 블록은 절반 높이이며 앞쪽 왼쪽에는 재료가 없다.

따라서 앞에서 보면 오른쪽은 위까지 꽉 차고 왼쪽은 절반 높이까지만 보인다. 오른쪽 절반의 중간 높이에는 앞쪽 낮은 블록의 윗면이 만드는 가로 실선이, 좌우 중앙에는 앞뒤 깊이가 달라 생기는 세로 실선이 나타난다.

왼쪽이 높고 오른쪽이 낮은 형태는 좌우가 뒤집힌 것이고, 아래쪽이 중앙 세로선 없이 하나의 긴 직사각형으로 이어진 형태는 앞뒤 깊이 차이로 생기는 능선을 빠뜨린 것이라 맞지 않는다.

KS 가공방법 기호에서 방전가공은 SPED이다. 나머지 보기는 기호가 서로 뒤바뀌어 있다: 전해가공은 SPEC, 전해연삭은 SPEG, 초음파가공은 SPU이며, SPLB는 레이저가공의 기호이다.

핸들이나 바퀴의 암, 리브 등의 단면 형상을 나타낼 때 절단선의 연장선 위에 그 단면을 90° 회전시켜 실선으로 겹쳐 그리는 단면도를 회전도시 단면도라 한다.

온 단면도와 한쪽 단면도는 대상물을 절단면으로 절단하여 내부를 전체 또는 절반만 나타내는 방식이고, 조합 단면도는 여러 절단면을 조합해 나타내는 방식으로, 특정 부위만 회전시켜 겹쳐 그리는 표현과는 다르다.

ø50H7/g6는 구멍 기준식 끼워맞춤으로, 구멍 공차역이 H7, 축 공차역이 g6이며 양쪽 모두 호칭치수는 ø50으로 같다.

g6와 같이 알파벳이 h보다 앞서면서 소문자인 공차역은 항상 축이 구멍보다 작게 유지되는 헐거운 끼워맞춤에 해당하므로, 중간 끼워맞춤이라는 설명은 옳지 않다.

KS 제도 규칙에서 선의 굵기는 가는 선 : 굵은 선 : 아주 굵은 선 = 1 : 2 : 4의 비율을 기준으로 한다.

굵은 선이 0.5mm이면 가는 선은 그 절반인 0.25mm, 아주 굵은 선은 두 배인 1mm가 가장 적합하다.

날끝 반경 R인 바이트로 이송 f를 줄 때 가공면의 이론적 최대 높이는 $H_{max}=\dfrac{f^{2}}{8R}$이다.

이송할 때마다 남는 원호 사이의 산 높이를 기하학적으로 구하면 $H_{max}=R-\sqrt{R^{2}-\left(\dfrac{f}{2}\right)^{2}}$이고, $f \ll R$이므로 이를 전개·근사하면 $\dfrac{f^{2}}{8R}$가 된다.

즉 이송이 커지면 거칠기는 제곱으로 나빠지고, 날끝 반경이 클수록 반비례로 고와진다. 다듬질에서 이송을 줄이고 노즈 반경이 큰 인서트를 쓰는 이유가 여기에 있다.

• R을 분자, f²을 분모에 둔 식들은 이송이 커질수록 표면이 고와진다는 뜻이 되어 실제와 반대다.
• 분모가 R뿐인 식은 경향은 맞지만 상수 8이 빠져 거칠기를 8배로 과대평가한다.

볼 나사(볼 스크류)는 나사산 사이에 강구를 넣어 미끄럼 마찰을 구름 마찰로 바꾼 것으로 CNC 공작기계 각 축의 이송 정밀도를 높이는 데 사용한다.

마찰저항과 백래시가 작아 위치결정 정밀도와 반복 정밀도가 우수해 서보모터 이송계의 표준 부품으로 쓰인다.

• 삼각나사는 체결용 나사로 이송 정밀도 목적이 아니다.
• 사각 나사와 둥근나사는 동력 전달·이송 나사로 쓰이지만 미끄럼 마찰이라 정밀 이송에는 불리하다.

기계 원점으로 자동 복귀하는 준비기능은 G28이다.

G28은 지정한 중간점을 거쳐 기계 좌표계의 원점(기계원점)으로 자동 복귀시키는 코드이다.

• G27은 원점 복귀 확인(원점 도달 여부 점검) 기능이다.
• G29는 원점으로부터 지정 위치로 복귀하는 기능이다.
• G30은 제2, 제3 원점 등 보조 원점으로 복귀하는 기능이다.

내경이 목표보다 0.6mm 작게(ø30.0 − ø29.4) 가공되었으므로, X축 보정값을 지름값으로 +0.6 늘려 공구가 바깥쪽으로 더 깎도록 한다.
$X=3.2+0.6=3.8$
길이 방향 오차는 없으므로 Z는 6.0 그대로 두어 X=3.8, Z=6.0이 된다.

방전가공 중 운전 중 전극을 만져 간격을 조절하는 것은 안전대책이 아니라 오히려 위험한 행위다.

방전가공은 고전압·아크가 발생하므로 운전 중에는 전극에 손을 대지 않아야 하며, 간격 조절은 자동 서보기구나 정지 후에 수행해야 한다.

• 적절한 접지공사, 지정된 가공액 사용, 장시간 무인운전 회피는 모두 올바른 안전대책이다.

고정 사이클에서 G98은 구멍 가공을 마친 뒤 공구를 초기점(initial point)까지 복귀시키라는 지령이다.

제시된 블록은 G81(드릴링 사이클)·G90(절대지령)·G98과 좌표 X50. Y50., 가공 좌표 Z100., R점 R5.로 구성된다. 여기서 R5.는 급속이송이 절삭이송으로 바뀌는 R점이고, 사이클이 끝나면 공구는 이 R점이 아니라 사이클에 들어가기 직전의 Z 위치로 되올라간다.

가공물 위에 클램프나 단차가 있어 공구가 높이 빠져나와야 할 때 G98을 쓰고, 장애물이 없어 R점까지만 빠져도 될 때는 G99를 써서 이동 시간을 줄인다.

• R 원점(R점)까지만 복귀시키는 것은 G99의 기능이다.
• 절대지령과 증분지령은 G90·G91이며, 이 블록에서는 G90이 절대지령을 지정하고 있다.

탭핑 사이클의 이송속도는 나사의 피치와 주축 회전수의 곱으로 결정된다.

$F = p \times N = 1.25\,\mathrm{mm} \times 600\,\mathrm{rpm} = 750\,\mathrm{mm/min}$

탭 가공은 나사 피치만큼 주축 1회전당 정확히 이송해야 나사산이 정상적으로 가공되므로, 이송속도는 회전수에 피치를 곱한 값으로 지령한다.

와이어 컷 방전가공의 보정량(오프셋)은 와이어 반지름 + 방전 갭으로 구한다.
$\text{보정량} = \dfrac{d}{2} + g = \dfrac{0.2}{2} + 0.05 = 0.1 + 0.05 = 0.15\,\text{mm}$
방전 갭 50㎛는 0.05mm이므로 보정량은 0.15mm이다.

선반 절삭 시 여러 분력 중 주분력이 가장 크다.

주분력은 절삭방향(공작물 회전방향)으로 작용하는 힘으로 전체 절삭동력을 결정하는 주된 성분이며, 배분력과 이송분력은 이보다 작다.

• 배분력은 공작물 반경 방향으로 공구를 밀어내는 분력으로 주분력보다 작다.
• 이송분력은 이송방향으로 작용하는 분력으로 세 분력 중 가장 작다.
• 회전분력은 선반 절삭저항의 3분력 구분에 쓰이지 않는 용어다.

그림은 모터 쪽 검출기와 테이블 쪽 검출기를 함께 두어 두 계통의 피드백을 받는 하이브리드 서보 방식이다.

위치지령이 정보처리회로와 파워증폭기를 거쳐 AC 서보모터를 구동하고, 정보처리회로로 되돌아오는 피드백 선이 여러 갈래다. 하나는 서보모터에 직결된 위치검출기에서, 다른 하나는 테이블에 붙은 위치검출기(로터리 엔코더)에서 들어온다.

모터 축만 보는 방식의 빠른 응답성과, 테이블의 실제 이동량을 보는 방식의 높은 정밀도를 합친 구성이므로 볼스크루의 백래시·열변형까지 보정할 수 있는 대신 구성이 복잡하고 가격이 비싸다.

• 반폐쇄회로는 모터(또는 볼스크루) 쪽 검출기 하나만 사용해 테이블의 실제 오차는 보정하지 못한다.
• 폐쇄회로는 테이블 쪽 검출기만 두어 실제 이동량을 되먹임한다.
• 개방회로는 피드백 선 자체가 없어 지령 펄스만큼만 움직인다.