08년 1회차

선반 가공에서 절삭속도는 공작물의 지름과 회전수로부터 구한다.

$V=\dfrac{\pi D N}{1000}=\dfrac{\pi\times30\times318}{1000}$

계산하면 $V \approx 30\ \mathrm{m/min}$이 되어, 이때의 절삭속도는 약 30m/min이다.

사인바의 호칭치수는 사인바에 부착된 양쪽 롤러의 중심 사이 거리로 나타낸다.

이 호칭치수와 삼각함수 관계를 이용해 게이지 블록의 높이차로부터 원하는 각도를 정밀하게 설정할 수 있다.

밀링 가공에서 보안경을 착용하는 가장 큰 이유는 회전하는 커터에 의해 발생하는 칩(chip)이 비산하여 눈에 튀어 들어갈 위험이 크기 때문이다.

밀링은 다인 공구가 고속 회전하며 절삭을 하므로 절삭 중 생긴 칩이 사방으로 튀는 경우가 많아, 보안경은 이를 막기 위한 기본 안전 장비이다.

셰이퍼·플레이너의 급속귀환 운동기구는 절삭 행정보다 귀환(비절삭) 행정을 빠르게 진행시켜 가공에 걸리는 전체 시간을 줄이고 절삭 능률을 높이기 위해 사용한다.

절삭 행정에서는 천천히 이송하며 가공물을 깎고, 힘이 필요 없는 귀환 행정에서는 빠르게 공구대를 되돌림으로써 단위 시간당 가공량을 늘리는 것이 목적이다.

절삭유체(절삭유)는 공구와 공작물 사이의 마찰열을 낮추어 공구 수명을 연장시키는 역할을 하므로, 공구 수명을 단축시킨다는 설명은 절삭유체의 역할과 반대된다.

절삭유체는 냉각 작용으로 가공열을 낮추고, 칩과 절삭 부위의 이물질을 씻어내는 세척 작용, 공구와 공작물 사이 마찰을 줄이는 윤활 작용을 함께 수행한다.

압연 가공은 회전하는 롤 사이로 재료를 통과시켜 두께를 줄이며 형상을 만드는 소성가공으로, 칩을 발생시켜 재료를 깎아내는 절삭가공이 아니다.

• 선반 가공은 공작물을 회전시키며 바이트로 깎아내는 절삭가공이다.
• 밀링 가공은 회전하는 커터로 재료를 깎아내는 절삭가공이다.
• 드릴링 가공은 드릴로 구멍을 뚫어 칩을 배출하는 절삭가공이다.

수준기(레벨)는 기계나 구조물의 수평·수직 상태(기울기)를 확인하는 계측기로, 길이를 측정하는 기구가 아니다.

• 버니어 캘리퍼스는 내경·외경·깊이 등 길이를 측정한다.
• 마이크로미터는 정밀한 길이(두께·지름)를 측정한다.
• 하이트게이지는 높이(길이)를 측정한다.

래핑은 랩(lap)과 공작물 사이에 랩제(미세한 연마입자)를 넣고 상대 운동시켜 표면을 매끄럽게 다듬는 정밀 다듬질 가공이다. 작업 방법이 비교적 간단하고 대량생산이 가능하다는 것이 래핑의 특징이므로, 대량생산에 적합하지 않다는 설명은 옳지 않다.

래핑으로는 거울면처럼 매끈한 가공면과 높은 정밀도를 얻을 수 있고, 가공면의 윤활성·내마모성도 좋다. 다만 가공면에 랩제가 남기 쉽고, 남은 랩제가 사용 중 마모를 일으킬 수 있다는 점은 단점이다.

밀링 테이블의 이송속도는 날당 이송량 × 날수 × 회전수로 구한다. 날당 이송량을 mm 단위로 넣었으므로 계산값의 단위는 mm/min이며, 결과는 960 mm/min(0.96 m/min)이다.

$f = f_z \times z \times n = 0.2 \times 12 \times 400 = 960\,\mathrm{mm/min}$

연삭숫돌의 3요소는 숫돌입자·결합제·기공이다. 결합도는 결합제가 숫돌입자를 붙잡고 있는 세기, 즉 숫돌의 단단한 정도를 나타내는 성질로, 숫돌입자·입도·결합도·조직·결합제로 이루어진 5요소에는 들지만 3요소에는 해당하지 않는다.

숫돌입자는 실제로 깎아내는 절삭날 역할을, 결합제는 입자를 붙잡아 고정하는 역할을, 기공은 칩이 빠져나가고 절삭유가 드나드는 통로 역할을 한다.

일렉트론(Elektron)은 마그네슘(Mg)계 합금의 상품명으로, 알루미늄을 주성분으로 하는 내식용 합금이 아니다.

• 알민(almin)은 Al-Mn계 내식용 알루미늄합금이다.
• 알드레이(aldrey)는 Al-Mg-Si계 내식용 알루미늄합금이다.
• 하이드로날륨(hydronalium)은 Al-Mg계로 내해수성이 우수한 알루미늄합금이다.

리드(lead)는 나사를 한 바퀴 돌렸을 때 축 방향으로 나아가는 거리로, 피치에 나사의 줄수를 곱한 값과 같다.

$L = n \times p$ (L: 리드, n: 나사의 줄수, p: 피치)

한 줄 나사는 리드와 피치가 같지만, 여러 줄 나사에서는 줄수만큼 리드가 커진다.

운전 중에도 두 축을 빠르게 연결하거나 분리할 필요가 있을 때 사용하는 축이음 요소는 클러치이다.

셀러 커플링과 플랜지 커플링은 두 축을 결합해 운전 중에는 분리할 수 없는 영구 축이음이고, 유니버설 조인트는 두 축이 서로 각을 이루며 만날 때 쓰는 축이음으로, 모두 운전 중 수시로 끊고 잇는 용도로는 쓰이지 않는다.

접선키(탄젠셜 키)는 축의 접선 방향으로 삽입하여 큰 힘을 전달하는 키로, 한 곳에만 설치하면 한쪽 방향의 회전력만 확실하게 전달할 수 있다.

양쪽 방향으로의 회전이 필요한 경우에는 접선키 두 개를 중심각 120˚ 간격으로 배치하여 어느 방향으로 회전하더라도 힘을 확실히 전달하도록 한다.

주형에서 경도가 필요한 부분에만 칠 메탈(금형)을 대어 급랭시켜 그 부분의 조직을 단단한 백주철로 만들고, 나머지 부분은 서냉되어 회주철 조직을 유지하도록 한 주철을 칠드주철(냉경주철)이라 한다.

가단주철, 구상흑연주철, 미하나이트 주철은 열처리나 접종·첨가 원소로 전체 조직을 개질하는 주철로, 국부적으로 칠 메탈을 이용해 경도를 높이는 방식과는 다르다.

아공석강에서 탄소량이 증가하면 강도와 경도는 증가하지만, 반대로 연성과 인성은 감소하므로 인성이 증가한다는 설명은 옳지 않다.

탄소량이 늘수록 펄라이트 조직의 비율이 커져 재료가 단단하고 강해지는 대신 충격에 견디는 질긴 성질(인성)과 늘어나는 성질(연성)은 떨어지며, 이 때문에 가공변형도 더 어려워진다.

황동을 해수 등 부식성 물질이 있는 환경에서 사용하면 합금 성분 중 아연(Zn)만 선택적으로 용해되어 빠져나가고 구리가 다공질로 남는 탈아연 부식이 발생한다.

이는 자연균열(응력부식균열)이나 경년변화와는 다른 현상으로, 아연 성분이 우선적으로 부식되어 강도가 저하되는 것이 특징이다.

미끄럼을 막기 위해 접촉면에 치형(이)을 붙여 풀리의 치형과 맞물려 전동하는 벨트는 타이밍 벨트이다.

평벨트나 강벨트는 마찰력으로 동력을 전달하므로 미끄럼이 발생할 수 있는 반면, 타이밍벨트는 기어처럼 맞물려 돌기 때문에 정확한 속도비 전달이 가능하다.

스테인리스강은 철(Fe)을 기지로 하여 내식성을 부여하는 크롬(Cr)과, 조직 안정과 내식성 향상을 위한 니켈(Ni)을 주성분으로 하는 합금이며, 알루미늄(Al)은 스테인리스강의 주성분이 아니다.

스프링 지수(C)는 코일의 평균 지름(D)을 소선의 지름(d)으로 나눈 값으로, 이 문제에서는 10이 된다.

$C = \dfrac{D}{d} = \dfrac{20}{2} = 10$

오스테나이트 상태의 탄소강을 물에 급랭하면 마텐자이트, 기름 속에서 냉각하면 트루스타이트, 공기 중에서 냉각하면 소르바이트가 주로 얻어지며, 노 안에서 더 느리게 냉각하면 펄라이트가 된다.

냉각속도가 빠를수록 조직이 더 단단하고 강해지므로, 강도·경도는 마텐자이트 > 트루스타이트 > 소르바이트 순으로 크다.

외력에 의해 변형되더라도 일정 온도 이상으로 가열하면 원래의 모양으로 되돌아오는 성질을 가진 합금을 형상기억합금이라 한다.

Ni-Ti계(니티놀) 합금이 대표적이며, 형상 변화 후에도 특정 온도에서 원래 형태로 회복되는 것이 다른 특수 합금(비정질 합금, 초전도 합금 등)과 구분되는 핵심 특성이다.

고정 원판 측 코일에 전류를 흘려 전자력으로 회전 원판을 끌어당겨 제동하는 방식은 전자석 브레이크이다.

블록 브레이크나 밴드 브레이크는 블록·밴드를 드럼에 기계적으로 눌러 마찰로 제동하고, 디스크 브레이크는 회전 원판을 양쪽에서 패드로 압착해 제동하는 방식이어서, 전류에 의한 전자력으로 원판을 흡인하는 이 문제의 작동 원리와는 다르다.

소리가 벽에 부딪혀 반사되는 원리를 이용해 20kHz 이상의 초음파를 금속 내부로 보내 결함에서 반사되는 신호로 내부 결함을 검출하는 비파괴검사법은 초음파 탐상법이다.

방사선 탐상법은 X선·감마선의 투과를, 침투 탐상법은 표면 개구 결함에 침투액이 스며드는 성질을, 음향 방출법은 재료 내부에서 자체적으로 발생하는 탄성파를 이용하는 것으로, 소리의 반사를 이용하는 원리와는 다르다.

구름 베어링 호칭번호의 마지막 두 자리는 안지름 번호로, 04 이상이면 5를 곱한 값이 안지름(mm)이다(00은 10mm, 01은 12mm, 02는 15mm, 03은 17mm로 따로 정해져 있다). 6205 베어링의 안지름 번호는 05이므로 안지름은 25mm이다.

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

앞자리 6은 깊은 홈 볼 베어링이라는 형식을, 2는 지름 계열을 나타낸다.

M03·M04·M05는 각각 주축 정회전·역회전·정지를 명령하는 주축 관련 보조기능이지만, M08은 절삭유(쿨런트) 공급을 시작하는 기능으로 주축의 동작과는 관련이 없다.

키보드는 사용자가 컴퓨터에 명령이나 데이터를 입력하는 입력장치이며, 처리 결과를 밖으로 내보내는 출력장치가 아니다.

• 프린터는 결과를 종이에 인쇄하여 출력한다.
• 플로터는 도면 등을 그려서 출력한다.
• 디스플레이는 화면으로 결과를 표시하는 출력장치이다.

머시닝센터에서 공구지름(반경) 보정을 취소하는 준비기능은 G40이다.

G41과 G42는 각각 공구를 진행 방향의 왼쪽·오른쪽으로 보정하는 기능이고, G43은 공구 길이 보정 기능이므로 지름 보정 취소와는 다른 기능이다.

CNC 선반은 공작물을 회전시키며 바이트로 외경·내경·나사 가공 등을 수행하는 공작기계로, 기어 가공과 같이 별도의 치형 절삭이 필요한 작업은 일반적으로 수행할 수 없다.

외경 가공, 나사 가공, 내경 가공은 모두 공작물의 회전과 바이트의 이송만으로 수행 가능한 선반의 기본 가공이다.

CNC 공작기계는 프로그램에 따라 자동으로 가공이 진행되므로 작업자가 매 절삭마다 수작업으로 개입할 필요가 줄어 작업자의 피로를 줄여주는 효과가 있으며, 작업자의 피로가 가중된다는 설명은 CNC의 특징과 반대된다.

생산성 향상, 설계 데이터(CAD 도면)의 직접 활용, 사람 손을 거치지 않는 자동 가공으로 인한 제품의 균일화는 모두 CNC 공작기계의 실제 장점이다.

기계설계에 컴퓨터를 이용하면 설계 데이터가 표준화·수치화되어 부품 간 호환성이 오히려 향상되므로, 호환성의 저하라는 설명은 컴퓨터 이용의 효과와 반대된다.

품질 향상, 설계기간 단축, 설계작업 원가 절약은 모두 CAD 등 컴퓨터를 설계에 활용함으로써 실제로 얻어지는 이점이다.

IGES, DXF, STEP은 서로 다른 CAD/CAM 시스템 간에 형상(도면) 데이터를 주고받기 위해 만들어진 표준 제품 모델 데이터 교환 형식이다.

HWP는 한글 워드프로세서의 문서 파일 형식으로, 3차원·2차원 형상 데이터를 교환하기 위한 CAD/CAM 표준 형식이 아니다.

심압대는 공작물의 다른 한쪽 끝을 지지해 주는 선반의 구성요소로, 밀링 기반의 머시닝센터에는 일반적으로 심압대가 없다.

주축대, 조작반, 자동공구교환장치(ATC) 및 자동팔레트교환장치(APC)는 머시닝센터의 대표적인 구성요소이다.

CNC 공작기계는 제어장치에 자기진단 기능이 내장되어 있어 고장이 발생하면 경보나 알람으로 원인을 스스로 표시해 주므로, 고장 발생 시 자기진단이 어렵다는 설명은 옳지 않다.

파트 프로그램을 매크로로 저장해 필요할 때 호출하는 기능, 인치·미터 단위의 자동 변환, 가공 중 다른 파트 프로그램의 수정(백그라운드 편집)이 가능한 점은 모두 CNC 공작기계의 실제 특징이다.

정지한 유체 내의 한 지점에 가해진 압력이 모든 방향으로 동일하게 전달된다는 원리는 파스칼의 원리이며, 이는 모든 유압장치가 작은 힘으로 큰 힘을 내는 기본 원리로 이용된다.

베르누이의 원리는 유체의 속도와 압력의 관계를, 연속의 원리는 유량 보존을, 샤를의 법칙은 압력이 일정할 때 기체의 부피와 온도의 관계를 다루는 것으로 압력의 등전달과는 다른 개념이다.

용량이 같은 단단 펌프 2개를 하나의 본체 안에 직렬로 연결하여 고압·대출력을 얻는 펌프를 2단 베인 펌프라 한다.

복합 펌프는 저압 대용량 펌프와 고압 소용량 펌프에 릴리프 밸브·언로드 밸브 등 압력제어 밸브를 한 본체에 조합한 것이고, 단단 베인 펌프는 펌프 요소가 하나뿐인 기본형이어서, 같은 용량의 펌프 2개를 직렬로 연결하는 이 문제의 구조와는 다르다.

방향제어 밸브의 인력조작방식은 사람의 힘으로 직접 조작하는 방식인데, 쿨러(냉각) 방식은 조작 방법이 아니라 냉각 장치의 명칭이므로 인력조작방식에 해당하지 않는다.

• 누름버튼 방식은 버튼을 눌러 조작하는 대표적인 인력조작방식이다.
• 레버 방식과 페달 방식도 손이나 발로 직접 조작하는 인력조작방식이다.

공압기기의 배기구에서 발생하는 배기음을 줄이기 위해 설치하는 것은 소음기이다.

• 공기압 필터는 압축공기 속 이물질을 걸러내는 장치이다.
• 증압기는 압력을 높이는 장치이고, 압력조절기는 사용압력을 일정하게 유지하는 장치이다.

밸브 기호에서는 사각형 칸의 수가 제어 위치의 수이므로, 칸이 세 개인 이 밸브의 제어 위치는 3개이다.

그림은 사각형 3개가 가로로 붙어 있다. 왼쪽 칸은 위아래로 곧게 뻗은 두 화살표(평행 연결), 가운데 칸은 모든 통로가 T자로 막힌 상태, 오른쪽 칸은 두 화살표가 X자로 교차한 상태(연결이 엇갈림)이다.

1개·2개·4개는 칸 수와 맞지 않는다. 칸 안의 화살표·막힘 표시 개수는 통로 연결을 뜻할 뿐 위치 수가 아니며, 참고로 각 칸의 위아래 연결 끝이 4개이므로 이 기호는 4포트 3위치 밸브이다.

어큐뮬레이터(축압기)는 유압 에너지를 저장했다가 필요할 때 방출하는 장치로, 작동유의 점도를 향상시키는 기능은 없다.

• 펌프의 맥동을 흡수하고 충격압력을 완충하는 것은 축압기의 대표적인 용도이다.
• 유압 에너지를 축적해 두었다가 순간적인 유량 부족을 보충하는 것도 축압기의 역할이다.

유압 작동유는 힘을 정확히 전달해야 하므로 압축성이 아니라 비압축성이어야 한다.

• 장시간 사용해도 화학적으로 안정해야 한다는 것은 올바른 조건이다.
• 열을 잘 방출시킬 수 있어야 하고, 운전온도 범위에서 유동이 원활한 적절한 점도를 유지해야 한다는 것도 올바른 조건이다.

액추에이터가 자중에 의해 낙하하거나 관성에 의해 자유낙하하는 것을 막기 위해 배압을 발생시키는 밸브는 카운터밸런스 밸브이다.

• 감압밸브는 회로 일부의 압력을 주회로보다 낮게 유지하는 밸브이다.
• 시퀀스밸브는 정해진 순서에 따라 다음 동작을 제어하는 밸브이고, 릴리프밸브는 회로의 최고압력을 제한하는 밸브이다.

공압장치는 압축공기를 이용하므로 동력전달 방법이 간단하고, 에너지의 축적이 용이하며, 힘의 증폭도 용이하다는 장점을 가진다.

그러나 공기는 압축성이 커서 유압장치에 비해 응답성이 떨어진다. 따라서 유압장치에 비해 응답성(보기 표기 '용달성')이 우수하다는 것은 공압장치의 특징이 아니다.

공압 발생 장치는 압축공기를 만들고 저장·정화하는 장치군으로 공기압축기·공기탱크·공기건조기 등이 이에 속한다.

공압-유압 변환기는 이미 만들어진 압축공기를 유압으로 바꿔주는 변환기기일 뿐, 압축공기를 발생시키는 장치가 아니므로 공압 발생 장치와 관계가 없다.

로봇이 경제적으로 활용되기 적합한 분야는 위험하거나 단순 반복적이며 별도 검사가 필요 없는 작업이다. 작업 내용이 자주 바뀌는 작업은 그때마다 재프로그래밍과 재설비가 필요해 로봇 도입의 경제성이 떨어진다.

• 위험한 직업, 간단한 반복 작업은 로봇 활용의 대표적인 적합 기준이다.
• 검사가 필요하지 않는 작업 역시 정형화된 동작만 반복하면 되므로 로봇에 적합하다.

PLC 프로그래밍 방식에는 레더도(래더 다이어그램) 방식, 명령어(니모닉) 방식, 논리도 방식이 있으며, 클램프 방식은 PLC 프로그래밍 방식이 아니다.

PLC의 출력부에는 솔레노이드 밸브(전자밸브)·램프·모터처럼 제어 결과를 실제 동작으로 옮기는 기기가 연결된다.

센서는 신호를 받아들이는 입력부 기기이므로 출력부에 사용되는 기기가 아니다.

(1)은 제어량을 검출해 입력 쪽으로 되돌려 보내는 검출부(되먹임 요소)로, 제어량이 목표값과 일치하는지 알기 위해 되먹임시키는 요소이다.

구성도는 목표값 → 기준입력요소 → 비교부(원) → 제어요소 → 제어대상 → 제어량 순으로 이어지고, 제어량 쪽에서 갈라진 선이 (1)을 거쳐 비교부로 돌아간다. 즉 (1)은 되먹임 경로에 놓인 요소이다.

• 목표값에 비례하는 입력신호를 만드는 것은 앞단의 기준입력요소이다.
• 기준입력과 되먹임 양을 비교해 오차(동작신호)를 만드는 것은 원으로 표시된 비교부이다.
• 동작신호에 따라 제어대상에 줄 조작량을 만드는 것은 제어요소이다.

수치제어공작기계(NC 공작기계)는 프로그램된 수치정보로 공작물을 절삭 가공하는 장치이므로 자동생산시스템 중 자동가공 분야에 속한다.

자동조립·자동설계·자동검사는 각각 부품 결합, 설계 전산화, 품질 검사를 자동화하는 별개의 분야이다.

서보기구는 물체의 위치·방위·자세와 같은 기계적 변위량을 목표값에 따라 추종시키는 제어기구이다.

저항은 전기적인 양으로 서보기구가 다루는 제어량에 해당하지 않는다.

길이나 회전각과 같은 아날로그 물리량을 디지털 신호(펄스)로 변환해 검출하는 장치는 엔코더이다.

• 바코드는 정보를 광학적으로 표시·판독하는 식별 수단이다.
• 변형률 게이지는 재료의 변형을 전기저항 변화로 검출하고, 포텐쇼미터는 위치를 저항값 변화(아날로그)로 검출한다.

"제어회로의 변경이 어렵다"는 PLC의 특성을 정반대로 설명한 것이 틀린 내용이다. PLC(Programmable Logic Controller)는 소프트웨어로 제어 프로그램을 작성하기 때문에 제어회로 변경이 매우 용이하며, 이는 PLC의 핵심 장점 중 하나다.

• 고장진단과 점검이 용이하다는 설명은 정확하다(프로그램 내 진단 기능 포함, 메모리 확인 용이).
• 산술, 비교연산과 데이터 처리가 가능하다는 설명도 정확하다(산술·비교·논리 연산 및 데이터 처리 가능).
• 신뢰성이 높고 고속동작이 가능하다는 설명도 정확하다(반도체 소자 사용으로 높은 신뢰성과 고속 동작 실현).

공장자동화의 주된 목적은 생산성 향상, 품질의 균일화, 원가 절감과 같은 생산 효율 개선에 있다.

제품 고급화는 제품 자체의 사양·품위를 높이는 설계·마케팅 측면의 목표로, 자동화 추진의 직접적인 목적과는 거리가 멀다.

자동화시스템의 주요 3요소는 신호를 받아들이는 입력부, 이를 처리하는 제어부, 동작을 실행하는 출력부이다.

전원부는 시스템 구동에 필요한 전력을 공급하는 보조 요소로, 자동화시스템의 3대 요소로 분류하지 않는다.

폐회로(피드백) 제어시스템은 출력을 검출부로 측정해 목표값과 비교한 오차를 다시 입력으로 되돌리는 구조이며, 개회로 제어시스템에는 이러한 검출부가 없다.

제어요소와 제어대상은 개회로·폐회로 모두에 공통으로 존재하고, 외란은 제어시스템 외부에서 들어오는 원치 않는 입력으로 개회로에서도 발생할 수 있다.

평상시 닫혀 있다가 신호가 들어오면 열리는 접점을 NC(normal closed) 접점이라 하며, 이를 b접점이라 부른다.

반대로 평상시 열려 있다가 신호가 들어오면 닫히는 접점은 a접점(NO)이고, c접점은 a·b접점이 함께 구성된 전환접점이다.

센서를 선정할 때는 감지거리, 신뢰성과 내구성, 반응속도 등 검출 성능과 사용 환경에 관련된 사항을 고려한다.

센서 자체의 색상은 검출 성능과 무관하므로 고려 대상이 아니다.

미리 정해진 프로그램(시간적 계획)에 따라 제어량을 변화시켜 나가는 제어는 프로그램 제어이며, 열처리로의 온도 제어나 엘리베이터 운행 제어가 대표적인 예이다.

정치제어는 목표값을 일정하게 유지하는 제어이고, 추종제어는 임의로 변화하는 목표값을 따라가는 제어이며, 비율제어는 목표값이 다른 양과 일정 비율 관계를 갖는 제어이다.

물체가 방사하는 적외선을 검출하는 비접촉식 센서는 적외선센서이며, TV·VTR 리모컨, 자동문 스위치, 방사온도계 등에 널리 사용된다.

자기센서는 자기장 변화, 초음파센서는 초음파 반사, 열전대는 두 금속 접점의 온도차에 의한 기전력을 이용해 검출한다는 점에서 원리가 다르다.