[기계가공기능장 필기] 15년 1회차 기출문제 정답·해설 페이지

그림은 두 개의 누에고치형(8자형) 로터가 맞물려 회전하며 공기를 이송하는 구조로 루트 블로어(Roots blower)의 전형적인 형태다. 루트 블로어는 회전체가 맞물려 돌면서 공기를 밀어내는 용적형 송풍기로, 압축 과정 없이 이송만 하므로 높은 압력을 만들 수 없는 것이 특징이다. 터빈 팬과 피스톤 팬은 이러한 로터 맞물림 구조가 아니며, 스크루 블로어는 나선형 스크루 로터를 사용하므로 그림과 다르다.

기호에서 원 안의 화살표가 비스듬히 기울어져 있는 것은 용량을 조절할 수 있음을 나타내는 가변 용량형 표시이다. 양쪽으로 축이 나와 있으므로 양축형, 화살표가 한 방향으로만 표시되어 있으므로 1방향 회전형, 별도의 드레인 배관선이 있으므로 외부 드레인이 있다는 설명은 옳다. 따라서 "정 용량형이다"라는 설명이 틀린 것이며, 실제로는 가변 용량형이다.

공기압 장치는 작동 유체로 공기를 사용하므로 누설되어도 화재 위험이 거의 없고 환경오염 우려가 적다. 또한 공기의 압축성 때문에 정밀한 위치 제어성이 낮지만, 배관을 통한 동력 전달이 간단하고 먼 거리 이송이 쉽다. 따라서 화재의 위험이 있다는 공기압 장치의 특징이 아니다.

유화제는 오일과 물의 계면에 흡착하여 계면 장력을 감소시키고, 오일 속에 물 또는 물 속에 오일이 분산된 상태인 유화물을 형성한다. 방청제는 녹 방지, 산화방지제는 산화 억제, 점도지수 향상제는 온도 변화에 따른 점도 변화를 줄이는 첨가제이다.

기어박스 윤활유는 주기적으로 상태를 점검하면서 매 6개월 주기로 교체하는 것이 가장 적절하다. 윤활유를 단순히 보충하거나 지나치게 짧은 주기로 교체하는 것보다, 정해진 기간마다 교체하여 점도 저하와 오염에 따른 기어 및 베어링의 마모를 방지하는 방식이 효과적이다.

제어시스템의 최종 작업 목표에는 공정상태의 확인, 공정상태에 따른 자료의 분석·처리, 처리 결과에 기초한 공정작업이 포함된다. 네트워크의 기본기능은 제어시스템을 구성·운영하기 위한 기반 기능이므로 최종 작업 목표로 분류되지 않는다.

온도센서는 피측정체의 온도를 정확히 검출하기 위해 열용량이 작고 열전달이 빠르며, 피측정체에 외란을 주지 않아야 한다. 또한 검출단의 불필요한 열 방사가 없어야 하므로, 열 저항이 크고 열 접촉성이 좋은 것은 열전달을 방해하여 온도센서의 특성과 거리가 멀다.

신뢰성은 설비가 주어진 조건에서 고장 없이 기능을 수행하는 정도를 의미하므로, 신뢰도, 평균고장간격시간(MTBF), 평균고장수리시간(MTTR) 등이 관련 척도이다. 반면 생산계획은 생산 일정과 물량을 수립하는 경영·관리 활동으로 신뢰성을 나타내는 척도와 거리가 멀다.

드릴은 높은 경도와 내마모성이 요구되므로 합금공구강, 고속도강, 초경합금 등이 재질로 사용된다. 반면 두랄루민은 알루미늄 합금으로 강도와 내마모성이 상대적으로 낮아 일반적인 드릴 재질로 적합하지 않다.

선반 가공에서 이론상 최대 표면거칠기는 $H=\frac{s^2}{8r}$이다. 값을 대입하면 $H=\frac{(0.2)^2}{8\times3}=\frac{0.04}{24}\approx0.00167\text{ mm}$이며, 보기의 값 중 약 0.002 mm와 일치한다.

선반가공용 고정방진구는 공작물을 안정적으로 지지하기 위해 조(jaw) 3개를 120° 간격으로 배치한다. 따라서 60°, 90°, 180°가 아닌 120°가 옳다.

대형·중량 가공물을 고정한 상태에서 주축이 장착된 암을 이동시켜 원하는 위치를 가공하는 기계는 레디얼 드릴링머신이다. 탁상 드릴링머신과 직립 드릴링머신은 일반적으로 가공물을 주축 아래에 배치하며, 다축 드릴링머신은 여러 구멍을 동시에 가공하는 데 목적이 있다.

연성 재료를 저속으로 절삭하거나 절삭 깊이가 클 때는 공구 앞쪽에서 전단변형이 집중되어 칩이 불연속적으로 분리되는 전단형 칩이 발생한다. 유동형 칩은 주로 연성 재료의 고속·연속 절삭에서, 균열형 칩은 취성 재료에서 나타나므로 해당하지 않는다.

터릿선반은 여러 공구를 터릿에 미리 설치하여 공정마다 공구를 교환하지 않고 작업하므로 공구 교환 시간이 짧고 대량생산에 적합하다. 또한 보통 선반보다 많은 공구를 설치할 수 있어 간단한 부품의 반복 가공 능률이 높지만, 작업이 정해진 순서로 이루어져 비숙련자도 작업할 수 있으므로 4번의 설명이 거리가 멀다.

레이저 광은 지향성이 매우 우수하여 한 방향으로 거의 퍼지지 않고 전달되므로, “지향성이 나쁘다”는 설명은 틀리다. 레이저는 기체·고체·반도체 레이저 등으로 분류되며, 난삭제 미세 가공과 장거리 무손실 전파 등의 특징을 가진다.

선반 베드처럼 크고 복잡한 주철 부품의 표면경도와 내마모성을 높이는 데는 산소-가스 불꽃으로 표면만 가열한 뒤 급랭하는 화염 경화법이 주로 사용된다. 가스 침탄법과 질화법은 주로 강재의 표면에 탄소나 질소를 침투시키는 방법이며, 첨화법은 해당 용도에 적합한 대표적 표면 경화법이 아니다.

구리-텅스텐 전극은 연삭성이 나쁘고 가격이 비싸다는 특성이 있으므로, “가격이 저렴하여 많이 사용한다”는 설명이 틀렸다. 흑연은 가공 속도가 빠르고 전극 소모가 적지만 취성 때문에 깨지기 쉽고, 황동은 절삭성이 우수하나 전극 소모가 커 관통구멍 가공 등에 제한적으로 사용된다. 순동은 고정도 가공과 비교적 적은 전극 소모가 가능하지만 비중이 커 무겁다.

전해연마는 전기화학적 작용으로 공작물 표면의 미소 돌기를 우선 용출하여 광택면을 얻으며, 가공변질층이 거의 발생하지 않고 복잡한 형상에도 적용할 수 있다. 전해액에는 황산·인산 등이 사용되지만, 글리세린·젤라틴 등의 유기물은 일반적으로 점성을 낮추는 것이 아니라 점성을 높이거나 조정하기 위해 첨가하므로 3번의 설명이 틀리다.

선삭 시간은 $T=\frac{L}{fN}$이며, 주축 회전수는 $N=\frac{1000V}{\pi D}=\frac{1000\times140}{\pi\times75}\approx594\ \mathrm{rpm}$이다. 따라서 $T=\frac{300}{0.25\times594}\approx2.02\ \mathrm{min}$이므로 가공 시간은 약 2분이다. 절삭깊이는 주어진 조건이지만 회전수와 이송에 따른 시간 계산에는 직접 사용되지 않는다.

센터리스 연삭기는 공작물을 센터로 지지하지 않고 연속적으로 이송하므로 연속작업과 긴 축 재료의 연삭이 가능하며, 연삭 여유가 작아도 된다. 그러나 긴 홈이 있는 일감은 연삭숫돌과 조정숫돌의 접촉 및 이송이 불안정해질 수 있어 센터리스 연삭에 부적합하다.

동합금은 연하고 인성이 있어 절삭 시 드릴이 물리거나 떨림이 발생하기 쉬우므로, 일반 강보다 큰 100~120°의 선단각을 사용하는 것이 적합하다. 선단각이 너무 작으면 절삭날이 쉽게 파고들고, 지나치게 크면 절삭저항이 증가하므로 100~120°가 적절하다.

피삭재가 연하면 숫돌 입자가 쉽게 파고들어 연삭력이 커지므로, 큰 절삭 여유를 확보하는 거친 입도를 사용하고 입자가 쉽게 떨어지지 않도록 결합도가 높은 숫돌을 선정한다.

단식분할법에서 일반적인 분할대는 웜과 웜휠의 감속비가 40:1이므로, 분할 크랭크 1회전 시 주축 회전각은 $360^\circ \div 40=9^\circ$이다. 따라서 해당 값은 9°이다.

하향절삭은 절삭력과 이송 방향이 같아 공작물을 끌어당기므로 기계의 높은 강성과 백래시 제거가 필요하고, 절입 시 마찰은 적지만 큰 충격력이 발생한다. 또한 절삭날이 마찰 없이 절삭에 주로 관여하므로 공구 수명은 상향절삭보다 일반적으로 길다. 따라서 공구 수명이 짧다고 한 2번이 틀린 설명이다.

양 센터 작업에서 심압대 축의 센터가 작업자 쪽으로 편위되면 가공물의 심압대 쪽 지름이 주축대 쪽보다 작아져, 심압대 축 방향으로 가늘어지는 테이퍼가 발생한다. 양쪽 센터의 높이가 같은 조건이므로 높이 차이에 의한 원인은 아니며, 작업자 반대쪽 편위는 반대 방향의 테이퍼를 만든다.

표준 고속도강은 일반적으로 W 18%, Cr 4%, V 1%를 기본 조성으로 하므로 4번이 옳다. W는 고온 경도와 내마모성을, Cr은 경화능과 내식성을, V는 탄화물을 형성하여 내마모성을 향상시킨다.

절삭부에서 방출되는 열복사를 렌즈로 검출하여 온도 상승을 측정하는 방법은 복사온도계를 사용하는 방법이다. 칩의 색깔 및 서모 컬러는 색 변화로 온도를 판단하고, 공구 속 열전대 삽입법은 열전대를 공구 내부에 설치하여 온도를 측정한다.

절삭열은 대부분 고온의 칩과 함께 배출되며, 절삭속도가 140 m/min 정도로 높을 때는 칩으로 분산되는 비율이 가장 크다. 가공물과 절삭공구에도 일부 열이 전달되지만, 공작기계로 전달되는 비율은 상대적으로 매우 작다.

주조 경질합금의 대표적인 공구 재료는 스텔라이트이며, 주성분은 W, Cr, Co, Fe이다. 세라믹은 산화알루미늄 등의 세라믹 재료, 초경합금은 탄화물과 결합금속, 서멧은 세라믹과 금속의 복합 재료이므로 해당 조건에 맞지 않는다.

베드 미끄럼면의 진직도는 정밀수준기를 베드 길이 방향의 3개소 이상에 놓고 측정하여 검사한다. 평행도는 다이얼 게이지를 기준면에 설치해 측정하며, 주축 흔들림은 테스트 맨드릴 또는 다이얼 게이지를 사용하고, 양 센터 높이차는 테스트바와 다이얼 게이지 등을 사용하므로 제시된 설명과 일치하지 않는다.

인장강도는 최대하중을 원단면적으로 나누어 구하므로, $\sigma=\frac{P}{A}=\frac{2000}{\pi d^2/4}=\frac{2000}{\pi(14)^2/4}\approx 12.99\ \mathrm{N/mm^2}$이다. 따라서 표점거리 변화는 인장강도 계산에 사용하지 않으며, 결과는 약 13 N/mm2이다.

마우러 조직도의 Ⅱ영역은 펄라이트 주철 영역이다.
마우러 조직도는 C·Si 양에 따라 주철 조직을 나눈다. Si 와 C 가 적은 왼쪽부터 Ⅰ(백주철) → Ⅱa(반주철) → Ⅱ(펄라이트 주철) → Ⅱb(회주철, 펄라이트+페라이트) → Ⅲ(페라이트 주철) 순으로, 흑연화가 진행될수록 기지가 페라이트 쪽으로 바뀐다. 그림에서 원으로 표시된 Ⅱ는 Ⅱa와 Ⅱb 사이의 음영 영역에 있다.
백주철은 C·Si 가 가장 적은 Ⅰ영역의 조직이다.
회주철은 Ⅱ영역 오른쪽의 Ⅱb영역 조직이다.
페라이트 주철은 C·Si 가 가장 많은 Ⅲ영역의 조직이다.

WC, TiC, TaC 탄화물을 Co로 소결한 공구재료는 초경합금이다.
초경합금은 경한 탄화물 분말을 Co 결합제로 고온 소결해 만든다.
다른 공구재료는 구성이 다르다.
고속도강은 W, Cr, V 등을 넣은 합금강이다.
세라믹은 알루미나 등 산화물을 소결한 공구재료이다.
다이아몬드는 탄소로 이루어진 공구재료이다.

구리는 비자성체이므로 자성체라는 설명은 틀리며, 전기전도율이 우수한 것은 맞다. 구리의 비중은 약 8.96이고 철강보다 내식성이 우수하며, 항복강도가 낮아 상온 가공성이 좋은 편이므로 2번이 해당되지 않는다.

Y합금은 알루미늄에 구리와 니켈 등을 첨가한 내열용 합금으로, 고온경도와 내열성이 커서 내연기관의 실린더 및 피스톤에 사용된다. 두랄루민은 고강도 구조용, 라우탈은 주조용, 실루민은 주조성과 내식성이 우수한 합금이다.

공석강에서 페라이트와 시멘타이트가 층상으로 나타나는 조직은 펄라이트이다.
펄라이트는 공석반응으로 생기며 페라이트와 시멘타이트가 층을 이룬 조직이다.
다른 조직은 구성이 다르다.
마텐자이트는 급랭 때 생기는 탄소 과포화 조직이다.
오스테나이트는 감마철에 탄소가 고용된 고용체이다.
레데뷰라이트는 주철의 공정 조직으로 오스테나이트와 시멘타이트의 혼합물이다.

등온 변태 곡선의 코(nose)와 Ms점 사이 온도의 염욕 또는 연욕에서 일정 시간 유지하여 베이나이트로 변태시킨 뒤 공랭하는 열처리는 오스템퍼링이다. 마퀜칭은 Ms점 부근까지 급랭한 후 냉각을 지연시켜 마텐사이트 변태를 균일하게 하는 방법이며, 마텐퍼링은 Ms점 이하에서 유지한 뒤 냉각하는 방법이다.

공기 마이크로미터는 압축공기의 유량 또는 압력 변화를 이용하므로 내경 측정이 용이하고, 확대 비율이 높아 미세한 치수 차이를 측정할 수 있다. 또한 측정 중 분출공기가 피측정물의 기름이나 먼지를 제거하여 비교적 정확한 측정이 가능하다. 반면 측정 범위가 좁은 편이므로 다품종 소량 제품의 측정에는 불리하다.

삼침법에서 미터 수나사의 유효지름은 $d_2=M-3d+0.866025P$로 계산한다. $d_2=20.156-3(1.1547)+0.866025(2.000)=20.156-3.4641+1.73205=18.42395\ \mathrm{mm}$이므로 약 18.424 mm이다.

치형오차의 측정법에는 기초원 조절 방식, 기초원판 방식, 연산 방식이 있으며, 전후 기준 방식은 해당하지 않는다.

오토콜리메이터와 함께 사용하여 원주눈금, 할출판, 기어의 각도 분할을 검정하는 기기는 폴리곤 프리즘이다. 폴리곤 프리즘은 정밀한 다면 반사면을 이용해 기준 각도를 제공하므로 각도 분할 오차를 검정하는 데 사용된다.

전기 촉침식 표면거칠기 측정기는 표면의 짧은 파장 성분인 거칠기 성분을 통과시키고, 비교적 긴 파장 성분인 형상 및 파상도를 제거해야 하므로 고역 필터를 사용한다.

두 개의 구멍이 있는 공작물은 다이아몬드 핀과 원형핀을 조합해 위치를 결정한다. 원형핀은 기준 구멍을 고정하고 다이아몬드 핀은 다른 구멍에서 불필요한 구속을 피하면서 공작물의 회전을 방지하므로, V홈 가공에 적합하다.

90° V-Block에서 봉의 중심 높이는 $h=\frac{d}{\sqrt{2}}$이므로, 지름 공차에 따른 중심 높이의 최대 변화량은 지름 변화량에 \frac{1}{\sqrt{2}}를 곱한다. 지름의 최대 변화량은 $0.04-(-0.04)=0.08\text{ mm}$이므로, $\Delta h=\frac{0.08}{\sqrt{2}}\approx0.0566\text{ mm}\approx0.057\text{ mm}$이다. 따라서 보기의 0.057 mm가 해당한다.

탬플릿 지그는 공작물의 수량이 적거나 높은 정밀도가 요구되지 않을 때 사용하며, 구조가 간단하고 제작이 쉬워 작업 속도를 높이는 데 적합하다. 샌드위치 지그·채널 지그·박스 지그는 각각 판형 공작물이나 여러 면의 가공 등 특정 형상과 용도에 맞게 사용하는 지그이다.

구멍 깊이를 손끝 감각으로 검사하는 한계 게이지는 플러쉬 핀 게이지이다.
플러쉬 핀 게이지는 핀이 끝면과 같은 높이(플러쉬)인지를 손끝으로 확인하여 구멍 깊이의 합부를 판정한다.
다른 게이지는 용도가 다르다.
링 게이지는 축의 바깥지름을 검사하는 게이지이다.
캘리퍼 게이지는 바깥치수를 검사하는 게이지이다.
필러 게이지는 틈새를 재는 게이지이다.

G02와 G01은 모두 보간 방식을 지정하는 모달 G코드이므로 동일 블록에서 함께 사용할 수 없다. G02는 시계 방향 원호 보간, G01은 직선 보간을 의미하며 서로 다른 보간 모드이므로 한 블록에 동시에 지령할 수 없다. 반면 G49와 G00, G41과 G01, G90과 G54는 각각 기능 그룹이 달라 함께 사용할 수 있다.

NC 지령 펄스가 구동회로를 거쳐 스테핑모터를 구동하고, 테이블의 위치나 속도를 검출하여 피드백하는 장치(센서)가 없이 볼 스크루로 테이블을 직접 구동하는 구조이다. 피드백 경로가 전혀 없으므로 이는 개방회로(open loop) 제어방식에 해당하며, 스테핑모터 자체의 회전각이 곧 이송량을 결정한다.

G03은 시계 반대 방향의 원호 보간 지령이다.
그림의 지령 G03 X100.0 Z-10.0 R10.0 F0.1 에서 각 워드의 뜻은 다음과 같다. G02가 시계 방향, G03이 반시계 방향 원호 보간이다.
원호의 반경은 R10.0 이 나타낸다.
좌표계 내의 끝점은 X100.0 Z-10.0 이 나타낸다.
이송량은 F0.1 이 나타내며 Z축 방향 이송량을 뜻하는 워드가 아니다.

평판형 디스플레이가 아닌 것은 스토리지 디스플레이이다.
스토리지 디스플레이는 음극선관(CRT) 계열의 저장관 방식이므로 평판형이 아니다.
나머지 보기는 평판형 디스플레이이다.
액정형 디스플레이는 평판형 디스플레이이다.
플라즈마 디스플레이는 평판형 디스플레이이다.
진공 방전광 디스플레이는 평판형 디스플레이이다.

이 방법은 층별 샘플링이다.
상자 15개를 각각 하나의 층(부분집단)으로 보고, 모든 층에서 일정 개수(10개)를 랜덤하게 뽑기 때문이다.
나머지 보기는 다음 이유로 맞지 않는다.
계통 샘플링은 일정한 간격으로 시료를 뽑는 방법인데, 이 문항은 랜덤하게 뽑으므로 해당하지 않는다.
취락 샘플링은 일부 집단만 뽑아 그 집단 안을 전수 조사하는 방법인데, 이 문항은 모든 상자에서 일부만 뽑으므로 해당하지 않는다.
2단계 샘플링은 먼저 상자 일부를 뽑은 뒤 그 안에서 다시 시료를 뽑는 방법인데, 이 문항은 상자를 전부 사용하므로 해당하지 않는다.

기본동작별 미리 정해 둔 시간치로 정미시간을 구하는 방법은 PTS법이다.
PTS법(Predetermined Time Standard)은 작업을 기본동작으로 분해한 뒤 동작의 성질과 조건에 맞는 표준 시간치를 합산하는 방식이다.
나머지 보기는 다음 이유로 맞지 않는다.
Work Sampling법은 무작위 순간에 관측한 결과의 비율로 작업 상태를 추정하는 방법이다.
스톱워치법은 작업 시간을 직접 측정하는 방법이다.
실적자료법은 과거 작업 실적 기록으로 시간을 추정하는 방법이다.

계수치 데이터는 측정값이 아니라 불량 개수나 부적합품률처럼 셀 수 있는 데이터이다. 무게, 길이, 인장강도는 연속적인 측정값으로 계량치 데이터에 해당하므로, 계수치 데이터는 부적합품률이다.

생산보전(PM)은 보전예방·예방보전·개량보전을 포함하여 설비의 고장 방지와 효율 향상을 추구하는 활동이다. 안전보전은 생산보전의 주요 구성 내용에 해당하지 않는다.

비용구배(Cost Slope)는 (특급비용-정상비용)/(정상기간-특급기간)으로 계산한다. 표에서 정상작업은 15일·150만원, 특급작업은 10일·200만원이므로, 비용구배=$(200-150)만원 / (15-10)일$ = $50만원/5일$ = 10만원/일이 된다.

관리도에서 점이 시간의 흐름에 따라 연속적으로 상승하거나 하강하는 상태를 경향이라 한다. 주기는 일정한 간격으로 반복되는 변동이고, 산포는 측정값이 흩어지는 정도이며, 연은 관리도의 이상변동 용어가 아니다.