링크식 클램핑 드릴 지그 투상 연습

링크식 클램핑 드릴 지그 투상 연습 — 일반기계기사·기계설계산업기사·전산응용기계제도기능사 도면 해독 연습

이 도면은 무엇인가

이번 링크식 클램핑 드릴 지그 투상 연습에서 다룰 도면은 도면번호 085-M5010, 1985년 5월 30일에 ‘전국기계설계제도협의회’에서 작성된 드릴 지그(Drill Jig) 조립도입니다. CAD가 아직 보급되기 전이라 제도판과 T자·삼각자로 한 획 한 획 그린 수작업 도면(핸드 드래프팅)이라는 점도 눈여겨볼 부분입니다. 척도 1:1, 3각법으로 작도되었으며 밑판·브래킷·조임나사·게이지 판·부시홀더·드릴 부시·누르개·홀더 등 12개 부품으로 구성되어 있습니다. 이 지그는 이름 그대로 드릴링 머신 위에 올려놓고, 손으로 가공할 부품(제품)을 지그 속에 정확한 위치로 고정한 뒤 드릴 부시가 드릴을 안내하여 구멍을 뚫도록 만든 위치결정·고정용 치공구입니다. 링크의 원리를 이용한 클램핑 방식이 이 도면의 핵심 포인트로, 조임나사를 돌리는 동작 하나로 누르개가 제품의 윗면과 측면을 동시에 눌러 고정하도록 설계되어 있습니다. 이번 글은 단순히 투상 연습에 그치지 않고, 『엔지니어링 드로잉』 창간호(1985년)에 실린 「기계제도 응용과 그 실제 — 기계공작용 부품도면의 해설」 연재분의 설계 해설을 최대한 충실하게 옮겨 담았습니다. 일반기계기사·기계설계산업기사·전산응용기계제도기능사를 준비 중이라면, 지그·고정구 계열 과제 도면을 읽고 해석하는 연습 자료로 활용해보시기 바랍니다.

설계 목적

정리하면 이 지그의 설계 목적은 크게 두 가지로 읽을 수 있습니다. 하나는 링크 구조를 이용한 신속한 클램핑이고, 다른 하나는 드릴 부시를 통한 구멍 가공 위치의 정확한 안내입니다. 제품을 지그에 넣고 빼는 동작이 잦은 다품종·다수량 드릴 가공 공정에서는, 클램핑이 얼마나 빠르고 정확하게 이루어지는가가 곧 작업 능률과 직결되기 때문에 이 두 가지 목적이 서로 맞물려 있다고 볼 수 있습니다.

조립 및 기능

이 설명을 조립 순서대로 정리해보면 다음과 같습니다. 먼저 ① 게이지 판(4)을 밑판(1)에 조립하고, ② 누르개(8)가 달린 홀더(10)와 드릴 부시(7)가 박힌 부시홀더(6)를 차례로 밑판에 조립합니다. ③ 이어서 브래킷(2)을 조립한 뒤 조임나사(3)를 체결하고, ④ 제품(5)을 넣을 때는 누르개를 들어 올려 삽입 공간을 확보합니다. ⑤ 마지막으로 조임나사를 돌리면 누르개 끝의 조오부가 제품의 윗면과 측면을 동시에 눌러주는 구조입니다. 단면 가-가를 보면 누르개(8)는 품번 11의 힌지핀을 축으로 회전하는 구조인데, 앞서 부품도면 해설(품번 1)에서 짚은 “정면도의 힌지핀 구멍”이 바로 이 축 구멍입니다. 한쪽 끝은 힌지핀으로 고정되고 반대쪽 끝은 조임나사에 눌리는 지렛대 형태로 움직이므로, 한 번의 조임 동작만으로 두 방향의 클램핑력이 동시에 발생합니다 — 이 지그가 링크식 클램핑이라는 이름값을 하는 부분입니다.

설계제도 시 검토사항

정리해보면 이 검토사항은 결국 가공 정밀도 확보와 작업 기동성(생산성) 향상이라는 두 마리 토끼를 함께 잡는 문제로 귀결됩니다. 밑판의 상·하면을 정밀하게 가공해 드릴 부시의 수직도와 제품 안착면의 평면도를 보장하는 것이 정밀도 쪽이라면, 조임나사의 리드각을 크게 하거나 아예 편심 캠 방식으로 바꾸는 것은 기동성 쪽입니다. 실제 현장에서는 다품종 소량 생산이냐 소품종 대량 생산이냐에 따라 이 두 요소 중 무엇을 더 우선할지가 달라지므로, 도면을 투상할 때도 단순히 형상만 옮기지 말고 이런 설계 의도를 함께 읽어내는 연습이 필요합니다.

부품도면 해설

원서에서는 주요 부품들을 정면도·평면도·측면도의 배치 방식과 함께 하나하나 짚어가며 설계 검토 포인트를 설명하고 있습니다. 이번 글에서는 그 해설을 최대한 원문에 충실하게 옮기되, 옛 표기(홀다→홀더, 드릴부싱→드릴부시, 부싱홀더→부시홀더, 브라켓트→브래킷)만 요즘 표기로 바꾸어 정리하였습니다.

도면에서 외곽의 크기가 잘 나타나는 평면의 상태를 정면도로 하고, 우측면도와 단면부를 저면도의 위치에 배열함은 합당한 투상도의 배치로써 평면으로 나타나는 그림이 정면도가 되도록 배치함에 시선이 갑니다. 그러나 정면도의 힌지핀 구멍 부를 한 쪽만 부분단면을 하였는데, 양쪽 모두 부분단면을 취해도 되겠습니다.

정면도의 나사부를 은선으로 도시하였는데 우측면도에 도시가 되므로, 은선을 생략하고 중심선으로 도시해도 됩니다. 간혹 설계를 하다 보면 이러한 부분이 생겨서 망설이게 되나, 과감하게 탈피하여 리이머 공구의 길이와 가공시간 및 조립되는 부품의 길이 등을 고려하여 도면과 같은 설계를 하여야 합니다. 양측에 중심선과 가상선을 사용하여 연결하는 선을 도시하였는바, 동시에 한 공정으로 가공을 지시하는 뜻이기도 합니다. 도면에서와 같이 15밀리의 여유를 주어 길이를 크게 하여 줌은 필요한 부분만의 가공 길이를 확보하기 위함이며, 불필요한 가공길이를 설계할 필요가 없습니다.

• 도면에서 폭의 치수를 일반공차로 지시하고 형상공차를 규제하지 않았으나, 품번 6의 부시홀더의 중심위치가 밑판의 중심 및 게이지 판의 중심과 일치시키기 위해서는 최소한 대칭으로 중심에 있도록 규제하여 줌이 합당합니다. 그림 2. 조립 정밀도를 확보하기 위한 대칭도의 규제
• 도면에서 기입된 치수의 공차는 가공과 조립이 어려운 치수공차로써, 이보다는 홈에 +공차를, 품번 2의 브래킷 폭에 −공차를 규제하고, 그 크기가 커도 조립과 작동에 지장이 없는 곳입니다.
• 정면도에 도시된 맞춤핀의 구멍 위치가 잘못 도시되어 있으며, 맞춤핀의 설치는 항상 대각의 위치에 있도록 설계하여야 합니다. 그림 3. 맞춤핀의 올바른 설치 또한 도면에서 조립 후 동시가공의 주서를 기입하였는데, 이는 만약 품번 4의 게이지 판을 열처리 할 경우 “열처리 전 동시가공”이라는 주서를 병기해야 합니다. 열처리 된 후에는 드릴링이나 리이밍의 작업을 할 수 없기 때문입니다.
• 표면의 거칠기 기입에서 상·하면은 연마로 완성을 하는 것이 합당하며, 기호의 기입은 3개로 함이 합당합니다. 이는 밑면이 기계의 작업대 위에 놓이므로 작업의 기준이 되며, 윗면은 게이지 판이 놓이게 되는 면으로써 밑면과 평행으로 가공이 되어야 올바른 게이지의 역할이 되어 가공의 정밀도를 확보하기 때문입니다.

품번 1의 투상도 배열과 같이 3면도 형식으로 배열한 품번 2와, 가공되는 위치로 바꾸어 머리부가 왼쪽으로 놓이도록 투상을 한 품번 3의 투상 도시는 합당합니다. 또한 품번 3에서 아쉬운 것은, 조임과 풀림의 기동성을 위해 리드각이 큰 나사를 채택하였으면 하는 것입니다.

• 널링(너얼링) 부의 치수를 인출할 때 지시선을 꺾어서 인출하나, 이보다는 형상이 도시된 도형의 내부에서 점을 찍고 인출을 함이 더 합당합니다. 그림 4. 널링부의 올바른 지시선 사용
• 도면에서 머리부에 센터링의 지시를 하였으나, 가공은 척(chuck)을 사용해서 가공을 하면 됩니다. 센터링의 지시는 축이 길거나 연마 또는 중요치수로 지시되어 기능과 작동에 관련이 있어서 검사를 하여야 할 부분이면 지시하여도 됩니다.

형상이 뚜렷한 평면의 상태를 정면도로 배열하고 단면부를 우측에 배열한 품번 4와, 직각으로 구부려 있어서 그 물체의 형상이 뚜렷한 부분을 정면도로 하고 평면도와 우측면도를 보조 투상도로 도시하고 배열한 품번 6은 합당한 투상도와 배열방식입니다. 물체의 형상으로 보아 2면도와 3면도의 형식을 구분하여 선택한 것에 주목합니다. 다만, 평면도에 두 구멍의 중심선 도시가 없음이 지적됩니다.

• 주어진 과제의 조립도면을 보면 게이지 되는 부분으로 폭이 큰 부분이 기준이 되어 게이지 역할을 하도록 되어 있는데, 폭이 좁은 쪽을 게이지 홈으로 사용되도록 부품도면에 기입이 되어있습니다. 그러므로 16미리에 치수공차를 규제하여 제품의 게이지를 하도록 한 것은 불합리합니다. 표면의 거칠기 기호도 물론 2개로 하면 되고, 넓은 쪽에 3개를 기입하여 치수공차를 기입하여 제품의 게이지를 하도록 하는 것이 원칙입니다.
• 품번 8의 누르개가 품번 5의 제품을 밀어 붙일 때 닿는 면이 기준이 되어 있으나, 품번 6의 부시홀더와 닿는 면도 동시에 기준이 될 수 있도록 같이 평행도를 추가로 규제하며, 품번 1의 밑판과 닿는 면 또한 직각도를 추가 규제함이 합당합니다. 이는 가공을 위한 고려이며, 이 부품의 기능이 게이지 역할을 하게 한 조치로 봅니다. 그림 5. 기능과 가공을 위하여 추가로 기입된 형상공차
• 게이지 판에 품번 5의 제품을 삽입할 때 위에서 아래로 삽입하거나 누르개 방향에서 밀어 삽입할 수도 있습니다. 그러므로 삽입이 용이하도록 모서리 부에 라운드 가공을 하거나 경사면을 이루도록 설계를 하면 좋습니다. 그림 6. 제품삽입부의 개선된 설계
• 재질을 탄소공구강(KS 기호 STC)으로 선택하여 열처리를 하지 않고 조립을 잘 할 수 있도록 한다면 품번 1과 동시가공을 할 수 있습니다. 그러나 열처리를 할 경우에는 열처리 전에 동시 가공을 하여야 하나, 이 경우 게이지 면에 변형이 생겨서 실제 기능을 발휘하기가 곤란합니다. 여기서는 열처리를 하지 않고 조립을 하면 좋겠습니다.
• 도면에서 표면의 거칠기를 구석진 곳까지 지시하였으나, 이는 조립도면을 볼 때 품번 1의 밑판과 밀착 조립을 위하여 매끄러운 고운면을 지시한 것입니다. 그러나 이 경우에는 정밀한 고운면을 필요한 부분만 확보하고자 할 때에 그림 7과 같이 지시하여도 됩니다. 그림 7. 필요부분만의 표면 거칠기 지시 불가피한 경우에만 이러한 방법을 이용하도록 하고, 남용하여서는 안됩니다.

일반기계기사·기계설계산업기사·전산응용기계제도기능사 준비생에게 투상 연습이 중요한 이유

일반기계기사, 기계설계산업기사, 전산응용기계제도기능사 세 자격 실기는 모두 CAD로 진행되며, 전산응용기계제도기능사·기계설계산업기사는 작업형(3D 모델링→2D 부품도) 중심이고 일반기계기사만 필답형(기계요소설계 계산)이 더해집니다. 과제 구성과 무관하게 투상이 출발점이라는 점은 같습니다 — 조립도 속 부품 형상을 정확히 투상해야 3D 모델링이 가능해지고, 이를 정면도·평면도·측면도로 작도할 수 있어야 치수기입·공차 적용까지 이어지기 때문입니다. 드릴 지그처럼 밑판·브래킷·게이지 판·부시홀더 같은 여러 부품이 서로 다른 기준면을 두고 조립되는 도면은, 어떤 면이 가공·조립·게이지의 기준이 되는지를 함께 읽어내는 훈련에 특히 좋습니다. 이런 예제를 반복해서 투상해보면, 실제 시험장에서 낯선 구조의 지그·고정구 과제 도면을 만나도 당황하지 않는 감각이 붙습니다. 자격 종목별 정확한 실기 출제 기준은 한국산업인력공단 큐넷(Q-net)의 최신 공고를 통해 다시 한번 확인해보시길 권해드립니다.

🔗 함께 보면 좋은 투상 연습 글

코오킹 공구 투상 연습 위치 고정지그 투상 연습 고정지그 투상 연습 유압 클램프 투상 연습 V블록 클램프 투상 연습 드릴 헤드 투상 연습 드릴 지그 투상 연습

이 글은 『엔지니어링 드로잉』 창간호(1985년)에 실린 「기계제도 응용과 그 실제 — 기계공작용 부품도면의 해설」 연재분(전국기계설계제도협의회, 도면번호 085-M5010, 1985.5.30)의 드릴 지그 해설을 투상 연습용으로 정리한 학습 참고용 자료이며, 옛 표기(홀다→홀더, 드릴부싱→드릴부시, 부싱홀더→부시홀더, 브라켓트→브래킷)는 현재 통용되는 표기로 바꾸어 실었습니다.