지그(Jigs)와 픽스처(Fixtures)는 특수 공작물 고정 및 공구 가이드 장치를 적용하여 반복 작업물을 경제적으로 생산하는 수단입니다.
지그와 픽스처는 동일 부품의 생산 속도를 높이는 동시에 이 부품들을 생산하는 데 필요한 인간의 노력을 줄여주는 장치입니다. 센터 선반이 다양한 형상과 크기의 개별 부품을 생산하는 데 적합한 공작기계임은 이미 언급했지만, 대량으로 유사한 제품을 생산하는 데 선반을 사용하는 것은 비효율적입니다.
지그와 픽스처의 정의는 다음과 같습니다.
지그: 공작물을 고정하고 위치를 결정할 뿐만 아니라 하나 이상의 절삭 공구를 가이드하고 제어하는 장치입니다. 공작물이 고정되고 공구가 가이드되어 서로 진정한 상대적 위치에 있도록 합니다.
지그는 금속(일부 경우 비금속)으로 된 판, 구조물, 또는 상자로서, 부품을 동일한 위치에 하나씩 고정하는 장치와 도면, 사양, 또는 작업 레이아웃에 따라 공작물 위의 올바른 위치에 공구를 가이드하는 장치를 갖추고 있습니다.
즉, 공구 고정과 절삭 공구 가이드 दोनों에 사용됩니다.
지그의 주 목적은 제품 제조에서 반복성, 정확성, 호환성을 제공하는 것입니다.
지그에 대해 기억해야 할 중요한 사항:
픽스처는 검사 또는 제조 공정 중에 공작물을 고정하고 위치를 결정하는 장치입니다. 픽스처는 공구를 가이드하지 않습니다. 픽스처는 공작기계 테이블에 클램핑하여 공작물을 위치에 고정하는 다양한 표준 또는 특수 설계된 공작물 고정 장치입니다. 공구는 수동으로 또는 게이지를 사용하여 공작물 위의 필요한 위치로 조정됩니다.
즉, 픽스처는 단순히 원하는 위치에서 공작물을 고정, 지지, 위치 결정하는 공작물 고정 장치입니다.
주 기능은 가공 작업 중 공작물을 고정하고 위치 결정하는 것이며, 제품 제조에서 반복성, 정확성, 호환성을 제공하는 것입니다.
픽스처의 핵심 사항:
다음은 지그와 픽스처의 근본적인 차이점입니다.
1. 픽스처는 공작물을 고정하고 위치만 결정하지만 공구를 가이드하지 않는 반면, 지그는 공작물을 고정, 위치 결정할 뿐만 아니라 공구도 가이드합니다.
2. 픽스처는 일반적으로 구조가 더 무겁고 공작기계 테이블에 단단히 볼트로 고정되는 반면, 지그는 빠른 취급을 위해 더 가볍게 제작되며 테이블과의 클램핑이 종종 불필요합니다.
3. 픽스처는 밀링, 그라인딩, 플래닝, 터닝 작업에서 공작물 고정에 사용되는 반면, 지그는 특히 드릴링, 리밍, 태핑 작업에서 공작물 고정과 공구 가이드에 사용됩니다.
| 지그 (Jig) | 픽스처 (Fixture) |
| 절삭 공구를 가이드함 | 절삭 공구를 가이드하지 않음 |
| 대부분 공작기계 테이블에 부착됨 | 항상 공작기계 테이블에 부착됨 |
| 지그는 일반적으로 픽스처보다 가벼움 | 픽스처는 일반적으로 지그보다 무거움 |
| 지그 풋(Jig feet) 사용 | 그러한 풋 없음 |
| 절삭 공구 가이드용 부시 사용 | 부시 미사용 |
| 드릴링, 리밍, 보링 작업에 특화 | 밀링, 터닝, 그라인딩 작업에 특화 |
| 드릴링 머신에서 널리 사용 | 밀링, 그라인딩 머신에서 널리 사용 |
| 지그 비용이 더 비쌈 | 픽스처 비용이 지그보다 저렴 |
| 복잡한 설계 | 덜 복잡한 설계 |
지그와 픽스처의 주요 구성 요소는 다음과 같습니다.
1. 본체(Body) :- 가공된 부품이 위치하는 판, 박스, 또는 프레임 구조물입니다. 매우 강하고 견고해야 합니다.
2. 위치 결정 요소(Locating elements) :- 절삭 공구에 상대하여 공작물을 적절한 위치에 위치시키는 역할을 합니다.
3. 클램핑 요소(Clamping elements) :- 공작물을 원하는 위치에 단단히 고정하는 구성 요소입니다.
4. 가이드 및 세팅 요소(Grinding and setting elements) :- 지그의 경우 절삭 공구를 가이드하고, 픽스처의 경우 공구 작동을 적절히 돕는 요소입니다.
5. 포지셔닝 요소(Positioning elements) :- 지그나 픽스처를 공작기계의 적절한 위치에 고정하는 데 사용되는 다양한 체결 장치를 포함합니다.
6. 인덱싱 요소(Indexing elements) :- 항상 제공되는 것은 아닙니다. 그러나 많은 공작물이 다른 면이나 위치에서 가공하기 위해 서로 다른 위치로 인덱싱되어야 할 수 있습니다. 그런 경우 이 요소들을 지그나 픽스처에 통합해야 합니다.
실제 구성품 또는 공작물을 조달하고 연구하여 수행할 작업 순서를 결정하고 지그 및 픽스처의 기타 설계 세부 사항을 평가합니다. 공작물 표면 중 하나를 가공하여 다른 모든 측정의 기준이 되는 데이터(Datum) 표면으로 삼습니다.
지그와 픽스처의 품질, 종류, 복잡성은 가공할 작업 유형과 필요한 생산 규모에 따라 달라집니다. 간단한 것부터 설명하겠습니다.
템플릿 지그는 모든 지그 유형 중 가장 단순합니다. 두 개의 구멍이 있는 판이 템플릿 역할을 하며 가공할 부품에 고정됩니다. 드릴이 템플릿의 구멍을 통해 가이드되어 템플릿과 동일한 상대적 위치에 공작물에 구멍이 뚫립니다.
플레이트 지그는 템플릿에 드릴 부시를 추가한 개선된 템플릿 지그입니다. 플레이트 지그는 큰 부품의 구멍을 뚫으면서 간격을 정확하게 유지하는 데 사용됩니다.
채널 지그는 채널 모양의 단면을 가진 단순한 지그입니다. 부품을 채널에 넣고 너클 노브를 돌려 클램핑합니다. 드릴 부시가 공구를 가이드합니다.
지름 지그는 원통형 또는 구형 공작물에 방사형 구멍을 뚫는 도구입니다.
그림 1은 지름 지그를 보여줍니다. 공작물 1은 고정 V-블록 6 위에 놓이고 클램핑 플레이트 7에 의해 클램핑되며, 이는 공작물 로케이터 역할도 합니다. 공구는 공작물을 기준으로 방사상으로 위치한 드릴 부시 8을 통해 가이드됩니다.
리프 지그는 공작물 적재/적재를 위해 열리고 닫히는 리프(잎)가 있습니다.
위 그림에 리프 지그가 나와 있습니다. 본체에 11에서 힌지된 리프 또는 플레이트 13이 있으며, 리프는 공작물 적재/적재를 위해 열리고 닫힙니다. 공작물 1은 버튼 10에 의해 위치 결정되고 셋 스크류 12에 의해 고정됩니다. 드릴 부시 3이 공구를 가이드합니다.
링 지그는 원형 플랜지 부품의 구멍 가공에 사용됩니다. 공작물이 드릴 본체에 단단히 클램핑되고, 드릴 부시를 통해 공구를 가이드하여 구멍을 뚫습니다.
박스 지그는 박스 형태의 구조로 공작물을 단단히 고정하여, 지그의 어느 면이 공구 쪽으로 향하느냐에 따라 한 번의 셋업으로 다양한 각도에서 드릴링이나 가공이 가능합니다.
다음은 픽스처의 종류입니다.
이 픽스처들은 일반적으로 공작기계 스핀들의 노즈나 페이스플레이트에 장착되며, 공작물은 이들에 의해 고정됩니다. 필요할 경우 픽스처는 언밸런스된 픽스처를 균형 잡기 위해 카운터웨이트가 필요할 수 있습니다.
밀링 픽스처는 일반적으로 공작기계 스핀들의 노즈나 페이스플레이트에 장착되며, 공작물은 이들에 의해 고정됩니다. 테이블이 이동하여 커터와 올바른 관계로 위치합니다. 작업 시작 전 공작물은 픽스처 베이스에 놓고 클램핑합니다.
브로칭 픽스처는 키웨이 브로칭, 홀 브로칭 등의 작업 중 공작물을 위치 결정, 고정, 지지하기 위해 다양한 브로칭 머신에 사용됩니다.
이 픽스처는 지그와 픽스처 설계의 거의 모든 보편적 원칙을 포함합니다. 밀링 픽스처만큼 견고할 필요는 없는데, 밀링 작업만큼 무거운 절삭 하중을 견디지 않기 때문입니다.
그라인딩 머신에서 작업 중 공작물을 위치 결정, 고정, 지지하기 위해 다양한 유형의 픽스처가 사용됩니다. 이 픽스처들은 척, 맨드렐, 형상 턱 척, 마그네틱 척 등 표준 공작물 고정 장치일 수 있습니다.
예를 들어, 로터리 테이블이 있는 수직 표면 그라인더에는 일반적으로 로터리 픽스처가 테이블에 고정됩니다. 마찬가지로 왕복 테이블이 있는 표면 그라인더에는 플레인 또는 스트링 픽스처를 제공할 수 있습니다. 드릴 그라인딩 어태치먼트는 드릴 기하학 연삭에 사용되는 표준 픽스처의 대표적 예입니다.
어떤 유형의 픽스처가 그라인딩에 사용되든, 냉각수 공급 및 배출, 휠 드레서 장착, 회전 픽스처인 경우 적절한 밸런싱을 위한 조항이 있어야 합니다.
이러한 유형의 픽스처는 맨드렐, 척, 형상 턱 척, 마그네틱 척 등 표준 공작물 고정 장치일 수 있습니다.
태핑 픽스처는 드릴링된 구멍에 내부 나사를 절삭하기 위해 동일한 공작물을 위치 결정하고 단단히 고정하도록 특수 설계되었습니다. 기형적이거나 언밸런스된 부품은 항상 이러한 픽스처를 필요로 하며, 특히 태핑 작업이 그러한 부품에 대량으로 반복되어야 하는 경우에 그렇습니다.
동시에 두 개의 유사한 부품을 고정하여 두 개의 별도 스테이션에서 동시에 가공할 수 있게 하는 픽스처를 말합니다. 단일 공작물은 단일 스테이션에서 가공됩니다.
요구사항에 따라 두 작업은 유사하거나 다를 수 있습니다. 두 스테이션에서의 가공이 완료되면 픽스처는 180도 인덱싱되어 첫 번째 부품을 두 번째 스테이션(두 번째 작업용)으로, 완제품을 첫 번째 스테이션으로 이동시킵니다.
완성된 부품은 여기서 언로드되고 새 부품으로 교체되며, 첫 번째 작업이 수행됩니다. 이 사이클이 무한 반복되어 부품의 상대적으로 고속 대량 생산이 가능합니다.
용접 픽스처는 용접할 다양한 부품을 적절한 위치에 고정하고 지지하면서 용접 구조물의 변형을 방지하도록 세심하게 설계되었습니다.
이를 위해 위치 결정 요소를 신중하게 배치해야 하며, 클램핑은 가볍지만 단단해야 하고, 클램핑 요소는 용접 구역에서 떨어져 있어야 합니다. 용접 응력을 견디기 위해 픽스처는 매우 안정적이고 견고해야 합니다.
조립 픽스처의 목적은 조립 중 다양한 부품을 적절한 상대적 위치에 고정하는 것입니다. 예를 들어 두 개 이상의 강판을 상대적 위치에 고정하고 리벳팅할 수 있습니다.
기계적 조립 픽스처는 기계적 작업을 수행하면서 부품을 고정하는 데 사용됩니다. 반면, 용접 픽스처처럼 부품을 결합하기 위해 고정하는 다른 유형의 픽스처도 있는데, 이는 열간 결합용 조립 픽스처이기도 합니다.
여러 부품이 다양한 면에서 가공되어 가공된 면이나 형상이 균등하게 간격을 두어야 합니다. 이러한 요소들은 가공할 면의 수만큼 인덱싱되어야 합니다. 인덱싱 메커니즘을 수용하도록 고정 장치(지그 또는 픽스처)가 설계됩니다. 인덱싱 픽스처는 이러한 장치를 포함하는 픽스처입니다.
지그나 픽스처의 성공적인 설계는 실제 작업에 착수하기 전에 신중히 연구해야 할 여러 요소의 분석에 달려 있습니다. 다음은 지그 또는 픽스처 설계 시 고려해야 할 필수 요소들입니다.
1. 부품 연구
2. 공작기계 유형 및 용량 연구
3. 위치 결정 요소 연구
4. 적재/하역 방식 연구
5. 클램핑 방식 연구
6. 클램핑 요소 작동용 동력 장치 연구
7. 지그와 부품 간 필요 클리어런스 연구
8. 인덱싱 장치 연구
9. 공구 가이드 및 커터 세팅 요소 연구
10. 풀프루핑(Fool-proofing) 방식 연구
11. 이젝팅 장치 연구
12. 절삭칩 제거 방식 연구
13. 강성 및 진동 프로그램 연구
14. 테이블 고정 방식 연구
15. 안전 장치 연구
16. 지그 베이스, 본체, 프레임 제조 방법 연구
대량 생산 작업에 지그와 픽스처를 사용함으로써 얻는 장점은 다음과 같습니다.
1. 가공 전 마킹, 측정, 기타 세팅 방법 불필요
2. 공작물이 자동으로 위치 결정되고 공구가 수동 조정 없이 가이드되어 가공 정확도 향상
3. 호환 가능한 동일 부품 생산 가능, 조립 작업 용이
4. 한 번의 셋업으로 여러 공작물 가공 가능, 경우에 따라 여러 공구 동시 작동 가능. 히트 세팅 및 공작물 위치 결정으로 취급 시간 대폭 단축. 지그와 픽스처의 높은 클램핑 강성으로 절삭 속도, 이송, 절삭 깊이 증가 가능
5. 취급 작업 최소화 및 단순화로 작업자 노동 및 피로 감소
6. 공구와 공작물 세팅 작업이 기계화되어 반숙련 작업자도 작업 가능, 인건비 절감
7. 완제품 품질 관리 비용 감소
8. 공정을 완전 또는 부분적으로 자동화하여 전체 가공 비용 절감
지그와 픽스처 제작에 사용되는 재료는 다음과 같습니다.
지금까지 지그와 픽스처와 관련된 모든 것(구성 요소, 종류, 장단점, 사용 재료)을 다루었습니다.
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산업기술
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