지그와 고정구 완벽 가이드: 종류, 구성 요소, 장점 및 응용 분야

지그와 고정구란?

지그(Jig)와 고정구(Fixture)는 동일한 부품을 대량 생산할 때 생산 속도를 높이고 인력을 절감하기 위한 필수 장치입니다. 센터 선반은 다양한 형상의 개별 부품 가공에 적합하지만, 동일한 제품을 대량으로 생산할 때는 경제적이지 않습니다.

캡스턴 및 터렛 선반은 다중 냉각 장치와 횡단 정지 장치 덕분에 반복 작업에 쉽게 적용되어 생산 속도를 높일 수 있습니다. 그러나 모든 공작물을 캡스턴이나 터렛 선반에서 가공할 수 있는 것은 아니며, 드릴링, 밀링, 평삭, 연삭기 등이 필요할 수 있습니다. 이러한 공작물을 대량으로 동일한 형상과 치수로 생산하기 위해서는 공작물을 고정하고 위치를 결정하는 적절한 장치가 필요한데, 이것이 바로 지그와 고정구입니다.

지그(Jig)란?

지그는 공작물을 고정하고 위치를 결정하며, 하나 이상의 절삭 공구를 안내하고 제어하는 장치입니다. 공작물의 고정과 공구의 안내가 서로 진정한 위치 관계에 있도록 설계됩니다.

구조상 지그는 금속(경우에 따라 비금속)으로 만들어진 플레이트, 구조물 또는 상자로서, 부품을 하나씩 동일한 위치에 고정하고 도면, 사양 또는 작업 배치에 따라 공구를 공작물의 올바른 위치로 안내하는 기능을 갖추고 있습니다.

고정구(Fixture)란?

고정구는 검사 또는 제조 작업 중에 공작물을 고정하고 위치를 결정하는 장치입니다. 고정구는 공구를 안내하지 않습니다.

구조상 고정구는 공작물을 위치에 고정하기 위해 공작기계 테이블에 체결되는 다양한 표준 또는 특수 설계의 공작물 고정 장치로 구성됩니다. 공구는 게이지나 수동 조정을 사용하여 공작물의 필요한 위치에 설정됩니다.

지그와 고정구의 주요 구성 요소

지그와 고정구의 주요 요소는 다음과 같습니다:

• 본체(Body): 가공할 부품이 위치하는 플레이트, 박스 또는 프레임 형태의 구조물로, 견고하고 강성이 있어야 합니다.
• 위치 결정 요소(Locating elements): 공작물을 절삭 공구에 대한 적절한 위치에 위치시킵니다.
• 클램핑 요소(Clamping elements): 위치가 결정된 공작물을 단단히 고정합니다.
• 가이드 및 설정 요소(Guiding and setting elements): 지그의 경우 절삭 공구를 안내하고, 고정구의 경우 적절한 공구 작동을 돕습니다.
• 포지셔닝 요소(Positioning elements): 지그나 고정구를 기계의 적절한 위치에 고정하는 다양한 체결 장치를 포함합니다.
• 인덱싱 요소(Indexing elements): 항상 제공되는 것은 아니지만, 많은 공작물이 다른 면이나 위치에서 가공하기 위해 서로 다른 위치로 인덱싱되어야 할 경우 지그나 고정구에 통합됩니다.

지그의 종류

다음은 7가지 주요 지그 유형입니다:

1. 템플릿 지그(Template jig)
2. 플레이트 지그(Plate jig)
3. 채널 지그(Channel jig)
4. 직경 지그(Diameter jig)
5. 리프 지그(Leaf jig)
6. 링 지그(Ring jig)
7. 박스 지그(Box jig)

1. 템플릿 지그

가장 단순한 형태의 지그로, 원하는 위치에 구멍이 뚫린 플레이트를 가공할 부품 위에 고정하여 드릴을 안내합니다. 템플릿의 구멍 위치와 동일하게 공작물에 구멍을 뚫을 수 있습니다.

2. 플레이트 지그

템플릿 지그를 개선하여 드릴 부싱을 추가한 형태입니다. 큰 부품의 구멍을 정확한 간격으로 가공하는 데 사용됩니다.

3. 채널 지그

채널 모양의 단면을 가진 간단한 지그로, 부품을 채널 내에 끼우고 너브 손잡이를 돌려 위치 결정 및 클램핑합니다. 드릴 부싱을 통해 공구를 안내합니다.

4. 직경 지그

원통형 또는 구형 공작물에 방사형 구멍을 뚫는 데 사용됩니다. 공작물을 고정 V-블록 위에 놓고 클램핑 플레이트로 고정한 후, 드릴 부싱을 방사 방향으로 설정하여 공구를 안내합니다.

5. 리프 지그

본체에 힌지로 연결된 리프(판)가 있어 공작물 적재 시 열고 닫을 수 있습니다. 버튼으로 위치를 결정하고 셋 스크류로 클램핑하며, 드릴 부싱이 공구를 안내합니다.

6. 링 지그

원형 플랜지 부품에 구멍을 뚫는 데 사용됩니다. 공작물을 드릴 본체에 단단히 고정하고 드릴 부싱을 통해 공구를 안내하여 구멍을 가공합니다.

7. 박스 지그

박스 형태의 구조 내부에 버튼으로 부품을 위치시키고 캠 핸들을 돌려 클램핑합니다. 한 부품에 여러 각도에서 구멍을 뚫어야 할 때 주로 사용됩니다.

고정구의 종류

다음은 10가지 주요 고정구 유형입니다:

1. 선반 고정구(Turning fixtures)
2. 밀링 고정구(Milling fixtures)
3. 브로칭 고정구(Broaching fixtures)
4. 연삭 고정구(Grinding fixtures)
5. 보링 고정구(Boring fixtures)
6. 인덱싱 고정구(Indexing fixtures)
7. 탭핑 고정구(Tapping fixtures)
8. 듀플렉스 고정구(Duplex fixtures)
9. 용접 고정구(Welding fixtures)
10. 조립 고정구(Assembly fixtures)

고정구는 일반적으로 설계된 가공 작업의 유형에 따라 이름이 붙여집니다.

선반 고정구

규칙적인 공작물은 척, 콜렛, 센터, 맨드렐, 페이스 플레이트 등 표준 고정 장치로 선반에 쉽게 고정할 수 있습니다. 그러나 불규칙한 형상의 부품은 올바르게 고정하기 어렵습니다. 복잡한 형상의 공작물은 선반 고정구를 사용하여 반드시 위치에 고정해야 합니다. 이 고정구는 일반적으로 기계 스핀들 노즈나 페이스 플레이트에 장착됩니다.

밀링 고정구

밀링 기계에서 다양한 밀링 작업을 수행하는 데 사용됩니다. 고정구는 기계 테이블에 정확히 위치하고 볼트와 너트로 고정됩니다. 테이블을 이동하여 커터와의 적절한 위치를 설정합니다. 절삭 힘이 크고 간헐적이므로 클램핑 요소가 중요합니다. 고정구 베이스 아래의 두 개의 텐턴이 테이블의 T-슬롯에 들어가 위치를 결정합니다.

브로칭 고정구

다양한 브로칭 기계에서 키홈 브로칭, 구멍 브로칭 등의 작업 중 공작물을 위치시키고 고정하며 지지하는 데 사용됩니다.

연삭 고정구

연삭 기계에서 공작물을 위치시키고 고정하며 지지하는 데 사용되는 다양한 형태의 고정구가 있습니다. 척, 맨드렐, 형상 조, 자기 척 등 표준 공작물 고정 장치가 사용될 수 있습니다. 냉각수 공급 및 배출, 숫돌 드레서 장착, 회전 고정구의 경우 밸런스 조정 등의 기능이 필요합니다.

보링 고정구

보링 바(공구)를 고정하고 공작물을 이송하거나, 공작물을 고정하고 보링 바를 이송하는 두 가지 방식으로 설계됩니다. 드릴링 지그의 원리를 적용하여 보링 바를 파일럿 부싱으로 안내하는 방식(보링 지그)과 공작물을 보링 바에 대해 올바른 위치에 고정하는 방식이 있습니다.

인덱싱 고정구

여러 면을 균등하게 가공해야 하는 부품에 사용되며, 가공할 면의 수만큼 균등하게 인덱싱할 수 있는 메커니즘을 갖춥니다.

탭핑 고정구

드릴링된 구멍에 내부 나사를 가공하기 위해 동일한 공작물을 위치시키고 단단히 고정하도록 특별히 설계되었습니다. 복잡한 형상이나 불균형 부품을 대량으로 반복 탭핑할 때 필수적입니다.

듀플렉스 고정구

두 개의 유사한 부품을 동시에 고정하여 두 개의 별도 스테이션에서 동시 가공이 가능하게 합니다. 한 스테이션에서 가공이 완료되면 180도 회전하여 부품을 교체하고 사이클을 반복하여 고속 양산이 가능합니다.

용접 고정구

용접할 부품을 적절한 위치에 고정하고 지지하여 용접 구조물의 변형을 방지하도록 신중하게 설계됩니다. 위치 결정 요소가 정밀해야 하며, 클램핑은 가볍지만 단단해야 하고, 용접 구역을 피해야 합니다. 태클 용접 후 고정구로 옮겨 완전 용접하는 방식이 변형 감소에 효과적입니다.

조립 고정구

조립 시 서로 다른 부품을 적절한 상대 위치에 고정하는 기능을 합니다. 기계적 조작을 위한 기계적 조립 고정구와 용접 고정구 같은 열적 결합용 고정구로 나뉩니다.

지그와 고정구의 차이점

1. 고정구는 공작물을 고정하고 위치만 결정하지만 공구를 안내하지 않으며, 지그는 공작물을 고정, 위치 결정하고 공구도 안내합니다.
2. 고정구는 구조가 무겁고 기계 테이블에 단단히 볼트로 고정되지만, 지그는 빠른 취급을 위해 가볍게 제작되며 테이블 클램핑이 종종 불필요합니다.
3. 고정구는 밀링, 연삭, 평삭, 선반 작업에 사용되며, 지그는 드릴링, 리밍, 탭핑 작업에 주로 사용됩니다.

대량 생산에서 지그와 고정구 사용의 장점

1. 가공 전 먹선 긋기, 측정, 기타 설정 방법이 불필요합니다.
2. 공작물이 자동으로 위치하고 공구가 안내되어 수동 조정 없이 가공 정밀도가 향상됩니다.
3. 호환성이 있는 동일한 부품 생산이 가능하여 조립 작업이 용이해집니다.
4. 한 번 설정으로 여러 공작물을 가공하거나 여러 공구를 동시에 작동시켜 생산 능력이 향상됩니다. 빠른 설정과 위치 결정으로 취급 시간이 크게 단축됩니다. 지그와 고정구의 높은 클램핑 강성으로 절삭 속도, 이송, 절삭 깊이를 높일 수 있습니다.
5. 취급 작업이 최소화되고 단순화되어 작업자의 노동과 피로가 줄어듭니다.
6. 공구와 공작물의 설정 작업이 기계화되어 반숙련 작업자도 작업을 수행할 수 있어 인건비가 절감됩니다.
7. 완제품 품질 관리 비용이 절감됩니다.
8. 공정을 완전 또는 부분적으로 자동화하여 전체 가공 비용을 절감합니다.

지그와 고정구의 응용 분야

지그의 응용:

• 드릴링(Drilling)
• 리밍(Reaming)
• 탭핑(Tapping)

고정구의 응용:

• 밀링(Milling)
• 연삭(Grinding)
• 평삭(Planing)
• 선반(Turning)
• 셰이핑(Shaping)

결론

이제 지그와 고정구에 대한 모든 의문점이 해소되었기를 바랍니다. 여전히 궁금한 점이 있다면 문의하거나 댓글로 질문해 주세요. 우리 페이스북 커뮤니티에도 참여해 보세요. 기사 공유와 뉴스레터 구독도 환영합니다.