김진수/한국폴리텍대학진주캠퍼스 컴퓨터응용기계과 교수·공학박사-제조업기반 CNC공작기계

제조업에서 필수적으로 사용하는 CNC 공작기계에 대하여 소개하고자 한다.

공작기계의 역사는 18세기 증기기관의 발명과 더불어 인류는 도구를 기계적으로 작동시키는 방법을 발견했으며, 손으로 기계의 부품들을 만들기 위해 필요하게 되었다. 처음에는 그전까지 사용되었던 목공기계를 개조해서 사용했고, 1797년 무렵 영국의 헨리 모슬리가 나사절삭 동력 선반을 개발해 조립부품을 생산할 수 있었으며, 셰이퍼, 단조용 증기 해머 등 많은 공작기계가 개발되었다.

미국에서는 1818년 엘리 휘트니가 평면과 직각을 가공할 수 있는 밀링 머신을 발명했으며, 기어 절삭기는 1896년 미국의 F.W. 펠로시가 개발하여 구동에 필요한 기어를 대량 생산할 수 있게 되었다. 19세기 말에 미국의 C. H. 노턴에 의해 연삭기가 개발되어 공작기계의 새로운 장이 열렸다. 일반적으로 보급된 대부분의 공작기계는 19세기 중엽에 설계되었으며, 20세기에 수치 정보에 의해 작동이 제어되는 공작 기계로 초기에는 카드나 테이프에 기록된 수치 정보에 의해 자동 조작하였으나, 현재는 컴퓨터 수치 제어(CNC) 공작 기계가 주류를 이루고 있다.

처음 공작기계를 개발하여 사용한 목적은 이동 수단과 군사 무기를 만들기 위한 도구로 사용되었으며, 1957년 러시아(구소련)가 스푸트니크 1호를 발사한 때로부터 1972년 미국의 아폴로 달 탐사 성공까지를 우주기술 발전의 1단계로 엔진에서부터 대부분 수치 정보에 의해 작동이 제어되는 공작 기계인 CNC 공작기계를 사용하여 제작하였다. 원하는 부품을 사람이 직접 손으로 제작할 때 많은 기간의 숙련된 기술을 보유하고 있어야 하기 때문에 초보자도 쉽게 작업을 할 수 있는 기계가 CNC 공작기계이다. 오늘날 산업전반의 부품가공과 제작을 할 수 있는 CNC공작기계로 발전하였다. 처음에는 2개의 축을 수치로 제어하는 기계에서 컴퓨터의 발달로 인하여 3축, 4축, 5축에서 9축 복합기까지 개발되었다. 현재는 한 번에 여러 공정의 작업을 할 수 있는 CNC 복합공작기계로 용접, 절단, 조립, 절삭가공 등 여러 가지의 작업에 필요한 CNC 공작기계를 한 대의 복합 가공을 사용하여 생산할 수 있는 기계로서 산업현장 전반에서 활용되고 있다.

CNC 복합공작기계는 우리나라에서는 10년 전부터 산업현장에 보급되어 컴퓨터로 설계를 하는 CAD와 기계를 작동하기 위한 수치제어 정보를 획득하여 제품의 제조·공정·검사 등을 시행하는 CAM 소프트웨어를 사용한다. 제조과정에 컴퓨터가 활용되면서 작업이 좀 더 신속하고 정밀해졌다. CAD와 CAM은 원래 독립된 분야로 각각 발전해 왔으나 최근에는 데이터베이스를 공용함으로써 하나의 분야로 인식돼가고 있다.

교육현장에서도 CNC 5축 가공기와 복합 가공기를 도입하여 교육은 실시하고 있지만 현장성 있는 학교가 적어 산업현장의 인력수급에 문제를 야기하고 있다.

2축에서 3축 CNC 공작기계의 기술 인력은 많으나, 신기술이라 할 수 있는 5축에서 복합가공기의 기술 인력이 많이 부족한 현실이다.

4차 산업혁명으로 사물인터넷·빅데이터·클라우드·스마트 로봇 등 기반 기술의 동시다발적 발전하고 있는 현시점에서 모든 사람이 4차 산업을 선도할 수는 없다.

제조업 분야 취업이 확실한 고속․복합 가공 기술, CNC 컨트롤러 유지 보수 기술, CNC 기계 프로그래밍, CAM 기술 등을 배워서 실업에서 탈출할 수 있는 탈출구로 삼았으면 한다.