도구

손공구의 초기역사

고고학적 관점

발굴된 것 가운데 가장 오래된 석기는 260만 년 전 플라이오세 때의 것이다.

도구의 사용은 인간이 동물과 구별되는 이유 중 하나이며, 1836년 덴마크의 고고학자 위르겐센 톰센은 처음으로 도구의 재료로써 석기·청동기·철기 시대로 구분했는데, 시기와 사용지역에 따라 이 구분은 다르지만 초기 도구역사의 개념으로 가치가 있다(3시기체계).

석기

석기시대는 구석기와 신석기 시대로 나뉜다.

약 1만 년 전까지 지속된 구석기시대의 유물로는 깨진 돌조각, 거칠고 구멍이 많은 톱날형태의 절삭도구 등이 있다. 신석기시대는 빙하기의 퇴조 및 농경·목축의 시작과 때를 같이하며, 갈아서 만든 마제석기(磨製石器 : 대표적으로 돌도끼)가 사용되었다. 석기의 재료로는 단단하고 결이 없는 플린트에서 흑요석까지 사용되었다.

이들은 모두 조직의 등방성과 깨질 때 날카로운 면을 형성한다는 특징이 있다. 석기의 종류는 제작방식·크기·외형에 따라 석핵(石核 core)·박편(剝片 flake)·엽편(葉片 blade) 석기 등으로 나뉜다. 제작방법으로는 크고 무거운 돌망치로 다른 돌을 크게 쪼개 무딘 석기로 만드는 방법, 보다 작은 망치로 두드려 곧고 일정한 날을 만드는 방법, 나무 등을 쪼개 짧고 뾰족한 도구를 만드는 방법 등이 있다.

그러나 석기는 연성이 없고 깨지기 쉽기 때문에 휘거나 비트는 작업을 할 수 없었다.

구석기시대의 도구

약 260만 년 전 구석기시대 초기에는 최초의 도구로 알려진 다양한 크기의 돌도구 또는 돌도끼가 있었는데, 이 돌도끼는 인류가 만들어 사용한 최초의 도구일 것이다.

전형적인 돌도끼는 물의 침식작용에 의해 마모되어 손으로 쥘 수 있는 크기의 돌이며 한쪽을 깎아내어 톱니 모양으로 거칠게 만들어졌다. 구석기인들은 그들이 사냥한 동물의 가죽과 고기를 자르는 일에 돌도끼를 사용했으며, 돌도끼보다 훨씬 더 좋은 손도끼가 나올 때까지 거의 200만 년 동안 사용했던 유일한 도구였다.

손도끼는 돌 전체를 다듬고 양쪽 면을 모두 깎았기 때문에 손도끼의 날은 초기의 돌도끼보다 훨씬 더 날카롭다. 이러한 석기는 용도에 최초로 발견된 지역의 이름에 따라 분류된다. 예컨대 탄자니아의 올두바이 협곡에서 발굴된 원시적인 절단도구는 올두바이 초퍼라고 한다(올두바이 공작). 재료를 다른 지역에서 구해야 하기 때문에 시간이 지남에 따라 도구의 평균크기는 줄어들었고 같은 양으로 더 많은 절삭날을 만들었다.

초기 도구의 이름은 문화에 따라 용도를 추정하여 붙였으며, 오늘날에 가까워질수록 형태에 따라 이름이 붙여졌다. 인류가 처음으로 사용했다고 생각되는 석기는 빙하기 이전의 지층에서 많이 발견된다. 이것들의 날카로운 파단면은 이들이 빙하의 압력·온도변화 등 자연에 의해 만들어진 것으로 추정되며, 인간이 깨서 만든 석기와는 완연히 구별된다.

이러한 석기는 1969년 케냐의 루돌프 호수 근처 쿠비 지역에서 발굴되었다. 1950년대 탄자니아의 올두바이 협곡에서는 180만 년 전 인류의 턱뼈·이와 함께 가장 오래된 것으로 알려진 석기가 발견되었다. 이러한 석기들은 단순한 형태의 초퍼(chopper : 날이 큰 짧은 도끼)로서(그림1-1), 주먹 크기 정도의 돌을 다른 돌로 몇 번 강하게 때려 만든다. 이것들은 가죽을 벗기고 고기를 자르는 데 사용되었다.

약 200만 년의 발전과정을 거쳐 50만 년쯤 전에는 아슐 석기가 출현했는데, 그 예로 손도끼(그림1-2)가 있다.

이것은 이전까지 사용되었던 초퍼보다 더 얇고 날카로웠다(아슐리안 공작). 손도끼라고 하지만, 이 석기는 자루가 없으며 손으로 쥐고 사용했다. 이 도구는 주로 사냥용이었지만, 깎기·파기·구멍뚫기에 사용되었으며, 11만 년 전에 출현한 네안데르탈인들은 여러 종류의 손도끼뿐만 아니라 최초로 송곳·칼·작살을 사용했다.

아주 날카로운 날은 톱니와 같아서 뿔·뼈·나무를 자르거나 깎았으며, 불을 사용하여 도구를 제작하기도 했다.

무스티에 박편석기는 돌을 깨서 만드는 방법을 이용하여 더 정교하게 깨뜨려진 조각으로 만든 석기이며, 날이 한 점에서 만나는 송곳(point)과 박편의 길이 방향으로 날카로운 날이 있는 스크레이퍼(scraper : 다듬질에서 긁기 작업에 사용되는 손공구)가 있다(그림1-3)(무스테리안 공작). 후기구석기시대는 현대 인류의 조상인 크로마뇽인이 나타난 시기로서, 주로 오리냐크 석기가 제작되었고 돌 이외의 재료도 널리 사용되었다.

즉 뼈로 만든 바늘·송곳·낚싯바늘 등이 제작되었다(오리나시안 문화).

최초의 현대인인 크로마뇽인이 3만 5,000년 전에 출현하여 새로운 형태의 도구를 사용했다. 이들 가운데 주요한 것은 플린트(flint)에 강하고 좁은 날을 세워 뼈에 정교한 세공을 할 수 있는 정 또는 조각칼인데, 이것으로 바늘·낚싯바늘·화살촉을 만들었다.

이 시대의 후반에 가장 중요하고 혁신적인 것은 도구에 손잡이를 붙인 것이었다. 손잡이가 없는 칼은 단지 다루기 힘든 정도였지만, 손잡이가 없는 도끼나 망치는 거의 제대로 사용하기가 힘들었다. 또한 활이 발명되어 이 활로 인류는 더 멀리 있는 사냥감을 효과적으로 잡을 수 있게 되었으며, 15세기에 화약이 나올 때까지 주요무기로 사용되었다(활과 화살).

신석기시대의 도구

약 BC 7000년에 시작된 신석기시대의 도구로는 갈아서 만든 돌도끼(그림2-1)·끌 등이 있다.

돌을 깨뜨리고 마지막 단계에서 날을 갈아 만든 신석기는 그 이전보다 더 예리하고 튼튼할 뿐 아니라 다루기가 훨씬 쉬었으며, 돌을 갈아 만듦으로써 더 강하고 고른 절삭날을 만들 수 있었다. 이 시기는 빙하의 퇴조와 수렵사회에서 농경사회로 전환되는 시기와 일치하며, 토기 역시 이 시기에 발명되었다. 마제 도구의 발달로 신석기인들은 농사·땔감·주거를 위해 도끼로 나무를 벨 수 있었다.

이 시대의 무거운 마제도끼는 후기구석기시대의 작고 약한 손도끼와 대조되며, 화전농업에서 나무를 베는 데 필수도구였다. 이 시대의 도끼로 3명이 4시간 동안 면적이 0.05㏊인 숲의 나무를 벨 수 있음이 한 실험을 통해 밝혀졌다. 이 시대에 마지막으로 개발된 기술은 돌의 한 곳을 조금씩 쪼아 가공하는 방법인데, 이 방법으로 얇은 돌에 자루구멍을 뚫을 수 있었다(그림2-2). 석기는 금속시대에도 계속 사용되다가 서서히 사라졌다.

초기의 금속과 제련

금속 가운데 도구제작에 가장 먼저 쓰인 것은 구리와 운철(隕鐵)이다.

구리는 자연상태에서 가끔 덩어리로 발견된다. 이것들은 전성(展性)이 있어 상온에서 두드려 날카로운 날을 만들 수 있고, 담금질과 풀림(소둔)을 하면 경화된 재료의 내부 균열을 없애고 결정립을 미세화시켜 연성이 증가하게 된다.

운철은 구리보다 더 다루기 어렵지만, 구리와 같은 방법으로 가공되어 여러 가지 도구로 만들어졌다. 용융금속을 주조하여 모양을 만든 뒤 망치질로 예리한 날을 만드는 방법이 있다. 이 방법으로 인해 도구의 크기가 구리의 크기에 의존하지 않게 되었다. 주형은 초기에 1개만 사용되었으나, 나중에는 서로 대칭을 이루는 쌍으로 된 주형을 사용하여 칼 등을 만들었다.

제련은 천연구리를 고온으로 가열하여 용융상태의 구리를 얻어내는 기술로서, 모든 금속에 사용되며 아직까지 사용되고 있다.

2종류의 다른 광석을 함께 제련하다가 우연히 새로운 '구리'가 발견되었는데, 이것이 구리와 주석의 합금인 청동이다. 청동은 구리보다 다루기 쉽고 특히 주조에 유용했다. 청동의 주석함유량은 10％로 정해졌으며, 단조된 청동기의 날은 구리보다 2배 정도 더 단단했다. 청동기의 사용은 약 BC 3000년부터 시작되어 약 2,000년간 지속되었으며, 철기시대에도 예술품제작에 청동이 사용되었다.

초기에는 귀족들이 금속을 독점했으며 주로 무기제작에 사용되었다. 금속도구도 귀족의 저택을 짓는 데 사용되었다. 초기의 금속도구는 석기의 모양을 모방했으나, 곧 금속의 장점을 이용하여 돌로는 만들 수 없거나 매우 작은 도구를 제작했다.

철기시대의 도구

철 기술은 구리와 청동의 제련기술에서 발전되었다.

구리는 지각의 0.01％밖에 안 되지만, 철은 알루미늄 다음으로 풍부한 금속이며, 지각의 약 5％를 차지하고 있으므로 이 시대에는 청동기시대에 불가능했던 도구의 제작·사용이 가능해져서 서민들도 철기를 사용했다. 초기에 사용된 철은 연철(鍊鐵)이었으며, 단조작업으로 인성을 증가시켰다. 이때에는 주철이 알려지지 않았다. 철 제련의 역사는 BC 2500년의 중동지방으로 거슬러 올라가는데 약 1,000년 뒤 히타이트 제국에서는 청동기가 철기로 대체되었다.

BC 1200년경에는 연철의 표면에 강철을 생성시키는 법이 개발되었다. 초기에는 주조기술이 철에 사용되지 않았으므로 모든 작업은 단조에 의존했다. 그 이외의 방법에는 용접이 있었다. 초기철기시대에는 철이 주로 무기제작에 사용되었으나, 나중에 농기구 제작에도 쓰였다. 진정한 의미에서 철기시대의 시작은 1,000년 이상이 걸렸고, 탄소 첨가와 열처리기술로 강한 날이 달린 도구가 제작됨으로써 완전히 발전하게 되었다.

발전

타격도구

충격을 가해 작업을 수행하는 도구로서, 도끼와 망치가 대표적이다.

보통 휘두르기 위한 자루가 달려 있으며, 이 자루는 타격 에너지를 증가시키고 도구의 재질과 사용방법에 따라 여러 형태로 만들어진다. 타격은 도구의 무게중심(도구 전체가 균형을 이루는 점)과 타격중심(최대 충격이 가해지는 점)을 고려해야 하며, 타격중심이 도구머리 중심에 가까이 있을수록 높은 효율을 얻을 수 있다.

망치나 끌의 모양을 보면 알 수 있듯이, 타격도구는 타격 에너지가 최대로 전달될 수 있도록 만들어진다. 망치는 각종 타격작업에 쓰이는 도구들을 말하며, 용도에 따라 모양과 이름이 다양하다. 인류가 최초로 사용한 도구이자, 자루도 최초로 붙여졌다. 가장 오래된 자루달린 망치는 신석기시대의 것으로서, 달걀모양의 돌과 나뭇가지로 만든 자루를 새끼나 힘줄[腱]로 묶기도 하고, 나뭇가지를 휘어 그 사이에 돌을 고정한 경우도 있다.

또한 돌 이외에 나무·뿔·뼈 등으로 만든 망치도 널리 쓰였다. 망치가 오늘날과 같은 용도로 쓰이기 시작한 것은 못·리벳 등이 발명되면서부터이다. 처음에는 자루를 석기시대와 같은 형태로 만들었으며, 중동지방에서 망치머리에 자루를 박을 구멍을 내기 시작했다. 못뽑기용 장도리는 로마 시대까지 거슬러 올라간다. 도끼는 날과 자루가 이루는 각이 평행하고 주로 절단작업에 쓰이며, 까뀌는 날과 자루가 직각을 이루고 주로 다듬질작업에 쓰인다.

처음에는 사슴뿔에서 직각을 이루는 부분으로 날과 자루를 하나로 제작했으나(그림3-1), 나중에는 뿔에 구멍을 낸 뒤 돌로 된 날을 삽입했다(그림3-2). 절삭날이 큰 경우에는 뿔이나 나무자루에 줄로 묶었으나, 금속이 재료로 쓰이면서 도끼에 자루 구멍을 냈다. 중세시대 철제도끼는 평평하게 단조시킨 머리부분에 날부분인 강철조각을 붙여 만들었으나, 20세기초에는 머리와 날 전체를 하나의 강철로 만들었다.

베어낸 나무를 각재로 만들기 위해 여러 형태의 도끼가 만들어졌다. 까뀌 역시 날을 둥글게 만들어 통나무배·관(棺)·홈통 등의 제작에 사용했다.

절삭·천공·연삭 도구

구석기시대의 원시 형태 초퍼는 도끼로 발전되었을 뿐만 아니라 칼이라는 도구로도 발전되었다.

도끼와는 달리 칼날은 길이 방향으로 벨 수 있도록 만들어졌고, 손잡이는 칼날에 알맞게 붙어 있었다. 단검은 신석기시대부터 존재했고, 사냥용(또는 전투용) 칼은 철기시대부터 모양·크기 등이 천천히 발전했다. 사장(私匠)이 출현함에 따라 여러 장인들의 전문작업에 적합한 칼이 제작되었다. 구멍을 뚫는 도구로는 드릴·송곳 등이 있다.

송곳은 바늘처럼 밀어넣어 구멍을 뚫고, 드릴은 절삭날로 재료를 깎아 구멍을 뚫는다. 활이 발명되자(후기구석기시대) 활시위로 송곳자루를 돌려 구멍을 뚫는 활비비(bow drill)가 만들어졌다. 초기(청동기시대로 추정됨)의 드릴은 화살촉 모양이었고, 19세기말에 와서야 나선홈 드릴이 사용되었다. 기어가 달린 핸드드릴은 1805년에 발명되었고, 1822년에는 한쪽 방향으로만 회전하는 성질을 이용한 나선홈이 패인 드릴을 더 효율적으로 사용했다.

금속시대의 위대한 발명 가운데 하나는 이빨이 있는 날을 가진 톱이다.

톱으로 판자를 켜는 그림은 BC 1500년경의 이집트 벽화에서 볼 수 있다. 확실하지는 않지만 이집트인들은 피라미드를 세우기 위해 이빨이 없는 톱으로 목재 이외의 재료, 즉 단단한 돌을 가공했을 것이다. 청동기시대에는 활톱날과 비슷한 톱이 사용되면서 오늘날의 형태로 발전되기 시작했다. 쇠톱은 BC 7세기 중반에 만들어졌으며, 로마 시대의 필리니우스는 톱날을 교대로 어긋나게 설계하여 톱밥이 잘 빠져나오도록 했다.

이 당시의 틀에 끼워 쓰는 톱은 보강살(stiffening rib)로 톱날이 휘지 않게 만들어졌다. 서로마 제국의 멸망 이후에는 오히려 톱이 많이 사용되지 않았다. 15세기에 자를 때 공간이 생기도록 하는 M형 톱날이 개발되어 오늘날의 가로톱에 사용되고 있으며, 통나무를 길이 방향으로 켜서 널빤지를 만드는 톱(pit saw)도 중요하게 사용되었다.

17세기 유럽에서 수력압연기를 이용하여 목이 넓고 두께가 얇은 철의 제조가 가능해져 여러 종류의 톱이 만들어졌다. 연귀통(miter box)는 톱질 때 톱의 각도를 고정시키는 보조도구로 사용된다.

줄은 끌처럼 생긴 작은 이빨이 많이 있어 재료를 조금씩 깎아낸다. 청동줄은 BC 1500년경 이집트에서 사용되었으며, 철기시대에 널리 쓰이게 되면서 형태도 다양해졌다. 1750년경부터는 줄을 기계로 만들었다.끌의 기원은 석제손도끼이며, 후기신석기시대에는 형태가 더욱 갖추어져서 플린트나 흑요석으로 만든 끌로 무른 돌을 가공했다.

청동과 주형(鑄型)을 사용하면서 나무자루에 짧은 끌을 달 수 있게 되었다. 철이 사용되면서부터는 끌의 날은 화덕의 숯불 속에서 탄소와 접촉시켜 경화강으로 만들어졌다. 그리고 대패는 자루 속으로 들어간 절삭날이 있는데, 이 날이 자루 밖으로 약간 나와 있어 나무 표면에서의 절삭깊이가 일정하다.

대패의 원형은 확실하지 않지만, 나무를 까뀌로 먼저 다듬은 뒤 숫돌처럼 보이는 평평한 물체로 표면을 갈아낸 것을 이집트 시대의 유물에서 볼 수 있다.

가장 오래된 대패는 폼페이에서 발견되었으며, 필요한 것은 모두 갖추어져 있었다. 로마 제국의 멸망 이후에는 거의 쓰이지 않았으며, 17세기 후반에 다시 널리 사용되었다. 19세기 이후에는 영국과 미국에서 쐐기가 없이 철로 된 자루를 가진 대패가 널리 쓰였다.

보조도구

작업대나 바이스는 공작물과 도구를 자유롭게 움직여야 하는 작업에는 적합하지 않고, 크고 일정한 방향으로 힘을 가할 필요가 있을 때 사용된다.신석기시대에 작업대가 쓰였다는 증거가 유럽에서 발견되었다.

대패를 최초로 사용했던 로마 시대에는 작업대가 널리 쓰였는데, 작업대 위의 구멍에 나무못을 끼우거나, T형 고정구, 또는 끈으로 묶어 공작물을 고정시켰다. 금속가공, 주로 단조작업에 사용되는 작업대인 모루는 초기에는 평평한 돌로 만들었으며, 나중에 철로 만든 뿔을 붙였다.

작업대에 붙일 수 있는 고정 바이스는 1570년경부터 쓰였다. 초기의 바이스는 렌치로 너트를 돌려 공작물을 고정시켰지만, 16세기말에는 T형 손잡이가 달린 나사(볼트)를 돌려 고정시켰다(그림4). 집게·플라이어 등은 손으로 잡기 힘든 공작물들을 잡기 쉽게 해준다. 청동제집게는 BC 3000년경에 쓰였으며, 핀셋처럼 용수철에 의해 벌어지는 집게는 BC 500년경에 그리스의 대장간에서 널리 사용되었다.

플라이어나 이와 비슷한 연장들은 로마 시대에 못을 뽑거나 자르는 등 여러 용도로 쓰였다.

나사식 도구

BC 3세기에 아르키메데스에 의해 발명된 것으로 알려진 나사식 기구는 물 펌프와 무거운 물체를 들어올리는 '웜나사'(endless screw)인데, 단지 움직임의 방향을 바꾸는 장치였다.

BC 1세기부터는 포도주, 올리브 기름 등의 제조에 무거운 나무나사를 이용한 기계를 사용했으며, 15세기에 금속으로 만든 나사와 너트가 발명되었고, 박스 스패너(box spanner : 일반 스패너를 사용할 수 없는 오목한 부분의 볼트·너트를 돌리기 위해 사용되는 상자형의 스패너)로 이들을 조였다.

자루가 달린 드라이버는 1850년경 자동나사절삭기가 발명된 이후 널리 사용되었다. 나사와 너트를 풀거나 조이는 렌치(또는 스패너)는 초기에 주철로 만들었으나, 요즘에는 낙하단조방식으로 만든다.

측정도구

다림선(plumb line)은 끝에 추가 매달린 줄이며, 연직선을 살펴볼 수 있다.

이집트 시대에서 문자 E를 닮은 기구가 발명되었지만, 수세기 동안 사용되지 않다가 오늘날 다시 사용되고 있다. 수평선을 정의하는 수준기는 초기에 'A'나 'T' 모양의 틀을 사용했으며, 1661년 물이나 알코올이 든 유리관 속의 기포를 사용한 방법이 개발되었다. 직각자는 초기에 나무를 직각으로 붙여 사용하다가 점차 각도를 조절할 수 있도록 개발되었다. 컴퍼스·분할기(divider)·캘리퍼스는 모두 중심축에 연결된 2개의 다리를 가진 기구로서, 짧은 길이를 잰다.

컴퍼스·분할기는 다리가 곧고, 캘리퍼스의 다리는 굽어 있다. 분필선은 분필가루가 묻은 실을 팽팽하게 당긴 뒤 튕겨서 하얀 직선자국을 남기는 도구이다. 이집트 시대에는 오커(산화철의 가루)만 사용했으나, 오늘날에는 오커에 분필가루를 섞어 사용한다.

이집트 시대의 자[尺]는 나무나 돌로 만들어졌다. 로마 시대에는 청동제접자를 사용했으며, 중세와 르네상스 시대에는 눈금자가 쓰였다. 척도는 국가와 도시마다 달랐지만, 지역적으로 표준자를 사용하기도 했다(이집트).

동력공구

이 용어는 동력손공구나 이동식 동력기계를 의미하며, 고정식 동력기계와는 구별된다.

주로 전기, 즉 전동기로 구동되지만, 압축공기를 이용한 작은 도구도 여기에 속한다. 제2차 세계대전 이전에는 공장에서 제한적으로 사용되었지만, 지금은 주로 실내 작업용으로 대량생산된다.

공작기계

개요

금속 등의 재료를 절단·전단(剪斷)·압착하거나, 전기·초음파·화학약품 등을 사용해 원하는 형상으로 만드는 고정식 동력기계이다.

선반, 셰이퍼, 평삭반, 밀링 머신, 펀칭프레스 등이 있다.

공작기계의 역사

18세기 증기기관의 발명과 더불어 인류는 도구를 기계적으로 작동시키는 방법을 발견했다.

특히 공작기계는 이전에 손으로 만들었던 상품을 생산하는 기계의 부품들을 만들기 위해 필요하게 되었다. 처음에는 그전까지 사용되었던 목공기계를 개조해서 사용했다. 1797년 영국의 헨리 모슬리가 나사절삭 동력선반을 개발했으며, 그뒤 영국에서 셰이퍼, 단조용 증기 해머 등 많은 공작기계가 개발되었다.

미국에서는 1818년 엘리 휘트니가 밀링 머신을 발명했으며, 1862년 J. R. 브라운이 만능 밀링 머신을 개발했다. 기어 절삭기는 1896년 미국의 F.W. 펠로스가 개발했다. 19세기말에 미국의 C. H. 노턴에 의해 연삭기가 개발되어 공작기계의 새로운 장이 열렸다. 20세기에는 전자장치에 의한 자동제어가 이루어졌으나, 일반적으로 보급된 대부분의 공작기계는 19세기 중엽에 설계되었으며, 오늘날 가정이나 공장에서 수십 종의 공작기계를 사용하고 있다.

공작기계의 특성

모든 공작기계는 공작물과 공구를 고정시키는 장치와 절삭깊이를 정확하게 조절하는 장치를 갖고 있다.

온도가 높으면 공작물이나 공구가 변형되어 공작기계의 허용오차가 달라지므로 최적절삭속도를 결정해야 한다.

절삭공구

절삭점이 1개인 것과 여러 개인 것으로 나뉜다.

단일절삭점 공구로는 선반과 보링머신에서 사용되는 공구들이 있고, 다중절삭점 공구로는 밀링커터·드릴·브로치 등이 있다. 초기의 공구 재료는 탄소강(탄소함유량 1~1.2％)이 많이 사용되었으나, 205℃의 온도 이상에서 절삭능력을 잃어버린다. 그뒤로 고속도강, 주조합금, 텅스텐 초경합금 등이 공구재료로 사용되었고, 세라믹이나 다이아몬드 등도 사용되었다. 절삭유제는 마찰과 고온에 의한 영향을 줄이기 위해 사용되며, 황화광물유가 가장 많이 사용된다.

수용성유(水溶性油)는 톱이나 연삭기에 사용된다.

기본 공작기계

선반은 가장 기본적인 공작기계로서, 수평으로 회전하는 공작물의 표면을 단일절삭점 공구로 깎거나 구멍을 뚫는다.

셰이퍼와 평삭반은 단일절삭점 공구를 가지고 평면이나 홈가공을 한다. 셰이퍼는 공구가 직선운동을 하면서 최고 91.44㎝까지 작업을 할 수 있고, 평삭반은 공작물이 왕복운동을 하면서 최고 15.24m까지 작업을 할 수 있다. 드릴프레스는 트위스트드릴로 구멍을 뚫으며, 이것으로 접시형 구멍내기, 암나사절삭, 선반으로 하는 작업을 하기도 한다.

또한 리머·탭 등을 부착시켜 작업할 수도 있다. 밀링 머신은 회전하는 밀링커터로 공작물을 절삭하며, 원하는 형상에 따라 여러 가지 모양의 절삭기를 사용한다. 표준 밀링 머신은 재료를 놓고 미끄럼 작업대에 회전하고 있는 절삭기 쪽으로 움직인다. 연삭기는 회전하는 숫돌차나 연마 벨트로 공작물을 갈아서 깎으며 내면연삭, 센터리스 연삭, 평면연삭 등을 한다.

모든 기계가공 공정 가운데 가장 정확한 것은 연삭이며, 0.0025㎜ 오차 이내에서 금속표면을 가공할 수 있다.기계톱은 종종 벨트 톱이나 체인 톱과 같이 톱니로 연결된 길고 가느다란 움직이는 벨트나 체인으로 이루어져 있고, 활톱·피톱·둥근톱 등이 있다(기계톱). 프레스는 전단·블랭킹·성형·굽힘·단조·코이닝·업세팅·인발(引拔) 등의 작업을 통해 금속을 원하는 형상으로 만들며, 탁상용에서부터 450t 이상의 대형기종까지 다양한 크기가 있다.

공작기계의 개량형

터릿 선반은 터릿에 여러 가지 공구를 부착시킬 수 있는 수평선반으로서, 터릿을 돌려 공구를 선택한다(그림5). 다축선반은 수직선반의 일종으로서, 여러 개의 주축(spindle)이 부착되어 있어 일련의 공정을 연속으로 할 수 있다.

그밖에 여러 가지 구멍가공을 연속으로 하는 병렬다축 드릴링머신과 밀링 가공을 반복하는 생산 밀링 머신 등이 있다.

전용 공작기계

기어 가공용 기어 절삭기의 절삭방법은 총형 기어 절삭법, 형판가공법, 창성(創成) 기어 절삭법이 있다.

이들 가운데 창성 기어 절삭법은 대량생산을 위한 방법이며, 많은 절삭날이 붙은 호브(hob)라는 공구를 장착한 호빙머신을 사용한다. 래핑머신은 매우 정밀한 표면다듬질(0.05마이크로)에 사용되며, 호닝머신은 구멍의 내면을 저속으로 표면다듬질한다. 그밖에 브로칭 머신과 구멍을 넓히는 보링머신이 있다.

자동제어

제품을 생산할 때 작업자의 도움 없이 모든 공정을 연속으로 수행하게 하는 것을 말한다.

실제로는 공정의 시작과 끝만 수동으로 하는 경우도 자동제어에 포함된다. 궤도추적기법은 선반에 설치된 민감한 접촉자(stylus)가 형판(template)의 모양을 따라가면서 절삭공구에 그 모양 그대로 전달해 가공하는 방법이다. 현재 널리 사용되고 있는 수치제어(NC)는 공구나 공작물의 위치 및 운동을 제어논리로 수치화해 제어한다. 초기에는 도면을 자세하게 분석할 수 없었지만, 후에 APT(Automatically Programmed Tools : 수치제어용 언어 가운데 하나)와 같은 프로그램 언어를 이용해 도면을 분석하고 수치화하기가 쉬워졌다.

NC의 명령 프로그램에는 작업순서·작업종류·절삭깊이·가공좌표·이송률·주축속도·공구번호 등에 대한 자료가 들어 있다. 이러한 명령들은 도면을 분석해 코드로 바꾼 것이며, NC를 이용하면 0.025㎜ 또는 0.0025㎜ 정도의 허용오차로 부품을 제작할 수 있다.

컴퓨터 지원가공

컴퓨터 수치제어(CNC)는 공작기계에 마이크로컴퓨터를 설치해 제어 프로그램으로 작업을 제어한다.

공작물과 전체 작업과정은 그래픽디스플레이를 통해 볼 수 있다. 여러 대의 CNC 공작기계가 대형 중앙 컴퓨터에서 명령을 받는 경우를 직접수치제어(DNC)라고 한다. 적응제어는 기능장애로 인한 손상을 막기 위해 작업조건을 자동으로 측정·조절하는 것을 말하며, 무인작업에 있어서 중요한 요소이다. 복합공작기계(MC)는 주로 자동공구교환장치가 설치된 수직 밀링 머신으로서, 100개 이상의 공구를 설치해 프로그램에 따라 연속으로 공작물을 가공한다.

CAD/CAM은 CAD로 부품을 설계·분석해 CAM을 통해 부품을 생산하는 기법이다. 이 경우에는 CAD에 의해 CNC 공작기계에 대한 명령들이 계산되어 입력된다.로봇은 컴퓨터와 연결해 공작물이나 공구 등을 정해진 경로로 움직이도록 하여, 조립·검사·용접·도장 등을 할 수 있게 한다(로봇). 유연생산 시스템(FMS)은 중앙 컴퓨터와 공작물이송장치로 연결된 생산 요소들을 말한다. FMS의 주(主)컴퓨터는 DNC를 사용해 생산공정에 필요한 프로그램을 선택하고 실행한다.

컴퓨터 통합생산은 컴퓨터로 설계·작업일정·관리·생산·검사 등을 수행하는 것을 말한다.

기타 가공방법

몇몇 재료와 금속합금은 너무 딱딱하거나 깨지기 쉬운 재래식 공구로 가공할 수 없는데, 이런 경우에 대해 다른 방법이 고안되었다.

전기가공법은 공작물을 절삭·가공하는 데 전기를 사용하는 것이며, 전자 빔 가공(EBM), 방전가공(EDM), 전해가공(ECM), 이온 빔 가공(IBM), 레이저 가공(LM), 플라스마아크 가공(PAM) 등이 있다. 그밖에 초음파가공(USM)·부식가공(CHM)·광화학가공(PCM)·물분사가공 등이 있다.