도면작도 실습도면 – SCREW SHAFT(나사 축)

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나사축 설계는 강도, 정밀도, 가공성, 비용 등을 종합적으로 고려해야 합니다.

1. 재질 선정

나사축의 용도와 하중 조건을 기준으로 재질을 선정해야 합니다.

• 일반적인 권장 재질:

  • 탄소강 (예: S45C)
    고강도와 적당한 가공성을 갖추어 일반적인 기계부품에 사용됩니다.
  • 합금강 (예: SCM440)
    내마모성과 피로 강도가 필요한 경우 적합합니다.
  • 스테인리스강 (예: SUS304)
    부식 저항이 필요하거나 위생이 중요한 환경에 적합합니다.

• 재질 선정 시 고려 요소:

  • 하중 (정적, 동적 하중)
  • 환경 (부식, 고온/저온)
  • 비용과 가공성

2. 설계 고려사항

나사축의 주요 기능과 설계를 위한 기본 요소를 정리합니다.

• 좌측 끝단의 평행키 홈:
  키 홈은 동력을 전달하는 데 중요한 요소입니다. 홈의 크기는 키 규격(JIS B 1301) 또는 관련 표준을 따릅니다. 예를 들어, 지름 42mm의 축에는 보통 폭 12mm, 깊이 5mm의 키 홈이 적용됩니다.

• 우측 끝단 생크:
  생크의 크기와 형상은 조립 대상과 맞아야 하며, 내구성과 정밀도를 보장해야 합니다. 일반적으로 나사부와 생크 사이에는 **필렛(fillet)**을 적용하여 응력 집중을 완화합니다.

• 나사부 설계:
  나사의 사양(피치, 나사산 형태 등)은 목적에 맞게 선정합니다.

  • 일반 나사: ISO Metric 나사 (예: M42x2)
  • 볼스크류: 높은 정밀도 및 효율이 필요한 경우
  • 트랩 나사: 하중 전달에 적합한 설계

• 정밀도 요구사항:

  • 나사축은 일반적으로 h6/h7 공차를 요구합니다.
  • 축 끝단 생크 및 키 홈도 공차(IT7~IT9)를 적용하여 조립성을 보장합니다.

3. 가공법

나사축의 가공은 고정밀과 정밀한 표면 품질을 요구합니다. 작업 순서는 다음과 같습니다.

(1) 소재 준비

• 재료를 **봉재(bar stock)**로 준비합니다. 길이와 직경은 여유치수를 포함하여 주문합니다.

(2) 선삭 공정

• CNC 선반을 사용하여 축의 기본 형상(지름 42mm, 길이 800mm)을 가공합니다.
• 우측 끝단 생크와 좌측 끝단 키 홈 부근의 여유치도 함께 형성합니다.

(3) 키 홈 가공

• 키 홈은 브로칭(broaching) 또는 **밀링(milling)**을 통해 가공합니다.
  • 브로칭은 높은 정밀도를 제공하며 대량생산에 적합합니다.
  • 밀링은 비교적 저렴하지만 정밀도가 약간 낮습니다.

(4) 나사부 가공

• CNC 나사절삭 또는 롤링 공정을 통해 나사를 형성합니다.
  • 나사 절삭: 고정밀 나사를 형성하는 데 적합합니다.
  • 나사 롤링: 재료의 강도를 높이고, 표면 품질이 중요한 경우 사용합니다.

(5) 열처리 (선택적)

• 필요한 경우, 나사부 및 전체 축에 질화처리나 **표면 경화(Induction Hardening)**를 적용하여 내마모성을 강화합니다.

(6) 연삭 공정

• 최종적으로 CNC 연삭기를 사용하여 축과 나사부를 원하는 공차와 표면 조도로 가공합니다.
  • 표면 조도: Rz 6.3~1.6μm 목표
  • 정밀도: h6 또는 h7 공차

(7) 검사

• 최종 가공 후, 3D 측정기(CMM) 또는 나사 게이지를 사용하여 치수 및 공차를 확인합니다.
  • 나사 산, 축지름, 키 홈 폭 및 깊이를 정밀하게 측정합니다.

4. 조립 및 유지보수

• 윤활 관리: 나사축의 수명 연장을 위해 적절한 윤활을 제공합니다.
• 응력 완화 설계: 축의 필렛 및 접합부 설계를 통해 피로 파괴를 방지합니다.
• 정기 검사: 조립 후 일정 주기로 나사와 축의 마모 상태를 점검합니다.

5. 주의사항

• 나사부와 평행키 홈 사이의 간격을 충분히 확보하여 강도를 보장합니다.
• 축의 회전 속도와 정렬 상태를 고려하여 동적 균형을 맞춥니다.

요약

1. 재질 선정: S45C 또는 SCM440.
2. 가공법: 선삭 → 나사 가공 → 열처리 → 연삭.
3. 정밀도: h6/h7 공차와 Rz 1.6~6.3μm 조도 목표.
4. 설계 요소: 나사, 키 홈, 생크 및 필렛의 정밀한 설계.
5. 유지보수: 윤활 및 정기 점검.

이 과정을 통해 강도와 정밀도가 높은 나사축을 효율적으로 설계할 수 있습니다.

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