2023년 국가직 7급 기계공작법 가책형 기출문제 풀이

2023 7급 국가직 기계공작법 가책형

기출문제 풀이 · 25문항 · AI 보조 해설

2023 7급 국가직 기계공작법 가책형 썸네일

Q01

강철구(steel-ball) 압입자를 시편 표면에 압입시킨 후, 압입 자국의 표면적에 대한 압입하중의 비로 경도를 측정하는 방법은?

① 브리넬(Brinell) 경도시험법
정답입니다 강구 압입자를 누른 뒤 자국의 표면적으로 하중을 나눈 값이 브리넬 경도입니다.
② 비커스(Vickers) 경도시험법
오답입니다 비커스는 대면각 136°의 다이아몬드 사각뿔 압입자를 씁니다.
③ 누프(Knoop) 경도시험법
오답입니다 누프는 가늘고 긴 마름모꼴 다이아몬드 압입자로 얇은 시편을 측정합니다.
④ 로크웰(Rockwell) 경도시험법
오답입니다 로크웰은 압입 자국의 면적이 아니라 압입 깊이 차로 경도를 냅니다.

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정답 ① 브리넬(Brinell) 경도시험법

브리넬 경도는 지름 D의 강구를 하중 P로 눌러 생긴 구면 자국의 표면적 A로 하중을 나눈 값, 즉 HB = P/A = 2P / [πD(D − √(D² − d²))] 으로 정의됩니다. 압입자가 강구이고 자국의 “표면적”을 쓴다는 두 조건이 동시에 맞는 것은 브리넬뿐이며, 비커스와 누프는 다이아몬드 압입자를, 로크웰은 압입 깊이 차를 씁니다. 따라서 ①입니다.

키워드 # 기계재료 # 경도시험 # 브리넬경도 # 압입자 # 로크웰경도

Q02

소재 내부에 구멍이 뚫려 있는 중공형태의 제품을 제작하는 데 이용되는 공정과 그 공정에 이용되는 도구의 연결이 옳지 않은 것은?

	공정	도구
①	인발가공	맨드릴(mandrel)
②	열간압출	맨드릴(mandrel)
③	사형주조	코어(core)
④	진원심주조	코어(core)

① 선택지 해설
오답입니다 관재 인발에서는 맨드릴이나 플러그를 넣어 내경을 만들므로 옳은 연결입니다.
② 선택지 해설
오답입니다 열간압출로 중공재를 뽑을 때 맨드릴이 내경을 형성하므로 옳은 연결입니다.
③ 선택지 해설
오답입니다 사형주조에서 중공부는 주형 안에 코어를 놓아 만드므로 옳은 연결입니다.
④ 선택지 해설
정답입니다 진원심주조는 코어 없이 원심력만으로 내경을 형성하므로 잘못된 연결입니다.

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정답 ④ 진원심주조 — 코어(core)

중공 제품을 만들 때 인발과 열간압출은 다이 안쪽에 맨드릴(또는 플러그)을 넣어 내경을 잡고, 사형주조는 주형 안에 별도의 코어를 배치해 속을 비웁니다. 그러나 진원심주조(true centrifugal casting)는 회전하는 원통 금형에 용탕을 부어 원심력으로 용탕이 벽면에 붙게 하는 방식이라, 안쪽은 자유표면으로 남아 저절로 중공이 됩니다. 즉 코어를 쓰지 않는 것이 이 공정의 가장 큰 장점입니다. 따라서 ④입니다.

키워드 # 주조 # 원심주조 # 코어 # 맨드릴 # 중공제품 # 인발가공

Q03

선반에서 공작물을 고정하기 위한 장치로 옳지 않은 것은?

① 터릿(turret)
정답입니다 터릿은 여러 개의 바이트를 꽂아 두는 공구대이지 공작물 고정구가 아닙니다.
② 콜릿(collet)
오답입니다 콜릿은 가는 봉재를 죄어 무는 정밀 공작물 고정구입니다.
③ 연동척(universal chuck)
오답입니다 연동척은 세 조가 동시에 움직여 원형 공작물의 중심을 잡아 무는 척입니다.
④ 마그네틱 척(magnetic chuck)
오답입니다 마그네틱 척은 자력으로 강자성 공작물을 흡착해 고정하는 척입니다.

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정답 ① 터릿(turret)

선반에서 공작물을 무는 장치는 척(연동척·단동척·마그네틱 척), 콜릿, 센터, 면판, 방진구 등입니다. 반면 터릿은 터릿선반의 육각 공구대로서 여러 종류의 바이트·드릴·리머를 미리 장착해 두고 회전시켜 가며 순서대로 절삭하는 공구 고정 장치입니다. 즉 무는 대상이 공작물이 아니라 공구이므로 성격이 다릅니다. 따라서 ①입니다.

키워드 # 공작기계 # 선반 # 척 # 콜릿 # 터릿 # 공작물고정

Q04

볼트나 너트의 머리부가 접촉되는 부분을 구멍 중심축에 직각이 되게 절삭하여 평평하게 만드는 방법은?

① 태핑(tapping)
오답입니다 태핑은 뚫린 구멍 안쪽에 암나사를 깎아 내는 작업입니다.
② 리밍(reaming)
오답입니다 리밍은 뚫은 구멍을 리머로 다듬어 치수·진원도를 높이는 작업입니다.
③ 스폿페이싱(spotfacing)
정답입니다 볼트 머리 자리를 구멍 축에 직각으로 평평하게 깎는 자리파기입니다.
④ 카운터싱킹(countersinking)
오답입니다 카운터싱킹은 접시머리 나사가 묻히도록 구멍 입구를 원뿔형으로 깎습니다.

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정답 ③ 스폿페이싱(spotfacing)

드릴링 계열 부수 작업 가운데 볼트·너트의 자리면을 다듬는 것을 자리파기라 하며, 구멍 중심축에 직각인 평면으로 얕게 깎는 것이 스폿페이싱입니다. 같은 자리파기라도 원통형으로 깊게 파서 볼트 머리를 완전히 묻는 것은 카운터보링, 원뿔형으로 파는 것은 카운터싱킹으로 구분합니다. 따라서 ③입니다.

키워드 # 절삭가공 # 드릴링 # 스폿페이싱 # 카운터싱킹 # 자리파기

Q05

축대칭 제품을 생산하기 위해서 회전하는 맨드릴 또는 형 위에서 소재를 롤러 공구로 변형시켜 점진적으로 성형하는 가공법은?

① 컬링(curling)
오답입니다 컬링은 판재나 원통 끝을 둥글게 말아 테두리를 만드는 가공입니다.
② 코이닝(coining)
오답입니다 코이닝은 밀폐된 다이 안에서 소재를 눌러 각인하는 압축가공입니다.
③ 스피닝(spinning)
정답입니다 회전하는 맨드릴 위에서 롤러로 판재를 눌러 축대칭 형상을 만드는 가공입니다.
④ 플랜징(flanging)
오답입니다 플랜징은 판재나 관 끝을 꺾어 플랜지 형태의 테두리를 세우는 가공입니다.

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정답 ③ 스피닝(spinning)

스피닝은 선반과 비슷한 기계의 주축에 원하는 형상의 맨드릴(형틀)을 물리고, 그 위에 원판 소재를 눌러 붙인 뒤 롤러 공구로 조금씩 밀어 형틀 표면을 따라가게 만드는 성형법입니다. 한 번에 크게 변형시키지 않고 여러 번 훑어 점진적으로 성형하므로 금형비가 싸고 소량 생산의 축대칭 용기·반사판·노즐 제작에 적합합니다. 따라서 ③입니다.

키워드 # 소성가공 # 스피닝 # 맨드릴 # 축대칭성형 # 판재성형

Q06

다음 조건을 참고하여 $φ$ 30 H6인 구멍과 $φ$ 30 g6인 축을 가공하여 조립하였을 때, 옳지 않은 것은?

○ 기준치수 $φ$ 30 mm에서 g의 위치수허용차는 －7 μm이다.
○ IT 6등급 기본공차는 13 μm이다.

① 조립 상태는 헐거운 끼워맞춤이다.
오답입니다 구멍 최소 30.000 mm가 축 최대 29.993 mm보다 크므로 항상 틈새가 있습니다.
② 축의 최소직경은 29.987 mm이다.
정답입니다 축 최소는 29.993 − 0.013 = 29.980 mm이므로 29.987 mm는 틀립니다.
③ 축의 최대직경은 29.993 mm이다.
오답입니다 축 최대 = 30 − 0.007 = 29.993 mm로 옳습니다.
④ 구멍의 최대직경은 30.013 mm이다.
오답입니다 구멍 최대 = 30 + 0.013 = 30.013 mm로 옳습니다.

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정답 ② 축의 최소직경은 29.987 mm이다.

구멍 H6은 아래치수허용차가 0이므로 30.000 ~ 30.000 + 0.013 = 30.013 mm입니다. 축 g6은 위치수허용차가 −7 μm이므로 최대직경 = 30 − 0.007 = 29.993 mm이고, 공차 13 μm를 빼면 최소직경 = 29.993 − 0.013 = 29.980 mm가 됩니다. 구멍의 최소가 축의 최대보다 커서 헐거운 끼워맞춤이지만, 축 최소는 29.980 mm이므로 ②가 틀렸습니다. 따라서 ②입니다.

키워드 # 정밀도 # 끼워맞춤 # IT공차 # 치수허용차 # 헐거운끼워맞춤

Q07

평면 연삭 작업에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

① 연삭입자력은 연삭 숫돌의 속도와 직경이 커질수록 증가한다.
정답입니다 숫돌 속도와 직경이 커지면 입자당 절삭두께가 얇아져 입자력은 오히려 줄어듭니다.
② 연삭비는 제거된 공작물 재료체적을 연삭 숫돌 마모체적으로 나눈 값이다.
오답입니다 연삭비 G = 공작물 제거체적 / 숫돌 마모체적으로 정의가 맞습니다.
③ 표면의 마모된 입자를 제거하기 위해 숫돌을 주기적으로 드레싱(dressing) 한다.
오답입니다 무뎌진 입자를 떨어내 새 날을 세우는 작업이 드레싱으로 옳습니다.
④ 원형이 완전치 않게 된 숫돌을 진원으로 만드는 것을 트루잉(truing)이라 한다.
오답입니다 숫돌의 형상을 바로잡아 진원으로 만드는 작업이 트루잉으로 옳습니다.

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정답 ① 연삭입자력은 연삭 숫돌의 속도와 직경이 커질수록 증가한다.

평면연삭에서 입자 하나가 깎는 최대 절삭두께는 t ∝ √[(v/V)·√(d/D)] 꼴로, 공작물 이송속도 v와 연삭깊이 d가 커지면 두꺼워지고 숫돌 속도 V와 숫돌 직경 D가 커지면 얇아집니다. 입자에 걸리는 힘은 이 절삭두께에 비례하므로, 숫돌 속도와 직경이 커질수록 연삭입자력은 감소합니다. 실제로 고속연삭으로 표면거칠기를 좋게 하는 것도 같은 이유입니다. 따라서 ①입니다.

키워드 # 연삭가공 # 평면연삭 # 연삭비 # 드레싱 # 트루잉 # 절삭두께

Q08

다음과 같은 특성을 가진 주철은?

○ 백주철을 풀림 열처리하여 만든다.
○ 연성, 강성 및 내충격성이 높다.
○ 주로 관이음쇠, 플랜지 및 기계 부품 등으로 사용된다.

① 회주철
오답입니다 회주철은 용탕을 그대로 응고시켜 편상 흑연이 나온 주철로 취성이 큽니다.
② 가단 주철
정답입니다 백주철을 장시간 풀림해 시멘타이트를 분해시킨 주철로 연성이 큽니다.
③ 칠드 주철
오답입니다 칠드 주철은 표면만 급랭해 백주철화시켜 내마모성을 높인 주철입니다.
④ 구상 흑연 주철
오답입니다 구상흑연주철은 용탕에 Mg 등을 넣어 흑연을 구형으로 만든 주철입니다.

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정답 ② 가단 주철

가단주철(malleable cast iron)은 흑연이 없는 백주철을 먼저 주조한 뒤 900 ℃ 안팎에서 장시간 풀림(가단화 처리)하여 시멘타이트를 분해시켜 만듭니다. 이때 흑연이 뭉친 덩어리(템퍼 카본)로 석출되어 응력집중이 줄기 때문에 보통 주철과 달리 연성·인성·내충격성이 커져 관이음쇠나 플랜지 같은 부품에 쓰입니다. 따라서 ②입니다.

키워드 # 기계재료 # 주철 # 가단주철 # 백주철 # 풀림 # 템퍼카본

Q09

주조 공정에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

① 다이캐스팅(die casting)은 용융금속을 금형 속으로 가압하여 주조하는 공정이다.
오답입니다 용탕을 고압으로 금형에 밀어 넣는 다이캐스팅 설명으로 옳습니다.
② 셸(shell) 주조는 열경화성 수지가 혼합된 모래로 패턴을 코팅하여 주형을 만든다.
오답입니다 레진 코티드 샌드를 가열 패턴에 붙여 셸 주형을 만드는 설명으로 옳습니다.
③ 인베스트먼트(investment) 주조는 왁스패턴에 내화재를 코팅한 후 가열하여 주형을 만든다.
오답입니다 왁스 모형에 내화재를 입혀 굳힌 뒤 왁스를 녹여 내는 설명으로 옳습니다.
④ 원심(centrifugal) 주조는 중력으로 용탕을 가압하는 방식으로 엔진블럭 등의 정밀부품 제조에 적합하다.
정답입니다 원심주조는 중력이 아니라 회전에 의한 원심력으로 용탕을 가압합니다.

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정답 ④ 원심(centrifugal) 주조는 중력으로 용탕을 가압하는 방식으로 엔진블럭 등의 정밀부품 제조에 적합하다.

원심주조는 주형을 고속으로 회전시켜 원심력으로 용탕을 주형 벽면에 밀어붙이는 공정이며, 가압원은 중력이 아니라 원심력입니다. 이 힘 덕분에 가스와 개재물이 가벼워서 안쪽으로 몰리고 조직이 치밀해지므로, 주철관·실린더 라이너·링·부시 같은 축대칭 중공품 생산에 주로 쓰입니다. 따라서 ④입니다.
※ ④의 “엔진블럭”은 원본 시험지 표기를 그대로 옮긴 것입니다.

키워드 # 주조 # 원심주조 # 다이캐스팅 # 셸주조 # 인베스트먼트주조

Q10

1,000 rpm으로 회전하고 직경 20 mm, 폭 2 mm, 20개의 날을 가지고 있는 밀링커터를 사용하여 평밀링(peripheral milling)을 수행할 때 재료 제거율[mm³/min]의 최댓값은? (단, 절삭깊이 ＝ 1 mm, 절삭날 1개당 이송량 ＝ 1 mm/tooth, $π$ ＝ 3이다)

① 20,000
오답입니다 절삭폭 2 mm를 빠뜨리고 이송속도에 깊이만 곱했을 때 나오는 값입니다.
② 40,000
정답입니다 MRR = 폭 2 × 깊이 1 × 이송속도 20,000 = 40,000 mm³/min입니다.
③ 200,000
오답입니다 이송속도 20,000 mm/min에 절삭폭 2 mm 대신 커터 반지름 10 mm를 곱했을 때 나오는 값입니다.
④ 400,000
오답입니다 이송속도 20,000 mm/min에 절삭폭 2 mm 대신 커터 직경 20 mm를 곱했을 때 나오는 값입니다.

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정답 ② 40,000

평밀링의 재료제거율은 MRR = w × d × f이고, 테이블 이송속도는 f = fₜ × z × N입니다. f = 1 mm/tooth × 20개 × 1,000 rpm = 20,000 mm/min이므로 MRR = 2 mm × 1 mm × 20,000 mm/min = 40,000 mm³/min입니다. 커터 직경 20 mm와 π는 절삭속도를 구할 때 쓰는 값이라 여기서는 필요하지 않습니다. 따라서 ②입니다.

키워드 # 절삭가공 # 밀링 # 평밀링 # 재료제거율 # 이송속도

Q11

금속을 가공하는 다양한 방법 중 성형가공으로 옳지 않은 것은?

① 압연(rolling)
오답입니다 압연은 회전하는 롤 사이로 소재를 통과시켜 두께를 줄이는 성형가공입니다.
② 단조(forging)
오답입니다 단조는 해머나 프레스로 소재를 두들겨 형상을 만드는 성형가공입니다.
③ 브로칭(broaching)
정답입니다 브로칭은 브로치의 절삭날로 칩을 깎아 내는 절삭가공입니다.
④ 딥드로잉(deep drawing)
오답입니다 딥드로잉은 판재를 펀치로 밀어 넣어 컵 형상을 만드는 성형가공입니다.

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정답 ③ 브로칭(broaching)

성형가공(소성가공)은 재료를 항복점 이상으로 눌러 소성변형시켜 형상을 얻는 공정으로 재료의 제거 없이 부피가 보존되며, 압연·단조·딥드로잉이 여기에 해당합니다. 반면 브로칭은 여러 단의 절삭날이 순차적으로 배열된 브로치를 한 번 통과시켜 키홈·스플라인·다각형 구멍 등을 칩으로 깎아 내는 절삭가공입니다. 따라서 ③입니다.

키워드 # 소성가공 # 브로칭 # 압연 # 단조 # 딥드로잉 # 절삭가공

Q12

절삭가공을 이용한 6면체 형태의 공작물 가공에서, 바닥면을 제외한 나머지 5면을 가공하고자 할 때 적합한 가공 방법은?

① 보링(boring) 가공
오답입니다 보링은 이미 뚫린 구멍을 넓히고 다듬는 가공이라 외면 5면 가공에는 맞지 않습니다.
② 선삭(turning) 가공
오답입니다 선삭은 공작물을 회전시키는 가공이라 축대칭이 아닌 6면체에는 부적합합니다.
③ 밀링(milling) 가공
정답입니다 테이블에 물린 6면체의 윗면과 네 측면을 모두 깎을 수 있어 적합합니다.
④ 호빙(hobbing) 가공
오답입니다 호빙은 호브로 기어 이를 창성하는 전용 가공입니다.

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정답 ③ 밀링(milling) 가공

밀링은 회전하는 다인 공구를 쓰고 공작물은 테이블 위에 고정한 채 X·Y·Z로 보내므로 평면·측면·홈·단차를 자유롭게 깎을 수 있는 대표적인 각형 부품 가공법입니다. 바닥면만 바이스나 테이블에 물려 두면 정면밀링으로 윗면을, 엔드밀이나 측면밀링으로 네 측면을 한 번의 고정으로 가공할 수 있습니다. 따라서 ③입니다.

키워드 # 절삭가공 # 밀링 # 엔드밀 # 정면밀링 # 공작물고정

Q13

두 금속재료의 접촉면에 발생하는 전기저항 열을 이용하는 용접법에 해당하는 것은?

① 테르밋 용접(thermit welding)
오답입니다 테르밋 용접은 알루미늄과 산화철의 화학반응열을 이용합니다.
② 레이저 빔 용접(laser beam welding)
오답입니다 레이저빔 용접은 집속된 빛에너지를 열원으로 씁니다.
③ 전자빔 용접(electron-beam welding)
오답입니다 전자빔 용접은 고속 전자의 운동에너지가 충돌로 열로 바뀌는 것을 이용합니다.
④ 프로젝션 용접(projection welding)
정답입니다 돌기 부분에 전류를 집중시켜 접촉저항열로 접합하는 저항용접입니다.

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정답 ④ 프로젝션 용접(projection welding)

접촉면의 전기저항에서 생기는 줄열 Q = I²Rt 로 접합하는 것이 저항용접이며, 점용접·심용접·프로젝션 용접·업셋 용접·플래시 용접이 여기에 속합니다. 프로젝션 용접은 한쪽 판에 미리 돌기(projection)를 만들어 그 부분에만 전류와 압력을 집중시키므로 한 번에 여러 점을 균일하게 용접할 수 있습니다. 따라서 ④입니다.

키워드 # 용접 # 저항용접 # 프로젝션용접 # 접촉저항 # 줄열

Q14

용가재를 주로 외부에서 공급하고 비소모성 전극(non-consumable electrode)을 사용하는 용접법에 해당하는 것은?

① 가스 금속 아크 용접(gas metal arc welding)
오답입니다 GMAW는 와이어 자체가 전극이자 용가재인 소모성 전극 방식입니다.
② 유심 용제 아크 용접(flux-cored arc welding)
오답입니다 FCAW는 속에 용제를 채운 와이어가 녹아 들어가는 소모성 전극 방식입니다.
③ 피복 금속 아크 용접(shielded metal arc welding)
오답입니다 SMAW는 피복 용접봉이 전극이면서 그대로 녹아 붙는 소모성 전극 방식입니다.
④ 가스 텅스텐 아크 용접(gas tungsten arc welding)
정답입니다 텅스텐 전극은 녹지 않고 아크만 발생시키며 용가재를 손으로 따로 넣습니다.

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정답 ④ 가스 텅스텐 아크 용접(gas tungsten arc welding)

가스 텅스텐 아크 용접(GTAW, TIG)은 융점이 3,400 ℃에 이르는 텅스텐 전극과 모재 사이에 아크를 일으키고 아르곤·헬륨 같은 불활성 가스로 용융지를 보호하는 용접법입니다. 전극은 소모되지 않으므로 필요한 용가재는 작업자가 별도의 봉으로 외부에서 공급합니다. 나머지 세 가지는 모두 전극이 곧 용가재인 소모성 전극 방식입니다. 따라서 ④입니다.

키워드 # 용접 # 아크용접 # GTAW # 비소모성전극 # 텅스텐전극 # 불활성가스

Q15

측정기의 성능을 기술하는 용어 중 동일 표준에 대한 반복 측정 시 측정값의 흩어짐이 작은 정도에 해당하는 것은?

① 정확도
오답입니다 정확도는 측정값이 참값에 얼마나 가까운지를 뜻합니다.
② 산포도
오답입니다 산포도는 데이터가 흩어진 정도를 나타내는 통계량이지 측정기 성능 용어가 아닙니다.
③ 분해능
오답입니다 분해능은 측정기가 구별해 낼 수 있는 최소 눈금 간격입니다.
④ 정밀도
정답입니다 같은 대상을 반복 측정했을 때 값이 모이는 정도가 정밀도입니다.

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정답 ④ 정밀도

정밀도(precision)는 동일한 대상을 같은 조건에서 여러 번 측정했을 때 측정값들이 얼마나 모여 있는가, 즉 반복성·재현성을 나타내는 성질로 우연오차의 크기와 직결됩니다. 반면 정확도(accuracy)는 측정값의 평균이 참값에 얼마나 가까운가를 뜻해 계통오차와 관련되므로, 정밀도가 높아도 정확도는 낮을 수 있습니다. 따라서 ④입니다.

키워드 # 측정 # 정밀도 # 정확도 # 분해능 # 반복성

Q16

압연가공에서 입구속도 1.5 m/min, 출구속도 2 m/min, 입구에서의 공작물의 폭 80 mm이고 공작물 두께는 2 mm이다. 압하율이 40 %일 때, 출구에서의 공작물 폭[mm]은? (단, 압연기 전후에서 공작물의 단위시간당 부피변화는 없다고 가정한다)

① 60
오답입니다 두께 변화를 빼놓고 폭이 속도에 반비례한다고 보아 80 × (1.5 / 2) = 60으로 잡았을 때 나오는 값입니다.
② 100
정답입니다 유량 일정식 1.5×80×2 = 2×w×1.2 에서 w = 100 mm입니다.
③ 120
오답입니다 출구 두께 1.2 mm를 빠뜨리고 1.5 × 80 × 2 = 2 × w₁ 로 놓았을 때 나오는 값입니다.
④ 150
오답입니다 압하율 40 %를 두께가 40 %만 남는 것으로 잘못 보아 출구 두께를 0.8 mm로 잡았을 때 나오는 값입니다.

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정답 ② 100

압하율 40 %이므로 출구 두께는 t₁ = 2 × (1 − 0.4) = 1.2 mm입니다. 단위시간당 부피가 보존되므로 v₀w₀t₀ = v₁w₁t₁ 이 성립하고, 1.5 × 80 × 2 = 2 × w₁ × 1.2 에서 240 = 2.4 w₁ 이므로 w₁ = 100 mm입니다. 입구보다 폭이 넓어진 것은 압연 시 나타나는 폭 퍼짐에 해당합니다. 따라서 ②입니다.

키워드 # 소성가공 # 압연 # 압하율 # 체적일정 # 폭퍼짐

Q17

원통 형상의 공작물 외면을 직경 50 mm, 길이 400 mm 로 선삭 가공하고자 한다. 절삭공구의 수명이 테일러 공구수명식(VTⁿ ＝ C)을 따르고, 공구수명지수 n ＝ 0.25, 절삭상수 C ＝ 240일 때, 이 공구의 수명은? (단, 1회 가공으로 작업을 완료하며, 이송 ＝ 0.5 mm/rev, 제작소요 시간 ＝ 1분, $π$ ＝ 3이다)

① 8분
오답입니다 공구수명지수를 n = 1/3 로 잘못 쓰면 T = 2³ = 8분이 나옵니다.
② 16분
정답입니다 V = 120 m/min 을 120·T^0.25 = 240 에 넣으면 T = 16분입니다.
③ 32분
오답입니다 공구수명지수를 n = 0.2 로 잘못 쓰면 T = 2⁵ = 32분이 나옵니다.
④ 64분
오답입니다 공구수명지수를 n = 1/6 으로 잘못 쓰면 T = 2⁶ = 64분이 나옵니다.

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정답 ② 16분

가공시간 1분에 길이 400 mm를 이송 0.5 mm/rev로 끝내야 하므로 회전수는 N = 400 / (0.5 × 1) = 800 rpm입니다. 절삭속도는 V = πDN = 3 × 50 mm × 800 = 120,000 mm/min = 120 m/min이고, 테일러식 VTⁿ = C 에 넣으면 120 × T^0.25 = 240, T^0.25 = 2, 즉 T = 2⁴ = 16분입니다. 따라서 ②입니다.
※ 문제의 “400 mm 로”는 원본 시험지 표기를 그대로 옮긴 것입니다.

키워드 # 절삭가공 # 선삭 # 공구수명 # 테일러식 # 절삭속도

Q18

소성가공에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

① 인발가공은 다이를 통해 재료를 잡아 당겨 다이 단면 형상의 제품을 생산한다.
오답입니다 다이 구멍으로 소재를 잡아당겨 뽑는 인발 설명으로 옳습니다.
② 압출가공은 재료에 압력을 가하여 다이로 밀어 넣어 다이 단면 형상의 제품을 생산한다.
오답입니다 컨테이너 안의 소재를 램으로 밀어 다이로 내보내는 압출 설명으로 옳습니다.
③ 열간가공은 소재 변형이 작고 동력 소모가 크며, 녹는점 근처의 온도에서 가공하여 제품을 생산한다.
정답입니다 열간가공은 변형저항이 작아 큰 변형을 적은 동력으로 얻습니다.
④ 전조가공은 성형공구 사이에 소재를 밀어 넣어 직선운동 또는 회전운동으로 성형공구와 같은 표면형상을 생산한다.
오답입니다 다이나 롤 사이로 소재를 밀어 넣어 표면 형상을 새기는 전조 설명으로 옳습니다.

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정답 ③ 열간가공은 소재 변형이 작고 동력 소모가 크며, 녹는점 근처의 온도에서 가공하여 제품을 생산한다.

열간가공은 재결정온도 이상에서 하는 가공으로, 가공경화가 곧바로 회복·재결정으로 없어지기 때문에 변형저항이 작아 적은 동력으로도 큰 변형을 줄 수 있습니다. ③은 “변형이 작고 동력 소모가 크다”고 하여 이 관계를 완전히 뒤집어 서술했습니다. 치수정밀도와 표면이 나쁘고 산화 스케일이 생기는 것이 열간가공의 실제 단점입니다. 따라서 ③입니다.

키워드 # 소성가공 # 열간가공 # 재결정온도 # 인발가공 # 압출가공 # 전조

Q19

절삭가공으로 제조되는 부품에 대한 설계 고려 사항으로 옳은 것은?

① 표준 절삭공구를 이용하여 가공할 수 있는 형상을 가지도록 설계한다.
정답입니다 전용 공구 제작비와 납기를 줄일 수 있어 절삭가공 설계의 기본 원칙입니다.
② 여러 번의 공작물 고정작업으로 가공할 수 있는 형상을 가지도록 설계한다.
오답입니다 고정 횟수가 늘면 그때마다 위치오차가 쌓이므로 고정은 줄여야 합니다.
③ 기능적 요구조건을 초과하는 엄격한 공차와 좋은 표면 정도를 가지도록 설계한다.
오답입니다 필요 이상의 엄격한 공차는 가공비만 크게 올리므로 피해야 합니다.
④ 내부 코너 반경은 제조과정에서 사용 가능한 공구의 반경보다 작게 설계한다.
오답입니다 공구 반경보다 작은 내부 코너는 아예 가공할 수 없습니다.

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정답 ① 표준 절삭공구를 이용하여 가공할 수 있는 형상을 가지도록 설계한다.

가공을 고려한 설계(DFM)의 핵심은 표준품과 표준공정으로 만들 수 있게 형상을 잡는 것입니다. 표준 절삭공구로 가공되도록 설계하면 특수공구 제작비와 준비시간이 들지 않아 원가와 납기에 모두 유리합니다. 반대로 고정(셋업) 횟수를 늘리거나 기능상 필요 없는 정밀공차를 요구하면 비용이 급증하고, 내부 코너 반경을 공구 반경보다 작게 잡으면 물리적으로 가공이 불가능합니다. 따라서 ①입니다.

키워드 # 절삭가공 # 가공설계 # DFM # 공차 # 코너반경 # 셋업

Q20

다음 두 개의 연삭 숫돌에 대한 설명으로 옳지 않은 것은? (단, 제조업자 기호는 생략한다)

○ 숫돌 A: A－240－H－4－V
○ 숫돌 B: C－500－J－8－V

① 숫돌 B의 연마 입자는 실리콘카바이드이다.
오답입니다 C는 탄화규소(실리콘카바이드)계 입자를 뜻하므로 옳습니다.
② 연마 입자의 크기는 숫돌 B가 숫돌 A보다 작다.
오답입니다 입도 번호가 클수록 입자가 고우므로 500번이 240번보다 작습니다.
③ 숫돌의 결합 강도는 숫돌 B가 숫돌 A보다 크다.
오답입니다 결합도는 알파벳 순서가 뒤일수록 단단하므로 J가 H보다 큽니다.
④ 숫돌의 총 부피 중 연마 입자의 비율은 숫돌 B가 숫돌 A보다 크다.
정답입니다 조직 번호 8은 4보다 성긴 조직이므로 입자율은 오히려 작습니다.

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정답 ④ 숫돌의 총 부피 중 연마 입자의 비율은 숫돌 B가 숫돌 A보다 크다.

연삭숫돌 표시는 앞에서부터 입자(연삭재)—입도—결합도—조직—결합제 순입니다. A는 알루미나, C는 탄화규소이고, 입도는 번호가 클수록 입자가 곱고, 결합도는 A에서 Z로 갈수록 단단하며, 조직은 번호가 클수록 입자 간격이 넓은 성긴(coarse) 조직입니다. 숫돌 B의 조직 번호 8은 A의 4보다 크므로 전체 부피에서 연삭입자가 차지하는 비율은 B가 더 작습니다. 따라서 ④입니다.

키워드 # 연삭가공 # 연삭숫돌 # 입도 # 결합도 # 조직 # 결합제

Q21

탄소강의 평면연삭에서 직경 100 mm의 연삭휠을 3,000 rpm으로 회전시키며, 공작물의 이송속도를 2 m/min으로 하였다. 연삭 깊이와 연삭 폭이 각각 0.04 mm와 25 mm 일 때, 재료 제거율[mm³/min]은? (단, $π$ ＝ 3이다)

① 150
오답입니다 이송속도 2 m/min은 2,000 mm/min이므로 세 값을 곱하면 2,000 mm³/min이며, 150은 자릿수부터 맞지 않는 값입니다.
② 2,000
정답입니다 MRR = 2,000 × 0.04 × 25 = 2,000 mm³/min입니다.
③ 8,000
오답입니다 연삭깊이를 0.16 mm로 잘못 잡았을 때 나오는 값입니다.
④ 900,000
오답입니다 공작물 이송속도 대신 숫돌 원주속도 900,000 mm/min을 쓴 값입니다.

정답과 해설 보기

정답 ② 2,000

평면연삭의 재료제거율은 공작물 이송속도 v, 연삭깊이 d, 연삭폭 w의 곱, 즉 MRR = v·d·w입니다. v = 2 m/min = 2,000 mm/min이므로 MRR = 2,000 × 0.04 × 25 = 2,000 mm³/min입니다. 숫돌 직경 100 mm와 3,000 rpm은 숫돌 원주속도를 구할 때 쓰는 값으로 재료제거율 계산에는 들어가지 않습니다. 따라서 ②입니다.
※ 문제의 “25 mm 일 때”는 원본 시험지 표기를 그대로 옮긴 것입니다.

키워드 # 연삭가공 # 평면연삭 # 재료제거율 # 연삭깊이 # 이송속도

Q22

워터제트 가공(water-jet machining)의 특징으로 옳지 않은 것은?

① 가공열이 발생하지 않아 공작물 변형이 적다.
오답입니다 기계적 침식으로 잘라 내므로 열영향부가 없어 변형이 적습니다.
② 가공 후 절단면에 버(burr)가 잘 생기지 않는다.
오답입니다 절단면이 매끈해 버가 거의 생기지 않아 후처리가 줄어듭니다.
③ 환경적으로 청정한 가공공정이다.
오답입니다 유해가스나 분진이 없고 물을 쓰므로 청정한 공정입니다.
④ 초기 가공을 위해서는 사전 구멍 가공이 필요하다.
정답입니다 워터제트는 스스로 구멍을 뚫으며 시작하므로 사전 구멍이 필요 없습니다.

정답과 해설 보기

정답 ④ 초기 가공을 위해서는 사전 구멍 가공이 필요하다.

워터제트 가공은 지름 0.1~0.4 mm 노즐로 400 MPa 안팎의 초고압수를 분사해 물의 운동에너지로 재료를 침식시켜 절단하는 공정입니다. 빔이 소재 어느 지점에서든 스스로 관통(피어싱)하며 절단을 시작할 수 있어 와이어 방전가공처럼 시작 구멍을 미리 뚫어 둘 필요가 없습니다. 따라서 ④입니다.

키워드 # 특수가공 # 워터제트가공 # 피어싱 # 열영향부 # 버

Q23

재료의 기계적 성질 중 전연성에 대한 설명으로 옳은 것은?

① 높은 온도로 가열되어 용해되면 유동성을 갖게 되는 성질이다.
오답입니다 가열하면 녹아 흐르게 되는 성질은 유동성(주조성)에 대한 설명입니다.
② 적절한 공구와 절삭조건에서 상대적으로 용이하게 가공되는 성질이다.
오답입니다 깎기 쉬운 정도를 뜻하는 것은 절삭성(피삭성)입니다.
③ 타격이나 압력이 가해졌을 때 넓게 펴지거나 길이가 늘어나는 성질이다.
정답입니다 두들기면 펴지는 전성과 잡아당기면 늘어나는 연성을 합친 성질입니다.
④ 높은 온도로 가열되면 친화력이 증가하여 다른 금속 원자와 접합이 가능해지는 성질이다.
오답입니다 가열해 다른 금속과 붙는 성질은 접합성(용접성)에 대한 설명입니다.

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정답 ③ 타격이나 압력이 가해졌을 때 넓게 펴지거나 길이가 늘어나는 성질이다.

전연성은 전성(malleability)과 연성(ductility)을 아울러 부르는 말입니다. 전성은 두들기거나 눌렀을 때 얇고 넓게 퍼지는 성질로 압연·단조에서, 연성은 잡아당겼을 때 끊어지지 않고 길게 늘어나는 성질로 인발·신선에서 중요합니다. 금·은·알루미늄처럼 전연성이 큰 금속일수록 소성가공이 쉽습니다. 따라서 ③입니다.

키워드 # 기계재료 # 전연성 # 전성 # 연성 # 소성가공 # 유동성

Q24

스테핑 모터와 리드 스크류로 구동되는 NC 이송시스템에서 모터의 스텝 각도 개수는 1,800개이고, 테이블에 연결된 리드 스크류의 리드는 1 mm이다. 테이블을 60 mm/min의 속도로 20 mm 이동해야 하는 경우, 테이블을 원하는 위치까지 이동시키는 데 필요한 모터의 펄스 수[pulses]와 원하는 속도를 얻기 위한 펄스 주파수[Hz]는? (단, 모터와 리드 스크류에 사용되는 감속기의 기어비는 1이다)

	펄스 수	펄스 주파수
①	18,000	1,800
②	18,000	3,600
③	36,000	1,800
④	36,000	3,600

① 선택지 해설
오답입니다 펄스 수를 20회전분이 아니라 10회전분(10 × 1,800 = 18,000)으로 잘못 잡았을 때 나오는 조합입니다.
② 선택지 해설
오답입니다 펄스 수는 10회전분(18,000)으로, 주파수는 초당 2회전(3,600 Hz)으로 잘못 잡은 조합입니다.
③ 선택지 해설
정답입니다 20회전 × 1,800스텝 = 36,000펄스, 1 rev/s × 1,800 = 1,800 Hz입니다.
④ 선택지 해설
오답입니다 이송속도 60 mm/min을 초당 2회전으로 잘못 환산했을 때 나오는 값입니다.

정답과 해설 보기

정답 ③ 펄스 수 36,000 — 펄스 주파수 1,800

리드가 1 mm이고 기어비가 1이므로 모터 1회전이 테이블 이송 1 mm에 대응합니다. 20 mm를 가려면 20회전이 필요하고, 1회전이 1,800스텝이므로 펄스 수는 20 × 1,800 = 36,000펄스입니다. 이송속도 60 mm/min은 60 rev/min = 1 rev/s이므로 초당 1,800스텝, 즉 펄스 주파수는 1,800 Hz입니다. 따라서 ③입니다.

키워드 # CNC # 스테핑모터 # 리드스크류 # 펄스수 # 펄스주파수 # 이송계

Q25

폐루프(closed loop)방식 CNC 공작기계 이송계의 서보 기구를 구성하는 요소에 해당하지 않는 것은?

① 주축(main spindle)
정답입니다 주축은 공구나 공작물을 회전시키는 절삭계 요소로 이송 서보기구가 아닙니다.
② 볼 스크류(ball screw)
오답입니다 볼 스크류는 서보모터의 회전을 테이블 직선운동으로 바꾸는 이송요소입니다.
③ 서보 모터(servo motor)
오답입니다 서보모터는 지령을 받아 이송축을 구동하는 동력원입니다.
④ 테이블 직선운동 검출기(linear scale)
오답입니다 리니어 스케일은 테이블의 실제 위치를 읽어 되먹임하는 검출기입니다.

정답과 해설 보기

정답 ① 주축(main spindle)

폐루프 방식 이송 서보기구는 지령을 받는 서보모터, 회전을 직선운동으로 바꾸는 볼 스크류, 테이블의 실제 이동량을 직접 읽어 지령과 비교하는 리니어 스케일(위치검출기)로 구성됩니다. 검출값을 다시 제어부로 보내 편차를 없애기 때문에 폐루프라고 부릅니다. 주축은 절삭을 위해 공구를 회전시키는 계통이라 이송 서보기구의 구성요소가 아닙니다. 따라서 ①입니다.

키워드 # CNC # 서보기구 # 폐루프 # 볼스크류 # 리니어스케일 # 주축

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