가공 업계에 종사하는 사람들은 μm 수준의 가공 정밀도를 달성하는 것이 쉬운 것처럼 정밀도 측면에서 승리하려는 욕구가 강한 경우가 많습니다. 그러나 실제로 고정밀 가공은 엄격한 기술 분야입니다. 많은 사람들이 온도가 정밀도에 미치는 영향에 대한 상식조차 모르고 정밀도에 대해 이야기하는데 정말 답답합니다! 다음으로, 이 글은 여러분에게 보다 포괄적인 대중과학을 제공할 것입니다.
PART 1 기본 상식: 온도 변화가 재료에 미치는 영향 재료가 일반적으로 열팽창 및 수축 특성을 가지고 있다는 것은 누구나 알고 있습니다. 정밀 가공 과정에서 온도 문제를 무시해서는 안됩니다! 온도차는 정밀도의 '적'이라고 할 수 있습니다. 이 핵심 요소를 심각하게 고려하지 않는다면 정밀도에 대해 어떻게 이야기할 수 있습니까? 결국 대부분의 기계는 강철과 주철로 만들어지기 때문에 실내 온도와 기계 자체에서 발생하는 열에 따라 모양과 길이가 변합니다. 열팽창 및 수축으로 인한 재료의 구체적인 변형량은 재료 자체의 특성과 온도 변화 범위에 따라 다릅니다. 다음은 강철과 구리의 팽창계수 표입니다. 강철을 예로 들면 온도가 1도 변할 때 길이가 1m당 12μm의 변화로 선형 팽창이 나타납니다. 강철의 팽창 계수는 아래 그림과 같습니다.
예를 들어 공작물의 길이가 200mm이고 온도가 10도 변하면 팽창 값은 0.02mm입니다. 구리의 팽창 계수는 아래 그림과 같습니다.
예: 전극 길이가 200mm이고 온도가 10도 변하면 팽창 값은 0.05mm입니다. PART 2 온도로 인해 검출 오류가 발생합니다. 검출에 사용되는 측정물과 계측기 및 게이지가 서로 다른 재질로 만들어져 검출 시 표준 온도(20도) 미만이 아닌 경우 표준 온도와의 편차가 검출 오류의 중요한 요소가 됩니다. 온도로 인한 감지 오류
예를 들어 감지를 예로 들면, 100mm 길이의 강철 블록 게이지를 손바닥 온도로 가열하여 온도가 4도 상승하면 길이가 4.6μm 변합니다. 또한, 고정밀 부품을 측정할 때는 더욱 정밀한 측정 방법을 사용할 수 있어야 합니다. 측정기기나 장비 자체의 정확도 지수가 높지 않은데 어떻게 고정밀 측정을 할 수 있을까요? PART 3 중요한 가공 개념: 열 안정성 유지 100x30x20mm 크기의 강철 부품을 예로 들어 보겠습니다. 온도가 25도에서 20도로 떨어지면 크기가 변경됩니다. 25도에서는 크기가 6μm 더 커지고, 온도가 20도로 떨어지면 크기는 0.12μm만 커집니다. 이는 열 안정화 과정입니다. 온도가 급격히 떨어지더라도 안정적인 정확도를 유지하려면 일정 시간이 걸립니다. 일반적으로 물체가 클수록 온도 변화에 따라 안정적인 정확도를 복원하는 데 시간이 더 오래 걸립니다.
정밀가공 경험이 없는 공장에서는 정밀도가 불안정한 원인을 정밀가공 시 장비의 정밀도 문제로 돌리는 경우가 많습니다. 경험이 풍부한 공장에서는 주변 온도와 공작 기계 사이의 열 균형에 주의를 기울이는 것이 기본적인 상식이라는 것을 알고 있습니다. 그들은 공작 기계의 정확도가 높더라도 안정적인 온도 환경과 열 균형 상태에서만 가공 정확도의 안정성이 보장될 수 있다는 것을 이해합니다.
열 안정성을 유지하는 것은 정밀 가공에 있어서 깊이 이해해야 할 중요한 개념입니다. 20도를 유지해야 할지, 23도를 유지해야 할지 고민하시는 분들도 계실텐데요. 사실 목표온도값을 안정적으로 유지하는 것이 핵심이다. 이론적으로 온도는 일반적으로 20도가 필요하지만 실제 작업장에서는 온도 변동을 엄격하게 제어하는 한 일반적으로 온도를 22도 ~ 23도에서 제어합니다. PART 4 가공정밀도와 분석을 바르게 이해한다 일반적으로 가공정밀도는 정밀도와 정밀도로 나눌 수 있다. 아래 그림을 통해 좀 더 직관적으로 이해할 수 있습니다. 정밀도(Precision) 정밀도는 동일한 예비 샘플을 반복 측정에 사용할 때 얻은 결과 간의 재현성과 일관성을 나타냅니다. 때로는 높은 정밀도가 높은 정확성을 의미하지 않는 경우도 있습니다. 예를 들어, 길이 1mm를 기준으로 측정하여 얻은 세 가지 결과는 각각 1.051mm, 1.053mm, 1.052mm입니다. 이 데이터 세트의 정밀도는 높지만 정확하지는 않습니다. 정확도(Accuracy) 정확도란 측정 결과와 참값 사이의 근접 정도를 말합니다. 측정 정확도가 높다는 것은 시스템 오류가 적다는 것을 의미하며, 측정된 데이터의 평균값과 참값의 편차는 작지만 데이터의 불연속성, 즉 우발적 오류의 크기가 명확하지 않다는 것을 의미합니다. 정밀도, 정확도 및 온도 간의 관계는 일반적으로 정밀도 및 정확도와 밀접한 관련이 있습니다. 가공 부품의 정밀도는 높지만 정확도가 부족한 경우 작업장 온도가 약간 변동할 수 있지만 표준 온도에서 크게 벗어날 수 있습니다. 부품의 정밀도는 높지만 정확도가 낮은 경우 작업장 온도가 크게 변동하여 정확도가 크게 달라질 수 있습니다. 부품이 정밀하지도 정확하지도 않다면 작업장 온도가 표준 온도 및 제어 요구 사항에서 크게 벗어난다는 의미입니다. PART 5 잊혀진 공작 기계 예열 공장에서 고정밀 가공을 위해 정밀 CNC 공작 기계를 사용할 때 다음과 같은 경험을 했을 것입니다. 매일 아침 가공을 위해 기계를 켤 때 첫 번째 제품의 가공 정확도가 만족스럽지 못한 경우가 많습니다. 장기간 휴가 후 가공을 위해 가동되는 첫 번째 부품 배치는 정확도가 불안정한 경우가 많으며, 특히 위치 정확도 측면에서 고정밀 가공을 수행할 때 실패 확률이 매우 높습니다. 공작 기계는 안정적인 온도 환경과 열 평형 상태에서만 가공 정확도의 안정성을 보장할 수 있습니다. 기계를 켜자마자 고정밀 가공을 수행할 때 공작기계를 예열하는 것은 정밀 가공의 기본 상식입니다. 공작 기계가 장시간 작동을 멈출 때와 열 평형 상태에 있을 때 가공 정확도는 크게 달라집니다. 이는 CNC 공작 기계의 스핀들과 각 이동 축의 온도가 일정 시간 동안 작동한 후 특정 수준에서 상대적으로 안정적이고 처리 시간이 증가함에 따라 CNC 공작 기계의 열 정확도가 점차 안정화되기 때문입니다. 이는 가공 전에 스핀들과 이동 부품을 예열해야 할 필요성을 충분히 보여줍니다. 그러나 많은 공장에서는 공작기계의 '준비운동' 준비과정을 무시하거나 심지어 이에 대해 전혀 알지도 못합니다. 공작 기계가 며칠 이상 유휴 상태인 경우 고정밀 가공 전에 30분 이상 예열하는 것이 좋습니다. 유휴 시간이 몇 시간밖에 안 된다면 5~10분 동안 예열하세요. 예열 중에 공작 기계는 가공 축의 반복 이동에 참여할 수 있으며 XYZ 축을 좌표계의 왼쪽 하단에서 오른쪽 상단으로 이동하고 대각선으로 반복적으로 걷는 등 다축 연결을 수행하는 것이 가장 좋습니다. 실제 작동 시 공작 기계에 매크로 프로그램을 작성하여 공작 기계가 예열 작업을 자동으로 반복적으로 수행할 수 있습니다. 공작 기계가 완전히 예열되면 고정밀 가공 생산에 투입될 수 있으며 이때 안정적이고 일관된 가공 정확도를 얻을 수 있습니다.
