CNC 기계로 항상 완벽한 결과물을 얻고 싶으신가요? 정확도와 반복성에 대한 몇 가지 개념을 알아두셔야 합니다. 이 글에서는 이러한 개념들을 정의하고 기계를 최상의 상태로 유지하는 방법을 설명합니다.
사업용 CNC 기계를 선택할 때는 높은 정밀도로 일관된 결과를 낼 수 있는 제품을 찾는 것이 매우 중요합니다. 부품 품질, 컨트롤러 종류, 전원 공급 안정성은 CNC 기계의 정확도와 반복성에 영향을 미칠 수 있습니다. 고급 CNC 기계일수록 정확도와 반복성이 뛰어납니다. 하지만 아무리 고급 CNC 기계라도 제대로 관리하지 않으면 정확도와 반복성에 문제가 발생할 수 있습니다.
신뢰할 수 있는 제조업체를 선택하고 CNC 기계의 작동 및 유지 보수 지침을 엄격히 준수하여 최상의 성능을 보장하십시오. CNC 기계의 정확도 또는 반복성에 대해 우려되는 사항이 있으면 기술 전문가와 상담하십시오.
그럼 더 이상 지체하지 않고 본론으로 들어가겠습니다.
CNC 기계의 정밀도란 무엇일까요?
CNC 기계의 정확도는 목표값에 얼마나 가까운지로 정의됩니다. 다시 말해, 정확도는 시스템에서 보고하는 측정값이 실제 값과 얼마나 일치하는지를 나타내는 정도입니다. 두 측정값 사이의 차이가 미미하다면 정확도가 높다고 확신할 수 있습니다. 이는 두 변수 간의 상관관계를 나타내는 또 다른 표현입니다.
더 잘 이해하기 위해 아래 예를 살펴보겠습니다. CNC 가공 서비스를 제공하는 업체를 방문하면, 그들은 자신들의 CNC 공작기계의 정밀도에 대해 자랑할 가능성이 높습니다. 만약 기계의 측정 장치가 50mm 길이의 금속 조각을 절단하도록 설정되어 있다면, 그 조각이 정확하게 절단될 것이라는 의미가 됩니다. 측정 장치가 업체에서 주장하는 만큼 정밀하다면, 결과는 정확히 50mm가 될 것입니다.
CNC 가공 부품의 품질에는 공구 경로 프로그래밍, 공구 선택, 부품 설계, 기계 가공 기술, 고정 방식 등 여러 요인이 영향을 미칩니다. 고성능 항공기의 착륙 장치 부품이나 레이저 수술 로봇 팔은 항상 의도한 대로 작동해야 하는 핵심 부품의 두 가지 예입니다.
CNC 기계의 반복 정밀도란 무엇입니까?
반복성은 동일한 목표를 달성하기 위해 반복적으로 시도할 때 결과가 얼마나 달라지는지를 나타내는 정도입니다. 예를 들어 동일한 위치를 방문하거나, 동일한 양을 측정하거나, 동일한 조건에서 동일한 수의 웨이퍼를 연속적으로 접합하는 것 등이 있습니다. 실패한 절차를 반복하는 것은 흔한 오류 발생 원인입니다.
다음 단계를 따르면 재현성을 향상시킬 수 있습니다.
- 측정 및 보정
- 제어 시스템을 사용하여 편차를 추적하고 수정하는 과정입니다. 이러한 오차의 예로는 백래시와 비행 중 스크류 피치의 변화가 있습니다.
- 열과 같은 외부 요인은 응력 완화, 열팽창 차이 및 재설정을 유발하여 반복성 저하의 주요 원인이 됩니다. 따라서 환경 제어는 정확한 기계 또는 계측기를 제작하는 데 매우 중요한 역할을 할 수 있습니다.
정확성과 반복성을 이해하면 누구와도 훨씬 쉽게 소통할 수 있습니다. 또한, 모든 필수 기능과 사양을 필요에 맞춰 비교하고 서비스 구매 여부를 결정하는 데 도움이 됩니다.
CNC 공작기계의 정밀도 유형
"공작기계 정밀도"에는 여러 가지 기계 특성이 포함됩니다. CNC 공작기계의 정밀도는 설계자와 계측 전문가에게 서로 다른 개념입니다. 계측학에서 정밀도는 측정 결과가 목표값과 얼마나 잘 일치하는지를 나타냅니다.
공작기계에는 다양한 정밀도 기준이 있으며, 정밀도 측정의 정확도는 정성적입니다. 정밀도는 기하학적 정밀도, 작업 정밀도, 생산 정밀도의 세 가지 범주로 나눌 수 있습니다. 이러한 정밀도 기준 각각에는 그에 상응하는 근거가 있습니다.
1. 기하학적 정확도
기하학적 정확도는 공작기계의 기하학적 설계를 의미하며, 이를 통해 작업 정확도에 영향을 미치는 기능 부품의 품질을 평가할 수 있습니다. 기계가 사용되지 않을 때 기계의 제작 품질과 조립 방식에 대해 알아볼 수 있습니다.
이러한 검사는 기계가 최종 가공 상태, 즉 무부하 상태에서 수행됩니다. ISO 230-1 표준은 축의 기하학적 정확도를 측정하고 평가하는 방법을 규정합니다. 이 표준은 회전축과 선형축에 대해 서로 다른 6가지 유형의 기하학적 오차를 명시합니다.
기계 레일의 정렬 불량이나 휜(휘어짐)은 직진도계에 나타납니다. 직각도는 실제로는 직교하지 않는 두 축의 평행도를 확인하여 결정됩니다. 평탄도 측정은 CMM 테이블, 플레이트 영역, 공작 기계 및 표면이 모두 평평한지 확인합니다.
2. 위치 결정 정도
수치 제어 축에서 이 값은 위치 결정의 정확도와 반복성을 나타냅니다. ISO 230-2/6은 수치 제어 축의 정밀도를 측정하는 방법에 대한 지침을 제공하며, VDI/DGQ 3441 지침 또한 널리 사용됩니다.
레이저 간섭계는 위치 정밀도를 측정하는 데 가장 많이 사용됩니다. 기기에 표시된 위치와 레이저 시스템으로 측정한 위치를 비교함으로써 선형 위치 정확도와 반복성을 측정할 수 있습니다.
레이저 트래커는 x, y, z축 변동을 신속하게 평가할 수 있어 위치 정확도를 측정하는 데 더욱 정교한 도구입니다. 이미 제작이 완료되어 가동 중인 기계의 경우, 기하학적 정밀도와 위치 정확도를 동시에 확인할 수 있습니다. 따라서 이 모든 것을 동시에 평가하는 것이 일반적입니다.
3. 보간 정확도
CNC 기계가 정밀하다면 원형 경로는 컴퓨터에 입력된 경로와 정확히 일치할 것입니다. 하지만 실제로는 측정 오차, 직진도 오차, 여유 공간 오차, 역방향 오차 등과 같은 오류가 발생하면 원의 반지름이 프로그램된 원에서 벗어나게 됩니다.
공작기계의 정밀도는 실제 원형 경로를 정밀하게 측정하고 이를 공칭 경로와 비교함으로써 확인할 수 있습니다. SN ISO 230-4 표준은 원형 보간의 정확도 평가 및 측정에 대해 다루고 있습니다.
이 시험의 목표는 수치 제어 공작기계를 이용한 윤곽 성형 작업의 성능을 파악하는 방법을 제공하는 것입니다. 기하학적 결함과 이송 속도에서의 기계의 동적 거동이 이러한 오차를 유발합니다. 가공 및 보간 시험에서 동일한 직경과 이송 속도를 사용하면 최적의 가공 조건에서 가공된 제품에서 결과가 명확하게 나타납니다.
4. 체적 정확도
일부 첨단적이고 매우 혁신적인 방법에는 체적의 정확도를 파악한 후 이를 보정하는 방식이 포함됩니다. 이러한 방법은 기계 작업 공간에서 공구 중심점(TCP) 편차를 최소화합니다. TCP의 총 체적 편차는 각 축을 따라 발생하는 편차의 합과 같습니다.
작업 공간의 오차 편차는 공작기계의 체적 정확도를 나타냅니다. ISO 230-1에서는 3축 중심의 체적 정확도를 x, y, z축을 따라 측정된 위치와 목표 위치 간의 최대 차이, 그리고 a, b, c축을 따라 회전할 때 해당 축을 따라 발생하는 방향 차이의 최대값으로 정의합니다.
레이저 트레이서는 주로 체적 정확도를 측정하고 보정하는 장치입니다. 레이저 트레이서를 이용한 측정은 순차적 다중측정법에 기반합니다. 즉, 레이저 빔의 길이를 측정한 다음 작업 공간에서 두 빔이 만나는 지점을 파악하는 것입니다. 이 방법을 사용하려면 기계의 여러 부분(최소 4개 이상의 레이저 트레이서 위치 권장)에서 천천히 측정해야 합니다. 이 방법은 GPS 시스템과 유사한 방식으로 작동합니다.
5. 생산 정확도
생산 정확도는 가공 결과물을 통해 드러나는 것처럼 제품 제작 과정이 얼마나 잘 수행되었는지를 나타냅니다. 기하학적 정확도, 위치 정확도, 가공 정확도는 모두 제품의 정밀도에 영향을 미칩니다. 기계 조작자의 오류(공구 설정이 잘못되었거나, 가공물이 제대로 고정되지 않은 경우) 또한 생산 정확도를 저해하는 요인이 될 수 있습니다.
공작기계와 제조 공정에 영향을 미쳐 가공물의 치수 변동을 초래하는 주요 요인은 다음과 같습니다.
- 15% 생산 기술
- 기계 작동 정확도 25%
- 15% 측정
- 주변 환경 조건의 20%
- 5% 기계 부품
- 기계 조작원의 20%
CNC 기계의 정확도 및 반복성에 영향을 미치는 요인
CNC 기계의 정확성과 반복성에 영향을 미치는 요인은 여러 가지가 있습니다.
● 기계의 구조
해당 장비는 사용 환경에 필요한 가장 강력한 가공 작업을 수행할 수 있어야 하며, 장비를 지탱하는 부품이 과도하게 휘어지지 않도록 해야 합니다.
● 피드백 시스템
축의 선형 스케일은 이동하는 구성 요소의 위치를 직접적으로 읽어줍니다. 회전 엔코더와 달리 축 시스템 구성 요소(볼스크류, 웨이 시스템 및 커플러)의 정확도에 크게 의존하지 않습니다.
● 공작기계 교정
기계의 피치 오차 및 백래시 보정은 기계 제작자가 초기 조정을 완료합니다. 그러나 최종 사용자는 기계의 수명 기간 동안 미리 정해진 간격으로 이러한 조정을 반복해야 합니다. 이는 기계가 정확하게 작동하도록 보장하기 위함입니다.
● 환경
공작기계가 사용될 공간의 온도와 습도는 일정하게 유지되어야 합니다.
가공 정확도 및 반복성 오류의 주요 원인
● 스핀들 회전 오류
스핀들 회전 오차는 실제 회전축이 특정 시점에서 정상 회전축에서 벗어나는 정도를 나타냅니다. 메인 샤프트 저널의 여러 부분의 동축도 오차, 베어링 오차, 베어링 정렬 불량, 그리고 메인 샤프트의 처짐은 구동축의 반경 방향 회전 오차를 유발하는 주요 요인입니다.
● 가이드 레일 오류
가이드 레일은 공작기계의 움직임과 각 부품의 상대적 위치를 결정하는 기준 역할을 합니다. 가이드 레일 오차의 추가적인 원인으로는 불균일한 마모와 부실한 설치 품질이 있습니다.
● 변속기 체인 오류
변속 오차는 변속 시작 요소와 끝 요소 사이의 위치 차이를 말합니다. 변속 오차의 주요 원인은 변속 체인의 각 링크를 CNC 가공 및 조립하는 과정에서 발생하는 오류입니다.
● 공구의 기하학적 오차
모든 공구의 절삭 과정에서 마모는 가공물의 크기와 형상 변화를 초래합니다. CNC 공작기계의 기하학적 정밀도는 외부 힘과 가공 중 발생하는 열의 영향을 받습니다. 공작기계의 기하학적 변형은 기하학적 오차를 유발합니다. 연구에 따르면 CNC 공작기계의 기하학적 오차는 내적 요인과 외적 요인에 의해 발생합니다. 공작기계의 기하학적 오차는 기계 자체의 설계 결함으로 인해 발생하는 경우 "내적 요인"이라고 합니다.
외부 요인으로는 환경적 기하학적 오차와 CNC 열 변형이 있습니다. 예를 들어 절삭 과정에서 발생하는 열로 인해 공구나 CNC 부품이 팽창하거나 형상이 변형되는 경우가 있습니다. 이러한 현상은 모두 CNC 가공에 부정적인 영향을 미치는 기하학적 오차를 유발합니다. 모든 CNC 가공 부품은 뛰어난 정밀도와 가공 정확도를 자랑합니다.
● 위치 오류
CNC 공작기계로 공작물을 가공할 때 발생할 수 있는 오류에는 두 가지 유형이 있습니다. 하나는 CNC 가공 과정에서 부정확하게 발생하는 위치 결정 오차이고, 다른 하나는 CNC 가공으로 완성된 부품이 직각도, 대칭성, 위치 등에서 계획된 방향과 벗어나는 정도입니다.
CNC 공작기계의 정밀도에 있어 위치 제어는 매우 중요합니다. 개방 루프 시스템에서는 위치 정확도가 상당한 영향을 받습니다. 폐쇄 루프 서보 시스템에서는 위치 정확도가 주로 CNC 가공 부품의 정밀도에 따라 달라집니다. 위치 정확도에 영향을 미치는 주요 요인은 공작기계의 이송 시스템입니다.
정확도와 반복성 간의 관계
정확성은 "구매자가 비용을 지불하는 이유"이지만, 시스템을 구성하는 개별 부품의 반복성과 부품 간의 상호 작용 방식을 이해하는 것 또한 중요합니다.
다음 그래프는 이러한 제한적인 관계를 보여줍니다.
그림에서 점들은 누군가가 시작점으로 이동하려고 시도한 횟수를 나타냅니다.
- 반복성 및 정확도가 낮음: 첫 번째 그래프의 데이터 포인트들은 x축 원점을 기준으로 제각기 흩어져 있습니다. 정확도와 반복성 모두 좋지 않습니다.
- 낮은 정확도와 높은 반복성: 두 번째 그래프는 결과값이 서로 가깝게 밀집되어 있지만 그래프 원점에서 멀리 떨어져 있는 것을 보여줍니다. 정확도는 떨어지지만 재현성은 매우 뛰어납니다. 결과가 이처럼 일관적이라면 무엇이 잘못되었는지 파악하고 수정하거나 보완할 수 있습니다.
- 높은 반복성과 높은 정확도: 이러한 조정 과정을 거치면서 종종 제3의 형태를 띤 그래프가 나타납니다.
결과가 실제 위치에 매우 근접하면, 정확도를 더 높이는 유일한 방법은 반복성을 높이는 것입니다. 따라서 가장 낮은 수준의 정확도는 반복성입니다.
CNC 기계의 정확도와 반복성은 어떻게 측정하나요?
CNC 기계의 정확도와 반복성을 평가하는 방법은 여러 가지가 있지만, 가장 일반적인 방법은 좌표 측정기(CMM)를 사용하는 것입니다. CMM은 여러 센서를 사용하여 가공물 표면 전체에서 측정값을 얻습니다. CMM으로 데이터를 수집한 후, 이 정보를 다운로드하여 분석함으로써 기기의 정밀도와 신뢰성을 판단합니다.
CNC 기계의 정확도와 반복성을 측정하는 다른 방법들도 있지만, 자주 사용되지는 않습니다. 한 가지 방법은 광학 비교기를 사용하는 것인데, 이는 가공물의 이미지를 화면에 표시해 줍니다. 작업자는 이 이미지를 기준 템플릿과 비교하여 차이점이 있는지 확인합니다. 레이저 간섭계는 두 물체 사이의 거리에서 발생하는 미세한 변화를 측정하는 또 다른 방법입니다.
CNC 기계의 반복성과 정확도는 서로 다른 개념이라는 점을 이해하는 것이 중요합니다. 반복성은 기계가 동일한 절삭 작업을 얼마나 일관되게 수행하는지를 나타내는 반면, 정확도는 얼마나 완벽한 절삭에 가까운지를 나타냅니다. 어떤 기계는 정확도는 높지만 반복성이 떨어질 수 있습니다. 가장 신뢰할 수 있는 기계는 일관되게 정밀한 결과를 제공합니다.
자주 묻는 질문
반복성은 정확도와 같은 것인가요?
정확도는 측정 지점이 실제 값에 얼마나 가까운지를 나타냅니다. 반복성은 동일한 설정 지점에 연속적으로 정확하게 위치시키는 능력을 의미합니다. 위치 결정 시스템의 정확도와 반복성 간의 차이를 이해하는 것이 매우 중요합니다.
정밀성이란 무엇을 의미하나요?
이는 CNC 제조에서 또 다른 중요한 용어입니다. 기계의 신뢰성을 결정짓는 요소이기도 합니다. 정밀도란 측정 시스템이 항상 동일한 결과를 산출할 수 있음을 의미합니다. 계산에 필요한 신뢰할 수 있는 데이터를 얻으려면 시스템의 반복성을 확보해야 합니다.
기계의 정확도를 결정하는 요소는 무엇입니까?
가공의 정확성과 비용 효율성은 공작기계의 운동학적 구조, 에너지원, 공구 재료 및 공구 유형에 크게 좌우됩니다.
CNC 정확도를 어떻게 향상시킬 수 있나요?
- 품질 도구 활용
- 재료 특성 이해
- 공작기계를 신속하게 업그레이드하십시오
- 절삭 공구 성능 향상
- 공구 마모 상태를 주의 깊게 살펴보세요.
- 기계 상태
CNC에서 백래시란 무엇인가요?
CNC 백래시는 나사에 너트를 끼우는 것과 같습니다. 한 손으로 나사를 잡고 다른 손으로 너트에 압력을 가해 돌립니다. "백래시"는 나사산의 움직임 때문에 발생합니다.
최종 생각
결론적으로, 정확도와 반복성은 서로 독립적입니다. 정확도는 사격 결과가 목표물의 중심에 얼마나 가까운지를 나타내고, 반복성은 얼마나 자주 정확하게 사격을 성공시키는지를 나타냅니다. 정확도와 반복성이 모두 양호하다면, 많은 양의 부품을 제대로 생산할 수 있지만, 모든 부품이 동시에 양호해지는 것은 아닙니다.
또한 고품질 부품을 생산하기 위해서는 CNC 기계의 정확도와 반복성에 영향을 미치는 요인을 이해하는 것이 중요합니다. 앞서 언급한 방법들을 통해 이러한 요소들을 계산할 수도 있습니다.
자, 이제 뭘 기다리시나요? CNC 기계의 정확도와 반복성을 점검하고 매번 정확한 결과를 얻어보세요!
