CNC 정밀 엔지니어링: 엄격한 공차와 우수한 표면 조도 구현

작성일: 2019년 3월 12일 | 작성자: Candy, WayKen 프로젝트 매니저

현대 CNC 산업의 대다수는 거울 같은 표면 조도와 높은 신뢰성으로 가장 엄격한 공차까지 가공된 부품에 의존합니다. 이 모든 것이 현대 제품을 견고하고 효율적이며 경쟁력 있게 만듭니다. 이 모든 것이 산업 발전을 앞당깁니다. 하지만 이러한 부품이 스스로 생산되는 것은 아닙니다. 우리가 자동차를 운전하고, 다른 대륙으로 날아가며, 여기 앉아 이 글을 읽을 수 있게 해주는 고품질 부품의 뒤에는 CNC 정밀 엔지니어링이 있습니다. 정밀 부품 제조는 프로토타입 제조 산업에서 여러 단계를 수반하는 뼈를 깎는 작업입니다.

정밀 부품의 설계 개발

설계자와 기계 엔지니어 사이에는 개발 부품의 정밀도를 놓고 끊임없는 투쟁이 있습니다. 설계자는 이론적 관점에서 마주치는 문제를 해결하려 하며, 기계의 모든 부품이 이상적인 기하학에 최대한 가깝게 완벽한 정밀도를 갖기를 바랍니다. 하지만 설계자 뜻대로 제조한다면 모든 비용이 감당할 수 없을 만큼 치솟을 것이며 효율성 증가는 미미할 것입니다. 기하학적 복잡성에도 똑같은 말을 할 수 있습니다.

따라서 제조 엔지니어와 설계자는 충돌합니다. '제조 엔지니어에게 이상적인 부품은 통나무지만 설계자는 비행기를 만들고 싶어 한다'는 농담도 있습니다. 결과적으로 부품 전체가 아닌 고정밀 표면이나 표면 그룹을 자랑하는 제품이 탄생합니다. 이 투쟁은 경제적으로 비효율적인 특징을 제거하고 성능을 유지하면서 제품 비용을 낮춥니다.

주요 기술 과제 결정

고정밀 부품이 실제로는 고정밀 표면이나 표면 그룹을 가진 부품임이 분명해졌으므로, 제조 공정을 두 단계로 나눌 수 있습니다. 첫 번째 단계는 최상의 정밀도가 필요한 표면에 여분 소재를 남겨둔 채 일반 품질로 부품을 제조하는 것입니다.

두 번째 단계는 요구되는 정밀도와 성능 요건(소재 경도, 인장 강도, 추가 표면 조도 매개변수 등)만을 다룹니다. 각 부품은 고유한 특성 조합을 가진 별개의 과제를 제시하므로 제조 공정 설계 전에 그 과제들을 어떻게 해결할지 고려하는 것이 필수적입니다. 부품에 많은 정밀 표면이 있고 IT 등급이 서로 다르면 제조 공정의 두 번째 단계를 IT 그룹으로 세분화할 수 있습니다.

CNC 엔지니어링 전략

CNC 정밀 가공은 주로 연마 가공으로 수행되며 가장 좋은 결과를 얻습니다. 효율적인 연마를 위해 소재가 가져야 할 최소 경도가 있으므로 부품은 보통 어느 정도 열처리됩니다. 하지만 대부분의 이런 부품은 복잡한 다단계 경화가 필요하므로 실제로 걱정해야 할 것은 열처리 후 베이스 면을 어떻게 복원할지입니다.

이 외에도 WayKen의 CNC 정밀 엔지니어링 전문가들은 정밀 깊은 좁은 구멍, 매우 평평하고 매끄러운 평면, 서로 대비 정밀한 위치 결정이 필요한 표면 그룹 등 다양한 부품 특징을 제조하기 위한 다양한 전략을 개발했습니다.

예를 들어, 마지막 과제는 두 표면을 단일 셋업에서 가공하거나 한 면으로 고정하고 다른 면을 가공함으로써 달성할 수 있습니다.

성능 요건 충족 방법

많은 고품질 부품에는 특정 요건이 있습니다. 예를 들어 기어는 소재 본체는 부드럽게 유지하면서 표면은 매우 단단해야 합니다. 이는 표면 경화로 달성합니다. 다른 부품은 열처리와 함께 탄소나 질소를 사용하여 요구 경도를 달성해야 합니다. 코팅이 필요한 부품도 있는데, 코팅 층이 너무 얇아 이온이나 개별 원자로 도포해야 합니다. 이 모든 방법은 꽤 복잡하며 각 소재와 각 경도 또는 코팅 특징에 대한 고유한 매개변수가 필요합니다.

이 문제를 어떻게 해결할까요? 니트로카버라이징(Nitro-carburizing)이 필요한 특수 샤프트가 있는데, 이전에 해본 적 없고 이 방식에 투자하는 것은 시간도 많이 걸리고 무의미할 수 있습니다(배치 완료 후 다시 사용하지 않을 수 있으므로). 제가 접한 두 가지 해결책이 있습니다. 아웃소싱하세요. 주변에 그런 작업을 수행할 수 있는 공작기계나 프로토타입 공장이 있을 수 있습니다.

부품당 비용은 더 높겠지만 실제로는 설비 투자와 인력 채용을 절약할 수 있습니다. 다른 옵션은 설계자와 대화하여 더 복잡한 처리가 필요 없는 더 비싼 소재로 전환하도록 설득하는 것입니다. 소재의 전반적인 가공성은 낮아질 수 있지만, 이전에 알려지지 않은 기술 도입을 피함으로써 비용을 절약할 수 있습니다.

고정밀 측정 및 품질 관리

CNC 정밀 엔지니어링에서 가장 중요한 작업 중 하나는 제작한 부품이 요구 품질을 갖는지 확인하는 방법을 찾는 것입니다. 고정밀 CNC 가공 부품은 종종 대부분의 측정 장비보다 더 엄격한 공차를 가지므로 사소한 작업이 아닙니다. 가능한 권장 사항은 다음과 같습니다.

1. 가능한 한 픽스처 사용을 피하세요. 측정 시스템의 각 요소는 추가 오차를 가져오므로 아예 사용하지 않는 것이 좋습니다. 현대 고정밀 측정은 부품을 매우 평평한 석판 위에 놓고 수행합니다(가능한 경우).
2. 광학 측정이 좋은 옵션입니다. 대부분의 측정 도구는 물리적 접촉으로 공차나 표면 조도를 측정합니다. 하지만 접촉 시 부품이 마모되어 정밀도를 잃습니다. 광학 측정 도구는 그렇지 않으며, 도구와 부품이 접촉할 때 원치 않는 요인이 개입하지 않습니다.
3. 부품 정밀도를 판단할 방법이 없으면 테스트하세요. 부품의 성능 자격이 충분한지 실제로 판단할 수 있는 유일한 방법입니다. 우회적으로 부품 요건을 측정할 수도 있습니다. 예를 들어 연삭 공구나 약품 혼합 장비에 사용되는 고회전 샤프트는 IT4 이하의 반경 방향 런아웃(Radial Runout)을 요구하는데, 이는 사실상 측정 불가능합니다. 그래서 단순히 에어 포일 베어링에 장착하여 테스트합니다. 샤프트 작동 온도가 한계 내에 있으면 런아웃이 충분히 작다는 의미입니다.

WayKen - 신뢰할 수 있는 CNC 정밀 엔지니어링 파트너

WayKen은 항상 신속 제조 산업에서 정밀 가공 서비스의 선도적 생산자가 되기 위해 노력하며, 이는 정밀 CNC 프로토타이핑, 정밀 금형 툴링, 정밀 알루미늄 부품 등을 포괄합니다. 우리는 최첨단 기술이 적용된 고급 5축 CNC 기계를 보유하여 전 세계 모든 고객에게 최고 품질 수준과 정시 납기로 우수한 정밀 부품을 생산하는 데 집중할 수 있습니다. 복잡성이 어떻든 상관없습니다.