기계 가공의 정밀도와 정확도: 주요 차이점

CNC 가공을 제대로 한다는 것은 단순히 치수를 한 번 맞추는 것 이상을 의미합니다. 목표에 얼마나 근접했는지 아는 것을 의미합니다. 또한 목표에 얼마나 일관되게 머무를 수 있는지도 아는 것을 의미합니다. 이것이 바로 가공에서 정밀도와 정확도를 설명하는 핵심입니다.

공정은 정밀할 수 있지만 정확하지 않을 수 있습니다. 정확하지만 정밀하지 않을 수도 있습니다. 둘 다일 수도 있고, 둘 다 아닐 수도 있습니다. 이 차이를 이해하지 못하면 불량 부품을 만들 수 있습니다. 이러한 부품은 도면상으로는 괜찮아 보이지만 나중에 고장날 수 있습니다. 조립, 테스트 또는 장기간 사용 시 고장날 수도 있습니다. 이 글에서는 기계공을 위한 정밀도와 정확도에 대해 설명합니다. 정밀도와 정확도의 의미, 허용 오차와의 관계, 그리고 정밀도와 정확도를 측정하고 개선하는 방법을 다룹니다.

기계 가공에서 정밀도와 정확도란 무엇인가?

기계 가공에서 정밀도는 반복되는 부품의 일관성을 나타냅니다. 반대로 정확도는 측정값이 도면의 실제 값과 얼마나 가까운지를 나타냅니다.

가공에서 정확도는 형상이 "목표에 부합하는지"를 알려줍니다. 샤프트의 직경이 10.00mm라고 가정해 보겠습니다. 샤프트를 측정하여 10.00mm 또는 매우 근접한 값이 나오면 공정이 정확하다는 것입니다. 공식적인 용어(ISO 5725-1)로 정확도는 진위성과 정밀성을 모두 포함합니다. 하지만 작업 현장에서 정확도는 일반적으로 "도면에 가까운 정도"를 의미합니다.“

가공에서 정밀도는 반복성과 관련이 있습니다. 여러 개의 샤프트를 가공한다고 가정해 보겠습니다. 샤프트의 크기가 모두 몇 미크론 이내라면 공정이 정밀한 것입니다. 이는 모든 샤프트가 목표 크기에서 약간 벗어나더라도 마찬가지입니다. 정밀도는 공정의 무작위적인 변화를 보여줍니다. 여기에는 공구 맞물림, 칩 부하, 진동의 미세한 변화도 포함됩니다.

기억하는 간단한 방법은 다음과 같습니다.

정밀도 대 정확도

정밀도와 정확도는 서로 다른 관점을 가지고 있습니다. 정밀도는 결과의 분포를 살펴보는 반면, 정확도는 목표까지의 거리를 살펴봅니다. 이 둘을 혼동하면 잘못된 프로세스 결정을 내리게 됩니다.

오차 관점에서 볼 때, 정밀도는 무작위 오차의 영향을 받습니다. 무작위 오차는 절삭력, 공구 마모 또는 온도의 작고 예측 불가능한 변화입니다. 이러한 오차는 사이클마다 달라집니다. 정확도는 체계적인 오차의 영향을 받습니다. 잘못된 공구 오프셋이나 마모된 기준 표면 등이 그 예입니다. 이러한 오차는 모든 결과에 비슷한 정도로 영향을 미칩니다.

측정을 위해서는 정밀도를 확인하기 위한 일련의 측정값이 필요합니다. 결과가 어떻게 모이는지 확인하려면 여러 부분이 필요합니다. 단일 측정값을 목표값과 비교하여 정확도를 확인할 수 있습니다. 실제로는 여러 측정값의 평균을 사용하는 경우가 많습니다.

흔히 하는 실수는 "좁은 공차 내에서 높은 정확도"를 의미하는 "고정밀 가공"이라고 말하는 것입니다. 공정은 매우 반복적일 수 있습니다(고정밀). 하지만 매번 0.05mm 정도 작을 수 있습니다(정밀도 저하). 공차가 ±0.02mm에 불과하다면 이는 문제가 됩니다.

CNC 가공에서 정밀도, 정확도 및 허용 오차가 함께 작동하는 방식

정밀도, 정확도, 그리고 허용 오차는 서로 연관되어 있습니다. 이는 허용되는 편차, 목표에 얼마나 근접했는지, 그리고 얼마나 일관되게 목표에 도달했는지를 나타냅니다.

• CNC 공차 도면에서 허용하는 범위입니다. 목표값 주변의 허용 범위입니다.
• 정확도는 프로세스가 허용 범위 내에서 어디에 위치하는지를 설명합니다.
• 정밀도는 공정 분포가 얼마나 넓은지를 나타냅니다. 부품 간 평균 차이가 얼마나 나는지를 보여줍니다.

모든 기능에 대해 좋은 가공은 두 가지를 의미합니다.

• 평균 측정값이 목표값에 매우 가깝습니다(정확도가 높음).
• 허용오차(높은 정밀도)에 비해 측정치의 분포가 작습니다.

공정 측면에서 정밀도는 σ(시그마)에 대한 것입니다. 정확도는 목표값으로부터의 평균 편차에 대한 것입니다. 두 가지 모두를 제어해야 합니다. 이를 통해 지속적인 분류 및 재작업 없이 공정을 허용 오차 범위 내에서 유지할 수 있습니다.

가공된 형상의 일반적인 허용 오차 예

간단한 샤프트 예는 다음과 같은 관계를 보여줍니다.

• 공칭 직경: 10.00mm
• 용인: ±0.02mm → 허용 범위는 9.98~10.02mm

이제 세 가지 다른 결과에 대해 생각해 보세요. CNC 선삭 공정:

• 평균 직경은 10.00mm. 거의 모든 부분이 그 사이에 있습니다. 9.995–10.005mm. 프로세스는 정확하고 정밀하다. 허용 한도 내에는 충분한 여유가 있습니다.
• 평균 직경은 9.97mm. 부품은 사이에 있습니다 9.965–9.975mm. 프로세스는 정확하지만 정확하지는 않다. 모든 부분이 너무 작지만, 일관성은 매우 뛰어납니다.
• 평균 직경은 10.00mm. 그러나 부품 범위는 다음과 같습니다. 9.97~10.03mm. 프로세스는 평균적으로 정확하지만 정밀하지는 않음. 양측 모두 많은 부분이 허용 범위를 벗어날 것입니다.

더 엄격한 허용 오차를 요구하면 더 높은 정밀도와 정확도를 요구하게 되며, 이는 일반적으로 더 높은 비용을 초래합니다.

정밀 가공 부품 vs 정확한 가공 부품

정밀도와 정확도에 대해 배우는 가장 좋은 방법은 네 가지 고전적인 조합을 살펴보는 것입니다. 실제 작업 상황에 적용할 수 있습니다.

정확하고 정밀하다

측정값이 정확하고 목표값에 집중되어 있을 때 프로세스는 정밀하고 정확합니다.

CNC 밀링 머신이 20.00mm 포켓을 절삭한다고 가정해 보겠습니다. 공차는 ±0.01mm입니다. 부품 측정값은 20.00mm, 20.01mm, 19.99mm, 20.00mm입니다. 모든 값이 20.00mm에 매우 가깝고 서로 일치합니다. 공구, 고정구, 오프셋, 온도 모두 잘 관리되고 있습니다. 이것이 이상적인 상태입니다. 부품이 잘 맞고, 조립이 간편하며, 불량률이 낮습니다.

정확하지만 정확하지는 않음

결과는 일관되지만 목표에서 벗어났을 때 프로세스는 정확하지만 정확하지 않습니다.

예를 들어, 샤프트는 15.00 ±0.02mm여야 합니다. 하지만 측정값은 14.94, 14.95, 14.94, 14.95mm로 나타납니다. 편차가 매우 작아 정밀도가 높습니다. 하지만 모든 부품이 공차 하한 아래에 있습니다. 이는 종종 잘못된 공구 오프셋이나 잘못된 작업 좌표 설정으로 인해 발생합니다. 여기서 정확도를 높이는 것은 무작위적인 변화에 맞서 싸우는 것이 아니라 편향을 제거하는 것을 의미합니다.

정확하지만 정밀하지는 않음

평균 결과가 목표에 가깝지만 부분이 크게 다를 때는 프로세스가 정확하지만 정밀하지는 않습니다.

드릴로 뚫은 구멍의 직경이 8.00 ±0.05mm라고 가정해 보겠습니다. 측정값은 7.95, 8.03, 7.98, 8.05, 7.99mm입니다. 평균값은 8.00mm에 가까워 공정이 평균적으로 정확합니다. 하지만 편차가 커서 정밀도가 낮습니다. 이는 불안정한 클램핑, 불규칙한 이송 속도 또는 진동으로 인해 발생할 수 있습니다. 초기 검사는 통과할 수 있지만 장기적인 결과는 좋지 않을 것입니다.

정확하지도 정확하지도 않음

결과가 목표에서 벗어나 분산되어 있다면 그 과정은 정밀하거나 정확하지 않습니다.

치수는 50.00 ±0.05mm여야 합니다. 하지만 측정값은 49.80, 49.92, 50.10, 49.85, 그리고 50.05mm입니다. 이 공정은 평균 오차와 큰 편차를 보입니다. 이는 일반적으로 더 큰 문제를 나타냅니다. 기계 부품 마모, 불량한 고정 장치, 또는 심각한 설정 오류가 있을 수 있습니다. 이 시점에서는 미세 조정이 아니라, 통제 불능 상태의 공정을 문제 해결하고 있는 것입니다.

기계 가공 공정에서 정밀도와 정확도를 측정하는 방법은 무엇입니까?

작업의 정밀성과 정확성을 파악하려면 치수를 검사하고 반복성을 확인해야 합니다. 또한 결과를 목표 및 허용 오차와 비교해야 합니다.

치수 검사 및 측정 시스템

치수 검사를 통해 정밀도와 정확도를 확인하는 데 필요한 데이터를 얻을 수 있습니다.

일반적인 도구로는 캘리퍼스, 마이크로미터, 보어 게이지, CMM(좌표 측정기) 등이 있습니다. 표면 거칠기 같은 측정에는 다른 도구를 사용합니다. 원리는 같습니다. 측정값을 기록하고 목표에 얼마나 부합하는지 확인합니다. 측정 시스템은 반드시 좋아야 합니다. 도구나 측정 방법이 좋지 않으면 공정의 실제 상태를 제대로 파악할 수 없습니다.

정밀도를 위한 반복성/재현성 검사

반복성 및 재현성(R&R) 연구를 통해 정밀도를 확인할 수 있습니다.

• 반복성은 동일한 사람이 동일한 도구를 사용하여 동일한 부품을 여러 번 측정할 때 발생하는 변동을 확인합니다. 변동이 적을수록 반복성이 우수함을 의미합니다.
• 재현성은 다양한 사람, 기계 또는 장비가 사용되었을 때 발생하는 변화를 확인합니다. 결과가 유사하게 유지된다면 프로세스는 재현 가능하다고 볼 수 있습니다.

측정값의 표준 편차를 계산할 수도 있습니다. 관리도는 데이터 포인트가 얼마나 밀집되어 있는지도 보여줍니다. 좁고 안정적인 대역은 높은 정밀도를 의미합니다. 넓거나 표류하는 대역은 무작위 변동이 문제가 있음을 의미합니다.

정확도를 위한 공칭 및 허용 오차 비교

측정된 값을 목표 치수 및 허용 오차와 비교하여 정확도를 확인합니다.

한 차원의 경우, 다음과 같은 오류를 찾을 수 있습니다.

오차 = 측정값 - 공칭값

또는 백분율로 표시할 수도 있습니다.

정확도(%) = (1 − |측정 − 공칭| / 허용 범위) × 100%

실제로 여러 측정값의 평균이 허용 오차 범위에 얼마나 부합하는지 확인합니다. 평균이 목표값에 가까우면 정확도가 좋은 것입니다. 평균이 한쪽으로 치우쳐 있다면 계통 오차가 있는 것입니다. 교정이나 오프셋 변경을 통해 이를 수정해야 합니다.

CNC 가공의 정밀도와 정확도를 개선하는 방법

정밀도와 정확도를 향상시키려면 다양한 조치가 필요합니다. 더 나은 정밀도를 위해 편차를 줄이고, 더 나은 정확도를 위해 편향을 제거합니다. 이러한 단계는 엄격한 사양이 필수적인 5축 CNC 가공에서 더욱 중요합니다.

더 나은 정밀도를 위한 기계, 공구 및 고정 장치 제어

정밀도를 높이려면 프로세스를 안정적이고 반복 가능하게 만드는 데 집중해야 합니다.

주요 활동은 다음과 같습니다.

• 기계의 흔들림과 백래시를 방지하기 위한 유지관리.
• 좋은 것을 사용하여 고정 장치 그래서 부품이 매번 같은 방식으로 고정됩니다. 이렇게 하면 움직임과 진동이 줄어듭니다.
• 이송 및 속도와 같은 절삭 매개변수를 표준화합니다. 이를 통해 각 사이클의 절삭 부하가 유사하게 유지됩니다.
• 명확한 계획으로 공구 마모를 관리하세요. 공구가 고장 나기 전에 교체하세요.

각 사이클을 이전 사이클처럼 보이게 하는 것이 목표입니다. 이렇게 하면 마지막 부분에서 무작위로 변경되는 부분을 최소화할 수 있습니다.

더 나은 정확도를 위한 교정, 보상 및 환경 제어

정확도를 높이려면 프로세스가 목표 값에 얼마나 가까운지에 집중하세요.

실제적인 단계는 다음과 같습니다.

• CNC 기계와 측정 공구를 정기적으로 교정합니다. 이를 통해 체계적인 오류를 제거할 수 있습니다.
• 공구 및 작업 오프셋을 올바르게 설정하고 점검합니다. 공구 교체 또는 고정구 조정 후 이 작업을 수행하십시오.
• 기계 제어에서 보상 기능을 사용합니다. 예를 들어 공구 마모 보상 및 열 보상이 있습니다.
• 온도와 같은 요인을 제어합니다. 중요한 작업에 대한 최종 절단 전에 기계와 작업물이 안정될 때까지 기다리세요.

이러한 조치는 체계적인 오류를 줄이고 프로세스의 평균값을 목표값으로 되돌립니다.

필요한 품질과 비용 및 사이클 시간의 균형 맞추기

엔지니어와 기획자는 중요한 질문을 던져야 합니다. 단순히 "우리는 얼마나 잘할 수 있는가?"가 아니라 "우리는 얼마나 잘해야 하는가?"라는 질문입니다.“

공차가 더 엄격할수록 더 나은 기계, 공구, 그리고 검사가 필요합니다. 이는 종종 생산량 감소로 이어집니다. ±0.1mm 공차에서는 간단한 브래킷이 적합할 수 있습니다. ±0.01mm 공차를 지정하면 비용만 증가할 뿐, 가치는 없습니다. 가장 좋은 방법은 다음과 같습니다.

• 기능에 충분히 엄격한 허용 오차를 지정하지만, 그보다 더 엄격하지는 않습니다.
• 현실적인 CNC 기능(다음 기능 포함)에 맞춰 도면 허용 오차를 조정합니다. CNC 가공 5축.
• 중요한 기능에는 매우 엄격한 허용 오차를 적용하고, 전체 부품에는 적용하지 마세요.

결론

~ 안에 CNC 가공, 정밀도와 정확도는 품질을 관리하는 서로 다른 도구입니다. 정밀도는 공정의 일관성을 알려줍니다. 정확도는 공정이 정확한지 여부를 알려줍니다. 허용 오차는 허용 가능한 오차의 정도를 정의합니다.

정확도만 따진다면 때로는 목표에 도달할 수 있지만, 불량품 때문에 어려움을 겪을 수 있습니다. 정밀성만 추구한다면 매우 일관된 불량품이 발생할 수 있습니다. 두 가지 모두를 측정하고 근본 원인을 해결함으로써 안정적이고, 성능이 뛰어나며, 비용 효율적인 가공 공정을 구축할 수 있습니다.

자주 묻는 질문

가공 공정이 정확하지만 부정확할 수 있을까?

네. 공정은 정밀하지만 일관된 결과를 내지만 모두 목표에서 벗어난다면 부정확합니다. 이는 공구 오프셋이나 작업 좌표에 체계적인 오류가 있을 때 발생합니다. 예를 들어, 모든 부품이 0.03mm 작지만 모두 매우 유사합니다. 이를 수정하려면 무작위 변경에 맞서 싸우는 것이 아니라 오프셋을 조정해야 합니다.

CNC 가공에서 정밀도와 정확도 중 어느 것이 더 중요합니까?

둘 중 어느 쪽이 항상 더 중요한 것은 아닙니다. 둘 다 허용 오차 범위 내에서 충분히 확보해야 합니다. 핵심 부품의 경우, 설계와 일치하도록 정확도가 매우 중요합니다. 배치 전체의 일관성을 위해서는 정밀성이 필수적입니다. 유능한 공정은 먼저 정확도를 확보한 후, 불량률을 줄이기 위해 정밀도를 향상시킵니다.

정밀도 문제인지 정확도 문제인지 어떻게 알 수 있나요?

데이터가 밀집되어 있지만 목표 중심에서 벗어나 있다면 정확도 문제가 있습니다. 평균은 목표 근처에 있지만 데이터가 넓게 퍼져 있다면 정밀도 문제가 있습니다. 차트에 측정값을 표시하면 이를 명확히 알 수 있습니다. 좁지만 이동된 대역은 정확도 문제를 나타냅니다. 목표 중심의 넓은 대역은 정밀도 문제를 나타냅니다.

정밀도, 정확도, 허용 오차는 부품 비용에 어떤 영향을 미칩니까?

공차가 더 엄격할수록 더 높은 정밀도와 정확도가 필요하며, 이는 거의 항상 비용 증가로 이어집니다. 이러한 공차에 도달하려면 더 나은 기계, 공구, 그리고 더 많은 검사 시간이 필요할 수 있습니다. 공차를 너무 엄격하게 설정하면 기능 향상은커녕 비용만 증가하게 됩니다. 공차는 실제 필요 사항을 기반으로 설정해야 합니다.

더 나은 측정이 자동으로 정밀도와 정확도를 향상시키나요?

아니요, 더 나은 측정이 가공 공정 자체를 개선하는 것은 아닙니다. 하지만 문제를 더 빨리 파악할 수 있게 해줍니다. 훌륭하고 교정된 도구는 정밀도와 정확도 문제의 차이를 파악하는 데 도움이 됩니다. 변화를 측정하고 수정 사항이 제대로 작동하는지 확인하는 데 도움이 됩니다. 하지만 실제로 결과를 개선하려면 기계, 도구, 그리고 공정을 조정해야 합니다.