정밀 부품 프로젝트의 가공 및 생산 관리

기술이 발전하면서 CNC 공정의 정밀 가공 능력도 향상되어, 항공우주·의료기기·산업 설비 분야에서 요구하는 고정밀 부품 수요를 정확히 충족하고 있습니다.

이 글에서는 실제로 완료된 양산 사례를 바탕으로 기술, 설비, 시운전, 측정에 이르는 전 공정을 상세히 설명하며 고정밀 부품 가공에 대한 Sendot Technology의 노하우를 공유합니다.

제품 개요

이번 사례의 제품은 산업 설비용 정밀 부품으로, 주문 수량은 1,000개입니다. 치수는 약 66×38×40mm이며, 소재는 AL2024, 표면 처리는 흑색 산화 처리가 요구되었습니다.

이 제품은 구조 치수가 완비되고 도면이 명확한 전형적인 정밀 소형 부품의 특성을 보여줍니다. 주요 구조와 일반 구조 간의 치수 공차 구분도 명확합니다.

데이텀 및 공차 요구사항 

데이텀

A 데이텀은 ∅13과 ∅11 동심 홀의 축으로, B 데이텀(평면)에 대해 직각도 0.02가 요구됩니다. C 데이텀은 ∅5 홀의 축으로, 이 역시 B 데이텀에 대해 직각도 0.02가 요구됩니다.

치수 공차

• ∅13+0.018/0;
• ∅11+0.018/0;
• ∅5+0.012/0;
• ∅5+0.03/0.

기하 공차

• ∅13과 ∅11의 동심도는 0.01입니다.
• ∅13 바닥면(적색 면)의 ∅13 원통에 대한 흔들림은 0.01입니다.
• ∅5 관통 슬롯의 ∅5 원 중심에 대한 대칭도는 0.02입니다.

정밀 부품의 가공 난점 분석

• 데이텀 A, B, C가 서로 다른 세 방향의 법선 방향에 분포하며, 상호 간에 기하 공차 요구가 있습니다.
• 주요 치수가 두 개의 법선 방향에 분포하여 치수 공차와 기하 공차가 모두 관련됩니다. 이는 단일 법선 방향에 하나의 주요 치수군만 있는 정밀 부품에 비해 가공 난도를 높입니다.
• 세 개의 정밀 홀(∅5, ∅11, ∅13)은 모두 H7 등급 공차이며, 특히 ∅5의 공차는 +0.012로 가공 중 공차를 8 μm 이내로 관리해야 합니다. 일반 밀링으로는 매우 어려운 조건입니다.
• ∅11과 ∅13의 공차는 +0.018로, 각각만 놓고 보면 크게 어렵지 않습니다. 밀링 커터 정삭으로 이 정밀도는 확보할 수 있습니다. 그러나 진원도, 흔들림, 평행도 등 기하 공차까지 함께 관리해야 하므로 정삭 밀링의 난도가 크게 올라갑니다.

공정 루트 방안 비교 및 결정

1. 3축 밀링 + 일반 공구 공정

• 장점: 부품 구조를 전체 가공할 수 있고, 비용이 낮으며 작업이 단순합니다.
• 단점: 기하 공차와 홀 직경 공차를 지속적으로 안정되게 확보하기가 어렵습니다.

2. 3축 황삭 + 5축 밀링 + 전용 공구 공정

3축 황삭의 장점

• 5축 밀링의 가공 부하와 비용을 줄이고, 황삭 단계에서 잔류 응력을 미리 해소합니다.
• 5축 가공 시 클램핑 두께를 줄여 공구 돌출 길이를 짧게 하고 공구 강성을 높입니다.

5축 밀링의 장점

• 동일 공정 내에서 밀링이 이루어져 공정 수가 줄어듭니다.
• 서로 다른 법선 방향 간의 기하 정밀도를 확보합니다.

전용 공구의 장점

• 각 정밀 치수마다 전용 정삭 공구를 배정합니다.
• ∅5.0+0.03 관통 슬롯에는 ∅4 정삭 커터를 사용하며, 공차 안정성은 약 0.015mm입니다.
• ∅5+0.012 홀은 직경이 작아 일반적인 보링이 불가능하므로 전용 리머를 배정했으며, 공차 안정성은 약 4 μm입니다.
• ∅11과 ∅13 정밀 홀에는 전용 보링 공구를 사용하여 공차 안정성 1.5 μm를 달성했습니다.

Sendot Technology 엔지니어링 부서의 지속적인 최적화와 심도 있는 논의를 거쳐, 최종적으로 공정 루트 2 를 가장 적합한 생산 방안으로 선정했습니다.

정밀 가공 부품의 최상의 결과를 확보하는 방법

설비 선정

합리적인 공정 루트를 확정한 뒤에는 적합한 설비 선정이 관건입니다. Sendot Technology는 여러 대의 5축 장비를 보유하고 있으며, 이번 사례에서는 소형 정밀 부품 가공에 매우 적합한 베이징 징디아오(Jingdiao) JDGR300 5축 연동 장비를 선택했습니다. 이 장비의 특징은 다음과 같습니다.

• 항온 관리 작업장에 설치되어 있고 고정밀 리니어 스케일을 갖추고 있습니다. 마이크로미터(μm) 단위의 축 위치 결정과 절삭을 안정적으로 구현합니다.
• AC축 크래들형 로터리 테이블, 위치 결정 정밀도 6″, 반복 위치 결정 정밀도 4″.
• Renishaw 기내 프로브를 장착하여 제품을 장비에서 탈거하기 전에 측정함으로써 치수가 규격에 부합하는지 확인합니다.

표면 처리 안정성 검증

합리적인 공정과 우수한 설비는 고정밀 부품 가공의 기반입니다. 다만 높은 정밀도를 실제로 구현하려면 엄격한 업무 절차와 과학적인 품질 관리가 함께 필요합니다.

이번 사례에서 세 개의 정밀 홀의 치수 공차는 +0.012 및 +0.018mm(12μm 및 18μm)입니다. 게다가 이 공차는 산화 처리 후 완성품 치수 기준입니다. 정확한 납품을 위해 다음 요소를 고려해야 합니다.

• 산화 피막 두께가 치수 공차에 미치는 영향.
• 산화 처리 전후의 측정 오차 및 측정값 변동.

이에 따라 시운전 과정에서 Sendot Technology는 충분한 검토를 거쳐 각 요소를 해당 공차의 중앙값에 맞추어 조정했습니다. 또한 산화 처리 전후의 CMM 측정 데이터를 비교하여 변동에 영향을 주는 변수를 파악했습니다.

측정 설비 및 결과

엄격한 검사를 위해 Zeiss 3차원 측정기를 사용했습니다.

• 완성된 정밀 부품을 측정 테이블에 고정하고, 자동 회전 프로브를 사용해 모든 데이터 측정을 한 번에 완료했습니다.
• 동일 법선 방향에 있는 ∅11과 ∅13 홀 사이의 동심도 0.01 기하 공차는 연장 프로브를 사용해 측정했습니다. 프로브를 180° 회전시켜 측정하는 방식보다 측정 정확도가 향상됩니다.

결론

고정밀 부품의 양산 능력에는 우수한 가공·측정 설비뿐 아니라 항온 환경과 경험이 풍부한 기술팀의 뒷받침이 함께 필요합니다.

Sendot Technology는 고품질 납품을 위해 과학적이고 완결된 프로젝트 개발 프로세스, 엄격한 공정 검토 체계, 정밀한 엔지니어링 문서 준비를 지속적으로 발전시키고 있습니다. 지금 바로 문의하시고 프로젝트를 시작하십시오!