원형도란 무엇이며 어떻게 측정하나요?

무엇이 완벽한 원을 만드는지 궁금한 적이 있나요? 기계 공학 분야에서 진원도는 회전하는 부품의 성능과 수명에 영향을 미치는 중요한 개념입니다. 이 글에서는 진원도의 정의, 측정 방법, 진원도에 영향을 미치는 요인을 살펴보며 진원도의 복잡성에 대해 자세히 살펴봅니다. 노련한 엔지니어든 호기심 많은 학습자든 진원도를 이해하는 것은 고정밀 기계를 설계하고 유지보수하는 데 있어 핵심입니다.

목차

원형

JIS B0621-1984의 진원도

정의 및 표현

형태 및 위치 편차의 정의와 표현에 관한 일본 산업 표준(JIS) B0621-1984에서 진원도는 "원형 물체의 기하학적 원으로부터의 편차"로 정의됩니다. 이 표준은 기계 공학에서 원형 부품의 품질과 기능을 보장하는 데 중요한 진원도를 정확하게 표현하는 방법을 제공합니다.

표현 방법

JIS B0621-1984에서 진원도의 표현은 다음과 같습니다:

  • 기하학적 원: 원형 몸체(C로 표시)의 둥근 정도를 평가할 때, 몸체는 개념적으로 두 개의 동심원 사이에 끼어 있습니다.
  • 최소 간격: 이 두 동심원 사이의 최소 간격이 측정됩니다.
  • 반경 차이: 이 간격은 두 원 사이의 반지름 차이(f)로 표현됩니다.
  • 측정 단위: 진원도는 밀리미터(mm) 또는 마이크로미터(µm) 단위로 정량화됩니다.

회전하는 컴포넌트에서의 중요성

회전하는 부품의 경우 적절한 기능과 수명을 보장하려면 실제 원형 모양을 평가하는 것이 중요합니다. 당면한 문제는 완벽한 원에서 허용되는 편차, 즉 진원도 허용 오차를 결정하는 것입니다. 이 평가는 다음과 같이 시작됩니다:

진원도 허용 오차

  • 정의: 진원도 허용 오차는 이상적인 원형 지오메트리에서 허용되는 편차를 지정합니다.
  • 측정 기법: 진원도 평가에는 좌표 측정기(CMM), 진원도 테스터, 프로파일 측정기 등 다양한 측정 기법이 사용됩니다.
  • 성능에 미치는 영향: 진동을 줄이고 마모를 최소화하며 기계의 원활한 작동을 보장하기 위해서는 부품이 진원도 공차를 충족하는지 확인하는 것이 중요합니다.

진원도 허용 오차 이해

진원도 허용 오차의 정의

원형 공차라고도 하는 진원도 공차는 원통형 또는 구형 부품의 단면 평면에서 완벽한 원으로부터 허용되는 편차를 정의하는 기하학적 치수 및 공차(GD&T) 사양입니다. 이 공차 영역은 부품의 측정 원주가 지정된 공차 영역(반지름 차이가 t인 동일한 단면의 두 동심원 사이의 면적)에 속하는지 확인하여 부품이 정의된 한계 내에서 일관된 원형 모양을 유지하도록 보장합니다.

진원도 허용 오차 시각화

원통형 부품의 단면을 상상해 보십시오. 진원도 허용 오차 영역은 두 개의 동심원 사이의 영역으로 표시됩니다. 이 원 사이의 반경 차이 t는 이상적인 원형 형태에서 허용되는 편차를 나타냅니다. 부품의 실제 원주에 있는 모든 지점이 이 영역 내에 있어야 진원도 공차 요구 사항을 충족합니다.

진원도 및 원통도 허용 오차 문제의 원인

여러 가지 요인으로 인해 진원도와 원통도에 편차가 발생하여 가공된 부품의 정밀도와 기능에 영향을 미칠 수 있습니다. 일반적인 원인은 다음과 같습니다:

진원도 허용 오차 영역
  1. 가공 기계의 진동: 가공 중 진동으로 인해 부품의 진원도와 원통형에 불규칙성이 발생할 수 있습니다. 이는 불안정한 기계 설정이나 외부 교란으로 인해 발생하는 경우가 많습니다.
  2. 회전 부품의 열화: 가공 기계의 회전 부품이 마모되면 진원도와 원통도가 저하될 수 있습니다. 정밀도를 유지하려면 정기적인 유지보수와 마모된 부품을 적시에 교체하는 것이 중요합니다.
  3. 중앙 구멍의 모양이 좋지 않음: 공작물의 중앙 구멍이 완벽하게 형성되지 않으면 후속 가공 공정에서 진원도와 원통형에 편차가 발생할 수 있습니다.
  4. 이전 처리로 인한 변형: 센터리스 그라인더를 사용하면 이전 가공 단계의 변형이 최종 제품의 진원도와 원통형에 영향을 미칠 수 있습니다. 적절한 취급과 중간 점검을 통해 이 문제를 완화할 수 있습니다.
  5. 부적절한 고정 장치 또는 방법: 고정 또는 고정 방법이 잘못되면 공작물이 왜곡되어 진원도 및 원통형 편차가 발생할 수 있습니다. 정확성을 유지하려면 적절한 고정 장치와 클램핑 기술을 사용하는 것이 필수적입니다.
  6. 공구 마모 및 진동: 절삭 공구의 마모와 부적절한 설치, 절삭 중 진동은 진원도 불량의 원인이 될 수 있습니다. 정밀도를 보장하려면 진동 제어와 함께 정기적인 공구 점검 및 교체가 필요합니다.
  7. 열처리로 인한 변형: 열처리 공정에서는 열 변형이 발생하여 완성품의 원형과 원통형에 영향을 미칠 수 있습니다. 열처리 파라미터를 제어하고 적절한 냉각을 허용하면 이러한 변형을 최소화할 수 있습니다.

원형도 평가

진원도를 평가하는 방법에는 여러 가지가 있으며, 각 방법마다 고유한 특징과 장점이 있습니다. 사용할 방법은 일반적으로 공작물의 특정 요구 사항에 따라 선택됩니다.

간단한 측정 방법

예를 들면 다음과 같습니다:

지름 방법

진원도는 마이크로미터와 같은 도구를 사용하여 직접 측정할 수 있습니다. 이 방법은 간단하고 쉽게 수행할 수 있습니다. 그러나 삼각형과 오각형의 지름이 같은 원을 평가할 때 원형이 아닌 경우 원형으로 측정하기 쉬워 잘못된 결과를 초래할 수 있습니다.

3점 방식

3점 방식은 [V블록+마이크로미터/미터+벤치]를 통해 진원도 데이터를 얻을 수 있습니다.

그러나 3점 방식은 선택한 지지점의 접선 차이와 기준점의 중심 결정의 어려움으로 인해 측정값이 부정확할 수 있습니다. 또한 측정 대상의 회전에 따른 상하 움직임으로 인해 측정 중 오차가 발생할 수 있습니다.

관련 표준에 따른 측정 방법

예를 들면 다음과 같습니다:

반경 방법

반경 방법은 공작물을 한 사이클 동안 회전시킨 후 얻은 최대 반경과 최소 반경의 차이를 사용하여 진원도를 평가합니다. 그림에서 볼 수 있듯이 측정 결과는 공작물의 수평 작동에 의해 쉽게 영향을 받을 수 있습니다.

허용 오차 영역은 동일한 섹션의 두 동심원 사이입니다.

중앙 방법

중심 방식에 비해 반경 방식은 보다 정밀한 측정이 필요한 경우에 주로 사용됩니다. 진원도 감지 데이터는 기준 원에 따라 달라집니다. 테스트 원의 평가 방법이 다르면 기준 원의 중심 위치가 달라져 측정된 원형 피처의 축 위치에 영향을 미칩니다.

  • 최소 정사각형 원 LSC

진원도를 결정하기 위해 측정된 윤곽을 원에 맞추고 윤곽 데이터의 원과의 편차 제곱의 합을 최소화합니다. 그런 다음 진원도 값은 윤곽선과 원의 최대 편차(가장 높은 피크 값에서 가장 낮은 밸리 값)의 차이로 정의됩니다.

ΔZ=Rmax-Rmin, LSC를 통한 진원도 값을 나타내는 기호

  • 최소 면적 원 MZC

반경 차이를 최소화하기 위해 측정된 윤곽선 주위에 두 개의 동심원을 배치합니다. 진원도 값은 두 원 사이의 방사형 간격으로 정의됩니다.

ΔZ=Rmax-Rmin , MZC를 통한 진원도 값을 나타내는 기호입니다.

  • 최소 외접 원 MCC

먼저 측정된 프로파일을 둘러싸는 가장 작은 원을 만듭니다. 그런 다음 진원도 값은 윤곽선과 원 사이의 최대 편차로 정의됩니다. 이 방법은 일반적으로 샤프트, 막대 및 이와 유사한 물체를 평가하는 데 사용됩니다.

ΔZ=Rmax-Rmin , MCC를 통한 진원도 값의 기호입니다.

  • 최대 새겨진 원형 마이크

측정된 프로파일을 둘러쌀 수 있는 가장 큰 원을 만듭니다. 그런 다음 진원도 값은 윤곽선과 원 사이의 최대 편차로 정의됩니다.

ΔZ=Rmax-Rmin , MIC를 통한 진원도 값을 나타내는 기호입니다.

진원도를 평가할 때 일반적으로 획득한 윤곽선을 필터링하여 불필요한 노이즈의 영향을 줄이거나 제거합니다.

측정된 윤곽에 대한 필터의 영향

필터링 방법과 설정된 필터링 차단 값(UPR: 회전당 변동)은 특정 측정 요구 사항에 따라 달라질 수 있습니다. 아래 그림은 필터 설정이 측정된 윤곽에 미치는 다양한 효과를 보여줍니다.

필터 없음:

로우 패스 필터:

대역 통과 필터:

평가자로서 이 수치는 우리에게 무엇을 말해줄 수 있을까요?

측정 차트 분석

그림: 측정 결과 차트

1UPR 컴포넌트

1 UPR: 필터링 후 하나의 웨이브만 유지됩니다:

1UPR 구성 요소는 측정기의 회전축을 기준으로 한 공작물의 편심을 나타냅니다.

파형의 진폭은 레벨 조정에 따라 달라집니다.

2UPR 컴포넌트

2UPR 구성 요소가 표시될 수 있습니다:

측정 기기의 레벨 조정이 불충분합니다;

공작물을 공작 기계에 잘못 설치하여 모양을 형성하는 경우 ② 원형 런아웃이 발생합니다;

공작물의 모양이 타원형인 경우(예: IC 엔진의 피스톤) ③ 공작물의 디자인이 타원형인 경우.

3~5UPR 컴포넌트

표시할 수 있습니다:

측정기의 고정 척이 너무 꽉 조여 변형이 발생했습니다.

가공 공작 기계의 고정 척에서 언로딩할 때 응력 방출로 인한 이완 변형.

5~15 UPR 구성 요소

일반적으로 가공 방법이나 공작물 생산 과정의 불균형 요소를 말합니다.

15개(이상) UPR 구성 요소

15개 이상의 UPR 조건은 일반적으로 공구 진동, 기계 진동, 절삭유 전달 효과, 재료 불균일성 등과 같은 자체적인 원인으로 인해 발생합니다.

진원도 평가를 위한 주요 파라미터

매개변수의미
RONt측정된 진원도 값은 양의 진원도 곡선의 최대값과 음의 진원도 곡선의 최소값의 차이 또는 절대값의 합을 나타냅니다.
RONp측정된 진원도 곡선의 피크 높이는 양의 진원도 곡선의 최대값을 나타냅니다.
RONV측정된 진원도 값은 음의 진원도 곡선의 최소값의 절대값을 나타냅니다.
RONq이중 평균 제곱근 진원도 측정값은 진원도 곡선의 이중 평균 제곱근을 나타냅니다.

마지막으로 진원도를 측정하는 데 사용할 수 있는 도구와 기기는 어떤 것이 있는지 살펴볼까요?

진원도 평가를 위한 일반적인 도구/기기

마이크로미터:

진원도 측정기:

좌표 측정기:

지면이 제한되어 있으므로 다루지 않은 사항에 대해 메시지를 남기고 비판할 수 있습니다.

결론

이 글을 읽으시고 둥글기에 대해 더 깊이 이해하셨기를 바랍니다. 더 궁금한 점이 있으면 아래에 댓글을 남겨 주세요.

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Shane
작성자

Shane

MachineMFG 설립자

MachineMFG의 창립자인 저는 10년 넘게 금속 가공 산업에 종사해 왔습니다. 폭넓은 경험을 통해 판금 제조, 기계 가공, 기계 공학 및 금속용 공작 기계 분야의 전문가가 될 수 있었습니다. 저는 이러한 주제에 대해 끊임없이 생각하고, 읽고, 글을 쓰면서 제 분야에서 선두를 유지하기 위해 끊임없이 노력하고 있습니다. 저의 지식과 전문성을 귀사의 비즈니스에 자산으로 활용하세요.

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