정밀 기계의 탄생, 17개 구간으로 보는 산업 정밀도 혁명

핵심 요약

• 1770년대 산업 혁명 초기, 실린더나 나선을 정밀하게 깎을 수 없어 피스톤이 새고 축이 흔들리는 문제가 심각했다.
• 존 윌킨슨(John Wilkinson)은 1775년경 양쪽 끝에서 지지하는 보링 밀(boring mill)을 고안해 구부러진 주조품을 곧게 뚫 수 있었으며, 1776년에는 반인치 실린더를 동전 두께(약 1mm) 정도의 정확도로 가공했다.
• 헨리 모즐리(Henry Maudslay)는 1790년대 주조 철을 견디는 견고한 슬라이드 레스트를 만들어 선반 진동을 없애고, 손으로 깎는 방식을 기계로 대체했다.
• 세 개의 거친 철판을 색상 표시와 비교를 반복해 정밀한 기준 평면을 만드는 '3판 방식'으로 기준점 없이도 평면을 가공할 수 있었다.
• 모즐리는 정밀하게 깎인 칼과 정각도로 설정한 원통으로 첫 나선을 만들었고, 두 개의 불완전한 나선을 이용해 평균값을 취함으로 오차를 절반으로 줄이는 기법을 고안했다.
• 교환 가능한 기어를 통해 한 개의 리드 나선으로 여러 종류의 피치를 가진 나선을 깎을 수 있게 되었다.
• 모즐리의 벤치 마이크로미터(Lord Chancellor)는 나선을 지렛대로 삼아 500배 확대하여 천분의 1인치 정도의 차이를 측정할 수 있었다.
• 백래시(backlash) 문제를 해결하기 위해 항상 같은 방향에서 접근하고 같은 힘을 가했으며, 이는 측정값의 반복성을 보장했다.
• 조셉 휘트워스(Joseph Whitworth)는 분리형 너트로 백래시를 제거하고 웜 기어로 미세 조절을 가능하게 한 고도의 정밀 측정기를 만들었다.
• 휘트워스의 측정기는 핸드휠 한 바퀴당 100만분의 1인치(약 25나노미터) 정도를 이동시킬 수 있었으며, 중력핀(gravity piece)으로 마찰로 물린 순간을 감지했다.
• 측정 나선이 두 길이의 작은 차이만 이동하므로 고정 오차가 상쇄되어 높은 정확도를 얻을 수 있었다.
• 1850년대 휘트워스는 100만분의 1인치 차이를 감지할 수 있는 기계를 만들어 산업 기준 측정의 새로운 지평을 열었다.