기초 #11 기하공차는 무엇을 통제하는가?

이전 글에서 서피스는 존재이고 피쳐는 의미라고 설명했다. 서피스가 의미를 가지면 피쳐가 된다고 했다.

 

 그런데 여기서 중요한 질문이 생긴다. "그 의미가 구체적으로 무엇인가?"

 

같은 원통형 구멍이라도 용도에 따라 중요한 부분이 달라진다. 어떤 구멍은 표면이 매끄러워야 하고, 어떤 구멍은 위치가 정확해야 한다. 이런 차이 때문에 피쳐를 두 종류로 구분한다.

 

두 종류의 피쳐

그림의 부품을 보자.

 

부품은 모두 12개의 서피스로 구성된다. 평면 서피스도 있고, 원통 서피스도 있다. 어떤 것은 서피스 자체를 통제해야 하고, 어떤 것은 중심축을 통제해야 한다면, 이를 어떻게 나타낼 수 있을까?

 

서피스는 서피스 피쳐가 될 수도 있고, 사이즈 피쳐가 될 수도 있다. 서피스의 무엇이 의미 있는지에 따라서피스는 두 종류로 구분된다. 서피스의 표면요소가 중요할 때는 서피스 피쳐로 통제하고, 서피스의 중심요소가 중요할 때는 사이즈 피쳐로 통제한다. 이 둘을 구분하는 것은 매우 중요하다. 왜냐하면 무엇이 중요하냐에 따라 어떤 피쳐로 통제할지 정해지고, 통제하는 피쳐에 따라 통제하는 요소가 완전히 달라지기 때문이다.

 

기하공차 도면을 해석할 때는 FCF부터 시작한다고 했다. FCF에서 가장 먼저 확인해야 하는 것은 해당 FCF가 서피스 피쳐를 통제하는지 사이즈 피쳐를 통제하는지 확인하는 것이다. 무엇을 통제하느냐에 따라 통제요소가 달라지기 때문에 이를 가장 먼저 확인한다. 

 

이제 가장 중요한 “서피스 피쳐”와 “사이즈 피쳐”를 이해해보자.

서피스 피쳐: 표면요소 통제

서피스 피쳐는 서피스의 표면 자체가 기능적으로 중요한 피쳐다. 따라서 표면요소를 통제한다.

 

서피스 피쳐의 특징을 살펴보자:

• 보통 부품의 외형이 되거나 다른 부품과 직접 맞닿는다.
• 서피스의 모든 점들이 정해진 범위 안에 있어야 한다.
• 서피스를 확대해보면 수많은 작은 점들로 이루어져 있는데, 이 모든 점들이 통제 대상이다.

 

예를 들어, 두 부품이 서로 맞닿아 실링 기능을 해야 하는 서피스가 있다고 하자. 그러면 그 서피스 자체의 평탄도가 중요하다. 이런 경우에는 서피스 피쳐로 통제한다.

 

사이즈 피쳐: 중심요소 통제

사이즈 피쳐는 서피스로 구성되지만, 서피스 자체보다는 그 서피스에 의해 만들어지는 중심 요소가 중요한 피쳐다. 따라서 중심요소를 통제한다.

 

사이즈 피쳐의 특징:

• 내부와 외부에 재료가 있느냐 없느냐가 중요하다.
• 원통형 구멍이나 평행한 두 면 같은 형태가 대표적이다.
• 다른 부품이 내부로 들어오거나, 다른 부품의 내부로 들어가서 기능한다.
• 서피스의 표면이 아닌 중심축이나 중심평면이 통제 대상이다.

예를 들어, 볼트가 들어가는 홀을 생각해보자. 이 홀에서 중요한 것은 구멍 표면의 거칠기가 아니라 홀의 중심축이 정확한 위치에 있는지이다. 볼트가 제대로 들어가려면 홀의 중심축이 설계된 위치에 정확히 있어야 하기 때문이다.

중심 요소란 무엇인가?

사이즈 피쳐에서 중요한 중심 요소는 다음과 같다:

• 중심평면: 너비형 피쳐인 평행한 두 면 사이의 중심을 지나는 평면.
• 중심축: 원통형 피쳐인 원통의 중심을 지나는 직선.
• 중심점: 구형 피쳐인 구의 중심점.

표준에 따르면 이러한 중심 요소들은 완벽하게 직선이거나 평면이다. 실제 제작된 부품이 완벽하지 않더라도, 거기서 얻어지는 중심 요소는 완벽한 직선이나 평면이다.

사이즈 피쳐의 통제 성분

사이즈 피쳐를 통제할 때는 공차 종류에 따라 통제하는 성분에 차이가 있다. 중심 요소를 통제하는 것은 동일하지만 모양공차의 경우 피쳐 자체의 모양을 평가하기 때문에 차이가 발생한다.

1) 모양공차 - 유도 성분 통제

• 실제 제작된 피쳐 자체의 모양을 평가.
• 유도중심선: 각 단면의 중심점을 연결한 선 (실제로는 구불구불할 수 있음)
• 유도중심면: 대응하는 점들의 중심점을 연결한 면 (실제로는 굴곡될 수 있음)

2) 자세공차, 위치공차 - 중심 성분 통제

• 중심점, 중심축, 중심평면을 통제.
• 다른 기준(데이텀)과 비교하여 위치나 자세를 평가.
• 완벽한 직선이나 평면.

실무에서의 중요성

FCF를 해석할 때 가장 먼저 확인해야 할 것이 바로 "이 공차가 서피스 피쳐를 통제하는가, 사이즈 피쳐를 통제하는가"이다. 이것을 잘못 판단하면 전혀 다른 방식으로 부품을 검사하게 되어 올바른 품질 관리가 불가능해진다.

 

예를 들어, 홀의 위치 정확도가 중요한 부품에서 홀 서피스의 모양편차만 검사한다면 의미가 없다. 반대로 두 면이 정확히 맞닿아야 하는 부품에서 중심평면의 위치만 확인한다면 실제 접촉면의 평탄도 문제를 놓칠 수 있다.

 

특히 주의해야 할 기하공차 종류는 진직공차, 평면공차, 자세공차이다. 이들은 서피스 피쳐와 사이즈 피쳐를 모두 통제할 수 있다. 따라서 진직공차, 평면공차, 자세공차를 보면 어떤 피쳐를 통제하고 있는지 반드시 확인해야 한다.

정리

서피스 피쳐와 사이즈 피쳐의 핵심 차이는 "무엇을 통제하느냐"이다. 서피스 피쳐는 표면 자체를 통제하고, 사이즈 피쳐는 중심 요소를 통제한다. 같은 형상이라도 용도에 따라 어떤 피쳐로 취급할지가 달라지므로, 설계 의도를 정확히 파악하는 것이 중요하다.