기초 #12 기하공차의 5가지 유형과 특징

기하공차는 12종류가 있으며, 이는 5가지 유형으로 분류된다. 이러한 분류는 각각의 기하공차가 가진 공통적인 특징을 기준으로 한 것이다. 예를 들어 모양공차 유형은 데이텀 피쳐를 참조하지 않는다는 공통점이 있고, 흔들림공차 유형은 항상 회전축을 데이텀 피쳐로 참조한다는 공통점이 있다. 이러한 분류는 기능적 특성에 따른 것이지, 단순히 모양을 통제해서 모양공차라고 하거나 자세를 통제해서 자세공차라고 명명한 것은 아니다.

 

1. 모양공차

 

모양공차에는 진직공차, 평면공차, 진원공차, 원통공차가 있다.

 

모양공차는 피쳐 자신의 모양을 통제하기 때문에 다른 것과 비교할 필요가 없다. 따라서 비교 기준인 데이텀이 필요하지 않으며, 데이텀 피쳐를 참조하지 않는다. 만약 모양공차가 데이텀 피쳐를 참조하고 있다면 이는 잘못된 것이다.

 

각각의 모양공차는 공차영역을 특정한 모양으로 정의하여 서피스의 모양이 특정한 모양에 가깝도록 통제한다. 진직공차는 직선 공차영역을, 평면공차는 평면 공차영역을, 진원공차는 진원 공차영역을, 원통공차는 원통 공차영역을 정의한다. 직선, 평면, 진원, 원통이 아닌 다른 모양의 공차영역을 정의해야 한다면 모양공차가 아닌 윤곽공차를 사용해야 한다.

 

윤곽공차는 모든 모양의 공차영역을 정의할 수 있기 때문에 모양공차가 정의하는 공차영역도 정의할 수 있다. 하지만 직선 공차영역은 진직공차로, 평면 공차영역은 평면공차로, 진원 공차영역은 진원공차로, 진원통 공차영역은 진통공차로 정의하는 것이 더 직관적이고 이해하기 쉽다.

 

이때 통제대상인 피쳐의 모양이 설계상 완벽한 직선, 평면, 원, 원통이어야 하는 것은 아니다. 설계상 서피스가 약간의 곡률을 가진 곡면이라고 하더라도, 서피스의 모든 점이 평면 공차영역 안에 있어도 된다면 평면공차로 통제할 수 있다.

 

2. 자세공차

 

자세공차에는 경사공차, 수직공차, 평행공차가 있다.

 

자세공차에는 경사공차, 수직공차, 평행공차가 있다. 자세공차는 피쳐의 자세를 통제하기 때문에 자세를 평가할 비교 기준이 필요하다. 따라서 데이텀이 필요하며, 반드시 데이텀 피쳐를 참조해야 한다. 자세공차에 의해 정의된 공차영역은 자세가 고정되어 회전이동은 할 수 없지만, 위치는 고정되지 않아 평행이동은 할 수 있다. 자유도로 표현하면 회전자유도는 제한되고 병진자유도는 제한되지 않는다고 할 수 있다.

 

경사공차는 일반적인 자세의 공차영역을 정의하는 반면, 수직공차와 평행공차는 각각 수직과 평행이라는 특정한 자세의 공차영역을 정의한다. 일반적인 자세의 공차영역을 정의하는 경사공차로 수직이나 평행도 정의할 수 있지만, 수직 공차영역이나 평행 공차영역을 정의해야 한다면 해당하는 공차를 사용하는 것이 더 직관적이고 이해하기 쉽다.

 

3. 위치공차

 

위치공차에는 위치공차만 있다. 2018년 이전에는 동심공차와 대칭공차가 위치공차 유형에 포함되어 있었지만 2018에서는 삭제되었다. 따라서 동심공차와 대칭공차는 설명하지 않는다.

 

ASME 표준에서 위치공차는 사이즈 피쳐만 통제하는 반면, ISO 표준은 위치공차로 서피스를 통제하기도 한다. 위치공차는 사이즈 피쳐를 통제하기 때문에 특정재료상태(MMC, LMC)에서 공차를 정의할 수 있다. 위치공차에 의해 정의된 공차영역은 데이텀 피쳐의 자유도 제한 능력에 따라 자유도가 제한된다. 자세공차는 병진자유도가 제한되지 않는 것과 달리 위치공차는 데이텀 피쳐가 제한할 수 있는 모든 자유도를 제한할 수 있다.

 

4. 윤곽공차

 

윤곽공차는 선윤곽공차, 면윤곽공차가 있다.

 

윤곽공차는 모든 유형의 서피스를 통제할 수 있어 가장 포괄적인 공차이다. 평면서피스도 통제할 수 있고 곡면서피스도 통제할 수 있다. 윤곽공차는 필요에 따라 비교 기준을 설정하므로 데이텀이 필요할 수도 있고 그렇지 않을 수도 있다. 따라서 데이텀 피쳐를 참조할 수도 있고 참조하지 않을 수도 있다.

 

윤곽공차에 의해 정의된 공차영역의 자유도 제한은 참조한 데이텀 피쳐의 제한능력에 따라 달라진다. 자세공차는 데이텀 피쳐가 병진자유도를 제한할 수 있는 능력이 있더라도 제한하지 않는 것과 달리, 윤곽공차는 데이텀 피쳐가 제한할 수 있는 모든 자유도를 제한할 수 있다.

 

5. 흔들림공차

 

흔들림공차에는 원주흔들림공차, 전체흔들림공차가 있다.

 

원주흔들림공차는 진원공차와 유사하고 전체흔들림공차는 원통공차와 유사하지만, 흔들림공차는 특정축을 기준으로 피쳐의 진원과 원통을 통제한다는 점이 다르다. 피쳐의 흔들림을 평가하기 위해서는 비교 기준이 필요하며, 데이텀이 필요하고 데이텀 피쳐를 참조해야 한다. 이때 데이텀은 회전축이기 때문에 회전축을 생성하는 데이텀 피쳐를 참조해야 한다.

 

흔들림공차는 회전축을 중심으로 회전되는 서피스를 통제한다. 서피스는 원통과 같은 곡면서피스일 수도 있지만, 회전축을 중심으로 회전하는 서피스라면 평면서피스도 흔들림공차로 통제할 수 있다. 핵심은 회전축이 존재한다는 점이다.

 

요약

 

이처럼 12종류의 기하공차는 공통적인 특징에 따라 5가지 유형으로 분류된다.

 

모양공차는 데이텀 참조 없이 피쳐 자신의 모양만을 통제하고, 자세공차는 데이텀을 참조하여 자세를 통제하되 병진자유도는 제한하지 않는다. 위치공차는 사이즈 피쳐를 대상으로 하며 데이텀이 제한할 수 있는 모든 자유도를 제한할 수 있고, 윤곽공차는 가장 포괄적으로 모든 형상을 통제할 수 있으며 데이텀 참조 여부를 선택할 수 있다. 흔들림공차는 반드시 회전축을 데이텀으로 참조하여 회전 중심을 기준으로 한 형상을 통제한다.

 

이러한 유형별 특징을 이해하면 각 기하공차의 적용 조건과 제한사항을 명확히 파악할 수 있어, 설계 의도에 맞는 적절한 기하공차를 선택하는 데 도움이 된다.