초급 #18 기하공차를 체계적으로 해석하는 4단계 해석법

앞서 GD&T의 기본 개념을 배웠다. 서피스 피쳐를 통제할 때와 사이즈 피쳐를 통제할 때의 차이를 이해했으며, 이러한 피쳐들을 통제할 때 기준으로 하는 피쳐를 데이텀 피쳐로 지정하여 DRF를 구축하는 방법도 배웠다. 그리고 그렇게 구축된 DRF에 공차영역이 생성된다는 것도 이해했다. 이제 이 모든 과정을 4단계로 구분하여 해석하는 방법을 이해해보자.

FCF의 구성

기하공차를 해석할 때 가장 먼저 확인해야 하는 것은 FCF(피쳐 컨트롤 프레임)이다. 이 FCF에 기하학적 통제에 대한 모든 정보가 담겨 있다. FCF의 정보가 어떻게 구성되는지 다시 한번 살펴보자.

 

FCF가 지시선으로 지시하고 있는 것은 해당 FCF가 통제하고자 하는 통제대상이 무엇인지 알려준다. 그리고 FCF의 가장 첫번째 부분에 표기된 기하공차를 나타내는 심볼은 통제대상이 목표로 하는 기하학적 상태가 무엇인지 알려준다. 그리고 FCF의 다음 두번째 부분은 통제대상이 어느 정도로 통제되어야 하는지 통제정도를 공차영역의 형상과 크기로 알려준다. 그리고 FCF의 나머지 부분은 참조한 데이텀 피쳐를 통해 해당 FCF로 통제할 때 무엇을 기준으로 통제해야 하는지를 알려준다.

기하공차 4단계 해석법

이제 모든 종류의 기하공차에 공통적으로 적용되는 해석법을 4단계로 설명한다.

 

1단계는 통제대상을 확인하는 과정이다. FCF의 지시선으로 지시한 것이 통제대상이다. 통제대상을 확인할 때 가장 중요한 것은 통제대상이 서피스 피쳐인지 사이즈 피쳐인지에 따라 구분하는 것이다. 통제대상이 무엇이냐에 따라 구체적인 통제요소가 달라지기 때문에 이를 구분하는 것은 매우 중요하다.

2단계는 통제목표를 확인하는 과정이다. 통제목표는 통제대상이 목표로 하는 기하학적 상태를 나타낸다. 이는 기하공차 종류를 나타내는 심볼로 표현한다. 기하공차 종류를 나타내는 심볼은 목표로 하는 기하학적 상태를 직관적으로 이해할 수 있도록 한다.

3단계는 통제정도를 확인하는 과정이다. 통제정도는 통제대상이 통제목표가 되는 완벽한 상태에서 얼마나 벗어나도 되는지를 나타낸다. 이는 공차영역으로 정의하여 나타내는데, 공차영역은 그 형상과 크기로 정의한다. 공차영역의 형상은 심볼로, 공차영역의 크기는 값으로 표현하여 나타낸다.

4단계는 통제기준을 확인하는 것이다. 통제대상이 어떤 피쳐를 기준으로 통제되는지 그 기준이 되는 피쳐는 통제대상을 어떻게 제한하는지 확인한다. 더 구체적으로는 데이텀 피쳐를 참조하고 있는지, 그리고 그 데이텀 피쳐에 의해 구축된 DRF에 대해 통제대상인 피쳐가 어떻게 위치해야 하고, 어떤 자세로 있어야 하는지 파악한다.

반드시 이 순서를 따를 필요는 없지만, 이렇게 설명한 4단계로 기하공차를 해석하는 습관을 들이는 것이 좋다. 이는 FCF의 왼쪽에서 오른쪽으로 읽는 것으로 생각하되는데, 이러한 순서로 4단계를 따라가며 누락하지 않고 완전하게 해석할 수 있게 된다.

이제 각 단계를 기하공차 요약표와 함께 설명한다. 각 단계가 요약표의 어떤 내용과 대응되지는 이해하면서 기하공차의 전체적인 내용을 파악해보자.

 

이 요약표에서 가장 큰 특징은 서피스 피쳐와 사이즈 피쳐를 기준으로 나누고 있다는 것이다. 서피스 피쳐를 통제할 때와 사이즈 피쳐를 통제할 때 기하공차 사이의 차이가 두드러지기 때문에 이를 기준으로 요약표를 작성했다.

1단계 : 통제대상 확인

먼저 무엇을 통제하고 있는지 확인해야 한다. 기하공차는 서피스 피쳐와 사이즈 피쳐를 통제한다. 따라서 해석하려는 FCF가 서피스 피쳐를 통제하는지 사이즈 피쳐를 통제하는지 확인해야 한다.

 

 

 

서피스 피쳐를 통제하는지 사이즈 피쳐를 통제하는지 그것을 확인하는 것이 왜 중요한지 궁금할 수 있다. 어떤 유형의 피쳐를 통제하는지에 따라 구체적으로 어떤 요소를 통제해야 하는지가 정해지기 때문에 이를 확인하는 것은 매우 중요하다. 서피스 피쳐를 통제하는 경우에는 서피스의 표면요소를 통제하고, 사이즈 피쳐를 통제하는 경우에는 서피스의 중심요소를 통제한다.

예를 들어 원통 서피스의 경우 원통 서피스의 표면요소를 통제할 수도 있지만 원통 서피스의 중심요소를 통제할 수도 있다. 따라서 원통 서피스의 표면요소를 통제하는 것인지 중심요소를 통제하는 것인지 분명하게 확인해야 한다. 어떤 유형의 피쳐를 통제하는지는 FCF 배치방법에 따라 결정된다. 이는 앞서 FCF의 배치방법에서 설명했다. FCF 배치방법에 따라 통제대상이 서피스 피쳐인지 사이즈 피쳐인지 정해진다.

 

그림과 같이 진원공차, 원통공차, 윤곽공차, 흔들림공차는 서피스 피쳐만을 통제하고, 위치공차는 사이즈 피쳐만을 통제한다. 반면 진직공차, 평면공차, 자세공차는 서피스 피쳐와 사이즈 피쳐를 모두 통제할 수 있기 때문에 이들이 어떤 유형을 피쳐를 통제하는지 확인할 때는 더욱 분명히 확인해야 한다. 통제대상을 확인하는 단계에서 어떤 피쳐를 통제하고 있는지 제대로 확인하지 않고 이후 단계를 이어가면, 결과적으로 잘못된 해석을 하게 될 수도 있기 때문이다.

2단계 : 통제목표 확인

통제대상을 확인하였다면, 다음으로 확인할 것은 통제목표이다.

통제목표는 기하공차 종류를 나타내는 심볼로 나타낸다. FCF의 첫번째 부분에 기하공차 종류를 나타내는 심볼을 표기한다.

기하공차 종류를 나타내는 심볼은 목표로 하는 기하학적 상태를 직관적으로 이해할 수 있게 표현되어 있다. 기하공차 종류에 따른 통제목표는 다음과 같이 간단하게 설명할 수 있다.

모든 기하공차는 특정한 어떤 기하학적 상태에 가깝도록 통제하는 것을 목표로 한다. 여기서 기하공차 종류에 따라 목표로 하는 기하학적 상태가 구체적으로 달라진다. 모양공차는 특정한 모양에 가깝도록 통제하고, 자세공차는 특정한 자세에 가깝도록 통제하며, 위치공차는 특정한 위치에 가깝도록 통제하고, 윤곽공차는 특정한 윤곽에 가깝도록 통제하며, 흔들림공차는 특정축을 중심으로 특정한 모양에 가깝도록 통제한다.

3단계 : 통제정도 확인

어떤 대상을 어떤 목표로 통제하고자 하는지 이해했다면, 다음으로 확인해야 할 것은 그것을 어느 정도로 통제해야 하는지 통제정도를 확인하는 것이다.

통제정도는 공차영역으로 표현한다. FCF의 두번째 부분은 공차영역을 정의한다. 공차영역의 형상과 크기로 통제정도를 정의한다. 이는 서피스의 표면요소나 사이즈 피쳐의 중심요소가 어떤 범위 안에 있어야 하는지 나타낸다. 공차영역의 형상에 대해서는 각 기하공차를 다룰 때 자세히 다룰 것이다. 이 요약표는 공차영역의 형상을 개략적으로 보여주고 있다.

4단계 : 통제기준 확인

이제 어떤 대상이 어떤 목표를 위해 어느 정도로 통제되어야 하는지 확인했다면, 다음으로 확인할 부분은 이러한 통제가 어떤 기준에 따라 이루어져야 하는지 확인하는 것이다.

FCF의 마지막 부분에서 기준으로 삼아야 할 데이텀 피쳐를 참조하고 있다. 따라서 통제대상은 그 피쳐를 기준으로 통제해야 한다.

피쳐의 모양만을 통제하는 경우에는 데이텀 피쳐를 참조하지 않는다. 모양공차와 윤곽공차로 모양만을 통제할 수 있고, 이러한 경우에는 데이텀 피쳐를 참조하지 않는다. 피쳐의 자세와 위치를 통제하는 경우에는 반드시 기준이 필요하기 때문에 데이텀 피쳐를 참조해야 한다.

데이텀 피쳐를 참조한 경우 통제대상은 그 피쳐를 기준으로 통제되어야 한다. FCF에 데이텀 피쳐가 참조되어 있다면, 그 데이텀 피쳐로 DRF 공간이 구성되고, 그 DRF 공간안에서 공차영역의 자세와 위치가 정해지게 된다. 통제대상인 피쳐는 이렇게 데이텀 피쳐에 의해 자세와 위치까지 정해진 공차영역 안에 있도록 통제된다.

 

마치며

 

지금까지 기하공차를 체계적으로 해석하는 4단계 방법을 살펴보았다. 이 방법은 FCF를 왼쪽에서 오른쪽으로 읽어가며 단계적으로 이해하는 과정이다.

 

1단계는 통제대상 확인이다. FCF가 지시하는 피쳐가 서피스 피쳐인지 사이즈 피쳐인지 구분하는 것이 핵심이다. 서피스 피쳐라면 표면요소를, 사이즈 피쳐라면 중심요소를 통제하게 되므로 이 구분은 매우 중요하다.

2단계는 통제목표 확인이다. 기하공차 심볼이 나타내는 목표 상태가 무엇인지 파악한다. 모양공차인지, 자세공차인지, 위치공차인지에 따라 통제하고자 하는 기하학적 상태가 달라진다.

3단계는 통제정도 확인이다. 공차영역의 형상과 크기를 통해 통제대상이 목표 상태에서 얼마나 벗어날 수 있는지 그 허용범위를 확인한다.

4단계는 통제기준 확인이다. 데이텀 피쳐를 참조하고 있다면, 그 데이텀 피쳐로 구축된 DRF를 기준으로 공차영역의 자세와 위치가 결정된다. 단, 모양만 통제하는 경우에는 데이텀 피쳐가 필요하지 않다.

 

이 4단계 해석법은 단순히 순서를 따르는 것을 넘어, FCF에 담긴 정보를 빠짐없이 완전하게 이해하기 위한 체계적인 접근법이다. 처음에는 다소 복잡하게 느껴질 수 있지만, 이 단계를 따라 반복적으로 연습하다 보면 기하공차를 정확하게 읽고 해석하는 능력이 자연스럽게 길러질 것이다. 앞으로 각 기하공차를 구체적으로 배울 때도 이 4단계를 염두에 두면서 학습한다면, 전체적인 맥락을 놓치지 않고 깊이 있게 이해할 수 있을 것이다.