기하공차가 통제하는 속성 4가지

GD&T가 심볼이 많고 복잡해 보여도 실제로는 단 4가지 속성만을 통제한다. 사이즈, 모양, 자세, 위치다. 모든 피쳐는 기하학적으로 이 4가지 속성에서 편차가 생기기 때문에 어떤 기하공차를 사용하든 결국 이 속성들만을 통제하게 된다. 각 속성의 차이점을 명확히 이해하고, 각각의 기하공차가 어떤 속성을 통제하는지 파악할 수 있다면, GD&T는 훨씬 이해하기 쉬워진다.

위 그림은 기하공차가 통제하는 4가지 속성을 보여준다. 사이즈는 피쳐가 얼마나 큰지 작은지를 나타낸다. 홀의 직경, 평판의 두께, 축의 길이와 같은 것이 사이즈이다. 모양은 피쳐의 울퉁불퉁함을 나타낸다. 사이즈와 모양은 다른 피쳐와의 관계를 고려하지 않는 피쳐 자체의 속성이다. 자세는 어떤 기준에 대해 피쳐가 얼마나 기울어져 있는지를 나타낸다. 위치는 어떤 기준에 대해 피쳐가 어디에 있는지를 나타낸다. 자세는 피쳐의 회전에 관한 것이고, 위치는 피쳐의 이동에 관한 것이다. 모양, 자세, 위치는 기하공차로, 사이즈는 사이즈 공차로 통제한다.

서피스 피쳐라면 사이즈를 제외한 나머지 속성을 통제할 수 있고, 사이즈 피쳐라면 사이즈를 포함한 모든 속성을 통제할 수 있다. 어떤 기하공차는 속성 중 일부를, 어떤 기하공차는 속성 전부를 통제하기도 한다. 예를 들면 평면공차는 피쳐가 얼마나 평면에 가까워야 하는가를 통제하는데 이는 피쳐 자체의 모양만을 통제하는 것이다. 평면공차가 서피스 피쳐를 통제할 때는 사이즈는 통제하지 않고, 어떤 것을 기준으로 통제하는 위치와 자세도 통제하지 않는다.

피쳐의 속성 : 사이즈

사이즈는 사이즈 피쳐만 가지고 있는 속성이다. 그렇다면 먼저 사이즈 피쳐가 무엇인지 알아야 한다.

사이즈 피쳐는 대응점이 있어 사이즈가 측정된다. 홀, 핀, 슬롯, 레일과 같은 피쳐는 대응점이 있어 사이즈를 측정할 수 있다. 따라서 이들은 사이즈 피쳐에 해당한다. 버니어 캘리퍼스로 이를 쉽게 이해할 수 있다. 버니어 캘리퍼스의 머리부분으로 측정할 수 있다면, 그 피쳐는 사이즈 피쳐이다. 버니어 캘리퍼스의 끝부분으로 치수를 측정해야 한다면, 그 피쳐는 사이즈 피쳐가 아니다. 버니어 캘리퍼스의 끝부분으로 측정하는 피쳐는 대응점이 없기 때문이다.

버니어 캘리퍼스의 끝부분으로 측정하는 치수는 사이즈 치수가 아니라 위치 치수이다. GD&T는 사이즈 치수만 치수공차를 정의할 수 있다. 위치 치수, 자세 치수에는 치수공차가 아니라 기하공차를 정의해야 한다. 하지만 GD&T를 준수해야 하는 도면임에도 불구하고 위치 치수와 자세 치수에 치수공차가 정의되어 있는 경우가 많이 있다. 이는 엄밀하게 잘못된 도면이다.

사이즈는 피쳐가 얼마나 큰지 작은지를 나타낸다. 사이즈는 다른 것과 비교하지 않고 피쳐 자체를 평가한다. 사이즈를 평가하기 위해 사이즈 편차를 구한다. 사이즈 편차를 측정하기 위해 피쳐의 어느 한면을 기준으로 측정하는데, 기준면이 도면에 표기되지 않았다면, 어느 면을 기준으로 하든 상관없다. 사이즈 편차는 도면에 정의된 값과 버니어 캘리퍼스로 측정한 값의 차이다.

피쳐의 속성 : 모양

모양은 피쳐의 울퉁불퉁한 정도, 반듯한 정도, 완벽한 모양에 가까운 정도를 나타낸다. 모양은 다른 것과 비교하지 않고 피쳐 자체를 평가한다. 모양을 평가하기 위해 모양편차를 측정한다. 모양편차를 측정하려면 피쳐의 가장 높은 점과 가장 낮은 점을 지나도록 두 개의 평행선을 긋는다. 모양편차는 이 평행선의 너비값이다.

피쳐의 속성 : 자세

자세는 피쳐가 기울어진 정도를 나타낸다. 자세는 기준인 데이텀과 비교하여 평가한다. 자세를 평가하기 위해 자세편차를 구한다. 피쳐의 가장 높은 점과 가장 낮은 점을 각각 지나도록 두 개의 평행선을 긋는다. 이 때 평행선은 기준면에 대해 정의된 기울기로 긋는다. 자세편차는 이 평행선 사이의 너비값이다.

피쳐의 속성 : 위치

위치는 피쳐가 어디에 있는지를 나타낸다. 위치는 기준면과 비교하여 평가한다. 위치를 평가하기 위해 위치편차를 구한다. 피쳐의 가장 높은 점과 가장 낮은 점을 각각 지나도록 두 개의 평행선을 긋는다. 이 때 평행선은 기준면에 평행하게 긋는다. 위치편차는 정의된 거리만큼 떨어진 위치에서 더 멀리 있는 평행선까지의 거리의 2배가 된다.

기하공차 종류에 따른 통제속성

기하공차 종류에 따라 어떠한 기하학적 속성이 통제될 수 있는지 살펴보자.

모든 기하공차는 기본적으로 모양속성을 통제한다. 모양은 피쳐 자체가 가질 수 있는 모양편차를 다루는 속성이다. 다른 피쳐와 비교할 필요가 없기 때문에 데이텀 피쳐 없이 통제가 가능하다.

자세 속성은 3차원 공간에서 다른 피쳐에 대한 각도 관계를 통제한다. 쉽게 말하면 회전을 제한하는 것이다. 자세를 통제하려면 기준이 되는 다른 피쳐가 필요하므로, 서피스 피쳐를 통제하든 사이즈 피쳐를 통제하든 반드시 데이텀 피쳐가 필요하다.

위치 속성은 3차원 공간에서 다른 피쳐에 대한 위치 관계를 통제한다. 쉽게 말하면 피쳐의 병진이동을 제한하는 것이다. 병진이동은 평행이동이라고도 할 수 있는데, 피쳐가 기준에 대해 얼마나 떨어져 있는지를 통제한다. 위치속성은 자세 속성과 마찬가지로 기준이 되는 데이텀 피쳐가 반드시 필요하다.

사이즈 속성은 피쳐 자체의 사이즈가 얼마인지를 통제한다. 사이즈 피쳐는 사이즈를 정의하기 때문에, 사이즈 피쳐는 반드시 사이즈 속성을 통제하게 된다.

여기서 요약표를 통해 확실히 이해해야 하는 것은 자세공차가 자세 속성만을, 위치공차가 위치 속성만을 통제하는 것이 아니라는 것이다. 자세공차는 모양 속성을 포함하면서 자세 속성을 통제하고, 위치공차는 모양 속성과 자세 속성을 포함하면서 위치 속성을 통제한다는 것이다.

모양 속성, 자제 속성, 위치 속성은 서로 위계가 있다. 자세편차는 피쳐의 모양편차를 포함하고, 위치편차는 자세편차를 포함한다. 하나의 기하공차로 이들 속성 중 하나만 통제하기도 하고, 어떤 경우에는 일부를 또 다른 경우에는 전부를 통제하기도 한다. 이는 이후에 자세히 설명한다.

마치며

어떤 공차로 통제하든 이 4가지 속성만을 통제한다. 그리고 피쳐를 완전히 통제하려면 이 4가지 속성이 모두 정의되어야 한다. 4가지 속성 중 하나라도 정의되지 않으면 그 속성은 다양하게 해석될 여지가 생긴다. 예를 들어 홀의 위치, 자세, 모양은 정의했지만 사이즈를 정의하지 않았다면, 그 홀이 얼마나 커야 하는지 명확하지 않다. 이런 경우 피쳐는 완전히 통제되지 않은 것이다.

다만 오해하지 말아야 하는 점은 하나의 기하공차로 4가지 속성을 모두 통제해야 한다는 의미는 아니라는 것이다. 위치공차처럼 하나의 기하공차로 4가지 속성을 모두 통제할 수도 있지만, 여러 개의 기하공차를 조합하여 각각의 속성을 통제할 수도 있다. 중요한 것은 최종적으로 4가지 속성이 모두 명확히 통제되어야 한다는 점이다.

이 4가지 속성의 개념을 정확히 이해하고 있어야 도면을 올바르게 해석하고 작성할 수 있다. 기하공차를 공부할 때 이 4가지 속성을 염두에 두고, 각 공차가 어떤 속성을 통제하는지 파악하는 습관을 들이면 큰 도움이 될 것이다.