치수와 공차를 정의하는 방식에 따라 달라지는 유효공차

아래와 같은 파트가 있다고 했을 때 서피스 M와 서피스 N의 거리는 치수와 공차를 정의하는 방식에 따라 달라진다. 

어떻게 달라지는지 하나씩 살펴보자. GD&T 체계에서는 서피스의 위치를 통제하기 위해 치수공차를 사용하지 않지만 비교를 위해 치수공차와 기하공차를 모두 설명한다. 치수공차로 인해 발생할 수 있는 모호성은 다루지 않는다.

1.  치수공차

치수공차체계에서는 아래와 같이 크게 3가지 방법으로 치수를 정의한다. 기준치수법은 특정 위치를 기준으로 하여 치수를 정의하고, 체인치수법은 치수를 서로 연관시켜 정의하고, 직접치수법은 규제하고자 하는 치수를 직접 정의한다. 

 

치수공차체계에서는 치수에 공차를 정의한다. 공차는 직접 정의할 수도 있고, 노트나 도면의 타이틀 블럭에 간접적으로 정의할 수도 있다. 직접 정의하든 간접적으로 정의하든 동일하게 해석한다. 치수공차체계에서 치수에 공차를 정의한다면 다음과 같이 정의될 것이다. 치수공차체계에서 공차는 치수를 정의하는 방법에 따라 영향을 받는다. 치수를 정의하는 방법에 따라 어떻게 영향을 받는지 살펴보자. 모든 치수에 동일하게 공차는 ±1로 정의하였다.

 

설명을 위해 유효공차라는 개념을 사용할 것이다. 유효공차는 도면 정의에 따라 실제 살펴보고자 하는 부분에 공차가 얼마로 정의된 효과가 있는지 나타낸다. 따라서 유효공차는 도면 정의에 따라 수동적으로, 결과적으로 얻어지는 값이지 목표하는 값이 아니다.

1) 기준치수법

아래 그림은 기준치수법에 따라 치수가 정의되어 있고, 치수에 공차가 정의되어 있다. 서피스 M와 서피스 N의 거리에 영향을 주는 치수는 2개이다. 따라서 두 피쳐 사이의 최대 편차는 2개의 공차를 더한 것과 같다. 서피스 M와 서피스 N 사이의 유효공차는  ±2이다. 두 피쳐는 동일한 기준에서 각각의 치수가 정의된다. 따라서 두 피쳐를 비교한다면, 치수 2개가 항상 두 피쳐 사이의 최대 편차에 영향을 줄 것이다.

2) 체인치수법

아래 그림은 체인치수법에 따라 치수가 정의되어 있고, 치수에 공차가 정의되어 있다.  서피스 M와 서피스 N의 거리에 영향을 주는 치수는 3개이다. 따라서 두 피쳐 사이의 최대 편차는 3개의 공차를 더한 것과 같다. 서피스 M와 서피스 N 사이의 유효공차는 ±3이다. 체인치수법은 치수공차를 정의하는 방법 중에서 가장 유효공차를 크게 만든다. 영향을 주는 치수가 3개가 아니라 4개라면 유효공차는 ±4가 될 것이고, 이는 영향을 주는 치수의 수에 따라 계속 증가할 수 있다. 

3) 직접치수법

아래 그림은 직접치수법에 따라 치수가 정의되어 있고, 치수에 공차가 정의되어 있다. 직접치수법은 치수를 직접 정의하기 때문에  서피스 M와 서피스 N의 거리에 영향을 주는 치수는 1개가 된다. 따라서 두 피쳐 사이의 최대 편차는 직접 정의된 공차와 같다. 앞서 설명한 기준치수법이나 체인치수법과 비교하여 유효공차가 가장 작아진다.

 

따라서 직접치수법, 기준치수법, 체인치수법 순으로 유효공차가 작아진다. 여기서 설명하고자 하는 것은 치수공차체계에서는 치수를 정의하는 방식에 따라 유효공차가 달라진다는 것이다. 추천되는 방법은 아니지만, 치수공차체계를 계속 사용하고자 한다면, 최소한 앞서 설명한 내용은 충분히 이해하고 올바르게 치수를 정의해야 한다.

 

2.  기하공차

그렇다면 치수공차가 아닌 기하공차로 서피스를 규제한다면, 어떻게 달라질까?

 

공차를 기하공차로 정의하면 치수공차로 정의했을 때와 달리 어떠한 치수법을 사용하더라도 동일하다. 왜냐하면 GD&T 체계에서 치수는 베이직 치수로 정의하고 베이직 치수는 공차를 포함하지 않고 이론 치수만 정의하기 때문이다. 따라서 GD&T 체계에서는 기준치수법으로 정의하든 체인치수법으로 정의하든 직접치수법으로 정의하든 달라지지 않는다.

 

기하공차로 정의했을 서피스 M과 서피스 N의 거리는 어떻게 되고, 유효공차는 얼마가 될까?

 

기하공차로 정의하면 서피스 M와 서피스 N의 공차영역이 정의된다. 이 공차영역의 위치는 데이텀을 기준으로 하여 정해진다. 만약 두 서피스의 기하공차가 동일한 데이텀을 기준으로 정의되었다면, 해당 데이텀을 기준으로 한 베이직 위치에 각각의 공차영역이 생성되게 된다. 따라서 서피스는 정의된 공차영역에 있어야 하므로, 그림과 같이 가장 가까울 때와 가장 멀 때를 알 수 있다. 이를 치수공차의 결과값과의 비교를 위해 유효공차를 계산하면, 서피스 M와 서피스 N 사이의 유효공차는 ±2가 된다. 윤곽공차는 2로 정의하였지만, 이는 데이텀을 기준으로 하였을 때의 값이고, 데이텀이 아닌 서피스 사이를 비교하면 윤곽공차는 4가 되는 셈이 된다. 만약 두 서피스 사이의 윤곽공차가 2여야 한다면 다른 방법이 필요하다.

 

서피스 N을 규제하기 위해 서피스 M를 데이텀 피쳐로 하는 경우를 살펴보자.

 

서피스 M를 데이텀 피쳐 B로 사용하여 서피스 N를 규제하면, 서피스 N의 공차영역 위치는 서피스 M, 즉 데이텀 B를 기준으로 생성된다. 따라서 서피스는 정의된 공차영역에 있어야 하므로, 그림과 같이 가장 가까울 때와 가장 멀 때를 알 수 있다. 이를 치수공차의 결과값과의 비교를 위해 유효공차를 계산하면, 서피스 M와 서피스 N 사이의 유효공차는 ±1가 된다. 비교를 위해 이를 윤곽공차값으로 변환하면 2가 된다.

 

기하공차로 공차를 정의했을 때는 치수공차로  공차를 정의했을 때와 달리 치수법에는 영향을 받지 않지만 어떤 데이텀 피쳐를 사용하느냐에는 영향을 받는다. 따라서 기하공차로 공차를 정의할 때는 기능에 맞는 데이텀 피쳐를 적절하게 선정하는 것이 중요하다.