기초 #06 사이즈 피쳐(Feature of Size) 이해하기

사이즈는 특정 단위로 표현하는 숫자, 길이 치수의 값이다. 기하공차에서 핵심 개념은 각기 다른 사이즈 피쳐의 상태에서 기하공차를 명시할 할 수 있다. 기하공차는 사이즈 피쳐가 가장 클 때의 사이즈, 가장 작을 때의 사이즈, 실제 사이즈에서 공차를 정의할 수 있다. 

 

사이즈 피쳐는 조금 특별하다. 사이즈 피쳐는 자신의 크기를 숫자로 표현할 수 있다. 사이즈 피쳐를 표현할 수 있는 그 숫자를 사이즈라고 한다.사이즈 피쳐는 어떤 사이즈의 길이 치수 또는 각도 치수로 정의되는 기하학적 형상이다. 보통, 사이즈 피쳐는 원기둥, 구, 두 개의 평행평면, 원뿔, 쐐기이다. 그림은 사이즈 피쳐의 예이다.

 

사이즈 피쳐의 특징

 

사이즈 피쳐는 대응점이 있어 사이즈를 측정할 수 있는 피쳐이다. 홀, 핀, 슬롯, 레일과 같은 피쳐는 대응점이 있어 사이즈를 측정할 수 있다. 버니어 캘리퍼스를 사용하여 이를 쉽게 이해할 수 있는 방법이 있다. 버니어 캘리퍼스의 머리부분으로 치수를 측정할 수 있다면, 그 피쳐는 사이즈 피쳐이다. 버니어 캘리퍼스의 끝부분으로 치수를 측정한다면, 그 피쳐는 사이즈 피쳐가 아니다. 버니어 캘리퍼스의 끝부분으로 측정하는 치수는 대응점이 없기 때문이다.

 

버니어 캘리퍼스의 끝부분으로 측정하는 치수는 사이즈치수가 아니라 위치치수이다. GD&T는 사이즈치수의 공차만 치수공차로 정의할 수 있다. 위치치수, 자세치수의 공차는 기하공차로 정의해야 한다. 하지만 현실에서는 GD&T 체계를 따라야 하는 도면임에도 불구하고 위치치수와 자세치수에 치수공차가 정의되어 있는 경우가 많이 있다. 엄밀하게 이는 잘못된 도면이다.

 

 

호처럼 보이는 서피스가 두 개 있다. 위쪽의 호는 사이즈 피쳐가 될 수 없다. 왜냐하면 대응점이 없어 버니어 캘리퍼스의 머리부분으로 사이즈를 측정할 수 없기 때문이다. 아래쪽의 호는 사이즈 피쳐가 될 수 있다. 왜냐하면 대응점이 있어 버니어 캘리퍼스의 머리부분으로 사이즈를 측정할 수 있기 때문이다. 사이즈 피쳐가 될 수 있는 피쳐만 사이즈 치수를 정의할 수 있다. 사이즈 치수를 정의한다고 해서 사이즈 피쳐가 되는 것이 아니다.

 

사이즈 피쳐는 항상 대응점이 있고 그 대응점으로 사이즈가 정해진다. 대응점으로 사이즈 피쳐의 중심요소를 도출해 낼 수 있다. 가장 단순한 형태의 사이즈 피쳐는 구 피쳐, 원기둥 피쳐, 평행평면 피쳐가 있다. 구 피쳐는 중심요소로 중심점이 도출된다. 원기둥 피쳐는 중심요소로 중심축이 도출된다. 평행평면 피쳐는 중심요소로 중심평면이 도출된다.

 

사이즈 피쳐

사이즈를 가지는 사이즈 피쳐는 대표적으로 3종류가 있다.

- 구 피쳐 : 크기가 사이즈인 속이 채워진 구, 속이 빈 구

- 원기둥 피쳐 : 크기가 사이즈인 속이 채워진 원기둥 (핀, 축), 속이 빈 원기둥(홀)

- 평행평면 피쳐 : 거리가 사이즈인 속이 채워진 두 개의 평행한 평면 (두께, 너비, 높이, 레일), 속이 빈 두 개의 평행한 평면 (갭, 틈, 슬롯)

 

사이즈 피쳐의 중심요소

 

도출된 중심요소는 데이텀으로 사용할 수도 있고, 중심요소 자체를 통제할 수도 있다. 이외에도 사이즈 피쳐에 있는 특징을 이용하여 피쳐를 더욱 합리적으로 통제할 수 있다. 구체적으로 어떠한 장점이 잇는지는 차차 살펴보도록 하자. 여기에서는 대응점이 있어 중심요소를 도출해낼 수 있다는 정도만 이해하면 된다.

 

국부 사이즈와 대표 사이즈

사이즈는 단면 사이즈와 대표 사이즈로 구별할 수 있다. 단면 사이즈는 단면에서 측정한 두 점 사이의 거리로 피쳐가 완벽한 형상이 아니라 울퉁불퉁하다면 두 점 사이의 거리는 측정하는 위치에 따라 달라진다. 단면 사이즈는 사이즈 피쳐의 각각의 단면에서 개별 거리이다. 예를 들면, 대응점 사이의 측정값이다. 단면 사이즈는 두 점을 측정하여 얻어진다. 이는 버니어 캘리퍼스나 마이크로미터로 측정할 수 있다. 단면 사이즈는 사이즈 피쳐의 길이 방향을 따라 모든 단면에서 측정한다. 사이즈 피쳐는 각각의 단면에서 사이즈가 다를 수 있다.

 

이에 반해 대표 사이즈는 피쳐의 전체 사이즈를 대표하는 하나의 사이즈값이다. 최소내접원, 최소외접원이 대표 사이즈의 예가 된다. 최소내접원은 실제 피쳐의 바깥쪽에 접촉하는 완벽한 형상의 최소 크기의 원기둥의 크기이다. 최대외접원은 실제 피쳐의 안쪽에 접촉하는 완벽한 형상의 최대 크기의 원기둥의 크기이다. 따라서 대표 사이즈는 단면 사이즈와 달리 유일한 값이다.

사이즈 피쳐는 다른 사이즈 피쳐와 짝을 이루어 조립된다.

 

사이즈 피쳐는 주로 짝이 되는 사이즈 피쳐와 조립된다. 예를 들면 핀이 홀에 조립될 때이다. 사이즈와 사이즈공차에 대한 정의과 규칙들은 대부분 파트가 조립되는 것을 보장하는 것에 중점을 둔다. 맞춤에 사용되는 사이즈 피쳐의 대부분은 길이 사이즈 치수를 가진다. 길이 사이즈 치수에 가지는 사이즈 피쳐다. 살펴 보겠지만, 이러한 길이 사이즈에 대한 공차를 정의하는 방법에 대한 원칙과 정의는 있다. 하지만 각도 사이즈 치수는 명확한 정의가 없다. 원뿔에 대한 특별한 표준은 있지만 각도 사이즈에 대한 일반적인 표준은 없다.

 

사이즈 피쳐의 이해가 중요한 이유

먼저, 사이즈 피쳐는 Rule #1이 적용된다. 따라서 사이즈 규제만으로 모양까지 통제할 수 있다.(ASME Y14.5 기준)

두번째, 기하공차가 서피스가 아니라 사이즈 피쳐에 적용되면 통제대상이 달라진다. 따라서 사이즈 피쳐를 이해하지 못한 채 기하공차를 적용하게 되면, 의도하지 않은 통제대상을 통제할 수도 있고, 의도한 통제대상을 통제하지 못할 수도 있다.

세번째, MMC, LMC, MMB, LMB 등의 개념은 사이즈 피쳐에만 적용되는 개념이다. 따라서 사이즈 피쳐를 먼저 이해해야 이들을 올바르게 사용할 수 있다.