평면서피스 3개로 DRF를 형성하는 과정

아래 그림의 파트는 홀 2개가 위치공차로 규제되어 있다. 위치공차를 규제하기 위해 데이텀 피쳐 A, B, C가 차례로 참조되어 있다. 데이텀 피쳐 A, B, C는 평면 서피스이다. 평면 서피스 3개로 DRF가 형성되는 과정을 순서대로 살펴보자.

 

1차 데이텀 피쳐

FCF에 첫번째로 표기된 피쳐는 1차 데이텀 피쳐가 된다. 1차 데이텀 피쳐가 평면서피스면, 이 평면서피스는 DRF의 첫번째 평면의 위치를 정한다. DRF의 다른 두 평면이 이 평면에 수직하기 때문에 첫번째 평면의 위치는 중요하다.

1차 데이텀 피쳐는 바닥면이다. 바닥면은 슬롯에 의해 3개로 나누어진 서피스이다. 데이텀 피쳐 A의 FCF와 데이텀 피쳐 심볼에 “3X”가 표기되어 있다. 이는 서피스 3개가 데이텀 피쳐 A임을 나타낸다. 따라서 위치공차를 검증하기 위한 1차 데이텀은 이 서피스 3개를 사용하여 도출한다.

1차 데이텀 평면은 서피스의 가장 높은 점으로 생성된다. 평면을 생성하기 위해서는 최소 세 점이 필요하다. 따라서 서피스의 가장 높은 세 점으로 평면이 생성된다. 실제로 1차 데이텀 평면은 데이텀 피쳐의 가장 높은 점에서 접촉하는 시뮬레이터에 의해 생성된다. 검증을 위해 부품을 시뮬레이터 위에 놓는다. 시뮬레이터가 완벽하다면 부품은 시뮬레이터의 가장 높은 점에서 접촉한다. 시뮬레이터의 가장 높은 점이 정확하게 어디에 있는지 알 수 없지만 시뮬레이터의 가장 높은 점은 서피스 위에 있다. 시뮬레이터의 크기는 최소한 데이텀 피쳐보다 커야 한다. 만약 시뮬레이터가 데이텀 피쳐보다 작다면 실제 서피스의 가장 높은 점이 아닌 점에서 접촉하게 되어 잘못된 데이텀 평면을 생성하게 된다.

동일한 평면에 3개 이상의 포인트가 있다면, 이 포인트들이 모두 시뮬레이터와 접촉할 수 있다. 3개 이상의 포인트에서 접촉하는 것은 허용되지만 3개보다 작은 포인트에서 접촉하는 것은 바람직하지 않다. 서피스에 곡률이 있거나 복잡한 형상이라면 서피스는 시뮬레이터에서 흔들릴 수 있다. 그러한 경우에는 도구를 사용하여 서피스가 흔들리지 않게 해야 한다. 데이텀 피쳐와 시뮬레이터 사이의 갭이 최소화되도록 심을 넣어 흔들리지 않게 할 수 있다. 다른 방법으로는 더 많은 좌표데이터를 수집하여 데이텀을 도출하는 것이다. 이에 대한 내용은  Y14.5.1에 설명되어 있다.

1차 데이텀 피쳐가 평면서피스이고 부품이 1차 데이텀 평면에 놓일 때, 파트는 6개의 자유도 중 3개의 자유도를 잃는다. 그림의 파트는 1차 데이텀 평면에 놓임으로써 병진자유도 1개, 회전자유도 2개를 잃었다. 하지만 여전히 나머지 3개의 자유도는 남아 있기 때문에 해당 방향으로는 자유롭게 움직일 수 있다. 남은 자유도마저 모두 제한하여 부품이 움직이지 않게 하려면 2차, 3차 데이텀 피쳐가 필요하다.

 

2차 데이텀 피쳐

FCF에 두번째로 참조된 데이텀 피쳐는 2차 데이텀 피쳐다. 2차 데이텀 피쳐는 DRF의 두번째 평면의 위치를 정한다. 2차 데이텀 피쳐가 1차 데이텀에 수직이 아니어도 2차 데이텀 평면은 2차 데이텀 평면에 수직이다. 그림의 위치공차 FCF는 데이텀 피쳐 B를 2차 데이텀 피쳐로 참조하고 있다. 데이텀 피쳐 B는 데이텀 피쳐 A를 1차 데이텀 피쳐로 참조하면서 수직공차로 통제되고 있다.

 

2차 데이텀 평면은 1차 데이텀 평면에 수직이어야 한다. 데이텀 평면은 평평하고 1차 데이텀 피쳐에 수직인 시뮬레이터에 의해 정해진다. 2차 시뮬레이터는 1차 데이텀 피쳐가 1차 시뮬레이터에 올바르게 접촉된 상태에서 2차 시뮬레이터와 2차 데이텀 피쳐가 최소한 하이포인트 2점에서 접촉해야 한다.

2차 시뮬레이터와 데이텀 피쳐가 하이포인트 2점에서 접촉되었을 때 1차 데이텀 피쳐에 의해 제한되지 않은 자유도 2개가 제한된다. 하이포인트의 정확한 위치는 알 수 없다. 접촉점이 2개 이상일 수도 있으며, 이는 허용된다. 하지만 2개보다 적은 포인트에서 접촉하는 것은 바람직하지 않다. 곡률이 있거나 형상이 복잡한 서피스는 공차안에 있지만 시뮬레이터 위에서 흔들릴 수 있다. 이런 경우에는 앞서 설명한 것과 같이 도구를 사용하여 흔들리지 않게 해야 한다.

평면서피스를 1차 데이텀 피쳐와 2차 데이텀 피쳐로 하면, 회전자유도 3개와 병진자유도 2개가 제한된다. 평면서피스는 병진자유도 1개와 회전자유도 2개를 제한할 수 있는 능력을 가지고 있다. 따라서 1차 데이텀 피쳐에 의해 병진자유도 1개와 회전자유도 2개가 구속된다. 하지만 평면서피스가 2차 데이텀 피쳐인 경우에는 1차 데이텀 피쳐에 의해 제한된 자유도를 제외한 자유도만을 제한할 수 있다. 따라서 2차 데이텀 피쳐에 의해 남아 있는 자유도 중에서 병진자유도 1개와 회전자유도 1개가 구속된다. 결과적으로 병진자유도 y,z와 회전자유도 u,v,w가 제한된다. 하지만 부품은 여전히 X축을 따라 자유롭게 움직일 수 있다. 남아 있는 병진자유도를 마저 제한하기 위해서는 3차 데이텀 피쳐가 필요하다.

 

3차 데이텀 피쳐

FCF에 세번째로 참조된 데이텀 피쳐는 3차 데이텀 피쳐다. 3차 데이텀 피쳐는 DRF의 세번째 평면의 위치를 정한다. 1차 데이텀 평면과 2차 데이텀 평면은 이미 정해졌고, 3차 데이텀 평면은 1차 데이텀 평면과 2차 데이텀 평면에 수직하도록 정해져야 한다.

그림의 위치공차는 데이텀 피쳐 C를 3차 데이텀 피쳐로 참조하고 있다. 데이텀 피쳐 C는 데이텀 피쳐 A를 1차 데이텀 피쳐로 데이텀 피쳐 B를 2차 데이텀 피쳐로 참조하면서 수직공차로 통제되고 있다.

3차 데이텀 평면은 1차 데이텀 평면과 2차 데이텀 평면에 수직해야 한다. 2차 데이텀 평면은 시뮬레이터에 의해 정해진다. 시뮬레이터는 평평하고, 1차 시뮬레이터와 2차 시뮬레이터에 수직하다. 3차 시뮬레이터는 3차 데이텀 피쳐와 한 점 이상에서 접촉해야 한다. 왜냐하면 3차 데이텀 평면은 남은 자유도 하나를 제한하기 위해 필요하기 때문이다. 하나 이상의 포인트에서 접촉해도 된다. 하이포인트의 정확한 위치는 알 수 없다. 3차 시뮬레이터와 하이포인트에서 접촉할 때, 1차 데이텀 피쳐와 2차 데이텀 피쳐에 의해 제한되지 않은 남은 자유도 하나가 마저 제한된다. 결국 부품의 모든 자유도가 제한된다.

서로 수직인 데이텀 피쳐 3개는 물리적인 시뮬레이터나 컴퓨터에 의해 시뮬레이션이 이루어진다. 그림의 시뮬레이터는 데이텀 피쳐 3개에 의한 데이텀을 구현하고, 부품을 시뮬레이터에 놓으면 부품의 자유도가 모두 구속된다. 홀 3개의 위치공차를 검증할 수 있는 게이지를 포함할 수도 있다.

데이텀 피쳐 A, B, C에 의해 DRF가 생성되면, DRF에 위치공차의 공차영역이 생성된다. 위치공차의 공차영역은 DRF에서 모든 자유도가 구속되어 움직일 수 없다. 하지만 위치공차가 MMC에서 정의되었기 때문에 위치공차의 공차영역은 크기는 고정된다. 홀이 MMC 사이즈로 제작되었다면, 부품을 움직일 수 없지만, 홀이 MMC 사이즈로 제작되지 않았다면, 부품을 DRF에서 약간 움직여서 위치공차를 만족하는지 검증할 수 있다. 다른 경우로 위치공차가 RFS에서 정의되었다면 부품은 DRF상에서 고정된 상태로 검증되어야 한다.