기하공차 해석하기 3 - 4단계 해석

원하는 기능을 위해 피쳐를 적절하게 규제하는 도면을 "쓰는" 능력은 연습이 많이 필요하지만, 도면을 "읽는" 기본적인 능력은 약간의 연습을 통해 얻을 수 있다. 도면이 복잡해보이더라도 하나씩 차례로 각 표기의 의미를 파악하고, 각 표기들간의 관계를 이해하면 결국 전체 도면을 이해할 수 있게 될 것이다.

 

도면에서 가장 먼저 찾아야 할 것은 FCF이다. 기하공차 해석은 FCF에서 시작한다. 도면에 많은 기하공차 기호들이 있겠지만, 언제나 시작은 FCF이다. 해석하고자 하는 FCF를 정한다. 그리고 그 FCF에 정의된 규제 내용을 살펴보자.

 

가장 먼저 확인해야 할 것은 무엇을 통제하는지 확인하는 것이다. 이 FCF가 서피스를 통제하는지 사이즈 피쳐를 통제하는지 확인한다. 서피스를 통제하는지 사이즈 피쳐를 통제하는지는 FCF가 도면에 어떻게 표현되었느냐에 따라 달라진다. 서피스를 통제하는 경우에는 서피스의 표면요소를 통제하고, 사이즈 피쳐를 통제하는 경우에는 사이즈 피쳐의 중심요소를 통제한다. 그리고 사이즈 피쳐는 사이즈 피쳐 종류에 따라 통제하는 중심요소가 달라진다. 너비형 사이즈 피쳐라면 중심평면을 원통형 사이즈 피쳐라면 중심축을 구형 사이즈 피쳐라면 중심점을 통제한다. 무엇을 통제하느냐에 따라 통제요소가 달라지기 때문에 무엇을 통제하는지 확실히 확인할 수 있어야 한다.

위 그림의 FCF는 사이즈 치수 아래 FCF가 표기되어 있다. 이는 사이즈 피쳐를 통제할 때 도면에 표현하는 방법이다. 따라서 이 FCF는 ∅20.5-20.1인 원통 사이즈 피쳐를 통제한다. 원통형 사이즈 피쳐이기 때문에 피쳐의 중심축이 통제요소가 된다. 이 사이즈 피쳐의 사이즈와 모양은 사이즈 공차와 Rule #1에 의해 통제된다.

 

가장 먼저 공차종류를 확인한다. 공차 종류는 12가지가 있다. 각각의 공차는 피쳐의 어떤 기하학적 특성을 통제하려고 하는지 직관적으로 알려준다. 예를 들면 위치공차는 진직공차는 직선에 가까운 정도를 통제한다. 진통공차는 원통에 가까운 정도를 통제한다. 면윤곽공차는 특정 윤곽에 가까운 정도를 통제한다.

위 그림의 FCF는 위치공차이다. 위치공차는 특정 위치에 가까운 정도를 통제한다. 그 특정 위치는 데이텀 피쳐와 베이직 치수로 정의한다. 이는 이후 4단계에서 살펴볼 것이다. 지금까지 내용으로 알 수 있는 것은 원통서피스의 중심축을 통제할 것인데, 그 중심축의 위치가 특정 위치에 있도록 하는 것이 통제의 목표라는 것이다.

 

그 다음 어느 정도로 통제해야 하는지 확인한다. 이는 공차영역으로 통제정도를 전달한다. 공차영역의 형상은 무엇이고, 공차영역의 크기는 무엇인가? 이 피쳐의 중심축은 FCF에 정의한 공차영역 안에 있어야 한다. 그림의 FCF는 ∅0.5가 정의되었다. 여기서 "∅"는 원통형 공차영역을 나타내고 "0.5" 공차영역의 크기를 나타낸다. 따라서 공차영역은 크기가 ∅0.5인 원통형 공차영역이다. 홀이 위치편차가 있을 때 빨간색으로 나타낸 공차영역 안에 있어야 함을 의미한다. 해당 피쳐의 중심축이 공차영역 안에 있다면, 그 피쳐는 위치공차를 만족하는 것이다.

그림의 FCF에는 "∅"가 있기 때문에 원통형 공차영역을 정의한다. 공차값 앞에 심볼이 없다면, 이는 너비형 공차영역을 나타낸다. 그리고 "∅"대신에 "S∅"가 있다면, 그것은 구형 공차영역을 나타낸다. 공차영역 형상을 통해 중심축, 중심평면, 중심점 중 무엇을 통제하는지 알 수 있다. 그리고 공차영역의 크기를 통해 위치편차를 얼마나 통제해야 하는지 알 수 있다.

 

앞에서 위치공차는 특정 위치에 가까운 정도를 통제한다고 하였다. 그렇다면,  공차영역의 위치를 정의해야 한다. 공차영역의 위치는 데이텀 피쳐와 베이직 치수로 정의한다. 만약 위치공차를 정의했는데 데이텀 피쳐를 참조하지 않았다면 어떻게 될까? 데이텀 피쳐 없이 위치를 정의할 수 있을까? 위치는 관계이다. 따라서 항상 관계정의를 위한 상대가 필요하다. 위치공차는 반드시 데이텀 피쳐가 필요하다.

 

FCF 프레임은 데이텀 피쳐 A를 1차 데이텀 피쳐로, 데이텀 피쳐 B를 2차 데이텀 피쳐로, 데이텀 피쳐 C를 3차 데이텀 피쳐로 참조하고 있다. 이들은 모두 평면서피스로 데이텀 평면을 생성한다. 

 

1차 데이텀 피쳐로 데이텀 피쳐 A를 참조했다. 데이텀 피쳐 A는 파트의 바닥면으로 평면서피스이다. 평면서피스는 데이텀 평면을 생성한다. 이 데이텀에 대해 피쳐는 수직이다. 90°는 도면에 표기하지 않는다. 이는 도면에 암시적으로 표현되었다. ASME는 몇 가지를 표기없이 그렇게 표기된 것으로 보자고 약속하고 있다. 먼저 90°이다. 도면에서 수직으로 보이고 도면에 각도를 정의한 치수가 없다면, 이는 90°로 본다. 만약 90°가 아닌 89°로 설계되었다면, 이는 알 수 있도록 도면에 표기해야 한다. 그 다음으로 0도, 180도이다. 도면에서 평행으로 보이고 도면에 각도를 정의한 치수가 없다면, 이는 0도 또는 180도로 본다. 그 다음은 거리 0이다. 도면에 동축이거나 동일평면에 있는 것으로 보이고 거리를 정의한 치수가 없다면, 이는 0으로 본다. 마지막으로 중심선이 있다면, 이는 완벽한 대칭으로 본다.

따라서 위의 경우에는 90°가 표기되지 않았지만 이를 90°로 정의되었다고 보고, 데이텀 A에 대해 90°로 공차영역의 자세를 정하면 된다.

 

2차 데이텀 피쳐로 데이텀 피쳐 B를 참조했다. 데이텀 피쳐 B는 파트의 윗면으로 평면서피스이다. 평면서피스는 데이텀 평면을 생성한다. 이 데이텀 피쳐 B로부터 베이직 치수 20으로 공차영역의 위치가 정의되었다. 따라서 데이텀 피쳐 B에 의해 생성되는 데이텀 B에서 20만큼 떨어진 곳에 공차영역이 위치하게 된다.

 

3차 데이텀 피쳐로 데이텀 피쳐 C를 참조했다. 데이텀 피쳐 C는 파트의 좌측면으로 평면서피스이다. 평면서피스는 데이텀 평면을 생성한다. 이 데이텀 피쳐 C로부터 베이직 치수 20으로 공차영역의 위치가 정의되었다. 따라서 데이텀 피쳐 C에 의해 생성되는 데이텀 C에서 20만큼 떨어진 곳에 공차영역이 위치하게 된다. 이렇게 3개의 데이텀 피쳐에 의해 공차영역의 자세와 위치가 완전하게 정의되었다.

 

 

마지막으로 정의한 FCF에 만족하는지 확인해야 한다. 공차영역은 데이텀 A에 수직하고, 데이텀 B에서 20만큼 떨어지고, 데이텀 C에서 20만큼 떨어진 곳에 위치한다. 데이텀 A, B, C는 모두 데이텀 피쳐 A, B, C에 의해 생성된다. 데이텀이 가상적인 요소가 되면서 데이텀 피쳐와 별개인 것처럼 느껴질 수 있지만, 그렇지 않다. 데이텀 A, B, C는 모두 데이텀 피쳐 A, B, C가 있어야만 생성되는 것이다. 가상적인 요소로 부터 홀의 위치편차를 검사하는 것 같지만, 위치편차를 검사하는 것은 실제로 부품 내에서 피쳐 사이의 관계를 검사하는 것이다.

실제 부품의 홀의 중심축은 부품의 바닥면에 완전하게 수직하지 않게 만들어질 수도 있다. 그렇다면 중심축이 데이텀 A에 대해 완벽한 90도가 아니라 89.5도, 90.5도 정도 일지도 모른다. 중심축이 기울어져 있다고 하더라도 정의한 공차영역 안에만 있다면 위치공차를 만족하는 것이다. 실제 부품의 홀의 중심축이 데이텀 B에서 20만큼 정확하게 떨어져 있지 않을 수 있다. 실제로는 위치편차가 있어서 데이텀 B쪽에 가까울 수도 있고, 멀 수도 있다. 그렇다고 하더라도 정의한 공차영역 안에 있다면 위치공차를 만족하는 것이다. 

실제 부품의 홀은 완벽한 자세 90도 일 수 없고, 완벽한 위치 20만큼 떨어져 있을 수도 없다. 홀은 반드시 위치편차, 자세편차가 있을 것이고, 어느 정도 위치편차, 자세편차가 있어도 기능적으로, 부품을 사용하는데 문제가 없을 수 있다. 기하공차는 그 정도가 어느 정도인지 어느 정도의 편차를 허용할 수 있는지를 정의한다.