초급 #11 공차를 0으로 "0공차" 정의하기
GD&T는 다음 그림과 같이 공차를 0으로 정의할 수 있다. 공차를 0으로 정의하는 것이 가능한가? 그것이 필요한 것인가?
앞으로는 공차를 0으로 정의하는 것을 간단히 줄여서 "0공차"를 정의한다고 하겠다. 0공차를 정의하는 것은 GD&T의 효과를 최대로 활용하여 사용하는 것이다. 0공차는 허용가능한 공차범위를 넓혀서 생산 유연성을 최대한으로 제공할 수 있게 한다. 하지만 공차를 0으로 정의한다는 것이 뭔가 낯설고 어색하다. 심지어 도면에 오류처럼 느껴지기도 한다. "공차를 0으로 정의한다는 것은 있을 수 없는 일이다!", "이것은 도면의 오류가 분명하다!"라고 생각하고 있을지도 모른다.
공차를 0으로 정의했는데 어떻게 공차범위가 넓어질 수 있다는 것일까? 여기에서 핵심은 공차값 다음에 표기된 재료조건 모디파이어에 있다. 모디파이어는 해당 FCF에 명시된 공차가 적용되는 조건을 나타낸다. 모디파이어에 의한 조건에 해당될 때 명시된 공차가 적용된다는 것이다. 따라서 위 그림의 FCF는 피쳐가 MMC 상태일 때, 즉, 피쳐의 사이즈가 MMC 사이즈 일 때, 명시된 공차 0이 적용된다는 것이다.
그렇다면, 언제 공차가 0이 되는가? 그리고 정말 공차가 0이어도 되는 것일까? 사실 그 누구도 공차가 0이 되기를 바라지 않는다. 그래서 아직 0공차가 불편하다. 그냥 0.1이라도 0만 아니였으면 마음이 편해질 수 있을 것 같다. 하지만 0공차를 정의했지만, 0공차에서 벗어날 수 있다. 0공차가 적용되는 조건인 MMC를 벗어나면 0공차에서 벗어날 수 있다.
0공차는 심리적으로 불편한 것일 뿐이라는 것을 이해해보자. 이를 우리가 알고 있는 상식에서 시작해서 하나씩 단계를 거쳐 0공차가 어떻게 공차범위를 넓힐 수 있는지 설명할 예정이다. 0공차를 이해하고 나면, 그것이 어떤 잇점을 가지는지 나아가 GD&T를 이해한다는 것이 엔지니어에게 어떤 능력을 부여할 수 있는지 느낄 수 있을 것이다.
도면의 홀이 다음과 같이 정의되었다고 하자.
홀은 내부가 비어 있는 내피쳐이기 때문에 가장 작은 사이즈가 MMC 사이즈이고, 가장 큰 사이즈가 LMC 사이즈가 된다. 위치공차를 T로 정의하였다면, 홀은 오른쪽 그래프와 같이 위치공차가 허용된다. 위치공차가 RFS에서 정의되어 있기 때문에 실제 사이즈가 얼마인지와 관계없이 허용가능한 위치공차는 명시된 값 T로 고정된다.
MMC에서 0공차
최초로 정의된 위치공차 값을 T0로 보고, MMC에서 0공차까지 단계적으로 설명한다.
1. T0
홀은 내부가 비어 있는 내피쳐이기 때문에 가장 작은 사이즈가 MMC 사이즈이고, 가장 큰 사이즈가 LMC 사이즈가 된다. 위치공차를 T0로 정의하였다면, 홀은 오른쪽 그래프와 같이 위치공차가 허용된다. 위치공차가 RFS에서 정의되어 있기 때문에 실제 사이즈가 얼마인지와 관계없이 허용가능한 위치공차는 명시된 값 T0로 고정된다.
2. T0 Ⓜ︎
이제 홀의 위치공차가 T0에서 T0Ⓜ︎으로 변경되었다. 재료조건 모디파이어 Ⓜ︎이 공차조건으로 적용됨에 따라 FCF에 명시된 위치공차값은 피쳐가 MMC 상태일 때 적용된다. 따라서 홀이 가장 작을 때가 MMC 상태이기 때문에 위치공차 T0는 MMC 상태일 때 적용되고, 홀이 MMC 상태에서 멀어진다면, 멀어지는 만큼 허용가능한 위치공차가 증가된다. MMC에 의해 추가적으로 허용되는 위치공차는 위 그림의 오른쪽 그래프에 나타내었다.
3. 0 Ⓜ︎
이제 홀의 위치공차가 T0Ⓜ︎에서 0Ⓜ︎으로 변경되었다. 재료조건 모디파이어 Ⓜ︎이 공차조건으로 적용됨에 따라 FCF에 명시된 위치공차값은 피쳐가 MMC 상태일 때 적용된다. 따라서 홀이 가장 작을 때가 MMC 상태이기 때문에 위치공차 0은 MMC 상태일 때 적용되고, 홀이 MMC 상태에서 멀어진다면, 멀어지는 만큼 허용가능한 위치공차가 증가된다. MMC에 의해 추가적으로 허용되는 위치공차는 위치공차가 T0Ⓜ︎로 정의되었을 때 살펴본 것과 동일하다.
위치공차가 T0Ⓜ︎에서 0Ⓜ︎으로 변경되면서 0공차에 의해 추가적으로 허용되는 부분을 위 그림의 오른쪽 그래프에 나타내었다. 공차가 T0에서 0으로 변경되면서 추가적으로 허용되는 부분이 생겼다. 하지만 여기서 가장 중요한 부분은 허용가능한 사이즈 범위도 함께 변경된다는 것이다. 위치공차가 MMC에서 정의되었기 때문에 MMC 사이즈 값에서 최초 위치공차값인 T0를 뺀 값으로 MMC 사이즈 값이 새롭게 변경된다.
0공차를 정의할 때 주의해야 할 점은 위치공차값은 0으로 변경할 뿐만 아니라 해당 재료조건의 사이즈 값도 함께 변경된다는 것이다. 그렇게 두 값이 함께 변경되면서 공차가 추가적으로 허용되는 영역이 생기게 된다.
LMC에서 0공차
최초로 정의된 위치공차 값을 T0로 보고, LMC에서 0공차까지 단계적으로 설명한다.
1. T0
최초로 정의된 위치공차 값을 T0로 보고, 이후 단계를 설명한다. 홀이기 때문에 가장 작은 사이즈가 MMC 사이즈이고, 가장 큰 사이즈가 LMC 사이즈가 된다. 위치공차를 T0로 정의하였을 때 위와 같이 정의된 홀은 오른쪽 그래프와 같이 위치공차가 허용된다. 위치공차가 RFS에서 정의되어 있기 때문에 실제 사이즈가 얼마인지와 관계없이 허용가능한 위치공차는 명시된 값 T0로 고정된다.
2. T0Ⓛ
이제 홀의 위치공차가 T0에서 T0Ⓛ로 변경되었다. 재료조건 모디파이어 Ⓛ이 공차조건으로 적용됨에 따라 FCF에 명시된 위치공차값은 피쳐가 LMC 상태일 때 적용된다. 따라서 홀이 가장 클 때가 LMC 상태이기 때문에 위치공차 T0는 LMC 상태일 때 적용되고, 홀이 LMC 상태에서 멀어진다면, 멀어지는 만큼 허용가능한 위치공차가 증가된다. LMC에 의해 추가적으로 허용되는 위치공차는 위 그림의 오른쪽 그래프에 나타내었다.
3. 0 Ⓛ
이제 홀의 위치공차가 T0Ⓛ에서 0Ⓛ으로 변경되었다. 재료조건 모디파이어 Ⓛ이 공차조건으로 적용됨에 따라 FCF에 명시된 위치공차값은 피쳐가 LMC 상태일 때 적용된다. 따라서 홀이 가장 클 때가 LMC 상태이기 때문에 위치공차 0은 LMC 상태일 때 적용되고, 홀이 LMC 상태에서 멀어진다면, 멀어지는 만큼 허용가능한 위치공차가 증가된다. LMC에 의해 추가적으로 허용되는 위치공차는 위치공차가 T0Ⓛ로 정의되었을 때 살펴본 것과 동일하다.
위치공차가 T0Ⓛ에서 0Ⓛ으로 변경되면서 0공차에 의해 추가적으로 허용되는 부분을 위 그림의 오른쪽 그래프에 나타내었다. 공차가 T0에서 0으로 변경되면서 추가적으로 허용되는 부분이 생겼다. 하지만 여기서 가장 중요한 부분은 허용가능한 사이즈 범위도 함께 변경된다는 것이다. 위치공차가 LMC에서 정의되었기 때문에 LMC 사이즈 값에서 최초 위치공차값인 T0를 더한 값으로 LMC 사이즈 값이 새롭게 변경된다.
0공차를 정의할 때 주의해야 할 점은 위치공차값은 0으로 변경할 뿐만 아니라 해당 재료조건의 사이즈 값도 함께 변경된다는 것이다. 그렇게 두 값이 함께 변경되면서 공차가 추가적으로 허용되는 영역이 생기게 된다.
결론
앞서 살펴본 내피쳐인 경우를 정리해보면 다음과 같다.
외피쳐는 내피쳐와 MMC와 LMC가 달라서 그래프가 대칭인 것만 제외하면 개념은 동일하다. 따라서 외피쳐는 따로 설명하지 않고, 전체를 정리한 그래프로 설명을 대신한다.
