기초 #02 FCF(피쳐 컨트롤 프레임)의 구성요소

 

GD&T는 심볼과 작성방식을 표준화하여 설계자, 생산자, 검사자가 공통된 언어로 소통할 수 있게 해준다. 이러한 GD&T 정보를 전달하기 위해 피쳐 컨트롤 프레임(Feature Control Frame, 이하 FCF)을 사용한다. FCF를 사용하여 피쳐의 기하학적 요구사항을 전달한다. FCF에는 통제하려는 기하학적 특성과 공차영역에 대한 정보가 포함된다. FCF는 작성자와 사용자 간의 의사소통을 명확하게 하기 위해 정해진 방식을 따라 작성되어야 한다. FCF는 단일 피쳐뿐만 아니라 복수 피쳐나 패턴 피쳐의 기하학적 요구사항을 전달하기 위해 사용할 수 있다.

 

위 그림의 FCF는 패턴홀의 사이즈 치수 아래 있다. 따라서 이 FCF는 패턴홀을 통제한다. FCF를 사용하여 패턴홀의 기하공차가 정의되어 있다. FCF에는 통제정보가 포함된다. 지금은 FCF에 포함되어야 하는 모든 내용을 다루지는 않을 것이다. 먼저 FCF에 통제정보가 어떻게 구성되는지를 살펴볼 것이다.

 

GD&T에서 FCF가 가장 기본이 되는 요소이다. GD&T를 이해하기 위해 가장 먼저 FCF를 읽는 방법을 익혀야 한다. FCF를 읽으려고 할 때 가장 먼저 할 일은 읽으려는 FCF를 정하는 것이다. 도면에 FCF이 몇 개가 있든 10개가 있든 일단 하나의 FCF을 정한다. 읽으려는 FCF를 정했다면, 이제 FCF의 구성요소를 하나씩 살펴보자.

1. 통제대상 : 피쳐

 

FCF는 지시선과 연결된다. 이 지시선이 지시하고 있는 피쳐가 해당 FCF의 내용에 따라 통제되는 대상이다. 지시선이 아닌 다른 방법으로 연결할 수도 있다. 치수 보조선에 연결할 수도 있고, 서피스 연장선에 연결할 수도 있다. 서피스를 통제할 것인지 사이즈 피쳐를 통제할 것인지에 따라 피쳐와 FCF의 연결방식이 달라진다. 무엇을 통제하는지에 따라 통제요소가 차이가 있기 때문에 연결방식을 보고 서피스를 통제하는 것인지 사이즈 피쳐를 통제하는 것인지 구분할 수 있어야 한다. 이는 이후에 자세히 살펴볼 것이다. 이제 대상 피쳐를 확인했으니 그 피쳐가 어떻게 통제되어야 하는지 FCF의 내용을 자세히 살펴보자.

2. 통제특성 : 공차종류

 

FCF의 첫째 칸에는 공차종류를 나타내는 심볼이 명시된다. 이 심볼은 피쳐의 어떤 기하학적 특성을 통제할 것인지 직관적으로 보여준다. 심볼 모양만으로도 직선으로 통제할 것인지 평면으로 통제할 것인지 수직을 통제할 것인지 평행을 통제할 것인지 쉽게 알 수 있다. 구체적으로 어떻게 통제하는지는 자세히 살펴봐야 하지만, 심볼만으로도 어떤 상태로 통제하고자 하는지 쉽게 파악할 수 있다.

 

공차종류를 나타내는 심볼은 12종류가 있다. 이는 2018 표준에서 사용할 수 있는 심볼이며, 이전에는 대칭공차와 동축공차를 포함하여 14종류를 사용할 수 있었다. 하지만 대칭공차와 동축공차는 위치공차로 대체해도 동일한 목적을 달성할 수 있어 특별한 경우가 아닌 한 설명하지 않는다. 심볼은 심볼마다 작성규칙과 해석방법이 있으며, 이는 각 심볼을 설명할 때 자세하게 설명한다.

 

특정 상태를 통제하기 위해 특정 심볼만 사용해야 하는 것은 아니다. 예를 들면, 진직편차는 진직공차뿐 아니라 선윤곽공차로도 통제할 수 있다. 또한 진직편차를 통제하고자 하는 피쳐, 수직편차를 통제하고자 하는 피쳐가 있을 때 이들을 모두 윤곽공차 하나만 사용하여 통제할 수도 있다.

 

각 심볼이 특정 상태를 통제하도록 구분되어 심볼만 보고도 통제하고자 하는 특성을 쉽게 인식할 수 있다. 평행편차를 통제하기 위해 경사공차를 사용하여 규제할 수도 있지만, 평행공차를 사용하면 해당 피쳐가 평행으로 통제됨을 직관적으로 인식할 수 있다.

도면작성자는 사용자가 도면을 빠르고 정확하게 이해할 수 있도록 도면을 작성해야 할 의무가 있다. 따라서 공차종류를 나타내는 심볼은 사용자를 고려하여 선택하는 것이 바람직하다. 어떤 경우에 어떤 심볼을 선택하는 것이 사용자에게 더 이로운지는 해당사항이 있을 때 개별적으로 설명한다.

3. 통제정도 : 공차영역

 

FCF의 둘째 칸에는 공차영역이 명시된다. 공차영역은 어느 정도의 편차를 허용할 수 있는지를 나타내며, 실제 피쳐가 있어야 하는 영역이다. 공차영역은 크기와 형상으로 정의하는데, 이는 가장 기본적인 형식이다. 공차영역이 적용되는 조건을 모디파이어로 수정할 수 있지만, 이는 나중에 설명한다. 값과 형상을 나타내는 심볼만으로 공차영역을 정의하면 모든 상황에서 이 공차영역이 동일하게 적용됨을 의미한다.

 

공차영역의 크기는 허용할 수 있는 편차를 값으로 정의한다. 이 때 표기된 값은 피쳐에 허용되는 전체 공차 크기를 나타낸다. 단위는 FCF에 표기하지 않고, 도면 기준을 따른다. 단위가 밀리미터이든 인치이든 기하공차의 해석은 달라지지 않는다.

 

공차영역의 형상은 심볼로 정의하는데 심볼이 없다면 기본적으로 평행한 두 평면으로 이루어진 너비형 공차영역이 정의된다. 다른 형상의 공차영역을 정의하려면 심볼을 사용한다. 원통형 공차영역은 심볼 “∅”를, 구형 공차영역은 심볼 “S∅”를 사용한다.

4. 통제기준 : 데이텀 피쳐

 

FCF의 셋째 칸 이후에는 데이텀 피쳐를 명시한다. 데이텀 피쳐는 해당 피쳐를 통제하는 기준이 되며, 이를 기준으로 피쳐의 자세와 위치가 정의된다. 이를 통해 공차영역의 자세 또는 위치가 정해지고, 자유도가 제한된다.

 

데이텀 피쳐는 기하공차 종류에 따라 반드시 참조해야 하는 경우도 있고, 참조해서는 안되는 경우도 있다. 또 일부 기하공차는 참조해도 되고 참조하지 않아도 되는 경우도 있다. 데이텀 피쳐는 필요한 경우에만 참조해야 하는데, 통제대상인 피쳐가 다른 피쳐를 기준으로 통제될 필요가 있는 경우에만 참조한다. 데이텀 피쳐는 필요한 만큼 참조할 수 있고, 우선순위를 두고 1차, 2차, 3차 데이텀 피쳐로 참조할 수 있다. 데이텀 피쳐 문자는 도면에 동일한 문자로 식별된 피쳐를 나타낸다.

5. 통제정보 : 전체 FCF

FCF는 피쳐를 통제대상으로 하여 공차종류로 통제하고자 하는 피쳐의 기하학적 특성을 정의하고, 공차영역으로 통제정도를 정의하고, 데이텀 피쳐로 통제기준을 정의할 수 있도록 구성된다. 이렇게 구성된 FCF는 해당 피쳐에 적용되는 공차영역을 해석하는데 필요한 통제정보를 제공한다.

6. 예시

FCF는 일반 문장처럼 왼쪽에서 오른쪽으로 읽는다. 그렇다면 앞서 보았던 도면의 FCF를 문장처럼 읽어보자.

 

이 FCF는 ∅5±0.2로 정의된 패턴홀을 통제한다. 위치공차는 ∅0이고 이 위치공차의 공차는 MMC상태일 때 적용된다. 그리고 데이텀 피쳐 A를 1차 데이텀 피쳐로 데이텀 피쳐의 MMB를 2차 데이텀 피쳐로 참조하고 있다.

MMC, MMB를 간단히 설명하면, 앞의 Ⓜ︎은 공차가 적용되는 조건을 모디파이어이고, 뒤의 Ⓜ︎은 참조하는 경계조건을 수정하는 모디파이어이다. 즉 공차영역 다음의 모디파이어는 “해당 공차는 OO일 때 적용된다”로 읽고, 데이텀 피쳐에 문자 다음의 모디파이어는 “데이텀 피쳐의 OO를 O차 데이텀 피쳐로 참조한다”라고 읽으면 된다. 자세한 내용은 이후에 설명한다.

이처럼 FCF를 이해하기 위해 각 요소들을 하나의 단어로 보고 전체를 하나의 문장으로 연결해 읽어보는 것이 도움이 된다.

7. 나아가

각 구성요소들을 다양한 방식으로 조합하여 피쳐를 규제할 수 있지만, 일부 조합은 가능하지 않기도 하다.

 

  어떤 대상은 어떤 공차로 규제할 수 없다.

      예) 서피스는 위치공차로 규제할 수 없다.

  어떤 대상은 심볼을 사용하여 공차영역의 형상을 변경할 수 없다.

      예) 서피스는 직경심볼로 공차영역의 형상을 변경할 수 없다.

  어떤 공차는 통제기준이 필요하지 않다.

      예) 모양공차는 데이텀이 필요하지 않다.

  어떤 공차는 통제기준이 항상 필요하다.

      예) 흔들림공차는 데이텀이 항상 필요하다.

  어떤 공차는 심볼로 공차영역의 형상을 변경할 수 없다.

      예) 윤곽공차는 직경심볼로 공차영역의 형상을 변경할 수 없다.

  어떤 공차는 항상 심볼로 공차영역의 형상을 변경해야 한다.

      예) 진원공차는 항상 직경심볼 또는 구직경심볼로 공차영역의 형상을 원통형이나 구형으로 변경해야 한다.

 

지금 이 내용을 모두 이해할 필요는 없다. 각 요소를 앞으로 자세히 살펴볼 것이며, 구성요소들의 의미를 제대로 이해하게 되면, 특정 조합이 불가능한 이유를 자연스럽게 알 수 있게 된다. 이는 마치 문법적으로 맞지 않은 문장이 어색하게 들리는 것과 같은 것이다.

 

문장을 구성하는 각 단어의 의미를 모르면 문장을 이해할 수 없듯이
FCF를 구성하는 각 구성요소의 의미를 모르면 FCF도 이해할 수 없다.

문장을 올바르게 쓰고 읽으려면 문법을 알아야 하듯이
FCF를 올바르게 쓰고 읽으려면 GD&T 문법을 알아야 한다.

글에는 주어와 서술어가 반드시 필요하듯이
GD&T에는 피쳐와 FCF가 반드시 필요하다.