기하공차란 무엇인가? 알아보기

기하공차(Geometric Dimensioning and Tolerancing)는 기계 설계와 제조 분야에서 부품의 형상, 방향, 위치, 진동 등을 명확히 정의하기 위해 사용되는 국제적인 표기 체계입니다. 기하공차는 단순한 치수 표기를 넘어, 기능적 요건에 기반한 정밀한 공차 기준을 제시함으로써 생산성 향상과 품질 확보를 동시에 달성할 수 있게 해 줍니다. 과거에는 단순한 수치 치수와 일반 공차만으로 설계를 표현했지만, 오늘날 복잡한 제품과 정밀 부품의 요구사항을 만족시키기 위해선 더 세밀한 공차 지정이 필수입니다. 이 글에서는 "기하공차란 무엇인가?"라는 질문을 중심으로, 기하공차의 핵심 개념부터 실무 적용까지 체계적으로 설명하겠습니다.

 

 

1. 기하공차의 기본 개념 이해하기

 1). 기하공차란?

기하공차는 제품 설계 도면에서 부품의 형태와 상호 관계를 수학적 기호와 공차로 표현하는 방법입니다. 이는 부품의 기능적 요구를 충족하는 범위 내에서 허용 가능한 오차를 정의함으로써, 제조 공정에서의 품질을 확보하고 검사 기준을 명확히 할 수 있게 합니다.

 2). 기하공차의 목적

  - 정밀도 확보: 허용 가능한 형태, 방향, 위치, 진동 오차를 명확히 정의

  - 의사소통 효율성 향상: 설계자, 생산자, 검사자 간 명확한 공차 기준 공유

  - 불필요한 가공 비용 절감: 지나치게 정밀한 가공을 피하고, 필요한 부분에만 정밀도 집중

  - 품질과 신뢰성 향상: 검사 기준의 일관성으로 제품 품질 확보

 3). 기하공차 vs 일반 공차

기하공차는 일반적인 크기 공차보다 훨씬 더 많은 정보를 제공합니다. 일반 공차는 부품의 길이나 지름 등의 치수에만 적용되는 반면, 기하공차는 형상, 방향, 위치, 진동까지도 포함합니다.

 

2. 기하공차의 주요 기호와 의미

기하공차는 크게 5가지 카테고리로 나눌 수 있으며, 각 카테고리는 고유한 기호로 표현됩니다.

 1). 형상 공차 (Form Tolerance)

  - 직진도 (Straightness): 선이 얼마나 곧은지를 나타냄

  - 평면도 (Flatness): 면이 얼마나 평평한지를 정의

  - 원형도 (Roundness): 원이 얼마나 정확한 원 모양인지 나타냄

  - 원통도 (Cylindricity): 원통 형상이 이상적인 원통에 얼마나 가까운지

 2). 방향 공차 (Orientation Tolerance)

  - 평행도 (Parallelism): 두 요소가 얼마나 평행했는지

  - 직각도 (Perpendicularity): 두 요소가 얼마나 직각을 이루는지

  - 경사도 (Angularity): 지정된 각도를 유지하는 정도

 3). 위치 공차 (Location Tolerance)

  - 위치도 (Position): 요소의 정확한 위치에 대한 허용 오차

  - 대칭도 (Symmetry): 중심선 기준으로 대칭되는 정도

  - 동심도 (Concentricity): 중심점이 얼마나 일치하는지

 4). 진동 공차 (Runout Tolerance)

  - 원심도 (Circular Runout): 회전 시 단면의 진동 허용 범위

  - 전반 원심도 (Total Runout): 전체 표면의 진동 허용 범위

 5). 프로파일 공차 (Profile Tolerance)

  - 곡면 프로파일과 선 프로파일로 구성되며, 제품 외형 형상 전체 또는 일부에 적용

이러한 기호는 도면에 직접 표시되며, 해당 공차 기호 옆에 수치로 허용 오차 범위를 명시합니다.

 

3. 기하공차의 실무 적용 사례

기하공차는 단순히 도면 상의 표기만이 아니라, 실제 제조와 검사 단계에서 큰 역할을 합니다.

 1). 제조 단계에서의 활용

제조업체는 기하공차 정보를 통해 어떤 부분을 정밀하게 가공해야 하고, 어떤 부분은 일반 수준으로 처리해도 되는지를 판단할 수 있습니다. 이를 통해 제조 시간을 단축하고 가공비를 절감할 수 있습니다.

  - 샤프트의 추심도 공차를 엄격히 하면 베어링의 수명을 늘릴 수 있음

  - 평면도를 기준으로 조립 부품의 밀착도를 높임

 2). 검사 단계에서의 활용

기하공차는 제품이 설계 요건에 부합하는지 여부를 판단하는 기준이 됩니다. 검사 장비(CMM 등)를 통해 측정 데이터를 수집하고, 허용 범위 내에 있는지를 확인합니다.

  - CMM을 이용한 평면도 측정

  - 회전체의 원심도 측정으로 진동 여부 판단

 3). 품질 보증 및 고객 신뢰 향상

기하공차를 철저히 적용하면, 제품의 품질이 일정하게 유지되므로 고객 신뢰도가 향상됩니다. 특히 자동차, 항공, 의료기기 등 고정밀 산업에서는 필수 요소입니다.

 

4. 기하공차의 표준 및 국제 규격

기하공차는 국제적으로 통용되는 표준이 존재합니다. 주로 두 가지 규격이 널리 사용됩니다.

 1). ASME Y14.5 (미국 표준)

미국기계기술자협회에서 발행한 규격으로, 북미 지역과 많은 글로벌 기업에서 채택하고 있습니다. 기호와 해석 방식이 체계적이며 실무 중심입니다.

 2). ISO 1101 (국제 표준)

국제표준화기구(ISO)에서 제정한 규격으로, 유럽과 아시아 지역에서 많이 사용됩니다. 최근에는 글로벌 프로젝트에서는 ISO 표준을 선호하는 추세입니다.

 3). CAD 및 소프트웨어 연계

기하공차는 2D 도면뿐만 아니라 3D CAD에서도 표현할 수 있으며, 최근에는 MBD(Model Based Definition) 방식이 확산되고 있습니다. 이는 도면 없이 3D 모델 상에서 기하공차 정보를 직접 주는 방식입니다.

 

기하공차는 단순한 도면 표현을 넘어, 설계자와 제조자, 검사자 간의 정확한 의사소통을 가능하게 하는 정밀 엔지니어링 언어입니다. 이를 제대로 이해하고 활용하면, 제품의 품질을 획기적으로 높이고 불필요한 비용과 오류를 줄일 수 있습니다. 오늘날 고정밀 제품의 시대에서 기하공차는 더 이상 선택이 아닌 필수입니다. 이 글을 통해 기하공차의 개념과 실제 적용에 대한 폭넓은 이해를 얻고, 실무에 효과적으로 활용해 보시기 바랍니다.