기하공차(GD&T)는 제조업 현장에서 제품의 형상과 위치, 정렬 등을 표준화하여 정밀하게 제어하는 시스템입니다. 그중 원형도(Roundness)와 동심도(Concentricity)는 원형 또는 회전체 부품에 자주 사용되며, 개념이 유사하게 들리기 때문에 설계자나 기술자들이 혼동하기 쉽습니다. 하지만 이 두 공차는 엄연히 다른 목적과 적용 기준을 가지고 있으며, 적절한 선택이 제품의 성능, 수명, 조립 정밀도 등에 큰 영향을 줍니다. 이 글에서는 원형도와 동심도의 정의부터, 적용 기준, 실무 활용 사례까지 알기 쉽게 정리해 드리겠습니다.
1. 원형도(Roundness)란 무엇인가?
원형도(Roundness)는 하나의 단면 상에서의 형상이 얼마나 완전한 원 형태에 가까운지를 평가하는 공차입니다.
1). 원형도 정의
- 단면상에서 모든 점이 기준 원으로부터 동일 거리 내에 있어야 함.
- 중심 위치는 고려하지 않으며, 형상 자체의 정확성을 중시.
2). 도면 표기
예시:
| ○ 0.03 |
이는 단면에서의 형상 오차가 0.03mm 이내임을 의미합니다.
3). 적용 사례
- 베어링 하우징
- 회전체 샤프트
- 실린더 내부 면 등
4). 특징 요약
- 중심축 고려: 없음
- 단면 기준: 있음
- 측정 난이도: 비교적 쉬움
- 주목적: 원형 형상 정밀도 확보
2. 동심도(Concentricity)란 무엇인가?
동심도(Concentricity)는 두 개 이상의 원형 형상이 동일 중심축을 공유하는지를 평가하는 위치 공차입니다.
1). 동심도 정의
- 기준 중심축과 측정 대상의 중심축 간 거리 차이를 제한.
- 형상뿐 아니라 중심의 위치 정확성까지 고려.
2). 도면 표기
예시:
| ◎ 0.05 | A |
이는 기준 A를 기준으로 중심축의 오차가 0.05mm 이내여야 함을 의미합니다.
3). 적용 사례
- 회전체 샤프트 조립부
- 베어링 내 외륜 중심 정렬
- 회전 센서 정렬 부위 등
4). 특징 요약
- 중심축 고려: 있음
- 단면 기준: 없음 (전체적 중심 정렬)
- 측정 난이도: 매우 어려움
- 주목적: 조립 정렬성 및 회전 안정성 확보
3. 원형도 vs 동심도 – 주요 차이점 비교
| 구분 | 원형도(Roundness) | 동심도(Concentricity) |
| 목적 | 형상의 원형 정밀도 | 중심 위치 정렬 정확도 |
| 기준 | 단일 단면상 형상 | 중심축 기준 위치 |
| 측정 도구 | 게이지, CMM | 고정밀 CMM 필수 |
| 적용 부위 | 개별 원형 부품 | 서로 다른 원형 부품 조립부 |
| 측정 난이도 | 쉬움 | 어려움 (복잡한 수치 분석 필요) |
이처럼 원형도는 "형상"의 문제이고, 동심도는 "위치"의 문제입니다. 잘못 적용할 경우 가공 비용과 검사의 어려움이 증가하며, 실질적인 품질 관리에도 혼란을 초래할 수 있습니다.
4. 적용 기준: 어떤 상황에 어떤 공차를 적용할까?
1). 원형도가 적절한 경우
- 단일 부품의 단면 정밀도를 확보하고 싶을 때
- 고속 회전 시 진동과 소음 방지를 위해 형상 정밀도가 중요할 때
- 가공성, 측정 난이도를 고려해 간단한 공차가 필요할 때
2). 동심도가 필요한 경우
- 두 개 이상의 원형 요소가 조립되는 경우 (내 외륜, 샤프트 등)
- 회전 정렬이 중요한 모터, 베어링, 스핀들 설계
- 중심 위치 불일치로 인해 기능 장애가 우려될 때
3). 설계 시 고려 사항
- 측정이 어려운 동심도는 정말 필요한 경우에만 사용
- 대부분의 경우, 동심도보다 위치도(Position)로 대체 가능
- 고속 회전이 필요 없는 경우엔 원형도만으로도 충분한 경우 많음
5. 실무 설계 및 측정 사례
1). 사례 1: 자동차 크랭크샤프트
- 크랭크 핀과 저널의 중심 정렬이 중요 → 동심도 공차 사용
- 단면 원형 정밀도 → 원형도 공차 사용
2). 사례 2: 베어링 하우징
- 하우징 내경의 원형 정밀도 → 원형도
- 내 외륜 중심축의 정렬 → 동심도 (또는 위치도)
측정 방법 비교
| 공차 | 측정 장비 | 난이도 |
| 원형도 | 원형 게이지, CMM | 쉬움 |
| 동심도 | 고정밀 CMM + 기준 정렬 | 어려움 |
CMM(3차원 측정기)을 사용하는 경우, 소프트웨어 분석을 통해 중심축의 편차를 수치화할 수 있으나, 측정 조건과 기준 설정이 매우 중요합니다.
6. 결론: 상황에 맞는 공차 선택이 품질의 핵심
기하공차에서 원형도와 동심도는 비슷해 보이지만 전혀 다른 기능과 목적을 가진 공차입니다. 원형도는 형상 자체의 정밀도를, 동심도는 중심 위치의 정렬성을 보장합니다. 실제 설계에서는 측정 가능성, 기능적 요구, 생산성 등을 종합적으로 고려하여 불필요한 동심도 사용을 줄이고, 보다 현실적인 공차 전략을 세워야 합니다. 정확한 공차 선택은 제품의 성능과 생산 효율성을 동시에 높이는 열쇠입니다.
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