복합 공차(Composite Tolerance)의 이해
기하공차(GD&T, Geometric Dimensioning and Tolerancing)는 부품의 정밀도와 조립 적합성을 확보하기 위한 강력한 도구입니다. 그중에서도 복합 공차(Composite Tolerance)는 위치도, 동심도, 평행도 등에서 정확한 제어와 유연한 허용을 동시에 구현할 수 있는 고급 기법입니다. 복합 공차는 하나의 기준 요소(Datum)를 중심으로 위치나 방향의 허용 오차를 수준별로 다르게 지정할 수 있도록 하여, 기능적인 요구사항을 보다 세밀하게 반영할 수 있게 해 줍니다. 본 글에서는 복합 공차의 개념, 기호 해석 방법, 주요 적용 분야, 도면 작성법, 그리고 실무 활용 사례를 통해 이를 구체적으로 이해해 보겠습니다.
1. 복합 공차(Composite Tolerance)란?
복합 공차는 두 줄 이상의 기하공차 프레임으로 표현되며, 하나의 치수에 대해 두 가지 수준의 공차를 적용할 수 있는 방식입니다.
1). 복합 공차의 기본 구조
- 첫 번째 줄: 전체 패턴의 위치 또는 방향 공차
- 두 번째 줄: 각 개별 요소 간의 상대적 정렬 공차
예:
| Ⓟ 0.4 Ⓜ | A | B | C |
| Ⓟ 0.1 Ⓜ | A |
이러한 구조는 특정 기준 면(Datum)에 대해 부품 전체의 정렬을 보장하면서도, 각 구멍 또는 패턴 간의 정렬 정확도까지 제어할 수 있도록 해줍니다.
2. 복합 공차와 일반 위치 공차의 차이점
복합 공차와 일반 위치 공차의 가장 큰 차이점은 공차 적용의 세부 수준에 있습니다.
| 구분 | 일반 위치 공차 | 복합 위치 공차 |
| 적용 대상 | 전체 패턴의 위치 | 전체 + 개별 요소 간 관계 |
| 기호 구조 | 1줄 프레임 | 2줄 프레임 |
| 정렬 제어 | 없음 | 상대 위치까지 정밀 제어 |
| 유연성 | 낮음 | 높음 |
예시 비교
- 일반 위치 공차:
| Ⓟ 0.5 | A | B | C |
→ 전체 허용 0.5 mm
- 복합 공차:
| Ⓟ 0.5 | A | B | C |
| Ⓟ 0.1 | A |
→ 패턴 내 정렬 정밀 제어
복합 공차를 사용하면 조립 공차를 넉넉히 확보하면서도, 기능상 중요한 정렬 정확도는 유지할 수 있습니다.
3. 복합 공차 적용 시 주요 기준 요소(Datum)의 설정
복합 공차를 효과적으로 적용하려면 기준면(A, B, C 등)의 설정이 매우 중요합니다. 기준 요소는 부품의 조립 위치와 방향성을 결정짓는 요소로, 복합 공차에서는 기준 요소에 따라 공차 적용 방식이 달라집니다.
1). 기준 요소 설정 팁
- 1차 기준(A): 조립이나 기계 가공 시 기준이 되는 면
- 2차 기준(B): 방향을 정의하는 기준
- 3차 기준(C): 위치를 결정짓는 기준
복합 공차의 두 번째 줄에서는 일반적으로 첫 번째 기준(A)만 사용하여, 개별 요소의 정렬을 전체 기준에 맞추도록 설계합니다.
4. 복합 공차의 실무 활용 사례
1). 사례 1: 다공(多孔) 플랜지 설계
- 플랜지에 4개의 구멍이 있는 경우, 구멍 간 정렬이 중요
- 복합 공차로 전체 위치 허용(0.5 mm), 구멍 간 정렬은 0.1 mm로 정밀 제어
- 조립성은 확보하고 성능도 향상됨
2). 사례 2: 전자 부품 고정 홀 설계
- 기판에 위치한 구멍 패턴의 정렬성 보장
- 기계적 진동을 줄이기 위해 복합 공차 사용
- 허용 오차 균형을 유지하면서 기능 요구사항 만족
3). 사례 3: 자동차 부품 마운팅 설계
- 브래킷 구멍 3개가 모두 평면 기준에서 일관되게 고정되어야 함
- 복합 공차로 위치 공차 + 구멍 간 정렬 보장
실무에서는 이러한 복합 공차를 통해 제품의 신뢰성, 조립성, 생산성을 동시에 확보할 수 있습니다.
5. 도면 작성 시 복합 공차 표현법과 주의사항
1). 표현 방법
- 반드시 두 줄의 기하공차 프레임으로 구성
- 기준 요소는 각각의 줄에 따라 다르게 기입 가능
- 두 번째 줄에 기준 요소 생략 시, 첫 번째 줄 기준이 암묵적으로 적용됨
2). 주의사항
- 사각형 테두리의 Basic Dimension과 함께 사용
- 혼동 방지를 위해 단일 공차와 복합 공차 구분 철저
- CAD 시스템에서 올바르게 구현되도록 검사 기준 설정 필수
3). 추천 표기 예:
| Ⓟ 0.3 Ⓜ | A | B | C |
| Ⓟ 0.1 Ⓜ | A |
이러한 방식은 측정 장비(CMM 등)로도 쉽게 인식 가능하여 검사 효율도 높일 수 있습니다.
6. 결론: 복합 공차는 정밀 설계의 열쇠
복합 공차(Composite Tolerance)는 단일 공차로 해결할 수 없는 정밀한 제어를 가능하게 해주는 GD&T의 핵심 기능 중 하나입니다. 복합 공차를 활용하면, 조립 오차는 줄이되 제조 공정의 유연성은 확보할 수 있어, 특히 자동차, 항공우주, 정밀 기계 분야에서 그 활용도가 매우 높습니다. 정확한 기준 설정과 도면 해석, 그리고 실제 생산과의 피드백을 통해 복합 공차를 효과적으로 적용한다면, 제품의 품질과 신뢰성, 생산성까지 한 단계 끌어올릴 수 있습니다.