공차 (오차)

공차(公差, tolerance)는 기계부품 등을 제작할 때 설계상 정해진 치수에 대해 실용상 허용되는 범위의 오차를 가리킨다.

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개요

공차는 어느 기준값에 관해 규정된 최댓값과 최솟값의 차이를 말한다. 기계 부품에서 축과 구멍과 같이 끼워 맞춰 사용할 때 단단한 끼워맞춤인가 헐거운 끼워맞춤인가에 따라 기계의 성능에 크게 영향을 미친다. 부분품이 알맞은 틈새로 끼워 맞추어지는 것을 끼워맞춤이라 하고, 부분품의 사용 목적에 따라 단단한 끼워맞춤 또는 헐거운 끼워맞춤이 요구된다. 설계도에 기재된 치수는 설계계산에 의해 정해진 치수이며, 이것을 호칭치수라고 한다. 실제로 기계 가공을 하여 완성된 치수와 호칭치수가 똑같기란 어려우므로, 호칭치수에 대해 실용상 허용되는 최대치수와 최소치수를 정하고, 가공해서 다듬질한 후의 치수가 이 최대치수와 최소치수 사이 즉, 공차에 들어 있으면 공작이 쉬워진다. 공차는 끼워맞추기의 종류에 따라 다르며, 가공된 것이 공차의 범위 내에 들어 있는가를 검사하는 기구를 한계 게이지라고 한다.

종류

치수공차

치수공차는 설계 의도에 관한 부품 기능상 허용되는 치수의 오차 범위를 말한다. 기준 치수에 대하여 가공상 허용되는 오차를 포함한 치수를 허용한계치수라고 하며, 치수의 큰 쪽을 최대허용치수, 작은 쪽을 최소허용치수라고 한다. 최대허용치수와 최소허용치수의 차를 치수공차 또는 공차라고 한다. 최대허용치수 또는 최소허용치수에서 기준 치수를 뺀 값을 각각 위의 치수허용차, 아래의 치수허용차라고 부른다.

끼워맞춤 공차

끼워맞춤 공차는 구멍 또는 축의 표준 공차로 기준식을 세운 표준 공차 등급과 IT 등급으로 구성되어 있다. 표준 공차 등급과 IT 등급을 합해 공차 등급이라고 부른다. 기준방식에는 구멍 기준식과 축 기준식이 있다. 구멍 기준식은 구멍을 기준으로 축의 공차를 지정하는 방식으로 일반적으로 사용하는 방식이다. 축 기준식은 축을 기준으로 공차를 지정하는 방식이다. 끼워맞추는 경우 틈새와 죔새가 존재하는데, 틈새는 구멍지름이 축지름보다 큰 경우 두 지름의 차이다. 죔새는 반대로 구멍지름보다 축지름이 큰 경우의 두 지름의 차를 말한다. 끼워맞춤의 종류에 따라서 몇 가지 종류로 나뉜다. 헐거움 끼워맞춤은 구멍과 축 사이의 틈새가 항상 존재하는 경우, 억지 끼워맞춤은 구멍과 축 사이의 죔새가 항상 존재하는 경우를 말한다. 중간 끼워맞춤은 틈새와 죔새가 함께 존재한다는 것인데, 이것은 공차 표현상 함께 존재한다는 의미이고, 실제로 모두 조립한 경우에는 틈새 또는 죔새만 존재한다.

기하공차

기하공차란 공학 설계나 CAD에서 허용할 수 있는 기본치수와 편차를 나타내는 기호언어이다. GD&T라는 약칭이 많이 쓰인다. 쉽게 말해 어느 정도까지 형상 오차를 허용할 수 있는가를 지표로 정하는 것을 말한다. 기하공차가 중요한 이유는 설계에서 잘못 표기되거나 누락, 오차가 발생하게 될 경우 부품 간에 조립이 되지 않거나 조립 후에도 기계 성능 및 소음, 특성 등이 제대로 작동하지 않을 수 있기 때문이다. 간단한 기계라면 적은 부품으로 이뤄지기 때문에 문제가 발생하지 않을 수도 있지만 복잡하고 부품이 많아지게 되면 호환성이나 조립성 등에 문제가 발생할 수 있다. 기하공차의 종류에는 모양공차, 자세공차, 위치공차, 흔들림 공차가 있다.

필요성

반도체 설비와 같이 정밀한 기계류를 생산하기 위해서는 그만큼의 정밀한 공차 관리가 필요하다. 가공업체도 반도체 장비 가공품을 전문으로 하는 곳이 있고 그렇지 않은 경우는 일반 산업 기계를 전문으로 하는 곳이 있다. 가공에는 여러 가지 변수를 수반하는데 소재의 상태, 툴의 마모량, 기계의 사용 연한에 따른 마모 등 공차 변수가 많이 발생한다. 정밀한 공차 관리가 필요할 경우 그만큼 실력 있는 가공업체에 맡겨야 하고 이는 가격 부분에 상승요인으로 작용하게 된다. 실제로도 가공업체의 역량에 따라 공차 및 품질에 차이가 있다는 것을 경험하게 된다. 공차는 특정 가공 소재의 크기에 비례하게 되는데 예를 들어, 길이가 100mm인 환봉의 길이 공차보다는 3,000mm인 환공의 길이 공차가 더 커지게 된다. 설계할 때 공차 관리를 위해서는 기본적인 기준이 필요하다. 하지만 공차를 책에 나와 있는 기준에 맞추어 작성하였다고 해도 100% 맞지 않을 수 있다. 예를 들어서 특정 구멍에 볼 부쉬를 끼워 넣을 경우 도금의 두께 등을 고려해서 0.05~0.03의 공차를 적용하는 것을 예로 들 수 있다. 이러한 것을 경험에 의한 공차라고 하는데 현업에서는 이러한 일이 종종 발생하게 된다. 따라서 공차 설계의 기준은 편람에 나와 있는 내용으로 하지만 경험 있는 설계자의 확인이 필요하다.

참고자료

• 〈공차(설계)〉, 《나무위키》
• 〈공차〉, 《두산백과》
• 〈치수공차〉, 《두산백과》
• 〈기하공차〉, 《두산백과》
• 고컴고캣, 〈기하공차란? / 기하공차의 종류와 기호를 알아보자!〉, 《티스토리》, 2021-09-15
• 똑순이밍쓰, 〈기하공차 종류와 기호 - 기구설계 이론 5〉, 《티스토리》, 2020-05-13
• Chandler, 〈치수 공차를 관리하는 이유〉, 《인사이드 인사이트》

같이 보기

• 공차 (자동차)
• 공차

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