요소공차 검토
치수공차 · 끼워맞춤 · 표면조도 · 기하공차의 개념과 실무 적용
공차의 분류와 치수공차 도면의 한계
설계자는 제품의 기능(사용목적)과 경제성(제작원가)을 함께 고려하여 적절한 공차를 부여해야 한다. 공차가 작을수록 품질은 높아지지만 고정도 기계·숙련 작업자·장시간 가공이 필요해 비용이 급증한다.
| 대분류 | 세분류 | 규제 대상 |
|---|---|---|
| 치수공차 | 크기(size) | 형체의 크기와 형상을 규제 |
| 방향(dimension) | 형체의 방향·자세를 규제 (각도 등) | |
| 위치(dimension) | 형체의 위치를 규제 (좌표 치수 등) | |
| 기하공차 | 모양공차 — 단독형체 | 진직도, 평면도, 진원도, 원통도, 윤곽도 |
| 자세공차 — 관련형체 | 평행도, 직각도, 경사도, 윤곽도 | |
| 위치공차 — 관련형체 | 동축도, 대칭도, 위치도, 윤곽도 | |
| 흔들림 — 관련형체 | 원주 흔들림, 온 흔들림 |
핵심 설계 판단 기준: 소량생산·신뢰성 요구가 낮다면 치수공차만 적용이 경제적. 대량생산·호환성·신뢰성이 중요할수록 치수공차 + 기하공차를 함께 적용해야 한다.
치수공차 — 용어·IT 등급·일반 치수공차
개별 공차가 지시되지 않은 치수에 일괄 적용. 도면 표제란에 한 줄로 기재.
| 등급 | 기호 | 적용 대상 | 10~30mm 허용편차 예 |
|---|---|---|---|
| 정밀급 | f (fine) | 고정밀 기계 부품 | ±0.1 |
| 중급 | m (middle) | 일반 기계 부품 (가장 많이 사용) | ±0.2 |
| 거친급 | c (coarse) | 주조·단조 부품 | ±0.5 |
| 아주 거친급 | v (very coarse) | 반가공 소재 | ±1.0 |
📌 기재 예시: “일반치수 허용차 : KS B ISO 2768-1-m” (중급 적용 시)
끼워맞춤(Fit) — 종류·방식·공차역 기호
구멍 대문자(A~ZC) + IT 등급 숫자 / 축 소문자(a~zc) + IT 등급 숫자
(단, I, L, O, Q, W 는 숫자와 혼동 방지로 사용 금지)
▸ H7/f6 → 구멍 H7 + 축 f6 → 헐거운 끼워맞춤 (최소 틈새 발생)
▸ H7/k6 → 구멍 H7 + 축 k6 → 중간 끼워맞춤
▸ H7/p6 → 구멍 H7 + 축 p6 → 억지 끼워맞춤
💡 일반적으로 구멍 등급 = 축 등급 + 1 (6급 축 → 7급 구멍)
- 고정력은 주로 소재의 탄성력에 좌우 → 죔새만 크게 한다고 고정력이 높아지지 않음
- 죔새량이 크거나 강한 재질 → 수축 열박음 필요 (가열로 구멍 팽창 또는 냉각으로 축 수축)
- 수축 열박음은 기계적 압입보다 더 균일하고 양호한 고정력 확보 가능
치수기입 방법과 공차누적 방지
- 치수선, 치수보조선, 인출선, 보조기호를 사용하여 정확하게 기입
- 크기·자세·위치·표면상태를 가장 명확하게 나타낼 수 있도록 기입
- 될 수 있는 한 주 투상도(정면도)에 집중 기입
- 치수의 중복 기입 금지
- 별도 계산 없이 직접 읽을 수 있도록 기입
- 관련 치수는 한 곳에 모아서 기입
- 되도록 공정별로 분리하여 기입
- 기능과 제작을 고려하여 올바른 기준 설정 후 기입
- 참고 치수는 괄호로 표기: 예) (50)
- 특별 명시가 없는 한 마무리 치수를 기입
패턴 치수기입 핵심: 여러 구멍 패턴에서 패턴 전체 위치 정밀도(±0.1)와 패턴 내 구멍 간 위치 정밀도(±0.05)를 서로 다른 기준점으로 구분하여 기입해야 한다. 하나의 공차로 묶으면 불필요하게 엄격해져 생산 비용이 상승한다.
표면조도 — 표면조직의 구성과 파라미터
📐 표면 분리 원리: 실제 측정 단면 곡선은 형상(C) + 파상도(W) + 거칠기(R)가 합성된 신호다. 각 필터(λs, λc, λf)를 적용해 성분별로 분리하여 독립적으로 평가한다.
| 단면 곡선 | 파라미터 기호 | 설명 |
|---|---|---|
| 1차 단면 곡선 | P (Pa, Pz 등) | 필터 없이 측정한 전체 곡선. 거칠기+파상도+형상 모두 포함. 기준 길이 = 평가 길이와 동일. |
| 거칠기 단면 곡선 | R (Ra, Rz 등) | λc 필터로 장파(파상도) 성분을 제거한 곡선. 평가 길이 표준값 = 기준 길이 × 5. |
| 파상도 단면 곡선 | W (Wa, Wz 등) | λf·λc 필터 적용 후 파상도 성분만 분리. 형상(1차 곡선)은 최소 제곱법으로 먼저 제거. |
⚠️ 기어·캠 등 표면 상태가 기능에 직결되는 요소는 거칠기 파라미터만으로 규제가 불충분하다. 거칠기·파상도·치수 편차까지 포함하는 흔들림 공차(기하공차)로 병행 규제할 것.
기하공차 개요 — 독립의 원리·포락조건
도면상에 지정된 치수 및 기하 특성에 대한 요구사항은 특별한 관계가 지정되지 않는 한 서로 독립적으로 적용한다. 즉, 기하공차는 형체 치수와 무관하게 적용되며 치수공차를 만족해도 기하공차를 별도로 만족시켜야 한다.
💡 치수공차와 기하공차 사이에 상호 의존 관계를 원할 때는 포락 조건(Ⓔ), 최대 실체 공차방식(Ⓜ), 최소 실체 공차방식(Ⓛ) 중 하나를 명시적으로 지시해야 한다.
형체의 최대 실체 치수(MMS)에서 기하학적으로 완전한 형상의 포락선(경계)을 초과해서는 안 된다. 치수공차 뒤에 기호 Ⓔ를 붙여 지시.
📌 포락 조건 요약: MMS(최대 실체 치수)일 때 → 형상이 기하학적으로 완전해야 한다. LMS(최소 실체 치수) 방향으로 변할수록 → 포락선을 벗어나지 않는 범위 내에서 형상 오차가 허용된다. 치수공차 뒤에 기호 Ⓔ로 지시.
예) 구멍 H7(Ø40.000~40.025), 축 f6(Ø39.959~39.975) → 최소 틈새 = 40.000 − 39.975 = 0.025. 이 0.025를 가공 난이도에 따라 구멍과 축의 기하공차로 배분하여 지시한다.
기하공차 도시방법과 공차영역
| 분류 | 형체 유형 | 공차 종류 | 정의 (어긋남의 크기) |
|---|---|---|---|
| 모양공차 | 단독형체 (데이텀 불필요) | 진직도 | 기하학적으로 정확한 직선으로부터의 편차 |
| 평면도 | 기하학적으로 정확한 평면으로부터의 편차 | ||
| 진원도 | 기하학적으로 정확한 원으로부터의 편차 | ||
| 원통도 | 기하학적으로 정확한 원통으로부터의 편차 | ||
| 윤곽도(선/면) | 이론적으로 정확한 윤곽으로부터의 편차 | ||
| 자세공차 | 관련형체 (데이텀 필요) | 평행도 | 데이텀에 대해 평행이어야 할 형체의 편차 |
| 직각도 | 데이텀에 대해 직각이어야 할 형체의 편차 | ||
| 경사도 | 데이텀에 대해 이론적 정확 각도를 가져야 할 형체의 편차 | ||
| 위치공차 | 관련형체 (데이텀 필요) | 위치도 | 이론적 정확 위치로부터 점·선·면의 편차 |
| 동축도/동심도 | 데이텀 축으로부터 축선 또는 중심의 편차 | ||
| 대칭도 | 데이텀 중심면에 대한 대칭 위치로부터의 편차 | ||
| 윤곽도(위치) | 데이텀과 관련한 윤곽 편차 | ||
| 흔들림공차 | 관련형체 (데이텀 필요) | 원주 흔들림 | 데이텀 축 주위 1회전 시 지정 위치에서의 변위량 |
| 온 흔들림 | 데이텀 축 주위 연속 회전 시 전체 표면의 변위량 |
| 기호 | 의미 | 설명 |
|---|---|---|
| Ⓔ | 포락 조건 | MMS에서 완전 형상의 경계 초과 금지 |
| Ⓜ | 최대 실체 공차방식 | MMS 기준 공차역. 실 치수가 MMS에서 벗어나면 추가공차 허용 |
| Ⓛ | 최소 실체 공차방식 | LMS 기준 공차역. 최소 벽 두께 확보 등에 적용 |
| Ⓟ | 돌출 공차영역 | 공차역이 형체 표면 밖으로 돌출하여 적용 |
| □로 표시 | 이론적으로 정확한 치수(TED) | 공차 없는 기준 치수. 위치도·경사도 등과 함께 사용 필수 |
| LD / MD / PD | 나사·기어 지름 지정 | 골지름(LD) / 바깥지름(MD) / 피치원 지름(PD)에 적용 시 |
| CZ | 공통 공차영역 | 여러 형체에 하나의 공통 공차역 적용 |
| NC | 볼록하지 않음 | 형체가 볼록한 형상이 되지 않아야 함 |
데이텀 — 설정방법·우선순위·데이텀 표적
데이텀(Datum)은 자세·위치·흔들림 공차 등 관련 형체의 기하공차를 규제할 때 공차영역의 이론적으로 정확한 기하학적 기준이다. 올바른 데이텀 설정이 부품 기능과 측정 재연성을 결정한다.
| 우선순위 | 데이텀 평면 | 접촉점 수 | 규제 내용 |
|---|---|---|---|
| 1차 데이텀 | 가장 넓은 설치면 (기준 평면) | 3점 접촉 | 직각도 규제 |
| 2차 데이텀 | 1차에 직각인 평면 | 2점 접촉 | 평행도 및 기준 위치 규제 |
| 3차 데이텀 | 1·2차에 직각인 평면 | 1점 접촉 | 기준 위치 규제 |
데이텀 우선순위 표기: 공차 기입틀 내 데이텀 문자는 왼쪽이 높은 우선순위. 예) A|B|C = A가 1차, B가 2차, C가 3차. 우선순위가 바뀌면(A|C|B) 같은 부품이라도 가공 기준이 달라져 구멍의 위치·자세가 변한다.
데이텀 표적 종류: 점(X 표시) / 선(X를 선으로 연결) / 영역(2점쇄선+해칭). 1차: 3개, 2차: 2개, 3차: 1개 설정.
위치도·윤곽도·경사도 규제 시 기준 위치·방향을 나타내는 치수에 치수공차를 주면 기하공차와 중복되어 공차역 해석이 불명확해진다. 이를 방지하고자 공차가 없는 기준 치수를 사각형 틀(□)로 표시한다.
- TED는 반드시 기하공차와 함께 사용 — 단독으로 사용 불가
- 크기(size)가 아닌 위치·방향(dimension)을 나타내는 치수에만 적용
- 참고 치수·일반 치수공차 적용 치수에는 TED 적용 불가
최대·최소 실체 공차방식
▸ 축 실질 크기 = MMS + 기하공차
▸ 구멍 실질 크기 = MMS − 기하공차
| 구멍 실 치수 | 지시 기하공차 | 추가 허용 공차 | 합계 허용 공차 |
|---|---|---|---|
| MMS (최소) = Ø40.000 | Ø0.020 | — | Ø0.020 |
| Ø40.010 | Ø0.020 | +0.010 | Ø0.030 |
| Ø40.020 | Ø0.020 | +0.020 | Ø0.040 |
| LMS (최대) = Ø40.025 | Ø0.020 | +0.025 | Ø0.045 |
📊 MMS에서 LMS 방향으로 실 치수가 변화할수록 그 차이만큼 추가 기하공차가 허용된다. 제작 공차가 커져 경제적·효율적 생산이 가능하며, 기능 게이지(functional gauge)로 대량 부품을 효율적으로 검사할 수 있다.
- 2개의 형체가 조립되는 조립형체에 적용
- 도면 기하공차 값은 MMS일 때 적용값. 실 치수가 MMS에서 벗어날수록 그 차이만큼 추가 기하공차 허용
- 중심 또는 중간면이 있는 치수공차 형체에만 적용. 평면 표면이나 표면의 선에는 적용 불가
- 데이텀 형체에도 Ⓜ 기호 적용 가능. 이 경우 데이텀 형체가 MMS에서 벗어나면 데이텀 중심도 부동(float) 허용
⚠️ 적용 금지 사례: 운동학적 링크장치, 기어 중심 거리, 나사 홈 구멍, 조립 상호 영향 구멍 등 — 공차 증가가 기능 문제를 일으킬 수 있는 곳에는 최대 실체 공차방식 적용 금지.

