도면의 모든 치수에는 공차가 필요하며, 공차의 종류를 선택하는 것은 공차 값을 정하는 것만큼이나 중요합니다. 10.00 ±0.05와 같은 양측 공차는 공칭 치수의 양쪽 모두에서 편차를 허용합니다. 반면 10.00 +0.05/-0.00과 같은 일측 공차는 한쪽에서만 편차를 허용합니다. 이 선택은 단순한 스타일의 문제가 아닙니다. 이는 부품의 결합 여부, 가공 현장이 치수를 어떻게 목표치로 설정할지, 그리고 가공 비용이 얼마나 들지를 결정하기 때문입니다. 이 가이드에서는 두 유형을 실제 예시를 통해 비교하고, 각각을 적용해야 할 시기를 설명하며, 대부분의 기사에서 다루지 않는 CNC 가공에 관한 세부 사항까지 다룹니다.
공차란 무엇인가요?
공차는 실제 치수가 공칭값으로부터 얼마나 벗어나도 허용되는지를 나타냅니다. 모든 공차는 두 가지 한계, 즉 허용 가능한 최대 치수와 최소 치수를 정의합니다. 이 둘 사이의 간격을 공차 영역이라고 합니다. 이 영역은 공칭값을 중심으로 위치할 수도 있고, 한쪽으로 치우쳐 있을 수도 있으며, 한쪽 한계에 완전히 고정되어 있을 수도 있습니다. 도면 표기법은 제작 현장에 어떤 배치가 의도되었는지를 알려줍니다.
양측 내성(bilateral tolerance)이란 무엇인가요?
양측 공차는 치수가 공칭값의 양쪽 어느 쪽이든 될 수 있도록 허용합니다. 가장 일반적인 형태는 균등 양측 공차입니다. 10.00 ±0.05는 부품의 치수가 9.95 mm에서 10.05 mm 사이의 어느 값이든 될 수 있음을 의미합니다. 공차 구간의 중앙에 공칭값이 위치하기 때문에, 기계 가공자와 검사자가 이를 다루기 쉽습니다.
‘불균등 양측’은 양쪽에 서로 다른 값이 적용된 동일한 개념입니다. 10.00 +0.03/-0.01은 10.01 mm에서 10.03 mm까지의 범위를 허용합니다. 이 구역은 여전히 양측이지만, 플러스 쪽으로 치우쳐 있습니다. 명칭보다 산술적 계산이 더 중요합니다. 10.00 +0.03/-0.01의 경우 목표 중심은 10.00 mm가 아니라 10.02 mm입니다.
일방적 관용이란 무엇인가?
표기법 10.00 +0.05/-0.00은 하한을 공칭값으로 고정합니다. 즉, 부품의 치수는 10.00 mm에서 10.05 mm 사이여야 하며, 이보다 작아서는 안 됩니다. 또 다른 일반적인 표기법인 10.00 +0.00/-0.10은 9.90 mm에서 10.00 mm 사이의 치수를 허용하지만, 이를 초과해서는 안 됩니다.
일방적 방식이 양방적 방식보다 “더 엄격한” 것은 아닙니다. 위의 두 예시 모두 0.10 mm의 허용 오차 구간을 형성합니다. 차이점은 그 허용 오차 구간이 어디에 위치하느냐에 있습니다. 일방적 허용 오차 구간은 하나의 기능적 한계를 공칭값에 고정시키고, 모든 제조 공차를 안전한 방향으로 포함되도록 합니다.
양측성 대 일측성: 차이점은 무엇일까요?
| 측면 | 양자간 | 일방적인 |
|---|---|---|
| 변동의 방향 | 공칭값보다 높거나 낮음 | 한쪽 면만 |
| 예시 | 10.00 ±0.05 → 9.95–10.05 | 10.00 +0.05/-0.00 → 10.00-10.05 |
| 명목상의 의미 | 영역의 중심을 조준 | 해당 구역의 경계 중 하나 |
| 일반적인 용도 | 전체 치수, 커버, 브라켓, 하우징 | 적합도, 밀봉면, 원재, 마모 여유 |
| 가독성 | 매우 흔하고, 널리 알려져 있는 | 한도를 이해했다면 지우세요 |
| 검사 | 상한과 하한 확인 | 동일한 확인; 하나의 제한에 그 의도가 담겨 있다 |
이 두 가지 표기법은 동일한 총 도수를 나타낼 수 있습니다. ‘10.00 +0.10/-0.00’과 ‘10.00 ±0.05’는 모두 0.10 mm의 편차를 허용하며, 단지 편차의 위치만 다르게 표시할 뿐입니다. 올바른 위치를 선택하는 것은 정밀도 문제가 아니라 설계상의 결정입니다.
언제 일방적 관용을 적용해야 할까요?
구역의 한쪽 한계가 초과될 경우 오류가 발생하는 경우에는 ‘일방적’을 사용하십시오.
- 적합성 및 간격. 압입 핀은 허용 한계를 초과해서는 안 되며, 그렇지 않으면 조립 시 걸림 현상이 발생합니다. 또한 슬라이딩 샤프트는 최소 치수 이하로 수축해서는 안 되며, 그렇지 않으면 덜거덕거리는 소리가 납니다. 임계 경계를 공칭 치수에 맞춰 설정하면, 해당 영역의 극한 조건에서도 부품이 정상적으로 작동할 수 있습니다.
- 밀봉면. 개스킷 접촉면이 너무 낮게 형성되면 누출이 발생할 수 있습니다. 일방적인 구역을 설정하면 접촉면이 최소 접촉 높이 이상으로 유지됩니다.
- 최상의 재료 상태. 부품이 가장 큰 핀이나 가장 작은 구멍에서 최상의 성능을 발휘할 때, ‘일방적(unilateral)’ 규정을 적용하면 공차를 해당 의도에 맞게 설정할 수 있습니다. GD&T에서는 이를 원으로 둘러싼 U 수정 기호와 재료를 추가하는 값을 함께 표기합니다(ASME Y14.5-2009).
- 도장 및 도금용 소재. 표면에 양극 산화 처리, 도금 또는 코팅을 할 경우, 재료를 추가한 후에도 완성된 치수가 기능적 허용 범위 내에 들어오도록 사전 마감 치수에 일방적인 여유분을 두어야 합니다.
양측 공차를 언제 사용해야 할까요?
특징의 기능상 어느 방향으로의 편차도 허용되는 경우에는 ‘양방향(bilateral)’을 사용합니다.
- 전체 치수. 전체 길이, 판 두께 및 외관 표면에는 보호 경계가 거의 필요하지 않습니다. 양측이 동일한 것이 기본값으로 설정되어 있는데, 이는 판독과 확인이 용이하기 때문입니다.
- 커버, 브래킷, 스페이서, 하우징. 이 부품들은 간극을 두고 조립되므로, 크기가 0.05 mm 더 크거나 작아도 결과에는 변함이 없습니다.
- CNC 가공. 프로그램은 영역의 중앙을 목표로 합니다. 양측이 대칭일 경우, 중앙은 공칭 치수가 되므로 설정과 측정이 간편해집니다.
- 관용치는 누적됩니다. 여러 차원이 합쳐질 때, 각 구역이 중앙에 위치하기 때문에 양측 값을 사용하면 스택 계산을 간단하게 수행할 수 있습니다.
이러한 공차들은 도면에 어떻게 표시되나요?
이 표기법은 해당 매장에 어떤 유형을 의도했는지를 알려줍니다:
- ± 표기법: 10.00 ±0.05는 양측이 동일함을 의미합니다.
- 승패 차: 10.00 +0.05/-0.00은 단안 시력을, 10.00 +0.03/-0.01은 양안 시력 차이가 있는 경우를 의미합니다.
- 치수 제한: 9.95-10.05라고 표기하면 양쪽 한계를 모두 명확히 나타내며 모호함이 전혀 없습니다.
- GD&T: 프로파일 공차의 경우, 동그라미로 표시된 ‘U’ 수식어 뒤에 값이 따라오면 불균등하게 배치되거나 일방적인 영역을 나타내며, ‘U’ 뒤에 오는 값은 재료를 추가하는 부분을 의미합니다.
- 일반 공차 블록: 도면에는 종종 “ISO 2768-mK”나 “별도 명시되지 않는 한 일반 공차 ±0.1”과 같은 주석이 기재되어 있습니다.
공차가 전혀 지정되지 않은 경우, 공장은 일반적인 표준을 적용합니다. MinHe CNC Machining에서는 치수가 명시되지 않은 경우 기본적으로 ISO 2768-m 표준을 따르며, 표준 형상의 경우 일반적인 가공 정밀도는 ±0.05 mm입니다.
그 밖에도 어떤 종류의 공차를 알아야 할까요?
양측 공차와 단측 공차는 공차를 표기하는 가장 일반적인 두 가지 방식이지만, 이것이 유일한 방식은 아닙니다. 가공 부품 도면에는 다음과 같은 세 가지 관련 유형이 자주 등장합니다:
- 치수 제한. 도면에는 공칭 치수 없이 두 한계치(예: 9.95-10.05)가 직접 명시되어 있습니다. 해석의 여지가 전혀 없기 때문에, 설계상 공칭 치수가 의미가 없는 경우 한계 치수가 유용하게 사용됩니다.
- 홀 및 샤프트 기준에 부합합니다. ISO 286과 같은 맞물림 규격은 알파벳과 숫자로 구성된 코드(예: H7/g6)를 사용하여 구멍과 축 사이의 여유, 과도, 간섭 맞물림을 정의합니다. 이 코드에는 전체 공차 체계가 포함되어 있으므로 도면을 깔끔하게 유지할 수 있습니다.
- 형상 및 기하학적 공차. GD&T는 단순히 크기뿐만 아니라 형상과 위치도 규정합니다. 평탄도, 직선도, 표면 프로파일, 편심도 등이 그 예입니다. 치수 공차는 “크기가 얼마나 되는지”를 나타내는 반면, 형상 공차는 “얼마나 평평한지, 직선인지, 또는 둥근지”를 나타냅니다.
이러한 유형들은 ‘양측’이나 ‘일측’을 대체하는 것이 아니라, 서로 다른 질문에 대한 답을 제공합니다. 치수 공차는 치수를 규정하고, 결합 코드는 두 부품 간의 관계를 규정하며, 형상 공차는 형상을 규정합니다. 완전한 도면에는 대개 이 세 가지가 모두 사용됩니다.
이 선택은 CNC 가공에 어떤 의미를 가지나요?
CNC 프로그램은 공차 구간의 중심을 목표로 합니다. 양측 공차가 동일한 경우, 그 중심은 공칭값이므로 프로그래밍, 설정 및 측정이 간단해집니다. 일측 공차인 경우 목표치는 공차 영역의 한 경계로 이동하며, 작업자는 해당 쪽에서 오차를 허용할 여지가 거의 없습니다. 즉, 전체 공차 영역의 폭은 동일하더라도 공정을 더 엄격하게 관리해야 합니다.
실무상 유의해야 할 두 가지 사항이 있습니다. 첫째, 설계 단계에서 도면에 공차를 명시하십시오. 공차를 제작 현장에 맡겨두면 제작 현장에서 임의로 해석하게 됩니다. 둘째, 비용은 형식이 아니라 전체 구역 폭과 공정 능력에 비추어 판단해야 합니다. 구역 폭이 기계가 일관되게 처리할 수 있는 폭보다 좁을 때 비용이 발생합니다.
재료의 거동도 중요합니다. 알루미늄은 공차 범위를 잘 유지하지만, 플라스틱과 복합재료는 팽창이나 수축이 더 심하기 때문에 양측 공차를 설정하면 공정이 공칭 치수 양쪽 어느 쪽이든 허용 범위 내에 들어갈 수 있는 여유를 확보할 수 있습니다. 표면에 양극 산화 처리, 도금 또는 코팅이 이루어질 경우, 가공 치수를 한쪽 방향으로만 설정하여 코팅으로 인해 재료가 추가된 후에도 완성된 치수가 기능적 허용 범위 내에 포함되도록 해야 합니다. 블랭크가 고객이 제공한 주물, 단조품 또는 봉재일 경우, 가공 전에 해당 제품의 공차를 확인하십시오. 여유 치수는 완성된 치수의 하한선을 넘지 않아야 합니다. 소프트 가공 열처리와 마무리 공정을 거치기 전에 그 여유분의 대부분이 제거되는 단계입니다.
자주 묻는 질문
양측성 내성과 일측성 내성 중 어느 쪽이 더 나을까요?
전반적으로 어느 쪽이 더 낫다고 할 수는 없습니다. 양측형은 일반적인 치수와 중심 영역에 적합하고, 일측형은 기능적 한계가 보호되는 특징에 적합합니다. 올바른 선택은 어떤 형식이 더 정밀해 보이는지가 아니라, 해당 특징이 어떤 역할을 하는지에 달려 있습니다.
일방적인 관용이 더 큰 대가를 치르게 하는가?
그 자체만으로는 아닙니다. 비용은 총 존 폭과 공정 능력과의 비교 관계에 따라 결정됩니다. 위치 때문에 공정을 유지하기 어려운 범위로 밀려나지 않는 한, 한쪽 편향된 존의 비용은 동일한 폭의 중앙 정렬된 존과 동일합니다.
왜 10.00 ±0.05 대신 10.00 +0.05/-0.00을 사용하는가?
중요한 것은 오직 ‘플러스’ 측면뿐이기 때문입니다. 설계자는 최대 치수를 보장해야 하는데, 예를 들어 구멍에 꼭 맞아야 하는 핀의 경우를 들 수 있습니다. 일방적 표기법을 사용하면 가공 담당자에게 어떤 경계가 기능적으로 중요한지 알릴 수 있습니다.
GD&T에 일방 공차가 포함되나요?
네. ‘표면 프로파일’은 동그라미로 표시된 U 수정자를 사용하여 영역을 일방적이거나 불균등하게 배치합니다. U 뒤의 값은 허용 오차 중 어느 정도를 재료 추가에 반영할지 나타냅니다.
결론
양방향 공차와 단방향 공차 중 어느 것을 선택할지는 정밀도가 아니라 공차 구역의 위치에 달려 있습니다. 양방향 공차가 허용되는 경우, 즉 양 방향 모두 허용되고 공차 영역이 공칭값을 중심으로 해야 할 때는 양방향 공차를 사용하십시오. 한쪽 기능적 한계를 반드시 보호해야 하는 경우에는 일방적 공차를 사용하십시오. 도면에 공차 유형을 명시하고, 공차 영역의 총 범위를 공정에 맞게 현실적으로 설정하면, 부품은 첫 번째 시도에서 바로 조립, 가공 및 검사에 합격할 것입니다. 도면의 공차 표기가 불분명하다면, 해당 도면을 당사로 보내 주십시오. CNC 가공 팀 그리고 구역 배치, 가공 계획, 검사 방법을 함께 검토하겠습니다.
