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[제조백과] 기계의 성능을 결정하는 ‘공차’의 모든 것

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바로발주

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2023-11-28

목차

    우리는 일상생활에서 ‘한 치의 오차도 없다’라는 표현을 종종 쓰곤 합니다. 정말 정확하고 확실하게 무언가를 완료했음을 자부할 때 비유적으로 활용하는 표현입니다.

     

    하지만 제조업 분야에서 제품을 생산할 때 정말 한 치의 오차도 없을 수 있을까요? 예를 들어, 길이가 10mm인 봉을 10개 생산했는데, 10개 모두 길이가 정확하게 10.000...mm일까요? 아무리 정밀한 기계라도 그럴 수는 없기에 어느 정도의 오차는 허용해야 합니다. 오늘은 허용할 수 있는 오차, ‘공차’에 대해 알아보겠습니다.

     

     

    공차란 무엇일까

    공차란: 설계상 정해진 치수에 대해 허용되는 범위

    공차란 부품을 제작할 때 설계상 정해진 치수에 대해 실용적으로 허용되는 범위의 오차를 가리킵니다. 수학적으로는 어느 기준값에 대해 규정된 최대값과 최소값의 차이로 표현할 수 있습니다. 제품이 완벽하게 균일하지 않더라도 공차 내에 들어온다면 그 제품은 사용할 수 있다고 인정합니다.

     

    공차는 제품의 설계자가 제품에 알맞게 설정합니다. 하지만 보편적으로 사용될 수 있는 표준 공차가 있습니다. 금속 부품의 경우는 +/- 0.05, 플라스틱 부품의 경우는 +/- 0.1 정도가 표준 오차입니다. 이 수치보다 정밀한 공차가 필요하다면 가공 전 도면에 정확한 수치를 기재해야 합니다.

     

     

    공차의 종류

    • 치수 공차

    지금까지 위에서 언급한 공차가 바로 치수 공차입니다. 즉 설계 의도에 위배되지 않으면서 부품 기능상 허용되는 치수의 오차 범위인 것이죠.

     

    • 기하 공차

    하나의 단일한 물체가 아닌 여러 개의 부품으로 연결되는 기계의 특성상, 조립할 때 문제가 되는 경우가 있습니다. 그 이유는 보통 부품의 형상이 기하학적으로 정확하지 않기 때문입니다. 그래서 뒤틀린 형상, 어긋난 위치, 흔들림, 자세 등에 대한 기하학적 정밀도를 정해야 하는데요.

     

    즉 정확한 형상으로 가공할 수 없는 경우, 어느 정도까지 틀려도 괜찮은지에 대한 지표가 기하 공차입니다. 치수 공차와는 달리 불가피한 경우에만 기하 공차를 지시합니다.

     

    기하 공차의 종류 기하 공차의 종류: 형상 공차

    • 형상 공차

    그 부품의 형상을 나타내는 가장 기본적인 공차입니다. 부품에서 설정된 치수공차의 범위를 벗어날 수 없습니다. 예를 들어, 부품의 치수가 100±0.05라면, 공차의 값은 0.05를 벗어나면 안됩니다. 도면으로 표현할 때, *데이텀을 지시할 필요가 없습니다.

    *데이텀이란?

    부품의 기하 공차를 제시하는 경우, 그것을 측정하기 위한 기하학적 기준이 되는 선 혹은 면

     

    • 자세(방향) 공차

    그 부품이 있어야 하는 기준이 되는 위치를 결정하는 공차입니다. 그 기준으로부터 변화가 허용되는 영역을 나타냅니다. 도면에 나타날 때 데이텀을 지시해야 합니다.

     

    • 흔들림 공차

    한 직선을 회전축으로 정하고, 대상 부품을 회전시켜, 그 부품의 흔들림 값의 범위를 지정하는 공차입니다. 도면에 나타날 때 데이텀을 지시해야 합니다.

     

    공차 설계 과정

    어떤 공차들이 있는지 알았으니 이제 공차를 설계해야 합니다. 공차를 설계하기 위해서는 비용을 반드시 생각해야 하는데요. 비용의 관점에서 공차를 바라볼 때는 설계자의 입장과 제조자의 입장 양쪽을 고려해야 합니다.

     

    설계자는 당연히 제품을 더 작고, 정밀하고, 완벽하게 만들고 싶어 합니다. 그리고 본인의 제품이 잘못되는 것을, 즉 오류가 나는 것을 원하지 않겠죠. 그래서 엄격한 공차를 요구합니다.

     

    하지만 제조자는 직접 물건을 만드는 사람입니다. 빨리 물건을 만들어야 하고, 한 사람의 주문만 있지도 않을 것입니다. 또한 비용도 절감해야 합니다. 그래서 상대적으로 느슨한 공차를 요구할 것입니다.

     

    공차설계의 딜레마

    공차를 엄격하게 설정하면 비용이 오를 것이고, 공차를 느슨하게 하면 비용은 줄어들지만 불량이 발생할 확률이 높아집니다. 그래서 두 상충되는 이해관계 사이에 절충안을 비용으로 결정해야 합니다.

     

    인류의 기술사는 어떻게 보면 제품을 더 작고 정밀하게 만들기 위해 노력한 역사이기도 합니다. <완벽주의자>를 쓴 사이먼 윈체스터는 “정밀성이 현대를 가능하게 한 현대성”의 필수 요소라고 언급한 바 있죠. 여러분도 기계를 정밀하게 만들려는 노력 자체가 기계의 퀄리티를 결정할 것입니다. 오늘도 저희 바로발주에 방문해주시고 글 읽어주셔서 진심으로 감사드립니다!

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