기하공차

1. 기하공차의 필요성  

  이론상 정확한 치수는 실제 제품을 가공했을때 치수나 형상을 만들어 낼 수가 없다. 그래서 도면에 표기된 치수에 따라 얼마나 비슷하게 만들어내느냐가 문제다. 도면상에 치수 공차로만 표기된 도면은 정확한 제품이라 판별하기 힘드므로 제품의 모양이나 위치에 대한 특성을 정확히 규제할수 없을때 이를 규제하기 위해 기하공차가 사용된다.
 부품간의 작동 및 호완성이 중요할 때, 검사 방법을 택할 때 그리고 제품 제작과 검수의 일괄성을 두기 위해 참조 기준이 필요할 때, 표준적인 해석 또는 공차가 미리 암시되어 있니 않은경우에 주로 사용된다.

2. 기하공차의 기호와 해석

●모양공차

1) 직진도

 : 부품의 표면이나 축선이 정확한 직선으로부터 얼마만큼 벗어나 있는가를 나타내는 값이다.
   평면 이나 원통표면과 같은 단일 표면이나 축선에 적용된다.



2) 평면도

 : 한 평면상에 있는 모든 표면이 정확한 평면으로부터 벗어난 크기이다.
   평면도 공차역은 치수공차 범위 내에서 두 평면 사이의 간격을 나타낸다.

3) 진원도

: 중심으로부터 같은 거리에 있는 모든 점이 정확한 원에서 얼마만큼 벗어 났는가 하는 측정값이 진원도이다. 진원도 공차역은 원의 표면의 모든점이 존재하는 완전한 동심원 사이의 반경상의 공차역이다.


4) 원통도

: 원통도는 원통형상의 모든 표면이 완전히 평행한 원통으로부터 벗어난 정도를 규제하며, 그 공차는 반경상의 공차역이다. 진원도는 중심에 수직한 단면상의 표면의 측정값이고, 원통도는 원통형상 전면에 대하여 적용된다.


5) 윤곽공차

선의 윤곽도

: 윤곽은 물체의 외곽 형상으로 원호의 조합 일수도 있고 운형자로 그린 것 같이 불규칙한 곡선일수도있다. 윤곽공차는 윤곽으로부터 벗어난 크기로서 면의 윤곽도와 선의 윤곽도로 구분한다.

면의 윤곽도

● 자세공차

1) 평행도

: 평행도는 데이텀을 기준으로 규제된 형체의 표면, 선, 축선이 기하학적 직선 또는 평면으로 부터의 벗어난 크기이다.



2) 직각도

: 데이텀을 기준으로 규정형체의 표면이나 축심 또는 중간면이 완전한 직각으로부터의 벗어난  크기이다. 여기서 한 가지 주의해야 할 것은 직각도는 반드시 데이텀을 기준으로 규제되어야 하며, 단독형상으로 규제될수 없다.


3) 경사도

: 90도를 제외한 임의의 각도를 갖는 표면이나 중심, 중간면을 데이텀을 기준으로 규제된 경사도 공차 범위 내에서 폭 공차역으로 규제된다. 여기서 주의할 것은 경사도 공차는 각도의 공차가 아니고 기울기를 갖는 두 평면 사이의 간격이다.


● 흔들림 공차
- 흔들림은 데이텀을 기준으로 규정형체(원통,원추,호,평면)를 1회전 시킬때 완전한 형상으로부터 벗어난 크기이다. 흔들림 공차는 원통이나 원추 및 곡면 윤곽이나 평면등 데이텀을 기준으로 규제되며, 데이텀을 기준으로 한 진원도, 직진도, 직각도, 원통도등을 포함한 복합공차이다.

1) 원주 흔들림

① 반지름 방향의 원주 흔들림
- 규제형체를 데이텀 축직선을 기준으로 1회전 시켰을때, 공차역을 축직선에 수직한 임의의 평면 위에서 반지름 방향으로 규제된 공차만큼 떨어진 두개의 동심원 사이의 영역이다.

② 데이텀에 수직한 표면의 원주 흔들림
 - 규제형체를 데이텀 축직선을 기준으로 1회전 시켰을 때, 공차역은 임의의 반지름 방향의 위치에 있어서 축방향으로 규제된 공차만큼 떨어진 두 개의 원 사이에 낀 영역이다.

③ 데이텀을 기준으로 경사진 표면이나 곡면의 원주 흔들림
- 공차역은 데이텀 축선과 일치하는 축선을 가지며, 그 원주면이나 곡면이 데이텀과 직교하는 임의의 측정 원주면이나 곡면 위에 있고 규제된 공차만큼 떨어진 두 개의 원 사이에 낀 영역이다.

2) 온 흔들림

※ 온 흔들림은 원통면을 갖거나 원형면을 갖는 대상물을 데이텀 축직선을 기준으로 회전했을때 그 표면이 지정된 방향, 즉 데이텀 축진선에 수직인 방향(반지름 방향)과 평행인 방향으로 변위하는 크기를 말한다.

① 반지름 방향의 온 흔들림
- 규제형체를 1회전 시켰을때 그 공차역은 원통 표면상의 전 영역에서 규제된 공차만큼 떨어진 두 개의 동축 원통 사이의 영역이다.

② 축선방향의 온 흔들림
- 규제형체를 데이텀을 기준으로 1회전 시켰을 때 원통측면 임의의 점에서 규제된 공차만큼 떨어진 두 개의 평행한 평면 사이에 낀 영역이다. 원통 측면을 따라 이동하면서 측정한다.



● 위치공차

1) 동심도 (동축도)

: 동심도는 데이텀 축직선과 동일 직선위에 있어야 할 축선이 데이텀 축직선으로부터의 어긋남의 크기를 나타낸다



2) 대칭도

: 대칭도는 기준인 선이나 면 즉, 데이텀 축선이나 데이텀 중심면에 대해 서로 대칭이어야 할 형체의 대칭 위치로부터의 어긋남의 크기를 말한다.



3) 위치도

: 위치도는 형체가 다른 형체나 데이텀의 규정 위치에서부터 점, 선 또는 평면 형체의 어긋남의 크기를 말한다 치수공차만으로 위치들을 규제한다면 공차 누적이 생기는 수가 많고 기준으로 정한 위치에따라 공차누적과 해석도 달라진다.



3. 데이텀의 정의
- 데이텀이란 형체의 기준으로 계산상이나 결합상태의 기준으로 하기 위해서 또는 다른 형체의 형상 및 위치를 결정하기 위해서 정확하다고 가정하는 점, 선, 평면, 원통 등을 말하며 규제형체에 따라 데이텀이 없이 규제되는 경우도 있다

(1) 평면의 데이텀
- 평면은 실제 완전할 수가 없으며, 이론적으로 정확한 평면은 존재하지 않는다. 데이텀의 형체는 부품이 정반과 같은 표면위에 놓였을때 접촉하게 되는 세 곳의 높은 돌기부분으로 구성되는 가상평면이 실제 데이텀이라 할수 있다.

(2) 원통 축선의 데이텀
- 원통의 구멍이나 축의 중심선을 데이텀으로 설정할 경우 데이텀은 구멍의 최대 내접원 통의 축직선 또는 축의 최소 외접원통의 축직선에 의해 설정된다. 데이텀 형체가 불완전한 경우 원통은 어느 방향으로 움직여도 이 도량이 같아지는 자세가 되도록 설정한다.

2) 데이텀의 표시방법
(1) 영어의 대문자를 정사각형으로 둘러싸고, 데이텀이라는 것을 나타내는삼각 기호를 지시선을 사용하여 연결해서 나타낸다.

(2) 데이텀을 지시하는 문자기호를 공차 기입틀에 기입할 때는 한 개의 형체에의해 설정되는 데이텀은 지시하는 한 개의 문자기호로 나타낸다.

(3) 두 개의 형체에 설정하는 공통데이텀은 아래와 같이 하이픈으로 연결한기호로 나타낸다.

(4) 두 개 이상의 우선 순위를 지정할 때는 우선 순위가 높은 순위로 왼쪽에서오른쪽으로 각각 다른 구획에 기입한다.

3) 기준치수 (basic)
- 위치도, 윤곽도 또는 경사도의 공차를 형체에 지정하는 경우, 이론적으로 정확한 위치, 윤곽, 경사 등을 정하는 치수를 사각형 테두리로 묶어 나타낸다. 이를 기준치수라 한다. 치수에 공차를 허용하지 않기 위해, 이론적으로 정확한 위치, 윤곽 또는 각도의 치수를 기준치수로 사용한다.

4) 기하공차 기입틀의 표시
- 기하공차에 대한 표시는 사각형의 공차기입틀을 두칸 또는 그 이상으로 구분하여 그 안에 기입한다. 첫 번째 칸에는 기하공차의 종류, 두 번째 칸에는 공차역 (직경일 경우 를 나타내고 궁리 경우 S를 붙여서 나타낸다. 공차값으로 나타내고 세 번째 칸부터는 형체의 기준(데이텀)이 있을 경우 데이텀을 나타낸다.

5) 기하공차에 의해 규제되는 형체의 표시방법
- 기하공차에 의해 규제되는 형체는 공차 기입틀로부터 지시선으로 연결해서 도시한다. 이때 지시선의 방향은 공차를 규제하고자 하는 형체에 수직으로 한다.

6) 위치공차 도시방법과 공차역의 관계

(1) 공차역은 공차값 앞에 가 없는경우에는 공차기입틀과 공차붙이 형체를 연결하는 지시선의 화살방향에 존재하는 것으로 취급한다. 기호가 부기되어 있는 경우에는 공차역은 원 또는 원통의 내부에 존재하는 것으로서 취급한다.

(2) 공차역의 나비는 원칙적으로 규제되는 면에 대하여 법선방향에 존재한다.

(3) 공차역을 면의 법선방향이 아니고 특정한 방향에 지정할 때는 그 방향을지정한다.

(4) 여러 개의 떨어져 있는 형체에 같은 공차를 공통인 공차기입틀을 사용하여 지정하는 경우, 특별히 지정하지 않는 한 각각의 형체마다 지정하는 공차역을 적용한다.

(5) 여러 개의 떨어져 있는 형체의 공통의 영역을 갖는 공차값을 지정하는 경우, 공통의 공차 기입틀의 위쪽에 “공통 공차역”이라고 기입한다.

(6) 기하공차에서 지정하는 공차는 대상으로 하고 있는 형체 자체에 적용된다.

7) 돌출공차역
- 기하공차에서 지정하는 공차는 대상으로 하고 있는 형체 자체에 적용되어 부품결합시 문제가 발생하기도 한다. 이러한 문제를 해결하기 위해 형체에만 공차를규제하는 것이 아니라 조립되는 상태를 고려하여 공차를 규제한다. 즉 조립되어 돌출된 형상을 가상하여 그 돌출부에 공차를 지정하는 것을 말한다

4. 최대실체 공차방식과 실효치수

1) 최대실체 공차방식
- 기하공차의 기초이면서 가장 중요한 원칙의 하나가 최대실체조건으로서 이는크기를 갖는 형체(구멍, 축, 핀, 홈, 돌출부)의 실체, 즉 체적이 최대가 되는 상태를 말한다. 축이나 돌출부의 경우는 가장 큰 체적을 가지는 치수는 상한치수(최대 실체 치수)이고 구멍이나 홈의 경우에는 그 하한치수가 최대실체 치수이다. 약자는 MMS, 기호는 ⓜ으로 나타낸다. 최대실체 공차방식은 두 개 또는 그 이상의 형체를 조립할 필요가 있을 때, 각각의 치수공차와 형상공차 또는 위치공차와의 사이에 상호 의존성을 고려하여, 치수의 여유분을 형상공차 또는 위치공차에 부가할 경우에 적용한다. 그러나 기어의 축 사이의 거리와 같이 형체의 치수에 불구하고 기능상 규제된 위치공차또는 형상공차를 지켜야 할 경우에는 최대실체 공차방식을 적용해서는 안된다. 축선 또는 중심면을 가지는 관련 형체에 적용한다. 그러나 평면 또는 평면상의 선에는 적용할 수 없다.

2) 실효치수
- 치수공차와 위치공차에 의하여 부품들이 가장 빡빡하게 결합되는 가장 극한에 있는 상태의 치수를 말한다.

● 축(핀)의 실효치수 : 축의 MMS 치수 + 형상 또는 위치공차
                             : 축이나 핀을 검사하는 기능의 게이지 기본치수
                             : 축이나 핀에 결합되는 구멍의 MMS
                             : 실효치수일때 형상, 위치공차는 0 이다.

● 축(홈)의 실효치수 : 구멍의 MMS 치수 - 형상또는 위치공차
                             : 구멍이나 홈을 검사하는 기능의 게이지 기본치수
                             : 구멍이나 홈에 결합되는 축이나 핀의 MMS 치수
                             : 실효치수일 때 형상, 위치공차는 0 이다.