기하공차
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목차
1. 개요
기하공차(GD&T)는 부품의 치수 요구 사항을 정확하게 정의하고, 부품의 기능적 요구 사항을 만족시키기 위해 사용되는 기법이다. 1940년대 스탠리 파커의 연구를 통해 시작되었으며, 형상 제어 프레임을 사용하여 기하학적 제어 유형, 공차 값, 수정자 및 데이텀을 나타낸다. ASME Y14.5는 GD&T의 목적을 부품과 조립품의 공학적 의미를 표현하는 것으로 정의하며, ISO 및 ASME를 포함한 다양한 표준이 GD&T를 다루고 있다.
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| 기하공차 | |
|---|---|
| 개요 | |
 | |
| 분야 | 제조 공학, 기계 공학 |
| 관련 기준 | ASME Y14.5 ISO 1101 |
| 상세 정보 | |
| 정의 | 도면 및 모델에서 부품의 허용 가능한 변동성을 제어하는 데 사용되는 시스템 |
| 목적 | 부품의 기능적 요구 사항 충족 제조 가능성 향상 검사 용이성 확보 |
| 특징 | 특징 크기, 형태, 방향, 위치를 제어 데이터 참조 프레임(DRF) 사용 공차 영역 정의 |
| 기호 | 형태: 평면도, 진직도, 원형도, 실린더도 방향: 평행도, 직각도, 경사도 위치: 위치도, 동심도, 대칭도 런아웃: 원주 런아웃, 전체 런아웃 |
| 장점 | 더 넓은 공차 허용 기능성 향상 비용 절감 |
| 추가 정보 | |
| 관련 주제 | 공차 (공학) 치수 기입 측정 품질 관리 |
2. 역사
기하공차(GD&T)는 20세기 중반, 스탠리 파커가 '진위치(True Position)' 개념을 개발하면서 시작되었다. 파커는 스코틀랜드 왕립 어뢰 공장에서 근무하며 해군 무기 생산성 향상에 기여했고, 그의 연구는 GD&T 발전에 중요한 기반이 되었다.
2. 1. 초기 연구
기하 치수 및 공차(GD&T)의 기원은 "진정한 위치" 개념을 개발한 스탠리 파커에게서 비롯되었다. 파커에 대해 알려진 바는 거의 없지만, 스코틀랜드 웨스트 던바턴셔 알렉산드리아에 있는 왕립 어뢰 공장에서 근무했으며, 그의 작업이 새로운 계약업체의 해군 무기 생산을 증가시켰다는 사실이 알려져 있다.1940년, 파커는 기하 치수 및 공차에 대한 초기 연구인 ''대량 생산 엔지니어링 작업의 설계 및 검사에 대한 노트''를 출판했다.[1] 1956년에는 이 분야의 기본적인 참고 자료가 된 ''도면 및 치수''를 출판했다.[1]
3. 기본 개념
GD&T는 부품의 형상, 크기, 방향, 위치 등을 정의하는 데 필요한 여러 기본 개념을 포함한다.
- 치수(Dimension영어): 부품 또는 형상의 형태, 크기, 방향, 위치를 정의하는 데 사용되는 수치 값 또는 수학적 표현이다. ASME Y14.5 표준에 따르면, 치수는 기본 치수(이론적으로 정확한 치수)와 참조 치수(정보 제공용)로 구분된다.[2]
- 측정 단위: GD&T 도면의 측정 단위는 도면 제작자가 선택하며, 주로 밀리미터(mm) 또는 소수점 인치(IN)가 사용된다. 모든 치수가 동일한 단위를 사용하고 도면에 명확하게 표시된 경우, 치수는 단위 없이 숫자만 포함할 수 있다.[2] 각도 치수는 소수점 도 또는 도, 분, 초로 표현할 수 있다.
- 공차: 제조 과정에서 발생하는 변동을 고려하여 허용 가능한 편차의 한계를 명시하는 것을 공차라고 한다. 공차는 한계, 플러스/마이너스 공차, 기하 공차 등 다양한 방식으로 표시된다.[1] 기하 공차는 도면에 '형상 제어 프레임'이라는 직사각형 상자를 통해 나타내며, 여기에는 기하학적 제어 유형, 공차 값, 수정자, 관련 데이텀 등이 포함된다.[1]
- 데이텀: 이론적으로 정확한 평면, 선, 점 또는 축을 의미한다.[2] 데이텀 피처는 부품의 물리적 피처를 나타내며, 데이텀 피처 기호와 삼각형으로 식별된다. 예를 들어,
: 와 같이 표시한다.
하나 이상의 '데이텀 기준'은 데이텀 피처를 기준으로 측정을 수행해야 함을 나타내며, 부품의 결합 방식이나 작동 방식을 설명할 수 있다.
3. 1. 치수
Dimension영어는 ASME Y14.5에서 "부품 또는 형상의 형태, 크기, 방향 또는 위치를 정의하는 데 사용되는 적절한 측정 단위의 수치 값 또는 수학적 표현"으로 정의된다.[2] 특수한 유형의 치수에는 ''기본 치수''(이론적으로 정확한 치수)와 ''참조 치수''(형상 또는 부품을 정의하지 않고 정보를 제공하는 데 사용되는 치수)가 있다.3. 2. 측정 단위
GD&T를 따르는 도면의 측정 단위는 도면 제작자가 선택할 수 있다. 대부분의 도면은 SI 선형 단위인 밀리미터(mm) 또는 미국 관습 선형 단위인 소수점 인치(IN)로 표준화된다. 모든 치수가 동일한 단위이고 도면에 해당 단위를 명확하게 지정하는 주석이 있는 경우, 치수는 단위 없이 숫자만 포함할 수 있다.[2]각도 치수는 소수점 도 또는 도, 분, 초로 표현될 수 있다.
3. 3. 공차
제조 과정에서 발생하는 변동을 고려하여, 허용 가능한 편차의 한계를 명시하는 것을 공차라고 한다. 공차는 한계, 플러스/마이너스 공차, 기하 공차 등 다양한 방식으로 표시된다.[1]3. 3. 1. 형상 제어 프레임
기하 공차는 도면에서 ''형상 제어 프레임''이라는 직사각형 상자를 통해 설명된다. 형상 제어 프레임은 기하학적 제어 유형, 공차 값, 수정자 및/또는 해당 형상에 관련된 데이텀을 나타낸다.[1] 형상 제어 프레임의 기호와 함께 사용되는 공차 유형은 다음과 같다.[1]# 등분포 양측 공차
# 불균등 양측 공차
# 편측 공차
# 특정 분포 없음("플로팅" 영역)
프로파일 기호에 대한 공차는 별도로 명시되지 않는 한 등분포 양측 공차이며, 위치 기호에 대한 공차는 항상 등분포 양측 공차이다.[1] 예를 들어, 구멍의 위치가 0.020인치의 공차를 갖는 경우, 구멍은 ±0.010인치 이동할 수 있으며, 이는 등분포 양측 공차이다.[1] 이는 구멍이 +0.015/−0.005인치 이동할 수 있음을 의미하지 않으며, 이는 불균등 양측 공차이다.[1] 프로파일에 대한 불균등 양측 공차 및 편측 공차는 이것이 필요하다는 것을 명확하게 보여주기 위해 추가 정보를 추가하여 지정된다.[1]
3. 3. 2. 공차 유형
제조된 모든 부품의 모든 형상은 변동될 수 있으므로 허용 가능한 변동의 한계를 명시해야 한다. 공차는 한계, 플러스/마이너스 공차 또는 기하 공차로 치수에 직접적으로 표시되거나 공차 블록, 주석 또는 표에 간접적으로 표시될 수 있다.기하 공차는 도면에서 기하학적 제어 유형, 공차 값, 수정자 및/또는 해당 형상에 관련된 데이텀을 나타내는 직사각형 상자인 ''형상 제어 프레임''으로 설명된다. 형상 제어 프레임의 기호와 함께 사용되는 공차 유형은 다음과 같다.
# 등분포 양측 공차
# 불균등 양측 공차
# 편측 공차
# 특정 분포 없음("플로팅" 영역)
프로파일 기호에 대한 공차는 별도로 명시되지 않는 한 등분포 양측 공차이며, 위치 기호에 대한 공차는 항상 등분포 양측 공차이다. 예를 들어, 구멍의 위치는 0.020인치의 공차를 갖는다. 이는 구멍이 ±0.010인치 이동할 수 있음을 의미하며, 이는 등분포 양측 공차이다. 이는 구멍이 +0.015인치/–0.005인치 이동할 수 있음을 의미하지 않으며, 이는 불균등 양측 공차이다. 프로파일에 대한 불균등 양측 공차 및 편측 공차는 이것이 필요하다는 것을 명확하게 보여주기 위해 추가 정보를 추가하여 지정된다.
3. 4. 데이텀 및 데이텀 참조
데이텀은 이론적으로 정확한 평면, 선, 점 또는 축이다.[2] 데이텀 피처는 부품의 물리적 피처이며, 데이텀 피처 기호와 해당 데이텀 피처 삼각형으로 식별된다. 예를 들면 다음과 같다.:
하나 이상의 '데이텀 기준'은 데이텀 피처를 기준으로 측정을 수행해야 함을 나타낸다. 데이텀 기준 프레임은 부품이 어떻게 맞물리거나 작동하는지 설명할 수 있다.
4. 기하공차 원리(체계)
ASME Y14.5M-1994 표준은 GD&T의 목적을 부품과 조립품의 공학적 의미를 표현하는 것이라고 정의한다.[2] 그러나 실제 GD&T의 목적은 부품과 조립품의 치수 요구 조건을 더 정확하게 정의하고, 모든 부품이 허용치수로 생산되었을 때 조립품도 허용치수 범위 내로 조립되어 기능적 요구 조건을 만족시키는 것이다. 경우에 따라 좌표(또는 선형) 치수 기입보다 50% 이상 더 넓은 공차 영역을 허용하기도 한다. GD&T를 적절하게 적용하면 도면에 정의된 부품이 가능한 가장 큰 공차를 가지고 원하는 형상, 적합성 및 기능을 갖도록 보장할 수 있으며, 생산성을 통해 품질을 높이고 동시에 비용을 절감할 수 있다.
ASME Y14.5에 따르면 GD&T의 기본 규칙은 다음과 같다.[2]
- 도면에 표시된 좌표계는 오른손 좌표계여야 한다. 각 축에 레이블을 지정하고 양의 방향을 표시해야 한다.
- 패턴의 형상 중심선 또는 2D 정사영 도면에서 직각으로 표시된 표면이 기본 치수로 위치 또는 정의되고 각도가 지정되지 않은 경우 기본 90° 각도로 간주된다.
- 축, 중심 평면 또는 표면이 도면에 일치하여 표시되고 형상 간의 관계가 기하 공차에 의해 정의되는 경우 기본 치수 0으로 간주된다.
- 명시적으로 명시하지 않는 한 공차는 형상의 전체 길이, 너비 및 깊이에 적용된다.
- 치수 및 공차는 지정된 도면 수준에서만 적용된다. 다른 수준(예: 조립 도면)에서 적용되는 것은 필수는 아니다.
- 특별한 명시가 없을 경우 모든 치수와 공차는 101.3kPa에서 유효하다.
4. 1. 기본 원칙
- 모든 치수는 공차가 명시되어야 한다. 모든 제조 부품은 편차가 있으므로 허용 가능한 편차의 한계값이 명시되어 있어야 한다. 기본적인 치수의 경우 기하 공차는 형상 관리 툴에 적용되는 경우도 있다. 공차가 최대, 최소로 적용되는 유일한 경우는 누적 공차이거나 참조 형상일 경우이다.[2]
- 치수와 공차는 기본 치수와 허용 편차를 적용하는 데 쓰이고 거리 측정과 확대, 축소는 특정한 경우를 제외하고 허용되지 않는다.[2]
- 공학 설계는 제품의 최종 결과에 대한 정의이다. 모든 치수와 공차는 최종 결과에 표시되어야 하며, 만약 추가적인 치수가 도움이 될 경우(꼭 필요한 것은 아닐 때), 참조 치수라고 표기해야 한다.[2]
- 치수는 형상에 적용되어야 하며 형상의 기능을 표시할 수 있도록 정렬되어야 한다.[2]
- 생산 방법에 대한 표기는 피해야 한다. 치수는 특정 생산 방법을 의미하는 것이 아니라 제품에 대한 조건일 뿐이다.[2]
- 생산 과정 중 필요한 치수 정보가 있을 경우(최종 제품에는 필요없는 치수 정보) '불필요 정보'라고 표기해야 한다.[2]
- 모든 치수와 공차는 읽기 편하게 되어 있어야 하며, 보이는 선으로 가이드가 되어 있어야 한다.[2]
- 치수가 검사 도구의 크기에 영향을 받을 경우 치수는 검사 도구의 삽입 방향이 표기되어 있어야 한다.
- 90°의 각도는 직선에 표기되어야 한다.
- 치수와 공차는 따로 명기되지 않는 한 20°C의 온도에서 적용됨을 의미한다.
- 특별한 명시가 없을 경우 모든 치수와 공차는 자유 상태에서 유효하다.
- 치수와 공차는 전체 형상의 폭, 길이, 깊이에 적용된다.
- 치수와 공차는 초기 설계 단계에서 명시되어야 한다. 만약 제품 기준이 설계 개선 단계가 아니라면 초기 설계 단계가 아니더라도 적용할 수 있다.
5. 기호
GD&T에서는 형상, 방향, 위치, 런아웃 등 다양한 기하학적 특성을 나타내는 기호와 함께, 최대 실체 조건(MMC), 최소 실체 조건(LMC) 등 수정자 기호를 사용한다.[2] 이 기호들은 형상 관리를 위해 쓰이며 공차, 변경 사항, 데이텀에 적용된다.
- |(U)| 기호는 불규칙형상분포를 의미하며 1994년 수정에 명시되지 않았다. 'Y14.41-'나 'Y14.5'에 명시되어 있다.
- |(S)| 기호는 1994년 수정에 명시되지 않았다.
5. 1. 기하학적 특성 기호
| 적용 | 제어 유형 | 특성 | 기호 | 유니코드 문자 | 관련 형상 | 가상 조건 영향 | 참조 데이텀 | 수정됨 | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 표면 | ||||||||||||
| 개별 형상 | 형상 | 진직도 |  | ⏤ U+23E4 | ||||||||
| 평탄도[3] |  | ⏥ U+23E5 | ||||||||||
| 원형도[3] |  | ○ U+25CB | ||||||||||
| 원통도 |  | ⌭ U+232D | ||||||||||
| 개별 또는 관련 형상 | 윤곽 | 선의 윤곽 |  | ⌒ U+2312 | ||||||||
| 표면의 윤곽 |  | ⌓ U+2313 | ||||||||||
| 관련 형상 | 방향 | 수직도 |  | ⟂ U+27C2 | ||||||||
| 각도 |  | ∠ U+2220 | ||||||||||
| 평행도 |  | ∥ U+2225 | ||||||||||
| 위치 | 대칭 |  | ⌯ U+232F | |||||||||
| 위치 공차 |  | ⌖ U+2316 | ||||||||||
| 동심도 |  | ◎ U+25CE | ||||||||||
| 런아웃 | 원주 런아웃 |  | ↗ U+2197 | |||||||||
| 총 런아웃 |  | ⌰ U+2330 | ||||||||||
5. 2. 수정자 기호
U+24BB
U+24C1
U+24C2
U+24C5
U+24C8
U+24C9
U+24CA