기하 공차란

ISO에서는 기하 공차를 「Geometrical product specifications (GPS)−Geometrical tolerancing−Tolerancing of form, orientation, location and run-out」이라고 정의합니다.즉 「기하 특성」이란 물체의 형태·크기·위치 관계 등을 가리키며 「공차」란 「허용되는 오차」를 가리킵니다.사이즈뿐만 아니라 형태나 위치에서 허용되는 오차까지 정의한다는 점이 「기하 공차」의 특징입니다.

사이즈 공차(치수 공차)와 기하 공차의 차이

설계 도면의 기재 방법은 크게 나누어 「사이즈 공차」와 「기하 공차」가 있습니다.사이즈 공차는 각 부분의 길이를 규제합니다.
그러나 기하 공차는 형상이나 평행·기울기·위치·흔들림 등을 규제합니다.

사이즈 공차 도면
사이즈 공차 도면
기하 공차 도면
기하 공차 도면
「표시한 면 (A)에 대해 『평행도』는 『0.02』을 넘지 않게 가공해 주십시오.」라는 의미

기하 공차의 이점

왜 기하 공차가 필요할까요?
예를 들어 설계자가 판 형상의 부품을 발주하는 경우, 사이즈 공차는 다음과 같이 지시합니다.

  1. 기하 공차의 이점
  2. 기하 공차의 이점
    a
    공차역

그러나 이 도면으로는 아래와 같은 부품이 납품될 위험이 있습니다.

기하 공차의 이점
a
공차역
기하 공차의 이점
a
공차역

이 부품은 부적합품 또는 불량품입니다.
왜냐하면 도면에 평행성이 기재되어 있지 않기 때문입니다.
이에 대한 책임은 가공업자가 아닌, 설계자의 공차 지시에 있습니다.

동일한 부품의 도면을 기하 공차로 나타내면 다음과 같습니다.여기에서는 사이즈 외에 「평행도」와 「평면도」라는 기하 공차가 추가되어 있습니다.이렇게 하면 사이즈 공차에서 발생한 것과 같은 트러블은 피할 수 있습니다.

기하 공차의 이점
a
평행도 공차
b
평면도 공차
c
기준면

다시 말해, 기하 공차에는 사이즈 공차로 표현할 수 없는 설계자의 의도를 정확하고 효율적으로 전달할 수 있다는 이점이 있습니다.

독립의 원칙

사이즈 공차와 기하 공차는 규제하는 공차가 다릅니다.사이즈 공차는 길이, 기하 공차는 형상이나 위치 관계를 규제합니다.
따라서 사이즈 공차와 기하 공차는 어느 쪽이 더 좋다고 할 수 없으며 양쪽을 병용하면 공차를 효율적으로 지시할 수 있습니다.

또한, 사이즈 공차와 기하 공차는 각기 다른 측정 기기나 검사 방법으로 계측합니다.예를 들어 사이즈 공차는 버니어 캘리퍼스나 마이크로미터 등으로 2점 간 계측을 하기 때문에 아래 그림의 사이즈 공차는 모두 합격입니다.

사이즈 공차역
사이즈 공차역
기준 치수 형상
기준 치수 형상
치수 공차가 있는 축(기준)
사이즈 공차가 있는 축(기준)
공차가 있는 진원
공차가 있는 진원
치수 공차가 있는 축(기준)
공차역 내에서 왜곡된 원
공차가 있는 진원
중심축이 어긋난 원

그러나 기하 공차는 둥근 정도나 중심축의 위치를 진원도 측정기3D 측정기로 검사하기 때문에 지정한 공차의 정도에 따라서는 불합격될 가능성이 있습니다.즉 사이즈 공차로는 합격, 기하 공차로는 불합격이 됩니다.

이상의 관점에서 보면, 사이즈 공차의 규제와 기하 공차의 규제에는 기본적으로 관련성이 없다고 할 수 있습니다.이러한 개념을 「독립의 원칙」이라고 합니다.

ISO에서의 정의

사이즈와 기하 특성의 관계는 다음과 같이 정의되어 있습니다.

ISO 8015-1985
도면에 지시된 각 요소 사항, 예를 들면 사이즈 공차나 기하 공차는 특별한 상호 관계가 지정되지 않은 한 다른 어떤 치수나 공차 또는 특성과도 관련되지 않고 독립적으로 적용된다.

위와 같이 독립의 원칙에 대한 개념은 ISO가 규정하는 국제 표준입니다.그러나 미국처럼 독립의 원칙을 적용하지 않고 ASME(미국기계학회)의 규칙을 적용하는 기업도 있습니다.따라서 특히 해외 기업과 거래하는 경우에는 사전 협의 등을 통해 규격을 명확히 해둘 것을 권장합니다.