캐드 기계 설계 시 치수 공차 표를 이용한 치수 공차 계산법 정리

치수 공차의 필요성

어떤 하나의 부품을 설계할 때, 설계자는 그 부품의 형상을 제도하면서 부품의 크기를 알려주기 위해 도면에 치수를 표시합니다. 사람은 정확하게 치수대로 가공할 수 없기 때문에 사람에 의해서 가공된 공작물은 도면에 지시된 치수보다 크거나 작을 수밖에 없습니다. 그러므로 도면에 지시되는 치수는 허용할 수 있는 범위를 지정해야 합니다. 이와 같은 치수 허용 범위를 '공차'라고 합니다. 공차가 작으면 정밀하게 가공이 되어 제품의 성능이 좋아지지만 제작단가가 증가합니다. 반면에 공차가 커지면 성능은 저하되는 대신, 제작단가는 감소합니다. 그러므로 사용 목적에 맞는 적절한 공차를 부여해야 합니다.  

 

 

치수공차 검토하기

1) IT 공차 등급

치수공차와 끼워 맞춤 공차 방식에서 전체의 기준 치수에 대하여 동일 수준에 속하는 치수공차의 한 무리를 IT(ISO tolerance) 공차 등급이라 하며, 한국산업표준 KS 규격에서는 IT01, IT0, IT1 ~ IT18까지 총 20등급으로 구분합니다. 

 

파란색 : IT01~IT04급은 게이지류나 고정밀 기능이 요구되는 부품

초록색 : IT05~IT10급은 끼워 맞춤이 필요한 부품

노란색 : IT11~IT18급은 끼워 맞춤이 필요 없는 부품

IT 기본 공차 값

 

IT공차 허용 범위 계산하기

예) 지름 50mm, 길이 150mm의 환봉을 IT4 급으로 제작

(1) 지름과 길이의 허용차를 찾는다. <IT기본 공차 값> 표에서 공차 등급에서 4등급의 행을 찾는다.

 

(2) 지름 50mm는 기준 치수 구분이 30mm 초과 50mm 이하에 해당한다. 4등급의 행과 해당되는 열이 교차하는 곳에서 기공 공차의 수치를 찾으면 7 µm가 된다. 

 

(3) 길이 150mm는 기준 치수 구분이 120mm 초과 180mm 이하에 해당한다. 4등급의 행과 해당되는 열이 교차하는 곳에서 가공 공차의 수치를 찾으면 12 µm가 된다.

 

(4) 아래허용차가 0인경우 허용 범위를 계산한다.

a) 지름 50mm는 50.000~50.007mm

b) 길이 150mm는 150.000~150.012mm

 

(5) 공차가 대칭인 경우 허용 범위를 계산한다.

a) 지름 50mm는 49.9965~50.0035mm

b) 길이 150mm는 149.994~150.006mm

 

2) 끼워 맞춤 적용법

헐거운 끼워 맞춤(clearance fit) : 

구멍과 축의 움직임이 있을 때 헐거운 끼워 맞춤을 합니다. 

억지 끼워 맞춤(interference fit) : 

구멍과 축이 외부의 힘에 의해서 빠지지 않아야 하는 곳에 적용합니다. 

 

끼워 맞춤 방식(fit system) 

구멍과 축에 따라 구성되는 끼워 맞춤의 방식으로 구멍 기준 끼워 맞춤과 축 기준 끼워 맞춤이 있습니다. 부품 조립 시 구멍과 축 중에 둘 중 하나를 가공을 할 수 없는 경우가 생기는데 이럴 경우 구멍을 기준으로 할지 축을 기준으로 할지 판단해야 합니다. 아래 그림에서 왼쪽은 구멍기준 오른쪽은 축 기준입니다.

  

구멍 기준식과 축 기준식

구멍 기준 끼워 맞춤(hole basis systems of fit) : 

가공이 어려운 구멍을 기준으로 가공이 쉬운 축을 끼워 맞추는 방법

축 기준 끼워 맞춤(shaft basis systems of fit) :

전동기의 축과 같이 이미 가공되어 있는 축 같은 경우 구멍을 가공하여 끼워 맞추는 방법

 

3) 끼워 맞춤 공차를 사용하여 치수공차 적용법

 

구멍의 공차역 클래스

 

축의 공차역 클래스

 

끼워 맞춤 공차 허용범위 계산하는 법

예) ∅30H7 구멍의 치수 허용 범위 구하기

<구멍의 공차역 클래스 표>에서 공차 등급 H7 행의 ∅30는 24 초과 30 이하에 해당하여 위 치수 허용차 +21과 아래 치수 허용차 0을 찾는다. 치수 허용 범위는 ∅30.000~∅30.021

 

예) ∅30g6 축의 치수 허용 범위 구하기

<축의 공차역 클래스 표>에서 공차 등급 g6 행의 ∅30는 24 초과 30 이하에 해당하여 위 치수 허용차 -7과 아래 치수 허용차 -20을 찾는다. 치수 허용 범위는 ∅29.980~∅29.993

 

4) 일반 공차(보통 공차, general tolerance)

1) 일반 공차는 도면 사용자에게 도면을 읽기 쉽고, 보다 효과적으로 의사를 전달할 수 있습니다. 

2) 지시된 공차보다 큰 공차가 허용되는 것을 알고 있으므로 제작자는 매우 편리하며, 설계자는 상세한 공차 계산을 할 필요가 없어, 설계상 시간을 절약할 수 있습니다.

3) 지시된 일반 공차는 이미 정상적인 수행 능력으로 충분히 도달할 수 있는 공차로 검사를 생략하여 검사 비용을 줄일 수 있다.

4) 대부분 개별적으로 표시된 공차는 상대적으로 정밀한 공차를 요구하며, 이로 인해 생산 시 주의를 하게 됩니다.

5) "일반적인 공장 정밀도"를 알고 이를 적용함으로써 사용자와 공급자 사이에서 사전에 협의를 통해 발생할 수 있는 분쟁을 예방할 수 있습니다.

 

일반공차 허용 범위 계산하기

예) 도면의 주기란에 "가공부 : KS B ISO 2768-m(보통급)"으로 표기되어 있고, 특별한 공차 표시가 없는 길이 20mm인 가공부의 허용 범위 계산하기

<선 치수에 대한 허용공차표>에서 가공부 길이 20mm는 6 초과 30 이하에 해당하고 보통급에서 ±0.2mm가 허용되므로, 가공부의 길이는 20±0.2mm이고, 19.8~20.2mm의 허용 범위를 갖습니다.

선 치수에 대한 허용공차(KS B ISO 2768-1)

 

5) 가공방법에 따라 치수공차 검토하기

일반적으로 각종 부품은 가공 방법에 따라 치수 정밀도가 달라집니다.

예를 들어 일반적으로 사용하는 동력 전달 장치의 축은 끼워 맞춤 부품으로 보통 연삭 또는 선삭 가공하므로 이에 적용할 공차는 IT5급 ~ IT9급을 적용해야 합니다.

 

 

출처. 국가직무능력표준 https://www.ncs.go.kr/index.do