공차는 CNC 부품에서 비용이 결정되는 곳입니다. ±0.5mm로 지정된 특성은 ±0.01mm로 지정된 것과 동일한 비용으로 가공되지만, 검사, 공구, 불량률 및 사이클 타임은 완전히 다릅니다. 이 페이지는 작동할 만큼 타이트하고, 감당할 만큼 느슨하며, 도면의 모든 특성에 대해 정당화된 공차를 할당하는 방법을 설명합니다.
공차와 비용의 관계는 선형이 아닙니다 — 기하급수적입니다. 한 단계 더 타이트해질 때마다 더 나은 기계, 더 숙련된 작업자, 더 잦은 검사, 더 느린 절단 파라미터가 필요합니다. 아래 비용 곡선은 일반적인 CNC 공차 대역의 상대적 비용 배수를 보여줍니다. "1×"은 표준 공차 부품의 기준 비용을 나타냅니다.
| 공차 대역 | 상대적 비용 | 일반적 공정 | 얻는 것 |
|---|---|---|---|
| ±0.5 mm | 1.0× | 표준 CNC 밀링/선반 | 일반 가공. 비임계 특성, 브래킷, 하우징, 커버에 적합. |
| ±0.1 mm | 1.5× | 표준 공구, 일반 검사를 갖춘 CNC | 대부분의 상업용 부품. 클리어런스 피트, 장착면, 코스메틱 치수에 적합. |
| ±0.05 mm | 2.5× | 환경 관리 CNC, CMM 검사 | 정밀 상업용. 피트, 베어링 시트, 다우엘 홀, 밀봉면. |
| ±0.025 mm | 4.0× | 정밀 CNC, 연삭, 온도 관리 | 고정밀. 정밀 베어링, 기어 보어, 유압 스풀, 게이지 특성. |
| ±0.01 mm | 8.0× | 지그 보링, 정밀 연삭, CMM | 초고정밀. 게이지 블록, 정밀 공구, 광학 마운트, 금형 인서트. |
| ±0.005 mm | 15.0× | 래핑, 호닝, 온도 관리 실험실 | 초정밀. 측정 표준, 광학 조립체, 반도체 피처스. |
부품의 모든 특성이 동일한 공차를 필요로 하지는 않습니다. 핵심 원칙은 부품이 아닌 기능에 공차를 적용하라입니다. 조립, 밀봉, 운동 또는 안전에 직접 영향을 미치는 특성에만 타이트 공차를 할당하세요. 나머지는 느슨하게 두면 됩니다.
| 특성 유형 | 공차 수준 | 일반적 범위 | 이유 |
|---|---|---|---|
| 압입/프레스 피트 | 매우 타이트 | ±0.005–0.015 mm | 간섭량이 마이크론 단위로 측정됨. 너무 느슨하면 부품이 빠짐. 너무 타이트하면 조립 시 응력 균열. |
| 트랜지션/위치 피트 | 타이트 | ±0.01–0.025 mm | 베어링 저널, 기어 보어, 정밀 다우엘 홀. 과도한 프레스력 없이 정확히 위치해야 함. |
| 다우엘 핀 홀 | 타이트 | ±0.01–0.02 mm (H7) | 다우엘은 두 부품을 상대적으로 위치시킴. 위치 오차가 조립 정렬에 직접 전달됨. |
| 베어링 저널/보어 | 타이트 | ±0.005–0.015 mm | 베어링 수명은 피트에 달려 있음. 너무 느슨하면 프렛팅 및 진동. 너무 타이트하면 프리로드 및 과열. |
| 밀봉면 (오링 홈) | 보통 | ±0.025–0.05 mm | 오링 홈 치수는 적절한 압축을 유지하도록 관리되어야 함. 너비가 깊이보다 더 중요. |
| 밀봉면 (평면 가스켓) | 보통 | ±0.05 mm 평탄도 | 표면이 가스켓이 밀착될 만큼 평평해야 함. 표면 거칠기가 치수 공차보다 더 중요한 경우가 많음. |
| 나사산 홀 | 보통 | 표준 나사산 클래스 (6H / 6g) | 표준 나사산 클래스 (너트용 6H, 볼트용 6g)는 잘 정의됨. 특별한 이유가 없는 한 나사산 공차를 재지정하지 마세요. |
| 클리어런스 홀 (볼트 관통) | 느슨 | ±0.1–0.25 mm | 볼트는 설계상 클리어런스를 가짐. 구멍이 볼트보다 크기만 하면 작동함. |
| 장착면 | 보통 | ±0.05–0.1 mm | 맞물림 부품이 제대로 안착하려면 평평하고 올바른 위치여야 함. |
| 전체 치수 (길이, 폭, 높이) | 느슨 | ±0.1–0.5 mm (ISO 2768-mK) | 부품이 특정 외곽에 맞아야 하는 경우가 아니면 전체 치수에 타이트 공차가 필요한 경우는 거의 없음. |
| 비임계 표면 | 느슨 | ±0.5 mm 또는 ISO 2768 | 외부 표면, 리브, 보스, 코스메틱 특성. 모양이 올바르게 보이는 한 공차는 중요하지 않음. |
| 경량 감소 포켓 | 느슨 | ±0.5 mm 또는 ISO 2768 | 이 포켓은 무게 감소를 위해 재료를 제거함. 포켓 형상과 크기는 기능적으로 임계가 아님. |
공차 할당은 추측이 아닙니다. 도면의 모든 공차가 정당화되고, 달성 가능하며, 비용 효과적임을 보장하기 위해 이 체계적인 접근법을 따르세요.
| 단계 | 조치 | 세부 사항 |
|---|---|---|
| 1 | 임계 기능 식별 | 부품이 수행하는 모든 기능을 나열: 하중 지탱, 유체 밀봉, 다른 부품 위치시키기, 광학 소자 정렬 등. 각 기능은 하나 이상의 임계 특성에 매핑됨. |
| 2 | 기능을 특성에 매핑 | 각 기능에 대해 이를 제어하는 치수 특성을 식별. 예: "200 bar에서 유압 유체 밀봉"은 오링 홈 너비, 깊이 및 표면 거칠기에 매핑됨 — 전체 부품 길이가 아님. |
| 3 | 각 임계 특성에 필요한 공차 결정 | 엔지니어링 분석 (공차 누적, FEA, 경험적 데이터)을 사용하여 최대 허용 편차를 계산. 기본값으로 "타이트"를 선택하지 마세요 — 실제로 필요한 것을 계산하세요. |
| 4 | 나머지에 ISO 2768 적용 | 임계 목록에 없는 모든 특성은 ISO 2768에 따른 일반 공차를 부여. 클래스 지정: -f (정밀), -m (중간), -c (조밀), -v (매우 조밀). 중간 (mK)이 가장 일반적인 기본값. |
| 5 | 근거 문서화 | 도면 또는 별도의 공차 분석 문서에 각 타이트 공차가 필요한 이유를 기록. 이렇게 하면 미래의 엔지니어가 공차를 느슨하게 하거나 업체가 의문을 제기하는 것을 방지. |
| 6 | 제조와 검토 | 확정 전 기계공 또는 제조 엔지니어와 공차 체계를 검토. 필요 이상으로 타이트한 공차나 동일한 기능을 더 낮은 비용으로 달성하는 대안을 식별할 수 있음. |
ISO 2768은 도면에서 개별적으로 공차가 지정되지 않은 치수에 대한 일반 공차를 정의합니다. 선형 치수, 외부 반지름, 모따기 높이, 각도 치수 및 기하 공차 (직선도, 평탄도, 직각도, 대칭도, 원방향 런아웃)을 포함합니다.
| ISO 2768 클래스 | 선형 공차 (6–30mm 공칭의 경우) | 사용 시기 |
|---|---|---|
| f (정밀) | ±0.05–0.1 mm | 대부분의 특성이 좋은 관리가 필요한 정밀 부품. 모든 치수에 개별 공차보다 여전히 저렴. |
| m (중간) | ±0.1–0.2 mm | 가장 일반적인 기본값. 대부분의 상업용 CNC 부품에 적합. 비용과 정밀도의 좋은 균형. |
| c (조밀) | ±0.2–0.4 mm | 비임계 부품, 구조 부재, 대형 하우징, 브래킷. 피트와 기능이 치수에 민감하지 않을 때 사용. |
| v (매우 조밀) | ±0.4–1.0 mm | 거친 구조 부품, 용접물, 베이스. 정밀 CNC에는 거의 사용되지 않지만 대형 구조 부품에 적합. |
GENERAL TOLERANCES PER ISO 2768-mK. "m"은 선형 및 각도 치수를 관리합니다. "K"는 기하 공차 (평탄도, 직선도, 직각도 등)를 관리합니다. 이 한 줄로 개별 공차 지정이 없는 모든 치수를 포함합니다.
흔한 오해는 타이트 공차가 자동으로 매끈운 표면 거칠기를 필요로 하거나 그 반대라고 생각하는 것입니다. 실제로 Ra (표면 거칠기)와 치수 공차는 독립적인 사양입니다. ±0.01mm의 치수에 Ra 1.6의 표면 거칠기를 가질 수 있고, ±0.5mm의 치수에 Ra 0.4의 표면 거칠기를 가질 수 있습니다. 두 가지는 다른 기능적 요구에 의해 주어집니다.
| 기능적 요구 | 권장 Ra | 일반적 공정 | 공차 영향 |
|---|---|---|---|
| 미끄러짐/베어링 표면 | Ra 0.2–0.4 μm | 연삭, 호닝, 랩핑 | 타이트 공차 필요 (치수가 틀어지면 매끈한 표면은 무의미함). |
| 정적 밀봉면 (가스켓) | Ra 0.8–1.6 μm | 정밀 밀링, 페이싱, 가벼운 연삭 | 평탄도가 Ra보다 더 중요. 가스켓이 맞춰질 만큼 표면이 평평해야 함. |
| 동적 밀봉 (오링, 립 시일) | Ra 0.4–0.8 μm | 연삭, 정밀 선반 | 너무 거칠면 시일 마모. 너무 매끄러우면 시일이 립 압력을 생성하지 못함. 방향성도 중요. |
| 피트 (프레스, 트랜지션, 클리어런스) | Ra 0.8–1.6 μm | 리밍, 보링, 정밀 선반 | 표면 거칠기가 유효 피트에 영향. 거친 표면은 샤프트에서 더 작고 홀에서 더 크게 측정됨. |
| 코스메틱/가시 표면 | Ra 0.8–1.6 μm | 표준 마감 패스 | 기능이 아닌 외관에 의해 주어짐. 모양이 좋아 보이면 느슨한 치수도 괜찮음. |
| 일반 가공 표면 | Ra 1.6–3.2 μm | 표준 밀링, 선반 | 기본 CNC 마감. 특수 공정 불필요. ISO 2768-m 공차와 함께 사용. |
| 클리어런스/비접촉 표면 | Ra 3.2–6.3 μm | 조가공만 | 내부 포켓, 경량 감소, 보이지 않는 표면. 가장 저렴하게 생산. |
| 공구 자국 허용 (가공 그대로) | Ra 6.3–12.5 μm | 헤비 조가공 | 주조 표면, 원시 스톡, 보이거나 접촉되지 않는 내부 특성. 최소 비용. |
GD&T (Geometric Dimensioning and Tolerancing, ASME Y14.5 / ISO 1101)은 특성의 형상, 방향, 위치 및 런아웃을 제어하는 기호 언어입니다. +/- 공차는 크기를 제어하고 간접적으로 일부 기하학적 특성을 제어합니다. 대부분의 부품은 +/- 공차만으로 완전히 정의될 수 있습니다. GD&T은 특정 상황에서만 필요합니다.
+/- 공차가 기본이며 첫 번째 선택이 되어야 합니다. 이해하기 더 쉽고, 검사가 더 저렴하며 (버니어 캘리퍼, 마이크로미터), 대부분의 CNC 부품에 충분합니다.
| 상황 | +/- 사용 시기 | 이유 |
|---|---|---|
| 단순 직각형 부품 | 블록, 플레이트, 직각형 특성이 있는 브래킷 | 길이, 폭, 높이 및 구멍 위치에 대한 +/-가 명확하고 충분함. |
| 단일 데이터 특성 | 하나의 면 또는 하나의 엣지가 모든 치수의 기준이 될 때 | 모든 치수가 동일한 표면에서 시작하면 데이터 참조가 불필요. |
| 클리어런스 피트만 | 볼트 홀, 클리어런스 슬롯, 비임계 위치 | 클리어런스 홀은 넓은 공차 대역을 가짐. +/-가 완전히 적절함. |
| 저볼륨 생산 | 프로토타입 및 소량 생산 (< 100개) | GD&T 검사 (CMM)는 저볼륨에서 정당화하기 어려운 세팅 비용 추가. |
| 상황 | 필요한 GD&T 특성 제어 | +/-로 불충분한 이유 |
|---|---|---|
| 임계 데이터면 | 데이터 특성 (A, B, C), 평탄도, 직각도 | +/- 공차는 어떤 표면이 기준인지 명시적으로 정의하지 않음. GD&T 데이터는 명확한 측정 계층을 설정. |
| 복잡한 형상 | 프로필 (선/면), 위치 | 불규칙한 형상, 곡면 및 비직각형 특성은 +/-만으로는 적절히 제어할 수 없음. |
| 구멍 패턴 | 진위치 (MMC/LMC 보정 포함) | MMC에서 보너스 공차가 있는 진위치는 더 많은 제조 유연성을 허용하고 기능을 유지하면서 비용을 줄일 수 있음. |
| 동심도/공축도 | 동심도, 런아웃, 총 런아웃 | 직경에 대한 +/-는 한 특성이 다른 특성에 대해 얼마나 중심에 있는지 제어하지 않음. 런아웃은 크기와 위치를 동시에 제어. |
| 형상 요구가 있는 원통형 특성 | 원통도, 원형도 | 직경에 대한 +/- 공차는 대역 내의 진원도를 허용. 원통도는 전체 표면 형상을 제어. |
| 고볼륨 생산 | 기능 게이지가 있는 모든 GD&T 특성 | GD&T는 볼륨에서 빠르고 저렴한 검사를 위해 기능적 통과/불통과 게이지 사용을 허용. |
GD&T 공차는 검증을 위해 CMM (좌표 측정 기기) 검사가 필요합니다. 이는 직접적인 비용 영향이 있습니다.
| 검사 방법 | 일반적 공차 범위 | 부품당 검사 비용 | 속도 |
|---|---|---|---|
| 버니어 캘리퍼/마이크로미터 | ±0.05mm 이상 | 최소 (기본 가격에 포함) | 특성당 30–60초 |
| 통과/불통과 게이지 | 고정 한계 (나사 게이지, 핀 게이지) | 낮음 (볼륨에 걸쳐 상각) | 특성당 5–10초 |
| 높이 게이지/수평판 | ±0.01–0.05mm | 보통 (부품당 +$5–15) | 특성당 2–5분 |
| CMM (프로그래밍 + 측정) | 모든 GD&T, ±0.005mm 이상 | 높음 (부품당 +$20–80) | 부품당 5–15분 (프로그램 후) |
| 원형도 측정기/광학 비교기 | 형상 공차 (원형도, 원통도) | 매우 높음 (부품당 +$50–150) | 특성당 10–30분 |
이러한 공차 오류는 놀라울 정도로 많은 엔지니어링 도면에 나타납니다. 각각은 불필요하게 비용을 증가시키거나 분쟁, 지연 또는 부적합 부품으로 이어지는 모호함을 생성합니다.
| # | 실수 | 결과 | 올바른 접근 |
|---|---|---|---|
| 1 | 모든 치수에 동일한 타이트 공차 | 부품이 필요한 것보다 3–5배 더 비싸짐. 모든 특성이 임계인 것처럼 가공, 검사, 문서화됨. 시간과 비용의 막대한 낭비. | 임계 특성에만 타이트 공차를 할당. 나머지에는 ISO 2768 적용. 80/20 법칙 사용: 80% 느슨, 20% 타이트. |
| 2 | 비용을 이해하지 못하고 ±0.01mm 지정 | 견적이 예상보다 8배 높게 나옴. 엔지니어가 놀람. 프로젝트 예산 초과. | ±0.05mm보다 타이트한 공차를 지정하기 전에 공차 비용 곡선을 확인하세요. 이 공차가 엔지니어링 분석에 의해 정당화되는지 자문하세요. |
| 3 | 일반 공차 메모 없음 (ISO 2768 없음) | 공차가 없는 모든 치수가 업체와 고객에 의해 다르게 해석됨. 분쟁은 불가피. 업체가 자체 (아마 더 타이트한) 표준으로 기본 설정할 수 있음. | 도면에 항상 "GENERAL TOLERANCES PER ISO 2768-mK"를 포함하세요. 이것이 추가할 수 있는 가장 중요한 공차 메모입니다. |
| 4 | 비기능 치수에 타이트 공차 | 부품 기능에 영향을 미치지 않는 치수에 가공 및 검사 비용 낭비. 예: 위치가 중요한 브래킷의 전체 길이에 ±0.02mm. | 각 공차에 대해 "이 치수가 더 느슨한 공차 한계에 있으면 무슨 일이 발생하는가?"라고 물어보세요. 대답이 "아무것도"이면 느슨하게 하세요. |
| 5 | Ra와 치수 공차를 혼동 | 공차가 타이트하다는 이유로 Ra 0.4를 필요로 하는 특성에 지정. 또는 표면이 매끄러워야 한다는 이유로 타이트 공차를 지정. 이것은 독립적인 사양. | 치수 기능에 따라 공차를 지정. 표면 기능 (밀봉, 미끄러짐, 코스메틱)에 따라 Ra를 지정. 이것들은 독립적입니다. |
| 6 | +/-로 충분할 때 GD&T 사용 | 도면이 읽기 어려워짐. 검사에 버니어 캘리퍼 대신 CMM이 필요. 기능적 이점 없이 비용 증가. 업체가 도면 수정을 요청할 수 있음. | +/-는 직각형 형상과 단일 데이터 치수를 가진 단순 부품에 사용. GD&T은 복잡한 형상, 임계 데이터 및 고볼륨 생산에 예약. |
| 7 | 공차 누적 미분석 | 각 특성이 공차 내에 있지만 공차가 누적되어 조립이 맞지 않음. 조립에서 발견 — 문제를 찾기 가장 비싼 시점. | 두 개 이상의 맞물림 부품이 있는 모든 조립에 대해 공차 누적 분석 (최악의 경우 또는 RSS)을 수행. 개별 공차를 조립 요구에 맞게 조정. |
| 8 | 공정 능력보다 타이트한 공차 | 높은 불량률. 업체가 공차 내에서 일관되게 부품을 생산할 수 없음. 선별 정렬에 프리미엄을 청구하거나 주문을 거부. | 각 공정의 표준 능력을 아세요. CNC 밀링은 ±0.025mm를 일상적으로 달성. ±0.005mm가 필요하면 연삭을 지정. |
| 9 | 데이터 참조 미지정 | 검사가 의도한 것과 다른 기준면에서 측정. 부품이 검사를 통과하지만 조립에 실패. GD&T에서 특히 흔함. | 도면에 데이터 특성을 명확히 정의. 데이터 A는 1차 맞물림면이어야 함. 데이터 B는 2차 정렬면이어야 함. |
| 10 | 재료 거동 무시 (열팽창) | 20°C에서 측정한 부품은 공차 내. 35°C (작업장 바닥 또는 작동 중)에서 측정하면 공차 초과. 알루미늄은 °C당 100mm당 0.024mm 팽창. | 타이트 공차 (<±0.025mm)의 경우 측정 온도를 지정 (일반적으로 ISO 1에 따라 20°C). 극단 온도에서 작동하는 부품은 작동 온도에서 공차 지정. |