기하공차와 일반공차의 차이 알아보기

정밀 기계 설계나 제품 제조 도면을 보다 보면 자주 접하게 되는 개념이 있습니다. 바로 기하공차(Geometric Tolerance)와 일반공차(Dimensional Tolerance)입니다. 이 두 개념은 부품의 정확한 제작과 조립에 필수적인 기준이지만, 그 목적과 표현 방식에서 중요한 차이가 있습니다. 정확한 공차 개념을 이해하지 못하면 도면 해석에서 오류가 발생하고, 결과적으로 제품 품질에도 영향을 미칠 수 있습니다. 이 글에서는 두 공차의 정의와 역할, 적용 방식의 차이를 중심으로 실무에서 꼭 알아야 할 핵심 정보를 쉽고 명확하게 소개합니다.

 

 

1. 공차란 무엇인가?

공차(Tolerance)란, 제품을 제작할 때 설계된 기준 치수나 형태에서 허용되는 오차의 범위를 말합니다. 완전히 동일한 부품을 대량으로 생산하는 것은 거의 불가능하기 때문에, 실제 제작품이 설계 기준에 얼마나 벗어나도 되는지를 미리 정의하는 것입니다. 공차의 목적은 단순히 품질을 높이는 데 그치지 않고, 조립의 원활함, 기능적 성능 확보, 제조 비용 절감, 생산 효율성 향상등 다양한 요소를 고려해 설정됩니다.

 

2. 일반공차의 개념과 역할

일반공차(Dimensional Tolerance)는 부품의 길이, 지름, 높이 등 정량적인 치수에 대한 허용 오차 범위를 설정하는 방식입니다. 가장 널리 사용되는 공차 방식으로, ±기호나 공차 등급(H7, f8 등)으로 표현됩니다. 예를 들어, 20mm ±0.1mm라는 일반공차는 해당 치수가 19.9mm에서 20.1mm 사이로 제작되면 허용된다는 의미입니다.

 1). 일반공차의 특징

  - 수치 기반의 치수 오차 관리

  - ISO 2768, KS B 0401 등의 규격 사용

  - 도면에서 ±수치로 명시하거나 표준 규격에 따라 생략 가능

  - 대부분의 단순 구조물이나 일반 기계 부품에 적용

 2). 일반공차의 장점

  - 이해하기 쉬운 표현

  - 가공이 간단하고 제작 비용 절감에 효과적

하지만 형상 정확도나 조립 정밀도가 필요한 부품에는 한계가 있습니다.

 

3. 기하공차의 개념과 적용 방식

기하공차(Geometric Tolerance)는 단순한 치수 오차를 넘어서, 부품의 형상, 방향, 위치, 진동성 등에 대한 허용 오차를 규정하는 방식입니다. 복잡한 정밀 조립품의 제작과 검사에 꼭 필요합니다.

 1). 기하공차의 주요 요소

  - 형상공차: 평면도, 직선도, 원형도 등

  - 자세공차: 평행도, 직각도, 경사도 등

  - 위치공차: 위치도, 동심도, 대칭도 등

  - 흔들림 공차: 원주 흔들림, 전체 흔들림

 2). 기하공차의 특징

  - 공차 기호와 수치, 기준면(Datum)을 함께 표시

  - ISO 1101, ASME Y14.5 규격에 따라 도면에 표시

  - 도면 해석과 측정에 높은 전문성 필요

예: ⓟ | 0.05 | A라는 표시는 기준면 A를 기준으로 0.05mm 이내로 위치 정밀도를 유지해야 한다는 의미입니다. 기하공차는 특히 고정밀 부품, 자동차 엔진, 항공기 부품 등에서 필수적으로 사용됩니다.

 

4. 기하공차와 일반공차의 핵심 차이점 비교

두 공차는 모두 설계와 제조에서 중요한 기준이지만, 그 적용 대상과 방식에는 명확한 차이가 있습니다.

 1). 기하공차

  - 대상: 형상, 방향, 위치, 진동 등

  - 표기 방식: 기호 + 수치 + 기준면(Datum)

  - 적용 기준: ISO 1101, ASME Y14.5 등

  - 사용 범위: 정밀 조립품, 고기능 제품

  - 측정 용이성: 고정밀 측정 장비 필요

  - 설계 목적: 고정밀도 확보 및 기능성 극대화

 2). 일반공차

  - 대상: 치수 (길이, 지름 등)

  - 표기 방식: ±수치, 공차 등급

  - 적용 기준: ISO 2768, KS B 0401 등

  - 사용 범위: 단순 부품, 구조물

  - 측정 용이성: 상대적으로 쉬움

  - 설계 목적: 기본적인 허용차 확보

두 공차는 상호 보완적으로 사용되며, 설계자의 의도에 따라 적절히 조합되어야 최고의 성능과 효율성을 낼 수 있습니다.

 

5. 실무에서의 공차 적용 전략

 1). 조립 설계 시

  - 기하공차는 부품 간의 조립 오차를 최소화하고 기능 보장을 위해 필수입니다.

  - 축과 구멍의 위치 관계, 표면의 평탄도 등이 중요한 경우 기하공차를 설정해야 합니다.

 2). 비용과 생산성 고려 시

  - 일반공차는 가공 난도가 낮아 제조비용을 줄일 수 있습니다.

  - 불필요한 기하공차 사용은 과도한 생산비용과 검사 비용을 유발할 수 있으므로 주의가 필요합니다.

 3). 검사 및 측정

  - 기하공차는 CMM(3차원 좌표 측정기)나 고급 측정 장비를 활용해야 합니다.

  - 일반공차는 버니어 캘리퍼스나 마이크로미터 등으로 비교적 간단하게 측정할 수 있습니다.

 

공차의 개념을 이해하는 것이 설계의 시작이다

기하공차와 일반공차의 차이를 명확히 이해하는 것은 정확한 도면 작성과 해석의 출발점입니다. 일반공차는 치수 중심의 허용 오차를 제공하며, 대량 생산과 단순한 조립에 적합합니다. 반면, 기하공차는 형상과 위치의 정밀한 제어를 통해 고기능 제품의 품질을 보장합니다. 이 둘은 서로 대체되는 개념이 아닌, 보완적인 개념입니다. 실무에서는 설계 목적, 기능 요구 사항, 생산 예산 등을 고려하여 두 공차를 적절히 조합하는 것이 핵심입니다. 설계자라면 도면에 공차를 설정할 때, 단순히 표기만 하지 말고 그 의미와 결과까지 고려해야 합니다. 그래야만 완성도 높은 제품을 제작할 수 있으며, 비용 효율성과 품질까지 모두 잡을 수 있습니다.