기계설계에서 3D CAD를 활용한 모델링은 도면 작성의 시작점입니다. 그런데 많은 초보자들이 처음 마주하게 되는 장벽이 바로 ‘구속조건’입니다. 구속조건이란 단순히 스케치를 그리는 것이 아니라, **의도한 위치와 형태를 정확히 고정하고 유지**하기 위한 ‘설계 규칙’이라고 할 수 있습니다. 이번 글에서는 구속조건의 기본 개념, 종류, 실제 적용 방법, 그리고 실무에서 발생하기 쉬운 오류와 그 해결 방법까지 체계적으로 정리해보았습니다.
1. 구속조건이란 무엇인가요?
스케치나 모델링 요소의 자유도를 제어하는 조건
CAD 환경에서는 선, 원, 점 등 모든 요소는 처음 생성되면 '자유롭게' 움직일 수 있습니다. 하지만 이렇게 자유로운 요소는 모델링의 기준이 되지 않으며, 변경 시 의도치 않은 변형이 생길 수 있습니다.
구속조건의 목적
- 스케치의 위치, 방향, 크기를 명확히 지정 - 모델 변경 시 기준이 흔들리지 않도록 유지 - 다른 요소와의 연관성을 설정하여 구조적으로 안정화
2. 구속조건의 종류
1) 기하학적 구속 (Geometric Constraints)
- 수평(Horizontal), 수직(Vertical) - 평행(Parallel), 수직(Perpendicular) - 일치(Coincident), 동일(Equal) - 중심선 대칭(Symmetric), 접선(Tangent), 동심(Concentric)
2) 치수 구속 (Dimensional Constraints)
- 길이, 반지름, 각도, 거리 등 수치로 정의 - 파라메트릭 모델링의 핵심 → 숫자 변경만으로 형태 자동 수정 가능
3) 조립(어셈블리) 구속
- 부품 간 상대적인 위치 관계를 정의 - 예: 면 일치(Mate), 중심축 정렬, 간격 유지 등
3. 구속조건의 상태
1) 완전 정의 (Fully Defined)
- 모든 위치, 크기, 방향이 고정된 상태 - 스케치 선이 **검정색**으로 표시
2) 미정의 (Under Defined)
- 일부 요소가 움직일 수 있는 상태 - **파란색**으로 표시 → 반드시 수정 필요
3) 과구속 (Over Defined)
- 중복 구속으로 인해 충돌이 발생한 상태 - **붉은색 경고** 발생 → 불필요한 구속 제거 필요
4. 실무 적용 예시
사례 1: 원 2개를 같은 크기로 만들기
- ‘Equal’ 기하학적 구속을 적용하면 두 원은 항상 같은 지름 유지 - 치수는 한쪽에만 입력하면 연동됨
사례 2: 선과 원이 접하도록 만들기
- 원과 선 사이에 ‘Tangent’ 구속을 적용 - 기계 부품의 캠 구조 등에서 자주 사용
사례 3: 사각형 중심선 기준 대칭
- ‘Symmetric’ 구속으로 좌우 균형 유지 - 중심선은 Construction Line(보조선)으로 설정
5. 구속조건 설정 시 주의사항
1) 치수와 기하구속 중복 방지
- 이미 수평 구속된 선에 각도 치수를 추가하면 과구속 발생 가능 - 하나의 목적에 하나의 구속만 적용
2) 초기부터 완전 정의를 목표로
- 스케치를 그릴 때부터 구조적으로 생각하며 구속 적용 - 완성 후 검은색 확인 = 설계 안정화
3) 변경이 쉬운 구조 만들기
- 파라메트릭 설계를 위해 구속은 직관적이고 논리적이어야 함 - 나중에 치수만 변경해도 전체 구조가 자동 조정되도록 설계
마무리하며
구속조건은 CAD 모델링에서 가장 기본적이면서도 중요한 개념입니다. 단순히 그리는 것을 넘어서, **논리적으로 설계하고 쉽게 수정 가능한 모델을 만드는 핵심**이죠. SolidWorks, AutoCAD, Fusion 360 등 대부분의 CAD는 구속조건 기반 모델링을 지원하므로, 설계 초기 단계부터 정확한 구속을 습관화하는 것이 좋습니다. 완전 정의된 스케치는 곧 오류 없는 설계를 의미합니다.
자주 묻는 질문(FAQ)
1. 완전 정의는 꼭 해야 하나요?
실무에서는 완전 정의가 필수입니다. 그렇지 않으면 도면 수정 시 의도하지 않은 움직임이 발생할 수 있어 품질 문제가 생깁니다.
2. 구속조건 없이도 도면은 만들 수 있지 않나요?
가능하지만 안정성이 없고 수정 시 치명적인 오류로 이어지므로 비추천합니다.
3. 구속조건이 잘못된 것 같은데 찾기 어렵습니다.
‘Display/Delete Relations’ 기능을 활용하면 스케치 요소별 구속조건을 한눈에 확인하고 수정할 수 있습니다.