기계설계를 배우거나 실무에 투입되면 빠르게 마주치게 되는 개념이 바로 ‘치수공차’입니다. 도면을 보면 ‘±0.05’, ‘h7’, ‘g6’ 같은 숫자와 문자 조합이 적혀 있는 걸 자주 보게 되죠. 치수공차는 단순히 정밀도를 높이기 위한 것이 아니라, 부품이 조립되거나 가공되는 데 있어 필수적인 허용 오차 범위를 설정하는 개념입니다. 이 글에서는 기계설계에서 꼭 필요한 치수공차의 기본 개념과 실무 적용 방법, 자주 사용되는 표준 예시를 초보자 눈높이에서 정리해드리겠습니다.
1. 치수공차란 무엇인가?
치수공차(Dimensional Tolerance)의 정의
치수공차는 부품을 제작할 때 정해진 정확한 치수값 대신, 허용 가능한 오차 범위를 두는 것입니다. 예를 들어 Ø20 ±0.1는 실제 치수가 19.9mm에서 20.1mm 사이면 된다는 의미입니다.
왜 공차가 필요한가요?
- 모든 가공에는 오차가 발생하기 때문입니다. - 조립되는 부품끼리 맞물려야 하기 때문에 규격화된 기준이 필요합니다. - 공차를 설정하면 정밀도와 비용 간의 균형을 맞출 수 있습니다.
2. 공차의 기본 용어 정리
기준치수(Nominal Size)
이론적으로 지정된 이상적인 치수값입니다. 예: Ø20
허용한계치수(Limit Size)
최대치수(Maximum Limit)와 최소치수(Minimum Limit)를 말합니다. 예: Ø20 ±0.05 → 20.05 ~ 19.95mm
편차(Deviation)
기준치수에서의 차이. 상한편차(ES), 하한편차(EI)로 나뉩니다.
공차(Tolerance)
상한치수와 하한치수 사이의 범위입니다. 예: 20.05 - 19.95 = 0.10mm
기하공차(Geometric Tolerance)
치수공차가 ‘크기’에 대한 허용 범위라면, 기하공차는 ‘형상’에 대한 허용 범위입니다. 평면도, 원형도, 위치도 등을 정의합니다.
3. 공차의 대표 적용 방식
1) 일반 공차: ± 방식
- 가장 단순하고 많이 쓰이는 방식 - 예: Ø30 ±0.2 → 29.8mm ~ 30.2mm
2) 정공차 방식: 상한/하한값 직접 표시
- 예: Ø10.0 / Ø9.9 → 최대 10.0mm, 최소 9.9mm
3) ISO 공차 등급 (h7, g6 등)
- KS 및 ISO에서 정해둔 기본 편차 표기 - 예: Ø20 h7은 기본 크기 Ø20에서 ‘h7’ 등급에 따른 허용 오차 적용 - 대표 조합: H7/g6 (슬립핏), H7/p6 (압입), H8/f7 (느슨한 끼움)
4) 구멍 기반 시스템(Hole Basis System)
- 구멍을 기준(h7 등)으로 축의 공차를 조절하는 방식 - 기계 설계에서 가장 일반적으로 쓰입니다
4. 실무에서의 공차 적용 예시
베어링 하우징과 샤프트 조립
- 베어링 외경: Ø20 h7 - 샤프트 삽입부: Ø20 g6 → 적당한 슬립 조립이 가능하도록 설정
축과 키(Key) 조립
- 축: Ø25 h6 - 키 홈 폭: 8mm +0.02 / 0 - 적당한 헐거움으로 조립되며, 동력 전달 시 흔들림 없이 고정 가능
볼트 구멍과 나사산
- M10 나사 → 기본 피치 1.5mm - 구멍 공차: Ø10.5 ±0.2 → 여유 있는 삽입 가능
5. 공차 설정 시 주의할 점
불필요하게 타이트한 공차는 비용을 높입니다
기능에 꼭 필요한 부위만 공차를 주고, 불필요한 부위는 가공성을 고려한 일반 치수로 지정하는 것이 바람직합니다.
조립 관계를 항상 함께 고려하세요
상대 부품과의 관계(구멍-축, 샤프트-베어링 등)를 고려하여 공차 조합을 설정해야 조립이 원활합니다.
마무리하며
치수공차는 단순히 숫자 하나 더 붙이는 것이 아니라, 설계 전체의 기능성과 생산성을 좌우하는 핵심 요소입니다. 초보 설계자일수록 공차 개념에 대한 이해가 부족한 경우가 많지만, 반복적인 학습과 실무 적용을 통해 점차 익숙해질 수 있습니다. 위의 개념과 예시를 바탕으로 공차 설정에 자신감을 갖고 설계를 진행해 보세요.
자주 묻는 질문(FAQ)
1. 치수공차를 모두 직접 계산해야 하나요?
대부분의 CAD 프로그램에는 공차 등급을 선택하면 자동으로 허용오차가 적용되므로, 외우기보다는 표나 도구를 참고하는 것이 일반적입니다.
2. h7/g6 조합은 무슨 의미인가요?
‘h7’은 구멍의 공차 등급, ‘g6’은 축의 공차 등급을 의미하며, 두 부품의 끼움 상태를 정의하는 방식입니다. 이 조합은 일반적인 슬립핏 용도로 자주 사용됩니다.
3. 기하공차와 치수공차는 동시에 써야 하나요?
부품 기능상 형상 정밀도(평면도, 직각도 등)가 중요하다면 기하공차도 함께 명시하는 것이 좋습니다. 둘은 상호보완적인 역할을 합니다.