공차 누적은 기하학적 형상에 적용되는 공차 계산의 중요한 기술로써 생산 프로세스가 정확하고 편리하며 비용적인 면에서 실행 가능한지 확인하는 데 도움이 됩니다. 이번 글에서는 공차 누적 정의, 유형 및 2가지 모범 사례 관련해서 알아보겠습니다.
공차 누적이란?
공차 누적은 연결된 형상의 기하 공차가 누적된 상황입니다. 본질적으로 이는 부품 피처의 개별 공차가 합산되고 부품의 전체 공차에 대한 총체적인 영향으로 간단히 이해될 수 있습니다.
공차 누적은 부품 및 구성 요소의 제조 가능함을 정하는 유용한 분석이어서 부품의 특징이 공차 내에 있지만 부품 전체가 공차를 벗어나 긁히는 상황을 방지하는 데 도움이 됩니다.
1. 공차 누적의 예
여러 개의 핀 구멍이 나란히 있는 판을 예로 들어 보겠습니다. 플레이트의 구멍과 위치는 중요한 공차 기능으로 모든 구멍이 공차 내에 있지만 최대 한계에 있을 가능성이 있습니다.
이것으로 인해 우연히 모든 구멍의 크기가 가장 커지고 구멍 사이에 플레이트를 지지할 재료가 충분하지 않게 되는 상황이 발생할 수 있습니다.
그래서 주요 기능이 허용오차를 벗어나더라도 부품이 여전히 품질 테스트에 실패하는 상황이 발생합니다.
이는 공차 누적 분석 사용의 실제 필요성을 명확히 하여 시간과 비용의 낭비를 줄이고 재료의 낭비를 줄이는 데도 도움이 됩니다.
공차 누적 분석 방법
엔지니어들은 공차 누적을 위해 두 가지 주요 방법을 사용합니다. 이들 중 하나의 주요 기능은 동일하지만, 이들 간의 몇 가지 주요 차이점은 특정 상황에 적합합니다.
1. 최악의 경우 공차 분석
최악의 경우 공차 누적 분석은 둘 중에 더 단순한 것을 선택하게 되면 이는 모든 기능이 최대 편차 수준에 있다고 가정하는데, 이 경우가 제조업체의 ‘최악의 시나리오’입니다.
실제 생산 환경에서는 이런 일이 일어날 가능성이 거의 없지만 위험이 높을 때 최악의 경우 기술을 선택하게 됩니다.
n개의 특징과 양측 공차가 있는 부품의 경우 총 변동을 찾는 공식은 다음과 같습니다.
최악의 경우 모든 부품이 공차 내에 있고 원하는 엔지니어링 적합성이 맞아 떨어질 때이지만 이런 경우 허용 오차가 더 심해지는 결과로 이어집니다.
이는 곧, 부품 수가 늘어날수록 공차 내에서 부품을 제작할 수 있는 가능성이 낮아지므로 소량 생산에 적합하다고 할 수 있습니다.
2. 최악의 경우 공차 분석의 예
공차 누적이 관련될 수 있으며 이해하기 어려울 수 있습니다. 따라서 포인트를 홈으로 유도하기 위한 간단한 공차 누적 예제를 알아보려 합니다.
아래 그림은 각각의 치수와 공차를 갖는 여러 피처가 있는 공차 누적인데요. 목표는 최악의 경우 원칙을 기반으로 총 조립 공차인 X를 계산하는 것입니다.
최악의 경우 공차 누적의 경우 공칭 치수와 공차는 피처 치수의 합입니다. 따라서 X는 다음과 같이 계산됩니다.
| 항목 | 치수 | 공차 |
| A | 8 | ±4 |
| B | 5 | ±2 |
| C | 5 | ±2 |
| D | 5 | ±2 |
| 조합(X) | 23 | ±10 |
그러므로, X = 23 ± 10
공차 누적 모범 사례
공차 누적은 절반은 과학이고 절반은 예술입니다. 스택 업 분석을 수행하는 동안 가장 적합한 치수 체인을 선택하려면 엔지니어링 능력이 필요합니다.
아래 섹션에서는 공차 스택 분석을 최적화하는 방법에 대해 전문가가 제공하는 팁과 요령에 대해 간략하게 알아보려합니다.
1. 설계 도면의 적절성을 지켜주세요.
엔지니어 도면은 설계 의도를 생산 엔지니어에게 전달하는 표준 방법입니다.
하지만 경험이 부족한 엔지니어가 저지르는 일반적인 실수는 일반적으로 요구 사항이 아닌 모든 부품 기능에 공차를 추가하는 것입니다.
어느 정도 도면을 그려보신 분들은 아시겠지만 중요한 기능에 대해서만 공차를 정의하는 것이 적절하며 나머지 보조 기능의 치수는 자동으로 제어가 됩니다.
따라서 부품을 과도한 공차가 기입된 치수는 지양하는 것이 좋습니다. 이는 제조 공정을 복잡하게 만드는 것은 물론 엔지니어링 도면으로서의 기능을 저하시키는 원인이 됩니다.
2. 엔지니어는 제조 과정을 이해한 도면을 작성해주세요.
일부 기능에 필요한 것보다 더 정밀한 공차를 적용하는 것은 어렵지 않습니다.
하지만, 설계자는 생산 부서에서 고품질 부품을 제조할 수 있지만 공차는 부품 기능에 따라 결정된다는 점을 명심해야 합니다.
따라서 설계자와 제조업체 모두 실제적인 관점에서 공차 누적을 평가하고 접근 방식이 지나치게 정밀해지는 것을 피해야 합니다.
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