직각도 공차란 특정 면이나 축이 기준이 되는 데이텀에 대해 얼마나 정확하게 90도 방향을 유지해야 하는지를 관리하는 기하공차입니다.
기계 부품을 보면 서로 직각으로 만나는 면이 많이 있습니다. 눈으로 봤을 때는 완벽한 90도처럼 보여도 정밀하게 측정해보면 조금씩 기울어져 있을 수 있습니다.
작은 기울기는 단순한 외관 문제로 끝날 수도 있지만 다른 부품과 조립되거나 위치를 결정하는 면에서는 기능에 영향을 줄 수 있습니다.
이러한 방향의 편차를 일정한 범위 안에서 관리하기 위해 사용하는 것이 직각도 공차입니다.
직각도 공차란 무엇인가?
직각도는 기하공차 중 방향공차에 해당합니다.
방향공차에는 직각도 외에도 평행도와 경사도 등이 있으며, 공통적으로 특정 기준에 대한 방향을 관리합니다.
직각도에서는 평가하려는 면이나 축이 기준이 되는 데이텀에 대해 얼마나 정확하게 직각 방향을 유지하는지를 확인합니다.
예를 들어 직육면체 형태의 부품에서 바닥면을 데이텀 A로 설정했다고 가정해보겠습니다.
옆면에 직각도 0.1mm가 지정되어 있다면 해당 옆면은 데이텀 A에 대해 정확한 90도 방향을 기준으로 설정된 허용영역 안에 존재해야 합니다.
중요한 점은 직각도를 각도 몇 도 차이로 표현하는 것이 아니라 일반적으로 거리 단위의 공차값을 사용해 관리한다는 것입니다.
직각도 공차의 허용영역은 어떻게 만들어질까?
평면에 적용되는 직각도를 생각해보겠습니다.
바닥면이 데이텀 A이고 옆면에 직각도 0.1mm가 지정되어 있다고 가정합니다.
이 경우 데이텀 A에 대해 정확하게 90도 방향을 이루는 두 개의 평행한 가상 평면이 만들어집니다.
두 가상 평면 사이의 거리가 0.1mm입니다.
검사 대상인 실제 표면 전체가 이 두 평면 사이에 들어와야 직각도 요구사항을 만족한다고 볼 수 있습니다.
즉, 실제 표면이 완벽하게 90도를 이루지 않더라도 지정된 직각도 허용영역 안에 들어오면 허용할 수 있다는 의미입니다.
이러한 방식은 실제 제조에서 완벽한 90도를 만드는 것이 현실적으로 어렵다는 점을 고려한 것입니다.
직각도는 왜 데이텀이 필요할까?
앞서 살펴본 평면도는 표면 자체의 평평함을 평가하기 때문에 다른 기준이 필요하지 않았습니다.
직각도는 다릅니다.
어떤 면이 직각인지 판단하려면 반드시 무엇에 대해 직각인지가 먼저 정해져야 합니다.
예를 들어 하나의 금속판이 공간에 세워져 있다고 하더라도 그 자체만 보고 직각이라고 판단할 수는 없습니다.
바닥면이나 특정 축과 비교해야 90도 관계를 판단할 수 있습니다.
그래서 직각도와 같은 방향공차에서는 데이텀이 중요합니다.
실제 GD&T 체계에서도 직각도는 기준과의 방향 관계를 관리하는 방향공차로 분류됩니다.
눈으로 90도처럼 보여도 불량이 될 수 있을까?
가능합니다.
특히 크기가 큰 부품에서는 아주 작은 각도 차이도 끝부분에서는 큰 위치 차이로 나타날 수 있습니다.
예를 들어 높이가 10mm인 짧은 부품이 약간 기울어진 것과 높이가 500mm인 긴 부품이 같은 각도로 기울어진 상황을 생각해볼 수 있습니다.
기울어진 각도는 같더라도 높이가 긴 부품에서는 상단의 위치 차이가 훨씬 크게 나타날 수 있습니다.
따라서 정밀한 조립이 필요한 제품에서는 단순히 눈으로 90도인지 확인하는 것만으로 충분하지 않을 수 있습니다.
도면에서 요구하는 직각도 공차에 따라 실제 방향을 측정하고 판단해야 합니다.
직각도와 각도공차는 무엇이 다를까?
직각도는 이름 때문에 일반적인 각도공차와 같은 개념으로 생각하기 쉽습니다.
하지만 관리 방식에는 차이가 있습니다.
일반적인 각도 치수는 예를 들어 90° ±0.5°처럼 각도 자체에 허용범위를 부여할 수 있습니다.
반면 직각도 공차는 기준에 대해 정확한 90도 방향을 설정한 뒤 그 주변에 일정한 폭을 가진 기하학적 허용영역을 만듭니다.
그리고 실제 면이나 축이 해당 영역 안에 존재하는지를 평가합니다.
따라서 직각도를 단순히 몇 도 기울어졌는지를 확인하는 개념으로만 이해하기보다는 기준에 대한 형상의 방향을 허용영역으로 관리하는 개념으로 이해하는 것이 좋습니다.
직각도와 평면도의 차이
직각도와 평면도 역시 자주 혼동하는 기하공차입니다.
평면도는 표면 자체가 얼마나 평평한지를 평가합니다.
직각도는 해당 표면이 기준면에 대해 얼마나 정확하게 90도 방향을 유지하는지를 평가합니다.
예를 들어 부품의 옆면이 완전히 평평하더라도 바닥면을 기준으로 조금 기울어져 있다면 평면도는 좋지만 직각도는 좋지 않을 수 있습니다.
반대로 옆면의 방향은 바닥면에 대해 거의 정확하게 90도지만 표면 자체가 울퉁불퉁하다면 직각도뿐 아니라 표면 형상도 함께 고려해야 할 수 있습니다.
따라서 평면도는 형상 자체를 보는 공차이고 직각도는 데이텀과의 방향 관계를 보는 공차라는 차이가 있습니다.
직각도와 평행도의 차이
평행도와 직각도는 모두 방향공차입니다.
가장 큰 차이는 기준에 대해 요구되는 방향입니다.
평행도는 평가 대상이 데이텀과 평행한 방향을 유지하도록 관리합니다.
직각도는 평가 대상이 데이텀에 대해 90도 방향을 유지하도록 관리합니다.
예를 들어 상자 형태의 부품에서 윗면과 아랫면의 방향 관계를 관리하려면 평행도를 사용할 수 있습니다.
반면 바닥면과 옆면의 방향 관계를 관리하려면 직각도를 사용할 수 있습니다.
두 공차 모두 데이텀을 기준으로 방향을 관리한다는 공통점이 있습니다.
면뿐 아니라 축에도 직각도를 적용할 수 있을까?
직각도는 평면뿐 아니라 축과 같은 형체에도 적용할 수 있습니다.
예를 들어 평평한 판재에 구멍이 뚫려 있다고 생각해보겠습니다.
구멍의 중심축이 판재 표면에 대해 정확하게 수직이어야 하는 경우가 있습니다.
구멍이 비스듬하게 가공되면 입구 위치는 정상처럼 보여도 내부로 들어갈수록 축의 위치가 달라질 수 있습니다.
이 상태에서 긴 핀이나 볼트를 삽입하면 조립에 문제가 생길 수도 있습니다.
따라서 구멍이나 원통의 축이 기준면에 대해 얼마나 정확하게 직각을 이루는지도 직각도 공차로 관리할 수 있습니다.
축에 대한 직각도의 경우 공차영역의 형태도 적용 방법에 따라 달라질 수 있습니다.
직각도가 좋지 않으면 어떤 문제가 생길까?
직각도 불량은 실제 조립 과정에서 다양한 문제를 만들 수 있습니다.
예를 들어 브래킷의 바닥면과 옆면이 직각으로 조립되어야 하는 구조를 생각해보겠습니다.
옆면이 기울어져 있다면 상대 부품과의 위치가 달라질 수 있습니다.
볼트 홀의 위치가 맞지 않거나 부품 사이에 틈이 생길 수도 있습니다.
정밀하게 움직여야 하는 기계에서는 축이 기울어지면서 마찰이나 편마모가 발생할 가능성도 있습니다.
제품의 외형에서는 단차나 갭 차이가 나타날 수도 있습니다.
따라서 다른 부품의 위치를 결정하는 중요한 면이나 축에서는 직각도가 실제 기능에 직접적인 영향을 줄 수 있습니다.
직각도 공차는 어떻게 측정할까?
직각도를 측정하는 방법은 제품의 크기와 요구 정밀도에 따라 달라집니다.
비교적 간단한 검사에서는 정반 위에 제품을 놓고 직각자와 필러 게이지 등을 이용해 틈을 확인할 수 있습니다.
다이얼 게이지를 이용해 높이에 따른 변화량을 확인하는 방법도 사용할 수 있습니다.
하지만 이러한 방식은 제품 형상이나 검사 정밀도에 따라 한계가 있을 수 있습니다.
정밀한 제품에서는 3차원 측정기를 이용할 수 있습니다.
먼저 데이텀이 되는 면을 여러 지점에서 측정해 기준을 설정합니다.
그다음 검사 대상 면이나 축을 측정하고 기준에 대한 직각도를 계산합니다.
3차원 측정기를 사용하면 평면뿐 아니라 구멍이나 원통형 형체의 축에 대한 직각도도 평가할 수 있습니다.
직각도 공차가 작을수록 좋은 것일까?
직각도 역시 무조건 작은 공차가 좋은 것은 아닙니다.
필요 이상으로 엄격한 직각도를 요구하면 가공 정밀도를 높여야 하고 검사에도 더 많은 시간과 비용이 필요할 수 있습니다.
특히 크기가 큰 부품이나 용접 구조물처럼 제조 과정에서 변형이 발생하기 쉬운 제품에서는 매우 작은 직각도 공차를 만족시키기 어려울 수 있습니다.
반대로 조립 위치를 정확하게 결정해야 하는 중요한 부분인데 직각도 공차를 너무 크게 설정하면 실제 기능에 문제가 생길 수 있습니다.
따라서 설계에서는 제품의 기능과 제조 방법, 검사 가능성을 함께 고려해 적절한 직각도 공차를 설정하는 것이 중요합니다.
직각도 공차를 이해할 때 기억할 점
직각도 공차는 단순히 두 면이 눈으로 봤을 때 90도인지를 확인하는 기준이 아닙니다.
먼저 기준이 되는 데이텀을 설정하고, 그 데이텀에 대해 정확한 90도 방향을 기준으로 허용영역을 구성합니다.
그리고 실제 표면이나 축이 해당 허용영역을 만족하는지를 평가합니다.
또한 평면도처럼 표면 자체의 형상을 관리하는 공차와 달리 직각도는 기준과의 방향 관계를 평가하기 때문에 데이텀이 필요합니다.
이 차이를 이해하면 직각도뿐 아니라 평행도와 경사도 같은 다른 방향공차도 쉽게 이해할 수 있습니다.
결론
직각도 공차란 특정 면이나 축이 기준 데이텀에 대해 얼마나 정확하게 90도 방향을 유지해야 하는지를 관리하는 기하공차입니다.
눈으로 보기에는 완벽하게 직각처럼 보이는 제품도 정밀하게 측정하면 미세하게 기울어져 있을 수 있습니다.
특히 부품의 길이나 높이가 커지면 작은 방향 차이도 끝부분에서 큰 위치 차이로 나타날 수 있기 때문에 조립과 기능에 영향을 줄 수 있습니다.
직각도는 평면도와 달리 기준이 되는 데이텀이 필요하며, 지정된 데이텀에 대해 구성된 허용영역 안에 실제 면이나 축이 존재하는지를 평가합니다.
따라서 직각도를 단순히 90도 각도를 측정하는 방법으로만 이해하기보다 제품의 방향을 기하학적인 허용영역으로 관리하는 방법이라고 이해하는 것이 좋습니다.
다음으로 알아둘 기하공차는 평행도 공차입니다. 평행도 역시 데이텀을 기준으로 방향을 관리하지만 직각도와 달리 두 면이나 축이 서로 평행한 방향을 얼마나 정확하게 유지하는지를 관리합니다.