기계 설계에서 중요한 위치 정밀도란?

기계는 크기도 형상도 다양한 부품을 조합해 설계합니다. 부품을 조합할 때에는 부품 간의 위치가 중요한 포인트가 됩니다. 이번에는 기계 설계에서 중요한 위치 정밀도에 대해서 알아보겠습니다.

여러 부품 조합에는 위치 정밀도가 필요

일반적으로 기계는 여러 부품으로 구성되어 있습니다. 자동차나 가전 제품 등도 수많은 부품으로 구성되어 있습니다. 작은 스마트폰에도 케이스와 커버나 여러 전자 부품이 사용됩니다. 부품끼리 조합할 때 중요한 것이 각 부품 간의 상호 위치 관계입니다. 「위치 정밀도가 좋다」란 각 부품이 이상적인 위치 관계로 되어 있는 상태입니다. 반대로「위치 정밀도가 나쁘다」는 건 각 부품이 이상적인 위치 관계로 되어 있지 않다는 것을 말합니다. 각 부품의 치수는 이상적인 크기로 만들어지는 경우가 드물어 공차의 범위 내에서 편차를 갖습니다. 각 부품의 치수가 제각각이면 조합되는 부품에 위치 이탈이 발생합니다.

위치 정밀도가 중요한 이유

그렇다면 만약 위치 정밀도가 좋지 않으면 어떤 일이 생길까요? 발생할 수 있는 불량의 예에 대해 알아보겠습니다.

• 조립이 안된다 리모컨 전지 덮개를 예로 들어 보겠습니다. 덮개와 이를 끼워 넣기 위한 케이스가 있습니다. 만약 덮개가 크고 케이스의 폭이 좁으면 제대로 끼워 넣을 수 없습니다. 조립이 불가능한 불량품이 되고 맙니다.
• 이상한 소리가 나며 마모가 발생한다 옆에 있는 2개의 기어는 중심 축간 거리가 설계대로 되어 있으면 매끄럽게 구동을 전달할 수 있습니다. 그러나 중심축 간의 위치가 이탈하게 되면 맞물림이 좋지 않아 이상한 소리가 나며 마모가 발생합니다.
• 파손된다 위치 정밀도가 좋지 않아 제대로 설치되지 않은 부품을 억지로 설치하면 파손됩니다. 만약 운 좋게 조립되었다 해도 기계를 작동하려 하면 부품끼리 간섭하여 파손될 우려가 있습니다.

위치 정밀도를 높이는 방법

위치 정밀도를 높이는 3가지 방법에 대해서 알아보겠습니다.

• 위치 결정을 위한 형상을 설계한다 위치 결정 형상이란 부품 간 올바른 위치로 이끄는 형상입니다. 가령 끼워 넣는 부품에 홀이 가공되어 있고 상대 부품에는 돌기가 있는 형상으로 되어 있으면 돌기를 홀에 끼워 넣어 끼워 넣는 부품의 위치가 정돈됩니다. 이러한 홀을 위치 결정 홀, 돌기를 보스라 합니다. 위치 결정은 부품 간 조립을 위해서도 중요해 많이 사용되는 형상입니다.
• 도면의 치수 공차를 엄격하게 한다 부품 치수의 편차를 억제하는 방법입니다. 간단한 방법으로 도면 지시만으로 가능하기 때문에 많이 사용되는 방법입니다. 그러나 부품 전체의 공차를 엄격하게 하면 비용이 대폭적으로 증가합니다. 따라서 앞서 설명한 바와 같이 위치 결정 홀과 보스처럼 부품의 위치를 결정하는 부위만 엄격한 치수 공차를 설정하는 방법이 있습니다. 가공이 가능한 공차를 초과하면 가공이 불가능하므로 주의가 필요합니다.
• 지그를 조립한다 조립 시 지그를 사용하는 방법도 있습니다. 최근에는 스마트폰 보호 필름 접착에 가이드가 부속된 경우도 있습니다. 이처럼 2개의 부품을 지그로 이상적인 위치에 고정 하는 것과 같이 조립 지그를 이용하는 방법도 위치 정밀도 향상에 도움이 됩니다. 지그에는 충분한 정밀도가 필요해 지그 제조 비용이 들지만 작업을 간단하게 하고 작업 효율을 향상 시키는 등의 효과도 기대할 수 있으므로 설계 단계에서 고려해 보는 것이 좋습니다. 주의점은 제품을 한 번 분해해 버리면 지그 없이는 다시 조립할 수 없다는 점입니다.

정리

위치 정밀도를 고려해 기계를 설계하는 것은 기본이면서도 중요한 일입니다. 조립성이나 기능과 관련된 일입니다. 기계는 다양한 부품 조립으로 구성되어 있습니다. 기계를 설계할 때에는 위치 정밀도를 의식해야 합니다.