기계 설계에서 중요한 위치 정밀도란?

기계는 크기와 모양 모두 다양한 부품을 결합하여 설계합니다. 부품을 조합할 때에는 부품끼리의 위치가 중요한 포인트가 됩니다. 이번에는 기계 설계에서 중요한 위치 정밀도에 대해 설명합니다.

복수 부품의 조합에는 위치 정밀도가 필요

일반적으로 기계는 여러 부품으로 구성됩니다. 자동차나 가전 등도 다수의 부품으로 구성되어 있습니다. 소형 스마트폰에도 케이스나 커버 및 다수의 전자 부품이 사용됩니다. 부품끼리를 조합할 때 중요한 것은 각 부품끼리의 상호의 위치 관계입니다.

「위치 정밀도가 좋다」란, 각 부품이 이상적인 위치 관계가 되어 있는 상태입니다. 반대로 「위치 정밀도가 나쁘다」란, 각 부품이 이상적인 위치 관계에 없는 것을 말합니다. 각 부품의 치수는 이상적인 크기로 완성되지 않으며 공차 범위 내에서 편차가 있습니다. 각 부품의 치수가 변동하면 조합되는 부품에 위치 어긋남이 발생합니다.

위치 정밀도가 중요한 이유

그렇다면 위치 정밀도가 나쁘면 무슨 일이 일어날까요? 발생하는 에러의 예를 설명합니다.

• 조립할 수 없음
  
  예를 들어 리모컨의 배터리 덮개를 예로 생각해 봅시다. 덮개와 그것을 끼우는 본체 케이스가 있습니다. 덮개가 크고 본체 케이스의 폭이 좁은 경우에는 잘 끼울 수 없습니다. 조립할 수 없는 불량품이 되어 버립니다.
• 이음이나 마모가 발생
  
  맞물리는 2개의 기어는 중심축 사이 거리가 설계 대로인 경우에는 부드럽게 구동 전달할 수 있습니다. 그러나 중심축 사이의 위치가 어긋나 버리면 맞물림이 나빠져, 이음이나 마모가 발생합니다.
• 파손
  
  위치 정밀도가 나쁘고 잘 조립할 수 없는 부품을 무리 조립하면 파손되어 버립니다. 또한 운 좋게 조립되어도 기계를 움직이려고 할 때 부품끼리 간섭하여 파손될 우려가 있습니다.

위치 정밀도를 높이는 방법

위치 정밀도를 높이는 세 가지 방법을 설명합니다.

• 위치 결정을 위한 형상을 설계한다
  
  위치 결정 형상이란 부품끼리를 올바른 위치로 인도하는 형상입니다. 예를 들어, 끼워넣는 부품에 홀이 있고 상대 부품에는 돌기가 있는 형상이 되어 있으면 돌기를 홀에 끼워 넣는 것으로 끼워넣는 부품의 위치가 정돈됩니다. 이러한 홀을 위치 결정 홀, 돌기를 보스라고 합니다.
  위치 결정은 부품끼리의 조립에 매우 중요하며 자주 사용되는 형상입니다.
• 도면의 치수 공차를 엄격하게 한다
  
  부품의 치수의 편차를 억제하는 방법입니다. 간단한 방법으로 도면 지시만으로 할 수 있으므로 자주 사용되는 방법입니다. 그러나 부품 전체의 공차를 엄격하게 해 버리면 비용이 대폭 올라가 버립니다. 그래서 앞서 소개한 위치 결정 홀과 보스처럼 부품의 위치를 ​​결정하는 부위만 엄격한 치수 공차를 부과하는 방법이 있습니다.
  가공 가능한 공차를 넘어 버리면 가공을 할 수 없기에 주의가 필요합니다.
• 지그 조립 한다
  
  조립시 지그를 사용하는 방법도 있습니다. 최근에는 스마트폰의 보호 필름의 붙여넣기에 가이드용 파트가 붙어 있는 케이스도 있습니다. 이와 같이 2개의 부품을 지그로 이상적인 위치에 고정하고 조립하는 지그도 위치 정밀도 향상에 도움이 됩니다. 지그에는 충분한 정밀도가 필요하기에 지그의 제조 비용이 들어도 작업을 간단하게 하여 작업의 효율 상승 등의 효과도 기대할 수 있습니다. 주의점으로 제품을 한번 분해해 버리는 경우,  지그가 없으면 다시 조립할 수 없습니다.

정리

위치 정밀도를 고려하여 기계 설계를 수행하는 것은 기본적이고 중요한 일입니다. 조립성과 기능에 관여합니다. 기계는 다양한 부품의 조합으로 구성됩니다. 기계 설계를 할 때는 위치 정밀도를 의식합시다.