시제품 조립 불량 예방: 베어링·핀·샤프트 홀 도면 작성 가이드

서론:시제품을 받아 보니 베어링이 흔들리거나, 위치 결정 핀이 들어가지 않거나, 샤프트가 돌지 않는 일이 있습니다. 가공 불량처럼 보이지만 도면에 ‘Ø10’처럼 구경만 있고 상대 부품과의 끼워맞춤 조건이 빠진 경우가 적지 않습니다. 특히 금속에서 잘 작동한 억지 끼워맞춤을 플라스틱 하우징에 그대로 적용하면 조립 직후에는 괜찮아도 시간이 지나며 홀 둘레가 변형되거나 고정력이 떨어질 수 있습니다.

이 글은 전자 시제품 개발자가 KS·ISO 공차표 전체를 외우지 않아도 베어링, 핀과 샤프트 홀을 실무적으로 지정할 수 있도록 정리한 가이드입니다. 아래 등급과 수치는 일반 대표 참고값이며, 최종 조건은 부품 제조사 권장값, 지름, 하중, 회전 방향, 재료, 온도와 후처리를 함께 검토해 정해야 합니다.

왜 홀 지름만 맞아도 조립 불량이 생길까요?

홀과 상대 부품은 각각 허용 범위 안에서 만들어집니다. 예를 들어 공칭 10 mm의 H7 홀은 일반적으로 10.000~10.015 mm, h6 축은 9.991~10.000 mm 범위가 됩니다. 이 조합의 계산상 간극은 0~0.024 mm입니다. 같은 ‘10 mm’라도 두 공차 구역의 위치가 달라지면 흔들림, 압입력과 분해 가능성이 달라지는 이유입니다.

또한 치수 공차만으로 홀의 위치와 방향까지 보장되지는 않습니다. 두 핀 홀이 각각 구경 공차를 통과해도 중심 간 거리가 틀리면 조립되지 않습니다. 반복 위치가 중요한 시제품은 기준면과 홀 위치를 함께 관리해야 하며, 필요한 경우 기하 공차(GD&T)를 제한적으로 사용합니다.

틈새·중간·억지 끼워맞춤은 언제 사용하나요?

끼워맞춤은 부품 이름만으로 결정하지 않습니다. 베어링의 어느 링이 하중에 대해 회전하는지, 축 방향 이동이 필요한지, 충격과 온도 차가 있는지에 따라 권장 등급이 달라집니다. 따라서 ‘베어링 홀은 무조건 H7’ 또는 ‘핀은 모두 압입’처럼 단정하면 안 됩니다.

금속 시제품에서는 어떤 조합부터 검토할까요?

아래 표는 설계를 시작할 때 참고할 수 있는 실용 조합입니다. 공차 등급의 실제 상·하한값은 공칭 지름 구간마다 달라지므로 도면 확정 전 해당 규격표와 상대 부품 도면을 다시 확인해야 합니다.

두 개의 핀을 모두 강하게 고정해도 될까요?

두 부품을 두 개의 원형 핀으로 동시에 빡빡하게 구속하면 홀 간 거리 편차가 그대로 조립 저항으로 바뀝니다. 시제품에서는 한 핀을 주 기준으로 쓰고 다른 핀 위치에는 여유 홀이나 다이아몬드 핀을 적용하는 방식이 실용적입니다. 이렇게 하면 회전은 막으면서도 중심 간 공차 누적 때문에 조립이 멈추는 문제를 줄일 수 있습니다.

플라스틱 홀은 왜 금속과 다르게 지정해야 할까요?

크리프 때문에 처음의 압입력이 계속 유지되지 않습니다

플라스틱은 일정한 응력을 오래 받으면 서서히 변형되는 크리프(creep)가 발생합니다. 과도하게 압입한 베어링이나 금속 핀은 처음에는 단단해 보여도 홀 주변 응력이 완화되면서 느슨해질 수 있고, 반대로 얇은 벽은 조립 순간 갈라질 수 있습니다. 반복 분해가 필요한 부품이라면 억지 끼워맞춤만으로 고정하기보다 스냅 링, 누름판, 나사 또는 금속 인서트를 함께 검토하는 편이 안정적입니다.

PA·POM·PC는 어떤 차이가 있나요?

플라스틱의 치수는 가공 직후 검사값만으로 판단하기 어렵습니다. 사용 온도, 습도, 시간과 상대 금속 부품의 열팽창 차이를 함께 봐야 합니다. 특히 PA는 건조 상태와 사용 환경에서의 치수가 달라질 수 있으므로 검사 상태와 안정화 조건을 도면 또는 검사 합의서에 남기는 것이 좋습니다.

플라스틱별 흡습과 가공 특성은 CNC 플라스틱 소재 글에서 비교할 수 있습니다.

도면에는 무엇을 어떻게 기입해야 할까요?

가공처가 조립 의도를 추측하지 않도록 구경, 공차 등급, 깊이, 기준면과 검사 상태를 한곳에서 읽을 수 있게 적습니다. 표준 등급을 사용하더라도 중요한 홀은 수치 한계를 병기하면 해석 오류를 줄이는 데 도움이 됩니다.

도면 제출 전에는 무엇을 확인해야 할까요?

· 상대 부품의 실제 공차와 제조사 권장 끼워맞춤을 확인했는가?

· 홀의 관통 여부, 깊이, 모따기와 조립 방향을 표시했는가?

· 구경뿐 아니라 기준면에서의 위치와 방향을 관리했는가?

· 도금·아노다이징 뒤의 최종 치수인지 가공 상태 치수인지 구분했는가?

· 플라스틱은 재료 등급, 사용 온도·습도와 장기 고정 방식을 검토했는가?

· 검사할 게이지, 좌표 측정기(CMM) 또는 상대 부품 조립 검증 방법을 합의했는가?

전체 제출 항목은 CNC 부품 도면 기입 사항 체크리스트에서 확인할 수 있습니다. 공차를 처음 정한다면 CNC 가공 공차 가이드도 함께 참고하세요.

현장에서 자주 발생하는 실수는 무엇인가요?

첫째, 베어링 외경과 같은 숫자만 홀에 적고 공차를 생략합니다. 둘째, 두 개의 핀 홀을 모두 억지 끼워맞춤으로 설계해 공차 누적을 흡수할 곳을 없앱니다. 셋째, 베어링 링의 회전과 하중 조건을 확인하지 않고 H7을 일괄 적용합니다. 넷째, 아노다이징이나 도금 두께가 홀 크기에 미치는 영향을 빼먹습니다. 다섯째, 금속용 압입 조건을 PA·POM·PC에 그대로 복사합니다. 여섯째, 플라스틱을 가공 직후만 검사하고 실제 온습도에서의 변화는 확인하지 않습니다.

문제를 줄이는 가장 간단한 방법은 홀을 ‘치수 하나’가 아니라 상대 부품, 사용 환경과 고정 방법을 포함한 조립 조건으로 보는 것입니다. 시제품에서는 한 번에 가장 빡빡한 조건을 선택하기보다 교체 가능한 부품이나 시험용 쿠폰으로 조립력을 먼저 확인하는 편이 수정 비용을 줄일 수 있습니다.

도면 검토가 필요하다면

베어링·핀·샤프트 홀은 부품 하나의 공차보다 조립 관계를 함께 보는 것이 중요합니다. 아직 끼워맞춤 등급을 확정하지 못했다면 상대 부품 도면, 재료, 사용 온도, 하중과 분해 여부를 정리해 두면 검토가 훨씬 수월해집니다. PCBgogo는 CNC 가공 서비스 공개를 준비하면서 시제품 설계에 필요한 기술 정보를 제공하고 있습니다.

기술 문의 페이지에서 관련 내용을 남겨 주시면 확인할 수 있습니다.

FAQ

Q: 플라스틱 하우징에 베어링 억지 끼워맞춤을 사용해도 되나요?

A: 가능한 경우도 있지만 금속과 같은 조건을 그대로 적용하면 안 됩니다. 크리프, 벽 두께, 사용 온도와 흡습을 고려하고, 장기 고정이 필요하면 누름판·스냅 링·금속 인서트 등 보조 구조를 검토해야 합니다.

Q: 시제품이므로 홀 공차를 대략 지정해도 괜찮나요?

A: 외관 검토용이라면 완화할 수 있지만 회전, 위치 결정, 유격 또는 진동 시험을 한다면 실제 조립 조건에 맞는 공차가 필요합니다. 시제품에서 잘못된 유격으로 시험하면 설계 성능을 잘못 판단할 수 있습니다.

Q: 도면에 H7만 적으면 충분한가요?

A: 충분하지 않을 수 있습니다. 상대 축이나 핀의 공차, 베어링 링의 회전 여부, 하중 방향과 후처리 상태가 함께 있어야 실제 끼워맞춤을 판단할 수 있습니다.

Q: 정밀 홀은 반드시 리머 가공으로 지정해야 하나요?

A: 설계 도면에는 우선 필요한 최종 치수, 공차, 위치와 표면 요구를 적는 것이 중요합니다. 리머·보링 등 구체적인 가공 방법은 형상과 수량을 고려해 제조 측에서 선택할 수 있으므로 특별한 이유가 없다면 결과 기준으로 협의합니다.

Q: 아노다이징 후에도 베어링 홀 치수가 그대로인가요?

A: 그렇지 않을 수 있습니다. 피막 성장과 마스킹 여부에 따라 내경이 달라질 수 있으므로 최종 치수 기준, 마스킹 또는 후가공 여부를 도면에 명시해야 합니다.