CNC 가공 공차란? 시제품 설계 시 고려 포인트

서론:시제품 도면에 모든 치수를 ±0.01 mm로 적으면 더 좋은 부품이 나올 것처럼 보입니다. 그러나 실제로는 가공 셋업, 검사 시간과 불량 위험이 늘고, 기능과 무관한 면까지 비용을 쓰게 됩니다. 반대로 커넥터 위치, 베어링 끼워맞춤이나 밀봉 홈을 자유 공차로 남기면 조립 단계에서 처음 문제가 드러날 수 있습니다.

따라서 CNC 가공 공차는 “가장 작은 숫자”가 아니라 기능을 통과시키는 허용 범위로 정해야 합니다. 아래 수치는 시제품 초기 검토에 쓰는 일반 대표 참고값이며, 재료·부품 크기·형상·장비·측정 온도·후처리에 따라 달라집니다.

CNC 가공 공차는 무엇을 뜻할까요?

기준 치수와 허용 범위를 함께 읽어야 합니다

공차는 설계 치수에서 허용하는 변동 범위입니다. 예를 들어 20.00 ±0.05 mm는 19.95~20.05 mm가 허용 범위입니다. 10.00 +0.02/0 mm처럼 한쪽 공차를 쓰면 10.00~10.02 mm만 허용됩니다. 같은 폭 0.10 mm라도 공차가 치수 양쪽에 분산되는지 한쪽으로만 열리는지에 따라 조립 결과가 달라집니다.

길이와 지름의 치수 공차만으로 위치, 평면도와 직각도가 자동 보장되지는 않습니다. 두 홀이 각각 지름 공차를 만족해도 중심 간 위치가 틀리면 조립되지 않을 수 있습니다. 기능이 위치 관계에 달려 있다면 기준면과 위치 공차를 함께 지정해야 합니다.

시제품에서 공차를 무조건 좁히면 왜 불리할까요?

가공보다 검사와 조건 관리가 더 어려워질 수 있습니다

여러 CNC 서비스에서 일반 가공의 출발값으로 약 ±0.10~0.13 mm를 제시하지만, 이는 업계 전체의 보증값이 아닙니다. ±0.05 mm 이하를 요구하면 추가 셋업, 공정 중 측정 또는 정밀 검사가 필요할 수 있고, 얇은 벽·긴 형상·플라스틱은 같은 숫자를 유지하기 더 어렵습니다.

측정 온도도 무시할 수 없습니다. 알루미늄의 선팽창 계수를 약 23 µm/m·°C로 보면 길이 100 mm 부품은 온도가 10°C 달라질 때 약 0.023 mm 변합니다. ±0.01 mm를 요구하면서 검사 온도와 측정 기준을 정하지 않으면 측정값 차이가 허용 범위보다 커질 수 있습니다.

어떤 부위에 높은 정밀도가 필요할까요?

먼저 “이 치수가 벗어나면 이번 시제품의 시험이 실패하는가?”를 묻는 것이 좋습니다. 아래 범위는 일반 대표 참고값이며 실제 공차는 끼워맞춤 계산과 제조 가능성 검토 후 확정해야 합니다.

자유 공차는 언제 사용해도 될까요?

기능과 직접 연결되지 않은 치수에 적용합니다

자유 공차는 개별 공차가 없는 치수에 공통으로 적용하는 규칙입니다. 일반 외형, 넉넉한 간격의 포켓과 비기능 면에는 효율적입니다. 다만 도면에는 “일반 공차 적용”만 쓰지 말고 적용 표준, 등급과 판본을 명시해야 합니다. ISO 2768 계열은 선형·각도 치수의 일반 공차를 등급별로 다루지만, 어떤 판본과 사내 규칙을 쓰는지 발주처와 가공처가 합의해야 합니다.

조립·기능·검사 기준이 있는 치수는 따로 적습니다

베어링 시트, 핀 홀, 나사 체결 기준면, 커넥터 위치, 밀봉 홈, 서로 다른 면의 동심도·평행도는 개별 공차가 필요합니다. 후처리 뒤의 최종 치수가 중요한 부위도 같습니다. 3D 모델만 보내면 이러한 의도가 전달되지 않으므로 2D 도면에 기준면, 공차와 검사 상태를 함께 적어야 합니다.

표기 항목을 빠뜨리지 않으려면 CNC 부품 도면 기입 사항 체크리스트를 함께 확인할 수 있습니다.

공차 누적은 어떻게 확인해야 할까요?

개별 치수가 합격이어도 조립 기준까지의 치수 사슬이 길면 편차가 쌓입니다. 예를 들어 직렬로 연결된 네 치수가 각각 ±0.10 mm이면 최악 조건의 누적 범위는 ±0.40 mm입니다. 이 값이 커넥터 정렬 여유 0.20 mm보다 크면 각 치수를 조금씩 조이는 것보다 기준면에서 기능 위치까지 직접 치수를 주는 편이 명확합니다.

구멍 위치를 부품 가장자리에서 연속 치수로 이어 붙이지 말고, 실제 조립 기준면 하나에서 지정하면 누적을 줄일 수 있습니다. 여러 홀의 상대 위치가 중요하다면 좌표 치수의 ±값보다 기준면과 위치 공차가 검사 의도를 더 잘 전달하는 경우도 있습니다.

후처리와 형상 조건은 공차에 어떤 영향을 줄까요?

아노다이징, 도금과 연마는 최종 치수와 표면 상태를 바꿀 수 있습니다. 도면에는 공차가 가공 직후 값인지 후처리 완료 후 값인지 표시해야 합니다. 특히 홀, 나사와 끼워맞춤 면은 마스킹 또는 가공 보정이 필요한지 먼저 확인합니다.

CNC 가공 후 아노다이징 치수 변화를 별도로 확인하면 외경·내경·홀에 후처리 여유를 주는 방법을 더 구체적으로 볼 수 있습니다. 얇고 긴 부품은 숫자 공차만 줄이기보다 CNC 부품 얇은 벽 설계에서 변형 위험을 먼저 점검하는 편이 좋습니다.

시제품 공차는 어떤 순서로 정하면 될까요?

처음부터 모든 숫자를 확정하지 못해도 괜찮습니다. 기능상 바꿀 수 없는 치수, 조립 상대 부품과 후처리 조건을 먼저 정리하면 가공 가능 범위와 비용을 더 현실적으로 검토할 수 있습니다. CNC 서비스는 현재 준비 단계이며, 시제품 공차 적용 가능성은 프로젝트 조건에 따라 개별적으로 확인하고 있습니다.

도면과 요구 공차를 정리한 뒤 CNC 시제품 제작 상담을 통해 사전 검토 가능 여부를 문의할 수 있습니다.

자주 묻는 질문

Q: CNC 시제품은 모두 ±0.01 mm로 제작할 수 있나요?

A: 아닙니다. 형상, 재료, 크기, 셋업과 측정 조건에 따라 가능 여부가 달라집니다. 기능에 필요한 부위만 좁은 공차로 지정하고 나머지는 완화하는 것이 일반적입니다.

Q: 3D 모델에 정확한 치수가 있는데도 2D 도면이 필요한가요?

A: 개별 공차, 기준면, 위치 관계, 표면 상태와 후처리 후 검사 조건은 3D 형상만으로 충분히 전달되지 않을 수 있습니다. 기능 치수가 있다면 2D 도면을 함께 제출하는 편이 안전합니다.

Q: 자유 공차와 개별 공차가 충돌하면 무엇이 우선인가요?

A: 일반적으로 개별 표시된 공차가 해당 치수에 우선 적용됩니다. 도면 주기에는 적용 표준과 예외 규칙을 명확히 적어 해석 차이를 막아야 합니다.

Q: ±공차와 한쪽 공차 중 무엇을 사용해야 하나요?

A: 중심값 양쪽의 변동을 허용하면 ±공차가 간단합니다. 한 방향으로만 커지거나 작아져야 조립이 안전한 홀, 슬롯과 외형에는 한쪽 공차가 더 적합할 수 있습니다.

Q: 첫 시제품부터 양산 공차를 그대로 적용해야 하나요?

A: 기능 검증에 필요한 공차는 유지해야 합니다. 다만 외관·비기능 치수까지 양산 최종값으로 좁히기보다 EVT/DVT 단계에서 측정 결과와 조립 여유를 확인한 뒤 조정하는 편이 효율적입니다.