평탄도와 평행도의 차이점 완벽 정리 - 기계 설계의 핵심 기하공차

 

평탄도와 평행도의 차이점 완벽 정리 - 기계 설계의 핵심 기하공차

기계 설계나 제조 공정에서 자주 접하게 되는 두 가지 중요한 기하공차가 있습니다. 바로 평탄도(Flatness)와 평행도(Parallelism)입니다. 이 두 개념은 부품의 정밀도와 조립성을 결정짓는 핵심 요소로, 기계 산업뿐만 아니라 항공, 자동차, 반도체, 정밀 기기 등 다양한 산업에서 필수적으로 고려됩니다.

1. 평탄도(Flatness)란 무엇인가?

평탄도는 단일 표면이 얼마나 평평한지를 나타내는 공차입니다. 이는 해당 표면이 얼마나 이상적인 평면에 가까운가를 측정하는 개념입니다. 기준이 되는 다른 면이나 선이 필요하지 않으며, 오직 표면 자체의 형상만을 평가합니다.

• 정의: 단일 표면이 두 개의 평행한 평면 사이에 존재해야 하며, 그 간격이 평탄도 공차입니다.
• 기준면: 없음
• 적용 예: 밀링으로 가공한 평면, 정밀 플레이트, 실링 면 등

1-1. 평탄도 측정 방법

표면 평탄도는 표면 거칠기 측정기, 간섭계, CMM(Coordinate Measuring Machine) 등을 통해 측정할 수 있습니다. 일반적으로는 기준 평면 없이, 높이차나 프로파일 측정을 통해 판단합니다.

2. 평행도(Parallelism)란 무엇인가?

평행도는 두 개의 요소(면 또는 선)가 서로 얼마나 평행한지를 나타냅니다. 이때 기준이 되는 데이텀이 반드시 존재하며, 다른 하나는 이 기준에 대해 평행해야 합니다.

• 정의: 대상 표면이 기준면에 대해 두 개의 평행한 평면 사이에 존재해야 하며, 그 간격이 평행도 공차입니다.
• 기준면: 필수
• 적용 예: 샤프트와 베이스, 조립면과 고정면, 열 교환기 판 등

2-1. 평행도 측정 방법

평행도 측정은 일반적으로 기준면을 설정한 후, 다이얼 게이지나 CMM을 이용하여 측정합니다. 기준면과 대상면 간 높이 차를 측정해 공차 범위 내에 있는지 판단합니다.

3. 평탄도와 평행도의 핵심 차이점

구분	평탄도	평행도
기준면	필요 없음	필요함
공차의 의미	자체 표면이 평평한 정도	기준면에 대해 평행한 정도
측정 방식	표면 자체의 높이차 측정	기준면과의 간격 변화 측정
용도	정밀 기기, 실링 면 등	조립 위치 일치, 샤프트 정렬 등

4. 실제 산업 적용 사례

1) 반도체 장비: 웨이퍼 처리 장비의 장착면은 극도의 평탄도가 요구됩니다. 표면의 미세한 굴곡조차 제품 불량의 원인이 될 수 있기 때문입니다.

2) 자동차 부품: 엔진 블록의 실링 면이나 조인트 부위는 평탄도와 평행도 모두가 중요합니다. 누유를 방지하고 부품 간 정밀한 조립을 위해 필요한 공차입니다.

3) 항공우주: 고온, 고속 환경에서도 오차가 없도록 하기 위해 기체 구조물 및 기어 시스템 등에 정밀한 평행도 관리가 필요합니다.

5. 설계 시 고려사항

• 불필요한 공차는 비용 상승: 공차를 너무 엄격하게 설정하면 가공 비용이 크게 올라갑니다. 적절한 균형이 필요합니다.
• 공차 누적 고려: 평탄도와 평행도는 조립 공정에서 누적 오차에 영향을 줄 수 있으므로, 전체 시스템을 고려한 설정이 중요합니다.
• 측정 가능성: 너무 작은 공차는 측정 장비의 해상도를 초과할 수 있으므로, 실제 측정 가능성을 고려해야 합니다.

6. 결론

평탄도와 평행도는 단순한 용어 같지만, 기계 설계와 제조 현장에서 매우 중요한 역할을 합니다. 정밀도, 기능성, 조립성, 품질 관리를 위해 이 두 개념을 정확히 이해하고 적절히 적용하는 것이 필요합니다. 설계자는 이 차이를 명확히 구분하고, 기능적 요구사항과 가공 가능성, 비용 등을 종합적으로 고려하여 공차를 설정해야 합니다.