한계게이지 (limit gauge), 한계게이지 설계, 한계게이지 재료 및 공차

<기출 정리> 

• 21-1-11 호칭치수 00인 축을 검사하기 위한 링 게이지(Ring Gage)를 KS기준에 준해 통과측, 정지측 치수를 구하시오. (단, 마모여유 0.005, 게이지공차 0.004)
• 19-1-6 한계 게이지의 종류 4가지에 대하여 설명하시오.
• 18-2-1 한계게이지에 대하여 설명하시오.
• 15-4-6 한계게이지의 종류， 특징， 사용재료의 요건 및 설계방법에 대해서 설명하시오
• 13-2-6 일반적으로 측정에 사용하고자 하는 게이지의 선정요소 6가지에 대하여 설명하시오
• 12-1-11 한계게이지에 대하여 설명하시오

 

 

1. 개요

 

1) 한계 게이지 정의

 표준게이지는 호환성 생산 방식에 필요한 게이지. 드릴게이지, 와이어 게이지, 틈새 게이지 등이 있음 
여러 치수로 구성이 되어있어 해당 치수가 정확히 어떤 치수에 해당하는지 알 수 있음 

표준 게이지는 공작물을 되도록 게이지에 맞추기 위해 공작비가 많이 들게 되므로 비경제적임 
따라서 어떤 일정한 편차를 허용하도록 만든 게이지가 한계게이지 

• 허용 한계 치수 : 이 2개의 한계를 나타내는 치수 
• 최대 허용 치수 : 2개의 한계 중 큰 쪽, 정지측 (플러극 게이지 기준 제품 구멍에 통과하면 N.G.)
• 최소 허용 치수 : 2개의 한계 중 작은 쪽, 통과측 (플러극 게이지 기준 제품 구멍에 끼면 N.G.) 
• 공차 : 두 한계 치수의 차 

드릴게이지, 와이어 및 틈새 게이지, HRD

 

2) 길이 측정기 종류

(1) 길이 측정기

• 버니어 캘리퍼스
• 하이트 게이지
• 마이크로미터
• 게이지 블록
• 측장기
• 디지털 측정기

(2) 비교 측정기

• 다이얼 게이지
• 기계식 콤퍼레이터
• 광학식 콤퍼레이터
• 공기마이크로미터
• 전기마이크로미터

(3) 한계 게이지 ★

• 표준 게이지
• 한계 게이지
  • 구멍용 한계 게이지
    • 원통형 플러그 게이지
    • 평형 플러그 게이지
    • 판 플러그 게이지
    • 봉 게이지 
    • 테보 게이지 
  • 축용 한계 게이지 
    • 링 게이지
    • 스냅 게이지 (양쪽형)
    • 스냅 게이지 (편쪽형) 
    • 스냅 게이지 (C형) 

3) 테일러(Taylor)의 원리 : 허용 한계 치수의 해석 

통과측(go size, 스냅게이지에서는 가장 큰 부분, 플러그게이지에서는 가장 작은 부분)에는 모든 치수, 또는 결정량이 동시에 검사되고, 정지측에서는 각 치수가 개개로 검사되어야 한다. 

한계게이지에 의해 합격된 제품에 있어서도 축의 휨이나 구멍의 요철, 타원형상 등을 가려내지 못하여 끼워맞춤이 되지 않는 경우가 많은데, 이를 보완하기 위한 원리 (통과측이 모든 결정량을 동시에 검사하면 조립을 보장할 수 있다!)

• 모든 끼워맞춤에 해당 
• 게이지의 길이는 결합되는 부품들의 끼워맞춤 길이와 같게 해야한다
  (통과측을 짧게 만들어서 치수만 검사할 수 있게 만들면 축이 위허있어 샤프트를 끼워맞췄을때 조립이 안될 수도 있으니까) 
• 원통형의 구멍의 경우, 구멍을 그 지정되는 최소 허용치수로 만들고, 적어도 구멍의 끼워맞춤 길이와 같은 길이를 가지는 통과측 원통형 플러그 게이지와 완전히 맞아야 한다 
• 원통형의 축의 경우, 축을 그 지정되는 최대 허용치수로 만들고, 적어도 축의 끼워맞춤 길이와 같은 길이를 가지는 통과측 원통형 플러그 게이지와 완전히 맞아야 함 

 

2. 한계 게이지의 종류

 

1) 구멍용 한계 게이지 

치수가 작을떄는 평형 플러그 게이지, 큰 것에는 봉 게이지를 사용 

• 원통형 플러그 게이지 (plug guage) : 일반적인 플러그 게이지 
• 평형 플러그 게이지 (flat plug guage) : 호칭 지름이 클 때 플러그 게이지 사용시 중량이 커져 취급이 곤란할 경우 사용 
• 판플러그 게이지
• 봉게이지
• 테보게이지 : 최소 치수와 같은 직경인 구의 일부인 통과측을 가지고, 그 전방에는 정지게이지로 하여 공차만큼 높은 제 2의 구대가 돌기상으로 설계 , 테일러의 원리에 적합하지 않아 중요하지 않은 긴 구멍이나 구멍의 진직도가 잘 되어있을때만 사용 

테보(Tebo) 게이지

 

2) 축용 한계 게이지

• 링게이지 : 비교적 작은 치수 또는 얇은 공작물에 사용, 비싸지만 테일러의 원리에 따라 링게이지를 사용하는 것이 좋음 
• 스냅게이지 : 편구 스냅게이지는 양구에 비해 검사시간을 단축시킬 수 있는 장점이 있음, 측정 압력에 주의해야함 
  스냅게이지는 검사할때 게이지 입구가 벌어지는데, 고유치수는 힘을 받지 않을때 치수를 뜻함 

축용 한계 게이지

 

스냅게이지(편쪽형) 측정 원리

 

 

3. 한계 게이지의 특징

 

1) 한계 게이지 장점

• 검사하기가 편리하고, 합리적이다(적절한 공차를 허용)
• 합격, 불합격 판정이 용이하다 
• 취급의 단순화가 가능하고, 미숙련자도 이용이 가능하다 
• 측정시간을 단축할 수 있고 작업이 단순하다 

2) 한계 게이지 단점 

• 합격 범위가 좁다 (소량제품의 경우 지시식 게이지, 표준 게이지를 통해 측정하는 것이 좋음)
• 특정 제품에 한하여 제작하므로 공용 사용이 어렵다 (제품이 바뀌면 다시 만들어야함) 
• 조립성을 보장하지 못함 (조립성은 기하공차를 포함한 기능게이지로 판단해야함) 
• 부품의 치수를 알 수 없음

3) 한계 게이지 재료 요구 성질 

주로 표면 경화강, 합금 공구강, 탄소공구강 (STC3, STC4) 등을 사용함 

• 열팽창 계수가 적을 것 (열에 의해 쉽게 변형되지 않을 것)
• 변형이 적을 것 
• 경도가 좋을 것 (HRC 58 이상)
• 고도의 내마모성
• 가공성이 좋으며 정밀 다듬질이 가능할 것 (연삭 → 래핑)

공구 재료, 절삭 공구 재료, 공구 코팅, 구비조건, 초경합금, 소결 카바이드, 피복방법 (CVD, PVD)

강재 분류; 탄소강, 합금강, 특수강, 비조질강, 조질강, 듀얼페이스강, 스테인리스 강(듀플렉스강

 

주철의 종류, 주철 명칭 KC규격, 합금성분의 성질, 주철형성과정, 주철의 성장, 주철의 수축

 

 

 

4. 한계 게이지(limit guage)의 설계 

 

1) 한계 게이지의 공차 수준 

기본적으로 IT등급 기준 플러그 게이지(plug guage)는 IT2등급, 스냅 게이지(snap guage)는 IT3등급이다

(1) 한계 게이지 공차 선정시 고려사항 

• 제품의 한계 치수를 확실하게 지킬 수 있도록 되어있는가? (공차로 인해 NG를 OK로 판정하지는 않는가?)
• 통과측 게이지의 마모 여유를 필요로 하며, 그 양은 적당한가? (마모여유 고려) 
• 정지측은 마모되더라도 제품에 지장을 미칠 수 있을 정도로 제품 공차에 게이지 공차가 먹어 들어가거나, 밖으로 지나치게 벗어나 있지 않은가? 
• 위치도, 동심도의 양자에 의해 게이지공차의 점유되는 양이 지나치게 많아 제품 공차를 부당하게 축소시키고 있지 않은가? 
• 검사용, 공작용 2종류의 게이지가 있을때, 공작용 게이지에 합격한 것이 반드시 검사용 게이지에 합격하도록 되어 있는가? 

2) KS방식에 의한 한계 게이지 설계 (게이지의 선정 요소)

한게 게이지의 공차는 제품의 공차를 고려해 특정 등급을 선택해서 사용해야함 
- XX급 : 최고급 정도, 정밀한 래핑가공. 플러그에만 적용됨 
- X급 : 제품 공차가 비교적 작을때 사용, 래핑가공 (제품공차 0.05mm 수준)
- Y급 : X급보다 제품 공차가 큰 경우, 래핑가공 (제품 공차 0.05mm ~ 0.1mm 수준)
- Z급 : Y급보다 제품 공차가 큰 경우, 연삭가공으로 완성해도 좋음 (제품공차 0.1mm 이상) 

통과측에는 마모여유를 주고, 정지측에는 마모여유를 주지 않는다 
게이지 공차는 KS규격에 의거, 부품 치수 공차의 10% 수준으로 제작한다 
(X급 기준 게이지 공차 0.005mm 수준) 

측정기기는 가공오차보다 10배 더 정확해야하고, 표준 게이지는 검사 게이지보다 10배 더 정확해야한다. 기준 게이지는 표준 게이지보다 10배 더 정확해야 한다 

기준 게이지 >>> 표준 게이지 >>> 검사게이지 >>> 가공오차 

게이지의 선정 요소 (하기 내용 고려하여 게이지 선정)

1) 게이지의 능력 (10배...)
2) 선형성 (측정값에 대한 물리량 사이의 관계가 일정해야함 
3) 반복정확도 
4) 안정성 (시간이 지나도 교정값을 잘 유지해야함, Drift라고 함)
5) 확대도 : 실제 입력값에 대한 측정기의 출력값의 확대도, 분해능과 다른 개념 
6) 분해능ㅇ : 눈금의 최소 단위

(1) 구멍용 (플러그 한계 게이지, plug guage) 

① 통과측 : (구멍의 최소치수 + 마모여유) ± 게이지공차/2

② 정지측 : 구멍의 최대치수 ± 게이지공차/2 

<설계 예시>
호칭치수 35K6 (35+0.003, 35-0.013)인 구멍을 검사하기 위한 plug gage의 설계
(호칭치수 35, 제품 공차 0.016, 마모 여유 0.004, 게이지 공차 0.0025)

통과측 : 34.987 + 0.004 ± 0.0025/2 (정지하면 NG)
정지측 : 35.003 ± 0.0025/2 (통과하면 NG)

(2) 축용 링 및 스냅 한계 게이지 (마모를 고려하면 구멍이 더 작아짐)

① 통과측 : (축의 최대치수 - 마모여유(w)) ± 게이지공차/2

② 정지측 : 축의 최소치수 ± 게이지공차/2

<설계 예시>
호칭치수 88m5 (88 + 0.028, +0.013)인 축을 검사하기 위한 링 및 스냅 게이지 설계
(호칭치수 88, 제품 공차 0.015, 마모 여유 0.005, 게이지 공차 0.004)

통과측 : 88.028 - 0.005 ± 0.004/2
정지측 : 88.013 ± 0.004/2