25 ミクロン未満の公差を達成および維持する方法

 

機械加工において、公差とは、特定の範囲内でのパラメータの許容変動を指します。このパラメータには、空間測定などの物理的次元だけでなく、温度、湿度、騒音レベル、応力、日射量、速度などのさまざまな測定可能な物理的特性が含まれます。

 

許容差は、実際のパラメータ値の許容範囲を定義します。エンジニアリングでは、許容誤差は誤差の管理限界と見なすことができます。通常、公差には最大制限サイズと呼ばれる上限と、最小制限サイズと呼ばれる下限があります。

 

 

CNC 加工公差

 

CNC 加工における「公差」という用語には 2 つの解釈があります。1 つは CNC 機械の公差を指し、もう 1 つは CNC 加工における設計公差を指します。

 

CNC 機械の公差は、機械が部品を加工する際に達成できる寸法精度のレベルを示します。 CNC加工の精度は非常に高く、一部の機械では±{{0}}.0025mm（人間の髪の毛の太さの約4分の1）の製造精度を達成しています。ただし、機械ごとに許容誤差が異なり、通常は機械メーカーによって定義されます。市場で一般的に使用されている平均公差は 0.02mm です。 CNC 加工サービス プロバイダーは、利用可能な CNC 機械の公差についても顧客に通知します。

 

 

設計および加工公差

 

設計および機械加工の文脈では、公差は部品寸法の許容変動範囲を指します。部品がこの範囲内にある限り、すべての機能要件を満たすことができます。このシナリオでは、部品の機能、フィット感、形状に基づいて部品設計者によって公差が設定されます。設計と加工の公差は、部品の取り付けと組み立てにとって非常に重要です。たとえば、電気モーターのコンポーネントの公差要件は、単純なドア ハンドルの公差要件よりも大幅に厳しくなります。これは、エンジンの多数の複雑な部品が正確に組み合わされなければならないためです。通常、対応する公差表記は、該当する部品の寸法の横に表示されます。

 

適切な公差を理解して実装することで、メーカーは機械加工コンポーネントの品質と機能を向上させ、さまざまな用途での組み立てと動作を確実に成功させることができます。

 

25 ～ 50 ミクロンの公差を達成するのは比較的簡単です。ただし、工具の磨耗によってワーク表面に変化が生じる場合は、工具が磨耗する前であっても、許容限界を超える可能性があります。このため、大規模な生産中にこれらの許容差をどのように維持するかという問題が生じます。

 

25 ミクロン未満の公差には大きな課題があり、多くの機械加工プロセスでは 5 ～ 12 ミクロンのより厳しい公差を維持することが目標となっています。これらのより厳しい公差を大量生産で達成することはさらに困難です。それらを管理するためのヒントをいくつか紹介します。

 

 

 

許容範囲の 80% を使用する

 

公差が厳しいため、製造時にサイズ調整が必要になります。工具が磨耗すると、加工面が膨張 (外面) または収縮 (内面) することがあります。公差が厳しくなるほど、より多くのサイズ調整が必要になります。

 

重要な経験則は、最初にサイズを決定し、工具の摩耗に関連する調整を行うときに、許容範囲の平均値を標準として使用することです。平均値を使用すると、許容範囲の半分だけを効果的に利用することになります。機械加工部品のすべての関連寸法は、外面の最高点または内面の最低点に位置します。公差が非常に厳しいため、オペレータは少数の部品を加工しただけでサイズを調整する必要がある場合があります。

 

寸法が許容範囲の下限または上限に近い場合 (外面または内面に応じて)、必要な調整の間隔を延長できます。ターゲット サイズを許容限界の 10% 程度に設定することをお勧めします。このアプローチにより、サイズ調整までの時間を効果的に 2 倍にすることができます。

 

 

温度変動の影響を最小限に抑える

 

この点はターニング センターに特に関係しますが、マシニング センターにも影響します。機械が加熱すると、そのコンポーネントが伸びる可能性があります。マシンがアイドル状態のとき、これらのコンポーネントは収縮します。コンポーネントのサイズが変化すると、加工寸法が変化する可能性があります。厳密な公差を維持する場合、熱による変化が重大な問題を引き起こす可能性があります。たとえば、特定のターニング センターでは、コンポーネントが動作温度に達すると、外径が最大 25 ミクロン収縮することがあります。

 

熱変動を軽減する一般的な方法は、マシンに最初に電源を入れたときと、数分以上アイドル状態が続くたびに予熱プログラムを実行することです。これには、原材料を使用せずにプログラムを実行することが含まれる場合があります。

 

熱特性は機械メーカーによって異なり、一部の機械は他の機械よりも大幅に優れたパフォーマンスを発揮します。機械に厳密な公差を維持する必要がある場合、新しい機器を購入する際にこれを重要な考慮事項にする必要があります。

 

 

左手用ツールまたは右手用ツールの影響を考慮する

 

工具の選択は機械の寿命に影響します。これは、使用される工具の種類によって機械のベッドに力が伝達されるほとんどの荒加工作業で特に重要です。ほとんどの傾斜ベッド ターニング センターの場合、これは左手の工具を使用し、スピンドルを反対方向に回転させることを意味します (M04)。

 

このような機械で右手工具を使用すると、スピンドルが前方に回転し (M03)、加工操作のせん断作用により切削工具がその支持方向から引き離されます。

 

これにより、タレットがクロス スライドから引き離され、クロス スライドがベッドから引き離されることが多く、機械の可動部品に大きなストレスがかかり、摩耗が促進されます。機械は最初は容易に公差を維持できますが、時間の経過とともに公差を維持することはますます困難または不可能になります。

 

これらの戦略に従うことで、メーカーは 25 μm 未満の公差をより適切に達成および維持できるようになり、生産の品質と効率が向上します。