製造対象に関わらず、CNC加工機の公差は製造工程全体を通して考慮すべき重要な要素です。しかし、この製造工程で求められるすべてのことを理解するには、まず公差とは何か、その種類、そして測定方法を理解する必要があります。
公差とは何ですか?
CNC加工機の公差とは、製造される部品ごとに許容される許容範囲のことです。これは、部品の品質を損なうことなく、想定されるパラメータからどれだけずれたり伸びたりしても許容される範囲を決定します。
これは、仕立ての際にもらえる手当のようなものだと考えてください。服を作るとき、仕立て屋やデザイナーは誤差を許容します。これを「許容値」と呼びます。この余裕により、問題の生地がきつすぎる場合に、着用者に合わせて調整できるようになります。
エンジニアリングにおいて、許容誤差とは、メーカーが元の設計から逸脱することを許容し、プロットを失うことなく変更の余地を与える許容誤差の度合いです。この公差は組み立てプロセスにおいて大きな役割を果たします。
加工公差の計算と表現
CNC加工における公差計算を正しく理解するために、よく使われる用語について見ていきましょう。
基本サイズ
機械部品を生産する前に、製造チームは常に各アイテムの規定のサイズを持っています。このサイズを基本サイズといいます。ただし、実際の製造プロセスでは変更されることがよくあります。したがって、基本サイズは出発点であり、設計の意図する寸法を記述し、途中で公差の余地を作ります。
実際のサイズ
実寸サイズは製造工程完了後の寸法となります。推測に近い基本サイズとは異なり、製造された部品の実際のサイズはより実用的で現実的です。この時点でデザイナーは、基本サイズと実際のサイズに差がほとんどないことを確認し、できるだけ近い寸法にするよう努めます。
境界
製造において、制限とは、製造された製品の部品やコンポーネントがどの程度大きくても小さくてもよいかを決定する境界です。制限には上限と下限の 2 種類があります。上限はパーツに許容される最大サイズを指し、下限はパーツに許容される最小サイズを指します。この範囲外の部品は使用できません。
偏差
「偏差」という用語は、部品が意図したサイズからどの程度異なっているかを測定するものです。これは、メーカーが部品が予測よりも大きいか小さいかを判断するのに役立ちます。したがって、基本的なサイズでは製造時の変動が許容されますが、偏差によって、最終製品が当初の計画とどの程度異なっているかがわかります。
この偏差には、上部偏差と下部偏差の 2 種類があります。上限偏差は、製品が計画されたサイズからどれだけ大きいかを測定します。これを計算するには、基本サイズから上限 (つまり、パーツに許容される最大サイズ) を減算します。
同様に、下限偏差は、部品が意図されたサイズからどの程度小さくなることが許容されるかを測定します。このタイプの偏差は、基本サイズから下限値 (パーツに許容される最小サイズ) を減算することで計算できます。
日付
基準線とは、測定機器の校正に使用される基準となる線です。CNC工作機械の公差における基準線は、地理における赤道線に相当します。どちらも仮想的な線です。したがって、製造に必要な部品を測定するには、特定の基準点から始める必要があります。この基準点は、製造業者が測定の出発点としてよく使用する点です。目的は、すべての部品が正しい位置にあり、正しいサイズであることを確認することです。
最大材料要件と最小材料要件
最大材料条件 (MMC) と最小材料条件 (LMC) は、加工公差で考慮すべき 2 つの重要な点です。 MMC は製造部品に許容される材料が最大量含まれている場合に発生し、LMC は許容材料が最小である場合に発生します。
公差の計算
一般的なCNC加工機の公差を正確に計算する方法を説明するために、直径15mmのネジを例に挙げてみましょう。ただし、このネジの上限と下限を設定する必要があります。そこで、上限を10mm、下限を6mmとします。次に、上限から下限を差し引いて公差を求めます。公差は以下の式で表されます。
公差(t)：上限値－下限値
t：10mm－6mm＝4mm
上記のことから、ネジの直径の変化の許容範囲は 4mm であると言えます。
CNC 加工における一般的な種類の公差
加工公差のリストは数え切れないほどありますが、以下がその上位に挙げられます。
標準公差
標準公差は一般公差とも呼ばれ、一般的な機械部品に許可される標準公差を指します。したがって、製造図面に特定の寸法が規定されていない場合は常に、製造業者はこれらの標準公差に頼ることになります。
実際には、これらの標準的なCNC加工公差は国際規格に準拠しており、地域ごとに独自のガイドラインが定められています。例えば、ヨーロッパではISO 2768が標準規格ですが、米国ではASME Y14.5が主流となっています。これらの標準化された公差は、加工プロセスを簡素化し、設計図面に具体的な要件が明記されていない場合でも、加工全体を通して一貫性と効率性を確保するのに役立ちます。
二国間公差
両側許容差は対称性に関係しており、さまざまな角度からの変化を許容します。許容偏差が一方向にのみ許容される片側公差とは異なり、両側公差は基本寸法の両側 (正と負) で作用します。
幾何寸法と公差 (GD&T)
これは、標準公差と比較すると、より複雑なシステムです。標準寸法と公差は機械部品の基本形状とその公差をカバーしていますが、GD&T は寸法を指定するだけでなく、その寸法が適用される正確な幾何学的特性も提供することでさらに一歩進めています。
プロファイル公差
プロファイル公差を正しく理解するには、まずプロファイル ラインを特定する必要があります。プロファイル ラインは、ワークピースの断面積を横切る線であり、最終的にワークピースの形状の輪郭を描きます。
プロファイル公差自体がこのラインの許容範囲を決定し、ミリメートルやインチなどの寸法単位で測定されます。そのため、他の公差とは異なり、この公差は部品のサイズや寸法だけでなく、形状や曲線も規制して、部品が厳格な設計基準を満たしていることを確認します。
方向の許容差
方向公差は、ワークピースの形状が元の計画からどのようにずれるかに関係します。この偏差は、角度を扱うときに予想されるような度単位ではなく、ミリメートルやインチなどの寸法単位で測定されます。
形状公差
その名の通り、形状公差は部品の物理的な形状に関するものです。ここでは寸法ではなく、CNC加工機における平面度公差について扱います。真円度や真直度にも及ぶ場合があります。目標は、製造された部品の物理的な形状が設計仕様どおりであることを保証することです。東洋規格の公差と同様に、ここでもミリメートルまたはインチ単位の公差を扱います。
限界公差
CNC 加工では、限界公差は許容可能な寸法のガイドとして機能します。限界公差では、2 次元のスケールを使用して、部品の寸法の上限と下限を定義します。
上限は最大許容測定値であり、下限は最小値を表します。これらの制限を境界として捉えてください。これらの制限の間で測定されたものはすべて、許容範囲内であるとみなされます。たとえば、限界公差 0.55 ～ 0.65 mm は、上限が 0.65 mm、下限が 0.55 mm であることを意味します。最終測定値がこの範囲内にある場合、部品は精度基準を満たしています。
位置の許容差
この公差は、機械部品の特定の特徴が意図された位置からずれた場合に対処します。これには、一部の要素が所定の位置から自然にどのように逸脱するかを理解することが含まれます。
たとえば、平らな金属板の特定の位置に穴を開けるとします。 CNC 機械の位置公差により、この位置からの一定範囲の偏差が許容されます。
一方的な寛容
片側許容差は、許容される偏差が一方向にのみ発生することを規定します。つまり、これらの偏差は元の寸法からの増加または減少のみであり、両方であることはできません。
振れ許容差
振れ許容値は、フィーチャーが中心点の周りを回転するときに発生する可能性のある許容変動を定義します。たとえば、スピンドルやホイールを製造する場合、ぐらつきや過度のずれがなくスムーズに回転する必要があります。振れ許容値は、たとえばホイールが完全に回転する際に、その位置の変動が許容範囲内に収まるように設定されます。
不平等に処理された許容範囲
不等に配置された公差は通常 U 修飾子と呼ばれ、円で囲まれた文字「U」で表されます。これらは、特定の作品を作成する際に不平等な一方的な寛容が必要となる場合に必ず機能します。
CNC 機械公差を選択する際に考慮すべき要素
製造システムに適したCNC加工公差を選択する際には、多くの要素を考慮する必要があります。これらの要素はそれぞれ、製造された製品が規定の要件を満たしているかどうかを判断する上で重要な役割を果たします。CNC加工公差を選択する前に考慮すべき要素をいくつかご紹介します。
1. 厳しい公差が必要ですか?
厳しい公差を選択する必要があるかどうかは、製造プロジェクトの特定の要件によって異なります。さて、表面的には、精度を高めるために許容誤差を厳しくするのが理にかなっているかもしれません。
ただし、この決定にはコストの増加と生産時間の延長という代償が伴うことに注意してください。したがって、この（高価な）決定を下す前に、厳しい公差なしで生産を継続できるかどうかを評価してください。
2。 コスト
リソースを効果的に管理するには、許容範囲とコストのバランスをとることが重要です。ほとんどのメーカーは、予算に合った最適な許容誤差を求めており、それが選択できるアプローチです。
3. 加工方法
製造工程で使用する機械の種類は、完成品の公差に影響を与える可能性があります。そのため、作業を開始する前に、使用する機械の公差レベルを確認することが重要です。「CNC機械はどの程度の公差に対応できるのか？」と自問自答し、その答えを参考に、生産に最適な公差を決定してください。
4. 表面粗さ
製造材料が異なれば表面テクスチャのタイプも異なり、これが一般的な CNC 機械の公差に影響を与える可能性があります。したがって、厳しい公差を目指す場合は、作業中の表面粗さのレベルを考慮する必要があるかもしれません。そうすれば、困難を予測し、それに応じて行動することができます。たとえば、研磨された表面は、粗い表面よりもはるかに作業が簡単です。
5。 検査
品質管理はあらゆる製造プロセスの重要な部分であり、これには CNC 機械の公差も含まれます。この検査では、最終製品が指定された公差内にあるかどうかを確認します。さて、厳しい許容誤差を選択すると、検査に必要な時間が当然長くなりますが、その逆も同様です。したがって、選択する前にそのことを念頭に置いてください。
適切な許容差を見つける方法
CNC 加工に適切な公差を選択する方法をいくつか紹介します。
信頼できる CNC 加工会社を利用する
信頼できるCNC加工会社にプロジェクトをアウトソーシングすることで、この問題を解消できます。専門家に依頼することで、製造プロセスに最適な公差に関するアドバイスを受けることができます。さらに、優秀な専門業者は最新鋭の設備を備えており、最高の仕上がりを保証してくれます。評判の良い会社であれば、CNC加工公差表も用意しているはずで、これにより作業がより簡単かつ迅速になります。
公差を自分で計算する
あなたも、使用する最適な許容誤差を計算できます。ただし、まず、製造する部品の意図する機能を定義する必要があります。これは、どの CNC 機械公差を採用するかを決定するための基礎となります。
次に、その部品の機能が、想定している許容誤差とどのように一致するかを検討します。一部の製品ではより厳しい公差が要求される場合がありますが、その他の製品では標準を損なうことなく、より緩やかな公差でも問題なく機能する場合があります。
これらをすべて決定したら、公差の計算に適用される標準の一般規則を使用できます。
加工公差の国際規格を使用する
国際的に認められたベンチマークに従うことで、CNC 加工が業界標準と互換性があることを確認できます。したがって、どの国際標準がプロジェクトの要件や特定の業界に適合するかを確認してください。たとえば、服装がヨーロッパの場合は、ISO 2768 に準拠してください。ただし、米国の場合は、ASME Y14.5 の方が受け入れられます。
CNC 加工公差を厳しくするためのヒント
CNC加工の公差をより厳密にするためのガイドラインを以下に示します。
高品質の CNC マシンを使用する
優れた品質の CNC マシンに投資することは、厳しい公差を達成するための多くの方法の 1 つです。したがって、機械を選択するときは、その機能、精度、信頼性を確認してください。これにより、製造された製品が必要な公差レベルを確実に満たすことができます。
適切な切削工具を選択する
適切な切削工具を選択することも、厳しい公差を達成するもう 1 つの方法です。材料の種類と加工要件に応じて、これらのツールは最終製品の精度に影響を与える可能性があります。したがって、切削速度、コーティング、工具形状などの詳細に注意してください。
良い材料サプライヤーを獲得する
使用する原材料の品質は、CNC 加工の結果に直接影響します。したがって、最高の素材を入手するには、高品質の素材を提供することで知られる信頼できる素材サプライヤーと提携する必要があります。
温度管理された環境で加工を行う
温度の違いは、機械加工部品の寸法に影響を与える可能性があります。そのため、温度管理された環境で加工を実行すると、温度変動の影響を受ける可能性があります。温度が一定であれば、安定した加工条件を得ることができ、最終製品の精度を何らかの方法で予測できます。
熟練労働者を雇用する
熟練した作業者も、厳しい公差を達成する役割を果たします。したがって、機械オペレーターを雇用する場合は、経験があり、CNC 機械の公差を深く理解しているオペレーターを探してください。彼らの専門知識は、製造プロセスの結果に大きく影響します。
バランスツールホルダー
振動は CNC 加工プロセスの精度に影響を与える可能性があるため、定期的にツール ホルダーのバランスを調整して、動作中の振動を軽減してください。しかし、バランスの取れたツールホルダーを使用すると、よりスムーズな切削操作が可能になり、希望の公差を達成できます。
CNC マシンのメンテナンスと校正を定期的に行う
CNC マシンの定期的なメンテナンスと校正により、一貫したパフォーマンスが保証されます。したがって、定期的なメンテナンスをスケジュールに追加して、機械の磨耗を早期に発見し、機器の寿命を延ばします。
強力な品質管理の実施
先ほど、CNC加工において品質管理がいかに重要かについてお話ししました。製造工程全体を通して、厳格な品質管理対策を講じるようにしてください。例えば、定期的な検査や厳密なテストを実施することで、初期段階で不具合を発見できます。また、CNC加工機の公差に関するフィードバックを継続的に記録することで、作業状況を把握し、より効果的な品質管理を実施するのに役立ちます。
CNC 加工公差の重要性
CNC 加工公差は、製造プロセスにおける単なる専門用語ではありません。完成した作品の品質、機能性、信頼性を決定する上で大きな役割を果たします。
精度がすべてである CNC 加工では、誤差が許容されるかどうかが紙一重の関係にあります。当然のことながら、製造されたすべての作品には多少の誤差が生じるものであり、それを考慮して規定を設けているのはそのためです。
しかし、公差はマスタープランからの逸脱が過剰になることを防ぐための安全策として設けられています。逸脱が過剰になると、最終製品の完全性が損なわれる可能性があるからです。逸脱は一般的に深刻な結果を招きますが、CNC加工における公差設定は、こうしたエラーを完全に回避するのに役立ちます。
結論
加工公差がなければ製造プロセスは完了しません。製品が推奨許容レベルを確実に満たすようにするには、このガイドで説明したガイドラインを考慮する必要があります。ただし、どのような手順を実行すればよいかまだわからない場合は、作業を簡単にするお手伝いをいたします。今すぐご連絡ください。