一部の部品が不適切に取り付けられていたり、品質が非常に低かったりすることがありましたか?不正確 CNC部品の公差 平均エラーはコストがかかるだけでなく、修正に長い時間がかかります。ただし、正しい公差を理解して使用することで、これらの問題は解決され、機能と適合性が向上します。
従来の製造部品の公差は、理想的な形状サイズからの許容可能な変動として定義されます。正しい公差により、部品が正しい方法で組み立てられることが保証され、作業が速くなり、欠陥の数が減り、最終製品の効率が向上します。
この記事では、さまざまなことがわかります CNC 加工部品の公差 加工プロジェクトに影響を与える寸法、幾何学、表面仕上げの公差など。
公差は、CNC 加工におけるサイズの許容限界です。簡単に言えば、許容できるサイズの範囲です。 簡単に言うと、許容できるサイズの範囲です。これらの仕様は、部品の機能が要求どおりに機能し、設計要件に適合するように設計する必要がある厳密なパラメータを定義します。寸法、形状、表面仕上げに対する公差は、製品の製造とその用途にとって非常に重要です。では、それぞれのタイプについて詳しく見ていきましょう。
公差は次のカテゴリに分類されます。幾何公差と寸法公差。後者は、長さ、幅、高さ、製品の直径などの形状のサイズからの許容可能な偏差に関するものです。これらは主に最大値と最小値の形で表されます。言い換えれば、フィーチャの実際の測定値が収まる範囲を指定します。
● 直線寸法: これらには、長さや直径など、ワークピースの直線寸法に関連する許容値が含まれます。たとえば、穴の直径の公差 10mm + 0.05mm は、穴が 10mm 未満であってはならず、最大 10.05mm になる可能性があることを意味します。
● 角度寸法: ± 0.5° の公差で 2 つの表面間の 90° など、2 つの表面の互いの位置。
● 真円度および円振れ: 穴や円筒面などの用途では、フィット感と動作のために真円度の制御が必要です。
したがって、組み立てプロセスでは、部品と機能の相関関係を調整して適合させるために、正しい寸法公差が必要です。寸法を厳密に管理するということは、コンポーネントがさらなる調整を必要とせずに必要な機能的クリアランスを持たなければならないことを意味します。
幾何公差には、部品の形状、方向、位置、および全体的な品質の制御が含まれます。寸法公差は測定に関連しますが、幾何公差はフィーチャの形状と方向を制御するために確立されました。
形状公差:
これらは、フィーチャーの形状に関する許容公差を定義します。
● 平面度: サーフェスをシールするとき、または 2 つのコンポーネントを結合するときに、サーフェスが別のサーフェスと同一平面上にあるものとして定義されます。
● 真直度： 線が直線からどの程度離れることができるかを決定します。シャフトやエッジなどのフィーチャーに便利です。
● 円形度: 製品の多くの円形または円筒形セクションにおける真円の許容公差を指定します。
方向の許容差:
これらは、2 つのフィーチャ間の角度または方向の許容差を定義します。
● 直角度: サーフェスが他のサーフェスに対して垂直であることを確認するのに役立ちます。
● 並列処理: 2 つの面が全長にわたって互いに平行であると述べて、2 つの点またはエッジを表します。
● 角度: 隣接または平行であることを意図していない 2 つの平面の相対的な方向を制御する幾何学的要素。
位置の許容差:
これらは、基準点または線からのフィーチャの許容偏差の量を指します。
● 位置許容差: 軸や点に関する穴の中心など、フィーチャの位置を設定するために使用されます。これらは、アセンブリ、コンポーネント、または部品が適切に適合していることを確認するために必要です。
● 同心： 2 つの円形要素の方向が互いに同心になるように定義します。
振れ許容差:
振れは、回転部品が円形または直線から逸脱する量の尺度です。特に、シャフトやホイールなど回転する部品にとって重要であり、穴の同心度が重要です。
表面仕上げ公差は CNC 部品の表面品質を決定し、質感、滑らかさ、粗さを示します。これらの公差は、嵌合面や摩擦面など、直接嵌めまたは力嵌めが必要な部品にとって非常に重要です。さらに、摩耗または腐食した部品など、機能要件の外観に厳しい公差が必要な場合も同様です。
● Ra (平均粗さ): Ra は、最も一般的に使用される表面テクスチャ パラメータです。これは、表面プロファイルの山から谷までの高さの算術平均値として定義されます。 Ra 値が低いほど、表面の表面粗さが少ないことを意味するため、好ましい。
● Rz (プロファイルの平均最大高さ): Rz は、特定の長さに沿った最大の山と最小の谷の間の絶対差の平均です。表面粗さをより良く把握できます。
● Rt (プロファイルの合計高さ): Rt はサンプリング長さの合計の高さを指し、表面粗さの最高の山と最低の谷を表します。
摩擦を減らし、表面の磨耗接触を最小限にするには、より良い表面粗さが望ましいです。一方、より良好なグリップ力が必要な接着接点などの用途では、表面粗さが低い方が好ましい場合もあります。表面仕上げも部品の腐食や疲労挙動に影響を与える可能性があります。これらは両方とも、航空宇宙産業や自動車産業などの産業にとって重要です。
CNC 加工公差に影響を与える一般的なパラメータは次のとおりです。
特定の部品の材料の選択によって、その部品を必要な公差まで機械加工する容易さが決まります。スチールやアルミニウムなどの一部の材料は、プラスチックや複合材料などの他の材料よりも、精密な公差で価値ある製品を製造するのが容易です。温度変化により膨張したり収縮したりする傾向があるためです。
CNC マシンの精度が主な要素です。機械の精度が高いほど、より厳しい公差を実現できます。したがって、時間をかけてテストおよび調整された機器を使用することが重要です。
工具が摩耗すると、必要な公差を維持できなくなります。このため、工具は長期間使用すると寸法が変化する場合があるため、定期的に点検・校正する必要があります。
主な CNC 公差基準のいくつかを理解してみましょう。
ISO、ASME、および DIN は、CNC 部品の公差規格です。メーカーは特定の標準公差を満たす必要があります。たとえば、ISO 2768 は工業製品の一般公差規格であり、エンジニアリングにおける寸法および幾何学的比率の公差を指定しています。
公差グレードには IT0、IT1、IT2 が含まれており、特定の精度レベルまでの公差の程度を表します。これら 3 つの公差の中で、IT0 はより正確ですが、妥当なコストで実現することはできません。製品のグレードに応じて、必要なサイズを特定の公差で調整できます。
ここでは、部品の完璧なフィットと組み立てのために CNC 加工公差を使用する一般的な業界を示します。
航空宇宙部品は、小さな公差 (±0.002 mm 以上の範囲) を満たすことが求められます。特にタービンブレードなどの部品では、小さなずれが致命的になります。
自動車の公差は、特定の部品の用途によって異なります。 ±0.1 mm の高性能公差を持つコンポーネントが使用される場合がありますが、ボディパネルなどのそれほど強度の高くない部品には、わずかに大きな公差が許容される場合があります。
インプラントや手術器具などの医療コンポーネントには、さらに高い許容レベルが求められる必要があります。 ±0.01mm程度。これらは通常、非常に機密性の高い医療機能を実行するために使用されるためです。
コネクタや回路基板などの電子製品では、嵌合寸法やインターフェース寸法が ±0.02mm ～ ±0.1mm の精度公差で指定されることがよくあります。
一般的な例:
航空宇宙用タービンブレードには、0.01mm単位の高精度、寸法精度、形状が求められます。自動車のボディ部品は、安全性や機能性の違いにより、公差0.2mmで作られる場合があります。
共通の要因には以下が含まれます。
幾何学は、厳しい公差でのロールプレイングの大きな側面に貢献します。そのため、薄肉部品、深い穴、またはその他の小さな形状を正確に製造することが困難です。設計者は、加工が難しいフィーチャや歪みが生じやすいフィーチャを含めることを避けるべきです。興味深いことに、単純で対称的な設計を適用すると、公差がより安定する可能性があります。
設計者は、指定された許容範囲内で部品を製造できるかどうかを知るために、設計段階から機械工に相談することをお勧めします。製造可能性を考慮した設計 (DFM) に取り組むには、製造に必要な機械加工プロセス、材料の選択、ツールの問題を率直に検討することが役立ちます。さらに、潜在的な問題が重大な費用発生源になる前に、それらを特定することができます。
公差スタックアップは、アセンブリ内で一緒に追加された各コンポーネントの公差を組み合わせた、または累積したものです。特に、このアプローチは、個別の公差値を持つ異なるコンポーネントが結合される場合に使用されます。累積的な差によりオフセットが発生し、誤動作が発生する可能性があるためです。たとえば、アセンブリ内の各部品の公差は ±0.1 mm ですが、最終結果は ±0.3 mm 以上になる可能性があります。
積層公差を減らすには、設計者はアセンブリの動作に影響を与える重要な寸法に焦点を当てる必要があります。最悪の場合の公差を採用するか、重要なフィーチャに対して選択的により厳しい公差制御を使用することにより、影響を最小限に抑えることができます。さらに、自動位置決め穴や位置合わせピンなどの機能により、アセンブリ内の位置誤差も軽減できます。
今日の CNC マシンは、正確またはより近い公差を達成するために、より優れた制御と正確なシステムを提供します。たとえば、多軸 CNC マシンを使用すると、単一軸を使用した場合に予想されるよりもはるかに複雑な部品を高精度に作成できます。 CNC ソフトウェアも同様に貢献します。 CAD/CAM システムなどのツールを使用すると、シミュレーションとツール パスの生成が可能になり、希望の公差を達成できます。
自動化により、生産における許容度の向上を達成できる可能性が大幅に向上しました。ロボット アームやその他のコンピューター化された CNC マシンにより、エラーが最小限に抑えられ、繰り返し使用する際の操作がより正確になります。これらの機器には、レーザー スキャナーや座標測定機 (CMM) が含まれます。これらは部品の特徴寸法に関するフィードバックをリアルタイムで提供し、部品がさらなる処理のために他のステーションに出荷される前に、部品が必要な公差内にあるかどうかを確認する通信を容易にします。
ただし、厳密な公差を達成するのは困難です。材料のばらつき、工具や機械の劣化、温度などの環境要因などの問題が原因です。複雑な形状や複数の部品からなるアセンブリでは、許容差の合計が最終的な適合に影響する場合もあります。
CNC 部品の公差精度を向上させるために、メーカーは次のことを行うことができます。
● 安価な地元の機械ではなく、最適でメンテナンスの行き届いた効率的な機械を使用してください。
● 対応する測定器は慎重に選択する必要があります。
● 工具のたわみを軽減または排除する工具パスと切削方法を選択します。
● 高度な CNC テクノロジーとシミュレーションおよび最適化ソフトウェアを実装します。
● 定期的に品質検査を実施し、その回答を生産プロセスに組み込みます。
CNC 加工の適切な公差を見つけるには、次の手順に従います。
● 部品の目的を理解する: 部品の機能と用途を考慮してください。特定のセクションでは、製造においてより高い精度が必要です。
● デザインを確認してください: パーツのデザインを見てください。詳細な仕様を CAD ファイルに保存する必要があります。
● マテリアルを考慮してください: 一部の材料は、他の材料よりも厳しい公差に保つことができます。したがって、材料の特性と機能を考慮してください。
● マシンの能力を知る: 切削公差は使用する CNC マシンによって異なり、マシンによって提供される機能のレベルも異なります。
● コストと精度のバランス: 公差が厳しいほどコストが高くなります。何が必要かを決めてください。
● テストプロトタイプ: さまざまな公差レベルでプロトタイプを構築し、正しく組み立てられて動作することを確認します。
全体として、ばらつきを減らし、設計を簡素化すると、製造コストが削減され、製品のパフォーマンスが向上します。正確な部品仕様を達成するには、より正確な機械が必要となり、プロセスに時間がかかります。さらに、より多くの材料が無駄になる可能性があります。したがって、メーカーは重要な寸法に焦点を当て、性能のためにより厳しい公差が必要かどうかを判断する必要があります。同時に、製造コストを削減する方法を見つける必要があります。
現在、CNC技術の進化はますます進んでいます。したがって、近い将来、許容範囲がさらに厳しくなることが予想されます。自動化、AI、機械学習の進歩を生産プロセスに組み込むことで、より価値がありコスト効率の高い製品を生み出すことができます。小型化が進み、航空宇宙や医療技術などの業界では優れた材料が使用されています。これにより、CNC の精度に対するプレッシャーがさらに高まります。その結果、CNC の精度は成長と発展の分野であり続けています。
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