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CNC機械の加工精度の知識

Jul 23, 2024

加工精度は主に生産の程度を測るために使用されます。加工精度と加工誤差は、加工面の幾何学的パラメータを評価するための用語です。加工精度は公差等級によって測定されます。グレード値が小さいほど精度が高くなります。加工誤差を数値で表します。数値が大きいほど誤差が大きくなります。加工精度が高ければ加工誤差は小さく、その逆も同様です。公差等級はIT01、IT0、IT1、IT2、IT3からIT18までの20等級あります。このうち、IT01は加工精度が最も高い部品を示し、IT18は加工精度が最も低い部品を示します。一般に、IT7 と IT8 は中程度の加工精度です。どのような加工方法によっても得られる実際のパラメータは、完全に正確であるわけではありません。部品の機能上、加工誤差が部品図で要求される公差範囲内であれば加工精度は保証されると考えられます。

機械の品質は部品の加工品質と機械の組み立て品質によって決まります。部品の加工品質には、部品の加工精度と表面品質の2つが含まれます。

加工精度とは、加工後の部品の実際の幾何学的パラメータ (サイズ、形状、位置) が理想的な幾何学的パラメータとどの程度一致しているかを指します。両者の差を処理誤差といいます。処理誤差の大きさは、処理精度のレベルを反映します。誤差が大きいほど処理精度は低くなり、誤差が小さいほど処理精度は高くなります。

1. 加工精度の調整方法

機械エラーの削減

(1)主軸部品の製造精度の向上

1) ベアリングの回転精度を改善する必要があります。

① 高精度の転がり軸受を選択する。

②高精度マルチオイルウェッジ動圧軸受を採用。

③高精度静圧軸受を使用しています。

2) ベアリングを備えたアクセサリの精度を向上させる必要があります。

① ボックスサポート穴とスピンドルジャーナルの加工精度を向上させます。

②軸受との合わせ面の加工精度を向上させる。

③ 対応する部品のラジアル振れ範囲を測定および調整し、誤差を補正または相殺します。

 

(2)。転がり軸受に適切な予圧を与える

①隙間をなくす。

②軸受剛性を高める。

③転動体の誤差を平準化する。

 

(3)。主軸の回転精度がワークに反映されないようにしてください。

 

2. プロセスシステムの調整

(1) 試し切り方法の調整

試し切り→寸法測定→工具の切り込み深さ調整→切断→再度試し切りを必要なサイズになるまで繰り返します。この方法は生産効率が低く、主に単品の小ロット生産に使用されます。

 

(2) 調整方法

工作機械、治具、ワーク、工具の相対位置を事前に調整することで、必要なサイズを求めます。生産性が高く、主に大量生産に用いられる方法です。

 

3. 工具の摩耗を軽減する

工具サイズの摩耗が急速な摩耗の段階に達する前に、工具を研ぐ必要があります。

 

4. 伝送チェーンの伝送誤差を低減する

(1) 伝動部品の削減、伝動チェーンの短縮、伝動精度の向上。

(2) 減速伝動の使用は、伝動精度を確保するための重要な原則であり、伝動ペアが端に近づくほど、伝動比を小さくする必要があります。

(3) エンドピースの精度が他の伝動部品よりも高いこと。

 

5. プロセスシステムの応力変形を低減する

(1) システムの剛性、特にプロセスシステムの弱いリンクの剛性を向上させる

1) 合理的な構造設計

① 接続面の数を最小限に抑える。

②局所的な低剛性リンクの発生を防止する。

③ ベース部とサポート部の構造と断面形状は合理的に選択する必要があります。

2) 接続面の接触剛性の向上

① 工作機械部品における部品間の接合面の品質を向上させる。

② 工作機械のコンポーネントを事前にロードします。

③ ワーク位置決め基準面の精度向上と表面粗さ値の低減。

3) 合理的なクランプと位置決め方法を使用する

 

(2) 負荷とその変化を軽減する

1) 切削抵抗を低減するために工具形状パラメータと切削パラメータを合理的に選択します。

2) 調整時のブランクの取り代を均一にするため、ブランクをグループ化します。

加工精度誤差の原因

1. 加工原理の誤り

加工原理誤差とは、加工に近似的な刃形状または近似的な伝達関係を使用することによって生じる誤差を指します。ねじや歯車、複雑な曲面の加工では加工原理誤差がよく発生します。

例えば、インボリュート歯車の加工に使用される歯車ホブは、ホブ製造を容易にするために、インボリュート基本ウォームの代わりにアルキメデス基本ウォームや通常のストレートプロファイル基本ウォームを使用するため、歯車のインボリュート歯形に誤差が生じます。別の例として、モジュラス ウォームを回転させる場合、ウォームのピッチはウォーム ホイールのピッチ (つまり、mπ) に等しいため、m はモジュール、π は無理数であり、交換用の歯の数になります。旋盤の歯車には限界があります。交換用歯車を選定する際、πを小数値(π=3.1415)に換算して計算することしかできないため、工具のワークの成形運動(螺旋運動)が不正確になり、ピッチ誤差が生じます。

 

加工においては、生産性や経済性の向上を図るため、理論誤差が加工精度の要求を満たすことを前提とした近似加工が一般的に行われます(<=10%-15%の寸法公差)。

 

2. 調整誤差

工作機械の調整誤差とは、調整が正確でないことにより生じる誤差のことを指します。

 

3. 製造上の誤差と治具の磨耗

治具のエラーとは主に次のことを指します。

(1) 位置決め要素、ツールガイド要素、インデックス機構、治具ベースなどの製造誤差。

(2) 治具を組み立てた後の上記のさまざまなコンポーネントの作業面間の相対寸法誤差。

(3) 使用中の治具の作業面の磨耗。

 

4. 工作機械のエラー

工作機械の誤差とは、工作機械の製造誤差、設置誤差、磨耗などを指します。主に工作機械のガイドレールの案内誤差、工作機械の主軸回転誤差、工作機械の伝動チェーン伝動誤差などが含まれます。

(1) 工作機械のガイドレールの案内誤差

1)ガイドレールの案内精度-ガイドレール対可動部の実際の移動方向と理想的な移動方向との一致度。主に以下が含まれます:

①ガイドレールの水平面内での真直度Δyと垂直面内での真直度Δz(曲がり)。

②前後ガイドレールの平行度(ねじれ)。

③ 主軸回転軸に対するガイドレールの水平面および垂直面における平行度誤差または垂直度誤差。

2) ガイドレールの案内精度が切削加工に及ぼす影響

ガイドレール誤差による工具とワークの誤差敏感方向の相対変位を主に考慮します。旋回処理において、誤差を認識しやすい方向は水平方向であり、垂直方向の誘導誤差による処理誤差は無視できる。ボーリング加工では、工具の回転に応じて誤差に敏感な方向が変化します。プレーニング加工では、誤差を生じやすい方向は垂直方向であり、垂直面内でのベッドガイドレールの真直度が加工面の真直度や平面度の誤差の原因となります。

 

(2) 工作機械の主軸回転誤差

工作機械の主軸回転誤差とは、理想的な回転軸に対する実際の回転軸のずれを指します。主に主軸端面の円振れ、主軸半径方向の円振れ、主軸の幾何学的な軸の傾きの振れが含まれます。

1) 主軸端面円周振れが加工精度に及ぼす影響:

① 円筒面の加工に影響なし。

②端面の旋削加工や中ぐり加工を行うと、端面と円筒軸との垂直誤差や端面の平面度誤差が発生します。

③ ねじを加工する場合、ピッチ周期誤差が発生します。

2) スピンドルのラジアル円振れが加工精度に及ぼす影響:

① ラジアル回転誤差が実軸の y 軸座標方向の単調和直線運動として現れる場合、中ぐり盤で開けられた穴は楕円穴であり、真円度誤差はラジアル円振れ振幅となります。一方、旋盤で開けた穴は影響しません。

②主軸の幾何軸が偏心運動すれば、旋削加工、中ぐり加工を問わず、工具先端から平均軸までの距離を半径とする円が得られます。

3) 加工精度に対する主軸の幾何学的な軸の傾きの影響:

① 幾何学軸は、空間の平均軸に対して一定の円錐角度を持った円錐軌道を形成します。各断面の観点からは、幾何学的軸中心が平均軸中心の周りを偏心して移動することに相当しますが、異なる位置での偏心値は軸方向とは異なります。

② 幾何学的な軸はある平面内で揺れます。各断面の観点から見ると、実際の軸心は単調和直線運動で平面内を移動することに相当しますが、各位置の振れの振幅は軸方向とは異なります。

③実際には、主軸の幾何学軸の傾きの振れは上記2つを重ね合わせたものになります。

(3) 工作機械伝動チェーンの伝達誤差

工作機械の伝動チェーンの伝動誤差とは、伝動チェーンの始端と終端の伝動要素間の相対運動誤差を指します。

 

5. 力を受けたプロセスシステムの変形

加工システムは切削力、クランプ力、重力、慣性力の作用により変形し、調整された加工システムの構成要素の相対位置関係が崩れ、加工誤差が生じ、加工工程の安定性に影響を及ぼします。主に工作機械の変形、ワークの変形、プロセスシステム全体の変形を考慮します。

(1) 切削抵抗が加工精度に及ぼす影響

工作機械の変形だけを考えると、軸部品の加工では工作機械に力が加わったときの変形により、加工されたワークは端が太く中央が薄い鞍状、つまり円筒度誤差が生じます。ワークの変形だけを考えると、軸部品の加工では、力が加わった際のワークの変形により、加工後のワークは端が細く中央が厚い太鼓状になります。穴部の加工では、工作機械やワーク単体の変形を考慮すると、加工後のワークの形状は加工された軸部の形状と逆になります。

(2) クランプ力による加工精度への影響

ワークをクランプする際、ワークの剛性が低かったり、クランプ力点が適切でなかったりすると、ワークに相応の変形が生じ、加工誤差が発生します。

 

6. ツールの製造誤差と摩耗

工具誤差が加工精度に与える影響は工具の種類によって異なります。

(1) 定尺工具(ドリル、リーマ、キー溝フライス、円形ブローチなど)の寸法精度は、ワークの寸法精度に直接影響します。

(2) 成形工具(成形旋削工具、成形フライス、成形砥石など)の形状精度は、ワークの形状精度に直接影響します。

(3) 開発ツール(ギヤホブ、スプラインホブ、ギヤシェーピングツールなど)の刃形状誤差は、加工面の形状精度に影響を与えます。

(4) 一般工具(旋削工具、中ぐり工具、フライスなど)の製造精度は加工精度に直接影響しませんが、工具は摩耗しやすいものです。

 

7. 加工現場環境の影響

加工現場では小さな金属片が多数発生することがよくあります。この金属切粉が部品の位置決め面や位置決め穴に接触すると、部品の加工精度に影響を与えます。高精度な加工の場合、目に見えないほど小さな金属の切り粉が精度に影響を与えます。この影響要因は特定されますが、それを除去するための非常に効果的な方法はなく、多くの場合、オペレータの操作スキルに大きく依存します。

 

8. プロセスシステムの熱変形

加工工程では、内部熱源(切削熱、摩擦熱)や外部熱源(周囲温度、熱輻射)により発生する熱により加工系が加熱・変形し、加工精度に影響を与えます。大型ワーク加工や精密加工では、プロセスシステムの熱変形による加工誤差が全加工誤差の40%~70%を占めます。

ワークの熱変形が加工金属に与える影響には、ワークの均一加熱と不均一な加熱の2種類があります。

 

9. ワーク内部の残留応力

残留応力の発生:

(1) ブランク製造時および熱処理時に発生する残留応力。

(2) 冷間矯正による残留応力。

(3) 切削による残留応力。

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