加工精度に対する取り代の影響

機械加工された製品の品質要件の継続的な改善に伴い、人々は製品品質を改善するための方法と手段を模索するために多くの時間とエネルギーを投資してきましたが、機械加工の過程での製品品質に対する加工代の影響を無視してきました。工程に余裕を持たせるだけでは、製品の品質に大きな影響はないと考えています。機械製品の実際の加工工程では、部品の取り代が製品の品質に直接影響することがわかっています。

取り代が小さすぎると、前工程での形状や位置の誤差、表面欠陥の残りをなくすことが難しくなります。許容値が大きすぎると、加工の負担が増えるだけでなく、材料、工具、およびエネルギーの消費も増加します。さらに深刻なことは、機械加工プロセス中に大量の取り代を削ることによって発生する熱が、部品を変形させ、部品の加工難易度を高め、製品の品質に影響を与えることです。そのため、部品の取り代を厳密に管理する必要があります。

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取り代とは、機械加工時に機械加工面から削り出される金属層の厚さを指します。取り代は、工程取り代と総取り代に分けられます。工程取り代とは、1回の工程で表面から除去される金属層の厚さを指し、工程前後の隣接する工程の寸法差に依存します。総加工代とは、ブランクから完成品までの部品の全機械加工プロセス中に特定の表面から除去された金属層の合計厚さ、つまり、同じ表面のブランク サイズと部品サイズの差を指します。取り代の合計は、各工程の取り代の合計になります。

ブランクの製造と各プロセスの寸法には避けられない誤差があるため、総取り代とプロセス取り代は両方とも可変値であり、最小取り代と最大取り代が得られます。工程取り代の変動幅（最大取り代と最小取り代の差）は、前工程と現工程の寸法公差の和に等しい。加工寸法の公差域は、一般的に部品の進入方向に規定されています。シャフト部品の場合、基本寸法は最大加工寸法ですが、穴の場合は最小加工寸法です。

加工精度に対する加工代の影響

1.取り代過多による加工精度への影響

部品は、機械加工プロセスで切削熱を発生させる必要があります。これらの切削熱の一部は鉄くずや切削液によって奪われ、一部は工具に伝達され、一部はワークピースに伝達されて部品の温度が上昇します。温度は取代と密接な関係があります。取り代が大きいと、必然的に荒加工時間が長くなり、切削量も適切に増加するため、切削熱と部品温度が継続的に上昇します。部品の温度上昇によってもたらされる最大の害は、特に温度変化に敏感な材料 (ステンレス鋼など) の場合、部品の変形です。さらに、この種の熱変形は加工プロセス全体に影響を及ぼし、加工の難易度を高め、製品の品質に影響を与えます。

例えば、ねじ棒などの細い軸部品を加工する場合、1対1で加工するため、長さ方向の自由度が制限されます。このとき、ワーク温度が高すぎると熱膨張が発生します。長さ方向の伸びが阻害されると、ワークは応力の影響で必然的に曲げ変形を生じ、その後の加工に多大な支障をきたします。加熱後、ワークは曲げ変形します。この時、加工が続くと、はみ出した部分が完成品まで加工されます。常温まで冷却した後、部品は応力の作用で逆変形し、形状や位置の誤差が生じ、品質に影響を与えます。径方向に拡径後、拡径部が削り取られ、冷却後に円筒度や寸法誤差が生じます。精密ねじを研削する場合、工作物の熱変形もピッチ誤差の原因になります。

2.取り代が小さすぎる場合の加工精度への影響

部品の取り代は大きすぎても小さすぎてもいけません。取り代が小さすぎると、前工程の残留幾何公差や表面欠陥をなくすことができず、製品の品質に影響を与えます。部品の加工品質を確保するために、各工程に残された最小の取り代は、前の工程の基本的な要件を満たす必要があります。

異なる部品や異なるプロセスでは、上記のエラーの値と形式も異なります。工程取り代を決定する際は別扱いとする。たとえば、細いシャフトは曲がりやすく変形しやすく、バスバーの直線誤差は直径寸法の許容範囲を超えています。工程取り代を適度に大きくする。フローティングリーマなどで加工面そのものを位置決めする加工工程では、取付誤差Eの影響を無視でき、その分工程取り代を少なくすることができます。主に表面粗さを低減するために使用される一部の仕上げプロセスでは、プロセス取り代のサイズは表面粗さ H のみに関連します。

加工代の合理的な選択

1.部品取り代の原則

取り代の選択は、部品に使用される材料、サイズ、精度等級、加工方法と密接に関連しており、特定の状況に応じて決定する必要があります。部品の加工代を決定する際は、次の原則に従う必要があります:

(1) 加工時間を短縮し、部品の加工コストを削減するために、最小の取り代を使用するものとします。

(2) 特に最終工程では、十分な取り代を確保すること。取り代は、図面に指定された精度と表面粗さを確保するものとします。

(3) 取り代を決定する際には、部品の熱処理による変形を考慮する必要があります。考慮しないと、スクラップが発生する可能性があります。

(4) 取り代を決定する際には、加工方法と設備、および加工中の変形を考慮する必要があります。

(5) 取り代を決定する際には、機械加工された部品のサイズを考慮する必要があります。部品が大きいほど、取り代が大きくなります。部品のサイズが大きくなるにつれて、切削抵抗や内部応力による変形の可能性も高まります。

取り代の決定方法 2

2.1 経験的推定方法

経験推定法は、生産実践で一般的に使用されます。工程担当者の設計経験や類似部品との比較などにより取り代を決定する方法です。例えば、建造中の船舶のラダーストック、ラダーピン、中間軸、船尾軸の取り代は、技術者の長年の設計経験により決定されます。ワークの重要性と、ボリュームが大きい、鍛造ブランク応力が大きいなどの要因の影響を考慮して、荒削り後に 6 mm のセミファイン ターニング代が確保され、セミファイン ターニング後に 3 mm のファインターニング代が確保され、1 mm研削代は微旋削用に確保されています。取り代不足によるスクラップの発生を防止するために、経験的推定法で見積もった取り代は一般的に大きすぎる。この方法は、単品および小ロット生産でよく使用されます。

2.2 テーブル ルックアップ修正方法

ルックアップテーブル補正法とは、生産実習や実験研究で蓄積された取代に関するデータを基に取代を求め、実際の加工条件と合わせて修正する方法です。この方法は広く使われています。粗旋削、微旋削および研削後の軸受部品の取り代については、表 1 および表 2 を参照してください。

2.3 分析と計算方法

分析計算法とは、試験データと計算式により、取り代に影響を与える様々な要因を総合的に分析・算出し、取り代を求める方法です。この方法で決定される取り代は、正確で経済的で合理的ですが、包括的なデータを蓄積する必要があります。上記の 2 つの方法ほど単純で直感的ではないため、この方法は現在ほとんど使用されていません。

まとめ

実際の生産では、多くの部品の製造方法が一時的に決定されます。たとえば、遠心鋳造によって鋳造されたステンレス鋼のスリーブは、鋼板で圧延された後に溶接されます。クーラーエンドカバー、モーターベース、ギアボックスの研磨部品は溶接部品に交換します。これらの部品の製造工程には多くの不確定要素があり、その形状誤差は予測が困難です。したがって、このホワイト ペーパーで紹介する取り代を決定する 3 つの方法は、そのような部品の取り代の決定には適用できず、実際の製造プロセスで柔軟に習得することしかできません。