加工公差 101:加工公差の基本、種類、および重要性を理解する

第一次産業革命の初期段階では、機械部品を製造するための標準がありませんでした。つまり、すべての機械や製造された製品はカスタム設計されており、「1 回限りの」生産スタイルで構築されていました。この方法により、メーカーは寸法精度を達成できましたが、長いリード タイムが発生しました。

第一次産業革命の終わりに向かって、イーライ・ホイットニー (綿繰り機の発明者) は、複数のマスケット銃を交換可能にする方法を考え出しました。彼の製造アプローチは、アセンブリのコンポーネントを特定の標準機械加工公差で製造する方法を示しました。

しかし、加工公差とは正確には何ですか? また、どのように機能するのでしょうか?この記事は、これらすべてに答えます。

機械加工における公差とは?

公差は、パーツの寸法の許容変動 (または偏差) の単なる尺度です。簡単に言えば、機械加工公差を使用すると、部品の最大および最小寸法限界を指定できます。これは通常、「±」(プラスまたはマイナスと発音) を使用して表され、許容偏差 (たとえば、±0.05) を伴います。

公差をよりよく理解するために、図 1 に示すように、ベアリングに結合されるシャフトを製造しようとしているシナリオを考えてみてください。

図 1:シャフトとベアリングのカップリング

ベアリングの直径が 30 mm であるとします。このようなシナリオでは、直径が 30 mm (またはそれ以上) になるように製造されたシャフトをベアリングに取り付けるのは難しいかもしれないことに同意するでしょう。同様に、直径 27 mm のシャフトはベアリングに対して緩すぎます。

加工公差を使用すると、部品の寸法に許容偏差を指定して、組み立てを容易にすることができます。したがって、たとえば、シャフトの製造時にシャフト寸法を 29 ± 0.05 mm と指定できます。この寸法は、28.95 mm から 29.05 mm の間のシャフト直径が、シャフト ベアリング アセンブリに適していることを示しています。

公差の種類

#1 一方的寛容

片側公差は公称 (または真の) 寸法からの一方向 (正または負) のみの変動を許容するタイプの公差です。そのような公差の例を図 2 に示します。この図は、直径 153.65 (+2.52/-0.00) mm のシャフトを使用した片側公差を示しています。

図 2:一方的な寛容

完成したシャフトの直径は、153.65 mm と 2.52 mm の合計である 153.65 mm 以上、最大 156.17 mm ㅡ でなければならないことをメーカーに伝えています。

詳細:精密機械加工を理解する

#2 二国間の寛容

片側加工公差とは異なり、両側公差は公称寸法からの正方向および負方向の変動を許容します。そのような公差の例を図 3 に示します。ここでは、直径 102.00 ±0.10 mm の穴があります。

図 3:両側寛容

この公差により、公称値からの変動が両方向でどのように等しくなるかに注意してください。したがって、メーカーが直径 101.90 mm から 102.10 mm の範囲の穴を加工するとします。このようなシナリオでは、パーツの機能には影響しません。

外装部品を大量生産しようとしている場合は、完成品を役に立たなくするコストのかかるエラーの可能性を排除するため、双方向公差を選択する必要があります。

#3 許容範囲の制限

その名前が示すように、限界公差は、部品の限界 (または極端な) 可能な値を表すタイプの公差です。たとえば、図 4 は限界加工公差を示しています。また、シャフトの寸法が 99.50 mm (下限) と 101.80 mm (上限) の間にある限り、機械加工された部品 (または最終製品) が満足できるものであることを製造業者に伝えます。

図 4:許容範囲の制限

#4 標準加工公差

標準公差は、今日のほとんどの製造部品で最も広く使用されている機械加工公差です。通常、これらの公差は ±0.005 インチから ±0.030 インチの範囲内にあり、機械工は通常、顧客が公差レベルを指定しない場合に適用します。

たとえば、表 1 は、さまざまな製造プロセスの標準公差を示しています。

これらの公差値は、いくつかの国際標準化団体 (ASME や ANSI など) によって設定されています。パイプ、ねじ、ピンなどの単純なパーツ (またはパーツ フィーチャ) を製造する場合に最適です。ただし、より複雑なパーツ フィーチャについては、Geometric Dimensioning and Tolerancing (GD&T) 標準を使用して公差と要件を指定することをお勧めします。

幾何学的な寸法と公差 (GD&T) について理解する

幾何学的寸法公差 (GD&T) は、他の機械加工公差と比較して、より高いレベルの品質管理を提供します。たとえば、フィーチャの真の位置、パーツの平面度、垂直度、平行度、同心度などの固有の幾何学的特性を指定できます。

図 5 は、GD&T を使用した部品の 2D コンピュータ支援設計 (CAD) 図面を示しています。この図面と機械加工の公差が、特定の面が他の面に対してどのように平行で垂直であるかについての有用な情報をどのように提供しているかに注意してください。

図 5:幾何学的な寸法と公差

GD&T は設計と製造の定番であり、一流の製品設計者がこの公差アプローチを他の公差タイプと共に製品設計に使用しているのを見つけることができます。この加工公差方法の組み合わせにより、設計意図を正確に伝えることができます。また、複雑な要件を説明する必要も少なくなります。特に、製造を海外の機械工場にアウトソーシングする場合はそうです。

図 6:異なる公差要件を持つ複数の部品を備えた誘導電動機の分解図と組み立て図

Gensun での製造

製造する部品を設計する場合、加工公差は不可欠です。ただし、製造プロジェクトの成功は、協力することを決定した機械工場にも左右されます。

Gensun Precision Machining は、アジア全域で製造サービスを提供する大手プロバイダーです。高度な資格を持つ機械工、エンジニア、品質管理の専門家からなるチームが協力して、製品を正しく仕上げる前に、設計と公差の要件を理解します。

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