CNC精密エンジニアリング：厳しい公差と優れた表面仕上げの実現
投稿日：2019年3月12日 | 執筆：Candy、WayKenプロジェクトマネージャー
現代CNC産業の大半は、最厳公差、鏡面のような表面仕上げ、高信頼性で加工された部品に依存しています。これら全てが現代製品を堅牢、効率的、競争力のあるものにし、産業進歩を前進させています。しかし、これらの部品は自ら生産されるわけではありません。私たちが車を運転し、異大陸へ飛び、ここでこの文章を読めるのは、CNC精密エンジニアリングのおかげで高品質な部品が存在するからです。精密部品の製造は、プロトタイプ製造業界において多くの段階を伴う骨の折れる作業です。
精密部品の設計開発
設計者と機械エンジニアの間には、開発部品の精度を巡る継続的な葛藤があります。設計者は理論的観点から問題に取り組み、機械のあらゆる部品を理想的な幾何学に限りなく近い完璧な精度にしたいと望みます。しかし、設計者の望み通りに製造すれば、わずかな効率向上のために莫大なコストがかかります。幾何学的複雑さについても同様です。
したがって、製造エンジニアと設計者は対立します。「製造エンジニアにとって理想的な部品は丸太、設計者にとっては飛行機」というジョークさえあります。結果として、高精度な部品ではなく、高精度な「面」を誇る製品が生まれます。この葛藤が経済的に非効率な特徴を排除し、性能を維持しながら製品コストを下げます。
主要技術タスクの決定
高精度部品が実際には高精度な「面」または「面群」であると判明した今、製造プロセスを二段階に分割できることが明らかです。第一段階では、最高精度が要求される面に余肉を残しつつ、通常品質で必要な部品形状を製造します。
第二段階では、要求される精度と性能要件（材料硬度、引張強度、追加の表面仕上げパラメータ等）の達成のみを扱います。各部品は固有の特性の組み合わせを持つ個別のタスクを提示し、製造プロセス設計前に、それらのタスクをどう解決できるかを検討することが不可欠です。部品に異なるIT等級の精密面が多数ある場合、第二段階をITグループごとに細分化することがあります。
CNCエンジニアリング戦略
CNC精密加工は主に研削加工で行われます。最良の結果が得られるからです。効率的な研削には材料に最低限の硬度が必要なため、部品は通常ある程度熱処理されます。しかし、大半のこのような部品は複雑な多段階焼入れを必要とするため、実際に悩むべきは熱処理後に基準面をどう復元するかです。
それ以外にも、WayKenのCNC精密エンジニアリング専門家は、精密深穴、極めて平らで滑らかな平面、互いに精密な位置決めを必要とする面群など、様々な部品特徴を製造するための異なる戦略を開発しています。
例えば、最後のタスクは、両面をワンチャッキングで加工するか、一方の面で固定しながら他方を加工することで達成できます。
性能要件を満たす方法
多くの高品質部品には特定の要件があります。例えば、ギアは材料芯部の柔らかさを保ちながら表面を極めて硬くする必要があります。これは表面硬化で実現します。他の部品は、炭素や窒素を熱処理と組み合わせて必要な硬度を達成します。コーティングが必要な部品もあり、コーティング層が極めて薄く、イオンや単原子レベルで付与されます。これら全ての手法は複雑で、材料ごと、硬度やコーティング特徴ごとに固有のパラメータを必要とします。
どう解決するか？例えば、窒化炭化処理が必要な特殊シャフトがあり、未経験で、この手法への投資は時間がかかり無意味だとします。バッチ完了後、二度と使わない可能性があるからです。私が遭遇した二つの解決策があります。一つは外注です。周囲にその作業が可能な機械加工やプロトタイプショップがあるかもしれません。部品単価は高くなりますが、設備投資と人材採用を節約できます。もう一つは設計者と相談し、複雑な処理を不要にするより高価な材料への切り替えを説得することです。材料の切削性は低下するかもしれませんが、未知技術の導入を避けることで総合的にコスト削減できる可能性があります。
高精度測定と品質管理
CNC精密エンジニアリングで最も重要なタスクの一つは、作成した部品が要求品質を満たしているかを判断する方法を見つけることです。高精度CNC加工部品は、ほとんどの測定器より厳しい公差を持つことが多いため、決して簡単なタスクではありません。推奨事項は以下の通りです。
- 治具の使用は可能な限り避ける。測定システムの各要素が追加誤差をもたらすため、完全に避けるのがベスト。現代の高精度測定は、可能であれば非常に平らな石定盤上に部品を置いて実施されます。
- 光学測定は良い選択肢。ほとんどの測定工具は物理接触で公差や表面粗さを測定します。しかし、接触により工具が摩耗し精度を失います。光学測定工具は摩耗せず、工具と部品が接触する際に不要な要素が干渉しません。
- 部品の精度を直接判断できない場合は、テストする。これが部品の性能資格が十分かを実際に判断する唯一の方法です。また、迂回して要件を測定することも可能。例えば、研削工具や薬剤混合装置に使われる高回転シャフトはIT4以下のラジアルランアウトが要求され、実測はほぼ不可能。そこで、エアフォイルベアリングに取り付けてテストします。シャフト作動温度が許容範囲内なら、ランアウトが十分小さいと判断できます。
WayKen - 信頼できるCNC精密エンジニアリングパートナー
WayKenでは、ラピッド製造業界における精密加工サービスのリーディングプロバイダーになることを常に目指しています。対象は精密CNCプロトタイピング、精密金型工具、精密アルミニウム部品などです。最先端技術を搭載した先進的な5軸CNC機械を保有し、世界中のあらゆるお客様に最高品質とオンタイムデリバリーで優れた精密部品を提供することに注力しています。複雑さに関わらず対応可能です。
CNCマシン