ジグとフィクスチャ完全ガイド：種類、構成要素、メリット、用途

ジグとフィクスチャとは

ジグとフィクスチャは、同一部品の生産効率を高め、これらの部品製造に必要な人的労力を削減する装置です。センターレースは異なる形状・サイズの個別部品製造に適した工作機械ですが、同類の製品を大量生産する場合には経済的ではありません。

これに対し、キャプスタン・タレット旋盤は多軸配置と横送りストップの使用により、反復作業に容易に対応でき、生産率を向上させます。

しかし、あらゆる物体をキャプスタンやタレット旋盤で加工できるわけではなく、ドリル、フライス、平削り、研削盤などが必要になる場合があります。このような物体を大量に同一形状・寸法で製造するには、保持と位置決めのための適切な装置を使用して反復作業を行う必要があります。これらの装置こそがジグとフィクスチャです。

ジグとは

ジグとは、ワークを保持・位置決めし、1つ以上の切削工具をガイド・制御する装置と定義されます。ワークの保持と工具のガイドは、互いに真の位置関係にあるように配置されます。

構造上、ジグは金属製（場合によっては非金属製）のプレート、構造体、または箱で構成され、部品を同一位置に順次保持し、図面・仕様・作業レイアウトに従って工具をワーク上の正しい位置にガイドする機能を備えています。

フィクスチャとは

フィクスチャとは、検査時または製造作業時にワークを保持・位置決めする装置です。フィクスチャは工具をガイドしません。

構造上、フィクスチャは機械テーブルにクランプ固定される、標準または特殊設計の様々なワーク保持装置で構成され、ワークを所定位置に保持します。工具はゲージや手動調整を用いて、ワーク上の必要位置にセットされます。

ジグとフィクスチャの主要構成要素

ジグとフィクスチャの主要構成要素は以下の通りです：

• 本体： 加工対象部品を位置決めするプレート、箱、またはフレーム構造。十分な剛性と頑強さが必要です。
• 位置決め要素： ワークを切削工具に対する適切な位置に位置決めする要素。
• クランプ要素： 位置決めされたワークを確実に固定する要素。
• ガイド・セット要素： ジグの場合は切削工具をガイドし、フィクスチャの場合は適切な工具作用を補助する要素。
• ポジショニング要素： ジグまたはフィクスチャを機械の適切な位置に固定するための様々な締結装置。
• インデックス要素： 常に装備されるわけではありませんが、ワークを異なる位置にインデックスして異なる面や位置を加工する場合に組み込まれます。

ジグとフィクスチャの種類

ジグの種類

主なジグの種類は以下の7つです：

1. テンプレートジグ
2. プレートジグ
3. チャネルジグ
4. ダイヤメトリックジグ
5. リーフジグ
6. リングジグ
7. ボックスジグ

テンプレートジグ

テンプレートジグは最もシンプルなタイプです。所定位置に穴の開いたプレートを、ドリル加工する部品に固定します。ドリルはテンプレートの穴を通ってガイドされ、テンプレート上の相対位置と同じ位置にワークへ穴あけされます。

プレートジグ

プレートジグはテンプレートジグにドリルブッシュを組み込んだ改良版です。大型部品の穴あけにおいて、互いに正確な間隔を保って加工するために使用されます。

チャネルジグ

チャネルジグはチャネル状の断面を持つシンプルなジグです。部品をチャネル内にセットし、ノブを回転させて位置決め・クランプします。工具はドリルブッシュを通してガイドされます。

ダイヤメトリックジグ

円筒形または球形ワークに放射状の穴を開けるために使用します。ワークを固定Vブロック上に置き、クランププレートで固定・位置決めします。工具はワークに対して放射状にセットされたドリルブッシュを通してガイドされます。

リーフジグ

本体にヒンジで取り付けられたリーフ（プレート）を持ち、開閉してワークの装着・取り出しを行います。ワークはボタンで位置決めされ、セットスクリューでクランプされます。ドリルブッシュが工具をガイドします。

リングジグ

円形フランジ部品の穴あけに使用します。ワークをドリル本体に確実にクランプし、ドリルブッシュを通して工具をガイドして穴あけします。

ボックスジグ

箱型構造で、内部にボタンでワークを位置決めします。カムハンドルを回転させてワークをクランプ・位置決めします。ドリルブッシュが工具をガイドします。ボックスジグは一般に、1つの部品を異なる角度から複数穴あけする際に使用されます。

フィクスチャの種類

主なフィクスチャの種類は以下の10種類です：

1. 旋盤用フィクスチャ
2. フライス盤用フィクスチャ
3. ブローチ盤用フィクスチャ
4. 研削盤用フィクスチャ
5. 中ぐり盤用フィクスチャ
6. インデックスフィクスチャ
7. タッピングフィクスチャ
8. デュプレックスフィクスチャ
9. 溶接用フィクスチャ
10. 組立用フィクスチャ

フィクスチャは通常、設計・使用される加工操作の種類にちなんで命名されます。

旋盤用フィクスチャ

規則的な形状のワークは、チャック、コレット、両センタ、マンデル、フェイスプレートなどの標準的な治具で旋盤に保持しやすいですが、不規則形状の部品を正しく保持するのは困難です。

シンプルな異形ワークであれば、4爪チャックのジョー調整や成形ソフトジョーを使用してチャックで保持可能です。しかし、複雑な形状のワークは旋盤用フィクスチャで保持する必要があります。これらは通常、機械主軸のノーズまたはフェイスプレートに取り付けられ、ワークを保持します。

必要に応じて、フィクスチャにカウンターウェイトを設けてアンバランスを補正します。これらのフィクスチャは、十分な剛性、最小限のオーバーハング、ワークの確実な把持、作業者や工具への危険な突起がないこと、薄肉・弱い部分への適切な支持などを考慮して慎重に設計する必要があります。

フライス盤用フィクスチャ

フライス盤で様々なフライス加工を行うために使用されます。フィクスチャは機械テーブル上で適切に位置決めされ、ボルト・ナットで固定されます。

テーブルを移動・セットしてカッタとの適切な位置関係を確保します。ワークはフィクスチャベース上で位置決めされ、作業開始前にクランプされます。切削力が大きく断続的であるため、クランプ要素は重要です。フィクスチャの機械テーブルへの正確な位置決めは、通常ベース下部の2本のテノンで達成され、これらがテーブルのT溝に入って位置決めを行います。その後、Tボルト・ナットでテーブルに固定します。

ブローチ盤用フィクスチャ

様々なタイプのブローチ盤で、キー溝ブローチ加工、穴ブローチ加工などの作業中にワークを位置決め・保持・支持するために使用されます。内部引き抜き穴ブローチ加工用のクランププレートをフィクスチャとして使用する例があります。

研削盤用フィクスチャ

研削盤では、ワークの位置決め・保持・支持のために様々な形態のフィクスチャが使用されます。これらはチャック、マンデル、成形ジョー付きチャック、磁気チャックなどの標準的なワーク保持装置である場合もあります。

例えば、回転テーブル付き立形平面研削盤には通常、回転フィクスチャがテーブルに取り付けられます。同様に、往復テーブル付き平面研削盤にはプレーンまたはストリングフィクスチャが装備されることがあります。ドリル研削アタッチメントは、ドリル形状研削用の標準フィクスチャの好例です。

研削作業用に設計されたあらゆるタイプのフィクスチャには、クーラントの供給・排出装置、砥石ドレッサーの取り付け機能が必要で、回転フィクスチャの場合は適切なバランス調整が必要です。

中ぐり盤用フィクスチャ

中ぐり加工は以下の2通りの方法で行えます：

• 中ぐりバー（工具）を固定し、ワークをバーに送る方法
• ワークを固定し、回転する中ぐりバーをワークに送る方法

したがって、中ぐりフィクスチャには2つの一般的な設計があります。

一方はドリルジグの原理を取り入れ、中ぐりバーをパイロットブッシュを通してガイドします。このタイプは「中ぐりジグ」とも呼ばれます。もう一方の設計は、ワークを中ぐりバーに対する正しい位置に保持することを容易にします。

これらのフィクスチャはジグ・フィクスチャ設計のほぼすべての一般原理を取り入れていますが、フライス用フィクスチャほど頑強である必要はありません。フライス加工のような重い切削荷重を受けないためです。

インデックスフィクスチャ

複数の面を加工する必要があり、それらの加工面や形状が等間隔に配置される部品があります。

このような部品は、加工する面の数だけ等分割でインデックスする必要があります。したがって、使用する保持装置（ジグまたはフィクスチャ）には適切なインデックス機構を装備します。このような装置を備えたフィクスチャをインデックスフィクスチャと呼びます。

タッピングフィクスチャ

タッピングフィクスチャは、ドリル穴に内部ネジを切るために、同一ワークを位置決め・確実に固定するよう特別に設計されています。異形・アンバランスな部品では、特に量産でタッピングを繰り返し行う場合にこのようなフィクスチャが必要です。

デュプレックスフィクスチャ

2つの同一部品を同時に保持し、2つの別々のステーションで同時加工を可能にするフィクスチャです。一方のワークを第1ステーションで加工している間、もう一方を第2ステーションで加工します。両ステーションの加工が終了すると、フィクスチャを180度インデックスし、最初の部品を第2ステーションへ、完成品を第1ステーションへ移動させます。完成品を取り出し、新しい部品をセットして第1工程を行い、このサイクルを繰り返すことで、かなり高速な量産が可能になります。

溶接用フィクスチャ

溶接用フィクスチャは、溶接する各部品を適切な位置に保持・支持し、溶接構造物の歪みを防止するよう慎重に設計されています。位置決め要素には注意が必要で、クランプは軽くても確実に、クランプ要素の配置は溶接エリアを避ける必要があります。フィクスチャは溶接応力に耐える十分な安定性と剛性が必要です。

多くの場合、溶接ジグで保持して仮溶接（タック溶接）を行い、その後保持用フィクスチャに移して本溶接を行うのが好ましい一般的な手法です。これにより歪みのリスクを大幅に減らし、フィクスチャにかかる応力を軽減できます。

組立用フィクスチャ

これらのフィクスチャの機能は、部品を組み立てる際にそれらを適切な相対位置に保持することです。例えば、2枚以上の鋼板を相対位置に保持してリベット締めする場合などです。

機械的操作のために部品を保持するこれらのフィクスチャを機械組立用フィクスチャと呼びます。これに対し、溶接フィクスチャのように熱接合のために部品を保持するタイプも組立用フィクスチャの一種です。

ジグとフィクスチャの違い

フィクスチャとジグの根本的な違いは以下の通りです：

1. フィクスチャはワークを保持・位置決めするが工具をガイドしないのに対し、ジグはワークを保持・位置決めし、かつ工具もガイドする。
2. フィクスチャは構造が重く機械テーブルにボルトで剛性よく固定されるが、ジグは迅速なハンドリングのために軽量で、テーブルへのクランプは多くの場合不要。
3. フィクスチャはフライス、研削、平削り、旋盤加工でワークを保持するのに用いられるが、ジグはワークを保持し工具をガイドするため、特にドリル、リーマ、タッピング加工で使用される。

量産におけるジグとフィクスチャの利点

量産作業におけるジグとフィクスチャの利点は以下の通りです：

1. 加工前のケガキ、測定、その他のセッティング作業が不要になる。
2. ワークが自動的に位置決めされ、手動調整なしで工具がガイドされるため、加工精度が向上する。
3. 互換性のある同一部品の製造が可能になり、組立作業が容易になる。
4. 1回のセットアップで複数ワークの同時加工や、複数工具の同時作業が可能になり、生産能力が向上する。クイックセッティングと位置決めによりハンドリング時間も大幅に短縮。ジグ・フィクスチャの高いクランプ剛性により、切削速度、送り、切り込み深さを増やせる。
5. ハンドリング作業が最小化・簡素化されるため、作業者の労力と疲労が軽減される。
6. 工具とワークのセッティングが機械化されるため、半熟練作業者でも作業可能になり、労務費を削減できる。
7. 完成品の品質管理コストが削減される。
8. プロセスを全面的または部分的に自動化することで、総合的な加工コストを削減できる。

ジグとフィクスチャの用途

ジグの用途：

• ドリル加工
• リーマ加工
• タッピング加工

フィクスチャの用途：

• フライス加工
• 研削加工
• 平削り加工
• 旋盤加工
• シェーピング加工

結論

これでジグとフィクスチャについての疑問が解消されたことを願っています。まだ疑問がある場合は、お問い合わせいただくかコメントでお尋ねください。

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