CNC加工における精度、精密さ、公差をマスターする

製造業において、CNC加工は長年にわたり製造と生産に使用されてきました。テクノロジーとコンピュータ支援設計ソフトウェアの登場により、製品設計は容易になったかもしれませんが、設計はこれまで以上に複雑になりました。設計段階で、製品の精度、精密さ、公差の基準を設定する必要があります。

CNC加工の仕様と機能に関連する技術用語は数多くあります。各用語の意味をご存知ですか？ サービスプロバイダーからCNC加工サービスを購入する際、精度、公差、精密さなどの用語を耳にしたり読んだりしたことがあるでしょう。これらの用語は何を意味するのでしょうか？ CNC加工におけるこれら3つの用語（精密さ、精度、公差）の重要性を知りたいですか？ もしそうなら、以下の記事をお読みください。これら3つの用語を明確に理解できます。

加工精密さ

精密さとは？

精密さとは、測定値間の近さを指し、すべての測定値が互いに近い場合、それらは精密です。精密さとは、CNC工作機械で複数の部品を製造する際の一貫した再現性を意味します。測定値が繰り返し一貫しているかどうかを反映します。精密さが高いほど、結果はより近くなります。

これはCNC加工で使用される最も重要な用語の一つです。同様に、この用語は工作機械の信頼性を定義します。基本的に、精密さは測定システムが何度も同じ指標を返す能力を定義する指標です。

工場では、機械またはプロセスの精密さとは、ランダムなエラーを導入することなく、毎回同じ方法で操作を繰り返す能力を指します。精密加工または精密な職人技は、偏差なしでプロセスが制御されていることを証明します。これはしばしば精度と混同され、実際に2つの用語は気軽に互換的に使用されます。しかし、精密さは再現性をより指します。（精密加工の詳細は The Importance Of High Precision Machining を参照）

加工精度

精度とは？

精度と精密さは同義語に見えますが、加工処理中は異なる意味を持ちます。したがって、異なる用語で何を意味するかを知ることが重要です。

精度は、測定値が特定の値または真の結果にどれだけ近いかと定義されます。すべての測定値が真の値に近い場合、それらは精度が高いです。システマティックエラーの影響を反映します。システマティックエラーが小さい場合、精度は高くなります。

金属加工において、精度とは機械が設計で指定された測定値と一致できる程度を指します。機械が設計で指定された正確な位置で切削できる場合、高精度です。

精密な機械は、オペレーター/プログラマーが意図した通りに操作（切削、穴あけ、ボーリングなど）を実行します。例えば、機械がワークピースを60mmの長さに切削するようにプログラムされている場合、60mmに切削されます。精度とは、60mmに正確に近いことを意味します。標準に近ければ近いほど、精度は高くなります。

CNC加工精度に影響を与える要因

逆転偏差

CNC加工ワークショップでワークピースを加工する際、主軸の軸が伝達プロセス中に逆デッドゾーンまたはバックラッシュを引き起こし、エラーを生じさせます。これが逆バイアスとして現れます。CNC工作機械が半閉ループサーボシステムを採用している場合、逆オフセットの存在が工作機械の位置決め精度と繰り返し位置決め精度に影響し、ワークピースの精度に影響を与えます。

隙間エラー

これは工作機械駆動チェーンの動作中に発生するクリアランスエラーです。モーターが動作しても工作機械が動かない場合、CNC工作機械の振動や大きなエラーを引き起こします。

部品位置エラー

部品の位置エラーは、実際の表面と軸位置が理想的な位置からどれだけずれているかで、主に工作機械の伝達隙間によるヘッド位置エラーと、部品の弾性変形と摩擦によって引き起こされます。

オープンループシステムでは、位置エラーが加工精度に大きな影響を与えますが、クローズドループサーボシステムでは、主に変位検出装置の精度とシステム増幅係数に依存するため、一般的な影響は明確ではありません。

工作機械の幾何学的エラー

CNC加工プロセスでは、工具と治具が外力の影響を受け、熱切削により工作機械の体積精度が低下し、加工部品の変形に影響を与えます。

もちろん、工作機械幾何学的エラーの原因は内部と外部にあります。内部要因は工作機械自体の要因です。例えば、テーブル面の水平度、工作機械と治具の幾何学的精度などです。

外部要因は外部環境と加工中に発生する熱により工作機械が変形することです。温度変化は工作機械の静的および動的精度に影響を与えます。CNC加工工場の加工プロセスでは、モーターの発熱とワークピースの摩擦が温度変化を引き起こし、調整精度の損失を招き、ワークピースのサイズと精度に影響を与えます。

工作機械の位置決めエラー

工作機械の位置決め精度は部品の精度に大きく影響します。したがって、位置決めエラーはCNC加工エラーの重要な原因であり、工作機械の送りシステムが位置決め精度に影響を与える主要なリンクです。CNC工作機械の送りシステムは通常、機械伝達システムと電気制御システムで構成され、その位置決め精度は構造設計の機械伝達システムに関連します。

オープンループシステムでは、影響要因が多く状況が複雑なため位置決め監視が不可能で、CNC工作機械の加工精度に大きく影響します。しかし、クローズドループシステムでは、CNC工作機械は通常、位置検出装置を通じてシステム内の主要コンポーネントの位置偏差を回避できます。

精度の重要性

CNC加工部品は多くの業界で使用されています。自動車、航空宇宙、医療、産業など多くの業界の成功は、精密な製品にかかっています。

精度は公共の安全も確保します。例えば、自動車と飛行機は様々なCNC加工部品で構成されています。これらのコンポーネントのいずれかが企業および業界標準を満たさない場合、連鎖反応を引き起こし、ドライバーと乗客を危険にさらす可能性があります。

加工公差

公差とは？

公差とは、測定システムの既知または標準値からの許容または予測可能な偏差と定義できます。システムの公差は通常「+/-」で表されます。

例えば、CNC加工工具の公差が+/- 0.01mm必要とされる場合、これは加工工具が各切削で0.01mmの偏差を持つことを意味します。偏差は標準値より0.01mm大きいか、0.01mm小さいかのいずれかです。

公差を減らすことは良い考えですが、時には公差を減らす必要がなく、完成品にメリットをもたらさない場合もあります。しかし、厳しい公差はコストを増加させ、製造業者の生産時間を長くします。したがって、許容可能な公差値は実際には用途分野に依存します。

公差は顧客によって定義されますが、機械は通常、標準公差と可能な最小公差を指定します。

加工公差に影響を与える要因

材料： 材料は圧力下で異なる挙動を示し、一部の材料は他より加工しやすいです。公差を決定する際、これらの材料特性を考慮する必要があります。

加工タイプ：使用される加工方法は、最終部品の可能な公差に大きく影響します。なぜなら、一部のプロセスは他より精密だからです。

メッキと仕上げ：部品のサイズと公差を決定する際、メッキや仕上げプロセスを考慮すべきです。メッキと仕上げは部品表面に少量の材料を追加しますが、これらの少量でも最終製品の寸法を変えるため、生産前に考慮すべきです。

コスト： 公差は精密であるべきですが、必要な公差を超えてはなりません。なぜなら、より厳しい公差を得るのはコストがかかるからです。 (How To Reduce Machining Cost)

公差の重要性

今日の製造業者は、製品やシステムが最小限の調整で容易に組み立てられ、必要な機能を果たせるよう厳しい公差を要求しています。部品の材料から使用される加工プロセスまで、様々な要因が差異を引き起こす可能性があります。したがって、エンジニアは設計プロセス中に部品に加工公差を割り当て、公差は図面から完成品へのプロセスにおいて究極的に最も重要な要因の一つとなります。

今日の製造業者は、製品やシステムが最小限の調整で容易に組み立てられ、必要な機能を果たせるよう厳しい公差を要求しています。正しい設計仕様は生産時間を短縮し、顧客コストを削減できます。

精密さ、 精度 と公差の関係

高精密さが高精度を意味するわけではなく、測定が精密でも同じです。最大精度と厳しい公差は、すべての部品に必要というわけではありません。なぜなら、それらはより多くのコストと時間の投資を意味するからです。最新のCNC機械と切削工具は、ほとんどのプロジェクトに十分な精度を持っています。

以下の画像で関係を直感的に理解できます。

CNC加工で使用される用語（精度、精密さ、公差）の理解が得られたことを願っています。これらの用語の理解は、あらゆる加工サービスとの会話でより自信を持てるようになります。

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