CNC加工でよくある9つの誤差とその対策

加工誤差とは、加工後の部品の実際の幾何学的パラメータ（幾何学的寸法、形状、相互位置）と理想的な幾何学的パラメータとの偏差の度合いを指します。実際の幾何学的パラメータと理想的なパラメータの一致度が加工精度です。加工誤差が小さいほど一致度が高く、加工精度も高くなります。加工精度と加工誤差は同一問題の二つの表現であり、加工誤差の大きさが加工精度のレベルを反映します。

1. 工作機械の製造誤差

工作機械の製造誤差には主に、主軸回転誤差、ガイドレール誤差、伝達チェーン誤差が含まれます。

主軸回転誤差とは、主軸の実際の回転軸が各瞬間において平均回転軸に対して変動することを指し、加工ワークの精度に直接影響します。主な原因は、主軸の同軸度誤差、ベアリング自体の誤差、ベアリング間の同軸度誤差、主軸の巻き癖などです。ガイドレールは工作機械上の各構成要素の相対位置関係を決定する基準であり、機械運動の基準でもあります。ガイドレール自体の製造誤差、不均一な摩耗、取り付け品質がガイドレール誤差の重要な要因です。伝達チェーン誤差とは、伝達チェーン両端の伝達要素間の相対運動誤差を指し、伝達チェーン各部品の製造・組立誤差や使用中の摩耗によって生じます。

2. 工具の幾何学的誤差

あらゆる工具は切削過程で摩耗し、ワークの寸法と形状を変化させます。工具幾何学誤差が加工誤差に与える影響は工具タイプにより異なります。定寸工具を使用する場合、工具製造誤差がワークの加工精度に直接影響します。一方、汎用工具（バイトなど）の製造誤差は加工誤差に直接影響しません。

3. 治具の幾何学的誤差

治具の役割は、ワークを工具と工作機械に対して正しい位置に保つことです。そのため、治具の幾何学的誤差は加工誤差（特に位置誤差）に大きな影響を与えます。

4. 位置決め誤差

位置決め誤差には主に、基準不一致誤差と位置決めペア製造不正確誤差が含まれます。工作機械上でワークを加工する際、ワーク上のいくつかの幾何学的要素を加工時の位置決め基準として選択します。位置決め基準と設計基準（部品図面上で某面の寸法と位置を決定する基準）が一致しない場合、基準不一致誤差が生じます。

ワーク位置決め面と治具位置決め要素が位置決めペアを構成します。位置決めペアの製造不正確さと嵌合隙間によって生じるワークの最大位置変化を、位置決めペア製造不正確誤差と呼びます。この誤差は調整方式でのみ発生し、試切り方式では発生しません。

5. 工程系の力と変形による誤差

ワーク剛性: 工程系においてワークの剛性が工作機械、工具、治具に比べて相対的に低い場合、切削力の作用下でワークが剛性不足により変形し、加工誤差に大きな影響を与えます。

工具剛性: 外径旋削バイトの加工面法線（y）方向の剛性は非常に大きく、変形は無視できます。しかし、小径内径穴をボーリングする場合、工具バーの剛性が非常に低く、工具バーの力と変形が穴の加工精度に大きく影響します。

工作機械部品剛性: 工作機械部品は多数のパーツで構成されます。現在、工作機械部品剛性の適切な簡易計算法はなく、主に実験的方法で決定されます。影響要因には、接合面の接触変形、摩擦、低剛性部品、隙間の影響などがあります。

6. 工程系の熱変形による誤差

工程系の熱変形は加工誤差に比較的大きな影響を与え、特に精密加工と大型部品加工では、熱変形による加工誤差がワーク全体誤差の50%を占めることもあります。

7. 調整誤差

加工の各工程では、工程系を何らかの方法で調整する必要があります。調整は絶対的に正確にはできないため、調整誤差が生じます。工作機械、工具、治具、ワークブランクの本来の精度が動的要因を考慮せずに工程要求を満たす場合、調整誤差が加工誤差の決定的役割を果たします。

8. 測定誤差

加工中または加工後の部品測定において、測定精度は測定方法、測定工具の精度、ワーク、主観的・客観的要因によって直接影響を受けます。

9. 内部応力

外力なしで部品内部に存在する応力を内部応力と呼びます。ワークに内部応力が生じると、金属は高エネルギーの不安定状態となり、本能的に低エネルギーの安定状態へ移行しようとし、その際に変形を伴うため、ワークは元の加工精度を失います。