CNC加工で精度と効率を高める：主要技術とメリット

剛性が許す限り、荒加工ではより大きな切り込み深さを用いてパス数を減らし、ワークの生産性を高めます。一般的に、仕上げ加工ではより小さな切り込み深さを用いてより高い表面品質を得ます。

ワークの最終加工精度と加工効率に影響を与えるのは、CNC工作機械自体の理由に加え、合理的な加工ルート設定、工具選定と正しい取り付け、合理的な切削条件選定、プログラミング技術、寸法精度の迅速な制御に基づくべきです。

1. プログラミング技術

数値制御プログラミングは数値制御加工の最も基本的な作業です。ワーク加工プログラミングの良し悪しが、工作機械の最終加工精度と加工効率に直接影響します。固有プログラムの巧みな活用、CNCシステムの累積誤差低減、メインプログラムとサブプログラムの柔軟な活用など、いくつかの側面から着手できます。

1. メインプログラムとサブプログラムの柔軟な活用

複雑な金型の加工では、一般的に一つの金型で複数部品を加工します。金型上に同形状の部品が複数ある場合、メインプログラムとサブプログラムの関係を柔軟に活用し、メインプログラムでサブプログラムを繰り返し呼び出して加工完了まで続けます。これにより加工寸法の一貫性を確保できるだけでなく、加工効率も向上します。

2. CNCシステムの累積誤差を低減

一般的にワークプログラミングにはインクリメンタル方式が用いられ、前の点を基準に加工されます。この方式では、プログラムの複数セクションの連続実行により、必ず一定の累積誤差が生じます。したがって、プログラミング時にはできるだけアブソリュート方式を用い、各プログラムセクションをワーク原点基準とすることで、CNCシステムの累積誤差を低減し、加工精度を保証できます。

加工精度は主に製品生産の程度に用いられます。加工精度と加工誤差は、加工面の幾何学的パラメータを評価する用語です。しかし、あらゆる加工方法で得られる実際のパラメータは絶対的に正確ではありません。部品の機能の観点から、加工誤差が部品図面要求の公差範囲内であれば、加工精度が保証されていると見なされます。

加工精度とは、加工後の部品の実際の幾何学的パラメータ（寸法、形状、位置）が理想的な幾何学的パラメータに適合する度合いを指します。それらの差を加工誤差と呼びます。加工誤差の大きさが加工精度のレベルを反映します。誤差が大きいほど加工精度は低く、誤差が小さいほど加工精度は高くなります。以下にワーク加工精度を向上させる方法を簡単に紹介します：

1. 工程系の調整

1) 試切り法：試切り→寸法測定→工具切り込み量調整→切削→再試切り、を要求寸法に達するまで繰り返します。この方法は生産効率が低く、主に単品・小ロット生産に用いられます。

2) 調整法：工作機械、治具、ワーク、工具の相対位置を事前に調整して要求寸法を得ます。この方法は生産性が高く、主に量産に用いられます。

2. 工作機械誤差の低減

－ベアリング回転精度の向上

①高精度ころ軸受を選択

②高精度多楔動圧軸受を使用

③高精度静圧軸受を使用

－ベアリング関連付属品の精度向上

①箱体支持穴と主軸ジャーナルの加工精度向上

②ベアリングとの嵌合面加工精度向上

③対応部品のラジアルランアウト範囲を測定・調整し、誤差を補償または相殺

－ころ軸受の適切な予圧

①隙間を排除

②ベアリング剛性を向上

③転動体誤差の均等化

-主軸回転精度をワークに反映させない

3. 伝達チェーンの伝達誤差を低減

(1) 伝達部品数を少なくし、伝達チェーンを短くし、伝達精度を高める

(2) 減速伝達の使用は伝達精度を確保する重要な原則で、伝達ペアが末端に近いほど伝達比を小さくすべき

(3) 末端部品の精度を他の伝達部品より高くする

4. 工具摩耗の低減

(1) 工具は鋭利摩耗段階に達する前に再研削すべき

(2) 専用切削油で十分な潤滑を行う

(3) 工具材料は工程要求を満たすものを使用

5. 工程系の力変形を低減

(1) システム剛性を向上、特に工程系の弱いリンクの剛性を向上

(2) 負荷とその変動を低減

6. 工程系の熱変形を低減

(1) 熱源の発熱を抑制し、熱源を隔離

(2) 温度場を平衡化

(3) 合理的な工作機械部品構造と組立基準を採用

(4) 熱伝達平衡を加速

(5) 周囲温度を制御

7. 残留応力の低減

(1) 内部応力を除去する熱処理工程を追加

(2) 工程プロセスを合理的に配置

以上がワーク加工誤差を低減する方法であり、工程の合理的な配置がワーク精度を効果的に向上させます。

2. 加工ルートの合理的な設定

加工ルートと加工順序の合理的な設定は、ワーク加工プログラミングの最適化の重要な基礎です。加工軌跡と送り方法の観点から検討できます。

ワークをCNCフライス加工する際、工程要求に従って適切な送り方法を選択し、ワークの切削精度と加工効率を確保します。平面ワークの外輪郭をフライス加工する際、工具の切り込み・切り出しルートを配置します。輪郭曲線の延長線上で切り込み・切り出しを行うようにし、接合部の刀痕を避けます。同時に、フライス加工ではワーク状態に応じて順フライスか逆フライスを選択すべきです。

3. 工具の選定と正しい取り付け

CNC加工でも普通加工でも、工具はワークに直接作用するため、選定と取り付けの際、ワークの加工精度と表面品質に最も重要な影響を与えます。特にワークをCNCマシニングセンタで加工する場合、切削工具は予め工具マガジンに格納され、加工開始後は自由に交換できません。したがって、工具選定の一般原則は：取り付け調整が容易、剛性が良好、耐久性が高い、精度が高い、です。

4. 切削条件の合理的な選択

切削条件の決定はCNC加工プロセスの重要な内容です。その大きさは工作機械の主運動と送り運動の重要なパラメータです。ワークの加工精度、加工効率、工具摩耗に重要な影響を与えます。切削条件の選択には、切削速度、切り込み深さ、送り量が含まれます。基本選択原則は：剛性が許せば、荒加工では大きな切り込み深さを用いてパス数を減らしワーク生産性を高め、仕上げ加工では一般的に小さな切り込み深さを用いてより高い表面品質を得ます。