厳しい CNC 公差が設計と製造に与える影響

公差は、形状、フィット感、および機能に基づく部品寸法の偏差の許容範囲です。これは、コンポーネントの測定がどの程度正確である必要があるかを定義するために使用される用語です。これは、特に CNC 機械加工部品の寸法に関して、基本測定で許容される変動または偏差の量を定義します。

これらの偏差を軽減するために、CNC 加工では標準公差が使用されます。設計者が別途指定しない限り、プラスチック製部品の公差は +/-.010 インチ、金属部品の公差は +/-.005 インチです。それにもかかわらず、必要な部品の精度が高くなるほど、その公差は厳しくなります (+/-.0004 インチなど)。

繰り返される質問の 1 つは、CNC 部品の公差の厳格化が部品の製造と設計に影響を与えるかどうかです。答えは、「はい」です。設計と製造に対する最大の影響は、厳しい公差によってもたらされる可能性があります。

公差が厳しくなると生産コストが高くなる

公差レベルは加工時間と工具に影響を与え、コストに影響を与えます。その理由は次のとおりです。公差が厳しくなると、多くの場合、スクラップの増加、特殊な測定ツールの使用、追加の治具の使用が容易になります。公差を厳しくすると、加工速度が遅くなり、その結果、生産サイクル時間が長くなる可能性があります。

したがって、必要な公差レベルとその形状によっては、より厳しい部品公差を求めると、標準公差レベルを達成する場合と比較して、設計と製造のコストが 2 倍になる可能性があります。

許容範囲の厳格化によりコストが増加する 3 つの要因

部品の製造公差が厳しくなると、生産コストが増加する可能性がある主な理由が 3 つあります。それらには次のものが含まれます。

1.特殊で高価な工具の使用

必要な公差と精度を達成するために特殊な工具が必要な場合、この工具を入手すると生産コストが増加します。

2.高価なテストの実施

公差が厳しいCNC部品には徹底的な検査が必要です。テストが人間によって行われる場合でも、自動的に制御される場合でも、より多くの時間と作業が必要になります。場合によっては、公差が厳しいため、各コンポーネントを検査し、規格外の部品は使用可能な場合でも拒否しなければならないことがあります。したがって、この高い選別率と不合格率も部品の価格に影響し、部品の価格を高めます。

3.追加のプロセス

CNC 部品の公差が厳しくなると、多くの場合、より多くのプロセス、機器、ツールが必要となり、生産コストが上昇します。たとえば、金属に必要な表面仕上げに関しては、サンディング、ホーニング、精錬などの二次プロセスは費用がかかるため、必要な場合にのみ実行する必要があります。

公差を厳しくするには製造プロセスの変更が必要

業界標準よりも厳しい公差を選択すると、CNC 部品の最適な製造プロセスが変わる可能性があります。その理由は、製造プロセスの選択がより厳しい公差に影響を与える可能性があるためです。

たとえば、立型フライスを使用してある一連の公差で穴を加工し、旋盤を使用して同じ穴を穴あけするときに別の一連の公差で穴を加工する場合があり、リード タイムが長くなります。さらに、軸数が異なる CNC マシンでは基本的な公差が異なる場合があります。

さらに、CNC マシンが処理できる部品の種類は、その公差によって異なります。状況によっては、部品が厳しい公差に達するまでにさらに操作が必要になる場合があります。製品に小さな、または非常に細かい仕上げフィーチャが必要な場合は、製品に複数の個別の機械加工操作を施す必要がある場合があります。独特の機械加工手順によっても、さまざまな表面粗さや特性が生じます。さらに厳しい公差基準を満たすには、研削またはラッピングが必要になる場合があります。

公差の厳しさは材質によって異なります

特定の公差を使用して製品を製造する複雑さは、材料によって大きく異なる場合があります。材料は切断中に曲がるため、熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂のような柔らかい材料では、設定された公差を維持することが通常困難です。

特定の材料で達成される許容度は、その品質によって異なります。これらの特徴には次のようなものがあります。

熱安定性 :プラスチックなどの非金属は、通常、熱安定性に問題があります。これらの材料は CNC 加工中に熱が蓄積すると変形し、部品の公差に影響を与えます。

研磨性 :炭素鋼やチタンなど、炭素含有量の高い一部の CNC 加工材料の場合、その摩耗性の性質により、精度を維持しながら特定の公差を達成することが困難になります。この困難の主な原因は、必要なツールの変更の数です。

硬度 :柔らかい材料と比較して、アルミニウム、ステンレス鋼、真鍮、銅などの硬い材料は、公差内で正確に加工するのが簡単です。その理由は、工作機械が柔らかい材料と接触するため、寸法が変化しやすくなるからです。したがって、より繊細な素材のフライス加工には忍耐が必要です。

部品の複雑さと設計

CNC 部品の設計は、厳しい公差を制御する上で最も重要な要素です。設計段階で調整を行うと、一貫して厳しい公差が得られるだけでなく、品質が向上し、顧客の満足度が高まり、経費も削減されます。

公差制御は、部品の形状、全体の寸法、肉厚の仕様によって影響を受ける可能性があります。厚い壁の厚い部分の内部では収縮率が変化する可能性があり、異なる部分内で収縮が異なるため、正確な公差を維持することが困難になります。

厳しい公差による衝撃部品の検査

より厳しい公差を検証することは困難であり、より長い時間がかかります。その理由は、より優れた測定機器と検査技術が必要だからです。また、結果として部品の製造コストも上昇します。

たとえば、フライス加工によって発生する振動によりビビリマークが発生する可能性があります。これらのマークを視覚的に検査することは可能ですが、マークの深さや長さなどの正確なデータを取得するには、高度な検査ツールが必要です。これらのマークは、アセンブリ内で騒音や振動を引き起こし、混乱を招く可能性があります (特に公差が厳しい場合)。

必要な場合のみ選択してください

多くの人は、許容範囲を選択する際に過度に具体的にすることに頼っています。 0.01mm の代わりに 0.001mm の公差を選択すると、価格が 2 ～ 3 倍に上昇する可能性があります。公差が厳しくなると、部品全体の精度を保証するために、より細心の注意を払って製造し、さらなるテストが必要になります。

状況によっては、より厳しい許容差が必要になります。ただし、部品の公差は主に、部品がどのように連携するか、用途、製造方法、および機能が変動に対してどの程度敏感であるかによって決定される必要があります。