CNC加工の公差を理解する

現代の製造業におけるCNC加工の大きな役割のひとつは、すべての部品を高い再現性で正確に加工することである。

しかし、完璧な寸法の部品を作ることはほとんど不可能です。それゆえ、CNC加工公差の必要性が浮かび上がってくる。

公差とは、簡単に言えば、許容されるばらつきの範囲内で部品の寸法を制限することである。幾何学的な製品の完全な形からの偏差の許容範囲を定義します。

精密加工のためには、CNC加工の公差を理解することが極めて重要である。

このガイドは、CNC加工の公差を理解するための包括的なリソースです。さまざまな種類の公差、検査基準、プロジェクトの公差を最適化する方法について掘り下げます。

要点

• CNC加工の公差と製造工程との関係を理解する。
• 一般公差、片側公差、両側公差、限界公差など、さまざまなタイプの公差を詳細に分析。
• ISO 2768のようなISO規格と、公差限界の設定におけるその役割についての洞察。
• 材料、加工方法、コストに基づいて適切な公差レベルを選択するための主な考慮事項。
• 部品の精度と機能性を確保するために、CNC加工で最適な公差を達成するためのヒント。

CNC加工の公差を理解する

説明したように、CNC加工の公差は、それぞれの寸法からの偏差の許容範囲である。

寸法、形状、厚さなどの微妙な違いにより、部品が意図した用途に機能しないことがないよう、許容される寸法のばらつきの範囲が公差である。

管理された誤差許容範囲は、公差の関連性を導入する。そのため、部品の機能を変えることなく、小さな欠陥が許容されます。

例えば、こうだ、 公称サイズ50mm、公差±0.1mmで設計された部品の場合、成形された部品のサイズは49.9～50.1mmの範囲に収まる可能性がある。このわずかなばらつきは、ほとんどの用途で許容される。

CNC加工における公差の重要性

CNC加工において公差が重要なのは、いくつかの理由がある：

• 精度とフィット感： 公差は、アセンブリにおいて部品が正しく組み合わされることを保証します。適切な公差がないと、わずかな寸法のばらつきでも部品が合わなくなり、機能的な不具合につながる可能性があります。
• 品質保証： 公差は、部品を製造する過程で品質のしきい値を設定し、すべての部品が仕様どおりに製造されることを可能にする。
• コスト管理： 公差を厳しくすると、一般的に生産コストが高くなる。これは、より精密な工具、加工時間の増加、より厳しい品質管理によるものです。適切な公差を設定することで、メーカーは精度と費用対効果のバランスをとることができます。
• 素材の選択： 材料が異なれば、加工プロセスに対する反応も異なります。適切な公差を設定することで、このような材料固有の挙動に対応し、生産工程全体の一貫性を確保することができます。

CNC加工公差の種類

CNC機械加工に適用される公差には多くの種類があり、それぞれが部品の設計や機能に応じて、以下のような特定の目的を果たす：

1.一般／標準公差

一般公差は、設計仕様で明確に定義されていない寸法に適用される。

これらの公差は、一般的にISO 2768のような国際規格によって規定されており、直線寸法と角度寸法の許容誤差を標準化している。

• ISO2768-1： 内寸法、外寸、半径、面取り高さなどのサイズを含む、直線寸法と角度寸法の一般公差をカバーしています。公差クラスは、微細（f）から非常に粗い（v）までの範囲です。
• ISO2768-2： 真直度、真円度、平面度、円筒度などの幾何公差をカバーし、公差クラスはH、K、L。

これらの規格は、許容されるばらつきに関する部品の各特徴の詳細な仕様を回避し、部品の不合格を減らすことで、設計と生産における労力を削減するのに非常に役立つ。

2.限界公差

限界公差とは、部品が許容できる最大サイズと最小サイズのことである。

例えば、こうだ、 寸法は12±0.05mmと表示されている。その部品が受け入れられるようにするには、11.95～12.05mmでなければならない。この種の公差は通常、嵌合部品のように高い精度が要求される場合に使用される。

3.一方的な公差

一方向公差は、公称寸法から一方向にのみ偏差を許容する。

例 この点を明確にするために、70 +0.00/-0.05mmという公差を使用することができる。この公差は、部品の寸法が70mmから69.95mmの間で70mmを超えないことを明確に示しています。

このような公差は、公称寸法を超えてはならない他の部品によってあらかじめ定義されたスペースにはめ込まなければならない部品に特に求められる。

4.二国間公差

このタイプの公差は、公称寸法からの両方向の偏差を許容する。例えば、30±0.05 mmの場合、部品は29.95～30.05 mmの間で測定できます。

このようなタイプの公差は一般的な性質を持っており、両側のわずかなばらつきが許容できる場合に、一般的な製造業で広く使用されている。

5.GD&T：幾何学的寸法と公差

先進的なアプローチとして、GD&Tは部品の形状がいくつのばらつきを持つことができるかを詳細に説明するのに役立ちます。

従来の公差がサイズに基づいているのに対し、GD&Tは部品の形状、方向、フィーチャーの位置を定義します。

これは、部品が複雑な設計要件を満たすように、同心度、平面度、真位置などの特徴に従うべき特定の公差を示す記号を使用します。

CNC加工公差のISO規格

ISO規格は、CNC加工における公差の定義と標準化において非常に重要である。

ISO2768は最も一般的に使用される規格の1つですが、ISO2768は特に幾何公差に使用されます。

しかし、両者はどのように違い、精密加工に使われているのだろうか？明らかにしよう。

ISO 2768-1：直線および角度寸法の一般公差

ISO 2768のこのパートは、技術図面における直線寸法と角度寸法の仕様の簡素化に重点を置いています。公差を4つのクラスに分類しています：

• ファイン（f）
• ミディアム (m)
• 粗い (c)
• 非常に粗い（v）

これらは異なる精度レベルのクラスである。そのため、設計者は部品や製造工程の能力に応じて、適切なクラスを選択することができます。

つまり、公称寸法100mmの部品は、以下のようなさまざまなクラスに分類される：

ファイン（f）：±0.15mm

ミディアム（m）：±0.3 mm

粗目（c）：±0.8mm

非常に粗い（v）：±1.5mm

リニア寸法表

寸法範囲 (mm)	ファイン（f）	ミディアム (m)	粗い (c)	非常に粗い (v)
0.5 – 3	±0.05 mm	±0.1 mm	±0.2 mm	±0.5 mm
3 – 6	±0.05 mm	±0.1 mm	±0.3 mm	±0.5 mm
6 – 30	±0.1 mm	±0.2 mm	±0.5 mm	±1.0 mm
30 – 120	±0.15 mm	±0.3 mm	±0.8 mm	±1.5 mm
120 – 400	±0.2 mm	±0.5 mm	±1.2 mm	±2.5 mm
400 – 1000	±0.3 mm	±0.8 mm	±2.0 mm	±4.0 mm
1000 – 2000	±0.5 mm	±1.2 mm	±3.0 mm	±6.0 mm

角度寸法表

角度（度）	ファイン（f）	ミディアム (m)	粗い (c)	非常に粗い (v)
10mmまで	±1°	±1°	±1°	±1°
10 - 50 mm	±30′	±30′	±30′	±30′
50 - 120 mm	±20′	±20′	±20′	±20′
120 - 400 mm	±15′	±15′	±15′	±15′
400 - 1000 mm	±10′	±10′	±10′	±10′
1000 - 2000 mm	±5′	±5′	±5′	±5′

ISO 2768-2：形状の幾何公差

ISO2768-2は、一般的な公差を拡張し、部品の幾何学的な側面を含む：

• 真直度
• 平坦性
• 円形
• 円筒度

公差クラスH、K、Lが定義されており、それぞれ異なる精度レベルに対応している。

例えば、こうだ、 ISO2768-fHとして指定された部品は、直線寸法についてはファインクラスに、幾何学的特徴についてはHクラスに準拠しなければならない。このデュアルクラスシステムは、部品が寸法と形状の両方の仕様を満たすことを保証します。

幾何公差の表例：

以下は、異なる等級による公差の指定方法である：

幾何学的特徴	グレードH（高精度）	グレードK（中精度）	グレードL（低精度）
真直度	≤ 100mmあたり0.02mm	≤ 100mmあたり0.05mm	≤ 100mmあたり0.1mm
平坦性	≤ 100mmあたり0.03mm	≤ 100mmあたり0.1mm	≤ 100mmあたり0.2mm
円形	≤ 0.02 mm	≤ 0.05 mm	≤ 0.1 mm
円筒度	≤ 0.05 mm	≤ 0.1 mm	≤ 0.2 mm

公差を選択する際の主な考慮事項

適切な公差レベルを選択することは、コスト、製造性、部品の性能のバランスをとる上で極めて重要です。

以下が主な検討事項である：

より厳しい許容範囲はより高いコストを意味する

公差が厳しくなると、より精密な機械加工が必要となり、製造コストが大幅に上昇する可能性がある。

そのため、より低い加工速度、より特殊な工具、より高い品質管理努力が要求される。そのため、公差は常に可能な限り緩く設定する必要があります。

材料特性

異なる材料は、加工プロセス中に異なる反応を示し、達成可能な公差に影響を与える可能性があります。 例えば、こうだ：

• プラスチックのような柔らかい材料では、加工中に変形が生じることがよくある。
• 鋼鉄やフェノール樹脂のような硬い材料では、切削工具は簡単に摩耗してしまい、公差を厳しくすることが難しくなるためだ。

加工方法

加工方法の選択も公差レベルに影響する。

例えば、こうだ：

• スイス機械加工は、二次加工なしで、小さな多機能部品に非常に厳しい公差を作り出すことができます。
• フライス加工はその性質上、旋盤加工よりも公差が厳しいのが一般的です。

コンポーネントの特定の公差を達成するために適切な加工プロセスを選択することは、効率を改善し、総コストを削減するのに役立ちます。

検査と品質管理

公差の厳しい部品には、より精巧な検査工程が必要であり、そのほとんどは、三次元測定機が使用される高度な測定を含む。

このため、コストがかさむだけでなく、部品の公差を確保するのに時間がかかる。

したがって、公差を選択する際には、精度の必要性とその品質管理の実用性との間の合理的な調和を念頭に置くことが不可欠である。

CNC加工で最適な公差を達成するためのヒント

CNC機械加工における適切な公差の確立は、適切なプランニング、適切な工具の使用、そして正確な作業の実行の間の共同作業です。

以下のヒントは、どのような用途でも可能な限り最高の耐性を持つことを目的としている：

アプリケーションを理解する

すべての部品に厳しい公差が必要なわけではありません。部品の機能を評価し、厳しい公差が必要かどうかを判断してください。

例えばまた、化粧部品や他の部品と相互作用しない部品は、機能部品や嵌合部品と同じレベルの精度を必要としないことが多い。

適切な素材を選ぶ

材料の加工性と、さまざまな条件下での挙動を考慮してください。例えば、金属はプラスチックよりもはるかに厳しい公差を許容しますが、より堅牢な工具とセットアップを必要とする場合があります。

材料を正しく選択することで、加工工数を大幅に削減し、必要な公差を得ることができます。

高性能ツールを使う

公差レベルを維持するためには、工具の選択が重要である。保つ 切削工具 鋭く、維持され、加工する材料に適した刃先であること。

例えば、こうだ、 なぜなら、超硬工具は高い耐久性と強度を示し、特に硬い材料を加工する場合、シャープな切削プロファイルを理想的に維持できるからである。

ワークの安定性を保つ

安定したワークホルダーによる確実なクランプでワークを加工すれば、ワークの寸法精度に影響するような相対移動を避けることができる。

こうすることで、ワークピースが正しく支持され、振動やたわみが最小限に抑えられる。

加工環境のコントロール

温度や湿度などの環境条件の変化は、加工精度に影響を与える可能性があります。

一例として金属の熱膨張は、寸法変化の原因となります。この場合、管理された環境を維持することで、安定した結果を得ることができる。

厳しい公差を達成するための一般的な課題

最善の努力にもかかわらず、CNC加工で厳しい公差を達成するには、いくつかの課題があります。

よくある課題と、それを回避する方法を探ってみよう：

• 熱膨張： 機械加工は熱を発生させるため、材料が膨張する可能性があります。これは、厳しい公差で部品を加工する場合に特に問題となります。部品が冷えると寸法が変わる可能性があるからです。
• 工具摩耗:継続的な使用は切削工具を摩耗させ、寸法の不正確さにつながります。これを避けるためには、定期的な点検と工具の交換が、厳しい公差を維持するために不可欠です。
• 振動とたわみ： 機械加工の振動は、最終的な寸法を意図した仕様から逸脱させる可能性がある。ダンパーを使用し、ワークを確実にクランプすることで、このような影響を最小限に抑えることができます。

結論

CNC加工の公差は、寸法を設計仕様にどれだけ近づけることができるかを示す、精密製造の重要な側面である。

したがって、適切な公差レベルを正しく理解し、選択することは、部品の機能性を確保し、コストを抑えながら品質を維持するために極めて重要である。

材料特性、加工方法、部品検査の必要性を考慮することで、適切な公差を達成することができます。このアプローチは、コストを最小限に抑えながら効率を最適化します。

どのような用途であれ、重要部品の厳しい公差であれ、一般部品の緩い公差であれ、よく考えられた良い公差は、どのようなCNC作業においても成功の証となるでしょう。

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