CNC加工公差 理想的な設計図の値に対して、寸法の変動を許容できる値の限界です。
加工公差は、製造工程の精度を示します。
高い精度と高い正確さを求める場合、加工公差の値は最小であるべきです。簡単に言えば、加工公差は工程の正確さに反比例します。
完璧な工程は存在しないため、実際には加工公差の値はゼロにはなりえません。しかし、CNC加工などの最新の製造技術により、この値はかなり低く、最小限に抑えられています。
一般的に、公差は CNC加工 ±0.xインチの形式で測定されます。
加工公差の計算と表現
加工公差の計算方法を知る前に、このテーマに関連するさまざまな用語を理解することが重要です。以下は、知っておくべき用語の一部です：
基本サイズ
ワークピースの基本サイズは、設計図に記載されているサイズです。製造業者や設計者は、製造工程には一定の公差があることを知っています。したがって、設計者は、製造過程で発生する偏差を考慮して基本サイズを選びます。
実寸サイズ
実寸サイズは、加工工程が完了した後の最終製品の寸法です。基本サイズは理論値であるのに対し、実寸サイズは完成品の実際の寸法です。実寸サイズを基本サイズと正確に一致させることはほぼ不可能ですが、製造業者はこれらの値をできるだけ近づけることを目指します。
許容範囲
許容範囲は、部品の最大および最小許容寸法です。最大許容寸法は上限と呼ばれ、最小許容寸法は下限と呼ばれます。実寸サイズがこれらの範囲外にある場合、その部品は使用不可能と見なされ、拒否されます。
偏差
偏差は、基本サイズからの最大許容サイズの偏差です。最大許容サイズには上限と下限の2種類があるため、結果として2種類の偏差があります：上偏差と下偏差。これらの偏差の計算は簡単です：
上偏差= 上限 – 基本サイズ
下限偏差=下限値 – 基本サイズ
基準点
物理学において、基準点（データム）とは、測定工具の基準点として任意に選ばれる想像上の線または面のことです。データムの概念は、多くの幾何公差や寸法公差の分野でも使用されており、今後のセクションで説明します。
最大材料条件と最小材料条件
最大材料条件（MMC）は、ワークピースの特定の部分またはセグメントにおいて、すべての場所で最大の材料量を含む状態です。MMCの例としては、最小サイズの穴や最大のピンがあります。MMCの発生により、ボーナス公差を利用できます。
同様に、最小材料条件（LMC）は、ワークピースの特定の部分またはセグメントにおいて、すべての場所で最小の材料量を含む状態です。LMCの例としては、最大サイズの穴や最小のピンがあります。
MMCとLMCの使用は、組み立てのクリアランスフィットを決定します。MMCは、部品がまだ適合する最悪の状態です。MMCを超えるサイズの増加は、製品の組み立てを不可能にします。
MMCからLMCへのシフトは、ワークピース領域に許容される公差を拡大し、これをボーナス公差と呼びます。ボーナス公差の計算は、実際の部品の材料量が最大材料に比べてどれだけ少ないかに依存します。したがって、
ボーナス公差 = MMC – 実寸法
実寸法がLMCの限界になるため、最大のボーナス公差は次のようになります：
ボーナス公差（最大） = MMC – LMC
小数点以下の桁数
CNC加工などの高精度な工程では、公差は非常に小さな値で発生します。CNC加工における公差の実際の値は非常に低いため、小数点以下の桁数で測定する必要があります。小数点以下の桁数が多いほど、公差は狭くなり、精度が高くなります。
より理解しやすくするために、許容差±0.2インチの工程A、±0.1インチの工程B、±0.01インチの工程C、±0.001インチの工程Dを例にとります。精度の観点からは、工程Dが最も正確であり、その次にC、B、Aとなります。
公差の計算
公差の計算公差を計算するには、工程の上限と下限を知る必要があります。例えば、実際の直径10mmのねじを考え、その許容偏差が次の範囲にあるとします：
上限値：12mm
下限値：8mm
加工工程の公差は次のように計算されます：
公差（t）= 上限値 – 下限値
t = 12-8 = 4 mm。
時には、上限と下限を言及する代わりに、変動の形で制限を説明することもあります。例えば、10 ± 0.2 mm のように表されます。この場合、上限と下限はそれぞれ変動を加算または減算することで計算できます。
さまざまな種類の加工許容差
7 Min MinTolerances in CNC加工 部品の形状や加工工程の種類の違いにより、これらは異なる方法で表されます。これらの異なる許容差について一つずつ見ていきましょう：
片側許容差
CNC加工における片側許容差は、許容される偏差が一方向にのみ発生できることを示唆しています。部品の基本サイズは上限または下限と同じであり、許容差は正または負のいずれか一方だけです。
例えば、パイプの直径が10 mmで、片側許容差が+1 mmの場合、基本サイズと下限はともに10 mmです。この場合の上限は11 mmになります。すべての許容範囲内の部品は受け入れられ、基本値の10 mmより小さい部品は拒否されます。
同様に、パイプの直径が10 mmで、片側許容差が-1 mmの場合、基本サイズと上限はともに10 mmです。この場合の下限は9 mmになります。製造された部品はこの範囲内に収まり、基本値の10 mmよりわずかに大きい部品も拒否されます。
両側許容差
片側許容差とは異なり、両側許容差は両方向の変動を許容します。部品の基本サイズは上限と下限の間にあり、許容差の値は正と負の両方になり得ます。
両方向に等しい変動がある場合、両側許容差は±0.x mmと記載されます。変動が不均一な場合、+0.x mmと–0.y mmとして書かれることもあります。
例として、直径10 mmのパイプで、両側許容差が±1 mmの場合、基本サイズは10 mm、上限は11 mm、下限は9 mmです。9 mmから11 mmの範囲内のすべての部品が受け入れられます。したがって、実際の部品は基本的な設計寸法より小さくても大きくても構いません。
リミット許容差
リミット許容差は、CNC加工やその他の製造方法で一般的に用いられる許容差の表現方法です。リミット許容差は「+」「-」「±」の記号を使用しません。代わりに、部品の上限と下限を記載します。基本サイズを使用して実際のサイズを許容範囲内に収めるのではなく、指定された範囲内に収めることだけが求められます。
リミット許容差は使いやすく、計算の必要をなくします。グラフで表現される場合、上限は特定の寸法の上に記載され、下限は上限の下に記載され、その寸法の範囲内に収まる必要があります。
リミット許容差の例として、直径9 mmから11 mmの範囲のパイプを加工することが挙げられます。これは10 ± 1 mmのパイプを必要とする代わりです。
覚えておくべき重要な点は、リミット許容差は両側許容差とは異なる表現を使用しますが、結果は同じになるということです。違いは、設計基準を理解する際のブループリントの読み取りやすさにあります。
プロファイル許容差
プロファイル許容差は、上記の他の許容差とは非常に異なります。これまでの寸法精度の変動とは異なり、プロファイル許容差は部品の断面の曲率に関係します。その記号は、断面直径に横たわる半円です。
CNC加工におけるプロフィール許容差の概念を理解するためには、プロフィールラインが何であるかを知ることが重要です。プロフィールラインは、ワークピースの断面積に沿って走る線です。プロフィール許容範囲は、この線の曲線が許容範囲内に収まるべきことを意味します。この値は寸法単位（mmまたはインチ）で測定されます。
向き許容差
向き許容差は、基準形状に対するワークピースの形状の変動を指します。基準形状または平面は、相対的な偏差を確認するために使用され、ダータムと呼ばれます。向き許容差の測定は、ワークピースの垂直性または角度に関して行われます。角度のシフトを測定する場合でも、向き許容差は度数ではなくmmまたはインチで測定されます。
位置許容差
位置許容範囲は、向き許容差に似ています。CNC加工における位置許容差は、ワークピースの特定の特徴の位置のずれを指します。ずれの測定には、ダータムと呼ばれる基準線が使用されます。特徴の意図された位置は、その真の位置と呼ばれます。
形状許容差
形状許容差は、平坦度、円形度、直線性など、ワークピースの物理的特徴に関係します。これらの許容差もmmまたはインチで測定され、高さゲージ、ノギス、マイクロメーターなどの測定工具を使用します。
偏心許容差
偏心許容差は、部品が中心軸の周りで360度回転したときに、ダータムに対して特定の特徴の変動を指します。偏心許容差は、ワークピースのすべてまたは一部の特徴にとって重要で測定可能です。この許容差の記号は、矢印が右上隅を指す四角い枠です。
不均等配置許容差
不均等配置許容差帯は、時にはU修飾子とも呼ばれ、その記号が円内の文字‘U’であるためです。これらの許容差は、特定のプロフィールに不等な片側許容差が必要な場合に使用されます。
幾何公差（GD&T）
幾何公差（GD&T）は、標準的な加工許容差を詳細に記述し、伝達するためのシステムです。さまざまな種類や形状の部品に多くの許容差が存在するため、標準化されたシステムは製造に関わるさまざまな関係者がコミュニケーションを取るのに役立ちます。GD&Tは、世界中で最も広く採用されている標準許容差のシステムです。
GD&Tは、さまざまなタイプの許容差に対して記号を割り当て、それらの許容帯を測定する方法に関する詳細なルールセットも提供します。
一般的なCNC加工許容差
CNC加工は、多くの異なる工程を含む広範な分野です。これらの工程ごとに使用される切削工具の種類の違いにより、CNC加工の許容差も異なります。以下は、一般的な工程の標準的なCNC加工許容差です：
ルーター：± 0.005インチまたは0.13mm
旋盤：± 0.005インチまたは0.13mm
ルーター（ガスケット切断工具）：± 0.030インチまたは0.762mm
フライス盤（3軸）：± 0.005インチまたは0.13mm
フライス加工（5軸）：± 0.005インチまたは0.13mm
彫刻：± 0.005インチまたは0.13mm
レール切断の許容差：± 0.030インチまたは0.762mm
ねじ加工：0.005インチまたは0.13mm
鋼製定規ダイカット：± 0.015インチまたは0.381mm
表面仕上げ：125RA
これらの値を代替の再製造技術と比較すると、CNC加工プロセスはより厳しい許容差を伴うことがわかります。
許容差を扱う際に覚えておくべき重要なこと
許容差を扱う際に覚えておくべき重要なこと許容差について事前にいくつかのことを知っておくと、より良い最終結果、良い計画、資源の適切な活用につながります。
厳しい許容差は必要ですか？
許容差は部品の精度を直接反映するため、最初の印象では常に厳しい許容差の方が良いように見えることがあります。しかし、CNC加工部品の場合、厳しい許容差は生産コストを増加させ、時間のかかるプロセスになることがあります。したがって、必要な場合にのみ厳しい許容差を採用すべきです。
厳しい許容差は、部品が二次組立工程で使用される場合に一般的に必要です。これらの場合に緩い許容差を設定すると、許容範囲内の組立てに失敗する可能性があります。したがって、許容差範囲に高い重点が置かれます。
もう一つの厳しい許容差加工の用途は、革新的な部品の試作品設計時です。設計者は、試作品が完成品と全く同じように機能することを期待しています。したがって、可能な限り厳しい要件を設定します。
コスト
資源の最適化を図るために、メーカーは絶対的に最小の許容差を目指すのではなく、予算内に収まる最小の許容差を使用します。予算要素を取り入れる良い方法は、許容差の縮小に伴うコスト増加をプロットし、特定のプロジェクトにおいてこれらの値が交差する許容範囲を見つけることです。
検査
CNC機械やその他の製造プロセスで作られるほとんどのプロジェクトには、最終製品が許容範囲内にあるかどうかを確認する品質管理段階があります。許容範囲を満たさない場合、製品は拒否されます。非常に厳しい許容差を使用する場合、検査段階の時間が大幅に増加します。さらに、より複雑な測定装置が必要になることもあります。
加工方法
CNC機械は高精度と低許容差のために一般的に評価されています。ただし、CNC機械の種類によって部品の許容差に大きな影響を与えることがあります。したがって、社内にCNC機械がある場合は、事前に機械の許容差レベルを確認し、それに応じて設計を行う必要があります。
表面粗さ
どんなに滑らかに見えても、すべての表面には粗い異常が存在します。研磨された天然石のような表面では、これらの異常はかなり小さくなり、表面粗さが少なくなります。 一方、木材のような表面では、表面粗さはかなり高くなります。したがって、CNC加工の厳しい公差を選ぶ際には、既に存在する表面粗さを考慮してください。粗い表面は、厳しい公差を達成しようとする際に困難をもたらします。
適切な公差を見つけるには？
適切な公差を見つけるには？部品の適切な公差を見つけるには、多くの選択肢があります。これらの選択肢を一つずつ見ていきましょう：
信頼できるCNC加工会社を利用する
良質なCNC加工会社に外注することで、公差やその他多くの技術的な問題に関する頭痛を取り除くことができます。XTJはこの分野でリーディングのCNCサービス提供者の一つです。
XTJのCNC加工サービスは、熟練した専門家のチームと、市場で入手可能な最先端の機械と設備によって提供されます。これにより、専門家が最適な公差を提案するだけでなく、それらの公差を実現できる最高の設備も備えています。
自分で公差を計算する
自分で部品の公差を計算するには、まずその部品の用途を想像する必要があります。部品の機能性が、公差にどれだけ注意を払う必要があるかを決定します。その後、一般的な公差の決定ルールを使用できます。
機械加工の公差に関する国際標準はありますか？
はい、機械加工の公差に関する多くの国際標準があります。幾何寸法公差（GD&T）自体には、標準的な機械加工公差を測定するための7つの異なる標準があります。そのほかにISO 2768標準もあります。
ISO 2768とは何ですか？
ISO 2768は、国際標準で認証された部品を製造する際の一般的な公差を規定した国際標準です。これには、以下のような異なるクラスが含まれます：
線形寸法
外径と面取りの高さ
角度寸法
直線性と平坦性の一般公差
垂直性の一般公差
対称性の一般公差
円偏差の一般公差
より厳しいCNC加工公差のためのヒント
以下のヒントに従うことは、締め付けの厳しい機械加工の公差と高品質な部品を得るのに役立ちます：
公差は一律の規定ではないことを忘れないでください。異なる材料や異なる用途に対して個別に公差を計算してください。金属部品の場合、標準公差は±0.005インチであり、プラスチック部品の場合は±0.01インチです。これらの値は、幾何学的寸法の変動により実際の実現では多少異なることがあります。
必要な公差を達成できる製造プロセスを選択してください。より厳しい公差を持つプロセスは高価になることがありますが、最適化によって全体的にコスト効率的になる場合があります。
平行度と垂直度の公差の重要性を過小評価しないでください。これらの公差は優先順位をつけるべきです。これらの値にずれが生じると、他のすべての値に影響を与えたり、部品自体の外観を変えたりする可能性があります。
公差の期待値は、材料の加工性に沿ったものであるべきです。より厳しい公差を得るには、材料に対してより多くの作業が必要です。この追加作業は、すでに加工が難しい材料にとって非常に困難な場合があります。
プロジェクトに必要ない場合は、厳しい公差の使用を避けてください。これにより、プロジェクトのコストを大幅に節約できます。
アセンブリを助ける特徴や応力を負う特徴など、部品の重要な部分の公差に重点を置いてください。同時に、美観のための特徴など、一部の特徴では公差を無視しても構いません。
機械加工において厳しい公差とみなされるのは何ですか？
正確な範囲はありませんが、±0.005インチ程度はCNC加工において厳しい公差と見なされます。より厳しい制限公差は±0.001インチまで下げることができ、その下では加工が非常に難しくなります。
加工公差の重要性
部品の公差と寸法精度は、一見しただけではわからないほど高いものです。手作業でもCNCでも、すべての製造プロセスには一定の誤差があり、その範囲はさまざまです。これらの誤差の範囲を示すのが加工公差です。
公差を考慮することで、高品質な部品の生産が可能になります。同時に、公差を無視すると重大な製造ミスにつながり、多くの製品やバッチ全体の不良品となる可能性があります。
結論
加工公差は製造工程において不可欠な要素です。これらの公差の程度はプロジェクトによって異なることがありますが、これらの値を完全に無視できるケースはほとんどありません。
したがって、上記の情報に適切な重要性を置くことは、コスト削減につながり、より良い品質の結果をもたらす可能性があります。公差の概念が難しすぎる、または計算が難しいと感じる場合は、いつでもXTJがお手伝いします。
よくある質問
標準公差に関する一般的な質問への回答は次のとおりです：
1. どの公差が最も加工が難しいですか？
±0.001インチ以下の公差は非常に加工が難しいです。この値は25マイクロメートルであり、1マイクロメートルはメートルの百万分の一です。したがって、そのような非常に低い値は実際の用途ではめったに見られません。
2. 最も一般的な加工公差は何ですか？
最も一般的な加工公差は、±0.005インチから±0.030インチの範囲の標準公差です。これらの公差は、クライアントが公差要件を持っていないか、言及しない場合に適用されます。
XTJは、試作から量産までのワンストップ製造ソリューションを提供することに専念する主要なOEMメーカーです。私たちはISO 9001認証の品質管理システム企業であることを誇りに思い、すべての顧客関係に価値を創造することを決意しています。それは、協力、革新、プロセス改善、そして卓越した技術によって実現しています。
