機械加工に携わる人々は、精度に関しては負けを認めたがりません。 時々、1ミクロンの加工精度の話をするとき、朝飯前のことのように考えている人もいるようです。 しかし、実際には高精度加工は厳密に扱う必要がある技術課題です。 この記事は、高精度加工に関するより包括的な知識を皆さんに提供することを目的としています。
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基本常識: 温度変化が材料に及ぼす影響
ご存知のとおり、材料は熱膨張と熱収縮の影響を受けます。 精密機械加工では、温度の問題を無視してはなりません。 温度差は精度の天敵です。 温度という重要な問題に注意を払わないのであれば、どうやって精度について詳しく議論できるでしょうか? 機械の多くは鋼や鋳鉄でできているため、室温や機械自体が発する熱の影響を受けて形状や長さが変化します。
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材料の熱膨張と収縮の程度は、材料の種類と温度変化の大きさによって異なります。 以下に鋼と銅の膨張係数の表を示します。 鋼を例にとると、温度が 1 度変化すると線膨張は 1 メートルあたり 12μm 変化します。 精密加工の安定性を確保するには、このデータを深く理解することが重要です。
鋼の膨張係数は次の図に示されています。
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例：
ワーク長さ：200mm
温度変化：10度
拡張値: 0。 02mm
銅の膨張係数は次の図に示されています。
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例：
電極長さ：200mm
温度変化：10度
膨張値: 0.05 mm
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温度による検出誤差
ワーク、検査機器、ゲージの材質が異なり、検査時に標準温度条件下にない場合、標準温度（20℃）からの逸脱は常に検査エラーを引き起こす重要な要因となります。
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温度による検出誤差
たとえば、長さ 100 mm の鋼鉄ブロックを手のひらの温度など 4 度加熱すると、その長さは 4.6 μm 変化します。
なお、高精度の部品を測定する場合には、より高精度の測定ツールが必要になります。 測定器や装置自体の精度基準が高くない場合、高精度の測定結果はどこから得られるのでしょうか?
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重要な加工コンセプト: 熱安定性の維持
スチール：100×30×20mm
温度が25度から20度に下がったときのサイズの変化: 25度ではサイズが6μm大きくなります。 温度が20度に下がっても、サイズは0.12μmしか大きくなりません。 これは熱的に安定したプロセスであり、温度が急速に低下した場合でも、精度を維持するには依然として一定の時間が必要です。 オブジェクトが大きいほど、温度が変化したときに精度と安定性を回復するのにさらに時間がかかります。
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精密加工の経験のない工場で精密加工を行う場合、精度が不安定になるのは設備の精度が原因であることがよくあります。 逆に、精密機械加工の経験がある工場は、これが最も基本的な理解であることを知っています。 彼らは、安定した加工精度を維持するには、周囲温度と工作機械の間の熱バランスが重要であることを理解しています。 経験豊富な工場は、たとえ高精度の工作機械であっても、安定した温度環境と熱バランスを維持することでのみ安定した加工精度を実現できることを理解しています。
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熱安定性を維持することは、精密機械加工において不可欠かつ重要な概念です。 温度を20度に保つべきか、23度に保つべきか疑問に思う人もいるかもしれません。 ただし、最も重要なことは、目標値の安定性を確実に維持できることです。 理論書では通常 20 度を推奨していますが、実際のワークショップでは 22-23 度の間で選択することがよくあります。 温度変動を厳密に制御することに重点を置いています。
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加工精度の正しい理解と解析
一般に、加工精度は精密と精密に分けられます。 下の図は視覚的な図解です。
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精度
これは、同じ予備サンプルを使用して繰り返し測定した結果の再現性と一貫性を指します。 高い精度を得ることが可能ですが、それは結果が正確であることを意味するものではありません。 たとえば、長さ 1mm を使用して得られる 3 つの結果は、1.051mm、1.053、および 1.052 です。 精度は高いですが、不正確です。
正確さ
得られた測定結果と真の値との近さを指します。 測定精度が高いとは、測定データの平均値が真の値からの乖離が少ない場合にはシステム誤差が小さいことを意味しますが、データが分散している場合、つまり偶発的な誤差の大きさが不明瞭な場合にはシステム誤差が小さいことを意味します。
精度、精度と温度の関係
一般に、機械加工された部品の精度は高くても正確ではない場合、作業場の温度の変動は小さい範囲内ではあるものの、標準温度からの偏差が大きいことが原因である可能性があります。 そのため、得られる部品のサイズは比較的安定していますが、目標サイズからは大きく乖離します。 逆に、部品の精度は高くても正確ではない場合は、作業場の温度が標準温度に対して大幅に変動し、部品のサイズが離散的に見えることが原因である可能性があります。 分布; 部品が正確でも正確でもない場合、これは工場温度が標準温度から大幅に逸脱しており、大きく変動していることを示している可能性があります。
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工作機械の暖機運転を忘れていた
工場では高精度の加工を行うために精密CNC工作機械が使用されています。 毎朝機械に電源を入れて加工すると、1枚目の加工精度がなかなか理想のレベルに達しないことが多く、このような経験はありませんか。 長い休暇の後に最初の部品バッチを処理するために機械の電源を入れると、精度が低下することがよくあります。 安定した高精度の加工、特に位置精度の維持においては、故障のリスクが特に顕著になります。
工作機械は安定した温度環境と熱バランスがあって初めて安定した加工精度を確保できます。 立ち上げ直後から高精度な加工や生産が求められる場合、工作機械の予熱は最も基本的な精密加工の常識です。
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これは、CNC 工作機械の主軸および各動作軸の温度が、一定期間の稼働後に相対的に一定のレベルに維持されるためです。 同時に、加工時間が経過するにつれて、CNC工作機械の熱精度は徐々に安定してきます。 したがって、高精度の加工を行う前に、主軸および可動部品を予熱することが非常に必要です。
しかし、多くの工場では工作機械の「準備運動」の準備のつながりが無視されているか、理解されていないことがよくあります。 工作機械を数日間以上アイドル状態にする場合は、高精度加工を行う前に 30 分以上予熱することをお勧めします。 工作機械が数時間しかアイドル状態にない場合は、高精度の加工を行う前に 5-10 分間予熱することもお勧めします。
予熱プロセスでは、工作機械が加工軸の繰り返し動作に関与します。 多軸リンクするのがベストです。 たとえば、XYZ 軸を座標系の左下隅から右上隅まで移動させ、斜めに繰り返し移動させます。 この処理は工作機械上でマクロプログラムを記述することで実現できます。
工作機械を十分に予熱した後、勢いよく高精度加工を行うことができ、安定した加工精度が得られます。
