CNC製造における表面粗さ

この競争の激しい世界では、完璧さが最も重要です。小さな欠陥が製品や企業の評判全体に影響を及ぼす可能性があります。しかし、CNC マシンは顧客を満足させる高いレベルの完璧さを提供します。CNC 製造における表面粗さは、精度を保証するものです。

 

簡単に言えば、表面粗さは精度を制御する重要な要素です。製品を使用する前に、その表面粗さを確認する必要があります。この用語が何であり、どのように測定するのか疑問に思っていませんか? 心配しないでください。この包括的な記事では、各側面を詳細に検討します。それでは、始めましょう!

 

CNC 製造における表面粗さの概要

表面粗さは、CNC マシンの製品の欠陥の測定値です。これらの欠陥は、傷、谷、または曲線の形をとることができます。この粗さは、Ra (粗さ平均) 値によって測定されます。Ra 値は、製品が理想的な完璧さからどれだけ逸脱しているかを示します。

 

簡単に言えば、理想的な点からの偏差が少ない製品には欠陥が少なくなります。粗さ測定スケールでは、完全な完全点は 0 であるとします。例を挙げて説明しましょう。製品の Ra 値が 0 に近い場合 (たとえば 0.4)、Ra 値が 2.3 の製品よりも欠陥レベルが低くなります。

 

偏差が大きい製品は欠陥があり、再製造が必要です。各メーカーは、粗さのレベルを確認する責任があります。ツールまたはワークピースの性質により、粗さのレベルは異なります。たとえば、ツールの刃先が鋭くない場合、表面が不均一になります。

 

この表面は、製品の機能に重大な問題を引き起こす可能性があります。さらに、耐久性、光沢、圧力や温度に対する耐性は、表面の粗さに依存します。ただし、この粗さは肉眼では見えません。

 

製品は非常に透明で完璧に見えるかもしれませんが、欠陥は顕微鏡レベルで確認できます。このようなマイクロレベルの不規則性は深刻な問題を引き起こすことはないと思うかもしれません。多くのアプリケーションでは 100% の精度が求められるため、それは間違いです。わずかな欠陥が障害の原因となります。

 

要点: Ra 値が低い製品は、より精密であるとみなされます。反対に、Rw 値が高い製品は不完全です。これらの製品は、さらに表面仕上げが行われます。メーカーとしては、製品を製造する際には、より低い Ra を実現することに重点を置く必要があります。

 

CNC 加工の一般的な表面粗さレベルとは?

上で述べたように、粗さレベルは完成度を示します。製品によって製造中に表面粗さのレベルが異なります。これらの粗さレベルはマイクロメートル単位で測定されることを覚えておいてください。各レベルの詳細を見てみましょう。

 

1- 3.2 µm Ra

 

これは表面粗さの重要なレベルです。このレベルの粗さを示す製品は、仕上げに欠陥があります。たとえば、上面が不均一です。一部のメーカーは、滑らかな表面が要求されない工業用部品ではこれを無視します。中程度の粗さと考えることができます。さらに、マイクロメートル単位であるため、顕微鏡なしでは見ることができません。

 

1.6 μm Ra

 

1.6 μm Ra の製品ははるかに滑らかです。しかし、それでも究極の滑らかさの基準には達していません。3.2 μm Ra と比較すると理想的な完成点に近いですが、他のより高い完成度レベルからは程遠いです。このレベルの粗さはグリップ力を高めます。したがって、製品にグリップが必要な場合は、この表面粗さを無視できます。

 

0.4 μm Ra

 

これは表面粗さの最高の完成度レベルです。理想的な完成度に非常に近いことがわかります。0.4 μm Ra の製品は、表面がより滑らかで、光沢があり、耐久性に優れています。このレベルの完成度を達成するのは簡単なことではありません。

 

多くの特殊な仕上げおよび切断ツールが必要です。このレベルの滑らかさは、医療機器にとって非常に重要です。完成度が上がると、製品の価格も上がります。0.4 μm Ra の製品は、3.2 μm Ra 値の製品よりも高価です。

 

表面粗さの種類

 

CNC 加工では、凹凸に基づいて 3 種類の表面粗さが発生します。各タイプを俯瞰してみましょう。

 

• 波状: 名前が示すように、このタイプの粗さは大きな波の形で発生します。CNC 加工プラットフォームの継続的な振動により、これらの波が発生します。この粗さを軽減するには、特定のパラメーターとフィルターを使用します。
• レイ: 表面粗さが導電線に現れる場合、レイと呼ばれます。研削や旋削などのさまざまなフライス加工操作により、このパターンが発生します。これらの線により、製品のシーリング手順が中断される可能性があります。
• 欠陥: 欠陥は、製品の表面に傷、ひび割れ、穴として現れます。これらは、製品の耐圧能力を低下させます。CNC ツールの誤動作が原因です。したがって、製品の機能を向上させるには、適切なツール検査と欠陥の除去が不可欠です。

 

CNC 表面粗さはどのように測定されますか?

表面粗さの測定は複雑な作業です。これらの欠陥は通常の方法で検出するには小さすぎることはご存じでしょう。そのため、表面粗さを調べるために標準的なツールと技術が使用されます。これらの方法を学ぶ準備はできていますか? 詳しく調べてみましょう。

 

1- 接触型プロファイロメーター

 

接触型プロファイロメーターは、針のようなツールを使用して表面粗さを測定します。このツールは「スタイラス」と呼ばれます。針のように見えますが、より鋭く細いものです。測定プロセス中、スタイラスは製品の表面を横切って移動します。

 

表面の起伏に沿って移動します。この針は、専門家がこれらの欠陥を測定するのに役立つプロファイルを作成します。この方法の欠点は、針が製品の美観を損なう可能性があることです。

 

2- 光学的方法

 

光学的方法では、レーザーまたはビームを使用して表面粗さを測定します。どのように機能しますか?デバイスは、製品の表面に当たる強力な光線を生成します。その光線は、センサーによって捕捉された光を反射します。

 

これらのセンサーはコンピューターに接続され、曲線、山、谷の正確な 2D 画像を表示します。エンジニアは、谷と曲線の Ra 値を推定して表面粗さを測定します。これは高速でより正確な方法ですが、反射しない製品にのみ適用されます。

 

3- 原子間力顕微鏡 (AFM)

 

これは、表面粗さを測定する最も高度な方法です。原子レベルの不規則性を検出することで、その精度を評価できます。接触型プロファイロメーターと同様に、プローブと呼ばれる針も使用します。しかし、この装置の特徴は、追加のカンチレバーです。この小さなツールはプローブに取り付けられ、ビームを放射して画面上の欠陥を反射します。

 

表面粗さはどのように測定しますか? プローブは表面に移動します。さまざまな傷、波、谷がプローブの滑らかなモーメントに影響します。カンチレバーはこれらの欠陥をスキャンします。このカンチレバーは、スクリーン上に 3D 画像を生成するセンサーにデータを送信します。AFM 方式を使用して、0.4 μm レベルの表面粗さを実現します。

 

CNC 製造における表面粗さに影響する要因

 

CNC 加工中、表面粗さに影響を与える要因がいくつかあります。これらの要因を理解することは、より高いレベルの精度を達成するのに必要です。さらに、これらの要因を知ることで、早い段階で粗さのレベルを下げることができます。以下のセクションでは、考えられるすべての要因を簡単に説明します。

 

• CNC 加工ツールの効率は、全体的な表面粗さに大きく影響します。たとえば、切削速度とせん断速度が低いツールは、表面に穴や傷を作ります。
• ツールとワークピースの不適切な位置合わせは、加工手順中に不均一な表面を作り出します。これにより、Ra 値が増加し、不完全なものになります。
• 加工中の汚染物質は仕上げを大幅に悪化させ、粗い製品につながります。
• 粗さのレベルは、ワークピースの材料によっても異なります。柔らかい材料は操作が簡単で、欠陥が少なく、その逆も同様です。
• 最後に、摩耗や振動により状態の悪い CNC マシンは、不規則な表面を生み出します。

 

CNC 製造で望ましい表面粗さを実現するには?

 

製品を準備したが、それが正確でない場合はどうしますか? 間違いなく、会社の評判に影響を与え、時間を無駄にします。ただし、望ましい表面粗さを達成することは不可能ではありません。いくつかの考慮事項に従うことで簡単に達成できます。これらの考慮事項により、精度が向上し、時間とコストを節約できます。以下でそれらについて説明します。

 

• 切削工具の適切な形状と速度を確認することが重要です。工具が 1 ラウンドでワークピースを切断するのに十分な速度であることを確認します。
• 加工ツールの材料が、さまざまなワークピースの厚さに対して十分に頑丈であることを確認します。不適切な材料のツールを使用すると、製品の滑らかさに影響します。
• 工具に潤滑剤を使用して、加工を効率的にします。これらの潤滑剤は摩擦を減らし、精度レベルを最大化します。
• CNC 加工を開始する前に、ワークピースのプラットフォームが安定していることを確認します。不要な振動が発生しません。
• 望ましい表面粗さに到達するには、ツールのメンテナンスが重要です。摩耗が見つかった場合は、それらのツールまたは部品を交換します。故障した部品は加工プロセス全体に大きな影響を及ぼします。

 

よくある質問

 

Ra 値が高いほど滑らかですか?

いいえ、Ra 値が高いほど表面が滑らかになるわけではありません。Ra 値が高いほど、標準の完成度レベルからの偏差が大きいことを意味します。

 

なぜ表面粗さが必要なのですか?

表面粗さは、製品の耐久性を示すため不可欠です。さらに、製品の圧力と温度に対する耐久性も示します。そのため、プロジェクトに最適な製品を簡単に選択できます。

 

表面粗さはどのようにテストしますか?

表面粗さをテストするには、いくつかのパラメーターを使用します。その中には、レーザー、接触式プロファイロメーター、原子間力顕微鏡などがあります。これらの機器はすべて、異なる粗さレベルを識別する Ra 値をマークします。

 

結論

 

CNC 加工で表面粗さを測定することは非常に重要です。これは、さまざまな CNC 加工製品の精度レベルを示します。この詳細な記事では、表面粗さに関するさまざまな質問に回答しました。たとえば、表面粗さには複数のレベルがあります。これらのレベルはすべて、Ra 値によって変化します。

 

Ra 値が高い製品は、理想的な精度ポイントからより大きく外れます。したがって、製品の Ra 値を下げることは、メーカーにとって優先事項です。これは、ツールの明確な形状、適切なメンテナンス、および潤滑剤の使用を通じて実現できます。