立形マシニングセンターの適切な精度の選び方をご存知ですか?

一般的な垂直マシニングセンターの主要部品の精度要件は、CNC工作機械の精度レベルを決定します。CNC工作機械は、用途に応じてシンプル、フル機能、超精密などに分類され、達成できる精度も異なります。シンプルタイプは現在、一部の旋盤やフライス盤に使用されており、最小動作分解能は0.01mmで、動作精度と加工精度はどちらも(0.03〜0.05)mm以上です。超精密タイプは特殊加工に使用され、精度は0.001mm未満です。ここでは主に、最も広く使用されているフル機能CNC工作機械(主にマシニングセンター)について説明します。
立形マシニングセンターは、精度によって一般型と精密型に分けられます。一般的に、CNC工作機械には20~30項目の精度検査項目がありますが、最も特徴的な項目は、単軸位置決め精度、単軸繰り返し位置決め精度、そして2軸以上の加工軸を連動させて製作した試験片の真円度です。
位置決め精度と繰り返し位置決め精度は、軸の各可動部品の総合的な精度を反映します。特に繰り返し位置決め精度は、軸のストローク内の任意の位置決め点における軸の位置決め安定性を反映し、軸が安定して確実に動作できるかどうかを測る基本的な指標となります。現在、CNCシステムのソフトウェアには豊富な誤差補正機能が搭載されており、送り伝達チェーンの各リンクにおけるシステム誤差を安定的に補正できます。例えば、伝達チェーンの各リンクにおけるクリアランス、弾性変形、接触剛性などの要因は、ワークベンチの負荷の大きさ、移動距離の長さ、移動位置決め速度などによって、異なる瞬間的な動きを反映することがよくあります。一部のオープンループおよびセミクローズドループの送りサーボシステムでは、測定後の機械駆動部品は様々な偶発的な要因の影響を受け、ボールねじの熱伸びによるワークベンチの実際の位置決め位置のドリフトなど、大きなランダム誤差も発生します。つまり、選択できるのであれば、最も優れた繰り返し位置決め精度を持つデバイスを選択するべきです。
垂直加工センターの円筒面のフライス加工や空間螺旋溝(ねじ)のフライス加工精度は、工作機械のCNC軸(2軸または3軸)サーボ追従運動特性とCNCシステム補間機能の総合評価です。判断方法は、加工した円筒面の真円度を測定することです。CNC工作機械では、試験片を切削するためのフライス加工斜め四角形4面加工法もあり、直線補間運動における2つの制御軸の精度も判定できます。この試切削を行う際は、精密加工用エンドミルを工作機械の主軸に取り付け、作業台に置いた円形試験片をフライス加工します。中小型工作機械の場合、円形試験片は通常Ф200~Ф300で採取し、切断した試験片を真円度計に載せて加工面の真円度を測定します。円筒面上のフライスカッターの明らかな振動パターンは、工作機械の補間速度が不安定であることを示しています。フライス加工された真円度には大きな楕円誤差があり、補間動作における 2 つの制御軸システムのゲインの不一致を反映しています。円形状の表面上の各制御軸の移動方向変更点に停止マークがある場合 (連続切削動作で、特定の位置で送り動作を停止すると、加工面に小さな金属切削マークが形成されます)、軸の前方クリアランスと後方クリアランスが適切に調整されていないことを示しています。
単軸位置決め精度とは、軸ストローク内の任意の点で位置決めする際の誤差範囲を指し、工作機械の加工精度能力を直接反映するため、CNC工作機械の最も重要な技術指標となります。現在、世界各国ではこの指標に対する規制、定義、測定方法、データ処理が異なります。各種CNC工作機械のサンプルデータの導入において、一般的に使用される規格には、アメリカ規格(NAS)とアメリカ工作機械工業会推奨規格、ドイツ規格(VDI)、日本規格(JIS)、国際標準化機構(ISO)、中国国家規格(GB)などがあります。これらの規格の中で最も低い規格は日本規格です。これは、測定方法が単一の安定したデータセットに基づいており、その後、誤差値が±値で半分に圧縮されるためです。そのため、その測定方法で測定された位置決め精度は、他の規格で測定された精度の2倍以上になることがよくあります。
他の規格間でデータ処理方法に違いはあるものの、いずれも誤差統計に基づいて位置決め精度を分析・測定する必要性を反映しています。つまり、CNC工作機械(立形マシニングセンター)の制御軸ストロークにおける位置決め点の誤差は、工作機械の将来的な長期使用において、その点が数千回も測定された場合の誤差を反映するはずです。しかし、測定中に測定できる回数は限られており(通常5~7回)、その誤差は測定精度に大きく影響します。
立形マシニングセンターの精度は判断が難しく、判断前に加工が必要となるものもあり、このステップは非常に困難です。