大型機械加工溶接物の平面度公差：何を指定すべきか
平面度は、大型フレームの図面で最も頻繁に過剰指定される特性です。また、最も高くつくものの1つでもあります。厳しくしても少しだけコストが増えるのではなく、仕上げ工程、2回目の応力除去、別の加工機、あるいはそのすべてが加わるためです。
公差が何を意味するか、現実的に達成できる値は何か、必要なものを確実に得られる書きかたを説明します。
平面度とは何か
平面度は形状公差です。2つの平行な平面の間のゾーンを定義し、面全体がその内側になければなりません。ほかの何かに対する姿勢や位置については何も述べていません。面は完全に平らで、ひどく傾いていても、合格します。
この違いは重要です。人が求めているのは、平面度ではなく、2つの取付面の間の平行度や、離れた複数のパッドにまたがる同一平面度であることが多いからです。同一平面度を意味しているのに平面度を指定するのは、よくある、費用のかかる取り違えです。4つのパッドがそれぞれ見事に平らでも、4つの異なる平面に載っていることがあります。
重要なのが4つの脚が1つの平面に載ることなら、同一平面度と書くか、データムに対する面の輪郭度を使ってください。製作会社には感謝され、見積も下がります。
現実的な数値
炭素鋼の溶接物に対する実務での、丸めた数値です。
| 条件 | 典型的な平面度 | 備考 |
|---|---|---|
| 溶接のまま、応力除去なし | 300 mmあたり0.3–0.8 mm | 継手の配置で大きくばらつく |
| 溶接のまま、応力除去済み | 300 mmあたり0.3–0.5 mm | より安定するが、厳しくはならない |
| 機械加工、標準 | 0.05 mm/m | 一般的な既定値 |
| 機械加工、厳しめ | 0.02 mm/m | 良い加工機と2回目の応力除去が必要 |
| 機械加工、精密 | 0.02 mm/m未満 | 専門的な作業、温度管理、高額 |
注目すべき点が2つあります。第一に、応力除去は溶接のままの平面度をあまり改善しません。その後の機械加工が保たれるようにするものです。第二に、0.05から0.02 mm/mへの段階は、コストが2.5×になるのではなく、工程が変わることです。
公差は寸法に比例させるべき
実用的な目安は、達成可能な平面度が、特性寸法の平方根にほぼ比例して変わることです。面の長さが2倍になれば、同じ製作難易度に対して、約1.4×の公差を許容すると見込むべきです。
300 mmのパッドで平面度0.05 mmは日常的です。同じ0.05 mmを3 mにわたって求めるのは、次元の異なる問題です。加工機自体のウェイの誤差、切削中の部品の熱膨張、部品の支持のしかたがすべて支配的になります。
このため、平面度は通常、1つの総量ではなく単位長さあたり(0.05 mm/m)で指定します。長い面にわたって1つの総量を書く場合は、図面を発行する前に、1メートルあたりでそれが何を意味するかを確認してください。
公差を達成可能にする順序
平面度は、検査台ではなく、工程の中で手に入れるものです。
- 対称性を考えて設計する。 中立軸に対して釣り合った溶接配置は、片側から溶接したものよりはるかに動きません。厚板溶接の変形制御をご覧ください。
- 機械加工の前に応力除去する。 面を動かしたくないなら必須です。溶接機械ベースの応力除去をご覧ください。
- 荒加工し、厚ければ再度応力除去してから仕上げる。 金属を多く削ると応力が解放されます。厚い断面では、工程の間に行う2回目の応力除去が、より厳しい数値を保ちます。
- 使用時と同じ支持のしかたで部品を支える。 加工機テーブルに4 mのフレームを剛にクランプすると、完全に平らに加工できても、解放時にばねのように戻ります。優れた工場は、基礎を模した3点支持で加工します。
- 温度になじませる。 寒い屋外から持ち込んですぐに切削した部品は、作業中に膨張します。
測定方法と、その合意
測定方法で合意できない公差は、公差ではありません。大きな面では、方法によって数値が変わります。
- 直定規とすきまゲージ：速く、粗く、溶接のままのチェックには十分
- 精密水準器とスイープ：昔ながらの方法で、機械のウェイには適するが遅い
- レーザートラッカー：大型フレームの実用的な標準。精度は通常、メートル単位の範囲で数十ミクロン
- 大型三次元測定機：最も精密だが、機械の大きさに制限され、通常は外注
方法、測定点数、支持条件を指定してください。「平面度0.05 mm/m、3点支持でレーザートラッカーにより測定、最低25点」は公差です。「平らであること」は話し合いの始まりです。計測機器については大型フレームの寸法検査で詳しく扱っています。
温度も仕様の一部
鋼は、1 °Cあたり1メートルにつきおよそ12 µm膨張します。4 mの面で、工場の床とお客様の工場の間に10 °Cの差があると、長さでは約0.5 mmの変化になり、部品が不均一に温められると、その一部が形状誤差として現れます。
0.05 mm/mより厳しいものについては、検査温度（通常の基準は20 °C）を明記し、均熱の時間を見込んでください。そうしないと、同じ日に同じ部品を測っても、お客様と工場で数値が食い違うことがあります。
図面を発行する前の4つの質問
- 意味しているのは、平面度か、同一平面度か、平行度か。 コストが異なります。
- この面は、そもそも機械加工が必要か。 ブラスト後に研削した面は、はるかに安く、重要でない取付には十分なことが多いです。
- シムで済ませられないか。 3 mmのシムパックを設計に組み込むのは無料です。2つ目の平面を機械加工するのは無料ではありません。
- 計算が出した数値はいくつだったか。 前の図面にあった数値ではなく。引き継がれた公差は、避けられる機械加工コストの最も一般的な単一の原因です。大型フレームとスキッドのコストを左右するものをご覧ください。
現実的か、予算に見合うか分からない平面度の指示があるフレームをお持ちですか。図面をお送りください。24営業時間以内に、工程の観点から何を意味するかをお伝えします。