精度と精度はエンジニアリングにおいて非常に重要であり、軸振れは機械加工時に発生する最も一般的なミスの 1 つです。
軸振れは、切削工具の回転軸が平面からずれている量です。
これは最終製品の精度に大きな影響を与える可能性があり、費用のかかるやり直し、無駄の増加、効率の低下につながる可能性があります。
軸振れを理解することは、機械加工が適切に機能し、精度が維持されることを確認したい工学部の学生や専門家にとって重要です。
このブログ投稿では、軸振れの原因と影響、測定方法、機械加工への影響を最小限に抑える最善の方法について説明します。
経験豊富なエンジニアであろうと、好奇心旺盛な学生であろうと、シートベルトを締めて、軸振れの魅力的な世界について学ぶ準備をしてください。
軸振れの概要
正式な定義:
切削工具の回転が平面から逸脱する、回転軸に沿った総量。
軸振れは、切削工具の回転軸が平面からどれだけ離れているかを表す振れの一種です。
これは、回転軸がスピンドルの中心軸と同じでない場合に発生し、その差は回転軸に沿って測定されます。
一方、放射状の振れは、回転軸がスピンドルの中心線軸から離れても平行のままである場合に発生します。
どちらの種類の振れも、振動、騒音、精度の低下などの問題を引き起こす可能性があります。
ラジアル振れとアキシャル振れ
中心軸の長さに沿って、半径方向の振れの量は常に同じですが、軸方向の振れの量は、ベースに対する測定位置によって異なります。
垂直面で回転するときの表面の位置は、軸方向の振れの影響を受けます。
一方、その放射状の振れは、それがどれほど丸いか、または中心から外れているかを表します。
通常、回転ステージとテーブルは、半径方向と軸方向の両方の振れで作られています。
軸振れ測定
軸振れは、同一平面上にない 2 つの軸の間の角度です。
この場合、パーツと参照軸の差は、それらが交わる場所から離れるにつれて大きくなります。
回転テーブルやステージの主軸にダイヤルゲージを取り付け、軸振れを測定します。
次に、インジケータが基準面に触れるように移動し、テーブルを回転させて、基準面からどれだけ離れているかを調べます。
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軸振れの原因と影響
軸方向の振れの原因となるものには、ベアリングの磨耗または位置ずれ、曲がったスピンドルまたはワークピース、ずさんな工具または治具の位置合わせ、および工作機械の加熱による膨張などがあります。
軸方向の振れが考慮されていないか、加工中に修正されていない場合、部品の精度が低下し、部品が不合格になり、コストが上昇し、生産性が低下する可能性があります。
軸振れの影響
軸方向の振れは、切り屑の負荷を不均一にしたり、工具のびびりを大きくしたりして、加工操作に影響を与える可能性があります。
これにより、先端が移動し、表面の作り方と粗さが変わります。
また、表面の地形に変化をもたらす可能性があります。
たとえば、値が十分に大きい場合、ツール マーク間の距離が変化し、k 番目の歯によって残されたツール マークが削除される可能性があります。
また、切削工具が垂直面にある場所では軸方向の振れが変化するため、切りくず負荷が不均一になり、工具寿命が短くなり、びびりが大きくなる可能性があります。
これにより、ワークの表面に粗さ、波、ビビリ マークなどの悪い仕上げが生じる可能性があります。
Z 軸に沿って加工する場合、軸方向の振れによっても切削深さが変化し、テーパーなどの寸法誤差が生じる可能性があります。
デリケートな部品や高精度の部品を機械加工する場合、表面仕上げに対する軸方向の振れの影響が非常に顕著になることがあります。
ラジアル振れ
一方、放射状の振れは、回転軸がスピンドルの中心線軸から離れても平行のままである場合に発生します。
どちらの種類の振れも、工具や機器の精度を低下させ、理想的な軸から外れる可能性があります。
放射状の振れにより、パーツをテーブルの中心に置くことが難しくなり、角度誤差が大きすぎて許容できない場合があります。
半径方向および軸方向の振れは、切削工具の摩耗が速すぎたり、不均一になったりする原因となり、工具の破損が早すぎて、プロセスの安全性が低下する可能性があります。
このような破損により、残りの刃先の再調整や使用が難しくなり、消耗品のコストが上昇する可能性があります。
振れは、機械加工の精度と工具の寿命に大きな影響を与えます。
軸振れ測定
軸方向の振れを測定する方法はいくつかありますが、それらの精度と使用の難しさは異なります。
静的試験方法
静的試験は、動的試験よりも簡単でコストがかからないため、軸方向の振れを測定する一般的な方法です。
静的テストは、スピンドルまたはワークピースが静止しているときに行われます。
それらを行うにはさまざまな方法があり、米国機械学会による回転軸で説明されています。
標準の磁気ベースを備えたダイヤル インジケータは、カップリングまたはシャフトの振れを測定するための簡単で一般的な方法です。
このテストを行うには、マグネット ベースをカップリングまたはシャフトの近くの平らな面に置き、ダイヤル インジケータをカップリングまたはシャフトに置いて振れを測定します。
振れが大きすぎる場合は、カップリングハブの内径が摩耗しているか、シャフトが曲がっていることを意味します。
場合によっては、カップリング ハブの外面にダイヤル インジケータを当てて、カップリングの軸方向の振れを確認することもお勧めします。
動的試験方法
動的試験方法は理解しにくいですが、熱、振動、遠心力が考慮されているため、若干正確な結果が得られます。
動的試験は、スピンドルまたはワークピースが動いている間に行われます。
また、時間ベースまたは周波数ベースの方法を使用するなど、さまざまな方法で行うこともできます。
時間ベースの方法では、タコメータを使用してスピンドルの回転速度を測定し、加速度計を使用して機械の揺れの原因となる振れを測定します。
周波数ベースの方法は、振れによって生じる振動の周波数を周波数分析器で測定します。
機器と校正
軸振れの測定精度は、使用する機器と、そのセットアップと校正の方法によって異なります。
どの方法を使用する場合でも、正確な測定を行うには、正しくセットアップして校正する必要があります。
正確な測定値が得られるように、機器が正しく設定および校正されていることを確認することが重要です。
軸振れ
ほとんどの場合、アキシャル シャフトの振れは、スラスト ベアリングの状態をチェックするために使用されます。
シャフトの中央 (回転軸上) で測定されます。
面の振れは、中心にない測定値の用語です。
この場合、平面度と直角度は測定の一部になりますが、ほとんどのアプリケーションでは気にしません。
ラジアル シャフトの振れは、丸いシャフトが回転するときにその中心の周りをどれだけ動くかを測定する方法です。
ドライブ/シャフトのアライメント、ベアリングの剛性、ベアリングの摩耗による振れの増加、およびバランスはすべて、これを引き起こす可能性があります.
アキシャル振れとラジアル振れの違い
どちらのタイプの振れも、意図した回転軸からのずれですが、ずれの方向とワークへの影響はタイプごとに異なります。
ラジアル振れの説明
ラジアル振れは、回転軸がスピンドルの中心線と一直線に並んでおらず、まだずれている場合です。
ラジアル振れは、機械の軸に沿ってずっと同じ測定値です。
回転テーブルが水平面内で回転するときにどのように動くかを示しています。
偏心または横方向の移動と呼ばれることもあります。
軸振れの説明
切削工具の回転軸が回転軸に沿って平面から離れるとき、これは軸振れと呼ばれます。
偏差のため、軸は傾斜し、主軸と平行ではなくなります。
軸振れの程度は、ベースのどこで測定するかによって異なります。
軸方向の振れは、不均一な切りくず負荷、過度の工具びびり、チップのドリフト、表面粗さと生成の問題など、多くの問題を引き起こす可能性があります。
半径方向および軸方向の振れの影響
どちらの種類の振れも、工具や機器の精度を低下させ、理想的な軸から外れる可能性があります。
放射状の振れがあると、テーブル上でパーツを中心に置くことが難しくなり、角度誤差や丸み誤差の形で表面仕上げの不良につながります。
軸方向の振れは、切削工具が垂直面にある場所で変化します。これにより、切りくず負荷が不均一になり、工具寿命が短くなり、びびりが大きくなります。
これにより、ワークの表面に粗さ、波、ビビリ マークなどの悪い仕上げが生じる可能性があります。
Z 軸に沿って加工する場合、軸方向の振れによっても切削深さが変化し、テーパーなどの寸法誤差が生じる可能性があります。
軸方向および半径方向の振れの測定
ほとんどの場合、カップリングまたはシャフトの振れを測定するために、標準の磁気ベースを備えたダイヤル インジケータが使用されます。
マグネットベースをシャフトやカップリングの近くの平らな面に置くだけです。
次に、ダイヤルゲージをカップリングまたはシャフトに取り付け、ダイヤルの動きを観察します。
振れが大きすぎる場合は、カップリングハブの内径が摩耗しているか、シャフトが曲がっていることを意味します。
場合によっては、カップリング ハブの外面にダイヤル インジケータを当てて、カップリングの軸方向の振れを確認することもお勧めします。
軸方向の振れは、さまざまな方法で測定できます。
ダイヤル インジケータ、レーザー センサー、および座標測定機は、これを行う最も一般的な方法の一部です。
簡単な測定は、多くの場合、磁気ベースを備えたものなどのダイヤル インジケーターで行われます。
試験はマグネットベースを平らな面に置き、ダイヤルゲージをシャフトまたはカップリングに置いて振れを測定することによって行われます。
レーザーセンサーや座標測定機を使用して、より正確で正確な測定を行うことができます。
これらのデバイスを使用すると、触れずに測定を行うことができ、同時に複数の軸に沿って振れを測定できます。
軸振れの最小化と排除
軸方向の振れを減らしたりなくしたりするには、機械を正しくセットアップして維持することが重要です。
軸方向の振れを減らすための最良の方法のいくつかを次に示します。
- 精密ツール ホルダー: 焼きばめや圧入ツール ホルダーなどの精密ツール ホルダーを使用すると、正確で正確なツール回転が可能になり、振れを減らすことができます。
- 振れが最小限の機械とツール ホルダーを選択する: 振れが最小限の機械とツール ホルダーを選択することは、システム全体の振れを最小限に抑えるための鍵となります。
- 均一な圧力: 振れを減らすために、シャンク全体に同じ量の圧力がかかっていることを確認してください。
- 摩耗したベアリングのチェックと交換: 軸方向の振れを減らすために、摩耗または損傷したベアリングを定期的にチェックして交換する必要があります。
- 切削力の監視と制御: たとえば、適切な切削パラメータを使用すると、切削力を制御し、軸方向の振れを減らすことができます。
業界標準と仕様
部品が特定の精度と精度の要件を満たしていることを確認するために使用される軸振れの業界標準と仕様があります。
国際標準化機構 (ISO) や米国規格協会などの組織が、これらの規則と要件 (ANSI) を設定しています。
円形の振れは、軸方向の振れに関して最もよく使用される業界標準の 1 つです。
円周振れは、水平面内で表面が回転するときに表面がどれだけ上下に移動するかを測定するために使用される幾何公差の一種です。
円形振れでは、データム軸が公差域の基準点として使用されます。
これにより、データム軸の周りに 2D 公差ゾーンが作成されます。
コールアウトを満たすには、実際のサーフェス上のすべての点がこの許容範囲内にある必要があります。
パーツの両端にある 2 つの短軸を組み合わせることで、円形ランアウトを使用して他の中央パーツのフィーチャをチェックすることもできます。
ビジネスの世界では、軸方向の振れに関して次のような他のルールがあります。
- ISO 1101: この規格は、形状、方向、および位置を制御するための公差ゾーンの使用を含む、ワークピースの幾何公差に関する一般的な要件について説明しています。
この規格、ANSI Y14.5 は、幾何学的な寸法と公差 (GD&T) を工学図面でどのように使用する必要があるかを示しています。
この規格、ASME B89.3.4 は、ダイヤル インジケータまたは電子変位プローブを使用して軸方向の振れを測定する方法を規定しています。
これらの業界標準と仕様により、エンジニア、製造業者、および品質管理担当者が互いに話し合い、部品が特定の要件を満たしていることを確認する方法が提供されます。
これらの基準とガイドラインに従うことで、メーカーは自社の部品が正確で、顧客のニーズを満たしていることを確認できます。
結論
結論として、軸方向の振れは、エンジニアや機械工が作業を正確に行いたい場合に考慮すべき重要なことです。
機械加工作業の精度と効率に対する脅威は常にありますが、適切なツール、技術、知識があれば対処できます。
軸振れの原因と影響を理解し、ベスト プラクティスを使用してその影響を軽減することにより、エンジニアリングの専門家は高レベルの精度を達成し、生産性を向上させ、無駄を減らすことができます。
しかし、軸の振れは、ものづくりの複雑さと完璧への欲求との間で維持する必要がある微妙なバランスを思い起こさせるものでもあります。
新しいアイデアを考え出し、可能なことの限界を押し広げているとき、私たちは挑戦に直面しても謙虚であり続け、常に私たちの周りの世界についてもっと学び、より良くなるよう努める必要があります.
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