間に CNC加工そのため、加工面自体の寸法精度を確保するだけでなく、異なる加工面間の位置精度も保証する必要があります。位置決め基準点の適切な選択は、面間の位置精度を維持し、加工結果を適切に配置する上で重要な役割を果たします。
基準点とは何ですか？
部品の幾何学的要素（点、線、面など）は、それぞれ固有の寸法および位置関係を持っています。部品の設計および加工において、特定の点、線、または面は、他の形状の幾何学的関係を決定するためによく使用されます。これらの基準となる点、線、または面は、データムと呼ばれます。
基準点の種類
データは、その機能に応じて、一般的に2つのカテゴリーに分類できます。
- 設計基準
- 処理データ
1. 設計基準
設計基準点とは、部品の設計図面に指定された基準点のことです。
部品設計において、他の幾何学的要素の位置を決定するための基準として使用される点、線、または面は、設計データムと呼ばれます。設計データは、組立要件に基づいて設計者によって定義され、幾何学的特徴間の寸法および位置関係を確立するために使用されます。
部品図面では、寸法および位置公差は、これらの設計基準点を基準として指定されます。
具体的な例を挙げますと、以下の通りです。
- 表面Aと表面Bは、相互の設計基準面として機能することができる。
- 外径30mmの円筒面の軸は、外径50mmの円筒面の軸を設計基準として使用することができる。
- 別のケースでは、平面Cの下にある線Dが設計基準面として機能する場合がある。
設計図面では、通常、特定の方向には設計基準点が1つしか存在しない。
2. 処理データ
プロセスデータムとは、製造工程で使用されるデータムのことです。プロセスデータムは、その用途に応じて以下のように分類できます。
- 運用データ
- 基準点の位置特定
- 測定基準
- 組立基準点
オペレーション・データム
加工基準面とは、加工図面において、特定の加工工程で加工される面の寸法、形状、および位置関係を指定するために使用される基準点のことです。可能な限り、加工基準面は設計基準面と一致させるべきです。
測定基準
測定基準点とは、工作物の加工面の寸法や位置関係を測定する際に使用される基準のことである。
組立基準
組立基準点とは、組立時に製品内の部品またはサブアセンブリの相対位置を決定するために使用される基準点のことです。例えば、歯車の組立時には、歯車の穴と端面がそれぞれ半径方向および軸方向の組立基準点として機能します。
位置決めデータム
位置決め基準点とは、機械加工中にワークピースの位置を定めるために使用される基準点のことです。
位置決め基準として使用される点または線は、常に基準面と呼ばれる実際の表面を通して実現される。
- ワークピースを平面を用いて位置決めする場合、その平面が位置決め基準面として機能する。
- 円筒面または円錐面を用いて位置決めを行う場合、その円筒面または円錐面の軸が位置決め基準面として機能する。一方、円筒面または円錐面自体が基準面として機能する。
例えば、軸型部品を2つの中心穴を用いて位置決めする場合、中心穴の内側の円錐面が、外側の円筒部分を加工する際の位置決め基準面として機能する。
測地基準点は、さらに以下のように分類されます。
- おおよそのデータ
- 最終基準点
最初の機械加工工程では、未加工のブランク面のみを位置決め基準面として選択できます。このような基準面は粗加工基準面と呼ばれます。その後の工程では、既に機械加工された面を位置決めに使用できます。これらは仕上げ加工基準面と呼ばれます。
仕上げ基準点の選択
工程計画において、位置決め基準点の適切な選択は、加工精度を確保し、加工作業を適切に配置するために極めて重要である。
通常、仕上げ基準面は加工要件に基づいて最初に選択されます。次に、加工経路を逆算して、必要な仕上げ基準面を加工するための粗加工基準面としてどの面を使用すべきかを特定します。
仕上げ基準点の選択は、加工精度を高めると同時に、簡便かつ確実な段取りを可能にするものでなければなりません。一般的には、以下の原則が用いられます。
基準点の一致
基準点一致の原則とは、選択された位置決め基準点が可能な限り設計基準点と一致するようにすることで、基準点の不一致によって生じる位置決め誤差を回避することを意味する。
例えば、設計寸法が以下のようになっているとします。
- (A ± Ta/2)
- (B ± Tb/2)
表面PとNは既に機械加工と検査が完了している。
調整方法を用いて平面Mをフライス加工する場合、設計寸法（B±Tb/2）を保証するために2つの方式を採用することができる。
- 設計基準面Nを主たる位置決め基準面として使用する
- 底面Pを主要な位置決め基準面として使用する
位置決め基準面が設計基準面と一致しない場合、基準面の不一致による位置決め誤差が発生します。
統一データ
統一基準点の原則とは、異なる機械加工工程全体を通して、可能な限り同じ位置決め基準点を使用すべきであるということを意味する。
これにより、基準点の変更によって生じるセットアップエラーを最小限に抑え、表面間の位置精度を確保し、治具設計の複雑さを軽減できます。
具体的な例を挙げますと、以下の通りです。
- シャフト部品 ほとんどの作業において、2つの中央の穴を使用して位置決めするのが一般的です。
- ハウジング部品は、多くの場合、1つの面と2つの穴を使用して位置決めされます。
実際には、基準点一致の原則と統一基準点の原則を常に同時に満たすことができるとは限らず、実際の製造条件によっては妥協が必要になる場合がある。
自己参照データム
加工代を小さく均一にする必要がある特定の仕上げ加工においては、加工面自体を位置決め基準面として使用することができる。
この表面と他の表面との位置精度は、これまでの工程によって確保されており、今回の工程では主に表面仕上げと寸法精度の向上を図る。
典型的な例は次のとおりです。
これらの工程では、事前に加工された表面自体が位置決め基準面として機能する。
相互基準と繰り返し加工
2つの面間で均一な加工代または高い位置精度が要求される場合、繰り返し加工を行う際に、2つの面を交互に互いの基準面として使用することができる。
例えば、旋盤の主軸では：
- ベアリングジャーナルとテーパー穴には、非常に高い同軸度と加工精度が求められる。
- ジャーナルは、まずテーパー穴を基準として研削してもよい。
- その後、ジャーナルを基準としてテーパー穴を研削することができる。
繰り返し機械加工を行うことで、必要な精度を達成できる。
もう一つの例は、精密焼入れされた歯車です。
硬化層が薄いため、研削代は小さく均一に保つ必要がある。
- 歯面を基準面として、まず穴を研削してもよい。
- その後、その穴を基準面として歯面を研削することができる。
これにより、均一な研削代と、組立基準点に対する高い位置精度が確保されます。
粗測地基準点の選択
粗測地基準点の選択は、以下の点を満たすべきである。
- 加工面と未加工面の位置関係を確認する
- 加工代を適切に配分する
- 後続の作業に適した仕上げ基準点を提供する
以下の原則は一般的に適用されます。
（１）加工面と未加工面の位置関係を確保する。この場合、未加工面を粗い基準面として選択する。未加工面が複数存在する場合は、加工面に対して位置精度が最も高い面を選択する。
（２）加工面すべてに十分な加工代を確保する。一般的には、加工代が最も小さい面を粗加工基準面として選択する。
（３）重要な面には均一な加工代を確保する。重要な面自体を粗加工基準面として選択してもよい。例えば、工作機械のガイドウェイには以下のことが求められる。
- 高い硬度
- 均一な耐摩耗性
- 均一な材料構造
したがって、ガイドウェイ表面から除去される加工代は小さく、かつ均一であるべきである。
ガイドウェイ面自体を粗加工基準面として選択することで、まず機械ベッドの脚部を加工し、加工されたベッド脚部の表面を使用してワークピースをガイドウェイ加工のために位置決めすることができ、均一な材料除去が保証される。
（４）安定した位置決めと確実なクランプを確保する。粗基準面として選択する面は、以下の点を避けつつ、できる限り平坦で滑らかであるべきである。
- 鍛造フラッシュ
- 鋳造ライザーマーク
- その他の表面欠陥
安定した設置を確保するためには、十分な表面積も必要である。
（５）粗面の繰り返し使用は避けてください。粗面は未加工のブランク面であるため、寸法精度や表面仕上げが比較的劣ります。
同じ粗加工基準点を同じ方向に繰り返し使用すると、各段取り時に工作物、工作機械、切削工具間の相対位置が保証されず、重大な加工誤差が生じる。
