大型旋盤加工の精度(振れ・芯出し)は、何を確認すれば判断できるか？

まず確認すること

大型旋盤加工の精度を「何mmまで出せますか」と一括りに聞かれても答えにくいのは、精度がサイズだけで決まらないからです。同じφ500クラスの部品でも、標準的な段取りでは公差±0.05mm程度、高精度対応の立旋盤を使えば±0.01mm程度まで追い込めるという実例があり、[1] 機械選定そのものが精度を左右する変数になります。深江特殊鋼は超大型NC旋盤φ1,200×15,000mmを含む大型旋盤4台を保有しており、[9] 長尺ロールやシリンダーの加工事例では、多点振れ止めとテールストック側フェースプレートを併用して長尺物を軸方向にも支持する方式が採られています。[10] この記事では、振れが起きる原因の切り分け方と、芯出し・振れ止めの基礎を、JIS規格の考え方とあわせて整理します。[2]

納期が遅れやすいポイント

• 大型旋盤の見積で「振れ・同軸度は基準面次第」とだけ言われ、何を指定すればよいか分からない
• 長尺シャフトを旋盤加工すると図面公差に収まらず、原因がたわみか熱変形か芯ずれか切り分けられない[3]
• もみつけ(芯出し)の深さをどこまで管理すべきか、社内で基準が明文化されていない
• 振れ止めを使ったのに逆に精度が落ちた経験があり、支持圧の目安が分からない
• 小型旋盤の公差感覚のまま大型旋盤に発注し、公差が緩いと後から指摘された[2]

Q. 大型旋盤で振れが起きる原因は何か？

A. 旋盤加工での切削力によるたわみ、熱変形による軸方向の拘束、チャックと芯押し軸の芯ずれ(オーバーポジショニング)の3系統です。[3] ラジアル方向の切削力は、ワークの剛性が足りないと水平方向にたわませます。長さ÷直径(L/d比)が25を超えると軸方向の切削力による曲げモーメントも無視できなくなり、この時点で工具の突き出しや送り条件を見直すべき「スレンダー(長尺・細径)」な条件として扱う必要があります。[3] 加えて、切削で発生した熱によりワークが軸方向に伸びようとしますが、チャックとテールストックの位置は固定されているため、この伸びが拘束されて圧縮方向の力に変わり、mm単位のたわみとして現れます。[3] もう一つの原因が、チャックの把持面とテールストックのセンタ穴の芯ずれ(オーバーポジショニング)です。この場合は切削力や熱とは別の、位置決め誤差そのものが振れの原因になります。[3] 大型旋盤(唐津プレシジョンLTⅡ φ1,200×15,000mmなど)は長尺物を前提にベッド剛性・主軸出力が設計されているため、[4][9] サイズが大きいこと自体は精度低下の直接原因ではなく、この3系統のどこが崩れているかを切り分けることが先です。

Q. 振れ公差と芯出し(センタリング)は、それぞれ何を確認すればよいか？

A. 振れ公差はJIS B 0021に基づく実測ベースの幾何公差、芯出しは旋盤での穴あけ前の下ごしらえ工程で、それぞれ確認する内容が異なります。[5][7] 振れ公差は、部品を実際に基準軸まわりに回転させ、ダイヤルゲージでmm単位の変位を読む実測評価です。断面1か所を見る円周振れと、軸方向の移動も含む全振れがあり、全振れは真直度や円筒度など、より多くの要因の影響を受けるぶん、円周振れより厳しくなりやすい指標です。[5] 振れは、真円度のズレと同軸度のズレ、肉厚差が同時に効いて出てくる現象です。振れの数値だけを詰めても、その内訳(どれが効いているか)を別に管理しないと再発します。[5] 芯出し(もみつけ)は、平面上で工具先端が逃げないよう、ドリル加工の前に浅い誘い穴を旋盤で加工する工程です。深さは仕上げ用ドリルの先端角より浅くする必要があり、深すぎると逆に仕上げドリルが逃げるすきまを作ってしまい、位置精度を悪化させます。[7] 芯出しの起点がずれると、そのまま後工程の穴曲がりの起点にもなります。[7] 振れ止めは、この振れを抑える旋盤側の支持機構です。固定振れ止めはベッド上の1点で支持し、すでに旋削済みの丸い部分に当てるのが基本で、移動振れ止めは刃物台側に付いて切削点近くを連続的に支持します。支持圧は強すぎればワークを変形させ、弱すぎればたわみを抑えられないため、材料と剛性に応じて調整する技能が必要です。[8]

Q. 発注前に、精度をどう数値で確認すればよいか？

A. 機械サイズごとの公差水準を前提にしたうえで、どの面を基準にするか、どう測定するか、近い実例はあるかを順にそろえて確認します。[2][6] JIS B 6202:1998(普通旋盤の精度検査)は、精密旋盤(Da≦500かつDC≦1,500)と、それ以外の一般旋盤をDa≦800とDa>800でさらに分けて公差を規定しています。たとえば主軸センタの振れ(芯出し精度に直結する項目)は、精密旋盤で0.01mm、Da≦800の一般旋盤で0.015mm、Da>800では0.02mmと、機械が大きくなるほど許容値は緩くなります。[2] つまり大型旋盤に精密旋盤と同じ公差感覚をそのまま持ち込むと、見積や検査の基準がかみ合いません。 同軸度は、データムを基準にした理論上の位置公差である点が振れとは異なります。実務では測定しやすい振れで代用されることが多いものの、同軸度を指示する場合は必ずデータムを明示する必要があります。[6] 発注時は、振れ公差と同軸度、真直度、面粗度について、それぞれどの面を基準にするかを合わせて伝えると、見積・加工条件の食い違いが減ります。[6] 深江特殊鋼の公開事例では、S45C圧延ロール(φ800×L2,500mm)でクラウニング形状誤差±0.01mmを達成した実例や、SNCM220製シリンダー(φ280×L5,100mm)で旋盤荒加工後にBTA深穴加工へつなぐ実例があります。[10] 自社の図面条件をこうした実例と比較すると、径・長さが近いのか、公差がより厳しいのかを判断しやすくなります。

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