1. 応力下でのプロセスシステムの変形の制御: 剛性の向上と負荷の最適化
プロセスシステムの力による変形は、ピースのサイズが不適切になる直接的な原因となります。たとえば、ガントリーフライス盤を使用して巨大な平坦面を製造する場合、ツールホルダーの重量によりクロスビームが 0.1 ～ 0.3 mm 曲がる可能性があり、これがワークピースの過度の平坦化の直接的な原因となります。このような問題を解決するには、次の 3 つの観点から最適化を行う必要があります。
接触剛性の強化
工作機械のガイドやスピンドルベアリングなどの重要な部品の適合性を高めることで、接触剛性を大幅に向上させることができます。たとえば、事前に締め付けられた転がりベアリング技術を使用してナットに予荷重を加えると、メイン シャフトとベアリングの間のスペースがなくなります。-これにより、実際の接触面積は 30% ～ 50% 増加し、接触剛性は 2 倍以上に増加します。この技術を使用した後、自動車部品を製造する会社は、クランクシャフトコンロッドネックの真円度誤差を 0.015mm から 0.005mm に削減しました。
ワークの剛性を高める
補助サポートは、シリンダー ブロックやトランスミッション ハウジングなどの薄肉のアイテムをより堅くするために必要です。{0}薄肉ケーシングの加工には、「ガードシャフト+チップ」複合クランプ方式が使用されます。まず、内側の穴を適切なサイズに加工します。次に、内穴の隙間に合わせたガードシャフトを挿入し、前後の先端で固定します。これにより、外周加工時のワークの剛性が 4 ～ 6 倍向上し、円筒度誤差は 0.02mm 以内に抑えられます。また、ツールホルダーやセンターフレームなどは、細いシャフトが過度に振動するのを防ぐのに役立ちます。トランスミッションシャフトの加工に関するケーススタディでは、双輪フローティングサポートシステムを使用すると、加工振動の振幅が 80% 削減され、破損率が 15% から 2% 未満に減少することがわかりました。
負荷の割り当ての最適化
クランプ力の方向と作用点を正しく設計すれば、局所的な応力集中を回避できます。たとえば、アルミニウム合金ホイールを使用する場合、アキシャル クランプの代わりにラジアル クランプが使用されます。これにより、クランプ力がホイール全体に均等に分散され、ワークピースの変形が 60% 削減されます。有限要素解析 (FEA) を使用すると、クランプ力の分布をモデル化し、不規則なピースの治具の構造を改善できます。
2. 熱変形の制御: 温度場のバランスをとり、放熱を改善します。
切断時に変形する主な原因は熱です。たとえば、高速回転時には工具の刃先温度が 850 度を超え、工具ホルダが 0.05 ～ 0.1 mm/m 伸びる可能性があり、加工寸法の変化に直接つながります。熱変形の問題を解決するには、ソース管理とプロセス補償という 2 つの点に注目する必要があります。
熱源を分離し熱を逃がしやすくする。
電動モーターや油圧ポンプなどの発熱部品を工作機械の外側に配置し、セラミックファイバーボードなどの断熱材を使用して熱の移動を防ぎます。強制空冷システムにより、スピンドルベアリングやガイドレールなど重要部品の温度上昇を5度以内に抑えます。ある CNC 工作機械メーカーは、クーラント循環システムを改良し、フライス加工中のアルミニウム合金シリンダー本体の熱変形を 0.08 mm から 0.02 mm に改善しました。
温度場のバランスを考慮した設計
ギアボックス本体を加工する際、ギアとベアリングは対称に配置されるため、ギアボックスの壁の温度上昇が均一に保たれ、変形が半分に抑えられます。軸張力の蓄積を軽減し、熱膨張の余地を作るために、細軸部品には「片端固定、片端弾性チップ」クランプ方法が採用されています。
カットの設定を改善する
より速く切削 (Vc) することができ、切削時間を短縮できますが、切削熱と工具の摩耗を抑制することが重要です。テストの結果、Vc を 100m/min から 200m/min に増加すると、単位切削熱は 30% 低下しますが、工具の寿命は 40% 短くなることが示されています。したがって、材料の種類 (アルミニウム合金や鋳鉄など) に基づいてパラメータの最適な組み合わせを選択する必要があります。たとえば、鋳鉄シリンダー本体を加工する場合、送り速度を f=0.2mm/r、切削速度を Vc=150m/min に設定することで、熱変形を 0.03mm 以内に抑えることができます。
3. 内部ストレスの管理: 処置ルートとブランク前処理の設計
内部張力は、加工後に部品の形状が変化する主な理由です。残留応力は、焼き入れ鋼部品の降伏強度の 30% ～ 50% にもなることがあります。これにより、保管中または使用中に部品が曲がったり、割れたりする可能性があります。内部の緊張に関しては、次の 2 つの方法で制御する必要があります。
プロセスのルートの最適化
「荒加工→歪取り焼鈍→精密加工」の工程を経ることで80％以上の残留応力を除去できます。たとえば、クランクシャフトを加工する場合、粗加工後に 600 ～ 650 度で歪取り焼鈍し、4 ～ 6 時間保持し、その後寸法精度まで精密加工すると、再使用時に形状が変化しない可能性があります。薄肉品には「対称加工」を採用。これは、まず片側を所定の深さまで切断し、次に反対側を裏返して応力を軽減することを意味します。
原料の準備
鍛造、圧延などの方法を使用して、ブランク組織をより均一にし、内部の欠陥を除去します。たとえば、ある会社はコンロッドブランクの製造に「等温鍛造」技術を採用しています。この技術により結晶粒径が ASTM 6 ～ 8 レベルまで微細化され、加工後の歪みが 70% 削減されます。また、ブランクのグループ化（大きさや硬さによるグループ化）により、毎回同じ切り代となり、ミスを減らすことができます。
