公差を一段階厳しくするとコストはどれだけ増えるか

公差を一段階厳しくすると、CNC切削時間はなぜ延びるのか。精度の向上は、切削パラメータの低減と切削経路の細分化によるからである。公差が±0.05 mmから±0.02 mmに厳しくなると、工具の送り速度と切り込み深さを下げて、切削力による弾性変形と熱変位を抑える必要がある。同時に、粗加工と仕上げ加工の間に中仕上げ工程を挟み、残留応力を段階的に解放する。アルミ合金のフライス加工を例にとると、送り速度を下げると1刃あたりの切削時間は増えるが、実際の倍率はワーク形状、治具剛性、冷却方法によって決まり、一定の比率ではない。バイヤーにとって、部品が組み付け基準面やシール面であれば、公差の引き締めには機能的な価値がある。外観面や非接触面であれば、±0.05 mmを維持すれば通常は十分である。

CNCの工程によって、公差を厳しくした場合のコスト反応は同じだろうか。実はその差はかなり明確である。CNC旋削は剛性の高い回転体加工であり、公差を±0.05 mmから±0.02 mmに厳しくした場合、時間の増加は主に仕上げ旋削経路の細分化と測定回数の増加による。CNCフライス加工は、工具の長径比と切削力の方向の関係から、公差の引き締めは薄肉品、深穴品、長尺品に顕著な影響を与える。5軸加工は多面を一度に成形する状況では、公差の引き締めは主に後処理と測定時間に影響する。スイス型自動旋盤はクランプの安定性が高く、長径比の大きい細長い部品に適しているため、公差を厳しくした場合のコスト増加は比較的小さい。ただし、材料と工具の適合が適切であることが前提である。バイヤーが公差コストを評価する際は、まず部品形状がどの工程に適しているかを確認し、その上で公差を厳しくする必要性を判断すべきである。

買い手はRFQ段階で、公差を本当に厳しくする必要があるかをどう判断すべきか。3つの観点から検討することを推奨する。第一に、公差が機能上の要件かどうかを確認する。組み付け位置面、シール面、軸受嵌合面、気密面などは機能寸法であり、公差を厳しくすることに工学的価値がある。外観面、非接触面、加工代面は、より緩い公差を維持してよい。第二に、公差が後工程で達成可能かどうかを確認する。一部の部品は、研削、研磨、表面処理などの後工程で精度を達成できるため、前段のCNC加工で公差を厳しくする必要はない。第三に、公差帯が合理的かどうかを確認する。ISO 2768の中級等級と精密等級は、多くの機械加工ニーズをカバーしている。図面の公差がISO精密等級より厳しい場合は、明確に指示し、機能上の理由を説明する必要がある。元順利はCNC旋削、フライス加工、5軸加工、スイス型自動旋盤の4工程において、精密公差0.007 mm、表面粗さRa 0.3 µmを達成可能であり、買い手は機能上の要件に応じて公差等級を指定でき、過剰設計によるコスト浪費を回避できる。

公差を厳しくする際、表面粗さも同時に調整する必要があるか。両者は通常連動するが、絶対ではない。公差は寸法精度を指し、表面粗さは微視的な表面テクスチャを指す。公差が±0.05 mmから±0.02 mmに厳しくなった場合、機能上の要件が寸法精度のみに関わるなら、表面粗さは元の仕様を維持してよい。シール、気密、摺動嵌合に関わる場合は、粗さ仕様も同時に見直す必要がある。一般的な対応関係は、公差が厳しいほど工具送り速度が低く、切削痕が細かくなり、粗さは自然に低下する。ただし、材料の粘着性が高い場合（ステンレス鋼、銅合金など）は、切削液と工具形状の調整によってRa 0.3 µmレベルを達成する必要がある。元順利は表面粗さRa 0.3 µmを達成可能であり、買い手は部品の機能に応じて公差と粗さを同時に指定でき、公差のみを厳しくして粗さ要件を無視することを回避できる。