取り代が加工精度に与える影響！

機械加工製品に対する品質要求の継続的な向上に伴い、人々は製品品質を向上させる方法と対策の探求に多くの時間と労力を費やしてきましたが、加工工程における取り代が製品品質に与える影響を無視し、加工中に余裕があれば製品品質に大きな影響を与えないと信じてきました。実際の機械製品加工において、部品の取り代の大きさが製品の品質に直接影響を与えることが分かっています。取り代が小さすぎると、前工程で残った形状・位置誤差や表面欠陥を除去するのが難しくなります。取り代が大きすぎると、機械加工の作業負荷が増加するだけでなく、材料、工具、エネルギーの消費も増加します。さらに深刻なのは、加工中に大量の取り代を削り取ることで発生する熱が部品の変形を引き起こし、部品加工の難易度を高め、製品品質に影響を与えることです。そのため、部品の取り代を厳密に管理する必要があります。

1. 取り代の概念

取り代とは、機械加工中に加工面から削り取られる金属層の厚さのことです。取り代は、工程取り代と総取り代に分けられます。工程取り代とは、ある工程で特定の面から削り取られる金属層の厚さのことで、隣接する工程の前後の工程サイズの差によって決まります。総取り代とは、ブランクから完成品までの機械加工工程全体において、特定の面から削り取られる金属層の厚さの合計、つまり部品の同一面におけるブランクサイズと部品サイズの差のことです。総取り代は、各工程の取り代の合計に等しくなります。ブランクの製造や各工程のサイズには必然的に誤差が生じるため、総取り代と工程取り代はどちらも可変値であり、最小取り代と最大取り代が現れます。加工代と公差を図1に示します。図中、最小加工代とは、前工程の最小工程サイズと現工程の最大工程サイズの差です。最大加工代とは、前工程の最大工程サイズと現工程の最小工程サイズの差です。工程加工代（最大加工代と最小加工代との差）の変化範囲は、前工程と現工程の寸法公差の合計に等しくなります。工程寸法の公差域は、通常、部品が本体に入る方向に指定されます。軸部品の場合、基本サイズは最大工程サイズ、穴の場合は最小工程サイズです。

2. 加工代が加工精度に与える影響の解析

2.1 過剰な加工代が加工精度に与える影響

部品は加工工程中に必然的に切削熱を発生します。この切削熱の一部は鉄粉や切削液に奪われ、一部は工具に伝わり、一部はワークに伝わり、部品の温度が上昇します。この温度は、取り代の大きさと密接に関係しています。取り代が大きい場合、荒加工時間は必然的に長くなり、切削量もそれに応じて増加するため、切削熱が増加し、部品温度が上昇します。部品温度の上昇によって引き起こされる最大の弊害は、部品が変形することです。特に温度変化に敏感な材料（ステンレス鋼など）の場合、この熱変形は加工工程全体に影響を及ぼし、加工の難易度を高め、製品品質に影響を与えます。例えば、ネジ棒などの細軸部品を加工する場合、ワンクランプワントップ加工法を採用しているため、長さ方向の自由度が制限されます。このとき、ワーク温度が高すぎると熱膨張が発生します。長さ方向の伸びが阻害されると、応力の影響でワークが必然的に曲がったり変形したりし、後の加工に大きな支障をきたします。ワークは加熱後に曲がったり変形したりします。このとき加工を続けると、突出した部分が加工されて完成品になります。室温まで冷却した後、応力を受けて変形し、形状や位置の誤差が生じ、品質に影響を与えます。ワークは室温で曲がったり変形したりします。直径が拡大した後、拡大した部分が切断され、ワー​​クが冷却した後に円筒度と寸法の誤差が発生します。精密ネジを研削する場合、ワークの熱変形によってピッチ誤差も発生します。

2.2 加工代が小さすぎる場合の加工精度への影響

部品の取り代は大きすぎても小さすぎてもいけません。取り代が小さすぎると、前工程で残った幾何公差や表面欠陥が除去できず、製品品質に影響を及ぼします。部品の加工品質を確保するために、各工程で残される最小取り代は、前工程の最小取り代の基本要件を満たす必要があります。部品の内穴の最小取り代は、内穴を加工する部品で構成されます。前工程で穴の軸が基準軸からずれて位置誤差nがあり、内穴に円筒誤差p（テーパー、楕円など）と表面粗さ誤差hがある場合、穴あけ前の幾何公差を除去するために、穴あけ工程の片面最小取り代には、上記の誤差や欠陥の値を含める必要があります。この工程では、穴あけ加工時にワークピースの取り付け誤差、つまり、元の穴軸と取り付け後のワークピースの回転軸との間の誤差eと、この工程での穴あけ加工時の寸法公差Tを考慮すると、この工程の最小加工代zは次の式で表すことができます。z ≥ T / 2 + h + p + n + e（片側許容差）

部品や工程によって、上記の誤差の値や現れ方も異なります。工程取り代を決定する際には、異なる処理を適用する必要があります。例えば、細いシャフトは曲がりや変形が発生しやすく、母線直線誤差が直径サイズの公差範囲を超えているため、工程取り代を適切に拡大する必要があります。フローティングカッターなどのツールを使用して加工面自体を位置決めする工程では、取り付け誤差eの影響を無視でき、それに応じて工程取り代を小さくすることができます。主に表面粗さを低減するために使用される一部の仕上げ工程では、工程取り代の大きさは表面粗さhにのみ関連しています。

3. 適切な加工代の選択

部品の取り代選定は、部品の材質、サイズ、精度、加工方法と密接に関連しており、具体的な状況に応じて決定する必要があります。部品の取り代を決定する際には、以下の原則に従う必要があります。

（１）最小加工代を設けることで加工時間を短縮し、部品の加工コストを削減することができます。

（2）特に最終工程においては、十分な取り代を確保する必要があります。取り代は、図面に規定された精度と面粗さを確保できるものでなければなりません。

（３）取り代を決定する際には、部品の熱処理による変形を考慮する必要があり、そうでないとスクラップが発生する可能性がある。

（４）加工代を決定する際には、加工方法や加工設備、また加工過程で生じる変形等を考慮する必要がある。

（5）取り代を決定する際には、加工する部品のサイズを考慮する必要があります。部品が大きいほど、取り代も大きくなります。部品のサイズが大きくなると、切削抵抗や内部応力などによる変形の可能性も高まるためです。