CNC加工において、加工面の滑らかさは非常に重要な指標です。表面仕上げとは、表面の質感や滑らかさを指すもので、部品の美観に影響を与えるだけでなく、その性能を左右する上でも重要な役割を果たします。摩擦、耐摩耗性、さらには潤滑剤の保持能力といった要素は、表面処理の精度に左右されるのです。
表面仕上げとは
機械加工表面仕上げとは、CNC 機械加工中の部品表面の微細形状の品質を指します。この品質は、表面の平滑性、加工痕の規則性、表面粗さの程度によって評価されます。
表面仕上げは部品の機能に影響を与える重要な要素の 1 つです。部品の摩擦、摩耗、疲労強度、シール、接触剛性、振動、騒音に影響します。
機械加工された表面仕上げは通常、次のパラメータを使用して測定されます。
Ra（粗さ平均）：これは最も一般的に使用される表面粗さのパラメータであり、サンプリングされた表面の長さに沿った絶対値の算術平均高さを表します。
Rz（10点平均高さ）：これは、サンプリング長における最も高い5つのピークから最も低い5つの谷までの平均値を表します。
Rmax（最大高さ）：これは、サンプリング長内の最高ピークから最低トラフまでの絶対的な高さです。
Rq（二乗平均平方根粗さ）：これは表面高さ分布の二乗平均平方根値であり、Raよりも表面の山と谷に関するより多くの情報を提供します。
さらに、Rv、Rp、Rsk など、表面のさまざまな特性を説明するために使用できる、他にも多くの表面仕上げパラメータがあります。表面仕上げの測定は、接触（マイクロメートルなど）または非接触（レーザースキャンなど）方法で実行できます。設計および機械加工のプロセスでは、部品の特定の用途に基づいて適切な表面仕上げレベルを選択する必要があります。一般に、表面仕上げレベルが高いほど粗さが低いことを意味しますが、加工コストも高くなります。
エンジニアリング製造において表面仕上げが重要なのはなぜですか?
表面粗さは部品の性能、寿命、コストに直接影響するため、エンジニアリング製造における表面粗さの重要性はさまざまな側面に反映されています。
摩擦特性：表面粗さは摩擦係数に影響を与え、ひいては部品の摩耗率と潤滑要件に影響します。滑らかな表面は摩擦を低減し、機械効率を向上させます。
-シール性能：シリンダーやバルブなど、シールが必要な部品の場合、表面粗さが低いほどシール効果が向上し、漏れを防ぐことができます。
-疲労強度：粗い表面にある小さなピットや亀裂は、疲労亀裂の発生点となり、部品の疲労寿命を低下させる可能性があります。
-接触剛性と組立品質：表面粗さは部品間の接触面積に影響を与え、ひいては組立時の接触剛性と荷重分布に影響を与えます。
・耐腐食性：表面が滑らかであればあるほど隙間が少なくなり、腐食性物質が蓄積しにくくなるため、耐腐食性が高くなります。
-光学特性：光を反射する必要のある部品（鏡など）の場合、光学性能を確保するためには表面粗さを非常に低くする必要があります。
CNC 加工における表面仕上げに影響を与える要因
表面仕上げはさまざまな要因の影響を受ける可能性がありますが、主な要因は次のとおりです。
処理方法
加工方法 (旋削、フライス加工、研削、研磨など) が異なると、表面特性も異なります。たとえば、研削を行うと、旋削よりも表面が滑らかになることがよくあります。
ツールの状態
工具の材質、形状、切れ味、摩耗状態などは、表面仕上げに大きな影響を与えます。鈍い工具や磨耗した工具は、表面の仕上がりを悪くします。
処理パラメータ
切削速度、送り速度、切込み深さを含みます。切削速度が速いほど滑らかな表面が得られますが、速すぎると工具の熱損傷により表面品質が低下する可能性があります。送り速度と切込み深さを小さくすると、面粗さが小さくなります。
被削材
材料が異なれば、硬度、靭性、内部応力状態などの加工特性も異なり、加工後の表面仕上げに影響を与えます。特定の素材では高い仕上がりを実現するのが簡単な場合もあれば、難しい場合もあります。
冷却剤の使用
クーラントは切削ゾーンの温度を下げ、潤滑を提供し、工具の摩耗を軽減し、加工面の平滑性を向上させることができます。ただし、不適切に使用すると、表面の汚染や腐食が発生する可能性があります。
表面仕上げの測定
1. 比較方法
測定面の粗さ値を、一定の値を記した粗さサンプルと比較して求める方法。
特徴：測定が容易で、作業場での現場測定に使用され、中程度または粗い表面の測定によく使用されます。
2. 光切断法
光切断の原理を利用して表面粗さを測定する方法。
使用機器：光学顕微鏡（二管式顕微鏡）
旋削、フライス、プレーニングなどの方法で加工された金属部品の平面または円筒面の測定に適しています。 Rz=～80μmの表面の測定とRy値の同時取得に適しています。
3. 介入方法
光波の干渉原理を利用します。
使用機器：干渉顕微鏡
Rz=0.025～0.84mの極めて平滑な表面の測定に適しています。
4.タッチニードル方式
微細な凹凸の断面形状を針の先端で感じる方法が接触測定です。
測定機器：電気式プロファイル測定器
測定範囲：表面粗さ Ra=0.025～5 μm
特徴：高速で信頼性が高く、操作が簡単で、自動測定とマイクロコンピュータによるデータ処理を容易に実現できます。測定面は傷つきやすいです。
表面特性、表面粗さの加工方法と応用例
| 表面特性 | Ra/μm | 処理方法 | 用途 | |
| 粗い表面 | ナイフ跡がわずかに見える | ≤20 | 荒旋削、荒平削り、荒フライス加工、穴あけ、ヤスリ、鋸引き | シャフト端面、面取り、ドリル穴、ギヤおよびプーリ側面、キー溝底面 |
| 半滑らかな表面 | 微細加工跡 | ≤10 | 旋削、かんな、フライス加工、ボーリング、穴あけ、粗リーマ | シャフトにベアリングやギアが取り付けられていない非嵌合面、ファスナーの自由組立面、シャフトや穴のアンダーカット |
| 微細加工跡 | ≤5 | 旋削、かんな、フライス加工、中ぐり、研削、絞り、荒削り、転造 | 半仕上げ面、要件を満たさずに他の部品と組み合わされるボックス、ブラケット、カバー、スリーブなどの表面 | |
| 加工痕がはっきり見えない | ≤2.5 | 旋削、かんな、フライス加工、中ぐり、研削、絞り、きさげ、プレス、歯のフライス加工 | 仕上げ面付近、ベアリング取付箱の穴あけ面、ギヤの加工面付近 | |
| 滑らかな表面 | 目に見える処理トレースの方向 | ≤1.25 | 旋削、中ぐり、引っ張り、きさげ、ファインリーマ、歯車研削、転造 | 円筒ピン、テーパピン、転がり軸受との合わせ面 |
| 加工痕方向の微小識別 | ≤0.63 | 精密リーマ加工、精密ボーリング加工、研削・削り加工、転造加工 | 高精度旋盤のガイドレール面 | |
| 加工痕の方向が分からない | ≤0.32 | 精密研削、ホーニング、研削、超仕上げ | 精密工作機械主軸テーパ穴、頂部円錐面、エンジンクランクシャフト、カムシャフト作動面、高精度ギア歯面 | |
| 非常に滑らかな表面 | 濃い光沢のある表面 | ≤0.16 | 精密研削、研削、一般研磨 | シリンダーライナー内面、ピストンピン表面 |
| 明るい光沢のある表面 | ≤0.08 | 超精密研削、精密研磨、鏡面研削 | 精密工作機械の主軸ジャーナル表面、転がり軸受のボール、高圧オイルポンプのプランジャとプランジャスリーブの合わせ面 | |
| 鏡のような光沢のある表面 | ≤0.04 | |||
| 鏡面 | ≤0.01 | 鏡面研削、超精密研削 | 高精度測定器や測定ブロックの作業面、光学機器の金属鏡面 | |
結論
表面仕上げとは、材料の表面の平坦度と滑らかさを指します。これは、表面処理の品質を測定するための重要なパラメータです。正確な表面仕上げを実現するのは難しく、コストが高くなる可能性がありますが、心配する必要はありません。当社には、これらの課題を克服するために必要なサポートを提供する専任チームがいます。EASIAHOME は、機械加工部品の表面仕上げ要件の達成を支援します。
