寸法公差、形状・位置公差、表面粗さの関係は、機械の専門家でなければ理解できない

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一、寸法公差、形状・位置公差、表面粗さの数値的な関係：1 b" f0 Q4 g& L+ g1 G5 ^ 1、形状公差と寸法公差の数値的関係　寸法公差の精度が決まると、形状公差にも適切な数値が対応しており、一般的には寸法公差値の約50％を形状公差値とする；計測機器業界では、寸法公差値の約20％が形状公差値として扱われる；重工业界では、形状公差値として約70％の寸法公差値が用いられる。これにより、寸法公差の精度が高くなるほど、形状公差が寸法公差に占める割合は小さくなることがわかる。したがって、設計時に寸法公差や形状公差の要件を定める際、特別な場合を除き、寸法精度が決まったら、一般的に寸法公差値の50％を形状公差値とする。これは製造面でも品質確保の面でも有益である。- n% A% I2 ]1 r) t; o" N* L 2、形状公差と位置公差の数値的関係　形状公差と位置公差の間にも一定の関係が存在する。誤差の発生原因から見ると、形状誤差は工作機械の振動、工具の振動、主軸の振れなどが原因で生じる；一方、位置誤差は、工作機械のガイドレールが平行でないこと、工具の取り付けが平行でないか垂直でないこと、クランプ力の作用などによって生じる。また、公差帯の定義から見ると、位置誤差には測定対象表面の形状誤差も含まれており、例えば平行度誤差には平面度誤差も含まれるため、位置誤差は形状誤差よりもはるかに大きい。したがって、一般的な場合で、特に別の要求がない限り、位置公差が与えられたら、形状公差は与えられなくなります。特別な要求がある場合は、形状公差と位置公差の両方を指定することができますが、指定される形状公差の値は位置公差の値よりも小さくなければなりません。そうでないと、製造時に設計要件に従って部品を作ることができません。3 b/ N7 a0 B$ V$ t 3、形状公差と表面粗さの関係% }/ i2 H2 Y# M* B, n 形状誤差と表面粗さの間には数値的・測定上の直接的な関連はないものの、一定の加工条件の下ではある程度の比例関係が存在する。実験研究によると、一般的な精度の場合、表面粗さは形状公差の1／5～1／4を占める。これにより、形状公差を確保するためには、対応する表面粗さの高さパラメータの最大許容値を適切に制限すべきであることがわかる。: o6 U: i! F4 _# } 　一般的に、寸法公差、形状公差、位置公差、表面粗さの間の公差値には、以下のような関係が成り立ちます。つまり、寸法公差＞位置公差＞形状公差＞表面粗さの高さパラメータです。寸法、形態・位置、表面粗さの数値的な関係から明らかなように、設計時にはこれら3つの数値関係を適切に調整する必要があります。また、図面に公差値を記載する際には、同じ表面の表面粗さの数値は、その形状公差値よりも小さくなければなりません； そして、形状の公差値は位置の公差値よりも小さくなければならない；位置の各差は、その寸法公差値よりも小さくなければならない。さもなければ、製造に様々な問題が生じます。しかし、設計作業で最も多く関わってくるのは、寸法公差と表面粗さの関係、および各種の嵌合精度と表面粗さの関係をどう扱うかということです。 　　一般的には、以下の関係で決定される：1、形状公差が寸法公差の60％（中程度の相対的幾何精度）の場合、Ra≤0.05IT；2、形状公差が寸法公差の40％（より高い相対的幾何精度）の場合、Ra≤0.025IT；3、形状公差が寸法公差の25％の場合（高い相対的幾何精度）、Ra≤0.012IT；4、形状公差が寸法公差の25％未満の場合（超高度な相対幾何精度）、Ra≤0.15Tf（形状公差値）。; ]$ F( L! G# H Z! H1 g8 V3 H 　最も簡単な目安値：寸法公差は粗さの3～4倍とすると、最も経済的です。( U* u, L7 h3 v/ ~; T) o6 U 二、形態・位置公差の選定2 S; k" i8 F9 w& a# @ 1、形態・位置公差項目の選定：G& n2 K9 H4 v$ S　図面に記載されている形態・位置公差項目およびそれに対応する形態・位置誤差検出項目を減らすため、総合的な管理項目としての機能を十分に発揮させるべきである。 　　機能要件を満たす前提のもと、測定が簡単な項目を選ぶべきである。例：同軸度の公差は、しばしば半径方向の円跳び公差に置き換えられる。ただし、半径方向の円跳びは同軸度誤差と円筒面の形状誤差が合わさったものであるため、置き換える際には与える跳びの公差値を同軸度の公差値よりやや大きくする必要があり、そうでないと過度に厳しい要求となってしまいます。 2、公差原則の選択0 h- A R5 g6 k! {' \ 　　測定対象要素の機能要件に基づき、公差の機能を十分に発揮でき、かつその公差原則を採用することの実現可能性と経済性を考慮すべきである。 　　独立原理は、寸法精度と形状・位置精度の要求が大きく異なり、それぞれを満たす必要がある場合、または両者に関連性がない場合、動作精度や密封性、規定されていない公差などを保証するために用いられます。 　　包含要件は、組み合わせ性を厳格に保証する必要がある場面で主に使用されます。 　　最大実体要件は中心要素に用いられ、一般的には部品の要求が組み付け可能性（嵌合性の要件はない）である場合に使用されます。 　　最小実体要件は、部品の強度や最小壁厚を保証する必要がある場面で主に使用されます。 　　可逆要求を最大（最小）実体要求と組み合わせることで、公差帯を十分に活用し、測定対象要素の実際の寸法範囲を拡大し、効率を向上させることができる。使用性能に影響を与えない範囲で選択できます。2 Z7 n2 F( x. Z' A% ~$ ?0 Y d 3、基準要素の選択 1）基準部位の選択% M7 O2 y9 ^% `$ G/ k" U: e 　　（1）部品が機械内で位置決めされる接合面を基準部位として選ぶ。例えば、ケースの底面と側面、ディスク状部品の軸線、回転部品の支持軸受や支持穴などです。　　（2）基準要素は、位置決めが安定かつ確実に行えるよう、十分なサイズと剛性を有していなければならない。例えば、2本以上の離れた軸を組み合わせて共通の基準軸とする方が、1本の基準軸を使うよりも安定します。　　（3）加工が比較的精密な表面を基準部として選ぶ。　　（4）組立、加工、検査の基準をできるだけ統一する。これにより、基準の統一がなされていないことによる誤差を排除できる；治具や計測器具の設計・製造も簡素化でき、測定が容易になる。" j Q& W$ P+ S 2）．基準数の決定　一般的には、公差項目の指向性や位置決めの幾何学的機能要件に基づいて、基準の数を決定するべきである。方向公差はほとんどの場合、基準が1つあればよいが、位置決め公差には1つ以上の基準が必要である。例えば、平行度、垂直度、同軸度の公差項目においては、一般的に平面1つまたは軸線1本を基準要素として使用する；位置度の公差項目においては、穴列の位置精度を決定するために、2つまたは3つの基準要素が必要になる場合があります。/ m' r6 l2 @& I4 P( N8 Q8 J' B3 x 3）。基準順序の決定　2つ以上の基準要素を選択する場合は、基準要素の順序を明確にし、許容差欄に第1、第2、第3という順番で記入する。第1の基準要素が最も重要で、第2の基準要素がそれに次ぐ。 4、形状・位置公差値の選定　　基本原則：部品の機能を満たす前提のもと、最も経済的な公差値を選択する。 ◆部品の機能要件に基づき、加工の経済性および部品の構造・剛性を考慮して、表に従って要素の公差値を決定する。また、以下の要因も考慮する：◆同一要素によって与えられる形状公差は、位置公差値よりも小さくすべきである；◆円筒形部品の形状公差値（軸線の直線度を除く）は、その寸法公差値よりも小さくなければならない；平面の場合と同様に、平面度の公差値は、その平面が基準面に対して持つ平行度の公差値よりも小さくなければならない。◆平行度の公差値は、対応する距離の公差値よりも小さくなければならない。◆表面粗さと形状公差のおおよその比率関係：通常、表面粗さのRa値は形状公差値の（20％～25％）とすることができる。◆以下の場合、加工の難易度や主要パラメータ以外の要因の影響を考慮し、部品の機能要件を満たす範囲で、1～2ランク適宜下げて選定する：○穴対軸；○細長くて比較的大きな軸と穴；距離が大きい軸と穴；○幅が大きい（長さの1/2以上）部品の表面；○線対線および線対面の、面同士に対する平行度・垂直度の公差。 5、形状・位置の公差未指定規定 8 g- l8 C/ K1 v# u　図面を簡略化するため、一般的な工作機械による加工で確保できる形状・位置の精度については、図面に形状・位置の公差を記載する必要はない。形状・位置の公差未指定については、GB/T1184-1996の規定に従う。大まかな内容は以下の通りです：1 M% \( I) @1 @- A9 A( W （1）直線度、平面度、垂直度、対称度、円跳動については、それぞれH、K、Lの3つの公差等級が規定されている。（2）円度の公差値は直径の公差値と同等であるが、半径方向の円跳動の公差値を超えてはならない。（3）指定されていない円筒度の公差値は定められず、要素の円度公差、素線の直線度、および相対素線平行度の指定された公差または未指定公差によって制御される。（4）指定されていない平行度の公差値は、測定対象要素と基準要素間の寸法公差と、測定対象要素の形状公差（直線度または平面度）の指定されていない公差値のうち大きい方とし、両要素のうち長い方を基準とする。（5）同軸度の公差値は規定されていない。必要に応じて、同軸度の規定なし公差値を円の跳ね上がりの規定なし公差とすることができる。（6）非指示線の輪郭度、面の輪郭度、傾斜度、位置度の公差値は、各要素の指示されたまたは非指示の線形寸法公差、もしくは角度公差によって制御される。（7）指定されていない全振れ公差値は規定されていない。5 6、形状・位置の公差値が指定されていない図面の表記# D/ U" K8 l/ L' `& L　GB/T1184-1996で定められている公差値を用いる場合は、見出し欄または技術仕様において、その規格および等級のコードを明記しなければならない。 「GB/T1184—K」　　図面に「公差原則はGB/T 4249に準ずる」との記載がない場合、作業公差は「GB/T 1800.2-1998」の要求に従って定めなければならない。