ワークの保持位置やクランプの原理は何ですか？

基本原則: 最初に位置を決め、次にクランプする

機械加工や製造におけるワーク保持の基本原理はシンプルです。 位置が精度を決定し、クランプで安定性を確保 。これら 2 つの機能は、個別ではあるが連携したアクションとして扱う必要があります。ワークピースを適切に配置する前にクランプしようとすることは、精密製造における寸法誤差の最も一般的な原因の 1 つです。

実際には、これは、クランプ力を加える前に、ワークピースを固定基準面または基準点に対して参照する必要があることを意味します。部品が必要なすべての位置決め面に接触すると、確立された位置をずらすことなく、クランプ力によって部品が所定の位置にロックされます。精密な作業では、この順序は譲れません。

3-2-1 位置決め原理の説明

ワークピースの位置決めに最も広く使用されているフレームワークは、 3-2-1原則 これは、3D 空間内の剛体の 6 つの自由度 (DOF) をすべて拘束します。

• 3点 一次データム平面上 — 3 DOF (1 つの並進、2 つの回転) を拘束します。
• 2点 二次データム平面上 — さらに 2 自由度 (並進 1 つ、回転 1 つ) を拘束します。
• 1点 三次データム平面上 — 最終的な並進自由度を拘束します

これにより、合計 6 つの拘束された DOF が得られます。これは、完全に特定された決定的な位置に正確に必要なものです。過度に拘束すると（慎重に設計せずに 6 つを超える接触点を使用すると）、揺れ、歪み、または着座の不一致が発生する可能性があります。

自由度参照表

位置決め要素の種類とその機能

位置決め要素が異なれば、幾何学的な目的も異なります。適切な要素の選択は、部品の形状、必要な精度、生産量によって異なります。

平面ロケータ

これらは、最も一般的な一次データム参照です。機械加工されたパッドまたはレールは、ワークピースが置かれる安定した平らな表面を提供します。これらの表面の平坦度公差は通常、次の範囲内に保たれます。 0.005mm 高精度治具に。

ピンロケータ

ワークの穴あけに挿入される円筒形のピンは、二次および三次ロケーターとして広く使用されています。丸いピンは 2 つの並進自由度を拘束し、ダイヤモンド (レリーフ) ピンは 1 つを拘束します。この組み合わせにより、2 つのピンを一緒に使用する場合の過剰な拘束が回避されます。

V ブロック ロケーター

円筒状のワークピースに使用される V ブロックは、V 溝の軸に沿って部品を自動的に心出しします。これらは、直径の変動を自動的に補正する必要があるシャフトやバーの加工で特に一般的です。

ゼロポイントロケーターシステム

現代の精密製造はますます依存しています。 ゼロポイントロケータ 機械と治具の間、または複数の治具とパレットの間に、再現可能な高精度のデータム基準点を確立するシステム。これらのシステムは、スプリング式または油圧レシーバーと係合する硬化プルスタッドまたはボルトを使用し、 繰り返し精度±0.002mm以内 。ゼロポイントシステムにより、切り替えのたびに治具を再表示する必要がなくなり、セットアップ時間が大幅に短縮されます。 80～90% 従来の方法と比較して。

クランプ原理: 場所を乱さずに力を加える方法

クランプ力は決して位置決め力を打ち消したり無効にしたりしてはなりません。クランプ力の方向、大きさ、作用点はすべて重要な設計上の考慮事項です。

クランプ力の方向

クランプは常にワークを押し込む必要があります 位置決め面に向かって 、それらから離れたり、それらを越えたりするのではありません。データム面に対して斜めに作用する力は、特に機械加工中の切削力と組み合わさった場合に、部品をロケータから持ち上げる可能性があります。

クランプシーケンス

1. ワークピースがすべての基準面に完全に装着されていることを確認します
2. 最初に主データムに最も近い主クランプを適用します
3. 二次クランプを外側に向かって徐々に適用します
4. 最終クランプ後に着座が変わっていないことを確認します

クランプ力の大きさ

過剰なクランプ力は、薄肉または柔軟なワークピースを変形させます。たとえば、 肉厚3 mmの6061アルミニウムブラケット 支持されていない点に 500 N を超えるクランプ荷重がかかると、大きくたわむ可能性があります。使用可能な最大の力ではなく、切削力に抵抗するために必要な最小限の力を常に設計目標とする必要があります。

生産治具における一般的なクランプ方法

選択するクランプ方法は、サイクル タイムの要件、部品へのアクセスのしやすさ、およびクランプ力のニーズによって異なります。

• ストラップクランプ: 多用途、安価、調整可能 - ジョブショップ環境で一般的
• トグルクランプ: 高速シングルアクションロック、中量生産に最適
• 油圧クランプ: 高力、一貫性、自動化 - 大量の CNC セルで使用
• 空気圧クランプ: 高速作動、油圧よりも低い力 - 軽量部品に適しています
• 磁気チャック: 全面アクセスが必要な平らな鉄部品に最適
• 真空器具: 機械的なクランプ力を受け入れることができない、薄い、平らな、または繊細な部品に使用されます。

不適切な位置またはクランプ方法によるエラー

故障モードを理解することは、コストのかかる廃棄ややり直しを防ぐのに役立ちます。最も一般的なエラーには次のものがあります。

チップの汚染だけでも、治具エラーのかなりの部分を占めます。 無人加工セル内。このため、多くの最新の治具には、各サイクルの前に位置決め表面をパージするためのエアブロー チャネルが組み込まれています。

位置精度と部品公差の関係

治具設計における一般的な経験則は、次のとおりです。 治具の位置決め精度は、最も厳しい部品公差よりも 3 ～ 5 倍厳しくなければなりません サポートする必要があります。たとえば、フィーチャを ±0.05 mm 以内に配置する必要がある場合、フィクスチャは ±0.01 ～ 0.017 mm 以内に配置する必要があります。

この比率は、連続する各セットアップが前のセットアップの精度に基づいて構築される、複数の操作を行う部品では特に重要になります。フィクスチャがこの階層を念頭に置いて設計されていない場合、蓄積された位置エラーは操作全体で急速に悪化する可能性があります。

よくある質問

Q1: ロケーターとクランプの違いは何ですか?

ロケータはワークピースが置かれる場所を定義し、データム面に対する位置と方向を確立します。クランプは、加工中にワークピースをその設定された位置に保持します。これらは別々の機能を実行するため、最初に位置を特定し、次にクランプするという順序で適用する必要があります。

Q2: クランプ力が常に位置決め面に向けられる必要があるのはなぜですか?

クランプ力が位置決め面から遠ざかる方向に向けられたり、位置決め面に対して角度をなしてかかると、部品が持ち上げられたり、基準基準から離れるように移動したりして、位置誤差が生じる可能性があります。ロケータに向かう力により、クランプ負荷と切断負荷の両方の下でパーツが正しく装着された状態が維持されます。

Q3: ゼロポイントロケーターシステムは何をしますか?

ゼロ ポイント ロケーター システムは、機械テーブルと治具またはパレットの間に正確に再現可能な基準データを提供します。これにより、サブミクロンの再現性で治具の取り外しと再取り付けが可能になり、位置精度を損なうことなくセットアップと切り替え時間を大幅に短縮できます。

Q4: オーバークランプするとワークにダメージを与える可能性がありますか?

はい。過剰なクランプ力は、加工中にワークピースを弾性または塑性変形させる可能性があります。クランプが解放されると、部品は跳ね返り、フィーチャーが公差外になります。これは、薄肉のアルミニウム、プラスチック、または複合部品で特によく見られます。

Q5: ワークピースを完全に拘束するには、いくつの位置決め点が必要ですか?

剛体の 6 つの自由度すべてを拘束するには、ちょうど 6 つの位置決め点が必要です。 3-2-1 原則により、これらが 3 つのデータム平面に分散されます。使用する量が少ないと、パーツの拘束が不十分になります。注意深い分析を行わずにこれ以上使用すると、過剰な拘束や一貫性のない着座が発生する可能性があります。

Q6: チップの汚染は位置精度にどのような影響を与えますか?

ワークピースと位置決め面の間にある小さな切りくずであっても、シムとして機能し、部品の位置を移動させます。公差が厳しい作業では、一次データ上の 0.1 mm の欠けが部品を傾ける可能性があり、部品全体にわたって測定可能な角度誤差が発生する可能性があります。定期的なデータム クリーニングまたはエア パージ システムは不可欠な予防策です。