上下板のアライメント

質問

鉄板(250*250*t10mm)の板上下で向かい合った面にパターンを形成して有り、上下板の位置合わせを単純な方法で行いたいと考えています。この板間の隙間は0.1mm程度なので、手段としてボールやテーパーピン等を考えていますが、板側に加工する穴形状とボール/ピンサイズの関係をどの様に設定すれば良いのでしょうか。
できれば、市販品のブッシュ等は使用せずに行いたいと考えています。

また、これ以外に良い位置合わせ法がありましたらアドバイスをいただけますでしょうか。

回答No.4

noname#230359

テーパピンは組立の再現性をよくするもので、最初の位置あわせには平行ピンの方が優れていることを念押します。
もし、可能なら、最初の位置あわせに平行ピン（２本）を用い、組立再現性の確保にテーパピン（３本）を用いてはいかがでしょうか。そうすれば、２枚合わせ加工も生きるし、それを基準穴とすれば以後の追加加工の際の再現性も確保されます。
私が提案したテーパピンは、JIS B1352　によって示されているものです。１／５０テーパの鋼製あるいはステンレス製のものが規格化されています。使用するテーパピンの呼び径は６１０mm程度が良いでしょう。
シムをはさんで固定する部分（３カ所）の直近にテーパピン（はじめは下穴のみ）を配置します。
２つの板の位置だしが完了した後、テーパリーマによってテーパピン穴を完成させます。
テーパピンは分解作業の時に外せるように何らかの処置（上部にねじを配するなど）を講ずる必要があります。

ここで提案させていただいた方法は多少手が込んでいますが、一応仕様を満足するはずですが、いかがでしょうか。

お礼

アドバイスをありがとうございます。

　だんだん具体的になってきました。ありがとうございます。
　工程について詳細を教えていただけますか。
１．板材２枚を重ね/固定した状態で平行ピン用の穴開け
２．テーパーピン用の下穴開け
３．重ねた板を開いてテーパー用下穴にリーマで加工

　の手順でよいでしょうか。

・テーパーピンが外せる用に・・・はどの様な意味でしょうか

回答No.3

noname#230359

間隙の精度を決めるには、スペーサーを挟んでその部分をボルトを通して締め上げます。
スペーサーの無い部分に締め付け応力がかかると板が反ってしまいます。

ボール＆テーパの場合、

ＮＣ工作機械で位置決めすることを考えると、位置及び深さの精度を５μｍ以内に納めることはとても難しいと思います。普通にＮＣ位置決めを行うと２０μｍ程度の誤差が出ます（私どもの工作機械の実測値です）。もちろん、加工コストの制限がなければ可能ですが。

今回のような場合、間隙をスペーサー以外の方法で調整するというのは難しいのではないでしょうか。
２平面のあわせもあるので、外周の適当な３カ所に、平行ピン穴と２枚の板をスペーサーを挟んで取り付けるボルト穴を一組として配置するするのが妥当であると考えます。
２平面は３点支持が理想で、固定点が多くなると過拘束となり、板を曲げる結果となります。

平行ピンの場合、穴の３点を２枚合わせで加工し、ピンをｈ6とすれば５μｍを確保できそうです。
テーパピンの場合、平行ピンと同様に穴を配置し、下穴加工しておきます。２枚の板の位置あわせができた段階でテーパリーマによって穴を広げ、最終的にテーパピンを入れます。
この方法によれば、以後の位置あわせの精度は、原理的にはゼロとなります。

お礼

度々申し訳有りません。
機械精度はkinko-z さんの言われるとおりで、だから困ったなというところです。

　平行ピンでは厳しいと思いますので、テーパーピンを使う方が良いと感じます。
　さて、この時のテーパー深さと角度はどのくらいを考えれば良いのでしょうか。

叉、スペーサーで隙間を設定したときに、テーパーピンのテーパーとテーパー長さがスペーサーと一致していないとこの考え方は成立しないと思いますが、テーパーピンの長さを上手く加工できるコツは有りますか。

テーパーピンで原理的にはゼロとなりますは心強いです。

回答No.2

noname#230359

簡単に書いてしまい、申し訳ありません。少し補足します。
ご指摘の通り、0.1mmの間隙も保障したいのなら、３点となります。
また、左右非対称の場合のパリティを保存しなければならな場合も３点となります。

設計センスにも関連しますが、私は、間隙を決めることと２平面の位置合わせはそれぞれ別の原理なので、機構として分けるべきだと考えています。

ところで、２平面の位置合わせはどれぐらいの精度を要求されているのでしょうか。私たちの場合、光学部品の位置決めなど、平行ピンで十分満足しています。

取り外し回数など多ければ、平行ピンテーパピンにかかわらず勘合部が緩んできます。
ピンに曲げ応力がかからないような組み立てや取り外し方法＆手順を採用することも必要です。
どうしても緩みそうな場合は、後のメンテナンスで対応可能なテーパピンの方が良いでしょう。

お礼

仕様を後出ししました。申し訳有りません。

・先ず、0。1mmの隙間ですが、機能が異なるので別機構にとのお考えの通りだと思います。一時、隙間の規制をスペーサーでと考えましたが、ボール/テーパー伴に隙間(スペーサー厚)とぴったり厚みが合わなければ、特にぼーる径が小さい場合などガタが生じ位置合わせの機能を発揮できません。

　その為、結局 ボール/テーパーでの位置合わせ及び隙間調整が良いのかなと考えています。
　良い機構が有りましたらアドバイスをいただけますか。

・希望する位置決め精度は±5um以下です。正直なところ、加工精度を考えただけでも・・・ですが、ボール/テーパーを用いた機構でどのくらいまでが可能なのでしょうか。

度々申し訳有りませんが、もう少しお付き合いいただけますでしょうか

回答No.1

noname#230359

平行した２平面の位置合わせは２点のピン止めでOKす。
しかし、0.1mmの間隙を一定に保つことが条件として加わるなら、平行ピンかテーパピンが良いでしょう。
ボールは一見良さそうですが、受け側の形状や加工精度によっては隙間の精度を保つことが困難となります。但し、回転中心など一点のみを固定したい場合には便利な方法です。
今回のような場合は、平行ピンを用い、穴径（φ１０mm程度）とし、２枚重ねた状態でピン穴加工を行なえばよいと思います。加工手順のなかに平行ピン穴の加工を入れておくと、基準穴として上下板の座標再現性などにも用いることができます。

お礼

早速アドバイスをありがとうございます。
・なるほど、上下板の位置合わせに上下同時に加工すれば位置穴は一致します。

内容について質問をさせて下さい。
・位置合わせが２点ではθ回転しませんか。
・平行ピンではピンとの勘合次第でより大きくなる気がしますがいかかがですか
・テーパーピンを用いる場合、溝の深さと角度にポイントはありますか。