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大型ワークの寸法管理に悩むオペレーターの質問
- 大型NC立旋盤のオペレーターが、内径がФ2000～3000のワークの寸法管理に悩んでいます。
- 測定時の手順や環境、材質について詳細を説明し、温度差や線膨張係数なども考慮しています。
- 朝と昼での測定結果にズレが生じ、温度が上がると寸法が小さくなる現象に疑問を持っています。
- 旋盤
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気になる記述 >?先ずワークの温度を赤外線温度計で測る。 赤外線温度計で光沢金属の温度を正確に測定可能なのは市販されてないと思うのだが？ http://www.hayashidenko.co.jp/about_rtFaq.html http://www.ureruzo.com/ondo-hInfo.htm ほとんどのメーカでは光沢金属の測定は保証されてない 光沢金属が測定可能な機種は少ない（常温は範囲外） https://www.optex.co.jp/meas/products/built/gt_3m/ ＞内径がФ2000～3000? そんな巨大なワークで前周に渡って同じ温度とは思えないのだが？ 東面、西面、南面、北面で許容誤差範囲の温度なのでしょうか？ 削った直後の熱い状態でなく冷めた状態としても
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温度変化だけによる変位「線膨張係数の差は1℃につきせいぜいミクロン単位」 これから0.1mmも縮まるのは確かに納得出来ない。但し、これは推測だがワーク を拘束状態で計測しているのではないか(加工後に計測するのでしょう？） ？もしそうなら、温度変化による応力により単に直径を変化させる力だけでは なくてワーク形状によっては曲げ応力による変位などで想定以上の大きな変位 が生じることもあるのかも知れません。従って拘束を開放した状態での計測で なければ正確には測れないかも知れない。ワークが複雑な形状ではないか？ 構造物でもそうだが、複雑な形状の変位の求解はFEMを用いて計算しなければ 現実に近い変位を導き出すことは人間のオツムだけでは相当厳しいでしょう 特に2次元的な単純なものでない限り3次元的に難しくなる此方の方が設計計算 する実務のほうが多いかもしれない。工作機械のフレームも現実には難しいし
補足
回答ありがとうございます。仰る通り、測定はワークを拘束した状態で測ってます。縦型の旋盤なので4カ所の爪でチャッキングと、更に4カ所クランプしています。 ワーク形状に関しては材料の段階でそこそこ複雑、加工でも内径、外径に10カ所ぐらい溝を掘り複雑な形状です。 拘束中と解放直後に寸法が変化するか、調べてみます。
外からの光を反射して誤差が生じる 艶消しブラックを吹き付け測る と、教えられた 上面側面下面を測ってみればいかがか？ 自信を持ってこれだよと言うほど 実績は無いがマシになった記憶がある
補足
回答ありがとうございます。もう一人の方からも指摘を受けている通り、赤外線温度計そのものが光沢金属に対応できないようです。 光沢金属に対応可能なものもあるようなので購入を検討すると同時に、今使ってる温度計はアドバイスの通り艶消しブラックを吹いて試してみます。
ワークが厚肉で、表面は29℃でも、 内部の温度はもっと低く、25℃に近いからとか？ 着目したのは、 >昼にもう一度測ると基準棒が30℃、ワークが29℃ ワーク表面のほうが1℃低いところ。 これはワークの内部から冷やされているためで、 ワークの内部はもっと温度が低いのでは？と考えました。 それから、 >基準棒とワークの線膨張係数の差は1℃につきせいぜいミクロン単位です。 φ2,500のワークの場合、線膨張率=10.7*10^-6として、 ワークの温度が1℃低ければ、 2,500*10.7/1000,000*1≒0.027[mm]だけ小さく測れます。 ワークの温度が5℃低ければ、 2,500*10.7/1000,000*5≒0.134[mm]だけ小さく測れます。 >表面だけ温度が上がれば表面だけ温度差により収縮するのか？ そうではなくて、もっと簡単に考えて、 ---------- 朝の測定では、 昨昼から朝までの長い時間で気温が30→25℃と下降しているので、 厚肉でないマイクロメータと基準棒はもちろん、 厚肉のワークも、全体が30℃→25℃となっている。 ↓ どちらも同じ温度なので正しく測定できる。 ---------- 昼の測定では、 朝から昼までの短い時間で気温が25℃→30℃と上昇しているので、 厚肉でないマイクロメータと基準棒は、全体が25℃→30℃となるが、 厚肉のワークは、表面は29℃まで上がっているが内部はまだ低い温度のまま。 ↓ 膨張した測定器で膨張していないワークを測定するので小さく測れる。 ---------- というお話です。 P.S. もちろん、一晩おけば温度慣らしとして充分なのかは、 さらに検討･検証しなくてはいけないと思います。
お礼
回答ありがとうございます。確かに表面だけ温度が上がれば表面だけ温度差により収縮するのか？測るのは表面の温度だけでいいのか？ という現場の疑問が上層部によって揉み消されているのが現状です。 今回の件もポイントは温度かな？という気はしてますので、熱膨張について突き詰めて勉強します。 回答ありがとうございます。理屈は理解できました。 ?赤外線温度計で光沢金属を測る場合、そのまま使うだけでは正確に測れない。 ?正確に測れたとしても表面の温度が解っただけではダメ。 ポイントはこの辺だと思います。現場で話し合って、勉強し対策を練っていこうと思います。
そこで思考を停止してしまうことが理解できません。 翌日再び25℃になるのを待って測ればどうか、 翌々日はどうか、更に～ 別の温度ならどうか、 温度の均一性のための均し時間は充分掛けねばならない。計算式には誤差もある。 精密測定は一定温度で行うが大原則です。殆ど20℃ながら当事者間の合意あれば25℃など。許容差も取決めを要す。 長さ基準とは JIS B 7506ブロックゲージ ブロックゲージの寸法は，標準温度 20℃(ISO 1 参照)，標準気圧 101325 Pa， 標準水蒸気圧 1333Pa 及び標準二酸化炭素含有率 0.03％において求める。 (標準気圧，標準水蒸気圧及び標準二酸化炭素含有率からの偏差によって生じるブロックゲージ の変形は，通常の大気の状態では無視してもよい) ここまで一定にして測るものです。 大寸をマイクロメータの2点寸法で信頼性ある測定ができるかも疑問。 ワークの真円度、円筒度も小径のレベルではない。 精度に問題ないわけでないが、恒温室に鎮座する３次元測定機を用いないではその傾向も掴めない。 現場測定はマイクロを使わざるを得なくとも、違いを認識して補正していくのが加工技能です。 http://www.oogataseimitukouzoutai.jp/setsubi/setsubi.html 大型精密部品を機械加工する場合、加工をする前にワークを温度慣らししなければなりません。 温度慣らしは通常２４時間を要し、温度差による金属の収縮の影響をなくすことで、初めて高精度な加工が可能となります。その上で大型のワークを加工するための、、、 指摘が出ている、赤外線温度計の問題、慣らし時間の問題が大きいと思います。 評価の手計算は面倒だし大凡しか出ないが、コンピュータにやらせる方法はあり。 しかし上記のように経験の蓄積によって、このサイズなら温度慣らし何時間必要と決めるが殆ど。工作機械ベースの加工は2～3日寝かせるとか。 にしても建屋全体の恒温室化が無いと1日の変動は避けがたく、加工/測定の精度に限界がある。 その通り。。。理想的な対策は金次第で限界あります。 しかし傾向をつかんで理想に少しでも近づけるは技能者の腕。 その為にはデータ蓄積。過ぎたけど3連休などを活用すれば時間と条件が整いやすい。
お礼
回答ありがとうございます。 マイクロと基準棒は温度の上昇につれて膨張している。しかしワークは切削水をかけて加工してますし、表面の温度はマイクロと基準棒に近い温度に見えても、内部の温度は低いまま。だから寸法計測で辻褄が合わない。 この点をどうするかだと思います。
補足
回答ありがとうございます。慣らし時間、建屋の高温化(温度管理)、３次元測定器機、など現場レベルでは対処できない問題があり、現状としてはマイクロで測るしかありません。 唯一対処できるのが赤外線温度計で、この件に関してはすぐにでも動きたいと思います。
補足
回答ありがとうございます。指摘を受けまして調べたところ、今現場で使用している赤外線温度計、光沢金属には正確に対応できませんとのことです。 正直、知りませんでした。