機械加工における精度と正確さ：主な違い

CNC加工を正しく行うには、単に寸法を一度で決めるだけでは不十分です。目標値にどれだけ近づいているかを把握するだけでなく、どれだけ安定して目標値を維持できるかを把握することも重要です。これが、加工における精度と正確さの違いです。.

プロセスは、精密であっても正確ではない場合があります。正確であっても精密ではない場合もあります。その両方、あるいはどちらでもない場合もあります。この違いを理解していないと、不良部品を作ってしまう可能性があります。こうした部品は、図面上は問題ないように見えても、後々故障する可能性があります。組み立て、テスト、あるいは長期使用中に故障する可能性もあります。この記事では、機械工向けに精度と正確性について説明します。これらの意味、許容差との関係、そしてそれらを測定および改善する方法について説明します。.

機械加工における精度と正確さとは何ですか?

機械加工において、精度とは繰り返し部品がどれだけ均一であるかを表します。一方、正確度とは、測定値が図面上の真の値にどれだけ近いかを表します。.

機械加工における精度は、形状が「目標通り」であるかどうかを示します。例えば、シャフトの寸法を10.00mmにする必要があるとします。測定して10.00mm、または非常に近い値が得られれば、その工程は正確です。正式な用語（ISO 5725-1）では、精度は真度と精密度を組み合わせたものです。しかし、現場では、精度は通常「図面との近さ」を意味します。“

機械加工における精度とは、再現性です。多くのシャフトを加工すると想像してみてください。それらの寸法がすべて数ミクロン以内であれば、その工程は精密です。たとえ目標寸法からわずかにずれていても、これは当てはまります。精度とは、工程におけるランダムな変化を表します。これには、工具の噛み合い、切削負荷、振動などの小さな変化が含まれます。.

覚えるための簡単な方法は次のとおりです。

精度と正確さ

精度と正確性は焦点が異なります。精度は結果の広がりに注目し、正確性は目標までの距離に注目します。これらを混同すると、プロセス上の意思決定に悪影響を及ぼします。.

誤差の観点から見ると、精度はランダム誤差の影響を受けます。ランダム誤差とは、切削力、工具の摩耗、または温度における予測不可能な小さな変化のことです。これらの変化はサイクルごとに変化します。精度は系統的誤差の影響を受けます。系統的誤差には、工具オフセットの誤りや基準面の摩耗などが挙げられます。これらの誤差は、すべての結果を同程度に変化させます。.

測定においては、精度を確認するために一連の測定値が必要です。結果がどのようにクラスター化しているかを確認するには、多くの部品が必要です。1回の測定値を目標値と比較することで、精度を確認できます。実際には、複数の測定値の平均を使用することが多いです。.

よくある間違いは、「高精度加工」と言いながら、「厳しい公差内での高精度」という意味で言っていることです。ある工程は非常に再現性が高い（高精度）かもしれませんが、毎回0.05mmだけ精度が足りない（精度が低い）可能性があります。公差が±0.02mmしかない場合、これは問題となります。.

CNC加工における精度、正確性、許容差の連携

精度、正確性、そして許容度は互いに関連しています。これらは、どの程度の偏差が許容されるか、目標にどれだけ近いか、そして目標をどれだけ一貫して維持できるかを表します。.

• CNC公差 図面上で許容される範囲です。目標値を中心とした許容範囲です。.
• 精度は、プロセスが許容範囲内のどこに位置しているかを表します。.
• 精度は、工程のばらつきの広さを表します。部品が平均値からどれだけ変動するかを示します。.

どのような機能であっても、優れた機械加工とは 2 つのことを意味します。

• 平均測定値は目標値に非常に近い（高精度）。.
• 測定値のばらつきが許容範囲に比べて小さい（高精度）。.

プロセスの観点から言えば、精度はσ（シグマ）に関するものです。正確性は目標値からの平均偏差に関するものです。この両方を管理する必要があります。これにより、頻繁な選別や手直しをすることなく、プロセスを許容範囲内に維持できます。.

機械加工フィーチャにおける一般的な公差の例

簡単なシャフトの例でその関係を示します。

• 公称直径: 10.00ミリメートル
• 許容範囲： ±0.02 mm → 許容範囲は 9.98～10.02ミリメートル

さて、3つの異なる結果について考えてみましょう。 CNC旋削加工:

• 平均直径は 10.00ミリメートル. ほぼすべての部品は 9.995～10.005ミリメートル. プロセスは 正確で精密. 許容範囲内で十分な余裕があります。.
• 平均直径は 9.97ミリメートル. 部品は 9.965～9.975ミリメートル. プロセスは 正確だが正確ではない. 非常に一貫性があるにもかかわらず、すべての部品が小さすぎます。.
• 平均直径は 10.00ミリメートル. しかし、部品は 9.97～10.03ミリメートル. プロセスは 平均的には正確だが、精密ではない. 多くの部品は両側とも許容範囲外になります。.

より厳しい公差を求めるということは、より高い精度と正確さを求めるということです。通常、これはコストを増大させます。.

精密機械加工部品と精密機械加工部品

精度と正確さを学ぶ最良の方法は、4つの典型的な組み合わせを実際に見てみることです。実際の現場での状況に当てはめることができます。.

正確で精密

測定値が厳密に目標値の中心にある場合、プロセスは正確かつ正確です。.

CNCフライス加工機で20.00mmのポケットを切削しているところを想像してみてください。公差は±0.01mmです。部品の測定値は20.00mm、20.01mm、19.99mm、20.00mmです。すべての値は20.00mmに非常に近く、互いにも非常に近い値です。工具、治具、オフセット、温度はすべて管理されています。これが理想的な状態です。部品はぴったりとフィットし、組み立ては容易で、スクラップは少なくなります。.

正確だが正確ではない

結果が一貫していても目標からずれている場合、プロセスは正確ですが、正確ではありません。.

例えば、シャフトの寸法は15.00±0.02mmであるべきなのに、測定値は14.94、14.95、14.94、14.95mmと表示されます。ばらつきが非常に小さいため、精度は高いと言えます。しかし、すべての部品が公差下限値を下回っています。これは多くの場合、工具オフセットの誤りやワーク座標の設定ミスが原因です。ここで精度を修正するということは、ランダムな変化に対処するのではなく、偏りを取り除くことを意味します。.

正確だが精密ではない

平均結果は目標に近いが、部品のばらつきが大きい場合、プロセスは正確ですが精密ではありません。.

ドリル穴の寸法が8.00±0.05mmであるべきとします。測定値は7.95、8.03、7.98、8.05、7.99mmでした。平均値は8.00mmに近いため、平均的には精度が高いと言えます。しかし、ばらつきが大きいということは、精度が低いことを示しています。これは、不安定なクランプ、送り速度のばらつき、あるいは振動などが原因である可能性があります。初期検査は合格するかもしれませんが、長期的な結果は芳しくないでしょう。.

正確でも正確でもない

結果が散らばっていて目標から外れている場合、プロセスは正確でも正確でもありません。.

寸法は50.00±0.05mmであるべきなのに、測定値は49.80、49.92、50.10、49.85、50.05mmとなっています。この工程には平均誤差と大きなばらつきの両方があります。これは通常、より大きな問題を示唆しています。機械部品の摩耗、治具の不良、あるいは重大な設定ミスなどが考えられます。この時点では、微調整ではなく、制御不能な工程のトラブルシューティングを行っていることになります。.

機械加工プロセスの精度と正確さを測定するにはどうすればよいでしょうか?

作業の精度と正確性を確認するには、寸法を検査し、再現性を確認する必要があります。また、結果を目標値とその許容範囲と比較する必要があります。.

寸法検査・測定システム

寸法検査により、精度と正確さをチェックするためのデータが得られます。.

一般的なツールには、ノギス、マイクロメーター、ボアゲージ、CMM（座標測定機）などがあります。表面粗さなどの測定には、他のツールを使用します。基本的な考え方は同じです。測定値を記録し、目標値との整合性を確認します。測定システムは適切に構築する必要があります。不適切なツールや測定方法では、プロセスの真の状態が見えなくなってしまいます。.

再現性/繰り返し精度チェック

再現性と再現性 (R&R) 調査で精度を確認できます。.

• 再現性は、同じ人が同じ工具で同じ部品を何度も測定した際のばらつきを検査します。ばらつきが小さいほど、再現性は良好です。.
• 再現性は、異なる人、機械、または設定を使用した場合の変動をチェックします。結果が同様であれば、プロセスは再現可能です。.

測定値の標準偏差を計算することもできます。管理図は、データポイントがどれだけ密集しているかを示します。狭く安定した帯域は精度が高いことを意味します。広い帯域や変動のある帯域は、ランダムな変動が問題であることを意味します。.

公称値と公差を比較して精度を検証する

測定値を目標寸法とその許容範囲と比較することで精度を確認します。.

1 つの次元の場合、次のエラーが見つかります。

誤差 = 測定値 − 公称値

または、パーセンテージで表示することもできます。

精度（%）=（1 − |測定値 − 公称値| / 許容範囲）×100%

実際には、複数の測定値の平均が許容範囲内に収まるかどうかを確認します。平均が目標値に近い場合、精度は良好です。平均が片側に偏っている場合は、系統的誤差があります。キャリブレーションまたはオフセットの変更によってこれを修正する必要があります。.

CNC加工における精度と正確性を向上させる方法

精度と正確性を向上させるには、異なる手順が必要です。精度を向上させるには、ばらつきを減らします。精度を向上させるには、バイアスを除去します。これらの手順は、厳格な仕様が求められることが多いCNC加工の5軸設定において、特に重要です。.

機械、工具、治具を制御して精度を向上

精度を向上させるには、プロセスを安定させ、繰り返し可能にすることに重点を置きます。.

主なアクションは次のとおりです。

• 遊びやバックラッシュを回避するために機械をメンテナンスします。.
• 良いものを使う 固定具 部品は毎回同じ方法で保持されるため、動きや振動が軽減されます。.
• 送りや速度などの切削パラメータを標準化します。これにより、各サイクルの切削負荷が一定に保たれます。.
• 明確な計画に基づいて工具の摩耗を管理し、故障する前に工具を交換しましょう。.

目標は、各サイクルを前回のサイクルと似たものにすることです。これにより、最終部分におけるランダムな変化を最小限に抑えることができます。.

精度向上のためのキャリブレーション、補正、環境制御

精度を向上させるには、プロセスが目標値にどれだけ近づくかに重点を置きます。.

実践的な手順は次のとおりです。

• CNCマシンと測定ツールの定期的な校正。これにより、系統的誤差が排除されます。.
• 工具とワークのオフセットを正しく設定し、確認します。工具交換や治具の調整後に実施してください。.
• 機械制御における補正機能の使用。例としては、工具摩耗や熱補正などが挙げられます。.
• 温度などの制御要因。重要な作業では、最終カットの前に機械とワークピースを安定させてください。.

これらのアクションにより、系統的誤差が減少し、プロセスの平均値が目標値に戻ります。.

要求される品質とコストおよびサイクルタイムのバランス

エンジニアやプランナーは重要な問いを自問自答しなければなりません。それは「どれだけ優れたものになれるか？」ではなく、「どれだけ優れたものになる必要があるか？」です。“

公差を厳しくするには、より優れた機械、工具、検査が必要です。多くの場合、生産性は低下します。シンプルなブラケットであれば、公差±0.1mmで問題なく動作するかもしれません。しかし、±0.01mmを指定するとコストは増えるだけで、価値は上がりません。最善のアプローチは次のとおりです。

• 機能上十分な許容範囲を指定しますが、それ以上厳しくしないでください。.
• 図面の許容誤差を、実際のCNC機能（以下を含む）に合わせて調整します。 CNC加工5軸.
• 非常に厳しい許容誤差は、部品全体ではなく、重要な機能に対してのみ適用します。.

結論

で CNC加工, 精度と正確さは、品質を管理するための異なるツールです。精度は、プロセスが一貫しているかどうかを示します。正確さは、プロセスが正確かどうかを示します。許容範囲は、許容される誤差の範囲を定義します。.

精度だけを追求すると、目標値を達成できることもある一方で、不良品に悩まされる可能性があります。精度だけを追い求めると、常に不良品が出る可能性があります。精度と精度の両方を測定し、その根本原因を解決すれば、安定性、性能、そして費用対効果の高い加工プロセスを構築できます。.

よくある質問

機械加工プロセスは正確だが不正確であることはありますか?

はい。プロセスは正確ではあっても、常に目標値から外れた結果を出す場合、不正確です。これは、ツールオフセットやワーク座標に系統的誤差がある場合に発生します。例えば、すべての部品が0.03mm小さすぎるのに、すべて非常に似ている場合などです。これを修正するには、ランダムな変化に対処するのではなく、オフセットを調整することになります。.

CNC 加工において、精度と正確さのどちらがより重要ですか?

どちらかが常により重要というわけではありません。許容範囲内に収めるには、両方が十分に必要です。主要部品については、設計通りの精度が不可欠です。精密さは、バッチ間の一貫性を保つために不可欠です。優れたプロセスは、まず精度を正しく確保し、その後、精度を向上させることでスクラップを削減します。.

精度の問題か正確性の問題があるかはどうすればわかりますか?

データが密集しているにもかかわらず、目標値からずれている場合は、精度に問題があります。平均値は目標値に近いにもかかわらず、データが広く分散している場合は、精度に問題があります。測定値をグラフにプロットすると、これが明確になります。狭いがずれている帯は精度に問題があります。目標値の中心にある広い帯は、精度に問題があります。.

精度、正確性、許容差は部品のコストにどのように影響しますか?

公差を厳しくするには、より高い精度と正確さが必要となり、ほぼ確実にコストが増加します。これらの精度を達成するには、より高性能な機械や工具、そしてより多くの検査時間が必要になる場合があります。公差を厳しく設定しすぎると、機能は向上しないものの、作業コストは上昇してしまいます。公差は実際のニーズに基づいて設定する必要があります。.

測定精度が向上すると、精度と正確性が自動的に向上するのでしょうか?

いいえ、測定精度の向上は加工プロセス自体を改善するものではありません。しかし、問題をより早く可視化することができます。優れた校正済み工具は、精度と正確性の問題の違いを明確に把握するのに役立ちます。変化を測定し、修正がうまく機能しているかどうかを確認するのに役立ちます。しかし、実際に結果を改善するには、機械、工具、そしてプロセスを調整する必要があります。.