マシンベースの平面度は実際にどう測定されるのか
大型の加工面を測る直定規、精密水準器、オートコリメータ、レーザー、三次元測定機を比較し、測定結果を無効にする支持条件や温度の影響と、検査できる要求の書き方を解説します。
平面度は、マシンベースの図面で最も多く指定され、最も定義が曖昧な要求です。「平面度 0.05以内」は至るところで目にしますが、大きな面においては、それだけではまだ仕様になっていません。
平面度の正確な意味
平面度とは、その面をちょうど挟む2つの平行な平面の間の距離です。それだけです。データムは不要で、向きについては何も述べておらず、ある面が完全に平らでも、部品の他のすべての要素に対して傾いていることがあり得ます。
これが重要なのは、技術者が取付面に対する平行度やデータムに対する直角度を意図しているのに、平面度と書いてしまうことが多いからです。それらは別の規制であり、データムを必要とし、測定方法も異なります。GD&T（幾何公差）でこれを正しく書けば、議論の大半は始まる前になくなります。
測定方法と、それぞれの適用範囲
直定規とすきまゲージ。 速く、安く、粗い方法です。簡易的な確認や、明らかな高い部分を見つけるのに役立ちます。面全体ではなく線に沿って測るため、面としての本当の平面度の値を報告することはできません。
精密水準器。 感度の高い水準器を面上の格子に沿って移動させ、角度の読みを積み上げて高さマップにします。測定器より大きな基準を必要とせず、その場で測定できるため、大型マシンベースの主力となる方法です。時間がかかり、重力を基準に測るため、面全体の一様な傾きは検出できません。
オートコリメータ。 面上を移動させる台車に載せたミラーの角度を読み取る光学機器です。長い距離にわたって非常に高精度で、工作機械の分野で確立された方法であり、遮るもののない光路と安定したセットアップが必要です。
レーザー干渉計またはレーザートラッカー。 広い面積を速く測定でき、高密度のマップが得られ、扱いにくい形状や複数の面も1回のセットアップで測れます。高価で、すべての製作会社が保有しているわけではありません。トラッカーは部品全体を捉え、干渉計は線に沿ってより高い精度を出します。
三次元測定機（CMM）。 部品が収まれば理想的ですが、マシンベースの場合は収まらないことが多いです。大型の測定範囲を持つ三次元測定機があれば最もすっきりした答えで、実際のデータム設定に対する平面度、平行度、直角度を1回の作業で得られます。
定盤とダイヤルゲージ。 小物部品の基準となる方法です。部品より大きな定盤と、そこへ載せる手段が必要なため、ある程度の大きさのベースで使えることはまれです。
測定を無効にする要因
争いの原因になるのはこの部分であり、そのどれも測定器の誤差ではありません。
支持方法。 大型の構造物は、自重によって支持点の間でたわみます。3点で支持すればある形状になり、6点で支持すれば別の形状になり、基礎にグラウトで固定すればさらに別の形状になります。3つとも、それぞれ異なる条件を正しく測定した結果です。検査時に部品をどう支持するかを図面で指定しない限り、その数値は再現できません。
温度。 鋼と鋳鉄は温度によって無視できないほど膨張し、昼夜で10度変化する工場にある大型のベースは、朝と午後とで寸法が違います。さらに悪いことに、構造物を貫く温度勾配は構造物を曲げます。機械加工の熱がまだ残っている部品を測定すると、誤った形状を測ることになります。
整定時間。 クレーンで支持点の上に載せた部品は、読みが安定するまで落ち着かせる時間が必要です。載せた直後に測り、数時間後にもう一度測ると、数値は異なります。
測定点の密度。 同じ面でも、9点から求めた平面度と100点から求めた平面度は異なる数値になります。点が多いほど、より多くの偏差が見つかるからです。格子を明記してください。
清浄度。 大きな加工面では、脚の下の切りくずや端部のバリが、面そのものとは無関係な読みを生みます。
達成でき、検査できる要求の書き方
次の6項目をすべて指定してください。
- どの面か。曖昧さなく特定し、各パッドを個別に扱うのか、面全体を1つとして扱うのかを明記します。
- 値と、その長さ。300 mmにわたる0.05 mmと、2000 mmにわたる0.05 mmは、まったく異なる価格のまったく異なる仕事です。
- 測定方法、または合意した許容可能な方法のリスト。
- 検査時の支持条件。
- 温度または許容範囲と、温度なじみの時間が必要かどうか。
- 測定点の格子または走査密度。
6行の注記です。これが議論を検査に変え、3社の製作会社が3通りの異なる仕事ではなく、同じ仕事を見積もれるようにします。
機械が本当に必要とするものに正直に
平面度を厳しくしても、コストは直線的には増えません。1 mあたり0.10 mmから0.05 mmにすると、多くの場合は切削が1回増えます。0.05 mmから0.02 mmにすると、別の機械、追加の段取り、恒温室、2回目の応力除去サイクルが必要になることがあります。
この業界で最も高くつく図面は、どの面が本当に重要かを誰も確認しなかったために、厳しい既定の公差がすべての面に適用されたものです。グラウトしたプレートの上に載るガイドレールに、計測用フレームと同じ精度は要りません。どの面が機能面かを決め、その面を適切に指定し、残りは機械加工のままにしておいてください。
よくあるご質問
2 mのマシンベースを定盤の上で測定できますか？
部品より大きな定盤と、そこへ部品を載せるクレーンがあれば可能ですが、それを備えた工場は多くありません。大型のベースは通常、機械のテーブル上や自身の支持点の上に置いたまま、精密水準器、オートコリメータ、レーザー測定システムで測定します。方法によって数値の意味が変わるため、誰かが測定する前に取り決めておく必要があります。
なぜ2つの工場が同じ面を測って、異なる平面度になるのですか？
原因は測定器の誤差ではなく、たいてい支持条件と温度です。大型の構造物は支持点の間でたわむため、3点支持と6点支持では実際に異なる形状になり、鋼は温度によって寸法が変わります。支持方法、温度、測定器を仕様で取り決めれば、数値は一致していきます。
平面度にはデータムが必要ですか？
平面度そのものには必要ありません。平面度とは、その面を挟む2つの平行な平面の間の距離です。平行度、直角度、位置度にはすべてデータムが必要です。この区別は重要です。技術者は、実際には取付面に対する平行度が必要なのに平面度と書いてしまうことがよくあり、この2つはまったく異なる方法で検査されるからです。
見積を取りたいベースがありますか？ 図面を送ると、ベトナムの製作会社最大3社をご紹介します。発注者様は無料、24営業時間以内にご回答します。