統計的手法を活用した加工条件の最適化
株式会社

アーレスティ

品質管理部 品質管理課
大川 嘉一
2. 背景

1. はじめに
当社では、四輪自動車、船外機などのアルミニウ

Fig.2 には、ある製品（フライス加工後）の一部分

ム ダイカスト(Die Casting)部品の鋳造 及び 加工を示している。図中に矢印で示した部位を境に加工を行っている。当社で最も多く使用されている加工面の光沢が異なっている。この境が今回注目する品工法が切削加工である。切削加工とは、工作機械と質特性の『段差』である。この段差を接触式表面粗切削工具を用いて切り屑を出しながら、材料を所定さ測定機（表面粗さ測定機）で測定した結果を Fig.3の寸法形状および表面精度に仕上げる加工方法であに示す。段差の大きさは規格が決められており、段る。その中でも、多数の切れ刃を持つ刃物（フライ差の大きさにバラつきはあるが、規格を満足しないス）を回転、移動させることで面加工を行う方法が製品が発生することから、フライス加工後の後工程フライス加工である。工具回転軸が加工面に対してで段差の検査 及び 手直しが発生していた。

水平となる横フライスと、垂直となる正面フライスがある。

Fig.2 対象製品（部分抜粋）

Fig.1 フライス加工方法の種類（左：横フライス

右：正面フライス）

Fig.3 段差の状況

本報告は、ある製品のフライス加工面の品質特性を改善するため、品質特性とそれに影響する因子についての因果関係を調査、解析を行い、品質・生産性の両面から製造条件の最適化を行った事例を紹介する。

3. 現状把握
段差の発生状況 及び 段差のレベルについて調査を行った。段差は 3 か所に発生しており、加工面にフライス加工の軌跡（加工パス）を重ね合わせてみると、1 パス目と 2 パス目の重なりあった部分に発因子については二元配置実験を実施することにした。

生していることが分かる。
（Fig.4）また、量産工程から 20 台をサンプリングし工程能力指数（Cpk）を調査した。（Fig.5）今回の対象部位は重要品質部位となり Cpk＞1.67 以上が必要とされるが、部位①及び ②の Cpk が小さいことが分かる。これは上限規格側に偏っていることが原因である。
本活動では、発生している段差を低減させることで、Cpk の向上と別工程で実施している手直しを廃止することを目標とする。
目標値：段差 Cpk ＞ 1.67

Fig.6 加工面段差発生に対する特性要因図
Table.1 重要要因のまとめと実験計画

Fig.4 段差発生部位と加工領域

5. 要因検証
5.1 評価方法
段差発生部位①～③を表面粗さ測定機で測定した段差を特性値とした。（Fig.3 参照）但し、以降で説明するものは、段差の一番大きい部位①についての結果を示す。
Fig.5 部位毎のヒストグラム
5.2 ワイパー設定値

4. 要因解析

今回使用する刃物には、切削を主に行う切削刃と現状把握から加工部位や加工軌跡、さらに一般的面粗度を向上させるためのワイパーが取り付けらに加工面品質に影響を及ぼすと言われている刃物仕れている。ワイパーは切削刃よりも突出している。

様、治具仕様、設備精度が段差に影響していること

この突出し量を水準（ワイパー設定値）として一が考えられる。これらをもとに特性要因図を書いた。

元配置実験を行った。（Fig.7）結果、ワイパー設さらに、技術的知見や類似製品の状況を考慮して重定値は高度に有意であることが分かった。さらに、要要因を絞り込んだ。（Fig.6）

水準間の有意差を確認し（Table.3）、設定値 中～それぞれの重要要因についての検証内容、目論見、検証方法（実験方法）を整理した。（Table.1）過去の知見や文献などを参考に、交互作用が考えられる大では有意差は無いことが分かった。

Fig.7 部位①の段差（ワイパー設定値による差）
Table.2 分散分析表

Fig.8 部位①の段差（切削速度変化 有無による差）
Table.4 分散分析表

Table.3 水準間の有意差
5.5 回転数、送り速度回転数と送り速度については、交互作用が考えられるため二元配置実験を行った。（Fig.9）結果、回転数は高度に有意となったが、送り速度は有意とならなかった。但し、有意となった回転数であるが、回転数 中～低は有意ではなかった。Fig.9
右下図から交互作用の疑いがあったが、分散分析
5.3 取り代とツールパス
過去の知見やノウハウから、取り代の大小とツー表（Table.5）より

今回の実験条件下では交互作用は無いと判断できる。

ルパス（ダウンカット、アッパーカット）が段差に影響することが考えられたため、それぞれについて一元配置実験を行ったが、有意差は確認されなかった。
5.4 切削速度変化
現状調査より部位①の段差が大きいことが分かっている。さらに加工軌跡について詳しく調査を行ったところ、部位①加工中に加工軌跡が変化していることが分かった。フライス加工の特性上、軌Fig.9 部位①の段差（高回転、高送りによる差）跡の変化は切削速度変化となるため、この影響について一元配置実験を行った。
（Fig.8）結果、加工軌跡の変化 すなわち 切削速度変化の有無は高度に有意であることが分かった。
Table.5 分散分析表 （送り速度要因 プーリング後）

6. 最適案の検討
6.1 最適条件の方向性
要因検証の結果より、要因配置実験で有意となっ6.3 実験結果と最適条件の決定

た条件（ワイパー設定値、切削速度変化、回転数、実験結果を Fig.11 に示す。得られた応答曲面の統送り速度）さらに刃物摩耗を低減する条件で最適条

計検定量 及び 分散分析表から、回帰式は高度に有件の方向性を決定した。

意であることが分かる。

5.5 より、段差を小さくするためには回転数を下応答曲面結果より、最適条件を決定した。回転数げる必要があるということが分かっている。しかし、を限界まで下げることで最小段差が望めるが、生産送り速度に関しては有意差が無かったことより、送性も考慮し Fig.11 に示す条件とした。現行条件に対り速度を上げることが可能であることが分かった。

して、要因検証で有意となった条件に変更し、回転送り速度を上げることは、生産性を向上させること数を下げることで段差が低減でき、送り速度を上げになるため、品質と生産性を向上させるための最適ることで、生産性の向上にもつなげることが期待で水準を検討することとした。

きる条件とした。

6.2 実験計画の立案

Table.7 統計検定量

回転数と送り速度の最適条件を探索する実験を行った。現行条件から切削理論上の限界までの領域（最適条件範囲）で水準を設定し実験を行うこととした。
実験計画は、中心複合計画を採用した。実験回数は12 回である。

Fig.10 設定可能な回転数と送り速度範囲
Table.6 応答曲面実験計画

Table.8 分散分析表（プーリング後）

8.1 管理図管理最適条件を量産工程に適応後、n=3 台/日の抜き取り検査を行い、管理図管理を実施している。その中で、安定状態か否か判定すると安定状態にないことが検出された。刃物を確認すると損傷があり、工程の異常を管理図で発見することができた。今後も、この変化を管理図で捉え、不具合品の流出防止を図っている。

Fig.11

段差に対する回転数と送り速度の応答曲面（3D）※ワイパー設定値、ツールパスの最適化による効果

7. 効果確認

Fig.13 管理図管理6. で得られた最適水準を量産工程へ適応し、30台のサンプリング結果（改善後）と改善前の母平均8.2 標準化の差の検定を行った。その結果、改善によって段差今回得られた成果を加工条件設定 チェックシーの母平均が改善された（低減できた）と判断された。

トへ追記し、今後立ち上がる新規製品の工程設計やさらに、目標である Cpk>1.67 を達成できた。

条件設計へ折り込めるようにした。

9. 総括
ある製品の機械加工面に発生した段差を低減するため、統計的手法を活用し改善を行った。要因配置
実験を用いて要因の特定を行い、応答曲面法により品質と生産性の両面から最適条件を見つけ出すことができた。これにより、工程能力指数の向上、さらに手直し工程の削減にも貢献できた。今後は、管理図による工程管理を通して異常の早期発見、流出防止を行ってゆく。

Fig.12 母平均の差の検定（改善前と改善後）

8. 維持管理参考文献
奥原正夫・加瀬三千雄（2011）『管理図・SPC・MSA 入門』棟近雅彦監修，日科技連出版社.

山田秀・立林和夫・吉野睦（2015）『パラメータ設計・応答曲面法 ロバスト最適化入門』棟近雅彦監修，日科技連出版社.

永田靖（2014）『品質管理セミナー・ベーシックコース・テキスト 分散分析』日本科学技術連盟.

尾島善一（2014）『品質管理セミナー・ベーシックコース・テキスト

解析ソフト
JUSE-StatWorks/V5
株式会社 日本科学技術研修所

検定と推定』日本科学技術連盟.

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