CNC旋盤用工具の選択：専門家のアドバイス

CNC旋盤は、製造業においてますます重要になってきています。旋盤加工されたワークピースの品質を保証するために、旋盤工具は、高効率、高速、および高度な自動化の要求を満たすように適合させる必要があります。

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この記事では、CNC旋盤用工具の概要について、さまざまな種類の工具と適切な工具の選び方について説明する。

生産現場でCNC旋盤が広く使用されるようになったことで、定量的な生産ラインの形成とCNCプログラミングの開発がCNC加工の重要な側面となった。

NCプログラミングの過程では、人間とコンピュータの相互作用を通じて、リアルタイムで工具を選択し、切削パラメータを決定する必要がある。

したがって、プログラマーは、加工される部品の品質と効率を保証するために、切削工具の選択方法と切削パラメータの決定原理に関する知識を持たなければならない。これにより、CNC旋盤を使用するメリットが最大化され、企業の経済効率と生産レベルが向上する。

I.CNC工具の構造

CNC旋盤用工具の種類は膨大で、それぞれ機能が異なります。さまざまな加工条件から適切な工具を選択することは、プログラム作成において不可欠なステップであるため、旋盤工具の種類と特性についての基本的な理解が必要である。

CNC旋盤で使用される工具には、外形円形旋盤用工具、ドリルビット、ボーリング工具、カットオフ工具、ねじ加工用工具などがあり、中でも外形円形旋盤用工具、ボーリング工具、ドリルビットが最も一般的に使用されている。

CNC旋盤で使用される旋削工具、中ぐり工具、切削工具、ねじ加工工具は、一体型とマシンクランプ型に分けられる。経済的なCNC旋盤以外では、マシンクランプタイプの刃先交換式旋盤工具が広く使用されている。

(1) CNC旋盤用刃先交換式工具の特徴

CNC旋盤で使用される刃先交換式旋盤工具の幾何学的パラメータは、刃の構造形状と工具本体上の刃溝の向きの組み合わせによって形成される。

一般的な旋盤と比べ、本質的な違いはなく、基本的な構造や機能特性は同じである。

しかし、CNC旋盤の加工手順は自動で完了するため、刃先交換式旋盤用工具の要件は一般的な旋盤で使用されるものとは異なる。具体的な要件と特性を下表に示す。

表2-2 刃先交換式旋削工具の特徴

(2) 刃先交換式旋削工具の種類

刃先交換式旋削工具は、その用途によって外輪旋削工具、プロファイリング旋削工具、端面旋削工具、内輪旋削工具に分類できる、 溝掘り 表2-3に示すように、ターニング・ツール、パーティング・オフ・ターニング・ツール、スレッディング・ターニング・ツールがある。

表2-3 刃先交換式旋削工具の種類

(3)刃先交換式旋削工具の構造形式：

レバータイプ

図2-16に示すように、レバー、ネジ、シム、シムピン、カッティングインサートで構成されている。この方法は、レバーがスクリューを押す力によって切削インサートをクランプする。

あらゆる正負のすくい角に対応し、有効すくい角範囲は-60°～+180°。切り屑は妨げられることなく流れ、切削熱はねじ穴やレバーに影響を与えません。2つの溝壁が切削インサートを強力に支持し、割り出し精度を確保します。

ウェッジタイプ：

図2-17に示すように、クランピング・スクリュー、シム、ピン、ウェッジ、カッティング・インサートで構成されている。この方法は、ピンとウェッジの間の圧縮力に頼って切削インサートを固定する。

あらゆる負のすくい角に対応し、有効すくい角範囲は-60°～+180°。両側には溝壁がなく、クリアランスのあるプロファイルカットやリバース加工に適しています。

ウェッジクランプ式：

図2-18に示すように、クランピング・スクリュー、シム、ピン、押えウェッジ、カッティング・インサートで構成される。この方法は、切削インサートをクランプするピンとウェッジの下向きの力に頼る。

ウェッジタイプと同じ特徴を持っているが、チップの流れはウェッジタイプほどスムーズではない。

その他、ボルトプレス、ホールプレス、アッパープレスなどがある。

II.ブレード素材

の切断性能の質 工具材料 は、切削加工の生産性と加工面の品質に直接影響する。

新しい工具材料の出現は、しばしば生産性を著しく向上させ、ある種の難削材加工の鍵となり、工作機械の開発とアップグレードを促す。

(1) 工具の切削部分の材質に関する要求事項

期間中 金属切断また、加工代が不均一であったり、切削面が不連続であったりすると、工具は衝撃を受ける。

工具が切削作業に対応できるように、工具の切削部分の材料は以下の切削性能を持つ必要がある：

高い硬度と耐摩耗性

ワークから切屑を切り出すには、工具がワークよりも硬くなければならない。常温では、工具の硬度は60HRC以上でなければならない。工具材料の硬度が高ければ高いほど、耐摩耗性が向上する。

十分な強度と靭性

切削加工中の圧力や衝撃に耐えるためには、工具材料に十分な強度と靭性が求められます。

高い耐熱性と化学的安定性

耐熱性とは、工具材料が高温条件下で切削性能を維持する能力を指す。耐熱性は耐熱温度で表される。

耐熱温度とは、基本的に工具の切削性能を維持できる最高温度を指す。耐熱性が高いほど、工具材料の許容切削温度は高くなる。

化学的安定性とは、工具材料が高温条件下で被削材や周囲の媒体との化学反応に耐える能力を指し、酸化防止や付着防止能力も含まれる。

化学的安定性が高いほど、工具の摩耗は遅くなる。耐熱性と化学的安定性は、工具の切削性能を測定する主な指標である。

優れた切削性能に加え、工具材料は加工性と経済性にも優れていなければならない。

例えば、工具鋼は焼き入れ変形が最小でなければならない。 脱炭 熱間圧延成形工具は良好な高温塑性を有するべきである。溶接工具に使用される材料の溶接性能は良好であるべきである。

(2) よく使われるもの 切削工具材料

一般的に使用される切削工具材料は、高速度鋼（ハイス）、超硬合金、セラミック材料、超硬材料の4種類に分類される。

高速度鋼

高速度鋼は合金工具鋼であり、かなりの量の金属を含んでいる。 合金元素 タングステン、モリブデン、クロム、バナジウムなどで、炭素の質量分率は約1%である。

熱処理後 ハイスの硬度 は62～65HRCに達し、耐熱温度は550～600℃、曲げ抵抗は約3500MPa、衝撃靭性は約0.3MJ/平方メートルである。

ハイスは強度と靭性に優れ、衝撃に耐え、研削が容易であるため、ドリル・ビット、フライス・カッター、ブローチ工具、ねじ切りカッター、ギア・カッターなどの複雑な形状の工具を製造するための主要材料となっている。耐熱性に限界があるため、ハイスは高速切削には使用できない。

超硬合金

超硬合金は、高硬度・高融点の炭化タングステン（WC）の粉末を加圧・焼結して形成される、 チタン 炭化物（TiC）、炭化タンタル（TaC）、炭化ニオブ（NbC）、バインダーとしてコバルト（Co）を使用。

常温での硬度は88～93HRA、耐熱温度は800～1000℃で、ハイスよりはるかに硬く、耐摩耗性、耐熱性に優れている。

そのため、超硬工具の許容切削速度はハイス工具の5～10倍である。しかし、耐曲げ性はハイスの1/2～1/4、衝撃靭性はハイスの数分の一に過ぎない。超硬合金はもろく、衝撃や振動に弱い。

超硬工具は生産性の大幅な向上を可能にするため、旋削工具やプレーニング工具の大半に採用されているだけではない、 フェースフライス カッターだけでなく、ドリル・ビット、リーマー、その他のフライス・カッターも相当量ある。

現在では、複雑なブローチ工具、ねじ切りカッタ、歯切りカッタでさえ、徐々に超硬合金で作られるようになってきている。

わが国では現在、3種類の硬質合金が一般的に使用されている：

WCとCoからなる炭化タングステン合金は、ISOのKカテゴリーと同様、YGとしてコード化されている。主に鋳鉄、非鉄金属などの脆性材料の加工に使用される。 非金属 材料

一般的な銘柄はYG3、YG6、YG8など。数字はCoの割合を示し、残りはWCの割合である。

硬質合金では、Coはバインダーとして働く。合金のCo含有量が多いほど、靭性が向上する。したがって、YG8は粗加工や断続切削に、YG6は半仕上げ加工に、YG3は微細加工や連続切削に適している。

タングステンチタンコバルト合金は、WC、TiC、Coから構成され、ISOのPカテゴリーと同様にYTとしてコード化される。TiCはWCより硬く、耐摩耗性、耐熱性が高いが、脆いので、YTクラス合金はYGクラス合金より硬度、耐熱性が高い。しかし、衝撃や振動に対する耐性は劣る。

鋼の加工では塑性変形が大きく、切りくずと工具の摩擦が激しいため、切削温度が高くなる。しかし、切り屑は短冊状であり、切削は比較的安定しているため、YTクラスの硬質合金は鋼の加工に適している。

タングステンチタンカーバイド合金の一般的な種類には、YT30、YTl5、YT5などがあります。数字はTiCの割合を示します。したがって、YT30は鋼の微細加工や連続切削に、YTl5は半製品加工に、YT5は粗加工や断続切削に適しています。

タングステン・チタン・タンタル（ニオブ）合金はYTクラスに少量のTaCまたはNbCを添加したもので、ISOのMカテゴリーと同様にYWとしてコード化されている。YW級硬合金の硬さ、耐摩耗性、耐熱性、曲げ強さ、衝撃靭性はいずれもYT級より高く、最後の2つの指標はYG級に近い。

したがって、YW級合金は鋼と鋳鉄の両方、および非鉄金属の切り屑を加工でき、万能硬質合金として知られている。一般的なブランドにはYWlとYW2があり、前者は半仕上げ加工と微細加工に、後者は粗加工と半仕上げ加工に使用される。

現在 硬合金 切削工具は、TiC C、TiN、Alなどの高硬度材料のコーティングを採用することが多い。₂O₃.コーティングされた超硬工具の寿命は、コーティングされていないものに比べて2～10倍長い。

セラミック材料

セラミック材料は、炭化物に比べて硬度、耐摩耗性、耐熱性、化学的安定性が高いが、もろい。主に精密機械加工に使用される。

セラミック切削工具の材料には、アルミナセラミック、金属セラミック、窒化ケイ素セラミック（Si3N4）、Si3N4複合セラミックなどがある。1980年代以降、セラミック切削工具は急速に発展した。

メタルセラミックス、窒化ケイ素セラミックス、複合セラミックスの曲げ強度と衝撃靭性は超硬合金に近く、切削液による半製品加工や粗加工に適している。

超硬材料

合成ダイヤモンドは、高温高圧下で金属の触媒作用によりグラファイトから生成される。合成ダイヤモンドは、ダイヤモンド砥石の製造や、多結晶化の後、切削工具用の超硬基板をベースにした合成ダイヤモンドブレードの製造に使用される。

ダイヤモンドは自然界で最も硬い材料であり、耐摩耗性が極めて高く、鋭い切れ刃で非常に薄い切り屑を切断することができる。しかし、非常に脆く、鉄系金属との親和性が強いため、粗加工や鉄系切屑の切断には使用できない。

現在、合成ダイヤモンドは主に超硬合金研削用砥粒として使用されている。また、非鉄チップやその合金の高速精密旋削やボーリングにも使用できる。

立方晶窒化ホウ素（CBN）は、高温高圧下で六方晶窒化ホウ素（白色黒鉛としても知られる）から変化したものである。CBNはダイヤモンドに次ぐ極めて高い硬度と耐摩耗性を持ち、1400～1500℃の高温にも耐えることができる。

1200～1300℃では鉄系金属と化学反応しない。

しかし、高温では水と化学反応する可能性があるため、一般的には乾式切削に使用される。CBNは、焼入れ鋼、チルド鋳鉄、高温合金、溶射材、硬質合金、その他の難加工材の精密加工に適している。

III.ブレードの形状

ブレード形状の選択 "アイコンを図 2-20 に示す。主なパラメータ選択方法は以下の通りです：

刃先角度

刃先角度の大きさは、刃物の強度を決定する。被削材の構造と剛性が許す限り、できるだけ大きな刃先角度を選ぶべきである。通常、この角度は35°から90°の間です。

図2-19では、R型丸刃は重切削時の安定性は良いが、大きなラジアル力が発生しやすい。

ブレード形状の選択

ブレードの形状は主に、加工するワークの表面形状、切削方法、工具寿命、ブレードの回転数などに基づいて選択される。

正三角形ブレードは、外円旋削工具、端面旋削工具、内孔旋削工具に使用でき、主要な刃先角度は60°または90°である。このブレードは刃先角度が小さく、強度が低く、耐久性が低いため、切削量が少ない場合にのみ使用する。

正方形刃の刃先角度は90°で、正三角形刃の60°より大きく、強度と放熱性能が向上している。このブレードはかなり汎用性が高く、主に外円旋削工具、端面旋削工具、主要切れ刃角45°、60°、75°などのボーリング工具に使用される。

五角形ブレードは、刃先角度が108°で、高い強度と耐久性を持ち、放熱面積も大きい。しかし、切削時に大きなラジアル力が発生するため、加工システムの剛性が高い場合にのみ使用する必要がある。

菱形ブレードや円形ブレードは、主にサーフェスの成形や円弧サーフェス加工に使用される。その形状や大きさは、加工対象物と組み合わせて国家規格を参照することで決定することができる。

IV. NC旋盤用工具の種類

CNC旋盤は、ますます安定し、耐久性があり、交換が容易な工具を必要としている。

近年は CNCマシン クランプ式刃先交換式工具は広く普及し、加工工程で重要な役割を果たし、使用される工具の大部分を占めている。

どのようなものですか？ CNCの種類 旋盤工具？

CNC旋盤用工具は、その構造から、一体型、はめ込み型、特殊型の3種類に分けられる。

さらに、工具の製造に使用される材料に基づいて、ダイヤモンド工具、高速度鋼工具の4つのグループに分類することができる、 超硬合金 道具や、セラミックなど他の材料で作られた道具。

CNC旋盤工具は、刃の数によっても分類できる。単刃工具と多刃工具である。片刃工具には主切刃が1つしかないが、多刃工具には主切刃が2つ以上ある。

従来の旋盤用工具と比べ、CNC工具には異なる要件があり、次のような特徴がある：

• 高精度
• 良好な互換性
• 長寿命
• 良好な剛性（特に粗加工工具用）
• 迅速な工具交換に便利
• 安定した切断性能
• 低振動抵抗と熱変形
• 工具サイズの調整が容易で工具交換時間を短縮
• 信頼性の高い切粉・鉄粉破砕能力

シリアル化と標準化は、効率的な切り屑の除去と、プログラミングと工具の管理を容易にするためにも必要である。

V. CNC旋盤用工具の選択

のツールの選択 CNC加工プロセス は人間と機械の相互作用によって実行される。

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• 10個のCNC加工のヒント：より良い加工品質のために

プログラマーは、加工能力、加工手順、ワークピース、加工条件など様々な要素を考慮して、CNC旋盤用の工具とツールホルダーを適切に選択しなければならない。 材料特性切削パラメータなど。

工具選びの一般的なルールは、剛性が高く、耐久性があり、精度が高く、取り付けや調整が簡単な工具を優先することである。

加工条件を満たしつつも、加工時の剛性を高めるため、シャンクの短い工具を選ぶことを推奨する。

経済的なCNC旋盤を使用する工程では、研削、測定、工具交換を手作業で行うため、補助時間が長くなる。この補助時間を最短にするためには、工具順序を効率的に配置することが極めて重要である。

従うべき一般原則は以下の通りである：

• 使用する道具の数を最小限に抑える
• 一旦クランプされた工具で、全ての加工工程を完了させる。
• 粗加工と仕上げ加工で別々の工具を使用する
• 同じような工具で加工する場合は、表面仕上げ加工を優先する。
• ワークの表面サイズに適合する工具サイズを選択する。
• 自由曲面加工では、表面仕上げにボールヘッド工具を使用することが多い。
• フラットヘッドカッタは、切削が保証されない限り、曲面の粗加工および仕上げ加工に適しています。

重要なことは、工具の耐久性と精度がそのコストに関係するということである。高品質な工具を選択することで、工具のコストは上がりますが、加工品質や加工効率を向上させることで、全体の加工コストを下げることができます。

このCNC旋盤用工具の議論を通じて、工具の種類は工具構造、製造材料、切れ刃の数によって分類できることを学んだ。工具の選択は、CNC旋盤における人間と機械の相互作用によって行われる。 CNC加工プロセス.CNC旋盤加工において重要な部品である工具は、重要な役割を果たす。