高速切断の探求：技術概要と応用

切削加工は依然として機械加工の最も顕著な方法であり、機械製造において重要な役割を担っている。

ものづくり技術の進歩に伴い、切削加工技術は20世紀末に大きな進歩を遂げ、高速切削の開発、新たな切削プロセスや手法の創出、総合的な技術パッケージの提供など、新たな時代を迎えた。

加工効率と品質が向上し、急速に台頭しつつある先端製造技術である高速切断は、今日、工業先進国においてますます多くの技術者から認知され、注目を集めている。

高速切削の概念と特徴

高速加工は相対的な概念であり、統一された定義がない。一般的には、超硬工具を使用して切削速度と送り速度を大幅に向上させ、材料除去率、加工精度、表面品質を向上させる最新の加工技術と考えられている。高速加工の本質は、速度と精度にある。

工具材料、被削材、加工技術が多様であるため、高速切削の速度範囲を明確に定義することは困難である。現在のところ、主軸回転速度が10,000m/min以上、または通常の切削速度の5～10倍であれば、一般的に高速加工とみなされる。

高速加工では、切削速度が大幅に向上するだけでなく、工作機械の搬送部品の速度も従来の切削速度より大幅に向上するため、切削時間が短縮されるだけでなく、補助加工時間も大幅に短縮される。

高速切断の特徴は以下の通りである：

1）高い処理効率。

自動化が進んだことで、補助時間やアイドル移動時間が大幅に短縮され、有効切断時間がワークの工程内時間の大部分を占めるようになった。切断時間は送り速度と送り寸法に依存する。高速切削は切削深さは小さいが、主軸回転速度が速く、送り速度が速いため、単位時間当たりの切り屑排出量が大きくなり、加工効率が向上する。

2）高精度加工。

高速切断は材料除去率が高く、それに伴って切断力が小さくなる。同じ切削層パラメータであれば、高速切削の単位切削力は小さいため、切削中のワークの力による変形が最小限に抑えられ、加工精度の確保に役立ちます。
3）高い加工表面品質。

高速切削では、切削力が小さく、振幅変動が小さく、主軸に関連する加振周波数が切削加工システムの固有周波数から離れているため、振動が発生しにくい。

4) 低い処理エネルギー消費。

高速切削では、単位電力あたりの金属除去率が大幅に向上します。高い除去率、低いエネルギー消費、短い加工時間のため、エネルギーと設備の利用率が向上します。

高速切断の応用分野

現在、高速切削加工技術は主に航空宇宙産業、自動車産業、金型産業、複雑な表面や難削材の加工に使用されている。高速切削技術は、航空機部品が通常全体として製造される航空宇宙産業で主に適用され、非常に高い金属除去率（一般的に70%以上）を実現している。

自動車製造業界では、市場の個別化要求に応えるため、生産は徐々に大量生産から多様なバッチ生産へと移行している。

金型製造において、高速、高送り、低切削深さの加工方法を採用した場合、焼入れ鋼の金型キャビティの加工は、より良い表面品質を達成することができ、放電加工や研削の必要性を低減、あるいは不要にすることができ、準備時間の短縮、プロセスフローの短縮、加工時間の短縮に大きな利点がある。