高速 切削工具 高速CNC加工技術の鍵となるのは、ツール技術です。ツール技術は、高速CNC切削を実現するための重要な技術の1つです。不適切なツールを使用すると、複雑で高価な工作機械や加工システムが完全に無効になります。高速切削は切削速度が高く、高速加工ライン速度は主にツールによって制限されます。現在の工作機械が達成できる高速範囲内では、速度が速いほどツールの摩耗が速くなるためです。
したがって、高速切削では工具材料に対する要求が高くなります。通常の工具材料の基本的な特性に加えて、高速切削工具には、高い耐熱性、耐熱衝撃性、優れた高温機械的特性、および高い信頼性も求められます。現在、一般的に使用されている高速切削工具材料には、多結晶ダイヤモンド（PCD）、立方晶窒化ホウ素（CBN）、セラミック、コーティング工具、超微粒子超硬合金、およびその他の工具材料が含まれます。
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ダイヤモンド工具材料。ダイヤモンドフライスカッターは、高硬度、高圧縮強度、良好な熱伝導性、耐摩耗性などの特性を持ち、高速切削で高い加工精度と加工効率を実現できます。ダイヤモンド工具は、天然ダイヤモンド工具と人造ダイヤモンド工具に分けられます。天然ダイヤモンドは高価で、加工や溶接が難しく、一部の特殊な用途を除いて切削工具として使用されることはほとんどありません。近年、さまざまな化学機構研削ダイヤモンド工具法や保護ガスろう付けダイヤモンド技術が開発され、天然ダイヤモンド工具の製造プロセスが簡素化されています。そのため、天然ダイヤモンドは超精密ミラー切削のハイテク応用分野で重要な役割を果たしています。
立方晶窒化ホウ素工具材料。立方晶窒化ホウ素（CBN）は、硬度がダイヤモンドに次ぐ超硬質材料です。CBNはダイヤモンドよりも硬度が低いですが、酸化温度が1360℃と高く、強磁性材料との親和性が低いため、高硬度、高靭性を有する難加工金属材料の加工に特に適しています。PCBN工具は、高度な切削要件を満たすことができる主な工具材料であり、ハードカット、高速切削、ドライカットに最適な工具材料です。PCBN工具は主に、硬化鋼、鋳鉄、高温合金、表面溶射材料の加工に使用されます。海外の自動車製造業界では、鋳鉄材料の切削にPCBN工具を使用しています。
セラミック工具。セラミック材料は超硬合金に比べて硬度、赤硬度、耐摩耗性が高く、鋼材加工時の耐久性は超硬合金工具の10～20倍、赤硬度は超硬合金の2～6倍です。また、化学的安定性、抗酸化能も超硬合金より優れています。セラミック工具材料の強度が低く、靭性が低いため、その応用と推進が制限されていますが、超微粉末技術の開発とナノ複合材料の研究により、その発展に新たな活力が加わりました。セラミック工具は最も有望な高速切削工具であり、世界各国の注目を集めています。ドイツでは、鋳物の機械加工工程の約70%がセラミック工具で完了しており、日本のセラミックナイフの年間消費量は工具総数の8%～10%を占めています。
コーティングされた工具。コーティング材料の開発は、初期の単一コーティングから複合コーティング、多成分複合コーティングの開発段階を経てきました。現在、TiN / NbN、TiN / CNなどの多成分複合膜材料が開発されており、工具コーティングの性能が大幅に向上しています。ハードコーティング材料の中で、TiNは最も成熟した技術を持ち、最も広く使用されています。
超硬工具材料。微粒子（1〜0.5μm）および超微粒子（<0.5μm）超硬材料と一体型超硬工具の開発により、超硬合金の曲げ強度が大幅に向上しました。高速度鋼に代わって、小型ドリル、エンドミル、タップなどの汎用工具を大量かつ広範囲に製造できます。切削速度と工具寿命は高速度鋼をはるかに上回ります。一体型超硬工具を使用すると、もともと高速度鋼工具を使用していたほとんどの応用分野で切削効率を大幅に向上できます。微粒子超硬合金のもう1つの利点は、工具刃先が鋭く、特に粘着性があり強靭な材料の高速切削に適していることです。
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高速切削では、工具本体の構造と刃のクランプ構造に大きな遠心力が加わります。工具に十分なクランプ力を維持するために、工具構造の設計は高速切削加工の特殊性を十分に考慮し、工具本体の材質は軽く、工具の動的バランスを考慮し、工具刃のクランプは信頼性が高くなければなりません。マシニングセンターなどのN（工作機械）では、長年にわたり7：24ソリッドテーパーシャンク工具システムが使用されています。このソリッドテーパーシャンクには、テーパー面のみで接続されているため、シャンクとスピンドルの接続剛性が低く、特にスピンドル回転数が10,000r / minを超えると、接続剛性の欠如がより顕著になるという欠点があります。
ATC（自動工具交換）方式で工具を取り付ける場合、繰り返し位置決め精度が低く、高精度加工が困難です。スピンドルが高速回転すると、遠心力の作用でスピンドルの先端が膨張し、スピンドルがツールホルダーの円錐面から離れやすくなり、ラジアル振れが急激に増加します（最大15μm）。これにより、ツールホルダーの接触剛性が低下し、安全事故が発生しやすくなります。
そのため、従来のロングテーパー工具ホルダーは高速切削には適していません。この問題を解決するために、コーンとスピンドル端面を同時に使用して位置決めするダブルポジショニング工具ホルダーが開発されました。このタイプのツールホルダーはコーンによってセンタリングされ、工作機械のスピンドルの端面はツールホルダーのフランジ端面に近接しています。このタイプのツールホルダーは、取り付け時に高い繰り返し位置決め精度（軸方向の繰り返し位置決め精度は0.001 mmに達することができます）を備えており、高速回転によって発生する遠心力の下で、ツールホルダーはしっかりとロックされ、その半径方向の振れは5μmを超えず、速度範囲全体で高い静的および動的剛性を維持できます。したがって、このタイプのツールホルダーは高速切削に特に適しています。
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工具監視技術は、高速切削の安全性にとって非常に重要です。工具監視技術には、主に切削力を監視して工具の摩耗を制御すること、工作機械の動力を監視することで工具の摩耗情報を間接的に取得すること、工具の破損（破損）を監視することなどが含まれます。現在、国内外の高速切削工具監視技術の研究、開発、応用は十分ではありません。アコースティックエミッション信号は工具負荷に敏感であるため、アコースティックエミッションを使用して高速切削時の工具の状態と工具の摩耗を監視し、良好な結果が得られています。さらに、デジタルカメラと特殊な固定具を使用して、高速切削工具の摩耗を研究しています。
先進的な製造技術、材料技術、ナノテクノロジーの発展に伴い、新しい多元素、複合、ナノレベルのハードコーティングやCVDダイヤモンドフィルムなどの機能性材料、超硬質工具材料、セラミック工具、コーティング工具などが広く使用され、高速切削工具システムはますます完成度が高まり、高速CNC切削の推進の重要な部分になります。
