さまざまな内ねじ加工方法を分析、評価し、合理的に選択することで、部品メーカーは高品質のねじ穴を効率的かつ経済的に製造できるようになります。 5 つの主な内ねじ加工方法 (タッピング、押し出し、フライス加工、旋削、研削) の長所と短所。
内ねじのタッピング加工
タッピングは、多くのねじ切り作業において効果的で一般的な方法です。通常、初期コストは最も低くなりますが、全体として必ずしも最も経済的であるとは限りません。
タッピングは、ワークピースの材料を連続した切削刃で削り、1 回のパスで最終的なねじサイズを得る連続切削プロセスです。タップは、ねじのメジャー径、マイナー径、ピッチ径に合わせて特別に製造されます。タップは 1 回のパスで荒削りと仕上げを完了する必要があるため、大量の切りくずを効果的に排出する必要があり、過度の圧力が発生して、ねじの品質に問題が生じたり、タップが損傷したりする可能性があります。
切りくず制御は、タップ加工時に無視できない重要な問題です。特に、硬度が低く、粘性が高く、長いストリップ切りくずを生成しやすいワークピース材料を加工する場合はなおさらです。これらのストリップ切りくずは、タップの周りに鳥の巣を形成したり、切りくず溝に蓄積したりして、タップが穴の中で破損する可能性があります。アルミニウム、炭素鋼、300 シリーズのステンレス鋼は、一般に、切りくず制御が最も難しいワークピース材料です。
タップは、硬度が HRC50 未満のほぼすべてのワークピース材料を加工できます。また、一部の工具メーカーは、硬度が HRC65 までのワークピース材料を加工できるタップも提供しています。
穴径も考慮すべき要素です。ほとんどのエンドユーザーは、直径 16 mm 未満の穴しかタップできません。穴径が 16 mm を超えると、工作機械にタップを回すのに十分なパワーがあるかどうかという問題が生じます。穴径が 6.35 mm 未満の場合、チップスペースが限られていることと、小径タップの強度が低いため、タップ加工にも問題が発生しやすくなります。
また、タップで加工できる内ねじの長さは、通常、直径の 3 倍以上になります。深穴ねじの場合、タップは単歯ねじフライスよりも高速であることがよくあります。穴から切りくずをうまく排出できる限り、タップの深さまでタップを加工できます。
直径とピッチが固定されているため、1 つのタップで異なるサイズのネジを加工することはできません。また、タッピング中にタップと穴壁の接触面積が大きく、発生する切削力が大きいため、タップが破損して穴に詰まり、ワークピースがスクラップになることがあります。また、タッピングを効果的に完了するには、高い潤滑剤が必要です。
内ネジ押し出し加工
押し出しタップは、ワークピースの材料を（切断ではなく）移送することで、直径の最大 4 倍の内ねじを生成できます。切りくずは生成されないため、切りくずの鳥の巣の形成を心配する必要はありません。ただし、押し出しねじでは、ワークピースの硬度を約 HRC40 未満に制限する必要があります。さらに、材料を移送する必要があるため、ワークピースの材料は優れた延性を備えている必要があります。
押し出しタップの直径は通常 19 mm 未満ですが、0.5 mm ほど小さくなることもあります。タップの直径が大きいほど、加工中に発生する摩擦が大きくなり、工作機械に必要な電力も高くなります。
切削タップと比較すると、押し出しタップは剛性が高く、破損しにくいです。切削タップに作用する圧力は、多角形面を通る接線方向の力ですが、押し出しタップに作用する圧力は、タップの中心に向かう放射状の力であるため、接線方向の力よりもはるかに大きくなります。
押し出しタップは、ワークピース材料の結晶構造を（せん断するのではなく）圧縮することによってねじを形成するため、切削ねじに比べて強度が高くなります。
切削タッピングと比較すると、押し出しタッピングでは、より大きなトルクとパワーを備えた機械、ワークピースのクランプ安定性に対するより高い要件、ワークピース材料を移動するために必要な切断ワークピース材料よりも大きな力、およびネジ穴の穴あけ精度に対するより高い要件が必要です。
医療業界や航空宇宙業界など、一部の業界では押し出しタッピングは受け入れられません。押し出しタッピングによって形成されたねじピッチには欠陥があり、航空宇宙業界ではねじピッチに鋭い先端（U字型の歯形）が許可されていません。ただし、この欠陥はねじの引張強度に影響を与えないため、汎用部品として拒否する理由にはなりません。
内ねじのフライス加工
スレッドエンドミル らせん補間を使用して内ねじと外ねじを切断します。過去 10 ～ 15 年間に製造されたほとんどの CNC マシンには、ねじフライス加工機能が備わっています。
ねじフライス加工は、超硬ソリッドねじフライス盤またはインデックス可能インサートねじフライス盤 (鋼シャンクと超硬インサートを使用) を使用して行うことができます。多歯ねじフライス盤は、穴の周りを 1 回転するだけで全深さのねじを生成しますが、単歯ねじフライス盤は片面のみに刃があり、一度に 1 つのねじしか生成できません。ただし、ほとんどのねじフライス盤には複数の歯があります。
スレッドミル加工は、硬度が HRC 65 までのワークピース材料の加工に適しており、汎用性に優れています。通常、1 つまたは 2 つの異なるコーティングが施されたスレッドミルが、さまざまなワークピース材料の加工に使用されます。
ねじフライス加工のチップ制御は通常は難しくありません。ねじフライス加工は断続切削であるため、ワークピースの材料のチップ特性に関係なく、短く断続的なチップを形成できます。
スレッドミルは、0-80（切削径1.524mm）の小さなねじから、最大の穴径のねじまで、幅広いサイズをカバーしています。一般的に、スレッドミル加工の最適な穴深さは、穴径の約2.5倍以内に制御されます。スレッドミル加工の切削力はバランスが取れていません。ミリング長さが長すぎると、大きなラジアル切削力が大きな横圧力を形成し、フライスカッターのたわみ、刃先の欠け、さらには小型のフライスカッターなどの問題が発生します。
しかし、単刃のねじフライスカッターは、穴径の20倍までの深いねじ穴を加工できます。切削はすべてフライスカッターの端で行われるため、工具のたわみの問題はありません。油田設備や大型エネルギー部品を製造する多くのユーザーは、ロングシャンクのねじフライスカッターを使用する必要があります。彼らにとって、単刃のフライスカッターで複数のねじをフライス加工するのは時間がかかりますが、それでも250mmの長いタップに$1,000を投資するよりもコスト効率が高くなります。
ねじフライス加工には多くの利点があります。1つのフライスカッターを使用して、同じピッチで穴径が異なる一連のねじ穴を加工できますが、1つの歯のフライスカッターでは、複数のピッチと複数の穴径のねじ穴を加工できます。さらに、ねじフライスカッターは、止まり穴と貫通穴の両方の加工に使用でき、右ねじと左ねじの両方を加工できます。ねじフライスカッターは平底構造であるため、止まり穴の底に近い完全なねじを加工することもできます。 エンドミル 破損しても、部品が廃棄される可能性は低いです。最後に、スレッドフライスカッターは、他の穴加工ツールと組み合わせて複合ツール（穴あけ、面取り、スレッドフライス加工の複合ツールなど）を形成することもできます。
ただし、タッピングと比較すると、ねじフライス加工は通常、より長いサイクルを要します。ねじフライス加工には特別な加工プログラムが必要なため、この加工方法の使用を躊躇するユーザーもいるかもしれません。ただし、このプログラムは複雑ではなく、多くの CNC プログラミング ソフトウェアを使用してコンパイルできます。
一部の企業では、オペレーターが加工に介入することを望まないため、依然としてタッピングを好んでいます。 スレッドフライス加工では、オペレーターが工作機械に何らかの補正調整を行う必要があります。 フライスカッターの直径は、通常の摩耗により徐々に減少します。 適切な加工サイズを維持するために、オペレーターは調整によって工具の摩耗を補正する必要があります。 最初にねじ公差を測定し、次に測定された摩耗に応じて加工パラメータを調整する必要があります。 オペレーターはゲージを使用して定期的にねじをテストすることしかできません。 テスト結果が満足のいくものでない場合は、タップを交換する必要があります。
内径ねじ旋削加工
内ねじを作る別の方法は、インデックス可能なインサートまたは小型のソリッドボディのボーリング工具を使用して、多軸マシンまたは旋盤でねじを回転させることです。このプロセスは、単歯または多歯インサートのどちらでも実行できます。多歯インサートは、各刃に複数の歯があり、次の歯は前の歯よりも深く切削します。多歯インサートを使用すると、ねじを完成させるのに必要なパスの数が減ります。ただし、多歯インサートはより高価なため、少量生産ではなく大量生産に有利です。
内部ねじは、ソリッドボディのボーリング工具でも回転できます。単歯工具でねじを回転する場合、ユーザーはフルプロファイルまたは部分プロファイルのインサートを使用できます (多歯インサートはフルプロファイルのみ)。フルプロファイルインサートは、ねじ山の頂点を含む完全なねじプロファイルを生成します (インサートはねじの内径を切断します)。このインサートを使用する場合、ピッチごとに個別のインサートが必要です。
フルプロファイルインサートは、ねじの主径、副径、ピッチ径を同時に生成できるため、部分プロファイルインサートよりも少ないパスで、より強力で正確なねじを生成します。
歯形インサートの中には、歯の頂部がない（ねじ径を切削できない）ものや、歯が 1 つしかないものがあり、切削深さを変えることでさまざまなピッチを生成できます。このねじ山は非常に鋭い歯の頂弧を持つため、並目ねじの強度が低下し、加工に時間がかかります。
インデックス付き工具でねじを旋削する場合、加工サイズの範囲は非常に広く、最大径のねじ穴から6mmの小さなねじ穴まであります。 直径6mm未満のねじ穴は超硬工具で加工する必要があり、加工できる最小の穴径は約1.25mmに達します。 大径の穴については、Vargusは約100年稼働している垂直タレット旋盤で、直径0.9mまでの大径ねじ穴を加工してきました。 このような大径の穴のねじを加工するには、旋削以外に方法はありません。 この古い工作機械には、ヘリカル補間機能がありません。
スチールシャンクのねじ旋削工具は穴径の最大 3 倍の穴加工に適していますが、超硬シャンクの工具は穴径の 4 ～ 5 倍の穴加工が可能です。
ねじ切り旋削では、さまざまなワークピース材料を加工することができ、HRC50 までの硬度を持つワークピースや、ハステロイやインコネルなどの耐熱合金にねじ切り旋削を施すことができます。ただし、これらの材料は硬くて研磨性があり、工具寿命が短くなります。
内ねじ旋削、特に止まり穴ねじ旋削では、切りくず制御が重要です。ユーザーは、インサート形状を使用して切りくずを制御し、切りくずの排出を容易にするために、切りくず送り方法 (ラジアル切りくず送り、フランク切りくず送り、フランク修正切りくず送り、フランク交互切りくず送りなど) または逆ヘリカル方法 (ねじ形成方向がスピンドルに向かうのではなく、スピンドルから離れる) を使用できます。
どの切り込み方法を使用するかは加工条件によって異なりますが、ほとんどの場合、修正フランクラジアル切り込みを使用するのが有利なので、これをデフォルトの設定にすることができます。ただし、ほとんどすべての工作機械では、加工プログラムのパラメータが変更されていない場合、加工はラジアル切り込みモードで実行されます。
内ねじの研削
ねじ研削は高精度の加工方法であり、厳しい公差要件のある精密な内ねじに効果的な選択肢です。さまざまな内ねじ、溝、ベアリングレースウェイ、その他の関連部品の特徴をグラインダーで加工できます。内ねじ研削盤で加工できる一般的な部品には、ねじリングゲージ、ローラーナット、ボールねじなどがあります。
内ねじ研削は、通常、専用の研削盤で行う必要があります。一般的に、精密な歯形のねじを研削するには、工作機械の砥石の取り付け位置をねじのねじれ角に合わせて傾ける必要があり、そのためには回転軸が必要ですが、ほとんどの汎用研削盤には回転軸がありません。A軸平行研削法も使用できる場合があります。この方法では、修正（ねじれプロファイルを修正）した多歯砥石をワークピースに直接挿入して外ねじを研削しますが、内ねじ研削では、ねじれ角に合わせてA軸に単歯砥石を取り付ける必要があります。
加工経済性に優れたねじ研削の内径サイズは通常 10 ～ 25 mm です。深穴の内ねじを研削する場合の目安は、研削ホイールの軸の長さと直径の比率が 7:1 を超えないことです。深穴の内ねじを研削する際の主な課題は、ねじれ角と穴の直径です。ねじの長さが長くなり、穴の直径が小さくなると、研削スピンドルがワークピースに衝突する可能性が高くなるため、高ねじれ角での研削は困難になります。
内ねじ研削のチップ制御には、研削ゾーンを冷却剤で洗い流すことが含まれます。この場合も、内部の穴のスペースが限られているため、ホイールと研削スピンドルが小さな穴に入るのを妨げずに、ホイールの回転方向に研削ゾーンに冷却剤を届けることは困難です。
内ねじ研削は精度が非常に高いため、ホイールの正確な輪郭付けが可能で、ホイールを成形した後、必要に応じてすばやく再輪郭付けできます。さらに、内ねじ研削により生産性が向上します。ホイールを再輪郭付けして、他のホイールを変更することなく、異なるねじ形状を作成できます。
優れた内ねじ研削盤には、優れた剛性と熱安定性、高い軸動作精度、正確な閉ループ位置フィードバック、温度制御された精密スピンドルなど、いくつかの機能が必要です。
部品メーカーは、どの内ねじ加工方法を使用するかをどのように決定するのでしょうか。各加工方法にはそれぞれ長所と短所があります。ある加工方法で満足のいく結果が得られない場合は、他の加工方法を試す必要があります。内ねじ加工プロセスを決定する際には、どのような工作機械を持っているかを考慮し、工具コスト、加工サイクル、工具寿命を慎重に評価することが重要です。
