工業加工における電子技術の広範な応用により、加工装置の性能は飛躍的に向上しました。金属加工業界では、 CNC工作機械 複雑な製品の加工性が向上しただけでなく、製品の品質と加工効率も大幅に向上しました。しかし、設備の性能がどれだけ進歩しても、最終的な切削工程は切削工具によって完了します。ことわざにあるように、「仕事をうまくやりたければ、まず工具を研がなければなりません。」工具の選択は、CNC設備の性能と効率に大きな役割を果たします。使用する設備がどれだけ進歩しても、対応する切削工具のサポートがなければ、設備の性能を発揮することはできません。
CNC加工でよく使われる切削工具の種類と特徴
CNC加工切削工具は、CNC工作機械の高速、高効率、高度な自動化の特性に適応する必要があります。一般的には、汎用工具、汎用接続工具ホルダー、および少数の専用工具ホルダーが含まれます。工具ホルダーは工具に接続し、工作機械のスピンドルに取り付ける必要があります。現在、標準化され、シリアル化されています。
CNC切削工具の分類
- 使用される設備に応じて、CNC旋盤工具、CNCフライス盤工具、マシニングセンター工具に分類できます。
- 工具の製造に使用される材料に応じて、高速度鋼工具、超硬工具に分けられます。
ダイヤモンド工具、立方晶窒化ホウ素工具、セラミック工具など。
- 切断工程に応じて、次のように分けられます。
外円、内穴、ねじ、溝入れ工具などの旋削工具：
掘削ツール、以下を含む ドリルビット、リーマ、タップなど：
ボーリングツール;
フライス工具等
CNC工作機械の耐久性、安定性、調整のしやすさ、交換可能な工具の要件を満たすために、近年、機械クランプ式インデックス可能工具が広く使用され、数量的にはCNC工具全体の30%〜40%に達し、金属除去量は全体の80%〜90%を占めています。
CNCツールの特徴
通常の工作機械で使用されるツールと比較して、CNC ツールには主に次の特性を含むさまざまな要件があります。
- 剛性（特に荒加工工具）に優れ、精度が高く、耐振動性および熱変形が少ない。
- 互換性が良好で、ツールを素早く簡単に変更できます。
- 長寿命、安定した信頼性の高い切断性能。
- ツールのサイズ調整が容易なので、ツール交換の調整時間を短縮できます。
- ツールは、チップの除去を容易にするために、チップを確実に破砕または転がすことができる必要があります。
- プログラミングとツール管理を容易にするためのシリアル化と標準化。
CNC加工ツールの選択
ツール選択の基本原則
切削工具を選択する際に考慮すべき問題は多く、効率原則、加工精度原則、安定性原則、経済原則など、対応する原則も多数あります。
効率原則は、実際には他の原則、特に経済原則と切り離せないものです。効率を要求する主な目的は、処理全体の経済性を確保することです。しかし、効率は特に重要なので、切り離して個別に議論します。
効率の原則とは、まず第一に、製品の加工精度要件が満たされ、一定期間内に安定性が確保されるという前提の下での効率です。この基本条件がなければ、効率は問題外です。私たちが交通手段（車など）でより速いスピードを期待するのと同じように、安全性が最優先事項となることがよくあります。
第二に、私たちはあらゆる状況下で効率を重視するわけではありません。効率の追求にはいくつかの制約があります。ある部品の加工効率の向上は他の部品の効率に合わせる必要があり、ある工程の効率の向上は他の工程の効率に合わせる必要があります。これらの制約を無視して盲目的に効率を追求すると、報われない結果になります。例えば、組立ライン生産では、解決する必要があるのは生産ライン全体の「ボトルネック」工程です。この工程の生産能力が向上し、他の設備とのビートが一致していれば、生産ライン全体の生産能力が向上し、製品全体の生産能力が向上し、製造サイクルが短縮されます。
ただし、単一のマシンまたは柔軟な製造システムの要件は異なります。それらのほとんどは、生産において多品種小ロットの生産タスクを引き受けます。同時に、制約が少なく、つまり他のプロセスとの関連性が低くなります。多くの場合、1台または非常に少数のデバイスでコンポーネント全体の処理を完了できます。柔軟性により、特定のコンポーネントまたは特定のプロセスの製造サイクルが短縮されると、多くの場合、その機器を他の部品または他のプロセスの生産に投入できるため、より多くのメリットが生まれます。
加工効率の原則に加えて、特に加工精度と表面品質の要件が比較的高い仕上げなどの用途では、切削工具が加工精度に与える影響も考慮する必要があります。
粗加工条件下では、一般的に効率第一の原則を採用しています。この段階では、ワークピースブランクの加工代を素早く取り除き、ワークピースの完成サイズの「正味サイズ」状態に素早く近づけることが、ツールの選択と加工パラメータで最初に考慮する要素です。しかし、仕上げ条件下では、状況は大きく異なります。仕上げ時には、精度第一の原則を採用する必要があります。つまり、まず加工の寸法精度、表面粗さ、表面品質を確保する必要があります。
特定の切削工具の選択
具体的な工具の選択は、工作機械の加工能力、ワークピースの材質の性能、加工手順、切削量などの関連要因に基づいて、工具と工具ホルダーを正しく選択する必要があります。工具選択の一般的な原則は、取り付けと調整が簡単で、剛性が高く、耐久性と精度が高いことです。加工要件を満たすという前提で、工具加工の剛性を高めるために、より短い工具ホルダーを選択するようにしてください。以下は、切削加工分類に応じた具体的な工具選択の基本原則の説明です。
旋回 Tオルズ
旋削工具は、具体的な選択において、旋削工具バーと超硬インサートの選択に分かれています。旋削工具は、すべての CNC ツールの中で最も標準化されています。その中で、通常の外円、内穴、端面、およびプロファイル処理ツールの超硬インサートは、ほぼ完全に汎用的です。したがって、ツールバーは、品質が良く、仕様と種類が揃っており、納期が速い大手企業から選択する必要があります。
同時に、大企業の工具付属品は保証されています。工具棒の使用サイクル全体にわたって、多くの付属品が必要であることを知っておく必要があります。一部の中小企業の製品は頻繁に変更されます。旋削工具付属品を購入できない場合は、廃棄するしかありません。インサートは、加工製品の特性に基づいています。実際の切削比較を行った後、コストパフォーマンスの高い製品を選択し、新しい材料ブレードが登場したときに、工具棒を変更せずに使用できます。
溝入れ工具の汎用性は非常に低く、各社の製品もほぼ万能ではないため、選択する前に切削実験を行い、比較検討した上で選択する必要があります。
掘削 Tオルズ
CNC装置のスピンドル速度と加工精度は非常に高いため、穴あけ加工の際には、超硬工具を使用して穴あけの切削効率を向上させるようにしてください。一般に、Uドリルを使用できる場合は、一体型合金ドリルビットを使用しないでください。これにより、加工効率が向上するだけでなく、ドリルビットの研磨工程が節約され、工具交換が簡素化されます。工作機械が制限されている場合は、超硬インサートを使用します。
ねじ加工ではコーティングタップの使用を試み、加工速度を20%～30%上げることができます。国産タップの品質は一般的に悪いので、輸入タップを適切に選択するか、高性能材料を使用して中国で非標準のカスタマイズを行うことができます。
つまらない Tオルズ
ボーリング工具は、荒削りボーリング工具と細削りボーリング工具に分けられます。
荒削り加工の際、製品ロットが大きく、段付き穴などの複雑な穴構造の場合は、非標準のボーリング工具を使用することもできます。加工穴の構造に合わせて、メーカーに複数の刃先を持つ工具を設計してもらい、加工中に複雑な穴の荒削り加工を1回で完了できるようにします。
精密ボーリング工具は、すべての CNC ツールの中で最も複雑で精密なツールであり、もちろん最も価値のあるツールでもあります。選択する際には、次の 3 つの点に注意する必要があります。まず、ボーリング工具のサイズ調整が正確でなければならず、工具調整後のサイズが加工穴に正確に反映されていなければなりません。そうでないと、精密な穴を加工することはできません。次に、ボーリング工具の精度を長期間維持する必要があります。3 番目に、ボーリング工具の仕様が完全でなければなりません。たとえば、小穴ボーリング工具には、さまざまなサイズとさまざまなボーリング深さのボーリングバーが装備されている必要があります。
フライス加工 Ｃ言う
炭化物 エンドミル 加工において最も高価な工具です。同時に、金属除去率が最も高い工具でもあります。生産効率を最大限に高めるには、小径で歯の密度が高い工具を選ぶようにしてください。同時に、使用する合金インサートには、加工コストを最小限に抑えるために複数の切れ刃が必要です。大量に使用する前に、複数の加工比較と現場での加工実験を行い、加工結果に基づいて最も費用対効果の高いフライスカッターを選択する必要があります。
道具 H年配者
マシニングセンターでは、さまざまなツールがツールマガジンに取り付けられており、プログラムの規定に従っていつでもツールの選択とツールの交換操作を実行できます。したがって、穴あけ、ボーリング、拡張、フライス加工などのプロセスで使用される標準ツールを工作機械のスピンドルまたはツールマガジンに迅速かつ正確に取り付けることができるように、標準ツールホルダーを使用する必要があります。プログラマーは、プログラミング中にツールの半径寸法と軸方向寸法を決定できるように、工作機械で使用されるツールホルダーの構造寸法、調整方法、および調整範囲を理解する必要があります。
現在、当社が使用している輸入または国産の加工センターのツールホルダーのほとんどは、日本のMAS403BT規格を採用していますが、一部の輸入設備ではANSIB5.50CAT規格も採用しています。テーパーシャンクのサイズは30、35、40、45、50、60です。国産でより一般的に使用されているのはBT40とBT50シャンクです。各メーカーの生産サンプルには、ほぼすべてのツールホルダーの形状が含まれていますが、ほとんどのメーカーはBT40とBT50シャンクしか在庫がありません。したがって、工作機械を注文するときにツールホルダーの形状を決定することは非常に重要です。ユニバーサルツールホルダーを使用するようにし、会社内では、すべての工作機械で標準のツールホルダーを使用する必要があります。このようにして、工作機械のツールホルダーを装備したり、工作機械間でツールを借りたり、ツールをバックアップしたりすることが比較的簡単になります。
経済的なCNC工作機械の加工では、工具の研磨、測定、交換はほとんどが手作業で行われ、時間がかかるため、工具の配置順序を合理的に整える必要があります。一般的に、次の原則に従う必要があります。
- ツールの数を最小限に抑えます。
- ツールがクランプされた後、実行可能なすべての処理手順を完了する必要があります。
- 同じサイズの工具であっても、粗加工用と微加工用の工具は別々に使用する必要があります。
- 最初にミリングし、次にドリルで穴を開けます。
工具の耐久性と精度は、工具の価格と密接に関係しています。ほとんどの場合、良い工具を選択すると工具のコストが増加しますが、これによってもたらされる加工品質と加工効率の向上により、全体の加工コストを大幅に削減できることに注意する必要があります。工具の開発は日々変化しています。毎年、多くの新しい工具と新しい加工方法が登場します。私たちはそれらを大胆に試さなければなりません。技術の向上により、加工効率が大幅に向上します。
加工効率の向上
機械加工工程において、切削量の合理的な選択は、加工効率を向上させる重要な要素です。切削量の合理的な選択の原則は次のとおりです。荒加工では、一般的に生産性の向上に重点が置かれますが、経済性と加工コストも考慮する必要があります。中仕上げと仕上げでは、加工品質を確保することを前提に、切削効率、経済性、加工コストを考慮する必要があります。郡値は、工作機械マニュアル、切削量マニュアルに従って決定し、経験と組み合わせて、具体的には次の要素を考慮する必要があります。
切削深さap。工作機械、ワークピース、工具の剛性が許せば、apは加工代に等しくなり、生産性を向上させる効果的な手段となります。部品の加工精度と表面粗さを確保するために、一般的に仕上げに一定の余裕を残す必要があります。CNC工作機械の仕上げ代は、通常の工作機械よりもわずかに小さくすることができます。
切削幅L。一般的に、Lは工具径dに比例し、切削深さに反比例します。経済的なCNC工作機械の加工プロセスでは、Lの一般的な範囲はL=(0.6~0.9)dです。
切削速度V. 切削速度を上げることも生産性向上の有効な手段ですが、切削速度と工具の耐久性の関係は比較的密接です。切削速度が上がると工具の耐久性が急激に低下するため、切削速度の選択は主に工具の耐久性に依存します。また、切削速度は加工材料とも密接に関係しています。例えば、 エンドミル 30Cr Ni2MO VA合金をフライス加工する場合、切削速度は約8m/分です。同じエンドミルを使用してアルミニウム合金をフライス加工する場合、切削速度は200m/分以上に選択できます。
異なるツールメーカーが提供するツールの切削速度は大きく異なります。CNC装置の性能を十分に発揮させ、加工効率を向上させるには、できるだけ切削速度の高いツールを選択する必要があります。たとえば、穴あけ加工では、2つのUドリルビットから選択できます。送りは同じですが、1つは1000 rpmの速度を使用し、もう1つは3000 rpmの速度を使用します。明らかに、それらの穴あけ効率の比率は1：3であり、非常に異なります。実験によると、切削速度を20%上げると、部品あたりの総コストが15%削減されます。切削速度を下げてツール寿命を50%延ばしても、部品加工あたりの総コストは1%しか削減されません。
主軸速度n（r/min）。主軸速度は通常、切削速度vに応じて選択されます。CNC工作機械のコントロールパネルには通常、主軸速度調整（乗数）スイッチが装備されており、加工プロセス中に主軸速度を整数倍で調整できます。
送り速度 Vf。Vf は、部品の加工精度と表面粗さの要件、および工具とワークピースの材質に応じて選択する必要があります。V を大きくすると、生産効率も向上します。表面粗さの要件が低い場合は、V を大きくする必要があります。加工中、Vf は機械制御パネルの調整機構を介して手動で調整できますが、最大送り速度は機器の剛性と送りシステムの性能によって制限されます。
CNCフライス工具の選択は、さまざまな影響要因を総合的に考慮した結果です。基本原則に従うことを前提として、具体的な状況に応じて適切な工具を選択します。同時に、選択した工具と設備の実際の状況と組み合わせて、処理パラメータを合理的に選択し、処理効率を最大化し、総処理コストを削減します。同時に、その時点で最良であると考えられる選択は常に変更されるわけではなく、処理中に遭遇する問題や新しい処理方法や工具の開発に応じて、適時に調整する必要があります。
