ねじは、機械部品の締結や接続、トルクの伝達に広く使用されています。用途に応じて、次の 3 つのカテゴリに分類できます。
- 締結ねじ: 部品の締結および接続に使用され、主な要件はねじ込み性と接続の信頼性です。ねじの種類の選択では、通常のねじと MJ ねじがより一般的です。
- 伝達ねじ: 工作機械のねじなどの力と変位を伝達するために使用され、スムーズな伝達と信頼性の高い伝達力が求められます。ねじの種類の選択では、台形ねじがより一般的です。
- タイトスレッド: 密閉に使用され、タイトな接続が必要で、水漏れ、空気漏れ、オイル漏れがありません。 55° および 60° のテーパーパイプスレッドは、スレッドタイプの選択でより一般的です。
ねじは互換性があり、汎用性があるため、さまざまな産業に応用されており、ねじの加工も重要です。
スレッド処理技術
ねじとは、円筒や円錐の表面に螺旋線に沿って形成された、同一断面の連続した突起と溝を指します。実際の製造加工では、内ねじと外ねじの加工には主に切削と転造の2つの方法があります。
ねじ切り
切削加工は、ねじ部品を加工する上で最も効率的で経済的な加工方法です。一般的には、旋削、フライス加工、タッピング、ねじ切りなど、主に成形工具や研削工具を使用してワークピースにねじ山を加工する方法を指します。旋削加工や フライス加工ねじ工作機械の伝動チェーンは、旋削工具とフライスカッターがワークピースの各回転ごとにワークピースの軸方向に沿って 1 リード正確かつ均一に移動することを保証します。タップまたはねじ切りの際には、工具 (タップまたはダイ) とワークピースが互いに相対的に回転し、最初に形成されたねじ溝が工具 (またはワークピース) を軸方向に移動するようにガイドします。
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ねじ旋削加工は、普通旋盤によるねじ加工とCNC旋盤によるねじ加工に分けられます。
旋盤で必要なねじを切るには、スピンドルが1回転し、ツールホルダーが旋削工具を駆動して加工ねじのピッチを移動させることを保証する必要があります。通常の旋盤のスピンドルとツールホルダーのこの厳密な関係は、内部接続伝動チェーン、つまりスピンドルとリードスクリュー間のすべての伝動ペアの合計伝動比によって実現されます。異なるねじピッチを加工する場合は、スピンドルとリードスクリュー間のすべての伝動ペアの合計伝動比を調整するだけで済みます。その値は伝動チェーン内の伝動ペアの影響を受けるため、限られた値しかなく、そのため旋削のねじピッチは制限されます。
科学技術の急速な発展により、機械製品に対する高精度かつ高度な複雑性の要求が提示され、製品の改造も頻繁に行われています。これにより、工作機械や設備に対する精度と効率の要求が提示されるだけでなく、汎用性と柔軟性の要求も提示されています。特に、航空、造船、兵器製造などの産業分野では、加工が必要な部品のほとんどが高精度で複雑な形状という特徴を持っています。通常の工作機械を使用してこのような部品を加工することは、労働集約的で非効率的であるだけでなく、精度を確保することも困難です。一部の部品は加工すらできません。これを考慮すると、CNC工作機械は機械加工設備の主流になるでしょう。
CNC旋盤のねじ加工は、検出された主軸回転信号に基づいてステッピングモーターの送りを制御し、ねじ回転に必要な比例関係を実現し、要件を満たすねじを切り出します。そのねじ加工は、制御システム、主軸システム、駆動システムを組み合わせることで完了します。インクリメンタル光電エンコーダーの接続、CNCシステムの検出、計算、処理を通じて、CNC旋盤のねじ回転に存在する問題を解決します。ピッチ補正計算方法は、ピッチ処理エラーを排除します。加工部品は高精度であるだけでなく、オペレーターの労働強度を軽減し、加工効率を向上させることができます。CNC旋盤のねじ回転の必然的なトレンドは、複雑な形状の部品を大量に加工するのに適しています。
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ねじフライス加工は、通常、専用のねじフライス盤で行われます。使用するフライスカッターの構造の違いにより、2 つの方法に分けられます。
- 円盤状のねじフライスカッターでフライス加工します。この方法は、一般的に大きなサイズの伝動ねじを加工します。加工精度が低いため、通常は荒加工のみに使用され、その後旋削加工で微細加工が行われます。
- 櫛形ねじフライスカッターによるフライス加工。一般的には、ピッチの小さい短い三角形の内外ねじの加工に使用されます。加工効率は高いですが、精度は低くなります。
加工プロセスには、フライスカッターの高速回転、ワークピースの低速回転、フライスカッターまたはワークピースの縦方向の動きの 3 種類の動きがあります。バッチ生産および大量生産では、フライス加工はねじ加工に広く使用されています。
タップして Tスレッド
タッピングとは、一定のトルクでタップをワークピースの予め開けられた底穴にねじ込み、内ねじを加工することです。小径の内ねじの場合、タッピングはほぼ唯一の効果的な加工方法です。
単品小ロット生産では、タップで手作業でタッピングできます。ロットが大きい場合は、旋盤、ボール盤、タッピングマシンで機械タップを使用して加工する必要があります。加工効率は、ねじを回すよりも高くなります。たとえば、よく使用されるナットの加工では、旋盤工が最初に底穴をドリルで開けて切断し、次にタップを使用してねじ部分を加工します。これにより、作業者の加工強度が軽減されるだけでなく、製品の品質と労働効率も向上します。
ねじ切りとは、金型を使用して棒（または管）のワークピースに外ねじを切り出すことです。ねじ切りのねじ径は、通常 16 mm 以下です。この加工方法は、小ロットの部品の加工に適しています。
タップ加工やねじ切り加工のデメリットは加工精度が低いことなので、主に加工精度が低い普通のねじに使用されます。
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タップ、ねじゲージ、ねじ転造ホイール、精密伝動ねじなどの硬化ねじの加工によく使用されます。熱処理による変形を修正し、加工精度を向上させるには、研削が必要です。ねじの研削は、通常、専用のねじ研削盤で行われます。研削する前に、旋削、フライス加工などでねじを粗加工することができます。小型の精密ねじの場合は、直接切断することもできます。処理範囲は比較的小さいです。
ローリングスレッド
ねじ転造は、転造工具を使用して金属を圧縮し、塑性変形させてねじを形成する方法です。転造ねじの金属繊維は連続していますが、切断ねじの金属繊維は切断されています。微細構造分析から、転造ねじには次のような独自の利点があることがわかります。
- 転造ねじは表面仕上げを向上でき、廃棄物も出にくいです。、
- 加工対象ワークの表面金属の硬度と強度が向上し、特に歯底の表面硬度が大幅に向上し、旋削加工したねじに比べてねじの引張強度とせん断強度が向上し、ねじの耐摩耗性と耐用年数が向上します。
- 工具の消耗を抑えることができ、ねじ切り加工に比べて生産効率が数倍から数十倍高く、自動化も実現しやすくなります。
- 転造加工は、材料を節約できるチップレス加工です。
ねじ転造は、一般的にねじ転造盤、ねじ転造盤、または自動開閉ねじ転造ヘッドを備えた自動旋盤で行われ、標準ファスナーの外ねじやその他のねじ接続の大量生産に適しています。転造プロセスにより、材料の繊維が切断されず、金属の流れ線の方向が合理的で、冷間加工硬化効果があり、表面に残留応力が残ることが保証されます。転造されたねじの強度は、切断されたねじの疲労強度より30〜40%高くなります。熱処理後にねじを転造すると、疲労強度が70〜100%増加します。
転造ねじの外径は一般に25mm以下、長さは100mm以下です。使用するブランクの直径は、加工ねじの中央径とほぼ同じです。材料の硬度が集中しすぎて、早期疲労損傷を引き起こすことはありません。転造では一般に内ねじを加工できません。転造ダイスの違いにより、ねじ転造はねじ転造とねじ転造に分けられます。
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転造ねじ加工は、ねじ溝付きの2枚のねじ転造プレートを使用してワークピースを圧迫し、ワークピースの表面に必要なねじ山を形成することです。
ねじ転造の際、2 つのねじ転造プレートのうち 1 つは工作機械に固定され、もう 1 つは工作機械のスライドとともに直線的に移動されます。このようにして、ワークピースは時計回り方向に回転するように駆動されます。可動ねじ転造プレートの 1 ストロークで、ワークピースのねじの押し出しが完了するのに十分です。
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ねじ転造では、ねじ転造盤の両側の主軸に、互いに等しい2つのねじ転造ホイールが取り付けられています。主軸はそれらを同じ方向に回転するように駆動し、徐々に互いに近づきます。一般的なねじ転造盤の構造によると、1つの主軸は固定されていて動かず（固定主軸といいます）、もう1つの主軸は水平方向に移動できます（可動主軸といいます）。
この加工方法は、ねじ転造盤で使用する必要があり、加工するねじは、このねじ規格のねじ転造ホイールで仕上げなければなりません。作業者は、ねじ転造ホイールの取り付けを調整して、ねじ転造ホイールの送り方向に沿って2つのねじ転造ホイールの間にワークピースを配置し、最後に手で軽く持ちます。ワークピースはねじ転造シャフトの間にあり、ねじ転造シャフトによって反対方向に回転します。このようにして、ねじ転造ホイールの表面のねじ山は、ラジアル力の作用下でワークピースに押し込まれ、ワークピースの表面にねじ山が形成されます。
ねじ転造加工されたねじは表面品質が良好であるだけでなく、ねじの疲労強度も大幅に向上し、バッチ生産における大規模なねじ加工に適しています。
スレッド処理で考慮すべき要素
他の種類の表面と同様に、ねじにも寸法精度、形状と位置の精度、表面品質に対する一定の要件があります。用途と使用要件が異なるため、技術要件も異なります。上記のマルチスレッド処理方法を分析することで、特定の部品を加工する際に総合的に考慮すべき要素が明らかになりました。
ワークピース形状
比較的小さな内ねじ加工物に遭遇した場合、一般的には旋盤やボール盤でタップを立ててねじ加工を完了します。ボルトやネジは一般的にねじ転造盤で転造します。加工物が大きい場合、一般的には旋盤でねじを完成します。
ねじサイズ精度
ねじサイズの精度要件が低い場合は、一般的なボルトやネジなどのように、ねじを旋削するか、タップとダイを使用してねじを加工するか、またはねじをフライス加工することを選択できます。逆に、高精度のねじは、精密ボルトなどの部品の精度要件を満たすために転造する必要があります。
ワークピースの材質と熱処理
ワークピースの材質と熱処理後の強度の影響を受け、熱処理後のねじは加工が困難です。ねじ構造が適切である場合、通常は転造を使用して外ねじ加工を完了します。これは、加工が容易なだけでなく、部品の強度を向上させることもできます。
生産タイプ、条件、技術要件
ボルト式構造部品は転造加工が可能な場合もありますが、ねじ強度と表面品質に応じて転造加工を第一選択とすべきであるため、小ロットと単品生産のみを考慮すると、ねじは機械加工されます。同時に、図面の要件にも基づく必要があります。一部の部品図面では、ねじを転造する必要があります。最後に、ユニットの生産条件を満たし、ユニットの既存の工具設備を使用して、可能な限りねじ加工を完了する必要があります。
上記では主にねじ加工方法について説明し、ねじ加工で考慮すべき主な要素を分析しました。いくつかの一般的なねじ加工方法を理解した後、生産タイプ、プロセス設備、組み立てと技術要件、ねじサイズの精度の選択、熱処理などの要素を含むプロセス指示書を作成するときに、それらを総合的に考慮する必要があります。各加工方法のプロセス特性に応じて、適切な製造プロセスと前後のプロセスを選択し、最終的に組み立て要件と図面要件を満たす必要があります。このようにして、実際の生産でねじに適切な加工方法を選択し、最も簡単、最も経済的、最も効率的な方法でねじ加工を完了するように努めることができます。
