CNC加工において、工具の選択と切削量の決定は、CNC工作機械の加工能率に影響するだけでなく、加工品質に直接影響する重要な内容である。CAD/CAM技術の発展により、現在ではCADの設計データをCNC加工に利用することが可能となり、特にマイクロコンピュータとCNC工作機械を接続することにより、設計・工程計画・プログラミングの全工程をコンピュータ上で完結させることができるようになった。一般的には出力は不要で、専用の工作ファイルがある。
現在では、多くのCAD/CAMソフトウェアパッケージが自動プログラミング機能を提供している。このソフトウェアは一般的に、工具の選択、加工経路の計画、切削量の設定など、工程計画の関連事項をプログラミングのインターフェイスに表示するようになっている。プログラマーは関連する問題を設定するだけでよい。CNCプログラムは自動的に生成され、CNC工作機械に送信され、加工を完了することができます。したがって、CNC加工における工具選択と切削量決定は、人間とコンピュータの相互作用の状態で完了し、標準的な工作機械加工とは大きく対照的である。同時に、プログラマは工具選択と切削量決定の基本原則をマスターしなければならない。
CNC加工の特性を十分に考慮してプログラミングを行う。本稿では、CNCプログラミングで直面しなければならない工具選択と切削量決定の問題を取り上げ、いくつかの原則と提案を行い、注意すべき点を考察する。
CNC加工用として一般的に使用される工具の種類と特徴
CNC加工用工具は、CNC工作機械の高速、高効率、高度の自動化に適応しなければならず、一般に一般工具、万能接続工具ホルダー、少数の独自工具ホルダーがある。工具ホルダーは装置に接続され、工作機械のパワーヘッドに取り付けられるので、徐々に標準化され、シリアル化されてきた。CNC工具の分類にはいろいろな方法があります。
CNC工具の構造
工具の構造によって、次のように分類されます。
- インテグラルタイプ
- 溶接または機械で固定するタイプで、機械で固定するタイプは、非指定と指定の2種類に分けられます；複合工具、減衰型工具などの特殊なタイプです。
CNC工具の材料
切削工具の材料は、
- ①高速度鋼切削工具、
- ②超硬切削工具、
- ③ダイヤモンド切削工具、
- ④その他の材料、例えば立方晶窒化ホウ素切削工具、セラミック切削工具等に分けられる。
切削工程から、次のように分けられる。
- CNC旋盤加工用工具：外径円、内径穴、ねじ、切削工具など。
- ドリル、リーマー、タップなどの穴あけ工具。
- ボーリング工具
- CNCフライス工具 など CNC 工作機械に求められる耐久性、安定性、調整容易性、交換可能性を満たすため、近年は機械クランプ式刃物 が広く使用され、その数量は超硬 CNC 刃物全体の 30～40％に達している。金属除去は全体の80%～90%を占めている。
工作機械の特性
CNC 工具は、標準的な工作機械で使用される工具と比較して、多くの異なる要求があり、主に以下のような特 徴がある。
- 剛性が高く（特に荒加工用）、精度が高く、耐振動、熱変位が小さいこと。
- 互換性があり、工具の交換が容易であること。
- 寿命が長く，切削性能が安定し，信頼できる。
- 工具交換の調整時間を短縮するため，工具の大きさの調整が容易であること。
- 切屑の排出を容易にするため、切屑を確実に折ったり転がしたりできること ⑤ 切屑の排出を容易にするため、切屑を確実に折ったり転がしたりできること。
- プログラミングや工具の管理ができるよう，シリアル化，標準化されていること ⑥ 工具の交換が容易であること．
CNC加工工具の選択
工具の選定は、NCプログラミングのマンマシンインタラクションの状態で行われる。工具と工具ホルダーは、工作機械の加工能力、被削材の性能、加工手順、切削量、その他の関連要因に応じて正しく選択する必要があります。工具の選定原則は、取り付け・調整が容易であること、剛性が良いこと、耐久性が高いこと、精度が良いことです。加工条件を満たすためには、工具加工の剛性を高めるために、短い工具ホルダーを選ぶようにします。
工具を選択する際には、加工するワークの表面サイズに合わせた装置の大きさが必要である。例えば、生産現場では、平面部品の外周輪郭を加工するためにエンドミルを使用することが多い。平面を加工する場合は超硬インサートフライスカッタを、ボスや溝を加工する場合はハイスエンドミルを、空面加工や粗加工 穴についてはハードインサートを選択すれば良い。
合金インサート付きコーンミルカッター、ボールエンドミルカッター、アニュラーミルカッター、コニカルミルカッター、ディスクミルカッターは、いくつかの3次元プロファイルと可変ベベルプロファイル形状の加工によく使用されます。
自由曲面の加工
自由曲面を加工する場合、ボールノーズ工具の先端部の切削速度はゼロであるため、加工精度を確保するために切削線間隔は一般に非常に密になり、表面の仕上げ加工にボールノーズを使用することが多い。しかし，表面加工品質や切削効率の面では，ボールエンド装置よりもフラットエンド工具の方が優れている。したがって，曲面の荒加工であれ，仕上げ加工であれ，切れないことを確保する前提であれば，フラットエンド工具を優先すべきであろう。また、装置の耐久性や精度は、装置の価格と大きな関係がある。ほとんどの場合において、注意しなければならないことがある。適切な工具を選択することで、工具コストは上昇するが、結果として加工品質や加工効率が向上し、全体の加工コストを大幅に削減することができるのである。
CNCマシニングセンターの工具
マシニングセンターでは、各種工具がツールマガジンに装着され、プログラムの規定に従っていつでも工具の選択・交換ができるようになっている。そのため、穴あけ、中ぐり、拡張、フライス加工などの共通工具を工作機械の主軸や工具マガジンに迅速かつ正確に取り付けられるよう、標準の工具ホルダーを使用する必要がある。さらに、プログラマーは工作機械で使用する工具ホルダーの構造寸法、調整方法、調整範囲を理解し、プログラミング時に装置の半径方向と軸方向の寸法を決定する必要があります。現在、私の国のマシニングセンタでは、TSGツールシステムを採用しており、ストレートシャンク（3仕様）とテーパーシャンク（4仕様）の2つのツールホルダーがあり、目的別に16個のツールホルダーを含んでいる。
合理的な工程配置
経済的なCNC加工では、工具の研ぎ出し、測定、交換は主に手作業で行うため、支援に時間がかかる。そのため、装置の配置順序は合理的に配置する必要がある。一般的には、以下の原則に従うことが望ましい。
- 工具の本数を最小限にする。
- 同じサイズと仕様であっても、荒削り用と仕上げ用の工具は別々に使用する。
- フライス加工後にドリル加工を行う。
- 表面仕上げを先に行い，次に2次元輪郭仕上げを行う。
- 可能な限りCNC工作機械の自動工具交換機能を使用し、生産効率を向上させること、など。
CNC 機械加工における切削量の決定
切削量適正化の原則は、粗加工では生産性向上が第一だが、経済性や加工費も考慮すること、中仕上げ・仕上げ加工では切削効率、経済性や加工費も考慮すること、である。
CNC工作機械が実生産に広く適用されるようになり、CNCプログラミングはCNC加工における重要な課題の1つとなっている。CNCプログラムを作成する過程では、人間とコンピュータのインタラクションの状態で、リアルタイムに工具の選定や切削量の決定を行う必要がある。したがって、優秀な機械工は工具の選択方法と切削量の決定原理を熟知し、部品の加工品質と加工効率を確保し、CNC工作機械の長所を十分に発揮させ、企業の経済利益と生産水準を向上させる必要がある。
理解するCNC加工 Be-cu.comで
CNC加工はまだ金属切削のカテゴリに属していますが、それは主に自動化の高度として実現し、長い連続加工プロセス、およびツールセットに費やされる時間は、従来の加工よりも複雑で時間がかかる、その特性を持っています。そのため、工具の選択には考えるに値する多くの問題がある。Be-cu.comのCNC加工エンジニアが、標準的なCNC工具の関連知識をお届けします。適切な工具を選択することは、CNC加工の効率を向上させるための第一歩です。
現在使用されている様々な工具材料は、異なる加工要求に対応するためにそれぞれの特性を持っています。一般的な工具材料に必要な特性は、低摩擦係数、高精度、良好な熱伝導性、十分な靭性、耐衝撃性などである。
従来のCNC工作機械の標準的な工具材料は高速度鋼と超硬合金であるが、高速切削、ドライカット、難削材の切削、旋削による研削などの特殊な場面では、セラミックス、CBN、PCBN、ダイヤモンドなどの超硬材料を使用する必要がある。これらの超硬材料は価格が比較的高く、切削工程やパラメータを使いこなすのが難しい。また、工作機械の剛性も要求されるため、従来の機械加工ではあまり使用されてこなかった。
工具サイズ、加工材料の硬さ、工作機械の性能、金型加工精度などに応じて設定する。工具が大きい、材料が複雑、精度が低い、速度が遅い、またその逆もあります。また、ご自身の作業経験によっても異なります。
