ツールとパラメータは、機械加工の成功において依然として重要な役割を果たします

はじめに

使用する部品、ワークピースの材料、および機械加工プロセスは大きく異なりますが、すべてのメーカーは、適切なコストで、指定された時間内に、必要な品質の特定の数のワークピースを機械加工するという目標を共有しています。

メーカーは通常、ツールの選択と適用から始まり、事後対応ベースで問題を解決する狭い視点のモデルに従うことで目標を達成します。このアプローチを逆にすると、コストが削減され、効率が向上します。問題が発生するのを待ってから個々の機械加工操作を調整するのではなく、製造業者はまず、不良部品とダウンタイムを排除することを目的とした事前の事前計画に焦点を当てる必要があります。安定した信頼できるプロセスを確立した後、生産経済学の概念を適用して、生産率と製造コストのバランスをとることができます。次に、切削工具と加工パラメータを慎重に選択することで、製造業者は業務を完全に最適化し、生産目標を達成できます。

工具の選択と切削条件

金属切削工具の選択は通常、アプリケーション指向です。ショップは、鋼やアルミニウムなどの特定の被削材を加工するための工具を探したり、荒加工や仕上げなどの特定の操作を実行したりします。ツール選択へのより有益なアプローチは、機械加工操作がメーカーのビジネス全体にどのように適合するかを考慮することから始まります。

このようなアプローチの最優先事項は、プロセスの信頼性を確保し、不良部品や計画外のダウンタイムの発生を排除することです。一般的に説明されている信頼性は、ルールを尊重することの問題です。ショップが工具に対する切削、熱、および化学的力の影響を認識および尊重しない場合、信頼性は工具の故障に置き換えられます。

安定したプロセスを確立した後、金属加工ビジネスの全体的な目標に一致するように工具特性と切削条件を選択する必要があります。たとえば、最小限のコストで生産量を最大化することが、単純な部品の大量生産における主要な考慮事項になる場合があります。しかし一方で、貴重な複雑な部品の大量混合、少量生産では、製造コストに対処する前に、全体的な信頼性と精度を強調する必要があります。柔軟性は、このような小ロットのシナリオに適用されるツーリングシステムの要件です。

コスト効率を第一の目標とする場合、刃先あたりの低コストに基づいて工具を選択する必要があり、切削条件の選択はその選択とバランスが取れている必要があります。加工パラメータは、プロセスの信頼性だけでなく、長い工具寿命を強調する必要があります。逆に、ワークの品質が最優先事項である場合は、適切な切削条件で適用される高性能の精密工具が正しいアプローチになります。ターゲットが何であれ、目標のそれぞれの異なるセットは、異なる切削条件とツールの選択につながります。

切断条件の選択と調整

新しい部品の加工の初期計画では、加工方法、工具の形状、工具の材質を考慮して、工具と切削条件の選択を開始する必要があります。機械加工される部品は、主にこれらの要件を決定します。たとえば、ニッケルベースの航空宇宙部品は、ポジティブジオメトリのソリッドカーバイドエンドミルを使用したプロファイルフライス盤を指示する場合があります。選択は、ワークピースの生産速度、コスト、品質に関するショップの基本的な目標に基づいて行われます。これらの目標を達成するために適用できる切削深さ、送り速度、切削速度によって異なります。

生産性、経済性、または信頼性の観点からより良い結果を生み出すために、既存の部品製造作業を変更するには、別の選択プロセスが適切です。このような場合、切削条件の変更から始まり、形状、切削材料、工具の概念、そして最後に機械加工方法まで、段階的なアプローチが推奨されます。特に、ほとんどのショップは逆の順序で作業し、加工結果を改善しようとするときは、最初に工具や加工方法の変更を検討します。

はるかに簡単で通常は効果的な初期アプローチは、切断パラメータを変更することから始まります。切削条件はさまざまな影響を及ぼします。切削速度や送り速度をわずかな量だけ変更すると、工具の交換にかかる費用や時間をかけずに、問題を解決したり、生産性を向上させたりすることができます。

切削パラメータを変更しても目的の効果が得られない場合は、切削工具の形状を変更できます。ただし、この手順は単にパラメータを変更するよりも複雑であり、新しいツールを適用する必要があり、ツールとマシンの時間コストが増加します。切削工具材料の切り替えは別の代替手段ですが、時間とお金へのより大きな投資も伴います。切削工具やホルダー自体を変更する必要があるかもしれませんが、これによりカスタムメイドの工具に移行する可能性が高まり、そのすべてが製造コストをさらに増加させる可能性があります。

これらのすべてのステップで目的の結果が得られない場合は、加工方法の変更が必要になる場合があります。重要なのは、どの要素が実際に望ましい結果を生み出すのかを明確にするために、意図的かつ段階的な方法で変更を調査することです。

迅速で簡単なアプローチのように見えるため、多くのショップではCAMシステムを使用してツールの選択をガイドしています。この方法は多くの場合効果的ですが、最適な結果が得られない場合があります。 CAMシステムは、個々の動作特性の全範囲を考慮していません。たとえば、フライスを適用することは、速度、送り速度、およびDOCを接続するだけの場合ではありません。最適なアプリケーションには、カッターの歯数から、切りくずの排出の程度や工具の強度、フライス盤の安定性まで、さまざまな要素が含まれます。製造作業の目標を完全に達成するには、金属の除去率、工具寿命、表面粗さ、経済性など、これらすべての要素を認識する必要があります。

速度、送り、切り込みの深さ

多くの店長は、切削速度を上げるだけで一定期間あたりの部品数が増え、それによって製造コストが削減されると考えています。ただし、製造コストには、生産量だけよりも多くの要素があります。例として、操作の途中で工具を変更すると、部品の品質と加工時間に悪影響が及ぶ操作があります。

切削速度を上げると、より迅速な生産が可能になりますが、工具寿命は短くなります。工具交換の頻度が高くなり、変更中の機械のダウンタイムが長くなるため、加工コストが上昇します。

切削速度を上げると工具寿命が短くなり、動作が不安定になる可能性がありますが、切削深さや送り速度を変更しても工具寿命への影響は最小限に抑えられます。したがって、最良の結果は、送り速度と切削深さの比例した増加と一致する切削速度の低下を含むバランスの取れたアプローチから得られます。可能な限り最大の切削深さを利用することで、必要な切削パスの数が減り、それによって加工時間が短縮されます。送り速度も最大化する必要がありますが、ワークの品質と表面仕上げは、送り速度が大きすぎると影響を受ける可能性があります。

一般的な例では、切削速度を180 m/minから200m/ minに上げると、金属除去率は約10％しか増加しませんが、工具寿命に悪影響を及ぼします。送り速度を0.2mm/revから0.3mm/ revに上げると、金属除去速度が50％増加し、工具寿命への影響は最小限に抑えられます。

ほとんどの場合、同じまたはより低い切削速度での送り速度と切削深さの増加は、より高い切削速度だけで達成されるものまで、操作の金属除去速度を上げるでしょう。より低い切削速度とより大きな送り速度およびより浅い切削深さの組み合わせで作業することの利点の中には、エネルギー消費の削減があります。

切断条件の最適化の最後のステップは、最小コストまたは最大生産性の観点から適切な基準を選択し、切断速度を使用してその基準の達成を微調整することです。 20世紀初頭にアメリカの機械エンジニアF.W.テイラーによって開発されたモデルがその選択を導くことができます。

このモデルは、切削深さと送りの特定の組み合わせに対して、工具の劣化が安全で予測可能で制御可能な切削速度の特定のウィンドウがあることを示しています。そのウィンドウで作業する場合、切削速度、工具摩耗、工具寿命の関係を限定して定量化することができます。目標は、より高速な切削速度で、機械の時間コストを削減しますが、工具の摩耗を加速することで切削工具のコストを過度に上昇させることはありません。

ツールの基板と形状

ツールアプリケーションを最適化するための追加の手順には、ツール基板と形状の特性の微調整が含まれます。切削条件の調整が、望ましい結果に応じたトレードオフに対処することを伴うのと同様に、工具基板の変更を通じて生産性を最大化するには、基板特性間のトレードオフのバランスが必要です。

工具の刃先は、切削する材料よりも硬くなければならないため、硬さは工具の重要な特性です。特に高速加工で発生する高温での高硬度は、工具寿命を延ばします。ただし、より硬いツールはよりもろくなります。荒削りで遭遇する不均一な切削抵抗、特にスケールやさまざまな切削深さを伴う断続的な切削では、ハード切削工具が破損する可能性があります。工作機械、固定具、またはワークピースの不安定性も故障を引き起こす可能性があります。

逆に、たとえばコバルトバインダーの割合を高くして工具の靭性を高めると、工具は衝撃に耐えることができます。しかし同時に、硬度が低下すると、高速操作や研磨ワークピースの加工時に工具が急速に摩耗および/または変形する可能性があります。重要なのは、加工される被削材に照らして工具特性のバランスを取ることです。

ツールの形状を選択するには、トレードオフも必要です。ポジティブな切削形状と鋭い刃先により、切削抵抗が減少し、切りくずの流れが最大になります。ただし、鋭いエッジは丸いエッジほど強くありません。 Tランドや面取りなどの幾何学的特徴を操作して、最先端を強化することができます。

正の角度に設定されたTランド（刃先の後ろの補強領域）は、特定の操作とワークピースの材料を処理し、切削抵抗を可能な限り最小限に抑えるのに十分な強度を提供できます。面取りは、鋭い刃先の最も弱い部分を四角くしますが、切削抵抗が増加します。 「ハード」チップ制御ジオメトリは、チップを比較的鋭角でガイドして、すぐにカールさせて破壊します。これらの形状は、チッピングの長い材料で効果的ですが、刃先に余分な負荷がかかります。 「ソフト」チップ制御ジオメトリは、最先端への負荷を軽減しますが、より長いチップを生成します。さまざまな幾何学的特徴、およびホーンなどの工具エッジ処理を組み合わせて、特定のワークピース材料の切削性能を最適化することができます。

結論

製造現場の担当者とおそらく生産エンジニアは、切削条件とそれらが表す生産性に非常に関心がありますが、上位レベルの管理者は、製造業務全体のビジネス目標ほどそれらの数値に関心がないことに注意する必要があります。切削条件と切削工具を選択する人は、まず自社の機械加工作業のより広い目標について考え、それらを使用して、それらの目標を達成するためのパフォーマンスを提供する切削条件と工具の選択を導く必要があります。

最新の本番シナリオ向けのツールの多様性

製造は、ジャストインタイム生産戦略の利用の増加とアウトソーシングの成長の結果として、大量生産から大量混合、少量生産のシナリオに移行しています。下請け業者は、断続的ではあるが反復的に、ますます小さなバッチサイズを生産しています。生産性とツールコストの考慮事項のバランスをとるには、幅広いアプリケーションウィンドウで汎用性と柔軟性を提供するツールが必要です。ワークショップでさまざまなツールの数を最小限に抑えると、ツールの処理時間が短縮され、機械加工操作に使用できる時間が長くなります。

同一部品の長時間の実行を伴う個々の操作の生産性を向上させる従来の方法は、その特定のプロセス用に特別に設計された工具を適用することです。特別なツールの設計と実装は、長期間の生産で費用を償却できる場合に価値があります。

ただし、変動する小規模なバッチの状況での生産性とツールコストの考慮事項のバランスをとるには、幅広いアプリケーションウィンドウで柔軟性を提供する汎用性の高い「ユニバーサル」ツールを使用する方が適切です。これらのツールは、ワークピースが変更されたときに新しいツールに切り替えるために必要な時間を最小限に抑えることで、ダウンタイムを削減します。また、新しいツールをセットアップしてテスト実行する必要もありません。

このような工具の例は、SecoTurboフライス盤シリーズです。これらのツールは、費用対効果と高性能の組み合わせを提供するために、幅広いアプリケーションで汎用性を提供します。カッターの確実な切削形状により、消費電力が削減され、工具寿命が長くなり、切削と送りの深さが増す可能性があります。

ユニバーサルツールへの別のアプローチには、さまざまなアプリケーションに適したツールのセットを組み立てることが含まれます。 Seco Selectionツールは、柔軟性を提供するように設計されています。選択したグループには、すべてのアプリケーションで絶対的な最大の生産性またはコスト効率を必ずしも提供しない可能性がある限られた数のツールが含まれています。ただし、急速に変化するさまざまなワークピースの材料やコンポーネントを加工するために最大限の柔軟性が求められる場合は、ツールが最良かつ最も経済的な選択肢になります。

以前はSecoTools.comで紹介されていました。