すべてのフライス加工オペレーションを探索する:フライス加工タイプの包括的なガイド

CNC フライス加工はどのように機能しますか?

フライス加工は、CNC フライス盤とフライスカッターを使用して、材料の固体ブロックから複雑な幾何学的形状を作り出す機械加工プロセスです。フライス加工プロセスは、固定されたワークピースと回転する切削工具で構成されます。さらに、CNC フライス盤には直線軸と回転軸の動きがあり、ワークピースとフライスの間に複雑なツールパスを生成します。

CNC フライス加工技術は自動化されているため、高精度です。ワークピース上のツールの動き (ツールパス) は、CAD/CAM ソフトウェアを介してプログラムされます。一般的な CAM ソフトウェア環境では、エンジニアはさまざまなタイプのフライス加工操作から選択でき、それぞれに機能的な用途があります。

機械工場で一般的な、基本的で最も一般的なタイプのフライス加工作業のいくつかから始めましょう。

通常、これらのフライス加工操作は、各プロセスでワークピース上に特定の幾何学的特徴を実現するため、部品の幾何学的形状によっても特徴付けられます。

平削り

プレーンミリングまたはスラブミリングは、水平フライスでワークピースの平らな表面を加工するコアミリングプロセスです。平面フライス加工では、カッターの回転方向と送り方向が一致します。つまり、工具軸は切断面と平行になります。

一般に、プレーンフライス加工は、製造計画の開始時の荒加工サイクルに非常に役立ちます。これは、粗い材料ストックを、正確な寸法と滑らかな仕上げを備えた微細な角柱状の正方形の形状に変換し、さらなるフライス加工作業に備えられるようにするのに効果的です。

さらに、スラブ フライス加工では、切削工具が水平方向に配置されているため、良好な材料除去率と高いプロセス安定性が得られます。

正面フライス加工

正面フライス加工は、平面フライス加工と同様に、ワークピース上に平らで滑らかな表面を作成します。違いはツールの方向にあります。正面フライス加工の切削工具は切削面に対して垂直です。これは、切削動作の大部分が切削工具の側面エッジではなく、切削工具の面で発生することを意味します。

このため、正面フライス加工は、微細な表面品質と高い寸法精度を実現するための理想的な作業となります。工具軸が切断面に対して垂直であるため、幾何学的なずれや工具の振動の影響を受けにくく、ワークピースの平行度が高くなります。

側面フライス加工

側面フライス加工は、ワークピースの側面を切断するために使用される一般的なタイプのフライス加工プロセスの 1 つです。主にカッターの外周または側端を利用して材料を除去します。一般に、側面フライス加工は、ワークピースのプロファイル、スロット、垂直壁を切断するのに役立ちます。

切削力は工具軸に対して垂直に作用するため、機械工は工具にかかる切削負荷の管理に注意を払う必要があります。過剰な切削力や非常に深い切り込みは、工具のたわみや破損の原因となる可能性があります。

肩削り加工

ショルダーミリングは、垂直の壁と平らな床/底部を生成し、その間に正確な垂直の肩部を形成するフライス加工プロセスです。フライス、通常はエンドミルのフェースと外周エッジの両方を利用します。この種の切断では、床と壁を同時に切断できるため、肩の形状の鋭いコーナーを切断できます。

肩削り加工は、金型や金型などの角柱形状を備えた高精度部品の製造に役立ちます。この部品では、剛性の高いアセンブリを維持するために鋭いコーナーが不可欠です。

角度フライス加工

角度フライス盤は、ワークピースに角度のあるカットやフィーチャを作成します。最も一般的に、このような角度のある特徴には、ワークピースのエッジに沿った面取りや溝が含まれます。

機械工は、複数のフライス加工技術を利用して、角度のあるフライス加工操作を実行する場合があります。たとえば、ワークピースを希望の角度に保持するためにアングル治具を使用したり、角度の付いた刃先を備えた専用のフライスや、さらには多軸機械を使用したりする場合があります。

一般に、角度フライス加工は、鋭利なエッジを除去したり、美的特徴を生み出すための仕上げ操作です。金型や金型などの高精度部品の場合、ワークピースに正しい抜き勾配を正確に生成するのに非常に役立ちます。

フォームミリング

成形フライス加工は、特別な形状のカッターを使用して特殊な形状のフィーチャを作成するフライス加工プロセスです。フォームミリングツールは、曲線、円弧、その他の型破りな形状などの複雑な輪郭を作成できます。たとえば、下の図は、ワークピースの内側に円弧状のキャビティを作成できる、丸い輪郭を持つ成形フライスを示しています。

フォームフライス加工の一般的な用途は、金型の製造とツーリングであり、エンジニアは独自のフォームフライスを設計して、金型やダイストックのカスタム幾何学的プロファイルを切断します。

プロファイルミリング

プロファイルフライス加工は、ワークピース上に複雑な輪郭を作り出す高度なフライス加工プロセスです。これらの輪郭は通常、曲線、円弧、および直線の組み合わせで構成されます。複雑なプロファイルを手動で実現することは不可能であるため、プロファイルのフライス加工は通常 CNC フライス盤の操作で行われます。

幾何学的に複雑な部品の工業生産において、プロファイルフライス加工はいくつかの応用例があります。たとえば、航空宇宙用のタービン ブレードのプロファイルや自動車の外装には、大規模なプロファイル フライス加工作業が必要です。

ギャングミリング

ギャングフライス加工は、複数の切削工具を同時に使用することで生産性を最大化するフライス加工プロセスです。これらのツールは、特定の方法で単一のアーバーに取り付けられます。この単一のアーバーがすべてのカッターを回転させ、それぞれのカッターがワークピース表面の異なる部分を加工します。以下の図はこれを示しています。

ギャングミリングは、同じ方向に複数のカットがある部品で非常に一般的です。スループットを向上させながら、総加工時間を短縮します。

歯車フライス加工

ギアミリングは、その名前が示すように、歯車を製造するための専用のフライス加工です。歯車は非常に複雑な幾何学的プロファイルを持っており、標準のフライスでは実現が困難です。

したがって、歯車メーカーは、要求どおりのプロファイルを備えた特別な歯車フライスを使用します。このアプローチは、精度と生産性を最大化するのに役立ちます。

ねじ切り加工

スレッドミリングは、歯車ミリングと同様、特殊なタイプのミリング操作の 1 つです。ワークの穴内のねじ切りに使用します。ねじ切り加工では、ねじ山プロファイルの特定の形状に合わせた特別なフライスを使用します。

さらに、ねじ切りフライス加工は、正しいピッチでねじ山を切削するために螺旋状のツールパスが必要なため、高精度のフライス加工プロセスです。通常、機械工は、特殊なツールパス生成サイクルを使用して、CNC フライス盤でねじ切り加工を実行します。

タップなどの従来の方法ではなく、フライス加工技術を使用してねじを製造すると、プロセスがあらゆる穴のサイズ、ピッチ、プロファイルに簡単に適応できるため、柔軟性が高まります。

スロットミリング

スロットフライス加工は、ワークピースにスロットを形成するのに役立つ一般的なフライス加工プロセスです。スロットの形状に応じて、T スロット カッター、エンドミル、ディスク カッターなど、さまざまなタイプのカッターで使用できます。

スロット フライス加工の一般的な用途には、構造コンポーネントのキー溝、ポケット、溝の加工が含まれます。

特殊なタイプのフライス加工

フライス加工操作は、上で説明した標準プロセスに限定されません。 CNC テクノロジーとツールの最新の進歩により、フライス加工は大幅に進化しました。最新の CNC フライス盤は、複雑な機能を備えた非常に複雑な部品形状を処理できます。

このセクションでは、高度なタイプのフライス加工テクニックのいくつかについて説明します。

多軸 CNC フライス加工

多軸 CNC フライス加工は、多軸 CNC フライス盤を利用した高度なフライス加工技術です。 5 軸 CNC フライス センターは、高度な製造機械工場で最も人気のある選択肢であり、一般に 3 つの直線軸 (X、Y、Z) と 2 つの回転軸 (A、B、C のいずれか 2 つ) で構成されており、機械工はこれらを同時に操作できます。以下の図は、この構成を示しています。

CNC 多軸フライス加工は、スプライン曲線、プロファイル、表面、アンダーカットなどの幾何学的特徴を備えた高精度部品を加工できます。これは、非角柱部品や厳しい公差が一般的である、航空宇宙、自動車、医療機器などの要求の厳しい業界にとって重要な役割です。

ターンミリング

ターン ミーリングは、ターン ミルとして知られる、同じ機械で旋削とフライス加工の両方の機能を組み合わせたハイブリッド加工技術です。ターンフライスセンターには通常、旋盤と同様にワークピースを取り付けて回転させるためのチャックと心押し台が付いています。これに加えて、フライス加工などの回転切削工具を備えた特殊な工具保持装置も備えています。

ターンミーリングセンターのフライスカッターは、ワーク軸に対して平行と垂直の両方を含む複数の方向に操作可能です (下図を参照)。

このタイプの二重機能により、ターン フライス センターは同じセットアップで円筒形と角柱形の両方のフィーチャを備えた部品を製造できます。これにより、生産性と精度が向上し、コストが削減されます。

薄肉フライス加工

薄肉フライス加工は、高度なフライス加工技術の特殊な分野です。タービンブレードや製品エンクロージャなどの特定の部品には薄肉の特徴があります。薄い壁は、高さと幅の比率が低いという特徴があります。

これらの薄肉フィーチャーの繊細な形状により、振動、永久変形、機械加工のビビリなどの問題が発生しやすくなります。これらの問題を回避するために、機械工はダイナミック フライス加工、適応送り速度、可変噛み合いツールパスなどの特別なフライス加工技術を利用して、最高の精度と表面品質を実現します。

2 つの典型的なフライス加工:従来のフライス加工とクライムフライス加工

従来のフライス加工とクライムフライス加工は、カッターがワークピースとどのように係合するかを定義する 2 つのタイプのフライス加工操作です。それらの主な違いは、切削工具の回転に対するワークの送り方向がどのような方向であるかです。

従来のフライス加工またはアップフライス加工では、送り方向がカッターの回転と逆になります。これにより、刃先は摩擦として切断を開始し、その後ゆっくりと純粋なせん断に移行します。切削方向の結果として、切りくず幅はゼロから始まり、カッターがワークピースを出るときに最大になります。一般に、従来のフライス加工は、振動や機械のバックラッシュへの対処の点でより安定しています。

逆に、登りフライスや下りフライスでは、送り方向とカッターの回転が一致します。切りくず幅は最大値から始まり、徐々にゼロになり、滑らかな切削負荷の傾向になります。クライムミーリングは、より良い工具寿命、表面仕上げ、および低い切削負荷をもたらすため、推奨されるミーリング技術です。

適切なフライス加工タイプを選択するための重要な要素

非常に多くの種類のフライス加工から選択できるため、最適な選択を行うのは困難な作業となる場合があります。一般に、エンジニアが製造計画でフライス加工オペレーションを選択する際に考慮する必要がある要素がいくつかあります。

パーツの形状

部品のフライス加工プロセスを選択する際に、最初に考慮するのは部品の幾何学的特徴です。傾斜面、曲率、ねじ山などの特定の機能は、フライス加工プロセスを管理可能な数に絞り込むのに役立ちます。

たとえば、自動車のパネルは複雑な曲率を持っているため、CNC フライス盤によるプロファイル フライス加工などの高度なフライス加工技術が必ず必要になります。

工作機械の機能

フライス盤が異なれば、加工能力も異なります。手動フライス 3 軸マシンは、ストックを直角にしたり、角度のある表面を切断したり、平面を作成したりするような単純な作業に最適です。ただし、プロファイル フライス加工などのより複雑な操作は、多軸 CNC フライス盤がなければ不可能な場合があります。

同様に、ターンミル センターは、角柱状の特徴を持つ主に円筒形の部品を効率的に製造できる特殊な工作機械です。

品質要件

表面仕上げや公差などの品質要件も、フライス加工プロセスの選択に影響します。たとえば、高品質の生産が必要な場合は、クライムミリングの方が適しています。厳しい公差が必要な場合は、CNC フライス盤が推奨されます。

さまざまなフライス加工オペレーションにおける切削パラメータ

フライス加工プロセスは、エンジニアが切削抵抗、表面品質、製造公差などの要素を制御するために使用するフライス切削パラメータによって定義されます。フライス加工における 3 つの主な切削パラメータは次のとおりです。

フィード

送り速度は、切削工具とワークピースが相互に移動する速度を決定します。エンジニアはそれを表現するためにさまざまな方法を使用します。一般的な単位は、距離/時間 (mm/min)、距離/回転 (mm/回転)、および距離/歯 (mm/歯) です。フライス加工の送り速度を高くすると、高い生産性が得られますが、工具寿命と表面品質は低下します。

速度

切削速度は、工具がワークピースの表面上でどれだけ速く回転するかを定義します。一般的な測定単位は mm/min または RPM です。フライス加工技術での切断速度を高めると、生産性と表面品質が向上しますが、過度の工具の摩耗や熱の問題が発生する可能性があります。

切込み深さ

切込み深さは、切削工具がワーク表面にどれだけ深く食い込むかを決定します。フライス加工プロセスでは、カッターは半径方向と軸方向の両方に切削することが多いため、半径方向切込み深さ (RDOC) と軸方向切込み深さ (ADOC) という 2 つの切込み深さパラメータがあります。切込み深さを大きくすると、切削抵抗、振動、発熱が増加しますが、生産性の向上にもつながります。

WayKen は、高度な 3 軸、4 軸、および 5 軸マシニング センターを使用した精密 CNC フライス加工サービスを提供します。私たちのチームは、金属とプラスチックの両方から高公差の部品を製造することを専門とし、複雑な形状を効率的に処理します。プロトタイプであろうと少量生産であろうと、当社は自動車、航空宇宙、医療などの業界全体で、短いリードタイム、優れた表面仕上げ、一貫した品質を提供します。

CNC フライス加工は、間違いなく、膨大な機能を備えた非常に汎用性の高い製造プロセスです。さまざまなフライス加工操作を選択できるため、設計と製造の点でエンジニアに大きな柔軟性を提供します。