ハードターニングで研削時間を短縮し精度を向上

特定のアプリケーションでは、ハードターニングにより研削を不要にする公差と表面仕上げが得られます。極めて厳しい公差のジョブでは、ハードターニングは効果的なプレフィニッシング操作としても機能します。硬化部品をネットシェイプから数千分の1インチ以内まで加工することで、除去すべき材料量を最小限に抑え、研削を高速化します。

それがまさに、カリフォルニア州オックスナードのHaas Automation製造施設が、旋盤主軸シャフトを仕上げ研削前にハードターニングする理由です。同社は様々な他のマシン部品をハードターニングで最終サイズと表面仕上げ仕様まで加工していますが、ハードターニングをプレフィニッシング操作として使用するのはこれが初めてです。これにより内径・外径研削が速くなっただけでなく、熱処理後のシャフト表面歪みによって生じていた断続研削の状況も解消されました。

歪みのジレンマ

同社がハードターニングを主軸シャフト製造プロセスに統合したきっかけは、表面歪み問題でした。予測不能な歪みにより、内径と外径を正確に位置決めすることが難しく、研削操作は最悪のシナリオ（最大外径、最小内径）に合わせてセットアップし、まず材料の高い部分を削り落とす必要がありました。これは必要なパス数を増やすだけでなく、砥石寿命に悪影響を与える断続研削の状態を生み出しました。

Haasは自社のSL-40L CNC旋盤に立方晶窒化ホウ素（CBN）インサートを装着し、中盤50台HRCの主軸シャフトを研削前に旋削します。マシンは内径と外径それぞれに1パスずつ、最大0.015インチの切り込み深さで加工します。「私たちのハードターニングプロセスは直径公差±0.0003インチを提供できますが、主軸シャフトのプレフィニッシング操作要件はそれほど厳しくありません」とHaasツーリングマネージャーのドン・テラー氏。「この切削でシャフト径を仕上げ寸法から0.003〜0.005インチのところまで持っていき、研削時間を50%短縮し、砥石寿命を延ばします。」

同社は主軸シャフト加工時にクーラントを使用しません。比較的深い切り込み深さ（DOC）が、切削で発生する熱の大半を運び去る十分な大きさのチップを生成するためです。これはハードターニングの目的です。しかし、重要な公差で非常に小さなDOCでハードターニングする場合、同社は切削ゾーンに大量のクーラントを供給します。「切削深さが非常に小さい場合、チップに大きなチップのような質量がないため、熱を運び出せません」とテラー氏。「追加の熱がワークに向かうため、熱的安定性を維持し公差を保持するために大量のクーラントを使用します。」

このような微細なチップは工具先端に「スチールウール」のように巻き付く傾向があるため、切削ゾーンをフラッディングすることで、チップを通過して十分なクーラントが工具先端に到達するようにします。「外径ハードターニングでは、可能であれば反対方向からもクーラントを供給すると有益です。チップ巻き付きが発生した場合に備えてです」とテラー氏。「高圧クーラントも選択肢ですが、工具先端に正確にクーラントを向ける必要があります。」

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