機械加工プロセスの種類と分類|製造科学

この記事では、機械加工プロセスの種類に光を当てます。タイプは次のとおりです。-1。 シェーピングと 計画2.旋削とボーリング3.穴あけと4.フライス盤。 実際の機械加工操作とその分析にある程度触れる必要があります。この記事では、極端な技術的詳細や考えられるすべての種類の操作については説明しませんが、非常に基本的で一般的な機械加工操作のみを扱います。

機械加工プロセスの種類＃1。成形と 計画：

材料除去プロセスの基本的な性質はどちらの場合も同じです。 2つの主な違いは、シェーピングでは、主要な（切削）モーションがツールに提供され、フィードがワークピースに提供されるのに対し、計画では、反対。

切断操作は本質的に断続的であり、前進ストローク中に行われます。工具（または場合によってはジョブ）の戻り中に、切削動作がないときに送り動作が提供されます。図4.34に、カッティングゾーンの詳細を示します。

実際の切断操作では、主要なパラメータは、単位時間あたりのストローク（N）、ストロークの長さ（S）、クイックリターン比（R）（変位/ストローク）、切断の深さ（ d）、および工具角度。これらのパラメータを基本的な加工パラメータに変換するには、断面図を示す図4.34を調べるだけで十分です。

一般的に直交加工の条件は満たされていませんが、直交加工の仕組みが適用できると仮定して処理します。消費電力に関する限り、結果はそれほど不正確ではありません。カットされていない厚さとカットの幅は、関係によって与えられます–

ここで、Ψは主要な刃先角度です。断面図からすくい角はα（法線すくいとも呼ばれる）であることがわかります（図4.34）。図4.35は、力の切削成分とスラスト成分を示しています。

カッティングコンポーネントF _C vおよびF _T に対して作用します 過渡面に対して垂直に作用します。 F _T 再び2つのコンポーネント、つまりF _f に解決できます。 （フィードコンポーネント）およびF _n （加工面に垂直なコンポーネント）、as –

金属除去率はLdƒNで与えられます。ここで、Lはジョブの長さ、Nは単位時間あたりの切削ストローク数です。切削時間は、ジョブの幅（B）、作業面を下げる必要がある合計深さ（H）、切削深さ（d）、送り（ƒ）、および単位時間あたりの切削ストローク（N）が与えられます。合計時間–

加工プロセスの種類 ＃ 2。旋削と退屈：

回転は最も一般的な操作の1つです。回転面は一般にこの操作によって生成されますが、平面は面旋削によって生成されます。すべての旋盤加工は旋盤で行われます。旋削加工の主なタイプは、（i）円筒面と段付き円筒面の旋削、（ii）テーパーおよび曲面の回転面の旋削、（iii）ねじ山の旋削、および（iv）面の旋削とパーティングです。内面を機械加工する場合、その操作は一般にボーリングとして知られています。

さまざまなタイプの回転面を生成するために、退屈な操作を実行することもできます。 ここでは、簡単な旋削操作の仕組みについて説明します。これは、必要に応じて、他のさまざまな特殊操作に拡張できます。図4.37aに簡単な旋削加工を示します。このような操作に使用されるツールは、一般にシングルポイントツールと呼ばれます。

この操作の詳細な形状を図4.37bに示します。図4.38は、一点旋削工具のさまざまなビューと角度を示しています。対応する基本的な機械加工操作のパラメータは、次のように見つけることができます–

ここで、Ψは側面の刃先角度です。工具角度を指定すると、通常のすくい角αがわかります。一般的に直交性の条件は満たされていませんが、このテキストの範囲内で議論を続けるために、直交加工を想定します。切削速度は次のように与えられます–

ここで、Nは単位時間あたりのジョブの回転数、Dはジョブの直径です。切削深さdはDに比べて非常に小さいため、切削速度は切削幅全体で一定であり、式（4.41）で与えられる値に等しいと見なすことができます。直交加工の条件を満たすには、刃先が速度ベクトルに垂直である必要があり、工具角度が満たす条件が– であることを簡単に示すことができます。

タイプ＃ 3。掘削：

最も一般的な穴あけ操作はドリルであり、通常はツイストドリルを使用して実行されます。成形や旋削とは異なり、これには2つの主要な刃先が含まれます。図4.41に穴あけ作業を示します。

1回転あたりのドリルの総前進量（送り速度）がƒの場合、各リップが未切断の層を取得しているため、各刃先のシェアはƒ/ 2になります。 180°前方のもう一方のリップで仕上げられています（180°回転中、ドリルの垂直変位はƒ/ 2です）。未切断の厚さt ₁ カットの幅wは次のように与えられます–

rは、通常のすくいが評価される刃先上の点の半径、Dはドリルの呼び径、βは半点角度（図4.41b）、Ψはらせん角度（図4.42）。

表4.12に、ドリル角度とパラメータの一般的な値を示します。

穴あけ作業では、刃先に沿った切削速度やその他のパラメータの変動が顕著であり、現象全体が非常に複雑であることに注意してください。ただし、すべての計算は、各刃先の中点に基づいています。ドリルに作用するすべての力の影響（図4.43）は、抵抗トルクMとスラスト力Fで表すことができます。チゼルエッジでの動作は、実際には切削動作ではありません。むしろそれはくさびのように材料に押し込むことの1つです。ただし、チゼルエッジがトルクに与える影響は、回転軸上にあるため無視できます。

スラスト力の発生に対するチゼルエッジの寄与はかなりのものです。総推力Fは次のように表すことができます–

加工プロセスの種類 ＃ 4。フライス盤：

フライス盤はおそらく最も用途の広い機械加工操作であり、ほとんどの形状はこの操作で生成できます。特に回転対称のない部品の加工には欠かせません。旋削、成形、穴あけ工具とは異なり、フライス盤には多数の刃先があります。カッターが取り付けられているシャフトは、一般にアーバーとして知られています。

フライス盤の操作は、（i）水平フライス盤と（ii）垂直フライス盤の2つの主要なグループに分類できます。水平フライス盤操作では、カッター軸は水平です。図4.44は、いくつかの一般的な水平フライス盤操作を示しています。水平フライス盤も、切削と送り動作の相対的な方向に応じて、2つのグループに分けることができます。配置が図4.45aのようになっている場合、その操作はフライス盤と呼ばれます。

切削と送り動作が同じ方向の場合（図4.45b）、ダウンミリングと呼ばれます。ダウンミリングでは、ジョブがカッターに引きずり込まれる傾向があるため、アップミリングの方が安全で一般的に行われます。ただし、ダウンミリングを行うと、表面仕上げが向上し、工具寿命が長くなります。刃先がらせん状の場合、切削動作がスムーズになり、より良い仕上がりが得られます。これは、刃先が徐々にかみ合うためです。

カッター軸は垂直で、垂直フライス盤では作業面に対して（一般的に）垂直です。 ストレートカッターを使用したプレーンスラブフライス盤での切りくず生成のスキームを図4.47aに示します。カッターの直径はDで、提供される切削深さはdです。ストレートエッジカッターでフライス盤を行う場合、動作は直交し、切りくず生成の運動学は図4.47bのようになります。

すべての刃先が機械加工に参加しているため、1本の歯だけの作用を考慮することでプロセスの研究が容易になります。 ƒがテーブルの送り速度（mm / min）の場合、1歯あたりの有効送り（mm）はƒ/（NZ）になります。ここで、Nはカッターの回転数、Zはカッターの歯数です。

ジョブの単位幅あたりの材料除去率はƒdで与えられます。図4.47bから明らかなように、刃先前の未切削材料の厚さは徐々に増加し、表面近くで最大に達し、その後再び急速にゼロになります。カッターの円周速度と比較して送り速度が小さい場合、–

つまり、切削抵抗成分F _C およびF _T （図4.48に示す）刃先が切断面に沿って移動するにつれて、方向だけでなく大きさも変化します。

ストレートカッターで切削する場合、カッター軸に沿った切削抵抗の成分がないことは明らかです。カットされていない平均の厚さは、最大値の半分と見なすことができます。したがって–

F _C の平均値 およびF _T カットされていない厚さのこの値を使用して、おおよそ見つけることができます。 F _T 以降 半径方向に作用し、トルクを生成せず、アーバートルクはコンポーネントF _C のみによるものです。 。したがって、1つの切削歯によるトルクMはF _C です。 （d / 2）そしてほぼF _c として変化します 。図4.49は、単一の歯のみの動作に対するアーバーの回転によるアーバートルク（M）の変化を示しています。

全体のトルク（M̅）を取得するには、すべての歯によるモーメントを適切に重ね合わせる必要があります。これにより、3つの異なる可能性が生じます。つまり、（i）β<2π/ Z、（ii）β=2π/ Z、および（iii）β>2π/ Zです。図4.50aは、3つの異なる可能性を示しています。これらのそれぞれに対応するアーバートルクを図4.50bに示します。図4.50から明らかなように、ストレートエッジカッターでは、力とアーバートルクに急激な変動があり、振動の問題が発生する可能性があります。

ヘリカルカッターを使用すると、刃先とワークの接触が徐々に始まり、終わります。ここで、単歯によるアーバートルクと全体のトルクは、図1と図2に示すタイプです。それぞれ4.51aと4.51b。加工力は、アーバー速度と平均全体アーバートルクの積をとることで計算できます。平均スラスト力は、ワークカッター接触アークの中央半径線に沿って作用していると見なすことができます。