旋削加工（ターニング）完全解説：定義、種類、主要操作、切削条件

旋削加工（ターニング）とは

旋削加工は、切削工具（通常は非回転の工具ビット）が直線的に移動しながらワークピースが回転することで、らせん状の工具軌跡を描く機械加工プロセスです。

通常、「ターニング」という用語は、この切削作用によって外面を生成する場合に用いられ、同じ本質的な切削作用が内面に適用される場合は「ボーリング（内面旋削）」と呼ばれます。したがって、「ターニングとボーリング」というフレーズは、旋盤加工として知られるより大きなプロセスファミリーを分類します。ワークピースの端面を切削することは、ターニング工具でもボーリング工具でも「フェイシング（端面加工）」と呼ばれ、どちらのカテゴリーのサブセットとして扱われることもあります。

ターニングは、従来の旋盤で手動で行う（多くの場合、オペレーターの継続的な監視が必要）か、自動旋盤で行うことができます。今日、この自動化の最も一般的なタイプはコンピュータ数値制御、通称CNCです。

ターニングでは、ワークピース（木材、金属、プラスチック、石など）を回転させ、切削工具を1、2、または3軸の動きで移動させて、精密な直径と深さを作り出します。ターニングは、円筒の外側または内側（ドリリングとしても知られる）のいずれかで行い、さまざまな形状の管状部品を製造できます。

今日では稀ですが、初期の旋盤は複雑な幾何学的形状、さらには正多面体を作るためにも使用されていました。ただし、CNCの登場以来、この目的で非コンピュータ化された工具軌跡制御を使用することは一般的ではなくなりました。

旋削プロセスは通常、最古の工作機械とされる旋盤で実行され、ストレートターニング、テーパーターニング、プロファイリング、外部溝切りなど、さまざまなタイプがあります。この旋削プロセスにより、ストレート、円錐、曲線、溝付きなど、さまざまな材料形状のワークピースを製造できます。旋削では一般的にシンプルな単一点切削が使用されます。ワークピース材料の各グループには、長年にわたって開発された最適な工具角度セットがあります。

旋削作業から出る金属くずは、チップ（北米）、またはスワーフ（イギリス）と呼ばれます。一部の地域ではターニングと呼ばれることもあります。

旋削プロセス

旋削は機械加工の一形態、つまり材料除去プロセスであり、不要な材料を切り取ることで回転対称部品を作成するために使用されます。旋削プロセスには、旋削機または旋盤、ワークピース、治具、切削工具が必要です。

ワークピースは予め成形された材料で、治具に固定され、それが旋削機に取り付けられ、高速で回転できるようになっています。カッターは通常、機械に固定された単一点切削工具ですが、一部の操作では多点工具を使用します。

切削工具が回転するワークピースに食い込み、小さなチップの形で材料を切り取って所望の形状を作ります。

旋削は、穴、溝、ネジ、テーパー、さまざまな径の段差、さらには輪郭面などの多くの特徴を持つ、通常軸対称の回転部品を製造するために使用されます。旋削のみで完全に製造される部品には、プロトタイプ用など限定数量で使用されるコンポーネント（カスタム設計のシャフト、ファスナーなど）が含まれることが多いです。

旋削は、異なるプロセスで製造された部品に精密な回転特徴を追加または修正する二次プロセスとしても一般的に使用されます。旋削が提供する高公差と表面仕上げにより、基本形状がすでに形成された部品に精密な回転特徴を追加するのに最適です。

旋削操作（主要操作タイプ）

旋削は最も一般的な旋盤機械加工操作です。旋削プロセス中、切削工具が回転するワークピースの外径から材料を除去します。旋削の主な目的は、ワークピースの直径を所望の寸法に減らすことです。旋削操作には荒加工と仕上げ加工の2種類があります。

プロセスサイクル中にワークピース上でさまざまな操作を実行して、部品の所望の形状を得ることができます。これらの操作は外部操作と内部操作に分類できます。外部操作は部品の外径を変更し、内部操作は内径を変更します。以下の操作は、使用されるカッターのタイプと、このカッターがワークピースから材料を除去するために取るパスによって定義されます。

旋削固有の操作（外部操作）

• 旋削（Turning）：単一点旋削工具がワークピースの側面に沿って軸方向に移動し、段差、テーパー、面取り、輪郭などのさまざまな形状を形成します。これらの形状は通常、小さな径方向切込み深さで機械加工され、最終直径に達するまで複数パスが実行されます。
• テーパー旋削（Tapered Turning）：一方の端から他方の端に向かって直径が徐々に減少する円筒形状を生成します。
• 硬質旋削（Hard Turning）：ロックウェルC硬度45以上の材料で行われる旋削タイプです。通常、ワークピースが熱処理された後に実行されます。このプロセスは従来の研削作業を置き換えるまたは制限することを目的としています。単純な材料除去目的で適用される場合、ハードターニングは荒研削と好競合します。しかし、形状と寸法が重要な仕上げ加工に適用される場合、研削が優れています。
• フェイシング（Facing）：単一点旋削工具がワークピースの端面に沿って半径方向に移動し、薄い層の材料を除去して滑らかな平面を提供します。フェイスの深さは通常非常に小さく、1パスで機械加工することも、より小さな軸方向切込み深さで複数パスを実行して達成することもできます。
• パーティング（Parting）：溝切りに似ており、単一点切断工具がワークピースの側面に半径方向に移動し、ワークピースの中心または内径に達するまで続け、ワークピースの一部を切り離します。
• 溝切り（Grooving）：単一点旋削工具がワークピースの側面に半径方向に移動し、切削工具と同じ幅の溝を切削します。複数回の切削で工具幅より大きな溝を形成でき、特殊成形工具でさまざまな形状の溝を作成できます。

非固有操作（内部操作）

• ボーリング（Boring）：ボーリング工具がワークピースに軸方向に進入し、内面に沿って切削して段差、テーパー、面取り、輪郭などのさまざまな形状を形成します。ボーリング工具は調整可能なボーリングヘッドを使用して所望の直径に設定できる単一点切削工具です。ボーリングは通常、穴を拡大したりより精密な寸法を得るためにドリリング後に実行されます。
• ドリリング（Drilling）：ワークピースの内部から材料を除去するために使用されます。このプロセスでは、テールストックまたは旋盤のツールタレットに固定された標準ドリルビットを使用します。別途利用可能なドリリングマシンでも実行可能です。
• ナーリング（Knurling）：部品の表面に鋸歯状パターンを切削し、ハンドグリップや視覚的な装飾として使用する、専用のナーリング工具を用いた操作です。
• リーミング（Reaming）：すでにドリリングされた穴から少量の金属を除去する寸法仕上げ操作です。非常に精密な内径の穴を作るために行われます。例えば、6mmの穴は5.98mmのドリルビットで穴あけし、その後リーミングで精密な寸法に仕上げます。
• ネジ切り（Threading）：通常60度の尖ったノーズを持つ単一点ネジ切り工具が、ワークピースの側面に沿って軸方向に移動し、外面にネジを切削します。ネジは指定された長さとピッチで切削でき、形成には複数パスが必要な場合があります。
• 多角形旋削（Polygonal Turning）：原材料の回転を中断することなく非円形形状を機械加工します。

切削パラメータ

旋削時、切削工具の速度と動きはいくつかのパラメータで指定されます。これらのパラメータは、ワークピース材料、工具材料、工具サイズなどに基づいて各操作ごとに選択されます。

• 切削送り（Cutting Feed）：切削工具またはワークピースが主軸1回転あたりに前進する距離。インチ/回転（IPR）で測定。一部の操作では工具がワークピースに送られ、他の操作ではワークピースが工具に送られます。多点工具の場合、切削送りは1歯あたりの送り（IPT）に工具の歯数を乗じた値と等しくなります。
• 切削速度（Cutting Speed）：切削中のワークピース表面の、切削工具の刃先に対する相対速度。表面フィート/分（SFM）で測定。
• 主軸速度（Spindle Speed）：主軸とワークピースの回転速度。回転/分（RPM）で測定。主軸速度は、切削速度を切削箇所のワークピース円周で割った値に等しい。一定の切削速度を維持するには、切削箇所の直径に基づいて主軸速度を変化させる必要があります。主軸速度を一定に保つと、切削速度が変化します。
• 送り速度（Feed Rate）：工具が切削を行う際の、切削工具のワークピースに対する相対移動速度。インチ/分（IPM）で測定され、切削送り（IPR）と主軸速度（RPM）の積に等しい。
• 軸方向切込み深さ（Axial Depth of Cut）：工具が切削を行う際の、ワークピース軸に沿った工具の深さ（フェイシング操作時など）。大きな軸方向切込み深さには低い送り速度が必要で、そうでなければ工具に高い負荷がかかり工具寿命が短くなります。したがって、形状は通常、工具が各パスで指定された軸方向切込み深さまで移動するように複数パスで機械加工されます。
• 径方向切込み深さ（Radial Depth of Cut）：工具が切削を行う際の、ワークピース半径に沿った工具の深さ（旋削やボーリング操作時など）。大きな径方向切込み深さには低い送り速度が必要で、そうでなければ工具に高い負荷がかかり工具寿命が短くなります。したがって、形状は工具が指定された径方向切込み深さで移動するように複数ステップで機械加工されることが多いです。

工具（ツーリング）

単一点切削工具のさまざまな角度、形状、サイズは、機械加工操作中のワークピースの結果としての表面に直接関係しています。すくい角、横すくい角、切れ刃角、逃げ角、ノーズ半径など、さまざまなタイプの角度が存在し、ワークピースに関連して異なる値を取ります。

また、V字形や正方形など、単一点切削工具には多くの形状があります。操作中に切削工具を保持するために、特別な工具ホルダーが通常使用されます。

よくある質問（FAQ）

旋削加工とは何ですか？
旋削加工は、切削工具（通常は非回転の工具ビット）が直線的に移動しながらワークピースが回転することで、らせん状の工具軌跡を描く機械加工プロセスです。

旋削プロセスとは何ですか？
旋削は機械加工の一形態、つまり材料除去プロセスであり、不要な材料を切り取ることで回転部品を作成するために使用されます。旋削プロセスには、旋削機または旋盤、ワークピース、治具、切削工具が必要です。