ドリリングマシン完全解説：定義、種類、操作方法
ドリリングプロセス自体はシンプルです。おそらく減法加工（SM）の中で最もシンプルな技術でしょう。しかし、あらゆる専門エンジニアが知っているように、プロセスには多くの落とし穴が潜んでいます。それらを避けるには、可能な限り詳細にこのトピックに没頭することです。
ここでは、ドリリング操作のあらゆる側面、ドリリングマシンの種類などについて、最も考え抜かれた説明を提供します。
ドリリングとは？
ドリリングは、回転切削工具を用いて丸穴を生産する減法加工プロセスです。
さらに詳しく説明しましょう。ドリリングは減法加工の主要な方法の一つと見なされています。ワークピースから材料を切り取ることで行われます（3Dプリンティングのような加法加工AMプロセスとは対照的）。プロセスでは、回転切削工具（一般にドリルビットと呼ばれる）を使用して、固定されたワークピースに丸穴を生産します。
ドリルビットは通常、ハイス（HSS）で作られています。「スパイラル」（またはヘリカルフルート）があり、ドリリング操作中に生産される材料の切りくずを容易に排出できます。鋭い切れ刃が、ドリリングマシンによって分速数百回転に加速されると切削を行います。
生産される穴は、組み立て用のネジやボルトの収容、または美観目的のために作られます。穴を拡大し、内面を仕上げて滑らかさと外観を良くすることもできます。
ドリリングとドリルビットの例は以下の画像をご覧ください。
ドリリングマシンの定義
ドリリングマシンは、主に円形断面の穴を開け、それに関連するボーリング、リーマなどの作業を行う機械です。
ドリリングマシンでは、ドリルビットと呼ばれる切削工具の回転する刃先によって穴が開けられます。ワークピースにせん断力を加えて、材料を切りくずの形で除去することで穴が開けられます。
ドリリングマシンで実行される操作の種類
ドリリング自体がCNCドリルで実行できる唯一の製造プロセスではありません。マシンの種類によって、8種類の操作が可能です：
- ドリリング：すでにご存知の操作です。単純な丸穴のみを生産します。中程度から超高速の生産速度に対応。
- リーマ：非常に精密な穴を生産するプロセスです。すでに開けられた穴の開口部を拡大します。結果は、正確な直径の完全な円形の穴です。リーマは複数の刃を持つ工具で実行される仕上げプロセスと見なされます。低速から中速の生産速度に対応。
- ボーリング：既存の穴を拡大することも同様ですが、仕上げプロセスとは見なされません。以前に開けられた穴より大きな直径のシングルポイントカッター（ボーリングバー）を使用します。ボーリングは穴の直径を大きくできますが、深さは変わりません。円筒形の穴をテーパー穴に変換するためにも使用されます。中速から高速の生産速度に対応。
- カウンターボーリング：既存の穴の端部を拡大します。目的はボルト、スタッド、ピンを収容することです。ボーリングに似ていますが、穴の深さの一部で実行されます。低速から中速の生産速度に対応。
- カウンターシンキング：ボルトやネジの頭部のためのスペースを作るプロセスです。金属物体上で円錐形の穴を切削するために実行されます。カウンターシンキングは、ドリリングやタッピングからのバリを取り除くためにも使用されます。腐食防止と確実な密封を確保する良い習慣です。低速から中速の生産速度に対応。
- スポットフェーシング：ワークピースの特定の場所を面取りして、滑らかな平らな仕上げを与える操作です。ナットやキャップスクリューの頭部の良い座面を作るのに役立ちます。通常、鋳物と鍛造物で実行されます。低速から高速の生産速度に対応。
- タッピング：内部ねじを切削し、ネジ、ボルト、その他のねじ継手を内部穴とねじに挿入するプロセスです。タップと呼ばれる切削工具を使用します。円筒形または円錐形の切削工具で、望ましい形に設計できます。低速から中速の生産速度に対応。
- トレパニング：貫通穴用途向けの比較的珍しい技術です。カッターが周辺部で材料を除去し、リングを形成します。コアは穴の中心に残ります（下の画像例を参照）。マシンの動力が不足している場合に大径穴を生産するために使用されます。低速の生産速度に対応。
ドリリングマシンの種類
ドリリングについて最もエキサイティングなのは、実際に作業を行うユニット自体です。わずかに異なる製造アプローチに適したいくつかの種類があります。中には自動または手動のものもあります。工業用として使用されるものは、PCB製造などのようにコンピュータ制御のみのものもあります。
大量生産では、ドリリングと他の種類の作業を行う高価なCNC加工センターがあります。こうした機械は、以下に詳述するすべてのタイプの作業を処理するように意図的に設計されています。
20万ドルのCNCユニットなら、おそらく他のどの機械よりもほとんどのドリリング作業をうまく処理できるでしょう。しかし、軽量部品にいくつかの小さな穴を開けるためにそれらを使うのは、ナッツを割るのに蒸気ハンマーを使うようなものです。
感度式ドリリングマシン
これは、非常に小さな穴を高速で開けるために特別に設計されています。精密で軽いタイプの仕事に使用されます。ベースはボルトとナットでベンチまたは床にしっかりと取り付けられます。直径15.5mmまでのドリルビットを扱えます。サポートされる回転速度は通常、分速50〜2000回転（RPM）の範囲です。
このユニットの特徴は、駆動機構を手動で制御できることです。熟練した機械工は、このかなり普及した機械ユニットを使って精密な作業ができます。
立型ドリリングマシン
このユニットは、中負荷のドリリング作業を処理するように設計されています。感度式ドリルに似ていますが、はるかに大型で重いです。直径50mmまでのドリルビットを使用できます。
この装置は手動または半自動モードで使用できます。オペレーターは工具をワークピースに動力送りできます。この目的で、一部の立型ドリルにはテーブル昇降機構が装備されています。
ラジアルドリリングマシン
このマシンは、中〜大型の重いワークピースを処理するように設計されています。丸い柱が大きなベースに取り付けられています。ラジアルアームは上下に動かせ、様々な高さのワークピースに対応できます。アームは任意の位置に振り回せ、ドリルヘッドがアーム上をスライドします。
ラジアルドリリングマシンは通常、手動で操作されることはありません。作業員がモーターを制御し、ドリルが製造ラインを通過するワークピースに貫入します。
ガングドリリングマシン
このマシンは共通のテーブルとベースを持ちます。このマシンの特徴は、複数のドリルヘッドを持つことです。通常4〜6個。それらは横に並んで配置されます。それぞれに独立した駆動モーターがあり、異なる速度でワークピースに同時に複数の穴を開けます。
さらに、このマシンはリーマ、ボーリング、タッピングなどの一連の他の操作も実行できます。各スピンドルには異なる工具を装備できます。こうしたユニットは決して手動使用向けではありません。ドリルCNCセンターは、必ずしもではありませんが、ガングドリリングマシンの改良として構築されることがあります。
多軸ドリリングマシン
このユニットは、ドリルヘッドのベンチではなく複数のスピンドルを組み込んだガングドリリングマシンの進化版です。多数の同一ワークピースに穴のパターンを再現するために使用されます。
スピンドルは、一組のギアで各スピンドルを駆動する単一のモーターによって駆動されます。これにより、すべてのドリルが同時にワークピースに送り込まれます。ここで変更可能なのは、X軸とY軸に沿ったスピンドル間の距離（通常）です。ドリルジグを使用してカッターをガイドします。
深穴ドリリングマシン
この高度に専門化されたマシンは、連結棒、銃身、その他の部品に深い穴を開けるために使用されます。深穴ドリリングマシンは、高切削速度と低送り速度を最大限に活用してその目的を果たします。
作動原理は、高速回転するドリルに非回転ドリルをゆっくり送り込むことです。クーラントが常に供給され、材料と工具の両方の過熱を防ぎます。こうしたマシンも手動操作は困難で、半自動またはCNCです。
CNCドリリングマシン
CNCドリルマシンは、産業現場で回転カッターを使用してドリリング操作を実行するコンピュータ制御の装置ユニットです。
こうしたドリリングセンターは、ワークピースのセットアップと工具交換を除いて労働力を必要としない完全自動化された機械です。CAMファイルの指示を読み取る統合ソフトウェアを備えています。
CNCドリルは工具保持装置を3次元で動かせます（一部のマシンは4軸または5軸）。しかし、方向に関わらず、ドリルビットはワークピースに正しい角度で進入しなければなりません。工具保持部品は、スピンドル自体（他のCNCユニットでも一般的な従来型オプション）、スリーブ、ソケット、チャック、タッピングアタッチメントです。
CNCドリルは複雑な装置ですが、主要な部品はおそらく十分に自己説明的です。下の画像で確認してください。
ここで、開始から終了までの全体プロセスの理解を深めましょう。CNCドリリングのステップバイステップ手順は以下の通りです：
- CAD設計の作成：コンピュータソフトウェアで2Dまたは3Dモデルを作成します。
- 設計をCAMファイルに変換：CNCドリルが読み取るGコード機械語で書かれたドキュメントです。
- CNCドリルに指示をロード：基本的にそれらの指示を入力し、正しく読み取られ実行されることを確認します。
- CNCドリルのセットアップ：適切なドリルビットセットを選択し、マシンを設定・固定します。
- ドリリング操作の実行：この部分は、機械技師による手順開始後、ドリル単独で実行されます。
- 部品の評価：手動および自動QAチェックを実行し、実行されたドリリング手順の成功を確認します。
ドリリングマシンの利点と限界
産業装置として、ドリルには考慮すべき技術的側面があります。あらゆるドリリングマシンで信頼できる側面は以下の通りです：
- 正確なポイント：これらのユニットは、ドリルビット、ボーリングバー、リーマを用いた穴の段階的な処理により、優れた精度を自力で確保できます。
- 良好な送り制御：驚くべきことに、手動ドリリングでさえ精密加工と見なされます。CNCユニットはさらに一歩進んでいます。
- 豊富なドリリングオプション：利用可能なドリリングユニットの幅広い配列により、精密、深穴、同時、パターン、その他のタイプのドリリングから選択できます。追加のボーナスとして、それらすべてをわずか数台の堅牢なマシンセンターで実行できます。
しかし、これらのユニットには考慮すべき限界があります。これらは、滑らかで精密な穴を高い一貫性で生産することが不可能な特定の機会に関連しています。
- 井戸壁の安定性：ボアホール崩壊——岩石応力によるせん断型井戸壁破壊は、考慮すべき巨大な問題です。軌道の誤り、不適切なドリリング流体など、複数の要因から生じます。
- ドリリングの限定された軌道：通常、ドリルマシンは直角で切削することを意図しています。あらゆる逸脱はほぼ瞬時に穴の失敗をもたらします。これにより、可能な設計の範囲がある程度制限されます。
いずれにせよ、ドリリングマシンは代替不可能です。賢くアプローチすれば、他のいかなる機械も提供できない優れた生産品質と製造技術の範囲を提供します。
まとめ
本質的に、ドリリングは滑らかな穴を生産するだけではありません。精密なねじの生産や重作業、ボルトとネジの収容、良好な内面仕上げなどの側面に関わります。
ドリルマシンは手動、半自動、またはCNCタイプがあります。現在、大手メーカーは8つのドリリングプロセスすべてとそれ以上を行うマシンセンターを使用しています。高品質なドリリングのために考慮すべき唯一の側面は、軌道と適切なドリリング流体の使用です。
著者について
Barretは、CNC加工や3Dプリンティングなどのテクノロジー関連コンテンツを専門とするクリエイティブライターで、高品質で革新的な製品で知られています。
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