高性能加工の成功を最大化：ツールホルダーが重要な理由

難削材、高速・高送り、工具バランスの観点から、ツールホルダーは高性能工作機械での部品加工成功において、あなたが思っている以上に重要です。理由を学びましょう。

貴社が新しい高性能マシニングセンタを導入したとします。20,000 rpmの主軸、2,400 ipmの早送り、それに見合う送り速度といった印象的なスペックを誇り、工場内で最も高速です。チップが板金に当たる乾いた音と、深切り込み時の主軸モーターの低い唸り音を、皆が楽しんでいます。

しかし、一つだけ問題があります。これら新しい高主軸回転数では、チャッターが酷く皆が耳栓を探しています。工具寿命が低下しています。最近ボスが持ち込み始めた17-4 PHやTi-5Al-5V-5Mo-3Cr（トリプル5）チタン航空宇宙部品の加工では、工具抜けが大きな問題です。結果、高性能マシニングセンタへの投資で毎日作れるはずだった部品の山が、現れません。

公平を期せば、古い、より非力なマシニングセンタでも同じ不満を持っていたかもしれません。実際、それが新機導入の動機の一つだったかもしれません。申し訳ありませんが、問題はおそらく、数十年使い続けてきたサイドロックエンドミルホルダーとER型コレットチャックが、現代の加工技術に適していないことにあります。

「高速・高送りが可能な工作機械、最新形状・コーティングの切削工具、そしてそのインターフェースであるツールホルダーで、なぜ妥協するのか？」と、Kennametalのシニアグローバルプロダクトマネージャー、ロナルド・ウェスト氏は言います。「今日の工作機械がより高速・高送りを実現できるからこそ、ツールホールディングは高性能切削工具の能力を引き出す上で、これまで以上に重要になっています」

一部のメーカーは工作機械と最新工具・切削技術に投資しますが、仕事に合わないコモディティツールホルダーを使い続けるケースが少なくありません。しかし、それは今日の高性能環境、特に先進材料を扱う航空宇宙用途では、最も重要な要素の一つなのです、とウェスト氏は説明します。

「サイドロックホルダーは依然として業界で主流ですが、企業が今購入している超硬切削ツールへの投資に対して、実に不誠実です」とウェスト氏。「ツールホルダーは、今日使われている高性能機械の種類にマッチしたものでなければなりません」

工具の動きを止め、余分なスクラップを防ぎ、工具寿命を守る

工具抜けを考えてみましょう。チタンやその他の耐熱超合金の加工では、軸方向と半径方向だけでなく、軸方向にも高い切削力が発生し、工具抜けを引き起こす可能性があります。工具破損と部品スクラップを防ぐため、適切なタイプのツールホルダーを使うことがさらに重要になります。わずか数千分の1インチずつでも、非常に高価な部品をスクラップにするには十分です。工具シャンクに溝やフラットをどれだけ削っても、依然として動きます——最も期待していない時に。

最良の解決策は、抜けを排除するよう特別に設計されたツールホルダーです。多くのベンダーがHaimerの特許技術「Safe-Lock」をライセンスしています。すべてが従来のサイドロックホルダーを大きく上回り、振れ特性も改善します。利用可能なソリューションの一例を挙げます：

• Sandvik CoromantのCoroChuck 930油圧エンドミルホルダーは、「支点」型の2点支持機構で動きを防止します。
• KennametalのHydroForce™油圧チャック（重切削用）は、卓越した振れ精度と精度を謳い、オプションのSAFE-LOCKスリーブで難削材（航空宇宙・エネルギー業界で使用される材料など）での抜けを防止します。
• Big KaiserのMega Perfectはウェルドンフラット付きエンドミルを受け入れつつ、スリップと抜けを排除するとされています。

金属加工の成果を最大化したいですか？ 「ツールホルダーで機械生産性を最大化する方法」をお読みください。

ハーモニクス、チャッター、主軸を制御する

これまで以上に高速で工具を回転させると、長年許容してきた振れが、最高のフライスカッターでさえ瞬く間に摩耗させます。工具寿命低下が悪いだけでなく、高回転が生むハーモニクスはチャッターを引き起こし、アンバランス状態による主軸損傷につながる恐れがあります。

これら高速・高送り・チャッター・ハーモニクス問題を管理する選択肢はいくつかあります。シュリンクフィットツールホルディング、油圧チャック、メカニカルミリングチャックです。それぞれを自社機でテストし、結果を文書化し、価格ではなく自社機でのパフォーマンスに基づいて判断すべきです。

シュリンクフィットツールホルディング

シュリンクマシンが必要で、工具交換ごとにホルダーの加熱・冷却で1〜2分余分にかかりますが、多くのショップがシュリンクフィットの極めて高い精度と固有のバランスを信頼しています。Haimerによれば、トータル40秒未満とのことです。

油圧ツールホルダーとチャック

油圧チャックは精度が高く、使いやすく、強力なツールホールディング能力を提供します。KennametalのHydroForce™は重切削用の一つで、従来油圧チャックの3倍のクランプ力を謳い、アーレンキー一つで操作できます。HydroForceチャックは減衰能力を持ち、チタンやその他の高温合金加工で特に工具寿命を改善します。

メカニカルミリングチャック

Schunk、Iscar、Guhringなどが、20,000 rpm定格、振れ0.0002インチ以下のメカニカルミリングチャックを販売しています（Sandvik Coromant、Big Kaiserなども同様）。操作はシンプルで、剛性とクランプ力は100年の歴史を持つウェルドンフラットを大きく上回ります。

レガシーツールホルディングの話が出ましたが、新しい機械にはHSK、Capto、KM4X、または同等の主軸インターフェースが搭載されていることを願います。CATとBTフランジは要求の 덜한仕事には問題ありませんが、HRSA材の高速加工やダイキャビティの高速仕上げには、モダンな主軸インターフェースが必要です。

これらの機械レートでは、工具バランスが必要

ほとんどのツール専門家は、バランスの取れたツールホルダーアセンブリが、主軸回転数20,000 rpm以上では必須だと言いますが、ハードルはもっと低いと主張する専門家もいます。

「通常12,000 rpm以上で工作機械を回す場合、システム全体（ツールホルダー＋切削工具）を常にバランス調整することを推奨します」とウェスト氏。「工具寿命が延び、主軸摩耗が減ります。……コレットチャックやエンドミルアダプターでは、その設計と必要なハードウェアのためバランス維持がやや難しいですが、一般に油圧チャックとシュリンクフィットアダプターは、高速用途向けの精密バランスが取りやすいです」

6,000 rpmではアンバランスをそれほど感じませんが、高速域では工具バランスが極めて重要です——そしてツールホルダーについて語る際、誤解されがちなポイントでもあります、とウェスト氏は付け加えます。

対応には専用バランスマシンと、ツールプリセッティング時の追加作業が必要です。プリセッティングを実施しているか確認してください。プリバランス済みツールホルダーだけでは不十分です。切削工具とプルスタッド（CAT/BT機の場合）を含むアセンブリ全体を一体としてバランス調整しなければなりません。これらの推奨事項を守り、定期メンテナンスで工具寿命を延ばせば、ダウンタイム削減とより良い部品作りにつながります。

「適切なツールホルダーでワークパフォーマンスの改善を示せます」とウェスト氏。「見落とされがちですが、非常に大きな違いを生みます」

高性能マシニングセンタで、ツールホルダーの違いを実感されたことはありますか？ ご経験をお聞かせください。