CNCねじ加工の一般的技術を徹底解説

ねじ加工は、CNCマシニングセンターの非常に重要な用途の一つです。ねじの加工品質と効率は、部品の加工品質に直接影響し、ひいてはマシニングセンターの生産効率に影響します。CNC加工の性能向上と切削工具の改良に伴い、ねじ加工方法は常に改善され、ねじ加工の精度と効率は徐々に向上しています。技術者が加工において合理的にねじ加工方法を選択し、生産効率を向上させ、品質事故を回避できるよう、実践でCNCマシニングセンターでよく利用されるいくつかのねじ加工方法をまとめました。

最も一般的な方法 ― タップ加工法

• タップ加工の分類と特徴

タップを使用してねじ穴を加工するのは、最も一般的な加工方法です。主に小径（D＜30）で、穴位置精度要求がそれほど高くないねじ穴に適しています。

1980年代には、すべてのねじ穴にフレキシブルタッピング方式が採用されていました。つまり、フレキシブルタッピングチャックでタップを保持し、工作機械の送りと主軸回転の非同期による送り誤差を、タッピングチャックの軸方向補償で補って正しいピッチを確保していました。フレキシブルタッピングチャックは構造が複雑でコストが高く、破損しやすく、加工効率が低いという欠点がありました。近年、CNCマシニングセンターの性能が向上し、リジッドタッピングがCNCマシニングセンターの必須構成となりました。

したがって、リジッドタッピングが現在最も一般的なねじ加工方法となっています。つまり、タップをリジッドスプリングチャックで保持し、主軸送りと主軸回転を工作機械が制御して同等に保ちます。フレキシブルタッピングチャックと比較して、スプリングチャックは構造がシンプルで安価、汎用性が広いです。タップの保持に加えて、エンドミル、ドリルなど他の工具も保持でき、工具コストを削減できます。同時に、リジッドタッピングは高速切削によく用いられ、マシニングセンターの効率を向上させ、製造コストを削減します。

• タップ前のねじ下穴の決定

ねじ下穴の加工は、タップの寿命とねじ加工品質に大きな影響を与えます。一般的に、ねじ下穴ドリルの直径は、ねじ下穴直径公差の上限近くに選定します。

例えば、M8ねじ穴の下穴径はΦ6.7+0.27mmで、ドリル径はΦ6.9mmとします。このようにすることで、タップの加工代を減らし、タップの負荷を軽減し、タップの寿命を延ばせます。

• タップの選び方

タップを選択する際、まず加工する材料に対応したタップを選ばなければなりません。工具メーカーは、加工材料の違いに応じてさまざまなタイプのタップを製造しています。選択には特に注意してください。

フライスカッターやボーリングカッターと比較して、タップは加工材料に対して非常に敏感です。例えば、鋳鉄用タップでアルミニウム部品を加工すると、ねじ崩れ、ランダムな食い付き、さらにはタップ折損を引き起こし、ワークピースがスクラップになる可能性があります。次に、通り穴用タップと止まり穴用タップの違いに注意してください。通り穴用タップは先端のガイドが長く、切りくずは前方排出です。止まり穴用タップは先端が短く、切りくずは後方排出です。止まり穴に通り穴用タップを使用すると、ねじ加工深度が保証できません。さらに、フレキシブルタッピングチャックを使用する場合、タップシャンクの直径と四角部の幅がタッピングチャックと同じである必要があります。リジッドタッピング用タップのシャンク径は、スプリングコレットの直径と同じである必要があります。要するに、タップを合理的に選択することでのみ、精密CNC加工を保証できます。

• タップ加工のCNCプログラミング

タップ加工のプログラミングは比較的シンプルです。現在のマシニングセンターでは一般的にタッピングサブルーチンが標準化されており、各パラメータを割り当てるだけで済みます。ただし、数値制御システムが異なればサブルーチンのフォーマットも異なり、一部パラメータの意味も異なる点に注意が必要です。例えば、SIEMENS 840C制御システムの場合、プログラミングフォーマットはG84 X_Y_R2_R3_R4_R5_R6_R7_R8_R9_R10_R13_となり、プログラミング時にこれら12パラメータを割り当てるだけで済みます。

大径・複雑穴のねじ ― ねじフライス加工法

• ねじフライス加工の特徴

ねじフライス加工は、ねじフライス工具とマシニングセンターの3軸連動、すなわちX/Y軸円弧補間、Z軸直線送りによるフライス加工でねじを加工します。

ねじフライス加工は、大径ねじ穴や難削材のねじ穴加工に特に用いられます。主に次の特徴があります：

⑴ 高速加工、高効率、高精度。工具材料は通常超硬合金で、切削速度が速い。工具製造精度が高いため、フライス加工によるねじ精度も高い。

⑵ フライス工具の適用範囲が広い。ピッチが同じであれば、左ねじ・右ねじを問わず1本の工具で対応可能で、工具コスト削減に有利。

⑶ CNCフライス加工は切りくず排出と冷却が容易で、タップより切削性能が良い。アルミニウム、銅、ステンレス鋼などの難削材のねじ加工に特に適している。

大型部品や貴重材料部品のねじ加工に特に適しており、ねじ加工品質とワークピースの安全性を確保できます。

⑷ 工具先端にガイドがないため、ねじ底穴が短い止まり穴や、アンダーカットのない穴の加工に適している。

ねじフライス工具の分類

CNCフライス工具は、マシンクランプ超硬ブレードフライスカッターと一体型超硬フライスカッターの2タイプに分けられます。マシンクランプ工具は適用範囲が広く、ブレード長さ未満のねじ深さの穴、またはブレード長さを超えるねじ深さの穴の両方を加工できます。一体型超硬フライスカッターは、一般的に工具長さ未満のねじ深さの穴を加工するために使用されます。

ねじフライス加工のCNCプログラミング

ねじフライス工具のプログラミングは他の工具とは異なります。加工プログラムを誤って作成すると、工具破損やねじ加工エラーを引き起こしやすくなります。作成時は以下の点に注意してください：

まず、ねじ底穴を加工します。小径穴はドリルで、大径穴はボーリングで加工してねじ底穴の精度を確保します。

工具が切り込み/切り出しする際は、円弧軌道を採用します。通常、切り込み/切り出しで1/2円、Z軸方向に1/2ピッチ移動させてねじ形状を確保します。この時点で工具半径補正値を導入します。

X/Y軸円弧補間で1周する間に、主軸はZ軸方向に1ピッチ移動する必要があります。そうでなければ、ランダムなねじ山が発生します。

バックアップねじ加工法 ― ピックアンドクリック法

ピック法の特徴

箱物部品で大径ねじ穴に遭遇することがあります。タップもねじフライスカッターもない場合、旋盤のピック加工に似た方法が使用できます。