CNCフライス加工効率を最大化する6つの実証済み戦略
CNC加工において、フライス加工方法とは、工具がワークのフライス加工を完了する際の軌跡計画方法を指します。同一部品の加工において、様々なフライス加工方法が寸法・精度要求を満たせますが、加工効率は異なります。
フライス加工方法の分類
フライス加工方法は大きく4カテゴリーに分類されます：
- 単方向フライス加工（ユニディレクショナル）
- 往復フライス加工（レシプロカッティング）
- 周回フライス加工（サーキュラ/等高線）
- 複合フライス加工（コンパウンド）
複合パスは上記最初の3つの組み合わせです。単方向または往復パスは、加工戦略の観点からは全て「フライス加工パス」です。したがって、異なる加工戦略により、フライス加工方法は「ラインミリング（行切削）」、「サークルミリング（周回切削）」、その他特殊手法に分類できます。ラインミリングとサークルミリングが一般的です。
ラインミリング方法は、工作機械の最大送り速度を活かしやすく、加工面品質もサークルミリングより優れています。しかし、複雑な平面ポケットに複数のボス（島）があり複数の内輪郭を形成する場合、追加の工具リトラクト（工具上げ）動作が頻発します。つまり、工具パス上のどこかで、工具とボスの干渉回避や、未加工残り領域へ戻るために工具を加工面から一定高さまで上げ、別の工具パス始点へ移動させ、再びフライス加工を継続する動作が発生します。
ラインミリング工具パスは、一定固定方向に平行な一連の直線セグメントで主に構成され、計算がシンプルです。シンプルなポケット仕上げや、大代除去の荒加工に適しています。
一方、サークルミリングでは、工具が境界輪郭に類似したパスを辿り、一組の閉曲線で構成されます。これにより工具が部品加工時に常に同一のフライス状態を維持できます。サークルミリングプロセスは、現在の周回軌跡を連続オフセットして次の周回軌跡を計算するため、計算が複雑で時間を要します。複雑なキャビティや曲面加工に適しています。
CNCフライス加工改善の6つの鍵
1. ワーク自体の形状と幾何要素
ワーク自体の形状と幾何要素には、加工領域の幾何形状、アイランド（島）のサイズと位置などが含まれます。これはワーク固有の固有特性であり、変更不能な要因ですが、フライス加工方法を決定する根本要因です。
2. 工程ルート（プロセスルート）
工程ルートは加工目的を達成する直接的プロセスであり、フライス加工方法選択の直接的根拠です。工程ルートは、加工領域の順序、アイランドの統合・分割、荒・中仕上げ・仕上げの区分等を決定します。目的達成のための工程ルートは複数存在し、これが異なるフライス加工方法の選択を導きます。
3. ワーク材質
ワーク材質もフライス加工方法を決定する要因の一つです。ワーク材質は直接の加工対象であり、直接フライス加工方法に影響するわけではありませんが、工具材質・サイズ・加工方法等の選択に影響し、間接的にフライス加工方法に作用します。ワーク素材の形状とサイズは、ワーク各部の加工代分布が均一かどうかに影響します。同時に、素材選択の余地があるワークでは、素材サイズ・形状の違いがクランプ方法の変更、加工領域の再配分等を招き、加工戦略に影響し、異なる工具パス選択へつながります。
4. ワークのクランプ・固定方法
ワークのクランプ・固定方法も間接的にフライス加工方法に影響します。クランプ剛性の変化は振動に影響し、それが工具パスに影響を与えます。
5. 工具選定
工具選定には、工具材質、工具形状、工具長、刃数等が含まれます。これらのパラメータは、工具とワークの接触面積と頻度を決定し、単位時間あたりの切削除去体積と工作機械負荷を決めます。耐摩耗性と工具寿命はフライス加工時間の長短を決定します。中でも工具サイズ（径）はフライス加工方法に直接影響します。異なる径の工具選択により残し代領域のサイズが変わり、加工軌跡が変化し、異なるフライス加工方法となります。
6. 加工領域の選択
フライス加工プロセスにおいて、複雑な平面キャビティに複数のボスがあり複数の内輪郭を形成する場合、ラインミリングでは追加の工具リトラクト動作が発生しやすく、サークルミリングでは加工軌跡が長くなります。この追加リトラクトや軌跡延長は、フライス加工効率を深刻に低下させます。したがって、こうした状況をいかに最小限に抑えるかが大きな関心事です。
CNCフライス加工領域全体を加工ニーズに応じて複数のサブ領域に分割し、各サブ領域を個別に加工します。工具リトラクトはサブ領域間で発生します。同時に、これらの加工サブ領域をフライス加工方法に応じて統合・分割、あるいは無視することも可能です。この異なる加工領域選択は、工具リトラクト回数を削減するだけでなく、加工パスを不必要に長くせず、かつ新領域に最適なフライス加工方法を採用できるため、加工効率が向上します。
産業技術