CNC旋盤加工における最適チップブレーク戦略

いくつかのCNC旋盤加工作業では、チップ（切りくず）に厳しい要求があります。理想的な旋削を実現するには、チップブレーク（切りくず処理）問題を解決する必要があります。チップが容易に破断するかどうかは、チップの変形に直接関係します。材料変形を利用したチップブレーク、技術的手段によるチップブレーク、CNC工作機械固有のNCプログラミング機能を活用したチップブレークを合理的に適用し、旋削安定性を向上させます。

チップブレークが必要な理由

CNC旋盤は、機械製造技術、マイクロエレクトロニクス技術、コンピュータ技術を統合した最新自動製造装置であり、伝統的機械製造業を若返らせ、労働生産性を向上させました。しかし、自動化工作機械はチップに厳しい要求を持ちます。チップが工具、ワーク、隣接工具・設備に絡みつくと加工に支障をきたし、重大な場合は事故を引き起こします。理想的な旋削を達成するには、チップ処理（チップブレーク）問題を解決しなければなりません。

チップブレークの原理

金属切削プロセスにおいて、チップが容易に破断するかどうかはチップの変形に直接関係します。切削プロセスで形成されるチップは比較的大きな塑性変形を受けるため、硬度が上昇し、塑性と靭性が著しく低下します。この現象を「加工硬化（ワークハードニング）」と呼びます。加工硬化後、チップは硬く脆くなり、交互曲げや衝撃荷重で容易に破断します。チップが経験する塑性変形が大きいほど、硬く脆くなる現象が顕著になり、破断しやすくなります。高強度・高塑性・高靭性でチップブレークが困難な材料を切削する際は、チップ変形を増やして塑性・靭性を低下させ、チップブレークを実現すべきです。したがって、チップブレーク原理を合理的に活用し、様々な旋削加工に適用することが合理的です。

旋削加工における代表的チップブレーク方法

1. 材料変形を利用したチップブレーク

チップブレーカー（チップブレーカ）の使用

チップブレーカーはチップに追加変形を与えるだけでなく、チップのカールと破断を制御します。チップブレーカーの形状・サイズ、チップブレーカー傾斜角と主切れ刃傾斜角が適切であれば、確実なチップブレークが可能です。溶着式・機械式クランプ式、再研磨式・インデキサブル式を問わず使用可能。異なる切削条件範囲に対応するため、超硬インデキサブルインサートには様々な形状・サイズのチップブレーカーがプレス成型されており、選択が容易で経済的・便利です。この方法は加工現場で最優先かつ最も広く使用される方法です。欠点は、工具の合理的幾何パラメータ決定がチップブレーク要求によって制約されること。しかし近年、機械式クランプインサートのチップブレーカー形状はますます豊富になり、選択範囲も拡大しています。

工具幾何パラメータ変更と切削条件調整

上記チップブレーク原理から、工具すくい角減少、主逃げ角増加、主切れ刃にネガティブチャンファ研磨、切削速度低下、送り増加、主切れ刃形状変更などがチップブレークを促進することがわかります。しかし、これらのチップブレーク方法は往々にして生産性低下、ワーク表面品質悪化、切削力増大等の悪影響を伴います。自動ラインでは稀にしか使用されず、時にはチップブレークの補助手段としてのみ用いられます。

チップブレーカー（バッフル型）の使用

チップブレーカーには固定式と調整式の2タイプがあります。旋削工具すくい面にチップバッフルを設置。工具前面を流れ出るチップがバッフル抵抗で曲げられ破断します。チップブレーカーのパラメータLnとαは要件に応じて設計・調整可能で、与えられた切削条件下で安定確実なチップブレークを確保できます。

チップブレーカ（カッター内蔵型）の使用

チップブレーカには機械式、油圧式、電気式など多くのタイプがあります。コストは高いですが、チップブレークが安定確実で、一般的に自動ラインでのみ使用されます。旋削工具にカッター付きチップブレーカを装着。旋削中、チップはチップガイドチャンネルを流れ、常時回転するディスクカッターで強制切断され、切断チップはチップチャンネルから排出されます。

2. 技術的手段によるチップブレーク

ワーク表面への事前溝切りによるチップブレーク：ワーク径に応じて、被削面上に軸方向へ1本または複数の溝を事前切削。これによりチップ断面積が減少し、破断します。この方法なら、ワーク加工面粗さに影響せず確実なチップブレークが可能。靭性材料加工でもチップブレーク良好。ただし、溝切りはワーク輪郭形状によって制約されます。

結論

CNC旋盤自動化装置の効率的加工を実現する鍵の一つは、チップブレーク問題の解決です。解決策は多数ありますが、実際の状況からチップブレーカーを合理的に選定し、技術的手段とプログラミングスキルを活用してチップを制御してください。現場経験を蓄積し、CNC装置の効率的活用を促進しましょう。