薄肉CNC加工の極意：工具選定、ツールパス、品質管理の3つのポイント

薄肉CNC加工部品をどう製造するか？クランプ、切削、パラメータが部品内部応力に与える影響、切削力と切削熱が切削中の部品構造に与える影響を考慮する必要があります。部品精度と表面品質をどう確保するか？薄肉部品加工の3つの重要ポイントを解説します。

薄肉部品加工ガイド＆ノウハウ：切削工具選定、ツールパス計画など

切削工具の選定

より合理的な切削工具選定は生産効率を直接向上させます。アルミ合金材料の切削には高級工具材は不要で、一般に超硬エンドミルで対応可能、コーティングは無コートまたはダイヤモンドコート。荒加工では精度・品質を考慮せず、金属材料を最大限効率よく除去することが目的のため、大径工具を選び工具移動回数を減らし、工具移動時間を短縮します。

また荒加工では、疎歯工具の代わりに密歯工具を選ぶことで1回転あたりの送りを増やし、同回転数で切削速度を向上できます。仕上げ加工では、効率的な材料除去に加え、切削時の薄肉部品の応力・変形制御を十分考慮する必要があります。

高強度アルミ合金薄肉部品の仕上げには超硬工具を選定すべきです。工具すくい角は小さすぎないこと。小さいと切削変形と摩擦が増大し、すくい面摩耗が増え工具寿命が低下します。また、工具先端のアール半径を適切に選定し、刃数は密すぎない方が切り屑排出しやすく、送り向上、冷間加工硬化層防止、工具寿命延長に有利です。

ツールパスの選定

速度と効率向上の有効な手段の一つがツールパス最適化です。高速切削ではツールパスの方向性確保が必要、すなわちパスを可能な限りシンプルにし、旋回点を減らし、できるだけ滑らかにして急激な方向転換を抑制します。空走時間を減らし、切削時間の全体に占める割合を最大化。等高線加工（ループ切削）を極力採用し、切削プロセスとツールパスを中断させず、工具の切り込み・切り離し回数を減らすことで、安定・高効率・高精度な切削プロセスを実現します。

一体構造部品の大型複雑曲面高速加工では、曲面曲率変化が大きい場合、最大曲率半径方向を最適切削方向とします。曲率変化が小さい場合、曲率半径の影響は弱まり、単一ツールパス平均長が最長となる切削方向を選択します。

傾斜面加工で水平切削を採用すると、各セグメントの切削距離が極めて短くなり、主軸頻繁逆転で切削安定性が悪化。また傾斜面のため水平切削にはX/Y軸とZ軸の連動が必要で、切削速度向上に不利です。したがって、この種の傾斜面加工では、ツールパスを最長傾斜辺に平行に配置するのが最適です。最長ツールパスで旋回回数最少、単一パスはXY平面のみで切削し、Z軸移動をワーク外周に配置できるため、高速切削下でも工具損傷を低減できます。

切削パラメータの選定

荒加工では一般に高送り・適切な大切込み、中切削速度による「高出力」高能率切削を選択し、高い材料除去率で生産効率を大幅向上させます。仕上げ加工では、切削速度と刃数を上げるのみが現実的で、一刃当たり送りを上げると面精度低下、残留応力発生、変形の原因となります。したがって、高切削速度・低一刃送りの「軽切削・高速切削」を採用し、生産効率と製品精度・面品質を両立させます。

切削パラメータは切削有限要素解析と切削試験で決定可能です。切削試験は有限要素解析で得られたパラメータ選択範囲内で設計。切削能率、表面粗さ、加工面形態を評価基準とし、最適切削パラメータを最終決定します。