CNC加工センターにおけるねじ加工トップ技術

ねじ加工はCNC加工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、部品の加工品質と加工センターの生産効率に直接影響します。

CNC加工センター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。技術者が加工時に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に、実務でよく使用されるCNC加工センターのねじ加工方法をいくつかまとめます：

タップ加工方法

1 タップ加工の分類と特徴

タップを使用したねじ穴加工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低いねじ穴に適しています。

1980年代には、ねじ穴にフレキシブルタッピング方法が使用されました。つまり、フレキシブルタッピングチャックでタップをクランプし、タッピングチャックで軸方向補償を行い、工作機械の送りと主軸回転の非同期による送り誤差を補正して正しいピッチを確保しました。フレキシブルタッピングチャックは構造が複雑、コストが高く、破損しやすく、加工効率が低いです。近年、CNC加工センターの性能が徐々に向上し、リジッドタッピングがCNC加工センターの基本構成となりました。

したがって、リジッドタッピングが現在のねじ加工の主要方法となっています。

つまり、スプリングコレットでタップをクランプし、工作機械が主軸送りと主軸回転を制御して同期させます。

フレキシブルタッピングチャックと比較して、スプリングコレットは構造がシンプル、低価格、用途が広いです。タップのクランプに加えて、エンドミル、ドリルなどの工具もクランプでき、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使用でき、加工センターの効率を向上させ、製造コストを削減します。

2 タッピング前のねじ下穴決定

ねじ下穴の加工はタップ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に近い値を選択します。

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。これによりタップの加工代を減らし、タップ負荷を軽減し、タップ寿命を延ばせます。

3 タップの選択

タップ選択時、まず被削材に対応したタップを選択しなければなりません。工具メーカーは被削材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、タップは被削材に非常に敏感です。例えば、鋳鉄用タップでアルミニウム部品を加工すると、ねじ抜け、ランダムな食い違い、さらにはタップ折損を引き起こし、ワーク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。通り穴用タップの先端は長く、チップ排出は前方排出です。止まり穴用タップの先端は短く、チップ排出は後方排出です。止まり穴に通り穴用タップを使用すると、ねじ加工深さを保証できません。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径と同じでなければなりません。要するに、タップを合理的に選択することでのみスムーズな加工を保証できます。

4 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。現在の加工センターは一般的にタッピングサブルーチンを内蔵しており、各パラメータを割り当てるだけです。しかし、数値制御システムが異なるため、サブルーチンの形式が異なり、一部パラメータの意味も異なることに注意すべきです。

例えば、SIEMENS 840C制御システムの場合、プログラミング形式は：G84 X_Y_R2_R3_R4_R5_R6_R7_R8_R9_R10_R13_。プログラミング時はこれら12パラメータを割り当てるだけです。

ねじフライス加工

1 ねじフライス加工の特徴

ねじフライス加工は、ねじフライス工具を使用し、3軸加工センター連動、つまりX、Y軸円弧補間、Z軸直線送りのフライス加工方法でねじを加工します。

ねじフライス加工は主に大径ねじ穴と難削材のねじ穴加工に使用されます。主に以下の特徴があります：

加工速度が速く、効率が高く、加工精度が高い。工具材料は一般的に超硬材料で、切削速度が速い。工具製造精度が高いため、フライス加工ねじ精度も高い。
フライス工具の適用範囲が広い。ピッチが同じであれば、左ねじか右ねじかに関わらず、1つの工具で使用でき、工具コスト削減に役立つ。
フライス加工はチップ排出と冷却が容易で、切削性能がタップより優れている。アルミニウム、銅、ステンレス鋼などの難削材ねじ加工に特に適している。
大型部品・貴重材料のコンポーネントねじ加工に特に適し、ねじ加工品質とワーク安全性を保証できる。
工具前ガイドがないため、ねじ下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。

2 ねじフライス工具の分類

ねじフライス工具は2タイプに分けられます。一つはマシンクランプ超硬チップフライスカッター、もう一つはソリッド超硬フライスカッターです。マシンクランプ工具は適用範囲が広く、ねじ深さがチップ長未満の穴、およびチップ長より大きいねじ深さの穴の両方を加工できます。ソリッド超硬フライスカッターは一般的に工具長未満のねじ深さの穴加工に使用されます。

3 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いため、作成時は以下の点に注意してください：

まず、ねじ下穴をしっかり加工し、小径穴はドリルで、大径穴はボーリングで加工してねじ下穴精度を確保します。
切り込みと切り離しでは、工具は円弧軌跡を採用すべきです。通常、切り込みまたは切り離しに1/2円を使用し、Z軸方向に1/2ピッチ移動してねじ形状を保証します。このとき工具半径補正値を導入します。
X、Y軸円弧補間1周で、主軸はZ軸方向に1ピッチ移動すべきです。そうでないと、ねじがランダムに食い違います。
具体的なプログラム例：ねじフライスカッター径φ16、ねじ穴M48×1.5、ねじ穴深さ14。
加工手順は以下の通り：
（ねじ下穴手順は省略、穴はボーリングで下穴加工）
G0 G90 G54 X0 Y0
G0 Z10 M3 S1400 M8
G0 Z-14.75 最深ねじまで切り込み
G01 G41 X-16 Y0 F2000 送り位置へ移動、半径補正追加
G03 X24 Y0 Z-14 I20 J0 F500 切り込みに1/2円弧使用
G03 X24 Y0 Z0 I-24 J0 F400 ねじ全長を切削
G03 X-16 Y0 Z0.75 I-20 J0 F500 切り離しに1/2円弧使用
G01 G40 X0 Y0 中心に戻る、半径補正キャンセル
G0 Z100
M30

ピック法（単独工具によるねじ切り）

1 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。タップとねじフライスカッターがない場合、旋盤と同様の方法を使用できます。

ボーリングバーにねじ切り工具を取り付けてねじボーリングを行います。

当社は以前、一連の部品を加工しました。ねじはM52×1.5、位置精度0.1mm（図1参照）。位置要求が高く、ねじ穴が大きいためタップ加工は不可能、ねじフライスカッターもないため、試験の結果、ピック法で加工要件を満たしました。

2 ピック法の注意点

主軸起動後、主軸が定格速度に達することを確実にするため遅延時間を設けるべきです。
切り離し時、手研ぎねじ切り工具の場合、工具を対称に研磨できないため、逆回転切り離しは使用できません。主軸をオリエントし、工具を径方向に移動させてから切り離す必要があります。
工具ホルダーの製造は精密でなければならず、特に溝位置が一致している必要があります。一致しない場合、マルチ工具バー加工は使用できません。そうでないとランダムな食い違いを引き起こします。
非常に薄いピッチでも、ピック法では1回の切削で作れません。そうすると欠け歯と表面粗さ不良を引き起こします。少なくとも2回切削すべきです。
加工効率は低く、単品少量、特殊ピッチねじ、対応工具がない場合にのみ適しています。

3 具体的なプログラム例

N5 G90 G54 G0 X0 Y0
N10 Z15
N15 S100 M3 M8
N20 G04 X5 主軸が定格速度に達するまで遅延
N25 G33 Z-50 K1.5 ねじ切り
N30 M19 主軸オリエント
N35 G0 X-2 工具逃がし
N40 G0 Z15 工具退避

結論

まとめると、CNC加工センターでのねじ加工方法には主にタップ加工、フライス加工、ピック法があります。タップ加工とフライス加工が主要加工方法です。ピック法は一時的な緊急手段に過ぎません。

正しくねじ加工方法と加工工具を選択することでのみ、ねじ加工の効率と品質を効果的に向上させ、CNC加工センターの効率を改善し、加工コストを削減できます。