高速加工の基礎とベストプラクティス

高速加工（HSMまたはHSC）は1990年代に急速に開発・応用された先進加工技術です。通常、高主軸回転速度（10,000〜100,000 r/min）と高送り速度（40〜180 m/min）でのフライス加工を指します。本記事では高速加工について以下の内容を詳細に紹介します：

• 高速加工とは
• 高速加工の歴史
• 従来加工と高速加工
• 高速加工の特徴
• 高速加工で考慮すべき要因
• 高速加工技術
• 高速加工のメリット
• 高速加工適用分野

高速加工とは？

高速加工（HSMまたはHSC）は1990年代に急速に開発・応用された先進加工技術です。通常、高主軸回転速度（10,000〜100,000 r/min）と高送り速度（40〜180 m/min）でのフライス加工を指します。高速加工は高金属除去率（MRR）、高送り速度、高主軸回転速度を達成できる快速切削プロセスです。高速動作と綿密に計画されたアプリケーションを組み合わせ、精密部品と最高の結果を実現します。

高速加工の歴史

高速加工の最初の試みは1920年代初頭にありました。約10年後、カール・ソロモンが高速加工の定義を提唱しました。「従来加工の5〜10倍の特定切削速度において、切れ刃の切りくず排出温度が低下し始める」というものです。彼の有名なチャートは高速加工学習の代名詞となり、「ソロモンカーブ」と呼ばれる所以を説明しました。

1950年代後半になってHSM研究が本格化しました。1980年代、ロッキードがHSMの早期採用者となり、他の航空宇宙製造企業が続きました。この時点で高速加工は従来加工の実行可能な対抗馬となりました。

今日、高速加工はますます普及し、工作機械現場で見かけることが増えています。

従来加工と高速加工

従来加工はHSMと多くの点で異なります。従来加工技術使用時、工具とワークの接触時間はHSM使用時よりはるかに長くなります。従来加工はより大きな切削力も伴います。

高速加工と比較して、従来加工は通常ワーク精度低下と表面仕上げ不良を招きます。高速加工に関連するもう一つの大きな違いは、材料除去率がはるかに高いことです。

高速加工の特徴

• 高金属除去率（MRR）と加工時間最小化
• 高生産性と低コスト
• 優れた寸法精度と精度
• 高精度3D複雑部品加工能力
• 研磨・組立など不要工程の排除

高速加工は実用面で新材料加工問題を解決し、高表面品質・高精度・複雑形状の3D曲面加工に適応し、低効率放電加工を削減・回避し、薄肉部品加工問題を解決し、CNC高速複合加工で搬送・クランピング回数を削減し、繰り返し位置決めによる加工誤差を回避できます。これは加工品質向上だけでなく加工効率向上にもつながります。

高速加工で考慮すべき要因

高速加工とCNCサービスでは、以下の主要因子を考慮する必要があります：

• 工具選定とバランス
• チップシニング
• 工作機械要件
• ワークと工具剛性
• 材料と加工戦略
• CAMプログラミング
• 工具選定

高速加工技術

高速加工は部品製造の複雑なプロセスであり、HSM実行方法を知る必要があります。未経験者が正しい工具を用いてプロセスを実行しても成功しません。

HSMはさまざまな用途で使用される技術の混合体です。これら技術集合はユーザーフレンドリーで、あらゆる操作に非常に有用です。

高速加工のベストテクニックの一部：

1: プランジ荒加工（プランジラフ）

手動CAM工具パスとプログラムです。「ベーコンを救う秘密兵器」と言えます。プランジ荒加工の2主な特徴：

• 力をXY平面から軸方向Z上下力に変更し、より剛性の高い切削を実現。
• エンドミルと比較し、ツイストドリルでより多くの材料除去可能。

側面溝で工具たわみが大きくなる場合、プランジフライス荒加工またはフライス加工が深溝に最適です。プランジフライスにより工作機械で荒加工が可能になります。

2: トロコイダル加工/フライス加工

このCNCフライス手法は深いキャビティ、閉じたキャビティ、溝のフライス加工に適しています。サイクロイド加工はチタンやインコネルなど特殊難削材の溝加工に優れたソリューションです。

サイクロイド加工の主なメリット：

• サイクルタイム短縮
• マルチスロット工具実行可能
• より多くの材料除去可能
• 工具寿命向上
• チップシニング効果
• 軸方向パス数削減
• 高速対応
• 連続送り速度維持

3: サイドステップ

高送り時の隣接工具パス間遷移に非常に効果的な接続です。パス末端で鋭いストライドを生成しやすい傾向があります。単純な円運動は高送りでより鋭くなります。過去10年間、平行スキャンライン曲面加工がマルチ曲面モデル仕上げに使用されてきました。

中送り速度への適切な解決策は、単純なサイクル工具パスを鋭いターンの代替としてスキャンパス間で使用することです。

高速加工のメリット

高速加工は一般に高フライス速度と高速多重パスで効率向上、小径工具、適切な送り、小さな径方向・軸方向切込み深さ（切削量）を用います。フライス速度増加で加工時間大幅短縮、切削力低減、振動小（特に径方向切削力大幅低減）、部品変形小。切削熱が切りくずとともに大量に排出されるためワーク表面温度低い。上記高速フライス特性により、高速加工は従来加工に対し顕著なメリット：高生産性、安定作業、高表面品質、他表面処理工程不要、薄肉部品・高強度・高硬度・脆性材料加工に有利、納期短縮、設備台数と工場面積削減、作業員削減。初期設備投資コスト増大しても、高速フライスプロセスの総合メリットは依然大幅に改善されます。

高速加工適用分野

高速加工は試作、小ロット部品、エンジン部品製造の切削工具直接生産に使用可能。HSM主目標は高生産性による生産コスト削減です。

1: 航空産業

航空産業要求は高耐久性・高信頼性で、航空機設計・製造・設計プロセスに多くの制約あり。航空は最も複雑な技術の一つで、HSM技術は主に航空産業で使用されます。最新プロセス・技術実装のため、高強度アルミニウム合金使用も増加中。航空・航空機設計でHSM選択の主理由：

• 切削層深度
• 高速切削・高加工効率
• 送り速度と精密機械表面
• 切削パラメータ選定

これら要因によりHSMは他フライス技術・手法より航空産業に適した選択肢となります。

2: 医療産業

医療機器、ツール、部品にはより高い精度・精密度が要求され、高速CNC加工で達成可能。整形外科インプラント、関節インプラント、金型、手術器具に使用可能。材料要求は高品質基準に基づき変動する場合あり。

多くのCNCサービスプロバイダー企業が医療産業に対応し、高速CNC加工と高速加工送りで高度な深みと知識を獲得しています。

3: 自動車産業における高速加工

高速加工はさまざまな用途の幅広い製品と用途を提供します。近年、自動車産業では軽量化とコスト削減のため高速アルミニウム加工が増加しています。

主に小ロット生産、複雑部品、金型製造に使用。自動車産業は高速フライス加工と部品量産を必要とし、HSMは良い選択肢です。

自動車部品は高速加工で製造され、多くのCNCサービス提供企業が自動車部品製造の良い選択肢となり得ます。