CNC加工の最適化：工具性能基準と選定戦略

切削工具の選定はCNC加工プロセスの重要な内容の一つであり、工作機械の加工効率に影響するだけでなく、部品の加工品質に直接影響します。CNC工具は加工効率向上の前提条件の一つです。今日はCNC加工工具の性能要求と選定方法を主に紹介します。

CNC工具の性能要求

CNC工作機械は高加工精度、高加工効率、加工手順集中、ワーククランプ回数少ないという特徴を持つため、使用されるCNC工具には普通工作機械用より高い要求が課されます。工具性能の面からは、CNC工具は普通工作機械用工具より高性能であるべきです。

CNC工具選定時、まず標準工具を主体とし、必要なら各種高効率複合工具や特殊専用工具を選択できます。標準CNC工具選定時、実際の状況に応じて可能な限り先進的な工具、例えばインデキサブル工具、超硬ソリッド工具、セラミック工具などを選択すべきです。

CNC工作機械用加工工具を選ぶ際、以下の側面も考慮すべきです：

1) CNC工具の型式、仕様、精度等級

CNC工具の型式、仕様、精度等級は加工要求を満たし、工具材料はワーク材料と適合する必要があります。

2) 良好な切削性能

荒加工や難削材ワークに対応するため、工具は大きな切込みと高送りを使用でき、高速切削と強力切削性能に耐えられる必要があります。同時に、同一ロット工具の切削性能と工具寿命は安定していなければならず、工具寿命に基づいて工具交換したり、CNCシステムで工具寿命管理を行ったりできるようにするためです。

3) 高精度

高精度CNC加工と自動工具交換の要求を満たすため、工具は高精度でなければなりません。例えば一部超硬ソリッドエンドミルの半径寸法精度など。

4) 高信頼性

工具が偶発的に損傷したり、CNC加工における潜在的欠陥が加工の円滑な進行に影響したりしないよう、工具とその付属品は優れた信頼性と強い適応性を持つ必要があります。

5) 高耐久性

CNC加工で使用される工具は、荒加工でも仕上げ加工でも、普通工作機械加工用より高い耐久性が要求されます。CNC工作機械の加工品質のためです。

• 良好な切りくず分断と排出性能

CNC加工では、切りくず分断と排出を普通工作機械のように手動で適時処理できません。切りくずは工具とワークに巻き付きやすく、工具を損傷し、ワーク加工面を傷つけ、甚至は人身傷害や設備事故を引き起こし、加工品質と機械の安全操作に影響します。したがって、工具には良好な切りくず分断と排出性能が要求されます。

工具選定方法

CNC工作機械の主軸回転数と範囲は普通工作機械よりはるかに高く、主軸出力も大きいため、従来加工法と比較してCNC加工工具には高精度、高強度、良好な剛性、高耐久性、寸法安定性、取付調整容易性など、より高い要求が課されます。これには合理的な工具構造、幾何パラメータの標準化と系列化が必要です。CNC工具は加工効率向上の前提条件の一つであり、その選定は加工対象部品の幾何形状、材料状態、治具剛性、工作機械選定工具に依存します。以下の側面を考慮すべきです：

1) 部品の切削性能と材料に応じた工具選定

高強度鋼、チタン合金、ステンレス鋼部品の旋削やフライス加工には、耐摩耗性に優れたインデキサブル超硬工具の使用を推奨します。

2) 部品の加工段階に応じた工具選定

すなわち、荒加工段階では主に余代除去が目的で、剛性が良く精度は低めの工具を選び、半仕上げと仕上げ段階では部品の加工精度と製品品質確保が主目的で、耐久性が高く精度の高い工具を選びます。荒加工用工具は精度が低く、仕上げ用工具は精度が高いです。

荒加工と仕上げで同じ工具を選ぶ場合、仕上げで取り外された工具を荒加工で使用することを推奨します。仕上げから外れた工具の刃先はわずかに摩耗しており、コーティング摩耗で研磨されています。継続使用は仕上げ加工品質に影響しますが、荒加工への影響は小さいです。

3) 加工領域の特性に応じた工具と幾何パラメータ選定

部品構造が許せば、大径で長径比の小さい工具を選択すべきです。薄肉・超薄肉揺動部品を切削するオーバーセンターフライスカッタのエンドエッジは、工具と切削部品の切削力を減らすため十分な求心角を持つべきです。アルミニウム、銅など軟らかい材料部品を加工する場合、やや大きなすくい角のエンドミルを選び、刃数は4枚以下とすべきです。