加工ビビリをマスターする:原因、予防、最適化

機械加工におけるびびりは、ほぼすべての製造工程で発生します。製造に使用される重機は大量の振動を発生させるため、表面仕上げが悪く、寸法精度が低下します。

機械工は、CNC 旋削、フライス加工、穴あけなどのさまざまなプロセスでこの望ましくない振動に対処する必要があります。ただし、加工ビビリとその原因を理解し、それを回避する方法を知っていれば、企業にとって恐ろしいダウンタイムを防ぐのに役立ちます。

この記事では、チャタリングの定義、チャタリングの種類、その影響、およびチャタリングを回避する方法について説明します。

機械加工におけるびびりとは何ですか?

機械加工におけるびびりは、部品の切断または穴あけ時に発生する不要な振動です。びびりは、ワークと工具が相対的に繰り返し運動する際の振動の不均衡によって発生します。振動は、加工部品と切削工具が反対方向に動くときに発生し、加工工具の回転ごとの切削負荷が変化します。

これは、製造設計が不適切であるか、工具が不適切であることが原因である可能性があります。ビビリは通常、大きな騒音を発生させ、機械加工されたコンポーネントの表面に目に見える波打ちを引き起こします。機械加工のびびりには 2 つの形式があります。

• 共鳴振動
• 非共振振動

非共振振動は、不均等に摩耗した工具をワークピースに使用した結果として発生します。この振動は加工サイクル全体を通じて一定であることが多く、原因は簡単に調査できる機械的な原因によるものです。

一方、共振振動は、凹コーナーの加工など、ツール パス内の特定の段階で発生します。

機械加工におけるびびりの種類

CNC 加工で発生する可能性のあるびびりには、主に 2 つのタイプがあります。それらには以下が含まれます:

ツールのビビリ

一般に、CNC フライスは切削動作中に振動します。振動をワークに伝えながらトリミングを開始し、さまざまな機能を付加します。その結果、工具とワークが互いに滑り始め、ビビリが大幅に増加します。

ワークのびびり

フライス盤のワークテーブル上でワークを正しく固定しないと、オフセットや振動が発生することがあります。その結果、ワークピースの薄壁が切削工具に移送される間に振動し始める可能性があります。

多くの場合、一部のおしゃべりは避けられないことに注意することが重要です。加工時に発生する振動が100μmを超えると、ワークの表面に傷が付く可能性があります。ただし、製品の品質を維持するために、工具とワークのびびりを何とかすることを検討した方がよいでしょう。以下では、チャタリングを回避する方法について説明します。

機械加工におけるびびりの影響は何ですか?

加工びびりは放っておくと加工効率の低下などさまざまな悪影響を及ぼします。以下にその一部を示します。

工具寿命の短縮

切削工具は、ワークピースに対する工具のびびりによる振動衝撃に耐えることができません。これらの不快な影響により、切削工具が欠けたり鈍くなったりして、切削部品の表面品質が損なわれる可能性があります。また、工具寿命と切削効率が低下し、工具の交換に費用がかかります。

マシンの寿命の短縮

さまざまな加工コンポーネントに使用される工作機械はさまざまな部品で構成されているため、振動が発生すると、これらの部品は同じ周波数で振動します。さまざまな動作軸を生成するスピンドルおよびその他の重要な部材は、想定よりも早く摩耗し始める可能性があります。その結果、機械のびびりにより機械コンポーネントに過度のストレスがかかり、放置しておくと加工効率が低下し、ダウンタイムが発生する可能性があります。

表面仕上げが悪い

機械加工中のびびりはワークピースの美的特性に影響を与え、極端な状況では公差が低下する可能性があります。機械のチャタリングの最も明らかな結果の 1 つは、表面粗さの低下です。びびりにより表面に目に見えるうねりが発生し、部品の品質と耐久性が損なわれます。

寸法精度の低下

CNC 加工中に切削工具がびびると、CAM が開始する経路から外れます。ただし、このずれにより、部品の嵌合不良が発生する可能性があります。寸法が不正確なため、これらのパーツはきつすぎる、長すぎる、短すぎる、または緩すぎる可能性があります。

製造会社は、加工作業中のびびりを最小限に抑え、ワークピースと切削工具の両方を良好な状態に保つために、さまざまな方法を採用しています。 CNC 加工中のびびりを軽減する方法のいくつかの手順を次に示します。

加工戦略の最適化

従来のフライス加工では、カッターがワークに食い込む度合いが異なります。パスに沿って移動するフライスには定期的に過剰な力がかかります。したがって、びびりを軽減する最善の方法は、定期的なエンゲージメント ツールパスを実現することです。代わりに、切り込みの深さを減らすこともできます。

また、主軸の構成も見直してみてください。たとえば、共振ビビリが加工振動の原因である場合、機械の RPM を 5% 増加または減少させると、共振振動の発生が最小限に抑えられます。一部の CAM ソフトウェアには、スピンドル速度を一貫して変更できる機能があることに注意してください。多用途性のため、ほとんどのメーカーがこの機能を採用しています。

適切な作業保持を採用する

バランスのとれた工作機械は、より優れた調整機能を備えています。 CNC 加工におけるビビリの主な原因は、不適切な位置や固定などのいくつかの要因です。ただし、端面とテープ接触を備えたツール ホルダーは、加工中に最大の剛性を確保するのに役立ちます。その結果、最低 RPM でもコンポーネントの表面品質が損なわれることはありません。

また、工作機械用バイス、バキューム テーブル、チャック、またはその他のワーク保持装置がワークピースに適切な圧力を加えて、ワークピースをしっかりと固定した状態に維持しているかどうかを確認する必要もあります。

ただし、必要に応じて治具や治具を使用してクランプ圧力を加える場合は、薄く伸びたワークの片端だけをクランプしないでください。薄肉の部品は衝撃を吸収するのがかなり困難です。その結果、フィラー材料は全体の剛性を高め、びびりを軽減します。このようなコンポーネントには、心押し台または同様の形式の安定したレスト フレームが理想的なオプションです。

適切な切削工具を使用する

適切な切削工具を使用すると、加工振動を回避できます。一部の切削工具は他の切削工具よりも多くの振動を発生します。工具のびびりもワークのびびりをなくすのは簡単ではありません。したがって、どのツールを選択する場合でも、次の要素を考慮する必要があります。

• ツールのコーティング
• 素材の形状を修正する
• ツールのアスペクト比

機械工やエンジニアは、技術仕様を満たしていれば適合する最大の工作機械を使用することがよくあります。カッターがしっかりしているほど、びびりにくくなります。長い工具や細い工具はたわむことがよくあります。したがって、直径が最大で短い工具を選択することを検討してください。

ただし、加工時のびびりを最小限に抑えるには、溝形状の異なるさまざまな工具を組み合わせることが最も効果的です。また、ホルダからの工具の飛び出しを少なくし、しっかりと固定できるよう配慮してください。これを行うと、機械のチャタリングが発生する可能性が低くなります。

カッターには、CNC フライス盤の切削力を最小限に抑える鋭い刃が付いていることを確認してください。加工環境の安定性とカッターの迅速なメンテナンスを常に考慮する必要があります。同様に、切りくずの負荷が一定になるように、適切かつ一貫した工具圧力を適用することが重要です。

理想的なツール パスを決定する

CNC フライス加工には、上向きフライス加工と下向きフライス加工の 2 種類があります。クランプ方向と同じ方向に切削力を加えると、曲げ部のビビリを軽減できます。多くの場合、これは考慮が必要な切断の重要な側面です。

一般に、CNC ミルには、CNC 機械技術の効率と精度を高めるボールネジがあらかじめ取り付けられています。その結果、立形マシニング センターを使用して、切削プロセス中のびびりを防ぐことができます。

マシンの設定とメンテナンス

予想通り、CNC マシンは亀裂、変形、または切れ目のないコンクリート床に設置する必要があります。加工中に発生するビビリを最小限に抑えるには、機械の配置が重要な役割を果たすことを知っておく必要があります。

弾性のある、柔らかい、または損傷した流れにより、CNC エンティティの振動が増大する可能性があるためです。したがって、CNC ユニットをしっかりと安定させてガタつきを最小限に抑えるために、アンカーと調整脚の利用を検討する必要があります。

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加工作業では、最終結果に影響を及ぼす可能性のあるびびりなどのさまざまな小さな問題を回避するのは常に困難です。そのような場合には、CNC 加工の専門家に対応してもらう必要があります。

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結論

びびりは、生産性の大幅な低下を引き起こす加工影響です。機械の性能、ワークの品質、切削工具、工作機械の寿命に影響を与えます。機械の設置場所からツールパスに至るまで、さまざまな要因が発生に寄与します。

ただし、激しい振動を経験した場合は常に、その発生状況を徹底的に検査してください。このびびりを効果的に軽減するには、工具とワークピースが正しく保持され、設定された加工オプションが正しいことを確認してください。

よくある質問

機械加工におけるびびりマークとは何ですか?

ビビリマークとは、研削時に回転が狂った砥石によって残る不規則な表面欠陥、または旋盤で長いワークピースを回転させるときに加工振動によって形成される規則的なマークです。

機械加工作業におけるびびりの原因は何ですか?

工作機械が過度に摩耗している場合、切削中に発生する切削抵抗は大幅に増加します。切削力が増加すると、通常、硬い基板の切削中にビビリが発生します。

回転機器の振動の原因は何ですか?

回転機器におけるびびりや振動の最も一般的な原因には、位置ずれ、不均衡、摩耗、緩みが含まれます。回転コンポーネント内の重い領域の不均衡により、不均衡な重量が機械の軸の周りで振動を引き起こし、集中力が発生します。

加工中のびびりを特定するにはどうすればよいですか?

CNC マシンのチャタリングは通常聞こえます。したがって、経験豊富な機械オペレータは、びびりの発生をその独特な音で識別することができます。また、加工ビビリにより、ワークピースの表面に目に見える波模様が現れます。