CNC 加工における切込み深さをマスターする:正確な計算と制御

CNC 機械加工操作が製品を完成させるために必要な方法であると判断した場合は、切込み深さ (DOC) が機械加工製品の品質に影響を与える上位 3 つの最も重要なパラメータの 1 つであることを知っておく必要があります。

この記事は、機械加工における切込みの意味、切込みを制御する必要がある理由、切りくずの厚さと切込みの違い、およびその計算方法を理解するのに役立ちます。

機械加工プロセスにおける切込み深さとは、単に切削工具がワークピースに入り込み、切りくずを生成するためにワークピースを切り込む深さのことです。理想的な切削プロセスでは、CNC 切削工具がワーク表面内で一定の深さで左に移動すると、切りくずが発生します。この深さは、Depth of Cut (DOC) と呼ばれます。同様の簡単なアプリケーションが必要な場合は、チョコレート カールやチョコレートの削りくずがどのようにカットされるかを確認できます。

切込み深さの値はインチまたはミリメートルで測定され、通常は 0.1 ～ 1 mm の間で変化します。

機械加工で切込み深さを制御する必要があるのはなぜですか?

切込み深さは、次のような機械加工プロセスに直接影響します。

• ツール先端の熱が上昇します。
• 工具の摩耗率;
• 加工品の強度
• 加工面の品質

たとえば、切削プロセスでは、冷間加工された金属よりも焼きなましされた金属の方がビルトアップエッジ (BUE) が形成される傾向があります。 BUE チップ タイプは、ツール先端に堆積した切りくずの層で構成されています。したがって、切込み深さが深すぎると、制御されていない BUE も表面仕上げに悪影響を及ぼします。

切込み深さは他の加工要素とどのように影響しますか?

切込み深さは加工プロセスに影響を与える独立した要素の 1 つであり、オペレータによって制御されることを意味します。ただし、切り込みの深さは他の要素と相互作用し、結果として得られるワークピースの表面とその特性に影響を与えます。

切込み深さと冷却液

切込み深さが減少すると、切りくずの曲率は減少し、切りくずはカールします。この場合、ツール先端の熱が上昇すると、冷却液を追加するとプロセスが冷却されると考えるかもしれません。

ただし、CNC クーラント液を追加すると、チップがさらにカールし、工具とチップ間の接触が減少し、熱が工具に集中して工具の摩耗が大幅に増加します。この場合、チップブレーカーが便利です。

切込み深さ、すくい角、および切削速度

別の例は、熱可塑性プラスチックの加工に見られます。熱可塑性プラスチックは一般に熱伝導率が低く、弾性率も低いです。このことは、加工における工具先端の熱変動の影響を大きく受けるということになります。温度上昇や工具先端での粘着性のある切りくずの形成を避けるために、切込み深さ、すくい角、切削速度はすべて相互に調整する必要があります。

また、切込み深さは、切削速度と送りと並んで工具寿命に影響を与える上位 3 つのパラメータの 1 つであることも知っておく価値があります。

切込み深さの計算方法

異なる変数間に定量的な関係があることの重要性は、切込み深さの計算が必要な場合に明らかです。なぜ工具の温度が高くなるのでしょうか?なぜ表面仕上げが悪いのですか？切削工具の摩耗が早いのはなぜですか?他にもたくさんあります。

切込み深さを計算するには、次のパラメータを指定する必要があります。

• 機械加工プロセス (フライス加工、旋削加工など) とは何ですか
• ワーク材質
• ツールチップのプロパティ
• マシンの機能
• 必要な表面仕上げと公差

旋削加工における切込み深さ

CNC 旋削では、工具がワークピースの長さに沿って移動しながら材料の層を除去しながら、ワークピースが回転します。切込み深さは、送りまたは送り速度と同じにすることができます。送りまたは送り速度は、単に工具が時間の経過とともに回転するたびにワークピースに沿って移動する距離であり、単位は mm/min です。

したがって、切り込みの深さは、除去される材料の厚さによって単純に定義でき、以下から計算できます。

フライス加工における切込み深さ

CNC フライス加工プロセスでは、ワークピースが安定している間に工具が回転します。切込み深さは、工具が 1 回転でワークピースにどれだけ深く切り込むかを単純に表します。一般に、切削深さは、20 mm を超える大きな直径の場合は切削工具の直径の 4 倍、より小さな工具の直径の場合は直径サイズの 10 倍です。

切りくず厚さの値と切り込み深さの値を比較

切りくずの厚さと切込みの深さは同じではなく、同じ値も持たないため、これらを区別することが重要です。

これを説明するには、理想的な切断プロセスの図 1 を詳しく見る必要があります。切込み深さの値 (to で表します) は、切りくず厚さ (tc) とは異なります。

図 1:理想的な切断プロセス

切りくず除去プロセスは、次の図 2 に示すように、明確に定義されたせん断面と定義されたせん断角 ϕ でせん断加工によって実行されます。これにより、切りくずの厚さの値が常に切込み深さの値よりも大きくなります。

図 2:切りくず形成の基本メカニズム

切削比と切りくず圧縮率の関係

切込み深さと切りくず厚さの比 to/tc は切削比または切りくず厚さ比と呼ばれ、(r) で示され、次のように計算できます。

図 1 に示すように、せん断角 ϕ とすくい角 α から次のように計算することもできます。

場所:

ϕ:シアー角
α:すくい角

この値の逆数は、切りくず圧縮率または切りくず圧縮係数と呼ばれ、切込み深さに比べて切りくずの厚さがどれだけであるかを示します。

ボーナス:切込み深さと切削抵抗および動力の関係

DOC を計算するには、切削抵抗と切削力を知ることが重要です。次のような重要なパラメータを提供できます。

• 急速な摩耗を回避し、最高の効率と表面仕上げを実現するために必要な強度を備えた工具
• これらの力に最小限の歪みで耐えることができるワークピース ホルダーと治具

必要な動力は、単純に切削力と速度の積であり、次のように計算できます。

ここで、Fc は「切削力」であり、ワークピースを切削するために工具によって発揮される力として定義され、工具速度 V と同じ方向に作用します。

総比エネルギーは、工具と表面の間の摩擦に打ち勝つのに必要なエネルギーである摩擦比エネルギー (uf) に加えて、表面を切断するのに必要なせん断力を実行するのに必要な総エネルギー (us) です。

せん断固有エネルギーと摩擦固有エネルギーは切込み深さに関係しており、次のように計算できます。

切りくず速度は次のように切削速度に関係します。

したがって、特定の機械パラメータがある場合に、これらの式を逆に使用して切込み深さを計算できることは言及する価値があります。

WayKen は、お客様の機械加工プロジェクトの信頼できるパートナーです

機械加工は複雑な操作であり、すべてのパラメータの定量的な値を確立し、特定の材料の機械加工性を判断するのは簡単なプロセスではありません。

WayKen は、効率的で手頃な価格の加工ソリューションを提供する CNC 加工の専門家です。当社のエンジニアは、プロセス内のすべての加工パラメータが加工要件を確実に満たすための包括的な加工戦略を開発します。さらに、お客様の製品仕様を満たすために、プロジェクトごとに 100% 検査を実施します。

結論

切込み深さは、機械加工プロセスを開始する前に考慮する必要がある非常に重要なパラメータです。前に説明したように、切込み深さの値は、加工力や比エネルギーなどの依存する加工パラメータに直接影響します。これらの値の計算は、ワークピースの強度と表面仕上げだけでなく、工具の材質、固定の種類、冷却剤の使用の可能性にも影響します。