旋削加工は旋盤で行う加工プロセスであり、機械製造において重要な役割を担っています。このプロセスでは、回転するワークピースを旋削工具と呼ばれる切削工具を用いて成形します。旋盤は主に、シャフト、ディスク、スリーブなど、回転面を持つ部品の加工に用いられます。製造現場と修理工場の両方で最も一般的に使用されている工作機械です。
旋盤オペレーターのスキルには限りがありません。最も一般的な旋盤オペレーターは、それほど高度なスキルを必要としません。彼らは社会で最も一般的に見られる5つのカテゴリーに分類できます。
1. 普通の機械旋盤オペレーター、シンプルで習得しやすい、CNC旋盤加工工場。
2. 金型旋盤オペレーター、特にプラスチック金型精密旋盤を専門とするオペレーターは、工具と正確な寸法に関する厳格な要件を遵守する必要があります。どの種類の鋼材が優れた研磨効果をもたらし、鏡面仕上げを実現するかを理解することが重要です。また、金型セットから製造される製品がABS樹脂製か他の種類のプラスチック製か、そしてプラスチック部品の弾力性をミリメートル単位で測定することも重要です。さらに、考慮すべき一般的な知識も数多くあります。完成した部品は、高品質な仕上がりで、研磨しやすく、鏡面のような効果が得られる必要があります。プラスチック金型の原理に関する確固たる基礎知識が不可欠です。
3. 工具旋盤オペレーターは、リーマ、ドリル、合金カッター、工具ステムなど、様々な工具を扱います。このタイプの旋盤作業は、最も単純であることが多いものの、非常に疲れる作業です。通常、これらの工具は大量生産されており、ダブルセンター、テーパー、フローモジュラスなどが最も一般的なタイプです。
最速かつ最も効率的な結果を得るには、工具の摩耗を最小限に抑えることが不可欠です。このタイプの旋盤加工機で加工される材料の硬度は、高品質の白鋼ナイフとほぼ同等です。合金ナイフの研削品質は、完成品の品質に直結します。
4. 大型設備旋盤オペレーター：このタイプの旋盤オペレーターは上級のスキルが必要であり、垂直旋盤を使用する場合はより多くの指導が必要です。
例えば、クランクシャフトを回転させるには、まず図面を何度も繰り返し読み、どれを先に加工してどれを後で加工するか、研磨を省略するかサイズに合わせて直接加工するか、ねじ山は正か負かなどを検討する必要があります。
5. CNC旋盤オペレーター：このタイプの旋盤オペレーターは最も単純でありながら、最も難しい職種です。まず、図面の読み取り、プログラミング、数式の変換、そして工具の適用ができる必要があります。
プロセスに目を向ける
旋盤は、工作物を回転させ、切削工具を直線または曲線で動かすために使用される工作機械です。この工程により、工作物の形状とサイズが特定の設計要件に合わせて変化します。
旋削加工は、旋盤上で行われる切削方法の一種で、工作物が工具に対して回転します。この工程では、切削エネルギーは主に切削工具自体ではなく、回転する工作物によって供給されます。旋削加工は最も基本的で広く使用されている加工方法の一つであり、製造業において重要な役割を果たしています。特に、回転面の加工に適しています。このような回転面を持つ工作物のほとんどは、旋削加工技術を用いて加工できます。これには、内面・外面の円筒面、内面・外面の円錐面、端面、溝、ねじ山、その他の回転形状が含まれます。この工程で使用される主な工具は旋削工具です。
様々な種類の金属切削工作機械の中で、旋盤は最も広く利用されており、工作機械全体の約50%を占めています。旋盤は、旋削工具を用いてワークを成形するだけでなく、ドリル、リーマ、タップ、ローレット工具を用いて、穴あけ、リーマ加工、タッピング、ローレット加工などの加工を行うことができます。旋盤は、加工特性、配置形態、構造上の特徴などにより、横型旋盤、床置旋盤、立型旋盤、タレット旋盤、倣い旋盤など、いくつかの種類に分類されますが、最も普及しているのは横型旋盤です。
安全性と技術的な問題
旋削加工は最も一般的に使用される加工方法です製造業における機械加工は、様々な旋盤、多数の人員、幅広い加工能力、そして多数の工具や治具を必要とするため、安全性と技術面の課題への対応が特に重要となります。主な課題は以下のとおりです。
1. チップによる損傷と保護対策。
旋盤で加工される様々な鋼部品は優れた靭性を示します。旋削加工中に生成される切りくずは、一般的に可塑性があり、カールしており、比較的鋭いエッジを持ちます。鋼部品を高速で切削すると、赤熱した細長い切りくずが発生し、怪我の危険性があります。これらの切りくずは、ワークピース、切削工具、およびツールホルダーに絡まりやすいためです。
安全を確保するため、必要に応じて鉄製のフックを使用して切りくずを清掃または破砕する必要があります。必要に応じて機械を停止し、切りくずを除去してください。切りくずは絶対に手で取り除いたり破砕したりしないでください。切りくずによる損傷や破砕を防ぐため、切りくずの流れを制御する対策や保護バッフルが一般的に導入されています。効果的な切りくず破砕方法としては、旋削工具にチップブレーカー溝や段差を研削加工すること、適切なチップブレーカーを使用すること、工具を機械的にクランプすることなどが挙げられます。
2.ワークピースのクランプ。
旋削加工工程では、工作機械の損傷、工具の破損や衝突、ワークの落下や飛散など、様々な事故が発生する可能性があります。不適切なクランプにより、作業員が負傷する可能性もあります。旋削加工中の安全な生産を確保するためには、ワークのクランプに細心の注意を払うことが不可欠です。
部品のサイズや形状が異なる場合は、適切なクランプを選択する必要があります。3爪チャック、4爪チャック、あるいは専用クランプのいずれを使用する場合でも、スピンドルへの接続は安定して信頼性が高くなければなりません。ワークピースはしっかりとしっかりと固定し、動きを防ぐ必要があります。
大型のワークの場合は、スリーブを使用することで、高速回転時や切削力下でのワークのずれ、脱落、または脱落を防止できます。必要に応じて、センターまたはセンターフレームを使用してクランプをさらに強化することもできます。また、事故を防ぐため、クランプ後はレンチをすぐに取り外すことが重要です。
3. 安全な操作。
工作機械を使用する前に、完全な点検を行い、良好な状態であることを確認してください。ワークと工具は、安定性と信頼性を確保するために、正しい位置にしっかりと固定する必要があります。工具の交換、ワークの取り付け・取り外し、またはワークの測定を行う際は、必ず機械を停止してください。
回転するワークを手や綿糸で触ったり拭いたりしないことが重要です。切削速度、送り速度、加工深さを適切に選択し、過負荷加工は避けてください。また、ワーク、治具、その他の物を機械ヘッド、ツールホルダー、ベッド面に置かないでください。
ヤスリを使用する際は、旋削工具を安全な位置に移動してください。袖が巻き込まれないよう、右手を前に、左手を後ろに回してください。工作機械の使用とメンテナンスは、必ず指定された担当者が責任を持って行ってください。権限のない者が操作することは許可されていません。
注記
CNC旋盤の加工技術は普通の旋盤と似ていますが、CNC旋盤一度クランプしてすべての旋削工程を連続的に自動的に完了する場合は、次の点に注意する必要があります。
1. 切削パラメータの適切な選択
効率的な金属切削には、加工対象材料、切削工具、そして切削条件という3つの主要な要素を考慮する必要があります。これらの要素は、加工時間、工具寿命、そして加工品質に影響を与えます。経済的かつ効果的な加工方法には、切削条件を慎重に選定することが不可欠です。
切削条件の3つの重要な要素、すなわち切削速度、送り速度、切込み深さは、工具の損傷に直接影響します。切削速度が上昇すると、工具先端の温度が上昇し、機械的摩耗、化学的摩耗、熱摩耗を引き起こします。例えば、切削速度が20%上昇すると、工具寿命は半分に短縮される可能性があります。
送り条件と工具の背面摩耗の関係は、ごく狭い範囲に限られます。しかし、送り速度が高すぎると切削温度が上昇し、工具の背面摩耗が著しく増加する可能性があります。切削深さは切削速度や送り速度ほど工具への影響は大きくありませんが、浅い深さで切削すると材料に硬化層が形成され、工具寿命に悪影響を与える可能性があります。
切削速度を選択する際には、加工対象材料、その硬度、現在の切削条件、材料の種類、送り速度、切削深さを考慮する必要があります。最適な加工条件はこれらの要因によって異なりますが、理想的な条件は、工具寿命を最大限に高める、規則的で安定した摩耗です。
しかし、実際には、工具寿命は工具の摩耗、ワークサイズの変化、表面品質、切削音、加工熱といった要因にも影響されます。したがって、加工条件は実際の状況に基づいて分析する必要があります。ステンレス鋼や耐熱合金などの難削材の場合は、クーラントを使用したり、剛性を高めた工具を選択したりする必要があるかもしれません。
一般コード
旋削加工の一般工程コード（JB/T9168.2-1998）
旋削工具のクランプ
1) ツールバーはツールホルダーからあまり長く突き出さないでください。一般的に、長さはツールバーの高さの1.5倍を超えてはなりません（穴あけ、溝入れなどの旋削加工を除く）。
2) ツールバーの中心線は、切断方向に対して垂直または平行である必要があります。
3) ツールチップの高さの調整:
端面、円錐面、ねじ、成形面を旋削したり、ソリッドワークピースを切断したりする場合、通常、ツールチップはワークピースの軸と同じ高さにある必要があります。
外円を荒削りし、穴を仕上げる場合、一般的に工具の先端はワークの軸よりも高くする必要があります。
細いシャフトを旋削する場合、穴を荒削りする場合、および中空のワークを切断する場合、通常、ツールチップはワークの軸よりもわずかに低くなる必要があります。
4) ねじ切り工具の先端角度の二等分線は、ワーク軸に対して垂直である必要があります。
5) 旋盤工具を締め付ける際は、ツールバーの下のガスケットが少なく平らになるようにし、旋盤工具を固定するネジを締め付けます。
ワークピースのクランプ
- 3爪セルフセンタリングチャックを用いてワークをクランプし、荒加工または精旋削加工を行う場合、ワークの直径が30mm未満の場合は、オーバーハング長さは直径の5倍を超えてはなりません。ワークの直径が30mmを超える場合は、オーバーハング長さは直径の3倍を超えてはなりません。
- 4 爪シングルアクションチャック、フェースプレート、アングルアイアン、または曲げプレートを使用して不規則で重いワークピースをクランプする場合は、カウンターウェイトを追加することが不可欠です。
- 機械加工時CNCシャフト加工センター間でワークピースを旋削する場合は、旋削プロセスを開始する前に、テールストック センターの軸が旋盤のスピンドルの軸と揃っていることを確認してください。
- 2つのセンター間で細長いシャフトを加工する場合は、フォロワーレストまたはセンターレストを使用してください。加工中は、センターの上部締め付け力の調整に注意し、デッドセンターとセンターレストの両方に適切な潤滑が施されていることを確認してください。
- テールストックを使用する場合は、振動を最小限に抑えるためにスリーブをできるだけ伸ばさないでください。
- 立型旋盤で支持面が狭く、高さのあるワークをクランプする場合は、クランプジョーを高く設定してください。また、ワークを固定するために、適切な位置にタイロッドまたはプレッシャープレートを追加する必要があります。
- ホイール型、スリーブ型の鋳鍛造品を旋削する場合、加工後のワークの肉厚が均一になるように、加工前の表面を正しく合わせてください。
旋回
- 段付きシャフトを旋削する場合、一般的には剛性を確保するために、最初に大きい径の部分を旋削し、次に小さい径の部分を旋削することをお勧めします。
- ワークの変形を防ぐため、シャフトを微旋削する前に溝切りを行ってください。
- ねじ山のある軸を精密旋削する場合、通常はねじ山を加工した後に、ねじ山のない部分を精密旋削します。
- 穴あけ加工を行う前に、ワークピースの端面を平らに削り、必要に応じて中心穴を先に開けてください。
- 深い穴を掘る場合は、最初にガイド穴を掘ることをお勧めします。
- 直径10mm～20mmの穴の場合、切削工具の直径は加工穴の直径の0.6～0.7倍にする必要があります。直径20mmを超える穴を加工する場合は、通常、クランプヘッド付きの切削工具を使用します。
・多条ねじやウォームを回す場合は、交換ギアを調整してから試し切りを行ってください。
- 自動旋盤を使用する場合は、工作機械調整カードに従って工具とワークの相対位置を調整してください。調整後、試旋削を実施してください。最初のワークが合格であることが確認されて初めて、生産を続行できます。加工中は、工具の摩耗、ワークのサイズ、表面粗さを継続的に監視してください。
- 立旋盤で旋削する場合、ツールホルダーを調整したら、正当な理由なくクロスビームを動かさないでください。
- ワークピースの関連面に対して位置公差の要件がある場合は、旋削工程を 1 回のクランプで完了することを目指します。
- 円筒状の歯車ブランクを旋削加工する場合、穴と基準端面の両方を一度のクランプで加工する必要があります。必要に応じて、端面の歯車ピッチ円付近にマーキングラインを旋削加工してください。
よくある問題
一般的な旋盤で大きな力をかけながら大ピッチのねじを切削すると、ベッドサドルが振動することがあります。この振動により、加工面に波紋が生じたり、工具の破損につながることもあります。学生は、切削中に工具が突き刺さったり、破損したりするといった問題にしばしば直面します。これらの問題にはいくつかの要因が考えられます。本稿では主にこの現象について考察し、工具に作用する力を解析することで解決策を提案します。
問題の原因と原因
ピッチの小さいねじを加工する場合は、一般的に直進切削法が用いられます。これは、ワークの軸に垂直な方向に切削する方法です。一方、ピッチの大きいねじの場合は、切削抵抗を低減するために、左右借り切削法がよく用いられます。この方法では、小さなスライドが移動することで、ねじ旋削工具が左右の切れ刃で交互に切削を行います。
ねじを旋削する場合、ベッドサドルの動きは、スプリットナットの動きを駆動する長いリードスクリューの回転によって制御されます。長いリードスクリューのベアリングには軸方向の隙間があり、長いリードスクリューとスプリットナットの間にも軸方向の隙間があります。右勝手のウォームが左右の切削方法を使用して回転すると、工具はワークピースによって及ぼされる力 (P) を経験します (図 1 に示すように、チップと前刃の間の摩擦は無視します)。この力 (P) は、軸方向の力 (Px) と半径方向の力に分解できます。軸方向の力 (Px) は、工具の送り方向と一致します。工具はこの軸方向の力 (Px) をサドルに伝達し、サドルを隙間のある側に向かって急速かつ強力に移動します。その結果、工具が前後に振動し、波状の加工面になり、場合によっては工具が破損します。
左主切れ刃を使用する場合、切削に影響を与える現象は観察されません。代わりに、工具が受ける軸方向力\(P_x\)は送り方向と反対方向に作用し、存在する隙間をなくすように作用します。この間CNC加工プロセス、サドルは均一な速度を維持します。
中間スライドの動きは、ナットの動きを駆動するスクリューの回転によって発生します。しかし、スクリューベアリングには軸方向の隙間があり、スクリューとナットの間にも軸方向の隙間があります。
旋盤で切削加工を行う際、工具の前刃（前角を持つ）はワークピースから力 \( P \) を受けます。図2に示すように、説明を簡略化するため、切りくずと前刃の間の摩擦は無視します。
力 \( P \) は、 \( P_z \) （軸方向成分）と \( Q \) （ラジアル方向成分）の2つの成分に分解できます。ラジアル方向成分の力 \( Q \) は切削工具の送り方向と一致し、工具をワークピースに押し込みます。この作用により、中間スライドが隙間に向かって移動し、切削工具がワークピースを突然突き刺す可能性があります。その結果、この突き刺しにより、工具が破損したり、ワークピースが曲がったりする可能性があります。
解決
ピッチの大きいねじを左右の工具借用切削法で旋削する場合、旋盤の関連パラメータだけでなく、サドルとベッドレールのクリアランスも調整することが重要です。このクリアランスは、移動時の摩擦を増やし、サドルのずれを抑えるために、やや狭めに設定する必要があります。ただし、サドルがスムーズに動くように、このクリアランスを適切に調整することが重要です。さらに、中間スライドのクリアランスは最小限に抑えてください。
小型スライドも同様に、締め付けを少し強めに調整してください。これにより、旋削中に工具がずれるのを防ぐことができます。安定性を高めるには、ワークとツールバーの長さを可能な限り短くしてください。切削時は、可能な限り左メインブレードを使用してください。右メインブレードで切削する場合は、バックカット量を減らし、右メインブレードのすくい角を大きくしてください。刃先が真っ直ぐで鋭利な状態を保つことで、工具にかかる軸方向分力（Px）を最小限に抑えることができます。右メインブレードのすくい角を大きくすると、性能が向上します。
詳細やお問い合わせはお気軽にお問い合わせくださいinfo@anebon.com
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投稿日時: 2024年12月17日