CNC旋削加工は、円筒形部品を高精度かつ高い再現性で製造するために最も広く使用されている加工プロセスの一つです。このプロセスの有効性において中核となるのは、旋削工具です。旋削工具は、回転するワークピースを成形、仕上げ、精密加工するために設計された特殊な切削工具です。適切な旋削工具を選択し、その機能を理解することは、寸法精度、最適な表面仕上げ、そして生産効率を実現するために不可欠です。
この記事では、CNC 旋削工具の主なカテゴリ、加工プロセスにおけるその役割、実際の製造現場での CNC 旋削工具の選択と適用に関する重要な考慮事項について明確な概要を説明します。
CNCターニングとは何ですか？
CNC（コンピュータ数値制御）旋削加工は、切削工具を用いて回転するワークピースから材料を削り取る減算加工プロセスです。このプロセスは主に、シャフト、ブッシング、ファスナー、ハウジングなど、円形断面の部品の製造に使用されます。
CNC 旋盤またはターニング センターでは、切削工具が（X 軸と Z 軸に沿って）静止したままワークピースが回転し、材料に噛み合って正確な直径、溝、ねじ、または輪郭を生成します。
これらの操作を実行するには、それぞれ独自の形状、幾何学、切断目的を持つ多種多様な切削工具が使用されます。
CNC旋削工具の主な種類と機能
1. 旋削工具（外径荒加工および仕上げ加工）
これらはCNC旋削で使用される最も基本的な工具です。ワークピースの外径から材料を除去します。
- 荒削り工具は、重切削と迅速な材料除去を目的として設計されています。通常、強度と耐久性に優れた刃先を持ち、高い送り速度にも対応できます。
- 仕上げツールは、軽いパスで表面仕上げを改善し、厳しい寸法公差を実現するために使用されます。
用途: 外径の縮小、プロファイルの成形、最終寸法の達成。
2. フェイシングツール
フェーシングツールは、ワークピースの端を機械加工して、軸に対して垂直な平らで滑らかな表面を作成するために使用されます。
- 通常、水平に取り付けられ、フェーシングツールは X 軸に沿ってワークピースの中心に向かって移動します。
- 荒加工パスと仕上げ加工パスの両方で使用できます。
用途: 平面の作成、二次加工用の部品の準備、直角度の確保。
3. ボーリングバー（内径旋削工具）
ボーリング工具は、円筒状の内面を拡大または仕上げる工具です。ボーリングバーに取り付けられたこれらの工具は、あらかじめ穿孔された穴に差し込み、内側から材料を除去します。
- 内径旋削では、振動やチャタリングを避けるために正確な工具の位置合わせが必要です。
- 深穴ボーリングには、高剛性のボーリングバーとクーラントスルーセットアップが必要です。
用途: 内径加工、ねじ切り用穴の準備、キャビティ内部の表面仕上げの改良。
4. 溝入れ工具
溝切り工具は、外径または内径に狭い凹部を切削するために使用されます。
- 外径溝入れ工具は外径を切断し、内径溝入れ工具は穴の内側を切断します。
- インサートは、一貫した溝幅を確保するために、狭い長方形の断面を備えています。
用途: スナップリング溝、シーリング リング チャネル、ねじ切りリリーフ用のアンダーカット。
5. パーティングツール（切断ツール）
分離ツールは、完成した部品を原材料または棒材から分離するために使用されます。
- 放射方向に沿って狭くまっすぐな切り込みを入れます。
- これらのツールでは、薄い形状によるツールの破損を避けるために、正確な送りと速度の設定が必要です。
用途: 最終的な切断操作、バーから個別のコンポーネントを作成します。
6. ねじ切りツール
ねじ切りツールは、ワークピースに外ねじまたは内ねじを作成するように設計されています。
- インサートは、ねじの形状 (メートル法、UNC、台形など) に合わせて形作られます。
- ねじ切りでは、ピッチ精度を維持するために、Z 軸に沿った同期した送り動作が必要です。
用途: ねじ軸、ナット、ファスナー、ねじ逃げ溝。
7. プロファイリングツール
プロファイリング ツールを使用すると、部品の外表面で複雑な曲線や輪郭形状を切断できます。
- これらのツールは通常、先端が丸型または角度付きになっています。
- 美観または空気力学的な表面、および人間工学的な輪郭に使用されます。
用途: カスタム シャフト形状、丸みを帯びた遷移、設計固有の機能。
材料とインサートの種類
ほとんどの CNC 旋削工具では、インデックス可能な超硬インサートが使用されています。このインサートはツールホルダーにクランプされており、摩耗したときに工具全体をリセットせずに交換できます。
一般的なインサート材料には次のようなものがあります。
- 超硬合金（標準、コーティング）：耐摩耗性が高く、工具寿命が長いです。
- セラミック: 硬質材料の高速仕上げに最適です。
- CBN (立方晶窒化ホウ素): 硬化鋼や高硬度用途に使用されます。
- PCD（多結晶ダイヤモンド）：非鉄金属やプラスチックに最適です。
各挿入は次のように定義されます。
- 形状（例：三角形、円形、ひし形）
- ノーズ半径
- 最先端の形状
- チップブレーカースタイル
ツール選択の考慮事項
CNC 旋削工具を選択するときは、次の点を考慮してください。
- ワークピースの材質: 材質によって、必要なインサートのグレードと形状が異なります。
- 部品の形状: 深い穴、狭い半径、および肩部には特殊なツールが必要になる場合があります。
- 必要な許容差と表面仕上げ: 高精度部品には、別々の荒加工ツールと仕上げツールが必要になる場合があります。
- 機械の能力: ツールの剛性、スピンドル速度、およびクーラントのオプションが選択に影響します。
- 生産量: 大量生産の場合、ツールの寿命とインデックス作成能力がより重要になります。
結論
CNC旋削工具は、精密旋盤加工の根幹を成すものです。旋削、溝入れ、ねじ切り、ボーリングなど、それぞれの工具には独自の機能があり、加工品質、サイクルタイム、そして生産コストに直接影響を及ぼします。工具の役割、性能、そして選定基準を理解することで、機械工やエンジニアはより効率的、正確、そして信頼性の高い旋削工程を構築することができます。
作業に適したツールを選択し、それに応じてツールパスとパラメータを最適化することで、製造業者は生産性を向上させ、スクラップを削減し、最も厳しい業界標準を満たすコンポーネントを提供できます。