CNC旋削加工と旋削フライス加工：たわみやビビリを起こさずにシャフト、スリーブ、ねじ部品を加工する方法

旋削加工は一見簡単そうに見える。部品を回転させ、直径を削るだけだ。しかし、細長い軸が中央でたわんだり、薄いスリーブがガタガタ音を立てたり、ねじ山が切れたりして、本当の難しさが現れる。それは、加工する部品同士を正確に位置合わせしなければならないからだ。旋削加工における問題のほとんどは、旋盤自体にあるのではなく、加工物の支持方法と、加工力の制御方法にある。

旋削加工で発生する問題

• たわみ。長いシャフトは切削力によって曲がり、シャフトの中央部と両端では切削方向が異なります。その結果、テーパー状または樽状の形状になり、プログラムをどれだけ微調整しても修正できません。
• ビビリ振動。柔軟なワークピースに切削力が加わると振動が発生し、目に見えるビビリ痕、真円度の悪化、検査に合格しない表面状態となる。
• 薄肉部の歪み。切削力によって薄いスリーブが内側に押し込まれ、工具が通過した後に部品が元の形状に戻るため、最終的な直径は工具が切削した直径とは異なるものとなる。
• ねじ山の問題。柔らかい素材や糸状の素材はねじ山部分で裂け、硬い素材はインサートを摩耗させ、ねじ山の形状がゲージからずれてしまう。
• 失われた関係。平面、クロス穴、またはキー溝が必要なシャフトは、旋削された直径に対してこれらの特徴を正確な位置に維持する必要があります。2 つのセットアップで行われるため、ずれが生じます。

1. 工作物を支える

旋削加工において最も重要な要素は支持方法です。センター間に挟まれたシャフトは、チャックから突き出たシャフトとは切削特性が異なります。長いシャフトの中央に振れ止めを取り付けると、たわみは大幅に減少します。

ルールは単純だ。支えられていない長さが長くなるほど、部品のずれは大きくなる。部品の中央部分の直径が公差外の場合、まず疑うべきは工具ではなく、支持部である。

2. 切削力のバランスを取る

細長いワークの場合、切削深さと送り速度は、切削量を最大化するのではなく、切削力を低く一定に保つように設定されます。鋭利な形状のインサートは、他の何よりもまず切削力を低減します。長いシャフトを厳しい公差で加工する必要がある場合は、一度に重いパスを1回行うよりも、軽いパスを複数回行う方が常に効果的です。

3. 薄い壁は異なる方法で扱う

薄いスリーブは、工具が押し付けるとたわみます。切削深さを浅くし、インサートを鋭利にし、スピンドル回転数を安定させることで、切削時に壁がずれるのを防ぎます。速度は遅くなりますが、それが本来の目的です。そうしないと、機械上では正確に測定できても、作業台では間違った寸法になってしまう部品ができてしまいます。

4. スレッドには実際のプロセスが必要です

ねじ切り加工は、旋削加工の品質を左右する重要な工程です。ねじ切り加工には、材料に適したインサート形状が必要です。長いねじは、ねじ切り旋削加工を用いることで、より速く、より正確に加工できます。深穴の内ねじは、切りくず制御がうまくいかないことが多く、糸状の切りくずが溶着して形状を損ない、表面仕上げを台無しにしてしまいます。切りくずを分散させる送り機構や、切削箇所に確実に届くクーラントは、決して些細な問題ではありません。

5. ターンミルは機能を関連付けて維持します

平面加工、クロスホール加工、キー溝加工が施されたシャフトは、旋削・フライス加工センターの典型的な用途です。旋削加工とフライス加工は一度のクランプで行われるため、フライス加工された形状は旋削加工された直径に対して角度位置と同心度を維持します。この関係性は機械によって保持され、再固定によって失われます。

KGL社の機械が部品を加工する方法

KGL社は、産業機器、計測機器、自動化システムで使用されるシャフト、スリーブ、ハウジング、継手などの加工向けに、CNC旋盤および複合旋削加工機（二軸加工機を含む）を稼働させています。重要な直径および寸法精度は±0.005～0.01mmに維持されます。

細長く薄肉の部品は、最初の切削加工前に必要なサポートとパラメータ戦略が提供され、すべての注文は初回品検査、工程内検査、最終検査によってチェックされ、複雑な形状についてはCMMによる検証も行われます。

結論

旋削加工における問題のほとんどは、ワークピースの支持に関する問題です。ワークピースをしっかりと支持し、力をバランスさせ、ねじ切り加工を適切に行い、旋削とフライス加工を組み合わせて形状間の関係性を維持します。旋盤自体が難しい部分ではありません。

FAQ

Q: 軸はどれくらいの長さまで回転させてもたわみの問題は発生しないのか？

A: それは直径と支持方法によって異なります。センター間で支持されたシャフトは、チャックのみで吊り下げる場合では不可能な長さ対直径比で正確に旋削加工できます。実際的な限界は、固定された数値ではなく、部品、機械、および加工方法によって決まります。

Q: 旋削・フライス加工とは何ですか？

A: 旋削加工とフライス加工を1台の機械で行う複合加工機です。旋削加工とフライス加工は1回のクランプで完了するため、両者の同心度と角度位置は、再固定することなく機械によって保持されます。

Q: なぜ私のねじ部品はねじゲージに合格しないのでしょうか？

A: 通常、原因は次の3つのいずれかです。インサートの形状が材料に合っていない、工具が摩耗してプロファイルがずれている、または材料が切断ではなく引き裂かれている。いずれの場合も工程上の修正が必要であり、図面の公差を厳しくしても解決しません。