CNCアルミニウム合金加工ツールの選び方は？

加工技術の進歩に伴い、CNC加工も大きく変化してきました。多くの専門家は、将来的にCNCが主流の加工方式になると指摘しています。CNC加工において最も重要なのは工具です。今回は、CNC工具について詳しく解説します。

工具とは、機械製造において切削加工に用いられる道具のことです。切削工具全般には、切削工具と研磨工具の両方が含まれます。ナイフの大部分は機械加工に用いられますが、手工具も存在します。機械製造で使用される工具は基本的に金属材料を切削するため、「工具」という用語は一般的に金属切削工具を指すものと理解されています。木材を切削するために使用される工具は、木工工具と呼ばれます。

ツールの分類

切削工具は、加工されるワークピースの表面形状に応じて、5つのカテゴリーに分類できる。

旋削工具、平削り刃、フライス、外面ブローチ、やすりなど、様々な外面を加工するための切削工具。

穴加工工具には、ドリル、リーマドリル、ボーリングカッター、フライス、内面ブローチなどが含まれます。

ねじ加工工具には、タップ、ダイス、自動開口ねじ切りヘッド、ねじ旋削工具、ねじフライスなどが含まれます。

歯車加工工具（ホブ、歯車成形カッター、シェービングカッター、ベベルギア加工工具など）

挿入式丸鋸刃、帯鋸、弓鋸、切削工具、鋸刃フライスなどを含む切削工具。

さらに、組み合わせツールもあります。

ツール構造

各種工具の構造は、クランプ部と加工部から構成される。工具全体の構造におけるクランプ部と加工部は工具本体上に形成され、工具の加工部（歯または刃）は工具本体上に取り付けられる。

工具のクランプ部には、穴とハンドルの2種類がある。穴付き工具は、工作機械のスピンドルまたはマンドレルに設けられた内穴を利用し、軸キーまたはエンドキーを用いてねじりトルクを伝達する。例えば、円筒フライスやスリーブフェースフライスなどが挙げられる。

ハンドル付き工具には、通常、長方形ハンドル、円筒形ハンドル、円錐形ハンドルの3種類があります。旋削工具や平削り工具などは、一般的に長方形ハンドルです。円錐形ハンドルは、テーパーによって軸方向の推力に耐え、摩擦を利用してトルクを伝達します。円筒形シャンクは、一般的に小型のツイストドリル、エンドミルなどの工具に適しており、クランプ時に発生する摩擦を利用してトルクを伝達します。多くのハンドル付き工具のシャンクは低合金鋼でできており、作業部は高速度鋼を溶接して作られています。

工具材料が備えるべき基本的な特性

1. 高硬度

工具材料の硬度は、加工対象となる被加工材の硬度よりも高くなければならない。これは、工具材料が備えるべき基本的な特性である。

2. 十分な強度と靭性

工具の切削部の材質は、切削時に大きな切削力と衝撃力に耐えなければなりません。曲げ強度と衝撃靭性は、工具材料が脆性破壊や刃先破損に耐える能力を反映しています。

3. 高い耐摩耗性と耐熱性

工具材料の耐摩耗性とは、摩耗に耐える能力を指します。工具材料の硬度が高いほど、耐摩耗性は向上します。高温硬度が高いほど、耐熱性も向上し、高温下での塑性変形に対する耐性も高まり、耐摩耗性も強くなります。

4. 優れた熱伝導性

熱伝導率が高いということは、熱伝導性が優れていることを意味し、切削時に発生する熱が容易に外部に伝達されるため、切削部の温度が低下し、工具の摩耗が軽減される。

5. 優れた技術と経済

製造を容易にするためには、工具材料には鍛造、溶接、切断、熱処理、研削性など、優れた被削性が求められる。経済性は、新しい工具材料の適用を評価し促進するための重要な指標の一つである。

6. 接着抵抗

高温高圧下での吸着結合により、被加工物と工具材料の分子が結合するのを防ぐ。

7. 化学的安定性

これは、その工具材料が高温下でも周囲の媒体と化学反応を起こしにくいことを意味する。

工具コーティング

アルミニウム合金製のインサートは、化学気相成長法（CVD）により、炭化チタン、窒化チタン、アルミナなどの硬質層または複合層でコーティングされるようになった。開発中の物理気相成長法（PVD）は、アルミニウム合金工具だけでなく、ドリル、ホブ、タップ、フライスなどの高速度鋼工具にも適用可能である。硬質コーティングは、化学拡散や熱伝導を防ぐバリアとして機能し、切削時の工具の摩耗速度を遅らせ、コーティングされた刃の寿命は、コーティングされていない刃の約1～3倍になる。

工具選定は、NCプログラミングにおけるヒューマンマシンインタラクションの段階で行われます。工具とハンドルは、工作機械の加工能力、被加工材の特性、加工手順、切削量、その他の関連要因に基づいて適切に選定する必要があります。

工具選定の一般原則は、取り付けと調整が容易であること、剛性が高いこと、耐久性と精度が高いことです。加工要件を満たすことを前提として、工具加工の剛性を高めるために、できるだけ短い工具ハンドルを選択するようにしてください。工具を選定する際には、加工対象物の表面サイズに合わせて工具のサイズを調整する必要があります。

1. エンドミルカッターは、平面部品の外周を加工するためによく使用されます。

2. 平面をフライス加工する際は、超硬ブレードのフライス工具を選択する必要があります。

3. 凸部や溝を加工する場合は、ハイス鋼のエンドミルカッターを選択してください。

4. ブランク面を加工したり、穴を荒削りしたりする場合は、超硬合金ブレード付きのコーンミリングカッターを選択できます。

5. 垂直面や可変ベベル輪郭の加工には、ボールエンドミル、リングミル、円錐ミル、ディスクミルがよく使用されます。

6. 自由曲面の加工では、ボールヘッドツールの先端の切削速度がゼロであるため、加工精度を確保するために、切削線の間隔は一般的に非常に密になります。そのため、ボールヘッドは表面仕上げによく使用されます。

7. 平頭工具は、表面加工品質と切削効率においてボールヘッドナイフよりも優れているため、切削を保証するという前提であれば、粗面加工でも仕上げ加工でも、平頭ナイフを選択するのが望ましい。

8. マシニングセンターでは、さまざまな工具が工具ライブラリに取り付けられており、手順に従っていつでも工具の選択と交換が行われます。そのため、穴あけ、ボーリング、拡張、フライス加工などの標準工具を機械の主軸または工具ライブラリに迅速かつ正確に取り付けるために、標準工具ハンドルを使用する必要があります。工具の数は可能な限り減らすべきです。工具を取り付けたら、その工具で実行できるすべての加工部分を完了する必要があります。工具のサイズ仕様が同じであっても、荒仕上げ工具は別々に使用する必要があります。穴あけの前にフライス加工を行うべきです。表面仕上げを最初に行い、次に2D輪郭仕上げを行うべきです。可能な限り、CNC工作機械の自動工具交換機能を使用して生産効率を向上させるべきです。

純アルミニウム加工時に発生する問題点と解決策、刃がアルミニウムに付着しやすい場合の分析と解決策：

1. アルミニウム素材は質感が柔らかく、高温でもくっつきやすい。

2. アルミニウムは高温に弱く、簡単に開いてしまう。

3. 加工切削液に関連して：良好な油潤滑性能；良好な水溶性冷却性能；高い乾式切削コスト；

4. 純アルミニウムを加工する場合は、アルミニウム加工専用のエンドミルを選択する必要があります。正の先端角、鋭い切削刃、大きな切りくず排出スロット、45度または55度のヘリックス角。

5. 加工対象物とCNC工具の材質の親和性が高い。

6. 粗削り用フロントツールで軟質材料を加工する。

推奨事項：工作機械の状態が不良から良好、要求水準が低から高の場合は、高速度鋼、コーティング研磨超硬合金、PCD多結晶ダイヤモンド、単結晶ダイヤモンドを使用してください。

7. 低速では切削油で回避でき、高速ではオイルミスト潤滑により効果が向上し、アルミニウム合金に適しています。

高温、高圧、高速、腐食性流体媒体中での部品の動作、加工が困難な材料の適用、切削加工の自動化レベルと加工精度の要求がますます高くなっています。この状況に適応するために、ツールの開発方向は、新しいツール材料の開発と適用、ツールの蒸着コーティング技術のさらなる開発、高靭性・高強度のマトリックス上に高硬度コーティングを堆積し、ツール材料の硬度と強度の矛盾をより良く解決すること、インデックス可能なツール構造のさらなる開発、ツールの製造精度の向上、製品品質のばらつきの低減、ツールの使用の最適化となります。CNCアルミニウム合金加工ツールの選び方。