高速加工技術について

1998年11月10日　埼玉県工業技術センター　野口　清隆

1.高速加工とは

「切削工具を高速回転させ、それに応じて高い送り速度で切削を行うことにより、加工の高能率化を図ろうとするもの」

2.高速加工の必要性

金型の形状は一般的に自由曲面を有し、その加工にはボールエンドミルが使用される。ボールエンドミル加工では、ピックフィードＰと工具半径Ｒにより、P^２/8Rで表される凹凸が残る。これを小さくするためには、工具半径を大きくするか、ピックフィードを小さくすることになる。工具半径を大きくすると凹部の加工に支障をきたすため、実際はピックフィードを小さくして加工することになり、加工時間が増大する。これを解消するためには工具を高速で回転させて、それに応じた高い送り速度で切削を行えばいいわけであり、高速加工の必要性が生じる。

3.高速加工の背景

アルミ合金のような軟質の金属の切削では、以前より広く活用されている。近年の高速加工機械の開発や工具の技術革新により、従来、放電加工で行われていた金型材（焼入鋼）の加工にも適用できるようになった。

4.高速加工の利点

• 加工時間短縮（高能率加工、工程削減）
• 工具本数削減
• 表面粗さの向上（微小ピックフィード）
• 形状精度の向上（切削熱小）
• 切削抵抗の減少
• 高硬度材加工
• 難削材加工（ステンレス、発泡スチレン、ゴム等）
• 難形状加工（微細穴、薄肉形状等）
• クリーンな環境（ドライ切削）

5.高速加工を実現するための要素技術

5-1　加工機
5-1-1　高速回転主軸
毎分数万回転で回転するもの。
軸受けの方式

• ボールベアリング軸受け方式（セラミックボール）
• 空気静圧軸受け方式
• 磁気軸受け方式

5-1-2　高速、高加減速送り
実際の加工では、切削経路が変化する度に、停止と移動を繰り返すため、速度よりも加速度の方が重要。送り速度10m/min以上。送り加速度1G程度。
送り機構の方式

• ハイリードボールスクリュ方式
• リニアモータ方式

5-1-3　主軸と工具の接続、保持（ツーリング）
主軸が高速回転すると遠心力の影響で主軸テーパ部が変形することにより、接続状態が不安定になる（剛性低下、振れ）、Ｚ軸方向に工具が引き込まれる（精度低下）等の問題が生じる。 ツーリングの方式

• ２面拘束方式
• 主軸に超精密級のコレットを内蔵した方式
• 焼きばめ方式

5-2　工具
5-2-1　工具材種と切削条件

cf：送り速度　　0.05 〜 0.2mm（１刃当たり）

工具材種	周速［m/min］	備考
ハイス（SKH）	〜50	対象材種：NAK55相当
超硬（TiN）	70〜150	HRC40程度
超硬（TiAlN）	100〜350
サーメット	400〜700
ＣＢＮ	800〜1200

5-2-2　工具デザイン
刃先のチッピング破損を防止するため、すくい角を負にする。また、小径の工具で剛性を確保するため、チップポケットを小さくして、溝底径を大きくとる。切れ刃長は可能な限り小さくする。
5-3　ツールパスの生成

• パス計算速度高速化、ＮＣ内蔵メモリ大容量化、プログラム転送速度高速化
  （小径エンドミルで、切り込みを小さくした加工法であり、ＮＣデータ量が膨大であるため）
• ダウンカット、工具負荷一定
• アプローチ方法
  （高速加工の際にはアプローチの時が最もダメージを受けやすい）
• パスの確認

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