試作人基礎講座

本日は旋削加工についての解説記事となります。
旋削加工やバイトの種類など解説していきますので、是非ご覧ください♪

旋削加工とは

旋削加工とは、回転する材料に工具を押し当て、表面を削り取っていく除去加工の一つです。
材料を回転させることから、円柱や円筒といった円形のものを加工する際に用いられます。
材料の回転数を変えたり、複数の工具を使い分けたりすることで、複雑な形状の加工を行える点がメリットです。
一般的な旋削加工は、旋盤という工作機械にバイトと呼ばれる工具を取り付けて行います。

旋削加工と切削加工との違い

材料から不要な部分を除去し、目的の形状へと仕上げる加工を除去加工と呼びます。
この除去加工のひとつに、切削加工があげられます。
切削加工とは、工具を用いて金属などの材料を削ったり穴をあけたりする加工全般のことです。
旋削加工は切削加工の一種で、主に旋盤を用いて回転させた被削材に刃物を押し当て、不要な部分を除去することで目的形状に仕上げます。
旋削加工以外の代表的な切削加工には、フライス加工があげられます。
旋削加工は回転させた材料に工具を押し当てるのに対して、フライス加工は固定した材料に回転する工具を押し当てて切削を行う点が大きな違いです。

旋削加工の種類

外径加工

被削材の外周を削る加工です。
外径加工の中でも、外丸削り・段削り・テーパ削り・溝入れ・突っ切りなど、さらに細かく加工方法が分けられます。
片刃バイトや剣バイト、突っ切りバイトなどの工具が使われます。

端面加工

被削材の端面を切削する加工です。
純粋に端面を削る端面削り以外にも、正面削りや面取りなども端面加工に含まれます。
工具には片刃バイトや剣バイトが使われます。

内径加工

筒状の被削材の内径を加工するのが内径加工です。
穴あけ加工や中ぐり加工などが、内径加工にあたります。
ドリルや中ぐり(ボーリング)バイトといった工具を使って、加工を行います。

ねじ切り加工

円筒状の被削材の外径や内径に対して、ねじ山を作る加工です。
求めるねじのサイズやピッチに合わせたねじ切バイトが使われます。

総形加工

あらかじめ所定の形状に成型された工具を押し当てて、被削材の広い面を一気に削る加工です。
複雑な形状でも、効率的に加工することが可能です。
総形バイトと呼ばれる工具が使われます。

旋削加工で使うバイトの種類

構造による種類

旋削加工で使われるバイトは、刃先とシャンク(胴体部分)からできているシンプルな切削工具です。
構造の違いによって、刃先とシャンクが一体になったムクバイト(完成バイト)や、刃先がロウ付けされた付刃バイト、チップをシャンクに取り付けるスローアウェイバイトの3つに大きく分けることができます。
ムクバイトや付刃バイトは刃先を成形しなければならないので、使用するにはある程度の技術が必要です。
一方で、スローアウェイバイトはチップを交換するだけで使うことができるため、現在の主流になっています。

勝手による種類

バイトの刃が付いている方向を示すのが「勝手」で、ごく一般的な汎用旋盤の刃物台にバイトを取り付けて、被削材を右側から左側に向かって切削するのが「右勝手」、左側から右側に切削するのが「左勝手」と呼ばれます。
通常は右勝手のバイトを使用しますが、加工方法によっては左勝手のバイトを使うこともあるので注意が必要です。

旋削加工で使われる旋盤の種類

汎用旋盤(普通旋盤)

被削材を回転させて工具を左右前後に移動させる、一般的な機能を備えた基本的な構造の旋盤です。
小型で卓上に設置して使える、卓上旋盤と呼ばれるものもあります。
工具の交換や実際の加工をすべて手作業で行うため、大量生産にはあまり向きません。
一点物や試作品を作る際に使われることが多いです。

立旋盤

主軸が縦向きで、工具を垂直に動かす旋盤です。
被削材はテーブルに置いて回転させます。
被削材の下面で重量を受けて固定できることから、遠心力による振れやたわみを抑えられるのがメリットです。
そのため、大きなものの加工に適しています。

CNC旋盤

コンピュータによるNC(数値制御)で、被削材や工具をプログラム通りに移動させて加工を行う旋盤です。
様々な加工用途の工具を装着した回転バレットなどを備え、プログラム通りに自動で工具を選別しながら、複合的な加工を進めていくものも多くあります。
現在は、複合的な加工を行えるCNC(NC)旋盤の使用が一般的です。

作業の際は切削条件が重要

効率的な旋削加工を目指すうえでは、加工時間が短いこと、工具寿命を長く保つこと、加工精度が良いことの3つが重要です。
ただし、どれか1つを優先するとほかの要素が低下するため、総合的な作業の効率化を目指すには3つのバランスを保つ必要があります。
これら3要素のバランスをとるために設定されるのが「切削条件」です。
切削条件の設定においては、被削材の材質や工具の性能などを含めて考えなければなりません。
特に重要な切削条件の要素である、切削速度や送り量、切りこみ量についてご紹介します。

切削速度

切削速度とは、切削工具が被削材を削り取る速さのことです。
1分間に切れ刃が進んだ距離で表します。
仕上げ精度や加工時間、工具寿命に大きくかかわる要素で、切削速度が早いほど加工時間が短く仕上がりもよくなりますが、工具寿命は短くなります。

送り量

旋削加工において、主軸が1回転する間に工具を軸方向または半径方向へ進める距離が送り量です。
1分あたりに工具が進んだ距離を、主軸回転数で割ることが求められます。
送り量を大きくすると加工時間は短くなりますが、加工面は荒くなります。

切りこみ量

工具の切れ刃が被削材に当たっている距離(深さ)が、切りこみ量です。
切りこみ量が大きければ加工時間は短くなりますが、切削抵抗や切削熱も大きくなります。
工具の持つ切れ刃の長さで適切な切りこみ量は変化し、適正以上の切り込みで加工を行うと刃先が切削抵抗に耐え切れず、欠けや折損を起こしやすくなる点に注意が必要です。

加工時の切りくずもポイント

旋削加工を行うと、流れ型やせん断型、むしれ型、亀裂型など、さまざまな形状の切りくずが発生します。
加工状況を判断することができるので、切りくずの形状を見極めることもポイントです。
切りくずが滑らかにつながった状態の流れ型は、切削時の抵抗の変動が少ないときにあらわれる、理想的な切りくずです。
粉状の切りくずが排出されるせん断型や、表面がむしられるように排出されるむしれ型は、仕上げ面の精度が劣ります。
亀裂型は、加工物の表面に食い込みながら排出される切りくずで、表面に亀裂が生じるので、仕上げ面の精度は最も劣ります。
切りくず形状に何らかの問題が起こっている場合は、例として速度を上げる、切りこみ量を浅くするなど、切削条件を見直すことが大切です。

こちらの記事はSAKUSAKU様の記事を参照しております。

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