始める前に読もう！切削加工の基礎

はじめに

切削加工は製造業において基本的かつ重要な加工方法の一つであり、その基礎を理解することは製品の設計や生産において不可欠です。

1. 切削工具の種類と特性: 切削加工には、多種多様な切削工具が使用されます。これらの工具には、刃先の形状や切削する材料によって異なる特性があります。例えば、旋盤で使用されるツールビットには、ツールの先端の形状によって様々な加工操作が可能です。また、フライス盤で使用されるフライスカッターには、刃の数や形状によって異なる切削効率や仕上がりが得られます。
2. 切削加工の原理と力学: 切削加工の原理は、切削工具の刃先が材料表面に接触し、その刃先が削り取る力を加えることによって材料が削り取られるというものです。この際、切削工具の刃先には切削抵抗や摩擦が発生し、切削力が生じます。切削力の大きさは、材料の硬度や切削条件によって異なります。
3. 切削加工の加工条件: 切削加工における加工条件は、切削速度、送り速度、切削深さなどの要素で決定されます。これらの条件は、加工対象の材料や形状、加工精度の要求などに応じて適切に設定する必要があります。例えば、高速で切削すれば生産性が向上しますが、材料や切削工具の寿命に影響を与える可能性があります。
4. 切削加工の加工精度と表面仕上げ: 加工精度は、切削加工における重要な指標の一つです。加工精度は、切削工具の精度や加工条件の精度、材料の特性などに影響されます。加工後の表面仕上げも重要であり、切削工具や加工条件の選択によって表面の粗さや仕上げ品質を調整することができます。高い加工精度と優れた表面仕上げは、製品の品質と見た目に直接影響を与えます。
5. 安全性と保護: 切削加工は高速回転する切削工具を使用するため、適切な安全対策が必要です。作業者は適切な保護具を着用し、機械操作の安全ルールを守る必要があります。切削加工における事故や怪我を防ぐために、作業環境の整備や定期的な安全教育も必要です。また、切削加工の過程で発生する切削液や粉塵の排出も安全性と健康への配慮が必要です。

これらの要素を総合的に考慮することで、切削加工を効率的かつ安全に行うことができます。また、切削加工の理論や技術を継続的に学習し、実践することで、高度な加工技術を習得することが可能です。

フライス加工の特徴

フライス加工は、工作機械の一種であるフライス盤を用いて行われる加工方法のことです。フライス盤は、回転する切削工具（フライスカッター）を用いて、加工物の表面を削り出す加工を行います。この方法は、金属やプラスチックなどの様々な材料を加工する際に広く使用されています。

フライス加工の主な特徴は以下の通りです。

1. 高精度な加工: フライス盤は高い精度で加工が可能であり、複雑な形状や細かい部品を作るのに適しています。
2. 多様な加工可能: フライス盤は様々な切削動作を組み合わせることで、穴あけ、溝切り、複雑な立体形状の加工など、幅広い加工が可能です。
3. 効率的な加工: 適切にプログラムされたフライス加工は、比較的短い時間で高品質な部品を製造することができます。
4. 自動化が容易: コンピュータ制御（CNC）による自動化が一般的であり、複数の工程や部品の連続加工が容易に行えます。

フライス加工は、航空宇宙、自動車、医療機器、そして一般的な機械製造などのさまざまな産業で重要な役割を果たしています。高精度な部品や複雑な形状を必要とする産業では、フライス加工が一般的に採用されています。

旋盤加工の特徴

旋盤加工は、工作機械の一種である旋盤を使用して行われる加工方法のことです。旋盤は、回転する加工物を固定し、切削工具を加工物に対して移動させることで加工を行います。この方法は、金属やプラスチックなどの材料を円筒形や円錐形などの回転体に加工する際に広く使用されています。

旋盤加工の主な特徴は以下の通りです。

1. 精密加工: 旋盤は高い精度で加工が可能であり、円筒面、円錐面、スレッドなどの形状を作成することができます。
2. 対称形状の加工: 旋盤は、回転体の対称形状を作成するのに適しています。例えば、軸受け、ボルト、ナットなどの部品を製造するのに使用されます。
3. 高効率な加工: 適切に設定された旋盤は、短時間で多くの部品を加工することができます。
4. 自動化が容易: コンピュータ制御（CNC）による自動化が一般的であり、複数の工程や部品の連続加工が容易に行えます。

旋盤加工はも、自動車産業、航空宇宙産業、医療機器産業などのさまざまな産業で幅広く使用されています。軸受け、シャフト、ピストン、歯車などの部品の製造において特に重要です。また、旋盤はプロトタイプの製造や修理作業にも広く利用されています。

平面研磨の特徴

平面研磨は、平面状の表面を平滑化し、仕上げるための加工方法の一つです。このプロセスでは、研磨機や研削機を使用して、加工物の表面に研磨材を持った研削輪を接触させ、微細な材料を削り取りながら表面を均一に仕上げます。

平面研磨の主な特徴は以下の通りです。

1. 表面精度の向上: 平面研磨は、表面の平滑化と仕上げによって高い表面精度を実現します。これにより、部品の寸法精度や外観の品質が向上します。
2. 表面の均一化: 平面研磨は、加工物の表面に均一な仕上げを施すことができます。不均一な表面や凹凸を除去し、均一な光沢や質感を与えることが可能です。
3. 寸法精度の向上: 平面研磨は、部品の寸法精度を向上させることができます。特に、平坦な表面が必要な部品や精密部品の製造に適しています。
4. 表面の仕上げ: 平面研磨は、加工物の表面にさまざまな仕上げを施すことができます。例えば、鏡面仕上げやマット仕上げなど、要件に応じた様々な仕上げが可能です。

平面研磨は、金属やプラスチック、ガラスなどの様々な材料の加工に使用されます。自動車部品、精密機器、光学部品など、さまざまな産業で広く利用されています。高精度な平面研磨は、部品の機能や外観に大きな影響を与えるため、製造プロセスの重要な一部となっています。

ボール盤の特徴

ボール盤は回転する切削工具を用いて穴を開けるための加工装置です。ボール盤は、一般的に垂直の切削動作を行い、加工物を固定し、回転するドリルビットを用いて穴を加工します。この方法は、金属や木材などの様々な材料の穴あけ加工に広く使用されています。

ボール盤の主な特徴は以下の通りです。

1. 穴あけ加工: ボール盤は、精度の高い穴あけ加工を行うために設計されています。異なる径や深さの穴を効率的に加工することができます。
2. 安定性と精度: ボール盤は、加工物を固定し、切削工具を安定して移動させるための堅牢な構造を持っています。これにより、高い加工精度が得られます。
3. 多様な材料への対応: ボール盤は、金属、木材、プラスチックなどさまざまな材料に対応しています。また、異なる硬度や厚みの材料を加工することが可能です。
4. 手動操作と自動化: ボール盤は、手動で操作するだけでなく、コンピュータ制御（CNC）による自動化も可能です。CNCボール盤では、複数の穴を正確に配置するなど、高度な加工が可能です。

ボール盤は、機械加工工場や製造工場などのさまざまな産業で幅広く使用されています。部品の製造や修理、プロトタイプの製作など、様々な目的で利用されています。その信頼性と汎用性から、ボール盤は工作機械の中でも重要な位置を占めています。

切削加工のメリット

切削加工は、さまざまな産業や製造分野で広く利用されており、そのメリットは多岐にわたります。

1. 高精度加工: 切削加工は高い精度が得られる加工方法の一つです。CNC（コンピュータ数値制御）技術を用いることで、微細な形状や寸法の加工が可能であり、高い加工精度が求められる産業や製品の製造に適しています。
2. 幅広い材料対応: 切削加工は様々な種類の材料に対応しています。金属、プラスチック、木材など、さまざまな材料を切削加工で加工することができます。これにより、異なる材料を組み合わせた製品の製造や、材料の特性に応じた加工が可能です。
3. 大量生産可能: 切削加工は工具や機械の設定によって大量生産が可能です。一度に多くの部品を同時に加工することができるため、大量生産に適しています。特にCNC技術を活用することで、自動化された生産ラインを構築し、効率的な大量生産が実現できます。
4. 加工品質の一貫性: 切削加工においては、加工条件を適切に管理することで、加工品の品質を一貫して確保することが可能です。CNC技術を用いることで、加工条件の精密な制御が可能であり、加工品の品質管理が容易です。
5. 複雑な形状の加工: 切削加工は、複雑な形状や細かなディテールを持つ部品の加工にも適しています。工具の移動や回転を制御することで、複雑な形状を持つ部品を高精度で加工することができます。

これらのメリットからも分かるように、切削加工は広範な産業において重要な加工方法であり、高精度な部品の製造や大量生産に適しています。

切削加工のデメリット

切削加工には多くのメリットがありますが、同時にいくつかのデメリットも存在します。

1. 加工時間の長さ: 切削加工は、材料を削り取る加工方法であり、加工時間が比較的長くなる場合があります。特に複雑な形状や高精度の加工を行う場合は、加工時間がさらに長くなることがあります。
2. 加工精度への影響: 切削加工では、加工時に発生する振動や摩擦などの影響で加工精度が低下することがあります。特に高速切削や大型部品の加工では、加工精度の維持が難しくなることがあります。
3. 加工表面の仕上げが必要: 切削加工によって加工された部品は、加工表面に微細な溝や凹凸が残ることがあります。そのため、加工後に仕上げ作業（研磨や表面処理）が必要となる場合があります。
4. 加工コストの高さ: 切削加工には、工具の消耗や機械のメンテナンスなどにかかるコストが比較的高いというデメリットがあります。特に高い加工精度や高い生産性を求める場合は、高性能な切削工具や機械を使用する必要があり、それに伴うコストがかさむことがあります。
5. 材料のロス: 切削加工では、加工時に材料が削り取られるため、ロスが生じることがあります。特に高価な材料を使用する場合や、大量生産の場合は、このロスがコスト面で影響を及ぼす可能性があります。
6. 加工中の熱の影響: 切削加工中には摩擦熱が発生し、加工材料や工具が熱を帯びます。これにより、加工精度の低下や工具の劣化、加工材料の変質などが起こる可能性があります。

これらのデメリットを考慮しながら、切削加工を適切に計画し、工程を最適化することで、効率的な製造が可能です。

加工ひずみ

加工ひずみに関しては別の記事にて参照お願いいたします。

加工ひずみとは

金属素材は溶かした金属を圧延という加工方法を経て素材になっていきます。 その時金属を各々の厚みへと加工するために加熱して可塑性（変形しやすさ）が向上させ、延ばしやすくします。その上で圧力を加えて成形していき、冷却工程を通して完成となりますが、高温冷却、延ばしの工程中に残留応力が発生し歪みが起きます。

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2024.04.04

切削工具

1. 種類：
   • ドリルビット：円筒形の切削工具で、穴を開けるために使用されます。一般的に、回転運動を伴う工作機械に取り付けられます。主な種類には、通常のドリルビット、センタードリル、コアドリルなどがあります。
   • フライスカッター：平面や立体形状を加工するための工具で、フライス盤に取り付けられます。フライスカッターには、エンドミル、ボールエンドミル、フェースミルなどがあります。
   • 旋盤刀具：旋盤に取り付けられ、円筒形や円錐形の材料を削り出すための工具です。種類には、外径ツール、内径ツール、切断ツール、溝入れツールなどがあります。
   • ミーリングカッター：主に平面加工や溝加工に使用される切削工具で、フライス盤に取り付けられます。平面ミーリングカッター、テーパーミーリングカッター、溝入れミーリングカッターなどがあります。
2. 構造：
   • 切削部：切削工具の一番先端に位置し、材料を削り取る役割を果たします。切削部の形状や角度は、加工対象や加工条件によって異なります。
   • シャンク：工具を工作機械に取り付ける部分で、一般的に円筒形状をしています。シャンクの形状やサイズは、使用する工作機械に合わせて選択されます。
   • 刃先：切削部に位置し、実際に材料を削り取る部分です。刃先の形状や材料によって、切り粉の排出や切削効率が変化します。
3. 材料：
   • 高速度鋼（HSS）：一般的な切削工具の材料で、耐摩耗性や熱硬化性があります。一般的な金属加工に適しています。
   • 固体炭化物（硬質合金）：高速度鋼よりも硬度が高く、耐摩耗性や耐熱性に優れています。高速切削や硬い材料の加工に適しています。
   • セラミック：高温や高速切削に耐えることができ、特に鋳鉄や耐熱合金の加工に適しています。
4. 切削条件：
   • 回転速度：切削工具の回転速度は、加工する材料の種類や工具のサイズによって異なります。適切な回転速度を設定することで、加工効率や切削品質が向上します。
   • 送り速度：切削工具が材料に進行する速度であり、適切な送り速度を設定することで加工品質や工具寿命を管理します。
   • 切削深さ：一度に削り取る材料の厚みであり、適切な切削深さを設定することで切削負荷を管理し、工具の寿命を延ばします。

切削工具は、加工目的や材料の特性に応じて適切に選択し、適切な切削条件を設定することが重要です。また、定期的なメンテナンスや交換を行うことで、切削工具の性能を最大限に引き出すことができます。

切削加工条件

切削加工条件については別の記事であげてありますので、そちらをご覧ください。

初心者から学ぼう切削加工条件の求め方

切削速度は、切削工具が加工物の表面を通過する速度を表します。一般的に、切削速度は以下の式で求めることができます。切削速度 (V)=切削工具の直径 (D)×π×回転数 (N)　fは1刃送り（Feed Rate）です。単位は通常、ミリメートル毎回転（mm/rev）やインチ毎回転（inch/rev）です。 Nは回転数（Rotations per Minute, RPM）です。

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2024.02.28

切削加工の注意点

1. 安全対策: 切削加工は高速回転する工具や材料の削りカスが発生するため、安全対策が非常に重要です。作業者は適切な保護具（安全メガネ、耳栓、手袋など）を着用し、機械の安全ガードを確実に使用する必要があります。
2. 適切な工具の選定: 切削材料や加工条件に合わせた適切な切削工具を選定することが重要です。適切な刃の形状、材質、コーティングなどを選ぶことで、加工品質や工具寿命を向上させることができます。
3. 加工条件の適正化: 適切な切削速度、送り速度、切削深さなどの加工条件を設定することが重要です。過剰な切削負荷や摩擦熱の発生を避け、工具や加工品の寿命を延ばすために、加工条件を適正化する必要があります。
4. 加工品の固定: 加工品をしっかりと固定することが重要です。加工中に加工品が動くと加工精度が損なわれるだけでなく、作業者の安全も脅かされます。適切な治具や固定具を使用して、加工品を確実に固定するようにします。
5. 適切な冷却・潤滑: 切削加工中に発生する摩擦熱を制御するため、適切な冷却や潤滑を行うことが重要です。冷却液や潤滑油を使用して、工具と加工材料の摩擦を減らし、加工品の表面品質を向上させることができます。
6. 定期的なメンテナンス: 切削工具や加工機械の定期的なメンテナンスを行うことも重要です。刃の研磨や交換、機械の精度調整などを定期的に行うことで、加工品質の安定性や作業効率の向上につながります。
7. 加工残りの管理: 加工残りや切屑の適切な管理も重要です。加工残りが作業領域に溜まると、作業効率が低下するだけでなく、作業者や機械の安全にも影響を与えます。加工残りを定期的に除去し、作業環境を清潔に保つことが重要です。

これらの注意点を遵守することで、切削加工における作業効率や安全性を向上させることができます。