CNC（コンピュータ数値制御）加工の世界は広大で複雑であり、基本原則をしっかりと理解することが成功の鍵です。この分野に初めて足を踏み入れる方のために、知識を高め、一般的な課題を乗り越えるための29の技術的なヒントと洞察を紹介します。
1. 切削条件と加工結果の関係
切削温度に影響を与える3つの主要な要因は、切削速度、送り速度、および切り込み深さです。これらの要因は、調整されると、切削力や工具の耐久性にも異なる影響を与えます。例えば、切り込み深さを増やすと、送り速度や切削速度を増やすよりも切削力が劇的に増加します。
切削力は切り込み深さに比例します。つまり、切り込み深さを2倍にすると、切削力も2倍になります。対照的に、切削速度を上げると、切削力は徐々に減少する傾向があります。これらの原則は、生産性、工具摩耗、表面品質の最適なバランスを達成するために加工パラメータを最適化する方法を理解する上で重要です。
2. 診断ツールとしてのチップモニタリング
加工中に生成されるチップ（金属の削りくず）の外観は、加工プロセスに関する重要な手がかりを提供します。チップが折れたり色が急に変わったりする場合、過剰な切削力や過熱などの問題を示している可能性があります。オペレーターは、切削条件が正常範囲内にあるかどうかを監視するために、チップの形成と色を使用し、工具やワークピースの潜在的な損傷を回避できます。
3. 切削力の比例変化
実際には、切削力は予測可能な方法で変化します：
- 切り込み深さを2倍にすると、切削力も2倍になります。
- 送り速度を2倍にすると、切削力が約70%増加します。
- 切削速度を2倍にすると、切削力が減少しますが、この減少は緩やかです。
この関係は、切削速度を上げても切削力に大きな影響を与えないために、G99（回転ごとの送り）を使用するような加工戦略が好まれる理由を説明しています。
4. チップの色による温度指標
異なるチップの色は、異なる温度範囲に対応しています：
- 白色のチップは、200°C未満の温度を示します。
- 黄色のチップは、220–240°Cの温度を示します。
- 濃い青色のチップは、約290°Cで発生します。
- 青色のチップは、320–350°Cの温度を示します。
- 紫色または黒色のチップは、500°Cを超える温度で発生します。
- 赤色のチップは、800°Cを超える極端な温度を示します。
これらの色の指標は、機械工が最適な切削温度を維持するのに役立ち、材料の完全性を維持し、工具の摩耗を防ぐために重要です。
5. 凹面アークの精度
凹面アークを旋削する際、実際の測定値（X）が意図した直径（Y）と大きく異なる場合、問題が発生する可能性があります。例えば、XがYを0.8 mm以上超えると、旋削工具がアークの始点に擦れ、表面を損傷したり寸法誤差を引き起こす可能性があります。52度の小さな切削エッジ角を持つ工具など、正しい工具形状を使用することで、この問題を回避できます。
6. FANUCシステムにおける一般的なGコード
FANUCシステムにおけるGコードの理解は、効率的な加工に不可欠です。一般的なGコードには以下のものがあります：
- G21: メートル入力モード。
- G54: デフォルトの作業座標系。
- G96/G97: 一定表面速度制御。
- G99: 回転ごとの送り。
- G80: キャンドサイクルのキャンセル。
- G40: 工具ノーズ半径補正のキャンセル。
各コードは特定の機能を持ち、オペレーターが加工プロセスのさまざまな側面を制御するのに役立ちます。例えば、G96を使用して表面速度を制御することで、直径の変動に関係なく、ワークピース全体で一貫した仕上がりを確保できます。
7. ねじ切り速度の計算
ねじ切りを行う際の最適なスピンドル速度を決定するための一般的な公式は、S = 1200 / ピッチ安全係数（通常の安全係数は0.8）です。適切なスピンドル速度は、きれいで正確なねじプロファイルを保証し、特に高精度のアプリケーションで工具摩耗を最小限に抑えます。
8. ねじピッチの基準
外部ねじでは、ピッチは通常**公称ピッチ（P）の1.3倍**であり、内部ねじでは**1.08P**のピッチを使用します。この違いを理解することは、厳密な公差を達成し、組み立て時に外部と内部のねじが適切にかみ合うことを保証するために重要です。
9. 面取りのための手動工具ノーズ半径補正
手動で面取りする際には、正確な加工のために工具のノーズ半径補正を計算することが重要です。下から上への面取りの場合：
- Z = R * (1 - tan(a/2))
- X = R * (1 - tan(a/2)) * tan(a)
上から下への面取りでは、公式がわずかに変わりますが、原則は同じです。正しい補正により、正確な角度と表面間のスムーズな移行が保証されます。
10. 切削速度と力が工具寿命に与える影響
切削速度と切削力の関係は、工具寿命にとって重要です。送り速度が一定のまま切削速度が上がると、切削力は減少します。しかし、高速切削は生成される熱の増加により、工具摩耗を加速させる可能性もあります。切削力と内部応力が工具の容量を超えると、工具の破損が発生する可能性があります。
11. 送り速度の増加に対するスピンドル速度の調整
送り速度を0.05 mm増加させるごとに、スピンドル速度を50–80 RPM減少させます。この減少は、よりバランスの取れた工具摩耗を可能にし、工具の故障を防ぐために、増加した切削力と生成された熱を相殺します。
12. CNC旋削における特別な考慮事項
CNC旋盤を使用する際には、次の要素を考慮してください：
- 多くの経済的なCNC旋盤は、無段階速度制御のために可変周波数ドライブ（VFD）を使用しており、低速でトルクの問題を引き起こす可能性があります。
- 特に仕上げ加工中に、工具が単一サイクルで完全な操作を完了できることを確認してください。
- G96を使用して表面速度を制御し、直径が変化しても一貫した仕上げを維持します。
さらに、CNC旋盤でねじ切りを行う際には、高速を使用して滑らかで高品質のねじを確保する必要があります。
13. 溝入れ中の振動と工具破損
溝入れはしばしば振動と工具の破損を引き起こし、これは過度の切削力と不十分な工具剛性に起因します。短い工具突出し、大きな逃げ角、および広いインサートを使用することで、工具の剛性を向上させ、故障の可能性を減らすことができます。溝入れ工具を選択する際は、工具サイズと耐えられる切削力のバランスを考慮してください。
14. 溝入れ中の振動の原因
振動の一般的な原因には以下があります。
- 工具の突出しが長すぎて剛性が低下する。
- 機械の剛性が不十分で、工具が機械が処理できる以上の切削力を受ける。
- 低速の送り速度は、単位切削力を増加させ、振動を引き起こす。
スピンドル速度を上げるか、より剛性の高い機械設定を使用することで、これらの問題を軽減できます。
15. 時間経過による寸法の不安定性
部品のバッチを加工する際、工具の摩耗により数時間後に寸法がずれ始めることがあります。工具が摩耗すると切削力が増加し、ワークピースがチャック内でシフトし、不安定な寸法になる可能性があります。工具の状態を定期的に検査し、クランプ力を再調整することで、長時間の加工でも寸法精度を維持できます。
16. FANUCサブプログラムフォーマット
FANUCシステムでは、サブプログラムを2つの方法でフォーマットできます。
- P0000000: 最初の3桁はサイクル数を示し、最後の4桁はプログラム番号を示します。
- P0000L000: 最初の4桁はプログラム番号を示し、その後にサイクル数が続きます。
これらのフォーマットを理解することで、プログラム管理を効率化し、エラーを回避できます。
17. G71 シーケンス番号の制限
G71を使用した荒加工サイクルでは、PおよびQの値がプログラムのシーケンス番号を超えないようにしてください。FANUCシステムでは、これらの制限を超えると、G71-G73のフォーマットが不適切であることを示すアラームが発生します。
18. 深穴のドリリング
深穴をドリルする際には、チップ溝を研削してチップ排出効率を維持することを避けてください。適切なチップ排出は、工具の破損を防ぎ、清潔で正確な深穴を確保するために重要です。
19. Z方向のアークオフセット
アークの開始点が同じままでZ方向が「a」mmオフセットされると、アークの基底直径はa/2だけシフトします。この原理は、全体の形状を変更せずに部品の寸法を正確に調整するのに役立ちます。
20. 穴の直径の修正
加工中にドリルを回転させることで、穴の直径を調整できます。この方法は、工具を交換せずに微細な直径調整が必要なカスタム加工アプリケーションで特に有用です。
21. 材料のロードオプション
材料をCNC機械に供給する際には、主に3つのオプションがあります。
- セットアップごとに1つの部品。
- セットアップごとに2つの部品。
- フルバー供給。
各方法には、使用する材料やワークピースのサイズに応じた利点があります。
22. ステンレス鋼のドリリング
ステンレス鋼をドリルする際には、適切な切削動作を確保するために小さなセンタードリルを使用してください。コバルトドリルの場合、ドリリングプロセス中の焼きなましを防ぐためにチップ溝を研削しないでください。
23. マクロプログラムの使用によるサブプログラムの代替
マクロプログラムは、特定のシステムでサブプログラムを置き換えることができ、プログラムの数を減らし、プログラム管理を簡素化します。マクロを使用することで、サブプログラム呼び出しに関連する多くの一般的なエラーを排除できます。
24. ネジの楕円度への対処
ねじ切り中に楕円度が発生した場合、ワークピースがチャックで緩んでいる可能性があります。そのような場合、ねじ切り工具で追加のねじ切りパスを行うことで問題を修正できます。
25. ドリルプレスでの直径偏差の最小化
ドリルプレスで直接ドリルする際には、直径の偏差が発生する可能性があります。ただし、リーマ加工を行うことで通常は
許容範囲内の直径偏差。
26. 工具の問題の特定
外部ねじの一般的な問題は、過度の切削力による工具の破損です。これを避けるために、切削力を注意深く監視し、工具の故障を避けるために必要に応じて工具を交換する必要があります。
27. 高送り速度の管理
高送り速度で操作する際には、スピンドル速度を下げることで、増加した切削力をバランスさせることができます。送りが0.05 mm増加するごとに、スピンドル速度を50〜80 RPM減少させます。
28. 旋削中の工具寿命の理解
旋削操作中に切削速度を上げると切削力が減少しますが、工具の摩耗も加速します。逆に、切削速度を下げると工具寿命が延びますが、送り速度が高すぎると切削力が増加する可能性があります。
29. 表面仕上げと工具形状
工具の形状は、加工部品の表面仕上げを決定する上で重要な役割を果たします。適切なすくい角、クリアランス角、およびエッジ準備を持つ工具を使用することで、バリを最小限に抑え、滑らかな表面仕上げを確保します。これは高精度加工において非常に重要です。
これらの29のCNC加工のヒントを理解することで、初心者からプロフェッショナルまで、業界に関する深い洞察を得ることができ、効率を向上させ、一般的な落とし穴を回避できます。CNC加工に関わるすべての人にとって、これらの原則を習得することは、能力を大幅に向上させ、最終的にはより高品質な製品と効率的なワークフローにつながります。
