CNCマシニングセンターのねじ加工方法
ねじ加工は、CNC（コンピュータ数値制御）マシニングセンターの最も重要な機能の一つです。ねじ加工の効率と品質は、部品の加工品質とマシニングセンターの全体的な生産効率に直接影響を与えます。マシニングセンターの性能が向上し、切削工具が進化するにつれて、ねじ加工方法も進化しています。これにより、ねじ加工の精度と効率が徐々に向上しています。製造業者がマシニングセンターで合理的にねじ加工方法を選択し、製品の品質と生産効率を向上させ、品質事故を回避するために、いくつかのCNCマシニングセンターを使用したねじ加工方法をまとめました。これらの方法を詳しく見てみましょう：
タップ加工法
タップ加工、またはタッピングは、内部ねじを製造するための伝統的で広く使用されている方法です。この方法は、さまざまな材料で正確で信頼性のあるねじを実現するために不可欠です。
タッピング前のねじ底穴の決定
ねじ底穴の加工は、タップの寿命とねじ加工の品質に大きな影響を与えます。ねじ底穴の直径は、ねじ底穴直径公差の上限に近いドリルを使用する必要があります。例えば、M8ねじ穴の底穴直径はФ6.7+0.27mmであるため、Ф6.9mmのドリル直径が選択されます。このアプローチは、タップの加工余裕を減らし、タップの負荷を軽減し、その寿命を延ばします。適切な底穴の準備は、タップの破損リスクを最小限に抑え、結果として得られるねじの精度を確保します。
タップ加工の分類と特徴
タップを使用してねじ穴を加工する方法は最も一般的であり、主に直径が小さいねじ穴（D<30）および位置精度の低い要件に適しています。1980年代には、フレキシブルタッピングが使用されており、フレキシブルタッピングチャックを使用して、フィードとスピンドル速度の同期が取れないことによる軸方向のフィードエラーを補正していました。この方法は効果的でしたが、フレキシブルタッピングチャックの複雑さとコストが欠点でした。年々、CNCマシニングセンターの性能が向上し、リジッドタッピングが基本機能となりました。リジッドタッピングは、リジッドスプリングチャックを使用してタップを保持し、スピンドルのフィードと速度の同期を確保することで、プロセスを簡素化し、効率を向上させます。
リジッドタッピングは、フレキシブルタッピングに比べていくつかの利点があります。高速切削が可能で、マシニングセンターの全体的な効率を向上させ、製造コストを削減します。スプリングチャックは、フレキシブルタッピングチャックに比べて構造が簡単で、コストが低く、汎用性があります。エンドミル、ドリル、その他の切削工具も保持できるため、工具コストをさらに削減できます。
タップ加工のCNCプログラミング
タップ加工のプログラミングは比較的簡単です。現代のマシニングセンターには通常、パラメータの割り当てだけが必要な缶詰タッピングサイクルが含まれています。ただし、異なるCNCシステムには異なるサブルーチン形式とパラメータの意味があります。例えば、SIEMEN840C制御システムの形式はG84X_Y_R2_R3_R4_R5_R6_R7_R8_R9_R10_R13_であり、プログラミング中に12のパラメータを割り当てる必要があります。特定のCNCシステムに応じて正しいパラメータが設定されていることを確認することが、タッピング操作の成功にとって重要です。
タップの選定
タップの選定は、加工する材料を考慮する必要があります。タップメーカーは、異なる材料に対して異なるモデルを製造しており、不適切なタップを使用すると、ねじの破損やタップの破損などの問題が発生し、ワークピースが廃棄される可能性があります。さらに、貫通穴タップと盲穴タップを区別することも重要です。これらはリード長さと切りくず排出方法が異なります。タップシャンクの直径をチャックの直径と一致させることは、スムーズな加工のために重要です。例えば、鋳鉄用に設計されたタップをアルミニウムに使用すると、ねじ切りの問題や工具の故障が発生する可能性があります。したがって、材料に適したタップを選定することは、高品質のねじと工具の長寿命を確保するために重要です。
CNCマシニングセンター
単一ポイントねじ切り法
単一ポイントねじ切り、または単一ポイントねじ切り加工は、CNC機械で内部および外部ねじを製造するためのもう一つの重要な方法です。この方法は、特に大きなねじ穴や特殊なねじミルが利用できない場合に有用です。
単一ポイントねじ切りの注意事項
スピンドル速度と遅延：ねじ切り操作を開始する前に、スピンドルが定格速度に達することを確認します。遅延は、スピンドルが一貫して安定した速度で動作することを保証し、正確なねじ切りに重要です。
ツールの引き戻し：手動で研磨されたスレッド工具の場合、逆方向の引き戻しを避けてください。代わりに、スピンドルの位置決めとラジアルツールの動きを使用してツールを引き戻します。これにより、工具やワークピースの損傷を防ぎます。
正確なツールホルダーの製造：特に一貫したツールスロット位置のために、正確なツールホルダーの製造が不可欠です。ツールスロット位置が一貫していないと、スレッドの不正確さや品質の問題が発生する可能性があります。
複数のパス：スレッドを一度に完成させないでください。歯の破損や表面粗さの悪化を防ぐために、複数のパスが必要です。このアプローチにより、より高品質のスレッド仕上げが確保され、工具の破損リスクが軽減されます。
効率の考慮事項：単一ポイントスレッドカッティングは処理効率が低いため、単品、小ロット、または対応する工具がない特別なスレッドピッチに適しています。時間がかかるため、大量生産には適していません。
単一ポイントスレッドカッティングの特徴
単一ポイントスレッドカッティングは、タップやスレッドミルが利用できない場合の大きなスレッド穴に使用されます。この方法では、単一ポイント工具を使用して複数のパスでスレッドプロファイルをカットします。たとえば、タップやスレッドミルがない場合に単一ポイントカッティングを使用して位置公差0.1mmのM52x1.5スレッドを処理することで、テスト後に要件を満たすことができます。CNC機械が提供する精度と制御により、難しい材料でも高品質のスレッドを生成するための実行可能なオプションとなります。
単一ポイントスレッドカッティングのサンプルプログラム
G90 G54 G0 X0 Y0
N10 Z15
S100 M3 M8
定格速度に達するまでの遅延
スレッドカッティング
スピンドルの位置決め
ツールの引き戻し
ツールの撤退
このサンプルプログラムは、CNCマシニングセンターでの単一ポイントスレッドカッティングを実行するための基本的な手順を示しています。プログラムには、初期位置の設定、スピンドルの始動、およびスレッド操作の実行に関するコマンドが含まれています。また、スムーズで正確なスレッド生成を確保するためのツールの引き戻しと撤退のコマンドも含まれています。
スレッドミリング法
スレッドミリングは、CNC機械を使用してスレッドを生成するための高度で多用途な方法です。この方法では、回転する切削工具を使用してスレッドプロファイルをミリングし、従来のタッピングや単一ポイントスレッドカッティング方法に比べていくつかの利点を提供します。
スレッドミリング工具の分類
スレッドミリング工具は、インデックス可能なカーバイドインサートミルとソリッドカーバイドミルの2種類に分類されます。インデックス可能な工具は、インサートの長さよりも短いスレッド深さと長いスレッド深さの両方に適しており、ソリッドカーバイドミルは通常、工具の長さよりも短いスレッド深さに使用されます。工具の選択は、スレッドのサイズ、深さ、材料などの特定のスレッド要件に依存します。
スレッドミリングの特徴
スレッドミリングは、スレッドミリング工具と3軸同時運動（X、Y、およびZ軸の直線送り）を使用してスレッドを加工します。特に大きなスレッド穴や加工が難しい材料に有用です。スレッドミリングの主な特徴には以下が含まれます：
処理速度と効率：スレッドミリングは高速な処理速度と高い効率を提供し、大量生産に適しています。ミリング工具に硬質カーバイド材料を使用することで、高速切削と迅速な材料除去が可能です。
高精度：スレッドミリングは高精度と高い精度を提供し、高品質のスレッドを生成します。ミリングプロセスにより、スレッドプロファイルと深さを正確に制御でき、一貫して正確なスレッド生成が可能です。
改善された切りくず排出と冷却：スレッドミリングは、従来のタッピングに比べて切りくず排出と冷却が向上します。これは、アルミニウム、銅、ステンレス鋼などの従来の方法でスレッド加工が難しい材料を加工する際に特に有利です。
多用途性とコスト効率：スレッドミリング工具は多用途で、同じ工具で左ねじと右ねじの両方を生成できます（スレッドピッチが同じである場合）。これにより、工具の在庫とコストが削減されます。さらに、スレッドミリングは、大型または高価な部品のスレッド生成に最適であり、ワークピースの損傷リスクを最小限に抑えます。
さまざまなスレッドタイプへの適応性：スレッドミリングは、標準スレッド、カスタムスレッド、およびマルチスタートスレッドなど、さまざまなスレッドタイプに適しています。この適応性により、特殊で複雑なスレッドを生成するための貴重な方法となります。
スレッドミリングのCNCプログラミング
スレッドミリングのプログラミングは他の工具とは異なります。誤ったプログラミングは工具を損傷させたり、不良スレッドを生成したりする可能性があります。重要なポイントには以下が含まれます：
底穴の準備: スレッド底穴の適切な準備を確保します。小径穴にはドリルを使用し、大径穴にはボーリングを使用してスレッド底穴の精度を確保します。
ツールのエントリーとエグジット: ツールのエントリーとエグジットには、通常、Z軸で半ピッチ進む半円の軌道を使用します。これにより、ツールのスムーズな接触と離脱が確保され、ツールの損傷リスクが減少し、クリーンなスレッドプロファイルが得られます。
軸の同期: スレッドエラーを避けるために、X軸とY軸のアーク補間がスピンドルの1回転ごとに1スレッドピッチ進むようにします。機械軸の適切な同期は、正確なスレッド生産に不可欠です。
スレッドミリングのサンプルプログラム
G0 G90 G54 X0 Y0
G0 Z10 M3 S1400 M8
G0 Z-14.75 (スレッド深さに移動)
G01 G41 X-16 Y0 F2000 (エントリーポジションに移動し、半径補正を適用)
G03 X24 Y0 Z-14 I20 J0 F500 (アークエントリー)
G03 X24 Y0 Z0 I-24 J0 F400 (スレッドミリング)
G03 X-16 Y0 Z0.75 I-20 J0 F500 (アークエグジット)
G01 G40 X0 Y0 (中心に戻り、半径補正をキャンセル)
G0 Z100
M30
このサンプルプログラムは、CNC加工センターを使用したスレッドミリングのプロセスを示しています。プログラムには、初期位置の設定、スピンドルの始動、スレッドミリング操作の実行のためのコマンドが含まれています。また、正確で正確なスレッド生産を確保するためのツールのエントリー、エグジット、および同期のコマンドも含まれています。
CNCスレッド加工の追加考慮事項
CNC加工センターでスレッド加工方法を選択する際には、いくつかの追加要因を考慮する必要があります:
1. 材料特性: ワークピースの材料特性は、適切なスレッド加工方法を決定する上で重要な役割を果たします。高硬度または高靭性の材料は、正確なスレッドを達成するために特殊なツールと技術を必要とする場合があります。
2. スレッド仕様: スレッドの仕様（スレッドサイズ、ピッチ、許容差など）は、加工方法の選択に影響を与えます。例えば、細かいピッチのスレッドは、粗いピッチのスレッドとは異なるツールと技術を必要とする場合があります。
3. 生産量: 生産量とバッチサイズは、スレッド加工方法の選択に影響を与えます。大量生産では、効率性のためにスレッドミリングが有利であり、少量生産やカスタムスレッドにはシングルポイントスレッドが適している場合があります。
4. ツール寿命とコスト: スレッドツールの寿命とコストを考慮する必要があります。寿命の長い高品質のツールは、全体の生産コストを削減し、効率を向上させることができます。ただし、初期のツールコストとメンテナンスも意思決定プロセスに含める必要があります。
5. 機械の能力: リジッドタッピングの可用性、スピンドル速度、軸の同期など、CNC加工センターの能力と機能は、スレッド加工方法の選択に影響を与えます。選択した方法を機械がサポートできることを確認することが、スレッド生産の成功に不可欠です。
6. 品質要件: 最終製品の品質要件（スレッドの精度、表面仕上げ、位置公差など）は、加工方法の適合性を決定します。選択した方法が品質基準を満たしていることを確認することは、高品質のスレッドを生産するために不可欠です。
これらの要因を慎重に考慮し、適切なスレッド加工方法を選択することで、製造業者はCNC加工操作を最適化し、製品の品質を向上させ、生産効率を高めることができます。従来のタッピング、シングルポイントスレッド、または高度なスレッドミリングを使用するかにかかわらず、各方法の強みと限界を理解することが、成功し信頼性の高いスレッド生産を達成するための鍵です。
結論
CNC加工センターは、それぞれ独自の利点と用途を持つさまざまなスレッド加工方法を提供します。タップ加工、シングルポイントスレッドカッティング、スレッドミリングは、さまざまな材料と用途で高品質のスレッドを生産するための多用途で効率的なソリューションを提供します。最新のCNC機械の能力を活用し、適切なスレッド加工方法を選択することで、製造業者は正確で信頼性が高く効率的なスレッド生産を達成し、今日の競争の激しい製造環境の要求を満たすことができます。
