旋削加工において、切削深さは加工効率、表面品質、工具寿命に直接影響します。旋盤加工では、びびり振動、寸法誤差、工具の急速な摩耗、表面粗さといった問題は、多くの場合、切削深さの設定ミスに起因します。材料、切削工具、加工段階によって、適切な切削深さは異なります。パラメータを適切に調整することで、加工の安定性を向上させ、生産コストを削減できます。
旋削切削深さとは何ですか？
旋削加工における切削深さとは、通常、切削工具が一度の切削で除去する材料の厚さを指します。これは切削深さとも呼ばれます。
計算方法は比較的単純です。
- 切削深さ = (元の直径 − 最終直径) ÷ 2
- 値が大きいほど、1回の処理で除去される材料の量が多くなります。
- 値が小さいほど、より精密な加工結果が得られます。
例えば、元の加工物の直径が60mmで、最終的な直径が56mmの場合、切削深さは2mmになります。
切削深さは、必ずしも大きいほど良いとは限りません。切削深さが深すぎると機械への負荷が増加し、振動や工具破損の原因となる可能性があります。一方、切削深さが浅すぎると、加工効率が低下し、摩擦切削が発生して表面仕上げに悪影響を及ぼす可能性があります。
荒削りと仕上げ削りにおける切削深さの選び方
粗加工と仕上げ加工では、加工目的が全く異なるため、使用するパラメータも大きく異なります。
荒削り切削深さ
荒削りの主な目的は材料を素早く除去することであるため、通常はより大きな切削深さが選択されます。
一般的な範囲は以下のとおりです。
- 軟鋼：2mm～5mm
- 鋳鉄：3mm～8mm
- アルミニウム合金：2mm～6mm
荒削り加工においては、切削深さを大きくすることで生産性が向上します。ただし、機械の剛性が不十分な場合や、ワークピースがしっかりと固定されていない場合は、切削深さを小さくする必要があります。
荒削り加工は通常、加工効率全体を向上させるために、より大きな送り速度と組み合わせて行われる。
仕上げ加工切削深さ
仕上げ加工は寸法精度と表面品質を重視するため、切削深さは一般的にかなり小さくなります。
一般的な範囲は以下のとおりです。
- 標準仕上げ旋削：0.2 mm～0.5 mm
- 高精度部品：0.05 mm～0.2 mm
- 鏡面仕上げ：高速切削による浅い切削
仕上げ加工時に切削深さが大きすぎると、工具痕や寸法誤差が生じ、表面品質が低下する可能性があります。
多くのCNC旋盤には、粗加工後に残った寸法誤差を修正し、最終加工時の安定性を向上させるための半仕上げ工程も備わっている。
異なる材料に対する切削深さの選択
材料によって硬度が異なるため、切削深さはそれに応じて調整する必要があります。
炭素鋼と45鋼
一般的な炭素鋼は被削性が良く、中程度から大きな切削深さまで対応できる。
一般的な設定:
- 粗削り：2mm～4mm
- 仕上げ旋削：0.2 mm～0.5 mm
45鋼は機械加工において広く用いられている。適切な切削工具を用いれば、ほとんどの機械で効率的に加工できる。
ステンレス鋼の機械加工
ステンレス鋼は、構成刃先や加工硬化を起こしやすい。
ステンレス鋼を加工する場合：
- 切削深さは小さすぎないように
- 工具と加工物との摩擦が繰り返されることは避けるべきである。
- 安定した連続切断を維持する必要があります
多くの経験豊富な機械加工技術者は、ステンレス鋼の加工において、やや深く、より速い切削条件を好む。
アルミニウム合金の機械加工
アルミニウムは切削抵抗が低く、より大きな切削深さとより高い主軸回転速度に対応できる。
その加工特性は以下のとおりです。
- 簡単な切りくず除去
- 高い加工効率
- より良い表面仕上げ
アルミニウムの荒加工工程によっては、切削深さが5mmを超える場合がある。
高硬度材料
硬化鋼や高硬度合金は、切削工具により高い性能を要求する。
機械加工に関する推奨事項は以下のとおりです。
- 切削深さを減らす
- 供給速度を下げてください
- 切断時の熱を制御する
多くの焼き入れ部品の場合、仕上げ旋削の深さはわずか0.1mm程度である。
切削深さに影響を与える主な要因
切削深さは固定値ではなく、実際の加工条件に応じて調整する必要があります。
機械剛性
大型CNC旋盤は通常、剛性が高く、より重い切削負荷に耐えることができます。小型旋盤や摩耗した機械は、振動が発生しやすいため、重切削にはあまり適していません。
ツールの種類
異なる工具は、異なる切断能力に対応できる。
具体的な例を挙げますと、以下の通りです。
- 超硬インサートは重切削に適しています
- 高速度鋼製の工具は、軽い切削に適しています。
- CBN工具は硬化材料に適しています
一般的に、工具先端の半径が大きいほど、より深い切削が可能になります。
ワークピースのクランプ状態
細長いシャフトは、締め付けの安定性が低いと容易に振動する可能性がある。
この状況では:
- 切削深さを減らす必要がある
- 供給速度を下げるべきである
- 心押し台または振れ止め台が必要になる場合があります
そうしないと、先細りや表面の波打ちが生じる可能性があります。
切削屑の除去と冷却
切削深さが増加すると、切りくずの量も増加する。
チップの排出不良は、以下のような問題を引き起こす可能性があります。
- チップの絡み合い
- 表面の傷
- 工具の温度が急速に上昇する
冷却液を適切に使用することで、加工安定性を大幅に向上させることができます。
切削深さ設定における一般的な問題点
機械加工における多くの不具合は、切削深さの選択ミスに直接起因している。
切削深さが大きすぎる場合：
- スピンドル負荷が増加する
- おしゃべりが起こりやすくなる
- 工具破損のリスクが高まる
- 表面品質が低下する
切削深さが小さすぎる場合：
- 加工効率が非常に低くなる
- 摩擦切削が発生する場合があります
- ステンレス鋼は硬化する可能性があります
- 表面に汚れが付着することがあります
もう一つのよくある問題は、パラメータのマッチング不良です。切削深さ、主軸回転速度、送り速度は互いに連携して機能する必要があります。いずれか一つのパラメータだけを調整すると、加工条件が不安定になる可能性があります。
