旋盤加工で起こるトラブルを抑える方法とは?

非球面レンズ形状 部品

旋盤加工とは?

旋盤加工とは、切削加工の一つであり切削工具であるバイトを固定してワークを回転させながら削り取る加工方法を旋盤加工と呼びます。旋盤加工では、バイトの刃部がワークと常に接触し続ける切削のため連続切削とも呼びます。バイトは、胴体部分の「シャンク」と先端部分の「刃先」から出来ている切削工具で、構造の違いによっても種類が分かれています。刃先とシャンクが同じ素材で一体となっている「ムクバイト」、刃先をシャンクに溶着している「付刃バイト」、シャンクの先端に刃先を取り付け、摩耗や破損で切れ味が悪くなった場合にチップを交換するだけで何度でも繰り返し使用が可能である「スローアウェイバイト」の主に3種類に分類されます。

旋盤加工では、真円度の高い円柱状の工作物の切削に特化しており、例えばシャフトやボルト、ピン等の小物工業製品の製作に適しています。旋盤では、切削工具の種類を変更することで幅広い加工を実現が可能であり、穴あけ加工をはじめ、ねじ切り加工やテーパー加工まで旋盤では対応可能でございます。

旋盤加工で起こるトラブルを抑える方法とは?

旋盤加工では、真円度の高い切削品を製作する上で選ばれる加工方法です。しかし、適切な切削条件での加工でないと精度の低い加工品となってしまいます。ここでは、旋盤加工の加工条件で重要なポイントをご紹介いたします。

①振れを抑える

旋盤加工ではワークを回転させるため、その回転で発生する遠心力により真円度が大きくなりカタチが崩れる場合がございます。その振れを抑えるために芯押し台で先端を抑えることが重要です。これは、芯押し台は工作物端面の中心を抑える役割があります。チャックで固定されたワーク中心と、振れ止めの中心がズレていると機械を起動したときにワークが飛ぶ恐れがあります。また、振れ止めの締め付け力が弱いと精度上問題が生じますが逆に、締め付け力が強すぎると振れ止め先端がワークにキズが生じるため、パイプの径や肉厚ごとに締め付け力の調整が必要です。

②熱を抑える

切削熱は工作物、切削工具、切りくずにそれぞれ伝播します。工作物では熱膨張するため、設定切込み深さよりも実際の切込み深さが大きくなり、削り過ぎが生じます。また切削工具は温度が高くなると軟化するため工具寿命が短くなります。そのため発生する摩擦熱を抑える方法としてクーラントで冷やすという方法が最も有効です。クーラントの役割の中には、「潤滑」「冷却」の2つの役割がございます。

潤滑
切削加工時にクーラントで潤滑しない場合に切粉が発生し、切粉の工具付着によるワークへのキズの発生と切粉の詰まりや積もった切粉による加工不良に繋がります。そのため、ワークと工具とのわずかなスキマや凹凸にクーラントが流れ込むことで摩擦が減少します。その結果、工具寿命の長寿命化や切削時の抵抗が小さくなるため、小さい力で加工することが可能となります。
冷却

切削加工時にはワークに600~1000℃の熱が発生します。これは工具の熱変形による工具寿命の短命化やワークと工具の熱変異による加工精度の低下に繋がります。そのため、同じくクーラントを流し込むことで、熱変形を抑えることができ、さらに変形が少ないため加工時間を短くすることが可能となります。

③回転数の調整

旋盤加工の回転数は、ワークの表面粗さや工具の寿命、作業効率に影響を与えます。一般的には、回転数が多いほどワークの表面はきれいに仕上がる上に、短時間での加工が可能となります。しかし、回転数を多くすればするほど工具の寿命が短くなってしまうという側面もあるため、むやみに回転数を増やせば良いということではなく、最適な回転数を設定する必要があり、これはワークの形状、爪での固定方法に起因します。

ワーク

ワークサイズの場合では、ワークが大きい際には、回転数を下げることでワークが飛ぶのを防ぎます。また材質の場合では、材質が硬いものを切削する際には回転数を下げる必要があり、こちらもワークが飛ぶのを防ぎます。さらにワークの長さの場合では、ワークが長い際には、振動による対象物の曲がりや真円に削れない可能性があるので回転数を下げる必要がございます。これらの大きさ、材質、長さに適した振動を安定させる回転数は計算式で求めることが出来るため、計算式でプログラムを構築することが重要です。

計算式:主軸回転数=切削速度(m/min)×1000/円周率×刃径(mm)

爪での固定方法

爪でくわえる部分が薄くなるにつれて、爪が飛んでしまう可能性がございます。そのために静的把握力と爪に生じる計算上の遠心力の把握がポイントとなります。

計算式:静的把握力=理論動的把握力(N)+爪3個に生じる計算上の遠心力

    遠心力(N)=質量(kg)×(円周方向の速度^2/半径)×爪の個数

旋盤加工の加工事例のご紹介

加工事例:精密機器向け 電鋳マスター 部品①
電鋳マスター 部品①

こちらは、超精密加機によって加工された真鍮製の電鋳マスターの金型駒です。サイズはφ30×25で、精度がRa0.02μmの精密機器向けの精密金型駒です。
今回のお客様は、鏡面を求められるが、手作業で表面を仕上げると、形状が崩れてしまうところ、精密部品加工センター.comにお問い合わせをいただきました。
このように鏡面を求められる製品を加工する際は・・・

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加工事例:光学業界向け ネジ駒
ネジ駒②-1

こちらは、STAVAX製の光学業界向けのネジ駒です。サイズはφ35×200で精度が±0.01です。加工方法としては、ミーリング加工と旋盤加工を行っています。駒先端部にネジの加工が行っており、実際の成形時には、金型内部で回転する部品です。
今回のお客様はネジ部分を含めて、全体的に精度の高く難しい加工であったため、加工が可能な会社を探していたところ、精密部品加工センター.comにお問い合わせをいただきました。こちらのネジ駒では、金型内部で回転する部品となるため・・・

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加工事例:非球面レンズ形状 部品
非球面レンズ形状 部品

こちらは、超精密加工機によって加工されたSTAVAX製の光学部品向けの精密金型駒です。サイズはφ10×25で精度がRa0.005μmの光学部品用の精密金型駒です。加工方法としては、旋盤加工後に無電解Niメッキ処理を行っています。
今回のお客様は高精度が求められるため、加工をお願いできる会社を探していたところ、精密部品加工センター.comにお問い合わせをいただきました。こちらの金型駒では、些細な誤差も精度に影響するため・・・

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加工事例:光学部品用フレネルレンズ形状 部品
フレネルレンズ形状 部品②

こちらは、真鍮製の光学業界向けのフレネルレンズ形状の部品です。サイズはφ6×20で精度がRa0.02μmです。加工方法としては、ミーリング加工と旋盤加工を行っています。駒先端部にネジの加工が行っており、実際の成形時には、金型内部で回転する部品です。
今回のお客様は鏡面を求められ、通常の精密旋盤では加工が難しいなため加工が可能な会社を探していたところ、精密部品加工センター.comにお問い合わせをいただきました。こちらのフレネルレンズ形状の部品では、加工時に切り粉を巻き込まない・・・

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旋盤加工のことなら、精密部品加工センターにお任せ!

精密部品加工センター.comを運営する株式会社長津製作所では、精密部品を中心とした様々な部品加工を多くの業界に向けて行っております。ワイヤー放電加工機から型彫放電加工機、研削加工機、マシニングセンタなど、多岐にわたる工作機械を保有しているため、あらゆる精密部品加工に対応しております。 また、ホログラム光学素子用金型などの超精密金型の設計・製作実績も多数ございます。 さらに当社では、当社工場にとどまらず、大田区や燕三条など、国内でも有数の加工集積地に幅広い加工ネットワークを築いております。これらの加工ネットワークを駆使することで、どこの会社ならできるかわからないような部品加工にも対応いたします。 「この部品はどこの会社ならできるのかな...?」「加工するのが難しい材料なんだけど、どこにもお願いできなくて困っている...。」「とにかく高精度に加工してほしい!」こうしたお悩みに、精密部品加工センター.comはお応えいたします。精密部品の設計・加工にお困りの方は、まずはお気軽に当社までご連絡ください。

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